一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，包括：一個(gè)支架，作為仿荷葉桿測試模型及其他附件的載體；一個(gè)支桿，用于固定該測試模型到風(fēng)洞或水洞中，同時(shí)與外部設(shè)備連接；一個(gè)固定支桿，用于固定荷葉桿測試模型，并通過螺栓與支架連接；三個(gè)仿荷葉桿測試模型，通過螺栓連接固定到支架與固定支桿之間，以便于測試荷葉桿測試模型的減阻效果與后方流場情況。
【專利說明】一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減阻模型，特別是涉及一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，屬于仿生【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]圓柱繞流是流體力 學(xué)的經(jīng)典問題之一，廣泛存在于航空航天、建筑工程、水利工程、高空電纜、機(jī)械、核工業(yè)、遠(yuǎn)洋鉆井、風(fēng)工程等科學(xué)研究和工程實(shí)踐領(lǐng)域。早在1908年，Benard就記錄下了水中圓柱背對來流一側(cè)的周期性漩渦脫落。1911年馮?卡門從理論上研究了圓柱繞流產(chǎn)生的兩列渦街的穩(wěn)定性，此后引起了眾多學(xué)者對繞流問題廣泛的關(guān)注。隨著雷諾數(shù)的增加，粘性不可壓縮流體繞柱體的流動會呈現(xiàn)各種不同的流動狀態(tài)，當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，尾流首先失穩(wěn)，出現(xiàn)周期性振蕩，而后，隨著渦交替脫落，瀉入尾流形成卡門渦街，隨著雷諾數(shù)的增加，流動變得越來越復(fù)雜，最后發(fā)展成為湍流?？ㄩT渦街是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象，日常生活中風(fēng)吹電線的風(fēng)鳴聲就是由于渦街脫落引起的，工程中卡門渦街引發(fā)的共振也會對設(shè)備造成破壞，典型的是美國塔科馬橋的風(fēng)毀事故，此外，渦的脫落還會引起設(shè)備阻力增加，對于設(shè)備穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全性等方面造成很大的威脅。目前對于繞流的減阻主要是通過改變設(shè)備外形和材料的方法，主要存在以下不足:
[0003]( 1)在工程應(yīng)用中，對于設(shè)備外形和材料的嚴(yán)格要求也必然限制了其設(shè)計(jì)方案，不利于設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化。
[0004](2)對于外形的專門設(shè)計(jì)和材料的選取會增加設(shè)備的額外成本，不利于圓柱繞流減阻技術(shù)的普及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種專門用于圓柱繞流的減阻測試模型，該模型只需在設(shè)備表面加工不同形狀、尺寸和間距的表面結(jié)構(gòu)，從而測試不同結(jié)構(gòu)對圓柱繞流的減阻效果，該模型可大幅度提高測試結(jié)果的可比性和準(zhǔn)確性，減少實(shí)驗(yàn)工作量，提高實(shí)驗(yàn)效率。
[0007]技術(shù)方案
[0008]一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，其特征在于包括支桿1、支架2、第一彈簧墊圈3、第一螺母4、螺栓5、第二彈簧墊圈6、第二螺母7、固定支桿8、仿荷葉桿測試模型9、第三彈簧墊圈10、第三螺母11、光滑圓柱測試模型12和定位孔13 ;支桿I貫通支架2的兩端，下端通過第一螺母4固定，支架2上端中間為開式結(jié)構(gòu)，兩邊設(shè)有臺階，固定支桿8安裝在支架2的臺階上，兩者通過螺栓5連接，固定支桿8上設(shè)有三個(gè)定位孔13，固定仿荷葉桿測試模型9和光滑圓柱測試模型12 ;所述的仿荷葉桿測試模型9和光滑圓柱測試模型12結(jié)構(gòu)相同，包括螺紋段15、第一臺階14、第二臺階16、中間段18和定位段17 ;定位段17插入支架2的下端，螺紋段15貫穿定位孔13連接在固定支桿8上，螺紋段上端使用第三螺母11固定，中間加墊第三彈簧墊圈10。
[0009]所述的支架2兩端為內(nèi)外徑分別為Φ8和Φ12的圓筒結(jié)構(gòu)。
[0010]所述的中間段18的直徑為Φ8。
[0011]所述的仿荷葉桿測試模型9的微結(jié)構(gòu)為突起的刺狀物，通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和密度，實(shí)現(xiàn)減阻效果的最優(yōu)化。
[0012]相鄰的仿荷葉桿測試模型9或光滑圓柱測試模型12的間距大于5倍的中間段18直徑，防止圓柱繞流測試模型背部流場的相互干擾。
[0013]有益效果
[0014]本發(fā)明提出的一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、采用直接在圓柱繞流物體表面設(shè)計(jì)一層不同尺寸和間距微結(jié)構(gòu)的方法并測試其減阻效果，不需要改變物體的外形和材料，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)用性、創(chuàng)新性更強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊。
[0016]2、采用分離式設(shè)計(jì)，便于圓柱繞流測試模型的安裝和拆卸，且螺栓連接有利于增強(qiáng)模型的穩(wěn)定性，使測試結(jié)果更加精確。
[0017]3、可同時(shí)測試一個(gè)光滑圓柱模型和兩個(gè)圓柱繞流減阻模型，大大減少了實(shí)驗(yàn)工作量，有利于提高測試效率；且多個(gè)模型的同時(shí)測試提高了不同模型實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的一致性和實(shí)驗(yàn)研究的準(zhǔn)確性，有利于測試結(jié)果的對比和減阻效果的評估。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1本發(fā)明圓柱繞流減阻測試模型主視圖
[0019]1-支桿、2-支架、3-第一彈簧墊圈、4-第一螺母、5-螺栓、6_第二彈簧墊圈、7_第二螺母、8-固定支桿、9-仿荷葉桿測試模型、10-第三彈簧墊圈、11-第三螺母、12-光滑圓柱測試模型、13-定位孔
[0020]圖2圓柱繞流減阻測試模型主視圖中A-A向截面視圖
[0021]圖3圓柱繞流減阻測試模型主視圖中a處仿荷葉桿結(jié)構(gòu)局部放大圖
[0022]圖4圓柱繞流減阻測試模型主視圖中b處仿荷葉桿結(jié)構(gòu)局部放大圖
[0023]圖5圓柱繞流測試模型結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，該模型包括:一個(gè)支架，作為仿荷葉桿測試模型及其他附件的載體；一個(gè)支桿，用于固定該測試模型到風(fēng)洞或水洞中，同時(shí)與外部設(shè)備連接；一個(gè)固定支桿，用于固定荷葉桿測試模型，并通過螺栓與支架連接；三個(gè)仿荷葉桿測試模型，通過螺栓連接固定到支架與固定支桿之間，以便于測試荷葉桿測試模型的減阻效果與后方流場情況。
[0025]現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0026]如圖1和圖2所示，支架2通過支桿I固定于風(fēng)洞或水洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)部，支架2兩端設(shè)計(jì)為內(nèi)外徑分別為Φ8和Φ12的圓筒結(jié)構(gòu)，支桿I貫通支架2的兩端，下端通過第一螺母4固定，螺紋連接中需添加彈簧墊圈3，從而保證整個(gè)測試模型連接的可靠性和在來流沖擊下的穩(wěn)定性。支架2上端中間為開式結(jié)構(gòu),且兩端加工有臺階,用于安裝固定支桿8,固定支桿8與支架2之間利用螺栓連接。固定支桿8用于固定仿荷葉桿測試模型9和光滑圓柱測試模型12。如圖5所示，圓柱繞流測試模型9和12結(jié)構(gòu)相同，分為螺紋段15、第一臺階
14、第二臺階16、中間段18和定位段17，中間段直徑Φ8，用于加工仿荷葉桿微結(jié)構(gòu)，流場測試集中于中間段18，第二臺階16和定位段17用于定位圓柱繞流測試模型，定位段17插入支架2的下端，第一臺階14與螺紋段15與固定支桿8通過螺紋連接固定于支架2上，螺紋段15貫穿定位孔13連接在固定支桿8上，螺紋連接需添加彈簧墊圈三10，以保證圓柱繞流測試模型的穩(wěn)定。仿荷葉桿測試模型9的微結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示，該結(jié)構(gòu)為突起的刺狀物，通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和密度，從而實(shí)現(xiàn)減阻效果的最優(yōu)化。固定支架8和支架2上分別加工有三個(gè)定位孔13，用于固定一個(gè)光滑圓柱測試模型12和兩個(gè)仿荷葉桿測試模型9。因此，該模型可同時(shí)測試三個(gè)圓柱繞流測試模型，提高了測試效率，且保證了不同模型流場的一致性，提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)際操作時(shí)，也可根據(jù)測試需求增加定位孔13的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)更多模型的一次性測量，但應(yīng)保證模型間距大于模型中間段18直徑的5倍以上，防止圓柱繞流測試模型背部流場的相互干擾。
[0027]該仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型便于圓柱模型的安裝和拆卸，且可一次測量多個(gè)模型的減阻效果，大大減少了實(shí)驗(yàn)工作量，提高了測試效率，同時(shí)也提高了不同模型實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的一致性和結(jié)果的準(zhǔn)確性，有利于測試結(jié)果的對比和減阻效果的評估。在物體表面加工仿荷葉桿的微結(jié)構(gòu)可在不改變物體外形的情況下實(shí)現(xiàn)減阻，通過該模型實(shí)驗(yàn)也可找到最適合圓柱繞流減阻的微結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，應(yīng)用前景廣闊。
【權(quán)利要求】
1.一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，其特征在于包括支桿(I)、支架(2)、第一彈簧墊圈(3)、第一螺母(4)、螺栓(5)、第二彈簧墊圈(6)、第二螺母(7)、固定支桿(8)、仿荷葉桿測試模型(9)、第三彈簧墊圈(10)、第三螺母(11)、光滑圓柱測試模型(12)和定位孔(13);支桿(I)貫通支架(2)的兩端，下端通過第一螺母(4)固定；支架(2)上端中間為開式結(jié)構(gòu)，兩邊設(shè)有臺階，固定支桿(8)安裝在支架(2)的臺階上，兩者通過螺栓(5)連接，固定支桿(8)上設(shè)有三個(gè)定位孔(13)，固定仿荷葉桿測試模型(9)和光滑圓柱測試模型(12);所述的仿荷葉桿測試模型(9)和光滑圓柱測試模型(12)結(jié)構(gòu)相同，包括螺紋段(15)、第一臺階(14)、第二臺階(16)、中間段(18)和定位段(17);定位段(17)插入支架(2)的下端，螺紋段(15)貫穿定位孔(13)連接在固定支桿(8)上，螺紋段上端使用第三螺母(11)固定，中間加墊第三彈簧墊圈(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，其特征在于所述的支架(2)兩端為內(nèi)外徑分別為Φ8和Φ 12的圓筒結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，其特征在于所述的中間段(18)的直徑為Φ8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，其特征在于所述的仿荷葉桿測試模型(9)的微結(jié)構(gòu)為突起的刺狀物，通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和密度，實(shí)現(xiàn)減阻效果的最優(yōu)化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，其特征在于相鄰的仿荷葉桿測試模型(9)或光滑圓柱測試模型(12)的間距大于5倍的中間段(18)直徑，防止圓柱繞流測試模型背部流場的相互干擾。
【文檔編號】G01M10/00GK103954429SQ201410131097
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】胡海豹, 杜鵬, 文俊, 宋東, 郭云鶴, 任峰, 鮑路瑤 申請人:西北工業(yè)大學(xué)