[发明专利]一种材料表面流体阻力测试方法

说明书

本发明提供了一种材料表面流体阻力测试方法，包括：准备多个实验样品、装夹实验样品、设置测试初始条件；调节滑块的位置，使得滑块位于直线导轨的第一端；启动激光测距仪开始测距，启动驱动物体，使其可以按设定驱动能耗方式、设定牵引驱动力方式或设定牵引速度曲线方式这三种工作方式之一工作；全程记录驱动物体所带力传感器所反馈的实时牵引力数值；之后停止激光测距仪的测距；测试数据处理和分析；重复执行上述步骤获得多次测试结果。本发明实现了实验样品表面湍流阻力、表面微结构减阻效应的精确测试，可以测试不同试样在不同流体环境、不同迎流姿态工况下，处于不同设定驱动能耗、设定牵引驱动力、设定牵引速度曲线时的流体减阻效应。

技术领域

本发明属于流体检测领域，具体涉及材料表面流体阻力测试方法。

背景技术

当物体在水等黏性流体中运动时，与相对运动的流体之间会存在动量传递，即流体会对物体产生阻碍其运动的反作用力，该阻力也称之为流体阻力。流体阻力通常分为摩擦阻力和压差阻力，摩擦阻力是物体表面剪切力产生的流动阻力，其方向与流体的相对运动方向相反，而压差阻力则是垂直于物体表面的压力产生的对物体运动的阻力，以物体运动时流体绕过物体为例，这两种阻力与物体的形状、物体的特征长度和物体表面的粗糙度相关。目前如何有效降低船舶行驶及管道运输中的流体阻力成为提高船舶行驶性能、管道运输能力及节省燃料的关键，而如何对不同形状、尺寸和表面粗糙度的物体运动过程中的流体阻力进行简便快速的测试成为这一研究领域中的重要一环。

目前用于流体测试的装置主要有拖曳水池、水洞和循环水槽，拖曳水池是采用电动拖车牵引船模而进行的，测试过程中采用拖车在不同速度下等速拖曳船模，根据匀速运动下物体所受外力平衡的原理，通过测试拖曳拉力来获得船模不同速度下的综合阻力，再采用弗劳德定律换算成相当速度下的实船阻力；水洞是一个流速和压力可以分别控制的水循环系统，与拖曳水池正好相反，在水洞中移动的不是试验物体，而是可控水流，通过制造高速水流对不同湍流状态下的船舶行驶阻力进行测试；与水洞类似，循环水槽采用模型固定不动，水流均匀流动时对水下航行器等简单几何体的所受到的力进行测试。以上装置从宏观和微观两个方面对船体和简单几何模型运动过程中的流体阻力进行测试，但仍然存在不足，如拖曳水池对实验场地的面积和成本要求较高，并不适合单一曲面的简单快速测试，而水洞和循环水槽利用的是相对运动的原理来模拟物体运动时的状态，与物体真实运动状态相比存在一定的误差，同时当前测试均为匀速状态下对流体阻力进行测试，需要对不同速度下物体的阻力进行拟合，测试过程较繁琐，而船体真实运动时则是船载发动机施加驱动力后船体由静止转变为加速运动，待阻力与施加动力相等时船体达到匀速运动状态，因此目前缺乏模拟具有船载发动机驱动工况下的船体壁面阻力变化的简单测试装置。

发明内容

本发明针对已有测试技术的不足，提供了一种材料表面流体阻力测试方法，通过该测试方法可测量不同形状试样在不同种流体状态、不同姿态、不同驱动工况下的流体阻力。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种材料表面流体阻力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)准备多个实验样品；

所述实验样品为平面或曲面形状样品，所述实验样品的形状、尺寸和表面粗糙度数据中至少有一个与其它实验样品不相同；

(2)装夹实验样品；

任取一个实验样品，将其固定夹持在材料表面流体阻力测试装置中的试样夹具上；

所述材料表面流体阻力测试装置包括环境模拟单元、运动控制单元和测试记录分析单元；

所述环境模拟单元包括循环水槽、叶轮机、加热管和温控器；