一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，包括：一个支架，作为仿荷叶杆测试模型及其他附件的载体；一个支杆，用于固定该测试模型到风洞或水洞中，同时与外部设备连接；一个固定支杆，用于固定荷叶杆测试模型，并通过螺栓与支架连接；三个仿荷叶杆测试模型，通过螺栓连接固定到支架与固定支杆之间，以便于测试荷叶杆测试模型的减阻效果与后方流场情况。
【专利说明】一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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:
[0003]( 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。
[0004](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】
[0005]要解决的技术问题
[0006]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。
[0007]技术方案
[0008]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I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。
[0009]所述的支架2两端为内外径分别为Φ8和Φ12的圆筒结构。
[0010]所述的中间段18的直径为Φ8。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]有益效果
[0014]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:
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1本发明圆柱绕流减阻测试模型主视图
[0019]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
[0020]图2圆柱绕流减阻测试模型主视图中A-A向截面视图
[0021]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
[0022]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
[0023]图5圆柱绕流测试模型结构示意图
【具体实施方式】
[0024]一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，该模型包括:一个支架，作为仿荷叶杆测试模型及其他附件的载体；一个支杆，用于固定该测试模型到风洞或水洞中，同时与外部设备连接；一个固定支杆，用于固定荷叶杆测试模型，并通过螺栓与支架连接；三个仿荷叶杆测试模型，通过螺栓连接固定到支架与固定支杆之间，以便于测试荷叶杆测试模型的减阻效果与后方流场情况。
[0025]现结合附图对本发明作进一步描述:
[0026]如图1和图2所示，支架2通过支杆I固定于风洞或水洞实验段内部，支架2两端设计为内外径分别为Φ8和Φ12的圆筒结构，支杆I贯通支架2的两端，下端通过第一螺母4固定，螺纹连接中需添加弹簧垫圈3，从而保证整个测试模型连接的可靠性和在来流冲击下的稳定性。支架2上端中间为开式结构,且两端加工有台阶,用于安装固定支杆8,固定支杆8与支架2之间利用螺栓连接。固定支杆8用于固定仿荷叶杆测试模型9和光滑圆柱测试模型12。如图5所示，圆柱绕流测试模型9和12结构相同，分为螺纹段15、第一台阶
14、第二台阶16、中间段18和定位段17，中间段直径Φ8，用于加工仿荷叶杆微结构，流场测试集中于中间段18，第二台阶16和定位段17用于定位圆柱绕流测试模型，定位段17插入支架2的下端，第一台阶14与螺纹段15与固定支杆8通过螺纹连接固定于支架2上，螺纹段15贯穿定位孔13连接在固定支杆8上，螺纹连接需添加弹簧垫圈三10，以保证圆柱绕流测试模型的稳定。仿荷叶杆测试模型9的微结构如图3和图4所示，该结构为突起的刺状物，通过调节微结构的形状、尺寸和密度，从而实现减阻效果的最优化。固定支架8和支架2上分别加工有三个定位孔13，用于固定一个光滑圆柱测试模型12和两个仿荷叶杆测试模型9。因此，该模型可同时测试三个圆柱绕流测试模型，提高了测试效率，且保证了不同模型流场的一致性，提高了测试结果的准确性，实际操作时，也可根据测试需求增加定位孔13的数量，实现更多模型的一次性测量，但应保证模型间距大于模型中间段18直径的5倍以上，防止圆柱绕流测试模型背部流场的相互干扰。
[0027]该仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型便于圆柱模型的安装和拆卸，且可一次测量多个模型的减阻效果，大大减少了实验工作量，提高了测试效率，同时也提高了不同模型实验状态的一致性和结果的准确性，有利于测试结果的对比和减阻效果的评估。在物体表面加工仿荷叶杆的微结构可在不改变物体外形的情况下实现减阻，通过该模型实验也可找到最适合圆柱绕流减阻的微结构，克服了现有技术的不足，应用前景广阔。
【权利要求】
1.一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，其特征在于包括支杆(I)、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(I)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)。
2.根据权利要求1所述的一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，其特征在于所述的支架(2)两端为内外径分别为Φ8和Φ 12的圆筒结构。
3.根据权利要求1所述的一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，其特征在于所述的中间段(18)的直径为Φ8。
4.根据权利要求1所述的一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，其特征在于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。
5.根据权利要求1所述的一种仿荷叶杆圆柱绕流减阻测试模型，其特征在于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。
【文档编号】G01M10/00GK103954429SQ201410131097
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】胡海豹, 杜鹏, 文俊, 宋东, 郭云鹤, 任峰, 鲍路瑶 申请人:西北工业大学