專利名稱：一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于檢測(cè)流體阻力的裝置。
背景技術(shù)：
實(shí)驗(yàn)方法作為研究流體摩擦阻力特性的重要手段，對(duì)推進(jìn)流體減阻理論的發(fā)展及學(xué)科建設(shè)起到了至關(guān)重要的作用，很多重要的湍流現(xiàn)象都是首先在實(shí)驗(yàn)條件下觀察得到的。隨著減阻技術(shù)的快速發(fā)展，如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠適合于測(cè)量流體對(duì)不同表面結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍Σ磷枇Φ膶?shí)驗(yàn)裝置顯得尤為重要。在傳統(tǒng)的流體動(dòng)力學(xué)研究中主要采用水洞和水槽等實(shí)驗(yàn)裝置，但其造價(jià)昂貴、耗資巨大、體積龐大、日常維護(hù)困難、噪聲大、實(shí)驗(yàn)條件不易控制、 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷?fù)雜、結(jié)構(gòu)多采用封閉式圓管機(jī)構(gòu)等，大大限制了實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)試應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)前我國(guó)僅僅有幾座水洞及水槽實(shí)驗(yàn)裝置，無法進(jìn)行廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有拖曳實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)速度范圍小、只局限于水池實(shí)驗(yàn)、受水池長(zhǎng)度限制、無法實(shí)現(xiàn)海水中近實(shí)況流態(tài)模擬，同時(shí)，水池造價(jià)昂貴、水質(zhì)易污染。因此，如何用簡(jiǎn)單、可靠的測(cè)量裝置，評(píng)估流體對(duì)不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果，為實(shí)際應(yīng)用提供可靠的依據(jù)，仍然是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供克服水洞體積大、造價(jià)高、實(shí)驗(yàn)環(huán)境構(gòu)造困難、操作繁瑣等缺點(diǎn)的一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置，包括測(cè)試傳感器、小型電子計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征是還包括拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴(kuò)散段、外殼和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴(kuò)散段相連，密封端蓋和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b在工作段腔體的上下兩端、并將其密封，測(cè)試傳感器、小型電子計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)位于密封端蓋、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w組成的密封空間里、并依次相連，測(cè)試傳感器還與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖噙B，收縮段、工作段腔體和擴(kuò)散段均位于外殼里，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。本發(fā)明還可以包括1、所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w連接面處采用密封墊片進(jìn)行一級(jí)密封、采用密封套進(jìn)行二級(jí)密封，通過卡壓板對(duì)密封套進(jìn)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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻娼Y(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)、凹坑結(jié)構(gòu)、V型結(jié)構(gòu)。3、所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻嬷苯油扛矞p阻涂層。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于(1)本發(fā)明的流體阻力測(cè)試裝置為可拖曳式的，可以在海中進(jìn)行近實(shí)況拖曳實(shí)驗(yàn)， 能夠真實(shí)的模擬船舶或水下航行器在水中行進(jìn)時(shí)流體狀態(tài)；同時(shí)、由于本發(fā)明的裝置依靠船或其它動(dòng)力裝置進(jìn)行拖曳，因此實(shí)驗(yàn)過程中能夠提供給拖曳裝置工作段中流體流速變化范圍更加廣泛。(2)可拖曳裝置部分除具有近實(shí)況拖曳功能外，可拖曳裝置部分兩端能夠通過法蘭聯(lián)接在所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部阻力測(cè)試裝置中，進(jìn)行常規(guī)的水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)在水中進(jìn)行近實(shí)況拖曳實(shí)驗(yàn)、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部進(jìn)行常規(guī)水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的雙重功用。(3)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶卜旁诠ぷ鞫吻惑w的兩側(cè)壁上，實(shí)現(xiàn)在兩側(cè)壁對(duì)模型表面進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻婵梢愿鶕?jù)需要設(shè)計(jì)出不同的表面外形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同模型表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷耐庑谓Y(jié)構(gòu)可以做成真實(shí)的船表面的局部結(jié)構(gòu)，利用裝置構(gòu)造更加符合船舶或航行器行進(jìn)時(shí)的局部流場(chǎng)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的工作段截面示意圖；圖3為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?lián)接架布置方案圖；圖4為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?lián)接架和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?lián)接板布置方案圖；圖5為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部阻力測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 5，收縮段5和工作段腔體16通過螺栓6聯(lián)接，工作段腔體16和擴(kuò)散段19通過螺栓17連接。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2安放在工作段腔體16上，二者聯(lián)接面處一級(jí)密封采用密封墊片7進(jìn)行密封，二級(jí)密封采用密封套10進(jìn)行密封，再通過卡壓板11對(duì)密封套進(jìn)行緊固壓縮，最后通過螺栓8將卡壓板11緊密聯(lián)接到工作段腔體16上，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2 的密封、固定作用。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻娼Y(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要加工不同表面外形結(jié)構(gòu)，如凹坑結(jié)構(gòu)， V型結(jié)構(gòu)等，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻婵梢灾苯油扛矞p阻涂層，或加工成不同曲面形狀結(jié)構(gòu)。圖3中，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2通過沉頭螺釘23緊密聯(lián)接在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?lián)接架M上，實(shí)驗(yàn)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(lián)接、密封。圖4中，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?12通過沉頭螺釘緊密聯(lián)接在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?lián)接板25上，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?lián)接板25通過沉頭螺釘聯(lián)接到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ吐?lián)接架M之上，實(shí)驗(yàn)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(lián)接、密封。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦B接板25與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2聯(lián)接尺寸大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯庑温?lián)接尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。測(cè)試傳感器13排布在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2內(nèi)側(cè)表面，采集實(shí)驗(yàn)過程中所需信號(hào)，傳入數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)15中，最后將采集到的數(shù)據(jù)以文檔的形式存儲(chǔ)于小型電子計(jì)算機(jī)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(lián)接，通過密封墊片 21進(jìn)行密封。外殼18 —端通過螺栓3與收縮段5相聯(lián)接，另一端通過螺栓20與擴(kuò)散段19 相聯(lián)接，并且在端面處放置密封墊片4進(jìn)行密封。拖曳板1通過螺栓2與收縮段5相聯(lián)接。 實(shí)驗(yàn)過程中，將拖曳裝置浸入水中，動(dòng)力源與拖曳板1相聯(lián)接，當(dāng)動(dòng)力源提供給拖曳裝置一定速度行進(jìn)時(shí)，水流通過收縮段5進(jìn)行整流調(diào)速后，提供給工作段均勻的水流，測(cè)試傳感器 13將流體對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2阻力信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放、濾波后轉(zhuǎn)換成阻力信號(hào)，存儲(chǔ)于小型電子計(jì)算機(jī)14中，工作段內(nèi)流體最終通過擴(kuò)散段19流出。當(dāng)動(dòng)力源提供不同拖曳速度情況時(shí)，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)15自動(dòng)將不同流速下采集到的信號(hào)信息以文檔形式存儲(chǔ)于小型電子計(jì)算機(jī)14中，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將拖曳裝置從水中取出，將小型電子計(jì)算機(jī)14中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息文檔調(diào)出，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)驗(yàn)室內(nèi)部阻力測(cè)試裝置II相應(yīng)部位，通過收縮段5和擴(kuò)散段19法蘭與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部阻力測(cè)試裝置II緊密聯(lián)接，如圖5所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，水泵將地面水箱中的水通過進(jìn)水管路泵入到高位的水箱中，高位水箱內(nèi)安放有溢流板， 溢流板使水箱中的水位保持恒定，多余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(nèi)插有的多孔阻尼板作為穩(wěn)流裝置，用來消除通過水泵進(jìn)入的水所引起的波動(dòng)；高位水箱中水經(jīng)能量轉(zhuǎn)換使得水流經(jīng)擴(kuò)壓段產(chǎn)生一定的流速，流入整流網(wǎng)進(jìn)行整流，在收縮段5對(duì)流體進(jìn)行加速，在工作段形成低湍流度的均勻水流，提供實(shí)驗(yàn)所需要的測(cè)試環(huán)境；從工作段流出的水經(jīng)擴(kuò)散段19流出后流回地面水箱；如此反復(fù)循環(huán)流動(dòng)。本發(fā)明涉及拖曳裝置的整體尺寸長(zhǎng)為1820mm。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2的法蘭尺寸，長(zhǎng)為 620mm,寬為220mm ；當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2需要加工曲面外形結(jié)構(gòu)時(shí)，法蘭允許最大尺寸，長(zhǎng)為 598mm，寬為198mm，最小尺寸要求在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)側(cè)能夠符合測(cè)試傳感器13排布即可，曲面外形結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。收縮段5的型線設(shè)計(jì)好壞將直接影響能否給工作段提供均勻流場(chǎng)，具體設(shè)計(jì)采用理論分析計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)性近似公式計(jì)算法相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，即進(jìn)出口處采用經(jīng)驗(yàn)性近似公式計(jì)算法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再按照理論分析計(jì)算方法設(shè)計(jì)出滿足入口和出口截面尺寸的薩諾揚(yáng)曲線；收縮段5的長(zhǎng)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(zhǎng)度為800mm，兩側(cè)壁開有600mmX 200mm的通孔，用于安裝實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?2。 擴(kuò)散段19的入口截面為200mmX200mm的正方形，擴(kuò)散角為3.，擴(kuò)散段水平長(zhǎng)度為410mm。 本發(fā)明實(shí)施例的主要材料為Q235鋼，并在拖曳裝置外側(cè)表面涂布聚四氟保護(hù)層，其主要加工方式為機(jī)械加工成型。
權(quán)利要求
1.一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置，包括測(cè)試傳感器、小型電子計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征是還包括拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴(kuò)散段、外殼和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ぷ鞫吻惑w一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴(kuò)散段相連，密封端蓋和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b在工作段腔體的上下兩端、并將其密封，測(cè)試傳感器、小型電子計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)位于密封端蓋、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w組成的密封空間里、并依次相連，測(cè)試傳感器還與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖噙B，收縮段、工作段腔體和擴(kuò)散段均位于外殼里，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置，其特征是所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w連接面處采用密封墊片進(jìn)行一級(jí)密封、采用密封套進(jìn)行二級(jí)密封，通過卡壓板對(duì)密封套進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置，其特征是所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻娼Y(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)、凹坑結(jié)構(gòu)、V型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置，其特征是所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻嬷苯油扛矞p阻涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置，其特征是所述的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻嬷苯油扛矞p阻涂層。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種拖曳式流體阻力測(cè)試裝置，包括測(cè)試傳感器、小型電子計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)、拖拽板、收縮段、工作段腔體、擴(kuò)散段、外殼和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，工作段腔體一端與收縮段相連，工作段腔體另一端與擴(kuò)散段相連，密封端蓋和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶惭b在工作段腔體的上下兩端、并將其密封，測(cè)試傳感器、小型電子計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)位于密封端蓋、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃凸ぷ鞫吻惑w組成的密封空間里、并依次相連，測(cè)試傳感器還與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖噙B，收縮段、工作段腔體和擴(kuò)散段均位于外殼里，拖拽板安裝在收縮段與外殼的連接處。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在水中進(jìn)行近實(shí)況拖曳實(shí)驗(yàn)、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部進(jìn)行常規(guī)水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的雙重功用。
文檔編號(hào)G01M10/00GK102288382SQ20111011635
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者劉浩, 李玲莉, 楊立明, 舒海生, 謝志超, 谷云慶, 趙丹, 趙剛, 鄭金興, 韓毛毛 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)