[发明专利]一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种减阻模型，特别是涉及一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，属于仿生技术领域。

背景技术

圆柱绕流是流体力学的经典问题之一，广泛存在于航空航天、建筑工程、水利工程、高空电缆、机械、核工业、远洋钻井、风工程等科学研究和工程实践领域。早在1908年，Benard就记录下了水中圆柱背对来流一侧的周期性漩涡脱落。1911年冯·卡门从理论上研究了圆柱绕流产生的两列涡街的稳定性，此后引起了众多学者对绕流问题广泛的关注。随着雷诺数的增加，粘性不可压缩流体绕柱体的流动会呈现各种不同的流动状态，当雷诺数较大时，尾流首先失稳，出现周期性振荡，而后，随着涡交替脱落，泻入尾流形成卡门涡街，随着雷诺数的增加，流动变得越来越复杂，最后发展成为湍流。卡门涡街是流体力学中重要的现象，日常生活中风吹电线的风鸣声就是由于涡街脱落引起的，工程中卡门涡街引发的共振也会对设备造成破坏，典型的是美国塔科马桥的风毁事故，此外，涡的脱落还会引起设备阻力增加，对于设备稳定性和结构安全性等方面造成很大的威胁。目前对于绕流的减阻主要是通过改变设备外形和材料的方法，主要存在以下不足：

（1）在工程应用中，对于设备外形和材料的严格要求也必然限制了其设计方案，不利于设计方案的最优化。

（2）对于外形的专门设计和材料的选取会增加设备的额外成本，不利于圆柱绕流减阻技术的普及。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种专门用于圆柱绕流的减阻测试模型，该模型只需在设备表面加工不同形状、尺寸和间距的表面结构，从而测试不同结构对圆柱绕流的减阻效果，该模型可大幅度提高测试结果的可比性和准确性，减少实验工作量，提高实验效率。

技术方案

一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，其特征在于包括支杆1、支架2、第一弹簧垫圈3、第一螺母4、螺栓5、第二弹簧垫圈6、第二螺母7、固定支杆8、仿荷叶杆测试模型9、第三弹簧垫圈10、第三螺母11、光滑圆柱测试模型12和定位孔13；支杆1贯通支架2的两端，下端通过第一螺母4固定，支架2上端中间为开式结构，两边设有台阶，固定支杆8安装在支架2的台阶上，两者通过螺栓5连接，固定支杆8上设有三个定位孔13，固定仿荷叶杆测试模型9和光滑圆柱测试模型12；所述的仿荷叶杆测试模型9和光滑圆柱测试模型12结构相同，包括螺纹段15、第一台阶14、第二台阶16、中间段18和定位段17；定位段17插入支架2的下端，螺纹段15贯穿定位孔13连接在固定支杆8上，螺纹段上端使用第三螺母11固定，中间加垫第三弹簧垫圈10。

所述的支架2两端为内外径分别为Φ8和Φ12的圆筒结构。

所述的中间段18的直径为Φ8。

所述的仿荷叶杆测试模型9的微结构为突起的刺状物，通过调节微结构的形状、尺寸和密度，实现减阻效果的最优化。

相邻的仿荷叶杆测试模型9或光滑圆柱测试模型12的间距大于5倍的中间段18直径，防止圆柱绕流测试模型背部流场的相互干扰。

有益效果

本发明提出的一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，具有如下优点：

1、采用直接在圆柱绕流物体表面设计一层不同尺寸和间距微结构的方法并测试其减阻效果，不需要改变物体的外形和材料，克服了现有技术的不足，实用性、创新性更强，应用前景广阔。

2、采用分离式设计，便于圆柱绕流测试模型的安装和拆卸，且螺栓连接有利于增强模型的稳定性，使测试结果更加精确。

3、可同时测试一个光滑圆柱模型和两个圆柱绕流减阻模型，大大减少了实验工作量，有利于提高测试效率；且多个模型的同时测试提高了不同模型实验状态的一致性和实验研究的准确性，有利于测试结果的对比和减阻效果的评估。

附图说明

图1本发明圆柱绕流减阻测试模型主视图

1-支杆、2-支架、3-第一弹簧垫圈、4-第一螺母、5-螺栓、6-第二弹簧垫圈、7-第二螺母、8-固定支杆、9-仿荷叶杆测试模型、10-第三弹簧垫圈、11-第三螺母、12-光滑圆柱测试模型、13-定位孔

图2圆柱绕流减阻测试模型主视图中A-A向截面视图

图3圆柱绕流减阻测试模型主视图中a处仿荷叶杆结构局部放大图

图4圆柱绕流减阻测试模型主视图中b处仿荷叶杆结构局部放大图

图5圆柱绕流测试模型结构示意图

具体实施方式