一种电解微气泡稳定性观测试验装置的制作方法

本发明涉及水下航行体主动式减阻技术领域，尤其是涉及一种电解微气泡稳定性观测试验装置。

背景技术：

近年来，水下反潜反舰作战航行武器的推进速度、机动性能、打击精度的提升成为我国主导制海权的关键，水下作战武器(如鱼雷)隐蔽性强、杀伤力大，同时还拥有精确的制导能力，由于其攻击范围是吃水线以下，一但击中目标，就能有效摧毁敌舰战斗力。为了能够有效的打击目标，水下作战武器的航速必须达到目标速度的1.5倍且航速越快打击破坏力越强，否则对敌舰不能造成足够的伤害，甚至无法击中目标。而水下航航行体所受阻力约为空中飞行器的1000多倍，目前采用常规的增大推力或优化航行器线性已经难以实现阻力的明显降低。

仿生沟槽表面和微气泡形成的气垫对于流动减阻具有极大的潜在应用价值，使得微气泡减阻技术成为水下减阻领域的研究热点之一。当前，针对微气泡形成、驻留控制、微气泡减阻机理的研究均存在较大的技术瓶颈有待突破。在流动的水中，多尺度复杂的流动环境使得观测微气泡在微纳凹坑中的生长历程、稳定驻留及驻留情况变得极为困难，目前，尚无应用型微气泡动态显微观测装置，能够使得微气泡的低速水流中稳定驻留及在微尺度下实时观测微气泡在微纳凹坑中的生长历程，驻留情况，为深入研究微气泡驻留稳定性、微气泡减阻机理提供一定的试验基础，以期实现水下航行体所受水下阻力的大幅降低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服微气泡减阻技术中存在的驻留微气泡难以稳定驻留以及能够在微尺度下清晰观测微气泡生长历程、驻留情况的关键问题，提供基于梯形扩压段、消能孔板、蜂窝整流网、筛网的稳流、消能、垂直方向整流、水平方向整流的多重复合作用，使得动态水流达到稳定的状态，以此提高微气泡的驻留稳定性，易于观测微气泡的生长行为，实现微气泡减阻的一种电解微气泡稳定性观测试验装置。

本发明包括微气泡稳定性观测平台、电子流量计、无级调速水泵直流电源，所述微气泡稳定性观测平台内部沿流体运动方向依次设有梯形扩压段、消能孔板、蜂窝整流网、筛网、微纳凹坑电解观测试片、弹簧探针、碳棒，微气泡稳定性观测平台前端通过通水管道与电子流量计和无级调速水泵相连接，弹簧探针通过电源导线连接直流电源负极，碳棒连接电源正极。

所述微气泡稳定性观测平台可采用有机玻璃材质。

所述微气泡稳定性观测平台前端采用梯形扩压段，两底边长度可为10～30mm、60～80mm，高可为45～65mm。

所述消能孔板厚度为2～4mm，蜂窝整流网厚度可为13～26mm，筛网厚度可为2～4mm。

所述消能孔板与蜂窝整流网的间隔可为40～60mm，蜂窝整流网与筛网的间隔可为30～50mm。

所述筛网与电解观测试片的间距大于50mm。

所述微纳凹坑电解观测试片的厚度可为10～15mm。

所述弹簧探针与碳棒的间隔可为40～80mm。

所述碳棒长度可为6mm，宽度可为6mm；

所述微气泡稳定性观测平台的水流速度可为0～2m/s；

所述微气泡稳定性观测平台中部铺可设有一层直径为2mm的防水圈。

与现有技术相比，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、本发明选择有机玻璃制作微气泡稳定性观测平台，在平台前端连接电子流量计以及无级调速水泵，平台内部沿流体运动方向依次设有梯形扩压段、消能孔板、蜂窝整流网、筛网、微纳凹坑电解观测试片、弹簧探针、碳棒，弹簧探针通过电源导线连接直流电源负极，碳棒连接电源正极，以弹簧探针为电解负极，通过电解nacl溶液，在微纳凹坑电解观测试片中生成微气泡，利用梯形扩压段、消能孔板、蜂窝整流网、筛网的多重复合整流效果，实现在放置电解试片区域流体的稳定流动，实现微气泡在一定流速下的稳定驻留，利用有机玻璃通透的特性，通过电子显微镜对电解试片区域进行实时动态观测，解决现有技术下，动态水流中微气泡难以稳定驻留，难以清晰观测生长历程及驻留情况的问题，达到稳定持久的减阻效果。

2、本发明可以在具有一定流速的水流中稳定地维持微气泡的驻留，可以增强微气泡减阻的持续性和有效性，更加有利于在实际场景下的应用。

3、本发明能够在水中复杂的流动环境中实现对微气泡生长情况的实时动态观察，有利于研究微气泡的驻留稳定性及减阻机理。

4、本发明可以通过调节无级水泵来控制水流的速度，通过电子流量计实时观测试验装置流量，从而实现对不同流速下微气泡的驻留情况进行观测，适用于流速低的情况。

5、本发明使用直流电源电解产生微气泡，不需要长时间连续通气，能源损耗更少。

6、本发明可以通过调节电压的高低，来控制微气泡生成的速率，从而减少能源损耗，有利于实现减阻效果的控制。

附图说明

图1为本发明实施例所述电解微气泡稳定性观测试验装置结构示意图；

图2为微气泡稳定性观测平台示意图；

图3为电解微气泡稳定性观测试验装置工作示意图。

图中各标记为：1-无级调速水泵；2-开关阀门；3-电子流量计；4-通水管道；5-梯形扩压段；6-微气泡稳定性观测平台；7-消能孔板；8-蜂窝整流网；9-筛网；10-微纳凹坑电解观测试片；11-弹簧探针；12-碳棒；13-微气泡。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下实施例将结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本实施例中，一种电解微气泡稳定性观测试验装置包括微气泡稳定性观测平台6、电子流量计3和无级调速水泵1；

所述微气泡稳定性观测平台6采用有机玻璃材料，在微气泡稳定性观测平台6内部沿流体运动方向依次设有梯形扩压段5、消能孔板7、蜂窝整流网8、筛网9、微纳凹坑电解观测试片10、弹簧探针11和碳棒12；

所述微气泡稳定性观测平台6前端采用梯形扩压段5，两底边长度为10～30mm、60～80mm，高为45～65mm。

所述消能孔板7厚度为2～4mm，蜂窝整流网8厚度为13～26mm，筛网9厚度为2～4mm。

所述消能孔板7与蜂窝整流网8的间隔为40～60mm，蜂窝整流网8与筛网9的间隔为30～50mm。

所述筛网9与电解观测试片10的间距大于50mm。

所述微纳凹坑电解观测试片10厚度为10～15mm。

所述弹簧探针11与碳棒12的间隔为40～80mm。

所述碳棒12长度为6mm，宽度为6mm；

所述微气泡稳定性观测平台6的水流速度为0～2m/s；

所述微气泡稳定性观测平台6外沿铺设有一层直径为2mm的防水圈。

如图1～3所示，本发明的原理如下：

1、装置工作时，当水流通过无级调速水泵1，经过通水管道4，进入到微气泡稳定性观测平台6，水流首先经过梯形扩压段5，梯形扩压段能够将流体演化为湍流的趋势降低为最小，保证由通水管道进入的水流平稳；其次水流通过消能孔板7，消能孔板7的作用在于可以消除水流的大部分冲击能量，降低水流的冲击力；之后水流经过蜂窝整流网8，蜂窝整流网8作用在于可以减少来流流体的垂直扰动，使得流体在垂直方向的变得平缓；最后经过筛网9，筛网9作用在于可以减少来流流体的水平扰动，使得流体在水平方向的变得平缓。

当水流流动至微纳凹坑电解观测试片10放置区域时，水流经过扩压段5、消能孔板7、蜂窝整流网8、筛网9的稳流、消能、垂直方向整流、水平方向整流，动态水流达到极为稳定的状态，有利于微气泡在微纳凹坑稳定驻留及清晰观测其生长历程、驻留清况。

2、装置工作时，将微纳凹坑电解观测试片10放置到微气泡稳定性观测平台6，利用弹簧探针11导通直流电压负极与微纳凹坑电解观测试片10，将碳棒12连接至直流电压正极，利用电子显微镜进行观测。通过电解反应在微纳凹坑电解观测试片10负极产生的气体会被微纳凹坑束缚住，继而形成微气泡13，当微气泡13充满凹坑时，形成的微气泡13会阻隔电解试片与流体溶液间的反应，反应自动终止。

本发明工作时，可以清晰的通过显微镜在微纳凹坑电解观测试片10上方观测到稳定驻留的微气泡，实现减阻效果；本发明可以对低速来流进行处理，实现对动态水流的整流作用，提高低速水流下微气泡13的驻留稳定性。本发明可随着微气泡13的破裂或脱落而自主工作，实现对微气泡13的自适应控制，能耗和成本较低，易于实现在实际工程中的应用，此外，本发明可以通过调节电压的高低，来控制微气泡13生成的速率，通过调节无极调速水泵来控制水流的流速，由此实现对不同流速下的微气泡13驻留情况及减阻效果的研究。

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