专利名称：一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置和方法。该方法属于一
种快速评价海洋抗污损涂料防污效果的方法，亦可用于评价特定污损生物对表面的污损能 力。
背景技术：
海下人工设备不断遭受来自海洋的腐蚀和污损，其中由海洋生物附着在固相表面 形成的生物污损给人类带来巨大损失。低表面能防污技术是一种新型的无毒防污技术，通 过在固体表面涂装污损释放涂料降低固体的表面自由能，使污损生物难于附着或者附着不 牢。附着在低表面能表面的生物污损层在一些高速运行的设备如轮船、舰艇表面，易在重力 或者水流冲刷的作用下剥离，达到防污目的。评价污损释放涂料的防污性能需要将一定水 流剪切力作用于附着了污损生物的待测样品，观察其对污损生物的释放效果，得出评价指 标。目前一般用海洋挂片法或平行平板流动腔来评价污损释放涂料的防污性能。其中，海 洋挂片法存在周期过长(数周或者数月)、无法测定污损初始附着、无法考察水流影响等缺 点。平行平板流动腔的腔体多采用一个管道高度远小于管道长度和宽度的矩形管作为测试 部分，利用动力装置在管道中产生流量可控的流体作用于待测样品，根据流量计算出样品 处所受的流体剪切力。目前国内设计的的平行平板流动腔多用来测定流体剪切力对动物细 胞体外培养的影响，可产生的剪切力只有O. 5-2Pa左右，如此小的剪切力无法与海洋环境 中水的流速相比，对附着的污损生物也几乎起不到作用。国外针对污损生物设计的流动腔 极少，且存在装置搭建花费昂贵、样品安装固定困难等特点。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种简单方便、能够模拟海下固相表面所受流体剪切 力的装置和方法。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括工作流体供应系统、湍 流生成系统，测试部分三个部分。工作流体供应系统由封闭储液槽(1)、防腐离心泵(3)、排 水阀门(4)、分流阀门(2)、调节水量阀门(5)、电磁流量计(6)组成；湍流生成系统即设定 室由多孔进水管(11)、多层开孔率不同的有机玻璃挡板(12)、蜂巢挡板(13)以及出口二维 喷嘴(10)组成；测试系统由连接喷嘴的矩形管(包含四个测压点(14)、可以自由拆卸的样 品夹(16)、出口放流管(17)组成。 为了更好地实现本发明的技术特点，申请人在实施的过程中，使用的待测样品为 圆形薄片，其工作流体为海水，其湍流发生系统使用多层开孔挡板来充分扰乱流体。在操作 过程中是通过调节样品高度调节螺杆(15)来保证样品和管道壁处于同一平面；其循环水 路中的工作流体在防腐离心泵(3)作用下进入管道，经设定室及矩形管产生发展完全的湍 流状态流体，从而在样品测试部分产生一定的壁剪切力，作用于待测样品。
附图1即为本发明的模拟海下固相表面所受流体剪切力装置的结构示意图。
附图2即为本发明的模拟海下固相表面所受流体剪切力装置测试部分矩形管的
结构示意图
其中， 1—一封闭储液槽 2—一分流阀门 3-
4一一排水阀门 5——调节流量阀门 6-8—一真空阀门 9——真空泵 10-
进液管 12—一设定室中多层开孔挡板13—
15—一样品高度调节螺杆 16 18——样品 19——真空管 20—
分流阀门
_电磁流量计
_设定室二维喷嘴
设定室中蜂巢挡板 一样品夹
样品下的空隙
11-
-一防腐离心泵
'一一可调支座
- 一设定室多孔
14——测压点 17——放流管
21——0形圈
具体实施例方式
下面将结合附图及实例来详述本发明的技术特点。
在实际操作中，本发明的是这样实施的 如附图所示，本发明包括工作流体供应系统、湍流生成系统，测试管道三个部分。 工作流体供应系统由封闭储液槽(1)、防腐离心泵(3)、排水阀门(4)、分流阀门(2)、调节水 量阀门(5)、电磁流量计(6)组成；湍流生成系统即设定室由多孔进水管(11)、多层开孔率 不同的有机玻璃挡板(12)、蜂巢挡板(13)以及出口二维喷嘴(10)组成；测试系统由连接 喷嘴的矩形管(包含四个测压点(14)、可以自由拆卸的样品夹(16)、出口放流管(17)组 成。 如附图所示，本发明的工作流体供应系统通过直径为10cm的有机玻璃管道与湍 流生成系统连接，在湍流生成系统的进口处，管道处理为多孔管，以使流体在管口被初步扰 动。湍流生成系统与测试系统的矩形管通过二维喷嘴进行连接，二维喷嘴减少从湍流生成 系统的出来的流体在垂直于管道的方向流动。 装置运行时，在设计的一定流量的循环水路中，工作流体在防腐离心泵(3)的作 用下从封闭储液槽(1)中进入设定室，并在设定室多重开孔挡板(12,13)的作用下充分混 合，为得到完全发展的湍流做准备。从设定室中出来的水流经过一段矩形管道，到达样品测 试点。 一定流速下，流体在矩形测试管道上下壁产生的壁剪切力是一定的。圆形样品以抽 真空的方式固定在测试点的上下壁，接受流体冲刷。当其他条件不变(大气压、温度等)，改 变工作流体的流速可以改变样品所受的剪切力。通过阀门(2)和阀门(5)控制管道内的流 速从而控制作用于样品的剪切力。通过U形管压力计测定四个测压点(14)的压差，用来推 测管道内流体的流动状况(雷诺数)，继而算出装置的工作曲线。
本发明的工作过程 封闭储液槽(1)中的工作流体由防腐离心泵(3)做功，在整个流体回路中形成循环回路。流体流速通过分流阀门(2)和调节水量阀门(5)组合控制。在高流速区主要由调 节水量阀门(5)控制，在低流速区主要由分流阀门(2)控制。封闭储液槽(1)中的工作流 体在防腐离心泵(3)作用下进入管道，经过电磁流量计(6)从多孔管(11)进入设定室。流 体在设定室中经过三个开孔率依次增大的聚碳酸酯的开孔板(12)，然后经过聚碳酸酯的蜂 巢(13)，从二维喷嘴(10)出来进入测试部分管道。为了测定样品处的压降，沿测试管道依 次设置四个测压点(14)。测压点的压强通过U形压力计测定管道与大气压的压差测定。流 体继续通过样品夹(16)进入扩散管(17)再进入水槽l，完成循环水路。
样品夹(16)用于固定测试样品。测试样品为附着了海洋微型污损生物的基片，形 状为直径2.5cm的圆片。样品夹(16)的上下部分各设置三个圆形槽，其底部上下可调，且 周围以橡胶0形圈密封。样品放上去后，和样品槽底部形成一个小的空隙，其内部连接真空 管。在样品下抽真空使样品固定在样品槽上。调节样品高度调节螺杆(15)使样品与样品 夹(16)的管壁持平，然后通过样品夹上下各四个螺丝将其固定在测试管道上，从而使样品 置于流体管道的管壁上，接受流体冲刷。
本发明具有的有益效果是 1.以人工海水为介质，系统可以得到最大为2. 7m/s的流体流速，此时测试部分器 壁剪切力为23. 3Pa; 2.采用抗腐蚀管道系统，可以更真实地模拟海水流动环境；
3.可以快速评价特定海洋污损生物在特定表面的初始附着强度。
权利要求
一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置，该装置是由工作流体供应系统、湍流生成系统、测试系统三部分组合而成，其特征在于工作流体供应系统是由分流阀门(2)，防腐离心泵(3)，排水阀门(4)，调节流量阀门(5)，电磁流量计(6)组成；湍流生成系统是由设定室二维喷嘴(10)，设定室多孔进液管(11)，设定室中多层开孔挡板(12)，设定室中蜂巢挡板(13)组成；测试系统是由可调支座(7)，真空阀门(8)，真空泵(9)，测压点(14)，样品高度调节螺杆(15)，样品夹(16)，放流管(17)，样品(18)，真空管(19)，样品下的空隙(20)，O形圈(21)组成。
2. 根据权利要求1所述的一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置，其特征在于 其待测样品为圆形薄片。
3. 根据权利要求1所述的一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置，其特征在于 湍流发生系统使用多层开孔挡板来充分扰乱流体。
4. 根据权利要求1所述的一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置，其特征在于 可以通过调节样品高度调节螺杆(15)来保证样品和管道壁处于同一平面。
5. 根据权利要求1所述装置而开发的一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的方法， 其特征在于循环水路中的工作流体在防腐离心泵(3)作用下进入管道，经设定室及矩形管 产生发展完全的湍流状态流体，从而在样品测试部分产生一定的壁剪切力，作用于待测样PR o
6. 根据权利要求5所述的一种模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置，其特征在于 其工作流体为海水。
全文摘要
本发明公开了一种简单方便、能够模拟海下固相表面所受流体剪切力的装置和方法，包括工作流体供应系统、湍流生成系统、测试系统三个部分。工作流体供应系统由封闭储液槽、防腐离心泵、排水管、分流管、调节流量阀门、电磁流量计组成；湍流生成系统即设定室由多孔进水管、多层开孔率不同的有机玻璃挡板、蜂巢挡板以及出口二维喷嘴组成；测试部分由连接喷嘴的矩形管(包含四个测压点)、可以自由拆卸的样品夹、出口放流管组成。测试过程中，工作流体在离心泵的作用下从封闭储液槽中经过湍流生成系统，并在多重挡板的作用下充分混合后，经二维喷嘴进入测试部分的矩形管道，到达测试点。圆形样品以抽真空的方式固定在测试部分的上下壁，接受水流冲刷。通过调节流速大小来控制作用于样品的剪切力大小。
文档编号G01N19/04GK101696926SQ20091022960
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者吕建仁, 李燕, 阙国和 申请人:中国石油大学(华东);