CN102288382B - 一种拖曳式流体阻力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种拖曳式流体阻力测试装置，包括测试传感器、小型电子计算机、数据采集存储***、拖拽板、收缩段、工作段腔体、扩散段、外壳和实验模型，工作段腔体一端与收缩段相连，工作段腔体另一端与扩散段相连，密封端盖和实验模型安装在工作段腔体的上下两端、并将其密封，测试传感器、小型电子计算机和数据采集存储***位于密封端盖、实验模型和工作段腔体组成的密封空间里、并依次相连，测试传感器还与实验模型相连，收缩段、工作段腔体和扩散段均位于外壳里，拖拽板安装在收缩段与外壳的连接处。本发明可实现在水中进行近实况拖曳实验、在实验室内部进行常规水动力学实验的双重功用。

Description

一种拖曳式流体阻力测试装置

技术领域

本发明涉及的是一种用于检测流体阻力的装置。

背景技术

实验方法作为研究流体摩擦阻力特性的重要手段，对推进流体减阻理论的发展及学科建设起到了至关重要的作用，很多重要的湍流现象都是首先在实验条件下观察得到的。随着减阻技术的快速发展，如何设计一个能够适合于测量流体对不同表面结构实验模型摩擦阻力的实验装置显得尤为重要。在传统的流体动力学研究中主要采用水洞和水槽等实验装置，但其造价昂贵、耗资巨大、体积庞大、日常维护困难、噪声大、实验条件不易控制、实验模型复杂、结构多采用封闭式圆管机构等，大大限制了实验装置的测试应用领域，当前我国仅仅有几座水洞及水槽实验装置，无法进行广泛应用。现有拖曳实验装置，实验速度范围小、只局限于水池实验、受水池长度限制、无法实现海水中近实况流态模拟，同时，水池造价昂贵、水质易污染。因此，如何用简单、可靠的测量装置，评估流体对不同表面结构的减阻效果，为实际应用提供可靠的依据，仍然是一项十分重要的任务。

发明内容

本发明的目的在于提供克服水洞体积大、造价高、实验环境构造困难、操作繁琐等缺点的一种拖曳式流体阻力测试装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种拖曳式流体阻力测试装置，包括测试传感器、小型电子计算机、数据采集存储***，其特征是：还包括拖拽板、收缩段、工作段腔体、扩散段、外壳和实验模型，工作段腔体一端与收缩段相连，工作段腔体另一端与扩散段相连，密封端盖和实验模型安装在工作段腔体的上下两端、并将其密封，测试传感器、小型电子计算机和数据采集存储***位于密封端盖、实验模型和工作段腔体组成的密封空间里、并依次相连，测试传感器还与实验模型相连，收缩段、工作段腔体和扩散段均位于外壳里，拖拽板安装在收缩段与外壳的连接处。

本发明还可以包括：

1、所述的实验模型和工作段腔体连接面处采用密封垫片进行一级密封、采用密封套进行二级密封，通过卡压板对密封套进行紧固压缩，且通过螺栓将卡压板紧密固定到工作段腔体上。

2、所述的实验模型表面结构为平面结构、凹坑结构、V型结构。

3、所述的实验模型表面直接涂覆减阻涂层。

本发明的优势在于：

(1)本发明的流体阻力测试装置为可拖曳式的，可以在海中进行近实况拖曳实验，能够真实的模拟船舶或水下航行器在水中行进时流体状态；同时、由于本发明的装置依靠船或其它动力装置进行拖曳，因此实验过程中能够提供给拖曳装置工作段中流体流速变化范围更加广泛。

(2)可拖曳装置部分除具有近实况拖曳功能外，可拖曳装置部分两端能够通过法兰联接在所设计的实验室内部阻力测试装置中，进行常规的水动力学实验，实现在水中进行近实况拖曳实验、在实验室内部进行常规水动力学实验的双重功用。

(3)实验模型安放在工作段腔体的两侧壁上，实现在两侧壁对模型表面进行数据测量；实验模型表面可以根据需要设计出不同的表面外形结构，实现对不同模型表面结构进行研究分析；实验模型的外形结构可以做成真实的船表面的局部结构，利用装置构造更加符合船舶或航行器行进时的局部流场。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作段截面示意图；

图3为本发明的实验模型和实验模型联接架布置方案图；

图4为本发明实验模型与实验模型联接架和实验模型联接板布置方案图；

图5为实验室内部阻力测试装置结构简图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，收缩段5和工作段腔体16通过螺栓6联接，工作段腔体16和扩散段19通过螺栓17连接。实验模型12安放在工作段腔体16上，二者联接面处一级密封采用密封垫片7进行密封，二级密封采用密封套10进行密封，再通过卡压板11对密封套进行紧固压缩，最后通过螺栓8将卡压板11紧密联接到工作段腔体16上，实现对实验模型12的密封、固定作用。实验模型表面结构可以根据需要加工不同表面外形结构，如凹坑结构，V型结构等，如图2所示。实验模型表面可以直接涂覆减阻涂层，或加工成不同曲面形状结构。图3中，实验模型12通过沉头螺钉23紧密联接在实验模型联接架24上，实验中将该部件与工作段腔体16通过密封套10、卡压板11、螺栓8紧密联接、密封。图4中，实验模型12通过沉头螺钉紧密联接在实验模型联接板25上，实验模型联接板25通过沉头螺钉联接到实验模型联接架24之上，实验中将该部件与工作段腔体16通过密封套10、卡压板11、螺栓8紧密联接、密封。实验模型连接板25与实验模型12联接尺寸大小根据实验模型外形联接尺寸进行设计。测试传感器13排布在实验模型12内侧表面，采集实验过程中所需信号，传入数据采集存储***15中，最后将采集到的数据以文档的形式存储于小型电子计算机14中。工作段腔体16顶端端面通过螺栓9将密封端盖22与自身相联接，通过密封垫片21进行密封。外壳18一端通过螺栓3与收缩段5相联接，另一端通过螺栓20与扩散段19相联接，并且在端面处放置密封垫片4进行密封。拖曳板1通过螺栓2与收缩段5相联接。实验过程中，将拖曳装置浸入水中，动力源与拖曳板1相联接，当动力源提供给拖曳装置一定速度行进时，水流通过收缩段5进行整流调速后，提供给工作段均匀的水流，测试传感器13将流体对实验模型12阻力信号传递至数据采集***中，信号经过运放、滤波后转换成阻力信号，存储于小型电子计算机14中，工作段内流体最终通过扩散段19流出。当动力源提供不同拖曳速度情况时，数据采集存储***15自动将不同流速下采集到的信号信息以文档形式存储于小型电子计算机14中，待实验结束后，将拖曳装置从水中取出，将小型电子计算机14中存储的数据信息文档调出，分析数据，得出结论。

进行实验室内部实验时，将拖曳装置拖曳板1、螺栓2和外壳18拆卸掉，密封端盖22也可以拆卸掉，将拖曳装置部分I直接安装到实验室内部阻力测试装置II相应部位，通过收缩段5和扩散段19法兰与实验室内部阻力测试装置II紧密联接，如图5所示。实验时，水泵将地面水箱中的水通过进水管路泵入到高位的水箱中，高位水箱内安放有溢流板，溢流板使水箱中的水位保持恒定，多余的水通过与高位水箱连接的沟槽流回地面水箱；高位水箱内插有的多孔阻尼板作为稳流装置，用来消除通过水泵进入的水所引起的波动；高位水箱中水经能量转换使得水流经扩压段产生一定的流速，流入整流网进行整流，在收缩段5对流体进行加速，在工作段形成低湍流度的均匀水流，提供实验所需要的测试环境；从工作段流出的水经扩散段19流出后流回地面水箱；如此反复循环流动。

本发明涉及拖曳装置的整体尺寸长为1820mm。实验模型12的法兰尺寸，长为620mm，宽为220mm；当实验模型12需要加工曲面外形结构时，法兰允许最大尺寸，长为598mm，宽为198mm，最小尺寸要求在实验模型内侧能够符合测试传感器13排布即可，曲面外形结构根据实际需要进行设计加工。收缩段5的型线设计好坏将直接影响能否给工作段提供均匀流场，具体设计采用理论分析计算方法和经验性近似公式计算法相结合的设计方法进行设计，即进出口处采用经验性近似公式计算法进行设计计算，再按照理论分析计算方法设计出满足入口和出口截面尺寸的萨诺扬曲线；收缩段5的长度为610mm，入口与出口截面比为7.29∶1。工作段腔体16的入口截面和出口截面均为200mm×200mm的正方形，工作段腔体16的长度为800mm，两侧壁开有600mm×200mm的通孔，用于安装实验模型12。扩散段19的入口截面为200mm×200mm的正方形，扩散角为3.，扩散段水平长度为410mm。本发明实施例的主要材料为Q235钢，并在拖曳装置外侧表面涂布聚四氟保护层，其主要加工方式为机械加工成型。

Claims (5)

1.一种拖曳式流体阻力测试装置，包括测试传感器、小型电子计算机、数据采集存储***，其特征是：还包括拖拽板、收缩段、工作段腔体、扩散段、外壳和实验模型，工作段腔体一端与收缩段相连，工作段腔体另一端与扩散段相连，密封端盖和实验模型安装在工作段腔体的上下两端、并将其密封，测试传感器、小型电子计算机和数据采集存储***位于密封端盖、实验模型和工作段腔体组成的密封空间里、并依次相连，测试传感器还与实验模型相连，收缩段、工作段腔体和扩散段均位于外壳里，拖拽板安装在收缩段与外壳的连接处。

2.根据权利要求1所述的一种拖曳式流体阻力测试装置，其特征是：所述的实验模型和工作段腔体连接面处采用密封垫片进行一级密封、采用密封套进行二级密封，通过卡压板对密封套进行紧固压缩，且通过螺栓将卡压板紧密固定到工作段腔体上。

3.根据权利要求1或2所述的一种拖曳式流体阻力测试装置，其特征是：所述的实验模型表面结构为平面结构、凹坑结构、V型结构。

4.根据权利要求1或2所述的一种拖曳式流体阻力测试装置，其特征是：所述的实验模型表面直接涂覆减阻涂层。

5.根据权利要求3所述的一种拖曳式流体阻力测试装置，其特征是：所述的实验模型表面直接涂覆减阻涂层。

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