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湍流摩擦在粘性流体的阻力中起着重要作用减少湍流摩擦是流体力学领域的热门话题之一。在油气管道的长距离流体输送中泵站提供的几乎所有动力都用于克服流体的胫骨摩擦。在流体输送领域船舶的蒙皮摩擦阻力占总阻力的50%而在潜艇中这一比例高达70%。目前减阻试验方法主要研究形式有以下几种理论分析、数值模拟、模型实验等。从模型实验中获得的数据准确性比从理论分析和价值模拟中获得的数据精度要精确得多也更接近现实。因此即使理论分析和值模拟已经完成测试和认证也是必要的。实验方法作为流体减阻研究的重要手段对流体减阻理论的推广具有十分重要的作用。
研究并制造了一种先进且小型的减阻实验平台可以评估流体摩擦阻力。该测试平台可以有效地测试减阻技术如仿生喷射表面、仿生非光滑表面、聚合物涂层表面。基于上述原因研究并制造了一种先进且小型的减阻实验平台可以评估流体摩擦阻力。该测试平台可以有效地测试减阻技术如仿生喷射表面、仿生非光滑表面、聚合物涂层表面。
测试平台由扭矩从电动机传递到扭矩信号耦合器然后通过轴接头传递到负载来操作。
实验过程中通过信号耦合器反应的不同实验模型的非光滑或喷射模型和控制光滑表面模型在相同速度下在相同的测试环境下通过流体摩擦扭矩值来量化减阻效果。电机转速由变频器控制。扭矩信号耦合器跟随信号通过变送器和捕获卡通过LabVIEW软件将数据读取和存储到计算机。在软件界面系统中可以读取转矩的瞬时值和转矩与时间的关系曲线以及耦合器输出的转矩信号变化的瞬时值和速度与时间的关系曲线。
旋转轴作为载荷的关键部分一种方式它可以支撑作用在轴上发挥零件的作用;另一种方式以流体流动的过程为喷射方式。试验模型的中心框架通过钥匙与旋转轴连接一侧由肩部位置连接另一侧通过与旋转轴和轴盖的紧密连接。测试模型安装在支撑架上测试模型盖板通过头螺钉在支撑框架的顶部紧密连接以实现测试模型的定位。 在喷射供水部分分配水环安装在连接管内部并设置旋转轴为了防止它们之间对系统测试的影响分配水环和旋转轴之间存在一些间隙。喷射试验时外部流体经喷射水流入分配水环流体通过旋转轴上的孔流入轴腔再进入实验模型的支撑架的腔体。由于分配水环与旋转轴之间的间隙必然引起流体泄漏因此密封盖安装在分配水环的两侧连接管用销定位密封盖与旋转轴采用螺纹连接。它们是互通的为了减少摩擦采用加黄油的方式在调整两侧密封盖和分配水环的紧密程度后防止高速旋转时配合松动电磁阀安装在分配水环两侧的外部轴用螺栓连接。
喷射流动试验时需要将光滑表面纹理试验模型和几组喷射流动表面纹理试验模型分别放在试验模型车架上方进行对比实验。在电动机启动之前该部件为喷射流提供流体供应包括水环、轴空间心脏、试验模型及其支撑框架的空腔密封仓库应充满流体。电动机启动后变频器调节电动机的转速。试验模型表面有用于喷射流的孔口由于支撑框架腔内的流体在自身的离心力作用下当实验模型腔压力大于外部压力时流体通过喷射流从孔口流向密封仓库。支撑架腔内的流体通过自吸收功能使流体能够不断从外部补充。流体槽不断向喷射流的供应系统提供水。密封仓库中的流体由于喷射流动的原因而溢出。不必要的流体通过喷射流出水管流出以保证密封仓库内充满水并在大气压条件下施加压力。喷射流的进水管和出水管放置在相同的水槽中以使喷射流测试中的流体被回收利用并节省资源。流体通过喷射流进水管从水槽进入喷射流供应系统试验模型通过孔口供应密封仓库流体进行喷射流密封仓库中不必要的流体通过喷射流出口管在水槽中流动水槽中的流体可以回收供应。 数据采集系统的传感器是扭矩信号耦合器它是应变片其功能是接收被测的物理信号并输出可测量的电信号。为了方便与数据采集系统连接将扭矩信号耦合器输出的微弱频率和脉冲信号转换为1-5V模拟信号。
数据采集系统的软件包括数据采集软件模块和数据处理软件模块。基于LabVIEW的数据采集系统软件包括控制接口、采集参数、数据采集、数据处理、数据显示和存储。
在参数采集过程中由于某些干扰误差可能会明显不同。这将影响数据分析。因此有必要在收集数据之前进行过滤以保证准确性。数据采集系统采用数据过滤设计模块因为数据的过滤只需要使用软件来设计过滤程序而不是设备的支持。费用要低得多并且没有由搭配引起的问题。过滤较高或较低的波变得正确。实验平台的数据处理模块使用中值滤波。在数据处理过程中可以使用均值算法获取八个值的平均值作为输出。因此输出的误差将小于满足实验需求。
根据对小型减阻测试平台的观察证明该平台完全能够利用仿生非平滑和喷射表面减阻技术测试流体场。该平台具有成本低、方便、测试精度高、测试周期短、噪音小、操作简单等优点。 厂家没有提供LabVIEW的例子。根据通讯协议的相关的说明编写了适合项目的程序。程序截图如下所示。 相关资料说明如下所示。
LabVIEW程序如下附件所示。
