一種拖曳式流體阻力測試裝置的製作方法
2023-06-20 11:59:36 1
專利名稱：一種拖曳式流體阻力測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用於檢測流體阻力的裝置。
背景技術：
實驗方法作為研究流體摩擦阻力特性的重要手段，對推進流體減阻理論的發展及學科建設起到了至關重要的作用，很多重要的湍流現象都是首先在實驗條件下觀察得到的。隨著減阻技術的快速發展，如何設計一個能夠適合於測量流體對不同表面結構實驗模型摩擦阻力的實驗裝置顯得尤為重要。在傳統的流體動力學研究中主要採用水洞和水槽等實驗裝置，但其造價昂貴、耗資巨大、體積龐大、日常維護困難、噪聲大、實驗條件不易控制、 實驗模型複雜、結構多採用封閉式圓管機構等，大大限制了實驗裝置的測試應用領域，當前我國僅僅有幾座水洞及水槽實驗裝置，無法進行廣泛應用。現有拖曳實驗裝置，實驗速度範圍小、只局限於水池實驗、受水池長度限制、無法實現海水中近實況流態模擬，同時，水池造價昂貴、水質易汙染。因此，如何用簡單、可靠的測量裝置，評估流體對不同表面結構的減阻效果，為實際應用提供可靠的依據，仍然是一項十分重要的任務。
發明內容
本發明的目的在於提供克服水洞體積大、造價高、實驗環境構造困難、操作繁瑣等缺點的一種拖曳式流體阻力測試裝置。本發明的目的是這樣實現的本發明一種拖曳式流體阻力測試裝置，包括測試傳感器、小型電子計算機、數據採集存儲系統，其特徵是還包括拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴散段、外殼和實驗模型，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴散段相連，密封端蓋和實驗模型安裝在工作段腔體的上下兩端、並將其密封，測試傳感器、小型電子計算機和數據採集存儲系統位於密封端蓋、實驗模型和工作段腔體組成的密封空間裡、並依次相連，測試傳感器還與實驗模型相連，收縮段、工作段腔體和擴散段均位於外殼裡，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。本發明還可以包括1、所述的實驗模型和工作段腔體連接面處採用密封墊片進行一級密封、採用密封套進行二級密封，通過卡壓板對密封套進行緊固壓縮，且通過螺栓將卡壓板緊密固定到工作段腔體上。2、所述的實驗模型表面結構為平面結構、凹坑結構、V型結構。3、所述的實驗模型表面直接塗覆減阻塗層。本發明的優勢在於(1)本發明的流體阻力測試裝置為可拖曳式的，可以在海中進行近實況拖曳實驗， 能夠真實的模擬船舶或水下航行器在水中行進時流體狀態；同時、由於本發明的裝置依靠船或其它動力裝置進行拖曳，因此實驗過程中能夠提供給拖曳裝置工作段中流體流速變化範圍更加廣泛。(2)可拖曳裝置部分除具有近實況拖曳功能外，可拖曳裝置部分兩端能夠通過法蘭聯接在所設計的實驗室內部阻力測試裝置中，進行常規的水動力學實驗，實現在水中進行近實況拖曳實驗、在實驗室內部進行常規水動力學實驗的雙重功用。(3)實驗模型安放在工作段腔體的兩側壁上，實現在兩側壁對模型表面進行數據測量；實驗模型表面可以根據需要設計出不同的表面外形結構，實現對不同模型表面結構進行研究分析；實驗模型的外形結構可以做成真實的船表面的局部結構，利用裝置構造更加符合船舶或航行器行進時的局部流場。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的工作段截面示意圖；圖3為本發明的實驗模型和實驗模型聯接架布置方案圖；圖4為本發明實驗模型與實驗模型聯接架和實驗模型聯接板布置方案圖；圖5為實驗室內部阻力測試裝置結構簡圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖1 5，收縮段5和工作段腔體16通過螺栓6聯接，工作段腔體16和擴散段19通過螺栓17連接。實驗模型12安放在工作段腔體16上，二者聯接面處一級密封採用密封墊片7進行密封，二級密封採用密封套10進行密封，再通過卡壓板11對密封套進行緊固壓縮，最後通過螺栓8將卡壓板11緊密聯接到工作段腔體16上，實現對實驗模型12 的密封、固定作用。實驗模型表面結構可以根據需要加工不同表面外形結構，如凹坑結構， V型結構等，如圖2所示。實驗模型表面可以直接塗覆減阻塗層，或加工成不同曲面形狀結構。圖3中，實驗模型12通過沉頭螺釘23緊密聯接在實驗模型聯接架M上，實驗中將該部件與工作段腔體16通過密封套10、卡壓板11、螺栓8緊密聯接、密封。圖4中，實驗模型 12通過沉頭螺釘緊密聯接在實驗模型聯接板25上，實驗模型聯接板25通過沉頭螺釘聯接到實驗模型聯接架M之上，實驗中將該部件與工作段腔體16通過密封套10、卡壓板11、螺栓8緊密聯接、密封。實驗模型連接板25與實驗模型12聯接尺寸大小根據實驗模型外形聯接尺寸進行設計。測試傳感器13排布在實驗模型12內側表面，採集實驗過程中所需信號，傳入數據採集存儲系統15中，最後將採集到的數據以文檔的形式存儲於小型電子計算機14中。工作段腔體16頂端端面通過螺栓9將密封端蓋22與自身相聯接，通過密封墊片 21進行密封。外殼18 —端通過螺栓3與收縮段5相聯接，另一端通過螺栓20與擴散段19 相聯接，並且在端面處放置密封墊片4進行密封。拖曳板1通過螺栓2與收縮段5相聯接。 實驗過程中，將拖曳裝置浸入水中，動力源與拖曳板1相聯接，當動力源提供給拖曳裝置一定速度行進時，水流通過收縮段5進行整流調速後，提供給工作段均勻的水流，測試傳感器 13將流體對實驗模型12阻力信號傳遞至數據採集系統中，信號經過運放、濾波後轉換成阻力信號，存儲於小型電子計算機14中，工作段內流體最終通過擴散段19流出。當動力源提供不同拖曳速度情況時，數據採集存儲系統15自動將不同流速下採集到的信號信息以文檔形式存儲於小型電子計算機14中，待實驗結束後，將拖曳裝置從水中取出，將小型電子計算機14中存儲的數據信息文檔調出，分析數據，得出結論。進行實驗室內部實驗時，將拖曳裝置拖曳板1、螺栓2和外殼18拆卸掉，密封端蓋 22也可以拆卸掉，將拖曳裝置部分I直接安裝到實驗室內部阻力測試裝置II相應部位，通過收縮段5和擴散段19法蘭與實驗室內部阻力測試裝置II緊密聯接，如圖5所示。實驗時，水泵將地面水箱中的水通過進水管路泵入到高位的水箱中，高位水箱內安放有溢流板， 溢流板使水箱中的水位保持恆定，多餘的水通過與高位水箱連接的溝槽流回地面水箱；高位水箱內插有的多孔阻尼板作為穩流裝置，用來消除通過水泵進入的水所引起的波動；高位水箱中水經能量轉換使得水流經擴壓段產生一定的流速，流入整流網進行整流，在收縮段5對流體進行加速，在工作段形成低湍流度的均勻水流，提供實驗所需要的測試環境；從工作段流出的水經擴散段19流出後流回地面水箱；如此反覆循環流動。本發明涉及拖曳裝置的整體尺寸長為1820mm。實驗模型12的法蘭尺寸，長為 620mm,寬為220mm ；當實驗模型12需要加工曲面外形結構時，法蘭允許最大尺寸，長為 598mm，寬為198mm，最小尺寸要求在實驗模型內側能夠符合測試傳感器13排布即可，曲面外形結構根據實際需要進行設計加工。收縮段5的型線設計好壞將直接影響能否給工作段提供均勻流場，具體設計採用理論分析計算方法和經驗性近似公式計算法相結合的設計方法進行設計，即進出口處採用經驗性近似公式計算法進行設計計算，再按照理論分析計算方法設計出滿足入口和出口截面尺寸的薩諾揚曲線；收縮段5的長度為610mm，入口與出口截面比為7. 1。工作段腔體16的入口截面和出口截面均為200mmX200mm的正方形， 工作段腔體16的長度為800mm，兩側壁開有600mmX 200mm的通孔，用於安裝實驗模型12。 擴散段19的入口截面為200mmX200mm的正方形，擴散角為3.，擴散段水平長度為410mm。 本發明實施例的主要材料為Q235鋼，並在拖曳裝置外側表面塗布聚四氟保護層，其主要加工方式為機械加工成型。
權利要求
1.一種拖曳式流體阻力測試裝置，包括測試傳感器、小型電子計算機、數據採集存儲系統，其特徵是還包括拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴散段、外殼和實驗模型，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴散段相連，密封端蓋和實驗模型安裝在工作段腔體的上下兩端、並將其密封，測試傳感器、小型電子計算機和數據採集存儲系統位於密封端蓋、實驗模型和工作段腔體組成的密封空間裡、並依次相連，測試傳感器還與實驗模型相連，收縮段、工作段腔體和擴散段均位於外殼裡，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。
2.根據權利要求1所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特徵是所述的實驗模型和工作段腔體連接面處採用密封墊片進行一級密封、採用密封套進行二級密封，通過卡壓板對密封套進行緊固壓縮，且通過螺栓將卡壓板緊密固定到工作段腔體上。
3.根據權利要求1或2所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特徵是所述的實驗模型表面結構為平面結構、凹坑結構、V型結構。
4.根據權利要求1或2所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特徵是所述的實驗模型表面直接塗覆減阻塗層。
5.根據權利要求3所述的一種拖曳式流體阻力測試裝置，其特徵是所述的實驗模型表面直接塗覆減阻塗層。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種拖曳式流體阻力測試裝置，包括測試傳感器、小型電子計算機、數據採集存儲系統、拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴散段、外殼和實驗模型，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴散段相連，密封端蓋和實驗模型安裝在工作段腔體的上下兩端、並將其密封，測試傳感器、小型電子計算機和數據採集存儲系統位於密封端蓋、實驗模型和工作段腔體組成的密封空間裡、並依次相連，測試傳感器還與實驗模型相連，收縮段、工作段腔體和擴散段均位於外殼裡，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。本發明可實現在水中進行近實況拖曳實驗、在實驗室內部進行常規水動力學實驗的雙重功用。
文檔編號G01M10/00GK102288382SQ20111011635
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者劉浩, 李玲莉, 楊立明, 舒海生, 謝志超, 谷雲慶, 趙丹, 趙剛, 鄭金興, 韓毛毛 申請人:哈爾濱工程大學