[发明专利]一种超疏水表面减阻效果的测量方法和系统

说明书

本发明涉及流体力学应用领域，公开了一种超疏水表面减阻效果的测量方法和系统。该系统包括实验模型、定位夹具、敞口水箱、摄像机；实验模型包括一个光滑表面模型和多个超疏水表面模型，所述光滑表面模型和所述超疏水表面模型具有相同的形状，且重力和浮力分别相当；定位夹具固定在所述敞口水箱上方，定位夹具夹持两个实验模型，使得两个实验模型与敞口水箱的水面的距离相同；敞口水箱与摄像机放置在同一水平面且敞口水箱侧壁透明；摄像机具有能够拍摄到实验模型下落直至触碰水箱底部的预设位置和预设视角。本发明方案实现简单，测量效果良好。

技术领域

本发明涉及流体力学应用领域，具体地说，涉及一种超疏水表面减阻效果的测量方法和系统。

背景技术

目前，对超疏水表面减阻效果的测量有如下两种方法：

1.水洞实验

水洞洞体为一个充满水的封闭循环管道，在叶轮泵的驱动下水沿管道循环流动，并在工作段内形成一个稳定的、水速和压力可调的均匀流场。将具有超疏水表面的实验模型置于工作段内并与测试仪器相连，以测定模型的阻力特性。(黄桥高,潘光,武昊,et al.超疏水表面减阻水洞实验及减阻机理研究[J].实验流体力学,2011,25(5):21-25.)

该方法有如下几个缺点：1.搭建水洞实验平台及设备造价高。2.实验模型与测试仪器相连的杆对流场和阻力有影响，特别是对微纳级别的超疏水表面，附带的杆会造成很大的实验误差。进一步，如果减阻效果不显著，这种误差会错过有减阻效果的超疏水表面，从而带来更大的损失。

2.PIV粒子图像测速技术

利用该技术可以测量槽道内流体的速度场,槽道底面具有超疏水表面，然后通过超疏水表面速度滑移和湍动脉动场信息分析其减阻效果。(卢思,姚朝晖,郝鹏飞,et al.微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究[J].力学与实践,2013,35(4):20-24.)

该方法有如下几个缺点：1.该技术需要在流体介质中加入示踪粒子，这会造成流体成分的改变，同时造成超疏水表面减阻实验未知的误差。2.PIV测试结果与示踪粒子的直径、密度和散光特性有直接关系，所以，示踪粒子不仅影响真实的流场，还会影响测试的流场，造成双重叠加的误差。3.这种方法测试的是槽道或通道二维平面，并不能测试三维物体。4.这种方法主要是通过测试得到的速度滑移来判断减阻效果，但是速度滑移和减阻效果并没有被唯一确定下来，所以，用速度滑移来判断减阻效果是不严谨的。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种超疏水表面减阻效果的测量方法和系统，实现简单，测量效果良好。

为了实现上述目的，本发明提供了一种超疏水表面减阻效果的测量系统，包括：

实验模型、定位夹具、敞口水箱、摄像机；

所述实验模型包括一光滑表面模型和一超疏水表面模型，所述光滑表面模型和所述超疏水表面模型具有相同的形状，且重力和浮力分别相当；或者，所述实验模型包括微结构不同的两个超疏水表面模型，所述微结构不同的两个超疏水表面模型具有相同的形状，且重力和浮力分别相当；

所述定位夹具固定在所述敞口水箱上方；所述定位夹具夹持两个所述实验模型，使得两个所述实验模型与所述敞口水箱的水面的距离相同；

所述敞口水箱与所述摄像机放置在同一水平面且所述敞口水箱侧壁透明；

所述摄像机具有能够拍摄到所述实验模型下落直至触碰水箱底部的预设位置和预设视角。

在本发明的一种可选的实施方式中，所述实验模型的迎流头部为圆锥状，中部为正六棱柱状，尾部为半球状；

所述迎流头部的圆锥底面直径、所述中部的截面的正六边形外接圆直径、所述尾部的截面圆直径相同。