[发明专利]一种平板表面流体阻力性能测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试装置，具体地说是平板表面经织构化或者涂装减阻涂料后在不同流速水流中的减阻效果的测试装置。

背景技术

船体表面的阻力主要分为摩擦阻力和压差阻力，而摩擦阻力又是其中最主要的组成部分，目前对于船舶减阻技术的研究也主要关注于减小摩擦阻力，这对于提高能源使用效率、减少温室气体排放、改善环境具有重要意义。船体表面织构化或者涂装减阻涂料都是有效的减阻技术，设计一个能快速、准确评价材料表面经织构化或者涂装减阻涂料处理后减阻效果的测试装置显得尤为重要。传统的水洞或水槽试验装置大都存在造价高、耗资大、体积大、实验条件难以控制等问题。

通过文献检索可知，与本发明相关的已有的一些小型流体力学测量装置有以下几种：第一种是旋转式的阻力测试装置，如专利公开号为CN103471806A，名称为“一种转筒式流体摩擦阻力测试仪”和专利公开号为CN103512844A，名称为“非光滑表面流体摩擦阻力测试装置及非光滑表面减阻效果评价方法”，都是将水流速度转化为旋转运动，但测试平板不是圆形会产生压差阻力，影响测试结果；第二种是拖拽式的阻力测量装置，如专利公开号为CN102288382A，名称为“一种拖拽式流体阻力测试装置”和专利公开号为CN103743541A，名称为“评估仿生非光滑表面减阻效果的试验装置及方法”，都是通过拖动平板来代替流体的流动，形成相对运动，这也不够直观；第三种是流道式阻力测量装置，如专利公开号为CN102023130B，名称为“一种流道式海洋生物附着力测试装置”，设计较复杂，水流的稳定性不够，且没有考虑流道边框与水流的摩擦对压差的影响，测试结果准确度不够高；还有一种是简化型平板阻力测量装置，如专利公开号为CN104634538，名称为“一种测量平板流动阻力的实验装置”，结构较简单，未充分考虑湍流的稳定性以及支撑与试验件的摩擦力问题，影响了测量精度。

另一方面，在前述的测试装置中，试样件都是放在流道的下部并被固定，然后测量水流通过样件前和通过后的压差，但这一段的管壁也会和水流产生摩擦，管壁产生的摩擦剔除不了，这样造成测量结果失真。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的上述缺陷，提供一款能够快速、准确地测量平板表面织构化或者涂装减阻涂料后的减阻效果的测试装置，该装置的试验水流流速均匀性好、湍流度低，测量结果精确可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种平板表面流体阻力性能测试装置，其特征在于：由水箱、变频泵、沉降室、扩压段、收缩段、工作段、扩散段顺次连通构成水循环系统；沉降室、扩压段、收缩段、工作段、扩散段各段均为管道；测试盒位于工作段的上方，测试盒下口与工作段的上管壁连通，使得测试盒内悬挂的水平测试平板底部与工作段上管壁内壁平齐成为流道的组成部分并位于工作段水流上方；测试盒内还设置压力传感器，压力传感器的压力触头沿水平方向与测试平板的悬挂杆活动接触，使得测试平板在工作段水流摩擦力作用下向流动方向偏转移动的偏转位移量经悬挂杆的杠杆放大作用传递至压力传感器；压力传感器与测试盒外的可编程控制器电连接，用于对压力传感器的模拟电压值进行数据收集。

上述技术方案中，沉降室内部与水流方向垂直竖直设置多孔阻尼板；扩压段内与水流方垂直竖直设置整流网；在测试盒之前工作段管道内部设置流速计，对应的工作段管道外部设置压力表。

上述技术方案中，收缩段为进口大出口小且实现水流从圆渐变为方的Batchelor-Shaw收缩曲线，该收缩曲线R的方程为：