[发明专利]一种材料表面流体阻力测试方法

摘要

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。

主权项

1.一种材料表面流体阻力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：准备多个实验样品(14)；/n所述实验样品(14)为平面或曲面形状样品，所述实验样品(14)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(14)不相同；/n步骤2：装夹实验样品(14)；/n任取一个实验样品(14)，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(12)上；/n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；/n所述环境模拟单元包括循环水槽(10)、叶轮机(5)、加热管(17)和温控器(16)；/n所述循环水槽(10)为一环形管道，包括直工作段和过渡段两部分，所述直工作段为长度不小于0.5米且表面对应开有敞口槽的直管；循环水槽(10)的放置方式要求使得直工作段呈水平状态且其海拔为整个循环水槽(10)的最高；所述循环水槽(10)内部注有测试液体(6)，所述直工作段上表面的敞口槽和液面均与重力方向垂直，且测试液体在测试过程中不溢出；/n所述叶轮机(5)安装在循环水槽(10)内的过渡段部分，叶轮机(5)内置防水电机和转速控制器，用于通过转速控制器对电机的转速进行精确调节，使循环水槽(10)内部的测试液体形成循环湍流；/n所述加热管(17)通过两端的支撑架水平固定安装在循环水槽(10)内的过渡段部分，所述温控器(16)设置在循环水槽(10)的外部，通过导线与加热管(17)电连接，加热管(17)与温控器(16)联合构成闭环温控系统；/n所述运动控制单元包括直线导轨(3)、滑块(8)、试样夹具(12)、滑轮(1)、滑轮绳(2)和驱动物体(4)；/n所述直线导轨(3)水平设置于直工作段的敞口槽上方，其两端分别固定在循环水槽(10)内侧的两端，滑块(8)可滑移的安装在直线导轨(3)上，且滑块(8)的滑移方向与敞口槽下方的液面平行；/n所述试样夹具(12)呈平板状，用于装夹实验样品(14)；所述试样夹具(12)的整体尺寸小于实验样品(14)，以使得实验样品(14)能够完全覆盖试样夹具(12)；所述试样夹具(12)通过一至少带有两个旋转自由度的姿态调整机构(11)与滑块(8)连接；/n所述滑轮(1)固定安装在外部支架(9)上，滑轮绳(2)绕过滑轮(1)，滑轮绳(2)的一端与设置在循环水槽(10)外部的驱动物体(4)连接，并使得滑轮绳(2)被拉紧后滑轮(1)与驱动物体(4)之间的滑轮绳(2)的方向为沿着重力方向的竖直方向；滑轮绳(2)的另一端穿过循环水槽(10)侧壁上的通孔与滑块(8)连接，并使得滑轮绳(2)被拉紧后位于滑轮(1)与滑块(8)之间的滑轮绳(2)的方向为水平方向；/n所述驱动物体(4)为一带有力传感器的重物块，所述力传感器用于实时测量反馈当前驱动物体(4)对滑轮绳(2)的拉力大小；所述驱动物体(4)具有设定驱动能耗方式、设定牵引驱动力方式和设定牵引速度曲线方式三种工作方式；/n所述测试记录分析单元包括激光测距仪(7)和计算机(15)；所述激光测距仪(7)水平安装于直线导轨(3)下方、测试液体液面上方；所述激光测距仪(7)的出射激光束沿水平方向，出射激光束被滑块(8)的表面反射回激光测距仪(7)的光电传感器；所述计算机(15)与激光测距仪(7)和驱动物体(4)均相连，用于接收流体阻力测试过程中实验样品(14)的位移和拉力；/n步骤3：测试初始条件设置，包括：/n步骤3.1：设置测试记录分析单元即设置激光测距仪(7)，使其调整后的出射激光束沿水平方向，并能够被滑块(8)的表面反射回激光测距仪(7)的光电传感器，从而可实时获取滑块(8)的位置，进而获得实验样品(14)的位置；/n步骤3.2：设置试样驱动条件，即设置驱动物体(4)的工作方式，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运行；/n步骤3.3：测试环境设置；向循环水槽(10)内加注测试液体，使叶轮机(5)按照设定的转速运行以提供不同的流体速度，并由温控器(16)和加热管(17)协调工作控制流体温度，构造出具有设定雷诺数的流体状态；/n步骤4：调节滑块(8)的位置，使得滑块(8)位于直线导轨(3)的第一端，所述第一端是指与驱动物体(4 )距离最远的一端；/n步骤5：启动激光测距仪(7)开始测距，即记录滑块(8)的测试初始位置；/n步骤6：启动驱动物体(4)，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，带动已安装有实验样品(14)和试样夹具(12)的滑块(8)从直线导轨(3)的第一端平行运动到另一端；全程记录驱动物体(4)所带力传感器所反馈的实时牵引驱动力数值；/n步骤7：记录滑块(8)的测试结束位置，之后停止激光测距仪(7)的测距；/n步骤8：测试数据处理和分析，包括如下：/n步骤8.1：根据激光测距仪(7)实时反馈的实验样品(14)随时间变化的位置数据，精确计算出实验样品(14)在固定行程中的任意测试位置的速度、加速度、动能数值，亦即总耗时、速度-时间变化曲线、加速度-时间变化曲线、动能-时间变化曲线；/n步骤8.2：根据驱动物体(4)的力传感器实时反馈当前驱动物体(4)提供的牵引驱动力数值，得到实验样品(14)随时间变化的牵引驱动力数值，亦即牵引驱动力-时间变化曲线；/n步骤9：重复执行步骤4～步骤8N次，获得同一实验样品(14)的重复N次测试结果，以计算实验样品(14)在固定行程运动过程中的总耗时平均值、速度-时间变化平均值曲线、加速度-时间变化平均值曲线、动能-时间变化平均值曲线、牵引驱动力-时间变化平均值曲线；N为预先设定的大于1的任意整数；/n步骤10：对所有其他未测试的实验样品(14)，重复执行步骤2～步骤9，直至完成所有实验样品(14)的测试；/n步骤11：通过分析步骤1～步骤10得到的多组数据，得到同一实验样品(14)以及不同实验样品(14)在不同流体环境、不同迎流姿态工况下，处于不同设定恒定牵引驱动力、驱动功耗或设定速度变化曲线时的流体减阻效应。/n