高速风洞油流试验油剂的配置方法及试验油剂与流程

本发明涉及风洞油流试验技术领域，具体而言，涉及一种高速风洞油流试验油剂的配置方法及试验油剂。

背景技术：

在风洞试验中，油流试验是借助于物理手段使气流绕模型流动的某些特征以画面的形式显示出来的试验方法。通过观察油流图像，并进行拓扑分析，能深入地了解流动现象的本质和机理，确定气流在模型上附着的位置、出现激波和旋涡的位置以及气流分离的位置和分离的方式与特点，为合理地解释实验数据提供依据，有助于找到解决某些具体问题的途径，也有助于建立、完善和发展新的空气动力学理论。

油流试验技术作为风洞试验流动显示技术之一，通过将一定黏度的特定油剂与示踪粒子粉末染料均匀混合体喷涂在模型表面，涂料在绕模型气流的剪切力作用下，油挟带着颜料粉末随气流运动，在模型表面形成油流图谱。通过对油流方向、油膜厚薄变化及图谱分析，可以了解物面流场中奇点的分布规律，判读绕流流经物面形成的附流、气泡、漩涡、激波及分离等气动特征，以进一步揭示不同外形试验模型的表面流动规律，并为合理解释试验数据或了解某些流动现象产生的机理提供依据。

现有技术的风洞油流试验油剂配置的配方苛刻，油流图谱效果受油剂配方的关联较大，得到的油流图谱不耐存放；油剂兼容性不强，一类配方只能完成相应类别的试验。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高速风洞油流试验油剂的配置方法，此方法对试验油剂进行量化，技术性强，且配置方法简单，油流图谱效果较好，得到的油流图谱耐存放。

本发明的另一目的在于提供一种高速风洞油流试验油剂，此试验油剂的兼容性强，可以进行荧光油流试验、彩色油流试验以及常规黑白油流试验。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种高速风洞油流试验油剂的配置方法，包括如下步骤：

(1)配置机油钛白粉质量比不同的样本混合物，测定样本混合物的黏度，并得到机油钛白粉质量比与黏度的关系曲线；

(2)根据油流试验的Ma值，确定试验油剂的黏度，再根据黏度和关系曲线，得到试验油剂的机油钛白粉质量比；

(3)根据步骤(2)获得的机油钛白粉的质量比，配置机油与钛白粉的油剂混合物，并添加荧光指示剂混合。

一种高速风洞油流试验油剂的配置方法，由上述高速风洞油流试验油剂的配置方法配置得到。

本发明的较佳实施例提供的高速风洞油流试验油剂的配置方法及试验油剂的有益效果是：

本发明提供的高速风洞油流试验油剂的配置方法，引入黏度技术指标，对钛白粉和机油进行量化，使其配置方法的技术性控制更强，且其配置方法简单，配置结果准确，使配置的油剂能够更好的进行油流试验。

本发明提供的高速风洞油流试验油剂，以钛白粉作为示踪粒子，示踪粒子进行了深加工，具有易调和、图谱存放久的优势，示踪粒子的色彩多样，并加入了荧光指示剂，使得到的试验油剂的兼顾性强，能够兼顾适用于荧光油流试验、彩色油流试验与常规黑白油流试验，增大试验油剂的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的高速风洞油流试验油剂的配置方法中机油钛白粉质量比与黏度的关系曲线；

图2为本发明实施例1提供的高速风洞油流试验油剂进行黑白油流试验的油流图谱；

图3为本发明实施例1提供的高速风洞油流试验油剂进行彩色油流试验的油流图谱；

图4为本发明实施例1提供的高速风洞油流试验油剂进行荧光油流试验的油流图谱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的高速风洞油流试验油剂的配置方法及试验油剂进行具体说明。

一种高速风洞油流试验油剂的配置方法，包括如下步骤：

(1)配置机油钛白粉质量比不同的样本混合物，测定样本混合物的黏度，并得到机油钛白粉质量比与黏度的关系曲线。

选取至少5个不同的机油钛白粉质量比，配置样本混合物，并分别测定样本混合物的黏度，以机油钛白粉质量比为横坐标，黏度为纵坐标得到关系曲线。

例如：分别配置机油钛白粉质量比为1.2、1.38、1.44、1.5、1.57、1.64、1.72、1.8、1.9、2.0的10种样本混合物，并分别测定这10种样本混合物的黏度，测定黏度的方法按照现有技术即可，得到混合物的黏度值分别为3280mPa.s、2980mPa.s、2900mPa.s、2820mPa.s、2800mPa.s、2770mPa.s、2700mPa.s、2620mPa.s、2600mPa.s、2510mPa.s。以机油钛白粉质量比作为横坐标，其对应的样本混合物的黏度作为纵坐标，且通过多次配置相同质量比的样本混合物并测定样本混合物的黏度值，通过计算平均值，使测量的结果更加准确，使用最小二乘法得到的值画出机油钛白粉质量比和黏度的关系曲线，使关系曲线更有可信度，曲线如图1所示。

(2)根据油流试验的Ma值，确定试验油剂的黏度，再根据黏度和关系曲线，得到试验油剂的机油钛白粉质量比。

在进行油流试验的时候，不同的油流试验的Ma值，需要不同黏度的高速风洞油流试验油剂，其Ma值与高速风洞油流试验油剂的黏度的对应关系为现有技术。通过需要的高速风洞油流试验油剂的黏度，对应机油钛白粉质量比和黏度的关系曲线，得到配置的高速风洞油流试验油剂的机油与钛白粉的质量比。如：当0.4≤Ma≤1.5时，对应需要的高速风洞油流试验油剂的黏度为2850～3150mPa.s，当1.6≤Ma≤3时，对应需要的高速风洞油流试验油剂的黏度为2620～2790mPa.s。根据图1，可以得到机油与钛白粉混合物的黏度范围为2850～3150mPa.s时，机油与钛白粉的质量比范围为1.3～1.5，可以得到机油与钛白粉混合物的黏度范围为2620～2790mPa.s时，机油与钛白粉的质量比范围为1.6～1.8。当模型迎角超过15°或试验Ma值高于1.5时，油剂黏度适当降低2％。

(3)根据步骤(2)获得的机油钛白粉质量比，配置机油与钛白粉的油剂混合物，并添加荧光指示剂混合。

根据图1中的关系曲线，得到试验油剂的机油钛白粉质量比，并通过该质量比配置相应的机油与钛白粉的油剂混合物，并添加荧光指示剂混合得到高速风洞油流试验油剂。

优选设置：荧光指示剂质量占油剂混合物的质量的2％～5％，使得到的高速风洞油流试验油剂具有足够的荧光效应也不会对高速风洞油流试验油剂的黏度造成影响。

其具体的配置方法为：使用脱脂棉蘸取少量的无水乙醇将烧杯清洗干净，待无水乙醇完全挥发以后，将烧杯放置在电子天平(或其他称量器具上)，打开电子天平，用钥匙量取上述钛白粉置于烧杯中，将其归零，再加入上述机油，将其归零，最后再加入上述荧光指示剂，使用搅拌棒将三种物质混合均匀，得到高速风洞油流试验油剂。配置好的高速风洞油流试验油剂需静置一段时间，以确保高速风洞油流试验油剂中的气泡充分逸散。建议在进行试验前半个小时进行配置。

此高速风洞油流试验油剂的配置方法中，引入黏度技术指标，对机油和钛白粉的量进行量化，技术性的控制更强，配置高速风洞油流试验油剂的时候，严格按照不同范围的Ma所需要的不同范围的黏度的高速风洞油流试验油剂的进行配置，使得到的高速风洞油流试验油剂能够更好地进行油流试验，并得到可以长久存储的油流图谱。

一种高速风洞油流试验油剂，由上述高速风洞油流试验油剂的配置方法配置得到。包括钛白粉、机油和荧光指示剂。

其中，机油可以调节试验油剂的黏度，不同的高速风洞的风速所需要的试验油剂的黏度不同，通过加入不同的机油的量来调节试验油剂的黏度，使制得的试验油剂可以满足不同的高速风洞的需求。

优选地，机油的黏度为200～400mPa.s。机油的黏度较小，使机油与钛白粉容易混合均匀，对机油的黏度进行限制，更加容易配置高速风洞油流试验油剂所需要的黏度，使高速风洞油流试验油剂能够顺利进行油流试验。

钛白粉即二氧化钛，为质地柔软的无嗅无味的白色粉末，遮盖力和着色力强，不溶于水、稀无机酸、有机溶剂、油等，纳米级超微细二氧化钛具有半导体性质，并且具有高稳定性、高透明性、高活性和高分散性，无毒性和颜色效应。由于钛白粉的这些性质，高速风洞油流试验油剂中加入钛白粉为示踪粒子，利于油流试验后形成油流图谱。同时，钛白粉不溶于水，具有一定的防水性，具有防潮、易存放的优点。

优选地，钛白粉的级别为2N，粒度为200～300目，这种钛白粉经过深加工，其粒度达到纳米级，具有易调和的特性，将钛白粉与机油和荧光指示剂混合制备高速风洞油流试验油剂的时候，其混合更加均匀，延长通过油流试验得到的油流图谱的存放时间，便于研究人员的研究。

钛白粉具有颜色效应，更佳地，对钛白粉进行二次加工，即对钛白粉进行颜色处理，使钛白粉的表面附着有颜料层，其方法为：将处理剂沉淀在钛白粉粒子表面而形成包膜，并对其沉淀的形式、数量和方法加以控制，使钛白粉的表面有沉淀层的颜料，得到的钛白粉的表面附着有颜料层。优选地，处理剂通常选自三氧化二铝、二氧化硅中的一种或两种。钛白粉经过颜色处理以后，其依然具有钛白粉的性质，但得到的钛白粉具有不同的颜色，使得到的高速风洞油流试验油剂能够进行彩色油流试验与常规黑白油流试验。

荧光指示剂是一种荧光染料，使制得的高速风洞油流试验油剂能够进行荧光油流试验。优选地，荧光指示剂选自荧光检漏剂或荧光粉。其中，荧光检漏剂为油路系统中通用的荧光检漏剂。

高速风洞油流试验油剂配方含有上述三种配方原料，使高速风洞油流试验油剂能够进行荧光油流试验、彩色油流试验和常规黑白油流试验，增大了高速风洞油流试验油剂的使用范围，同时，也使通过油流试验得到的油流图谱能够存放较长时间，方便研究。

优选地，钛白粉与机油的质量比为1.3～1.8。

更佳地，具体的高速风洞油流试验油剂与高速风洞的风速直接相关，具体的试验风速对应的试验油剂如下：

(1)当0.4≤Ma≤1.5时，钛白粉与机油的质量比为1.3～1.5；

(2)当1.6≤Ma≤3时，钛白粉与机油的质量比为1.6～1.8。

其中：Ma即为马赫数，物体的速度与音速的比值，即音速的倍数。

实施例1

设置高速风洞的Ma为0.4，根据Ma与油流试验油剂的黏度的对应关系，得到所需要的高速风洞油流试验油剂的黏度为3150mPa.s，通过图1中的机油钛白粉质量比和黏度的关系曲线，得出机油钛白粉质量比为1.3，取1g粒度为200目的钛白粉加入1.3g黏度为400mPa.s的机油中，将其混合均匀，再加入0.046g荧光检漏剂，将三种物质混合均匀，得到高速风洞油流试验油剂。

使用上述高速风洞油流试验油剂分别在Ma为0.4的条件下进行荧光油流试验、彩色油流试验与常规黑白油流试验，并得到油流图谱。图2为本实施例配置的高速风洞油流试验油剂进行黑白油流试验的油流图谱；图3为本实施例配置的高速风洞油流试验油剂进行彩色油流试验的油流图谱；图4为本实施例配置的高速风洞油流试验油剂进行荧光油流试验的油流图谱。请一并参阅图2、图3和图4，图2说明本配方能够得到清晰的黑白油流图像，图3说明本配方能够得到清晰的彩色油流图像，并且对比度较强，图4说明本配方能够得到清晰的荧光油流图像，能够分辨气流运动轨迹。通过本实施例的配置方法配置的高速风洞油流试验油剂可以同时进行荧光油流试验、彩色油流试验与常规黑白油流试验，增大了高速风洞油流试验油剂的使用范围。

实施例2

设置高速风洞的Ma为1.5时，根据Ma与油流试验油剂的黏度的对应关系，得到所需要的高速风洞油流试验油剂的黏度为2850mPa.s，通过图1中的机油钛白粉质量比和黏度的关系曲线，得出机油钛白粉质量比为1.5，使用脱脂棉蘸取少量的无水乙醇将烧杯清洗干净，待无水乙醇完全挥发以后，将烧杯放置在电子天平(或其他称量器具上)，打开电子天平，用钥匙量取1g粒度为300目的钛白粉置于烧杯中，将其归零，再加入1.5g黏度为200mPa.s的机油中，将其归零，最后再加入0.125g荧光粉，使用搅拌棒将三种物质混合均匀，得到高速风洞油流试验油剂。配置好的高速风洞油流试验油剂需静置一段时间，以确保高速风洞油流试验油剂中的气泡充分逸散。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。