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】本發明涉及一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，包括：一個支架，作為仿荷葉桿測試模型及其他附件的載體；一個支桿，用于固定該測試模型到風洞或水洞中，同時與外部設備連接；一個固定支桿，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
【技術領域】
[0001]本發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【技術領域】。
【背景技術】
[0002]圓柱繞流是流體力 學的經典問題之一，廣泛存在于航空航天、建筑工程、水利工程、高空電纜、機械、核工業、遠洋鉆井、風工程等科學研究和工程實踐領域。早在1908年，Benard就記錄下了水中圓柱背對來流一側的周期性漩渦脫落。1911年馮?卡門從理論上研究了圓柱繞流產生的兩列渦街的穩定性，此后引起了眾多學者對繞流問題廣泛的關注。隨著雷諾數的增加，粘性不可壓縮流體繞柱體的流動會呈現各種不同的流動狀態，當雷諾數較大時，尾流首先失穩，出現周期性振蕩，而后，隨著渦交替脫落，瀉入尾流形成卡門渦街，隨著雷諾數的增加，流動變得越來越復雜，最后發展成為湍流。卡門渦街是流體力學中重要的現象，日常生活中風吹電線的風鳴聲就是由于渦街脫落引起的，工程中卡門渦街引發的共振也會對設備造成破壞，典型的是美國塔科馬橋的風毀事故，此外，渦的脫落還會引起設備阻力增加，對于設備穩定性和結構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備外形和材料的方法，主要存在以下不足:
[0003]( 1)在工程應用中，對于設備外形和材料的嚴格要求也必然限制了其設計方案，不利于設計方案的最優化。
[0004](2)對于外形的專門設計和材料的選取會增加設備的額外成本，不利于圓柱繞流減阻技術的普及。
【發明內容】
[0005]要解決的技術問題
[0006]為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種專門用于圓柱繞流的減阻測試模型，該模型只需在設備表面加工不同形狀、尺寸和間距的表面結構，從而測試不同結構對圓柱繞流的減阻效果，該模型可大幅度提高測試結果的可比性和準確性，減少實驗工作量，提高實驗效率。
[0007]技術方案
[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上端中間為開式結構，兩邊設有臺階，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上設有三個定位孔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結構相同，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2兩端為內外徑分別為Φ8和Φ12的圓筒結構。
[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的微結構為突起的刺狀物，通過調節微結構的形狀、尺寸和密度，實現減阻效果的最優化。
[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，具有如下優點:
[0015]1、采用直接在圓柱繞流物體表面設計一層不同尺寸和間距微結構的方法并測試其減阻效果，不需要改變物體的外形和材料，克服了現有技術的不足，實用性、創新性更強，應用前景廣闊。
[0016]2、采用分離式設計，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模型的穩定性，使測試結果更加精確。
[0017]3、可同時測試一個光滑圓柱模型和兩個圓柱繞流減阻模型，大大減少了實驗工作量，有利于提高測試效率；且多個模型的同時測試提高了不同模型實驗狀態的一致性和實驗研究的準確性，有利于測試結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處仿荷葉桿結構局部放大圖
[0022]圖4圓柱繞流減阻測試模型主視圖中b處仿荷葉桿結構局部放大圖
[0023]圖5圓柱繞流測試模型結構示意圖
【具體實施方式】
[0024]一種仿荷葉桿圓柱繞流減阻測試模型，該模型包括:一個支架，作為仿荷葉桿測試模型及其他附件的載體；一個支桿，用于固定該測試模型到風洞或水洞中，同時與外部設備連接；一個固定支桿，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]現結合附圖對本發明作進一步描述:
[0026]如圖1和圖2所示，支架2通過支桿I固定于風洞或水洞實驗段內部，支架2兩端設計為內外徑分別為Φ8和Φ12的圓筒結構，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，從而保證整個測試模型連接的可靠性和在來流沖擊下的穩定性。支架2上端中間為開式結構,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結構相同，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構，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定。仿荷葉桿測試模型9的微結構如圖3和圖4所示，該結構為突起的刺狀物，通過調節微結構的形狀、尺寸和密度，從而實現減阻效果的最優化。固定支架8和支架2上分別加工有三個定位孔13，用于固定一個光滑圓柱測試模型12和兩個仿荷葉桿測試模型9。因此，該模型可同時測試三個圓柱繞流測試模型，提高了測試效率，且保證了不同模型流場的一致性，提高了測試結果的準確性，實際操作時，也可根據測試需求增加定位孔13的數量，實現更多模型的一次性測量，但應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，且可一次測量多個模型的減阻效果，大大減少了實驗工作量，提高了測試效率，同時也提高了不同模型實驗狀態的一致性和結果的準確性，有利于測試結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構可在不改變物體外形的情況下實現減阻，通過該模型實驗也可找到最適合圓柱繞流減阻的微結構，克服了現有技術的不足，應用前景廣闊。
【權利要求】
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)上端中間為開式結構，兩邊設有臺階，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)上設有三個定位孔(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)結構相同，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.根據權利要求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)兩端為內外徑分別為Φ8和Φ 12的圓筒結構。
3.根據權利要求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.根據權利要求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)的微結構為突起的刺狀物，通過調節微結構的形狀、尺寸和密度，實現減阻效果的最優化。
5.根據權利要求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 優先權日:2014年4月2日
【發明者】胡海豹, 杜鵬, 文俊, 宋東, 郭云鶴, 任峰, 鮑路瑤 申請人:西北工業大學
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