一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的装置及方法与流程

1.本发明属于水动力噪声测试领域，尤其涉及一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的装置及方法。


背景技术：

2.超疏水涂层是一种表面功能材料，可用于降低船舶表面流噪声，对于降低船舶的自噪声和辐射噪声具有重要的价值。
3.在超疏水涂层研制和应用过程中，采用试验手段来评价其在不同流速下的减阻降噪效果尤为重要，但目前测试超疏水涂层减阻降噪效果的试验装置较少，试验模型多为流线型回转体，受水洞试验段尺寸限制，试验模型与流体接触面积较小；多集中在测量流体的摩擦阻力和流激噪声的方法，如专利号cn10951617a，名称为《一种测量水洞工作段内模型流激噪声的装置和方法》，以及专利号cn03759918a，名称为《评估仿生射流表面平板减阻效果的试验装置及方法》，都不涉及对超疏水涂层的水动力噪声降噪效果的评估方法。
4.设计一种可以评价超疏水涂层水动力噪声降噪效果的试验模型和方法对于超疏水涂层应用研究具有很大的现实意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的装置及方法，以解决上述问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的装置，包括混响水箱、水洞工作段和试验模型，所述混响水箱附加在所述水洞工作段外部，所述水洞工作段的进水口通过进水管连通有水源，所述进水管上连接有控制阀门，所述试验模型安装固定在所述水洞工作段内，所述试验模型外侧设置有超疏水涂层，所述混响水箱和所述试验模型均连接有感应器，所述感应器电性连接有数据采集器，所述数据采集器设置在所述混响水箱外，所述水洞工作段的出水口设置在远离所述进水口的一侧。
7.优选的，所述试验模型包括首端导流体和尾端导流体，所述首端导流体设置在所述试验模型靠近所述进水口的一端，所述尾端导流体设置在所述试验模型靠近所述出水口的一端，所述首端导流体与所述尾端导流体之间固定连接有槽钢框架，所述槽钢框架靠近水体的两侧对称设置有测试面板，所述超疏水涂层喷涂在所述测试面板外侧。
8.优选的，所述首端导流体设置为半圆柱导流体。
9.优选的，所述尾端导流体为锥形状结构，所述尾端导流体靠近水体的两侧固定连接有片状导流体，两个所述片状导流体之间的夹角为25
‑
35
°
。
10.优选的，所述测试面板采用钛合金板或玻璃钢板。
11.优选的，所述试验模型固定连接在所述水洞工作段内侧顶部。
12.优选的，所述试验模型顶部与所述水洞工作段内侧顶部之间固定连接有支撑管，所述支撑管内开设有空腔。
13.优选的，所述水源为高位水箱，所述高位水箱位于所述水洞工作段上方。
14.一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的方法，包括如下步骤：
15.步骤一：在所述试验模型上喷涂所述超疏水涂层，分别在所述试验模型和所述混响水箱上安装所述感应器；将喷涂完成的所述试验模型安装至所述水洞工作段内，且所述试验模型内充满水；
16.步骤二：检测所述感应器的稳定性后，开始噪声测试。
17.本发明具有如下技术效果：水源中的水被引入水洞工作段内，然后通过控制阀门的开启大小调节水在水洞工作段的流速；混响水箱的主要作用是为了克服感应器易受声场畸变的影响，提高了测量的准确性；试验模型易于更换，方便反复进行对比试验；通过感应器和数据采集器，同时获取试验模型自噪声、辐射噪声以及模型表面脉动压力变化，更为全面评价超疏水涂层水动力噪声降噪效果。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
19.图1为本发明试验模型主视图；
20.图2为本发明试验模型俯视图；
21.图3为本发明示意图；
22.图4为实施例二示意图；
23.图5为实施例三示意图；
24.其中，1、半圆柱导流体；2、测试面板；201、槽钢框架；3、片状导流体；4、支撑管；301、高位水箱；302、控制阀门；303、进水管；304、水洞工作段；305、混响水箱；306、试验模型；307、第一水听器阵；308、脉动压力传感器；309、第二水听器阵；310、出水管；311、数据采集器；501、水泵。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.实施例一：
28.参照图1
‑
3所示，本发明提供了一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的装置，包括混响水箱305、水洞工作段304和试验模型306，混响水箱305附加在水洞工作段304外部，水洞工作段304的进水口通过进水管303连通有水源，进水管303上连接有控制阀门302，试验模型306安装固定在水洞工作段304内，试验模型306外侧设置有超疏水涂层，混响水箱
305和试验模型306均连接有感应器，感应器电性连接有数据采集器311，数据采集器311设置在混响水箱305外，水洞工作段304的出水口设置在远离进水口的一侧。水源中的水被引入水洞工作段304内，然后通过控制阀门302的开启大小调节水在水洞工作段304的流速；混响水箱305的主要作用是为了克服感应器易受声场畸变的影响，提高了测量的准确性；试验模型306易于更换，方便反复进行对比试验；通过感应器和数据采集器11，同时获取试验模型自噪声、辐射噪声以及模型表面脉动压力变化，更为全面评价超疏水涂层水动力噪声降噪效果。
29.进一步优化方案，感应器包括第一水听器阵307、脉动压力传感器308和第二水听器阵309，第一水听器阵307竖直设置在试验模型306内部，脉动压力传感器308安装在试验模型306外侧面上，第二水听器阵309竖直设置在混响水箱305内，且第二水听器阵309水平滑动连接在混响水箱305内；第一水听器阵307用于检测试验模型306内部自噪声；脉动压力传感器308用于检测试验模型306外表面的脉动压力；第二水听器阵309用于测量水动力噪声的辐射声功率。
30.进一步优化方案，混响水箱305截止频率为500hz，在试验模型306外侧面上设置脉动压力传感器308，通过波数
‑
频率谱变换可以评估500hz以下低频段的噪声水平，拓宽了噪声测量的频段。
31.进一步优化方案，试验模型306包括首端导流体和尾端导流体，首端导流体设置在试验模型306靠近进水口的一端，尾端导流体设置在试验模型306靠近出水口的一端，首端导流体与尾端导流体之间固定连接有槽钢框架201，槽钢框架201靠近水体的两侧对称设置有测试面板2，超疏水涂层喷涂在测试面板2外侧。通过设置测试面板2，形状规则，易于更换，方便反复进行对比试验。
32.进一步优化方案，首端导流体设置为半圆柱导流体1。
33.进一步优化方案，尾端导流体为锥形状结构，尾端导流体靠近水体的两侧固定连接有片状导流体3，两个片状导流体3之间的夹角为25
‑
35
°
。
34.进一步优化方案，测试面板2采用钛合金板或玻璃钢板。测试面板2采用具有良好透声性能的材质，有利于提高试验数据的准确性。
35.进一步优化方案，试验模型306总长1195mm，厚度150mm，高度400mm；第一水听器阵307距离试验模型306首端540mm左右，第一水听器阵307中的水听器之间间距100mm左右；第二水听器阵309的水听器之间间距400mm左右。选择合适的间距，可以更加均匀全面地监控噪声发生状态，有针对性的监控具体位置的噪声状态。
36.进一步优化方案，试验模型306固定连接在水洞工作段304内侧顶部。
37.进一步优化方案，试验模型306顶部与水洞工作段304内侧顶部之间固定连接有支撑管4，支撑管4内开设有空腔。
38.进一步优化方案，水源为高位水箱301，高位水箱301位于水洞工作段304上方。通过高位水箱301，利用高位水的重力，向水洞工作段304内输送水。
39.进一步优化方案，水洞工作段304与试验模型306内布置多组第一水听器阵307和第二水听器阵309。水听器阵307均匀分布在模型内部，水平间距约200mm；在试验测量期间，无需移动第二水听器阵309，数据采集器311可同时获取混响水箱内多个位置的噪声值。
40.一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的方法，包括如下步骤：
41.步骤一：在测试面板2外表面喷涂超疏水涂层，将喷涂完成的所述试验模型306内部和表面分别安装第一水听器阵307和脉动压力传感器308；
42.步骤二：将试验模型306安装至水洞工作段304内，试验模型306首端靠近进水管303、尾端靠近出水管310，且所述试验模型306内充满水；
43.步骤三：在混响水箱305内布设第二水听器阵309；
44.步骤四：将第一水听器阵307、脉动压力传感器308和第二水听器阵309分别连接数据采集器311；
45.步骤四：混响水箱305内充满水；
46.步骤五：打开控制阀门302，通过控制阀门302调节水在水洞工作段304中的流速，待流速稳定后沿水平方向缓慢移动混响水箱305内的第二水听器阵309；
47.步骤六：在移动混响水箱305内的第二水听器阵309期间，同步采集第一水听器阵307、脉动压力传感器308和第二水听器阵309的信号；
48.步骤七，通过控制阀门302调节水在水洞工作段304中的不同流速，从而获取不同的测试数据，重复步骤三和步骤四；
49.步骤八：更换为无超疏水涂层的试验模型306，重复步骤一至步骤七；
50.步骤九：收集试验结果，进行数据对比分析。
51.本实施例的工作过程如下：首先将测试面板2表面喷涂超疏水涂层，将试验模型306安装至水洞工作段304内；打开控制阀门302并调节控制阀门302的开度，水源中的水以一定的流速经过试验模型306，待流速稳定后进行数据采集，期间沿水平方向缓慢移动混响水箱305内的第二水听器阵309，获取混响水箱305内的平均声压级，然后通过数据采集器311收集感应器的感应信号；并且，通过控制阀门302调节水在水洞工作段304中的不同流速，从而获取不同的测试数据；待收集完数据后，更换为未喷涂超疏水涂层的测试面板2，重复以上操作，进行对比试验。
52.实施例二：
53.参照图4所示，本实施例的试验模型与实施例一的区别仅在于，水洞工作段304与试验模型306内布置多组第一水听器阵307和第二水听器阵309。第一水听器阵307均匀分布在模型内部，水平间距约200mm；在试验测量期间，无需移动第二水听器阵309，数据采集器311可同时获取混响水箱305内多个位置的噪声值。
54.实施例三：
55.参照图5所示，本实施例的试验模型与实施例一的区别仅在于，通过高位水箱301将水洞工作段304、进水管303和出水管310中充满水，进水管303和出水管310之间设置有控制阀门302和水泵501。通过调节水泵501的转速和控制阀门302的开度，控制水洞工作段304内流速，实现水平状态下采用循环水进行噪声测试。
56.本实施例的工作过程如下：首先将测试面板2表面喷涂超疏水涂层，将试验模型306安装至水洞工作段304内；开启水泵501，调节水泵501转速和控制阀门302开度，水以一定的流速经过试验模型306，待流速稳定后进行数据采集，期间沿水平方向缓慢移动混响水箱305内的第二水听器阵309，获取混响水箱305内的平均声压级，通过数据采集器311同步采集第一水听器阵307、脉动压力传感器308、第二水听器阵309的信号；并且，调节水泵501转速和控制阀门302获得不同流速，从而获取不同的测试数据；待收集完数据后，更换为未
喷涂超疏水涂层的测试面板2，重复以上操作，进行对比试验。
57.本发明还具有如下有益效果：试验模型306采用片状导流体3，与传统的流线型回转体试验模型相比，片状导流体3与流体接触面积更大，可以在导流体内部及表面布置更多的水听器和脉动压力传感器308，获得更多的测量数据；测试面板2形状规则、易于更换，方便反复进行对比试验。
58.水洞工作段304外置混响水箱305，二者没有液体交换，混响水箱305内布置水听器阵测得混响水箱305内的空间平均声压，得到试验模型306水动力噪声的辐射声功率级，克服了水听器易受声场畸变的影响，提高了测量的准确性；混响水箱305截止频率为500hz，在测试面板2上设置脉动压力传感器308，通过波数
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频率谱变换可以评估500hz以下低频段的噪声水平，拓宽了噪声测量的频段；在混响水箱305内和试验模型306内布置水听器阵以及在测试面板2上安装脉动压力传感器308，同时获取试验模型306自噪声、辐射噪声以及试验模型306表面脉动压力变化，更为全面评价超疏水涂层水动力噪声降噪效果。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。