高速風洞油流試驗油劑的配置方法及試驗油劑與流程

本發明涉及風洞油流試驗技術領域，具體而言，涉及一種高速風洞油流試驗油劑的配置方法及試驗油劑。

背景技術：

在風洞試驗中，油流試驗是借助于物理手段使氣流繞模型流動的某些特征以畫面的形式顯示出來的試驗方法。通過觀察油流圖像，并進行拓撲分析，能深入地了解流動現象的本質和機理，確定氣流在模型上附著的位置、出現激波和旋渦的位置以及氣流分離的位置和分離的方式與特點，為合理地解釋實驗數據提供依據，有助于找到解決某些具體問題的途徑，也有助于建立、完善和發展新的空氣動力學理論。

油流試驗技術作為風洞試驗流動顯示技術之一，通過將一定黏度的特定油劑與示蹤粒子粉末染料均勻混合體噴涂在模型表面，涂料在繞模型氣流的剪切力作用下，油挾帶著顏料粉末隨氣流運動，在模型表面形成油流圖譜。通過對油流方向、油膜厚薄變化及圖譜分析，可以了解物面流場中奇點的分布規律，判讀繞流流經物面形成的附流、氣泡、漩渦、激波及分離等氣動特征，以進一步揭示不同外形試驗模型的表面流動規律，并為合理解釋試驗數據或了解某些流動現象產生的機理提供依據。

現有技術的風洞油流試驗油劑配置的配方苛刻，油流圖譜效果受油劑配方的關聯較大，得到的油流圖譜不耐存放；油劑兼容性不強，一類配方只能完成相應類別的試驗。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種高速風洞油流試驗油劑的配置方法，此方法對試驗油劑進行量化，技術性強，且配置方法簡單，油流圖譜效果較好，得到的油流圖譜耐存放。

本發明的另一目的在于提供一種高速風洞油流試驗油劑，此試驗油劑的兼容性強，可以進行熒光油流試驗、彩色油流試驗以及常規黑白油流試驗。

本發明是采用以下技術方案實現的：

一種高速風洞油流試驗油劑的配置方法，包括如下步驟：

(1)配置機油鈦白粉質量比不同的樣本混合物，測定樣本混合物的黏度，并得到機油鈦白粉質量比與黏度的關系曲線；

(2)根據油流試驗的Ma值，確定試驗油劑的黏度，再根據黏度和關系曲線，得到試驗油劑的機油鈦白粉質量比；

(3)根據步驟(2)獲得的機油鈦白粉的質量比，配置機油與鈦白粉的油劑混合物，并添加熒光指示劑混合。

一種高速風洞油流試驗油劑的配置方法，由上述高速風洞油流試驗油劑的配置方法配置得到。

本發明的較佳實施例提供的高速風洞油流試驗油劑的配置方法及試驗油劑的有益效果是：

本發明提供的高速風洞油流試驗油劑的配置方法，引入黏度技術指標，對鈦白粉和機油進行量化，使其配置方法的技術性控制更強，且其配置方法簡單，配置結果準確，使配置的油劑能夠更好的進行油流試驗。

本發明提供的高速風洞油流試驗油劑，以鈦白粉作為示蹤粒子，示蹤粒子進行了深加工，具有易調和、圖譜存放久的優勢，示蹤粒子的色彩多樣，并加入了熒光指示劑，使得到的試驗油劑的兼顧性強，能夠兼顧適用于熒光油流試驗、彩色油流試驗與常規黑白油流試驗，增大試驗油劑的使用范圍。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖也屬于本發明的保護范圍。

圖1為本發明實施例提供的高速風洞油流試驗油劑的配置方法中機油鈦白粉質量比與黏度的關系曲線；

圖2為本發明實施例1提供的高速風洞油流試驗油劑進行黑白油流試驗的油流圖譜；

圖3為本發明實施例1提供的高速風洞油流試驗油劑進行彩色油流試驗的油流圖譜；

圖4為本發明實施例1提供的高速風洞油流試驗油劑進行熒光油流試驗的油流圖譜。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

下面對本發明實施例的高速風洞油流試驗油劑的配置方法及試驗油劑進行具體說明。

一種高速風洞油流試驗油劑的配置方法，包括如下步驟：

(1)配置機油鈦白粉質量比不同的樣本混合物，測定樣本混合物的黏度，并得到機油鈦白粉質量比與黏度的關系曲線。

選取至少5個不同的機油鈦白粉質量比，配置樣本混合物，并分別測定樣本混合物的黏度，以機油鈦白粉質量比為橫坐標，黏度為縱坐標得到關系曲線。

例如：分別配置機油鈦白粉質量比為1.2、1.38、1.44、1.5、1.57、1.64、1.72、1.8、1.9、2.0的10種樣本混合物，并分別測定這10種樣本混合物的黏度，測定黏度的方法按照現有技術即可，得到混合物的黏度值分別為3280mPa.s、2980mPa.s、2900mPa.s、2820mPa.s、2800mPa.s、2770mPa.s、2700mPa.s、2620mPa.s、2600mPa.s、2510mPa.s。以機油鈦白粉質量比作為橫坐標，其對應的樣本混合物的黏度作為縱坐標，且通過多次配置相同質量比的樣本混合物并測定樣本混合物的黏度值，通過計算平均值，使測量的結果更加準確，使用最小二乘法得到的值畫出機油鈦白粉質量比和黏度的關系曲線，使關系曲線更有可信度，曲線如圖1所示。

(2)根據油流試驗的Ma值，確定試驗油劑的黏度，再根據黏度和關系曲線，得到試驗油劑的機油鈦白粉質量比。

在進行油流試驗的時候，不同的油流試驗的Ma值，需要不同黏度的高速風洞油流試驗油劑，其Ma值與高速風洞油流試驗油劑的黏度的對應關系為現有技術。通過需要的高速風洞油流試驗油劑的黏度，對應機油鈦白粉質量比和黏度的關系曲線，得到配置的高速風洞油流試驗油劑的機油與鈦白粉的質量比。如：當0.4≤Ma≤1.5時，對應需要的高速風洞油流試驗油劑的黏度為2850～3150mPa.s，當1.6≤Ma≤3時，對應需要的高速風洞油流試驗油劑的黏度為2620～2790mPa.s。根據圖1，可以得到機油與鈦白粉混合物的黏度范圍為2850～3150mPa.s時，機油與鈦白粉的質量比范圍為1.3～1.5，可以得到機油與鈦白粉混合物的黏度范圍為2620～2790mPa.s時，機油與鈦白粉的質量比范圍為1.6～1.8。當模型迎角超過15°或試驗Ma值高于1.5時，油劑黏度適當降低2％。

(3)根據步驟(2)獲得的機油鈦白粉質量比，配置機油與鈦白粉的油劑混合物，并添加熒光指示劑混合。

根據圖1中的關系曲線，得到試驗油劑的機油鈦白粉質量比，并通過該質量比配置相應的機油與鈦白粉的油劑混合物，并添加熒光指示劑混合得到高速風洞油流試驗油劑。

優選設置：熒光指示劑質量占油劑混合物的質量的2％～5％，使得到的高速風洞油流試驗油劑具有足夠的熒光效應也不會對高速風洞油流試驗油劑的黏度造成影響。

其具體的配置方法為：使用脫脂棉蘸取少量的無水乙醇將燒杯清洗干凈，待無水乙醇完全揮發以后，將燒杯放置在電子天平(或其他稱量器具上)，打開電子天平，用鑰匙量取上述鈦白粉置于燒杯中，將其歸零，再加入上述機油，將其歸零，最后再加入上述熒光指示劑，使用攪拌棒將三種物質混合均勻，得到高速風洞油流試驗油劑。配置好的高速風洞油流試驗油劑需靜置一段時間，以確保高速風洞油流試驗油劑中的氣泡充分逸散。建議在進行試驗前半個小時進行配置。

此高速風洞油流試驗油劑的配置方法中，引入黏度技術指標，對機油和鈦白粉的量進行量化，技術性的控制更強，配置高速風洞油流試驗油劑的時候，嚴格按照不同范圍的Ma所需要的不同范圍的黏度的高速風洞油流試驗油劑的進行配置，使得到的高速風洞油流試驗油劑能夠更好地進行油流試驗，并得到可以長久存儲的油流圖譜。

一種高速風洞油流試驗油劑，由上述高速風洞油流試驗油劑的配置方法配置得到。包括鈦白粉、機油和熒光指示劑。

其中，機油可以調節試驗油劑的黏度，不同的高速風洞的風速所需要的試驗油劑的黏度不同，通過加入不同的機油的量來調節試驗油劑的黏度，使制得的試驗油劑可以滿足不同的高速風洞的需求。

優選地，機油的黏度為200～400mPa.s。機油的黏度較小，使機油與鈦白粉容易混合均勻，對機油的黏度進行限制，更加容易配置高速風洞油流試驗油劑所需要的黏度，使高速風洞油流試驗油劑能夠順利進行油流試驗。

鈦白粉即二氧化鈦，為質地柔軟的無嗅無味的白色粉末，遮蓋力和著色力強，不溶于水、稀無機酸、有機溶劑、油等，納米級超微細二氧化鈦具有半導體性質，并且具有高穩定性、高透明性、高活性和高分散性，無毒性和顏色效應。由于鈦白粉的這些性質，高速風洞油流試驗油劑中加入鈦白粉為示蹤粒子，利于油流試驗后形成油流圖譜。同時，鈦白粉不溶于水，具有一定的防水性，具有防潮、易存放的優點。

優選地，鈦白粉的級別為2N，粒度為200～300目，這種鈦白粉經過深加工，其粒度達到納米級，具有易調和的特性，將鈦白粉與機油和熒光指示劑混合制備高速風洞油流試驗油劑的時候，其混合更加均勻，延長通過油流試驗得到的油流圖譜的存放時間，便于研究人員的研究。

鈦白粉具有顏色效應，更佳地，對鈦白粉進行二次加工，即對鈦白粉進行顏色處理，使鈦白粉的表面附著有顏料層，其方法為：將處理劑沉淀在鈦白粉粒子表面而形成包膜，并對其沉淀的形式、數量和方法加以控制，使鈦白粉的表面有沉淀層的顏料，得到的鈦白粉的表面附著有顏料層。優選地，處理劑通常選自三氧化二鋁、二氧化硅中的一種或兩種。鈦白粉經過顏色處理以后，其依然具有鈦白粉的性質，但得到的鈦白粉具有不同的顏色，使得到的高速風洞油流試驗油劑能夠進行彩色油流試驗與常規黑白油流試驗。

熒光指示劑是一種熒光染料，使制得的高速風洞油流試驗油劑能夠進行熒光油流試驗。優選地，熒光指示劑選自熒光檢漏劑或熒光粉。其中，熒光檢漏劑為油路系統中通用的熒光檢漏劑。

高速風洞油流試驗油劑配方含有上述三種配方原料，使高速風洞油流試驗油劑能夠進行熒光油流試驗、彩色油流試驗和常規黑白油流試驗，增大了高速風洞油流試驗油劑的使用范圍，同時，也使通過油流試驗得到的油流圖譜能夠存放較長時間，方便研究。

優選地，鈦白粉與機油的質量比為1.3～1.8。

更佳地，具體的高速風洞油流試驗油劑與高速風洞的風速直接相關，具體的試驗風速對應的試驗油劑如下：

(1)當0.4≤Ma≤1.5時，鈦白粉與機油的質量比為1.3～1.5；

(2)當1.6≤Ma≤3時，鈦白粉與機油的質量比為1.6～1.8。

其中：Ma即為馬赫數，物體的速度與音速的比值，即音速的倍數。

實施例1

設置高速風洞的Ma為0.4，根據Ma與油流試驗油劑的黏度的對應關系，得到所需要的高速風洞油流試驗油劑的黏度為3150mPa.s，通過圖1中的機油鈦白粉質量比和黏度的關系曲線，得出機油鈦白粉質量比為1.3，取1g粒度為200目的鈦白粉加入1.3g黏度為400mPa.s的機油中，將其混合均勻，再加入0.046g熒光檢漏劑，將三種物質混合均勻，得到高速風洞油流試驗油劑。

使用上述高速風洞油流試驗油劑分別在Ma為0.4的條件下進行熒光油流試驗、彩色油流試驗與常規黑白油流試驗，并得到油流圖譜。圖2為本實施例配置的高速風洞油流試驗油劑進行黑白油流試驗的油流圖譜；圖3為本實施例配置的高速風洞油流試驗油劑進行彩色油流試驗的油流圖譜；圖4為本實施例配置的高速風洞油流試驗油劑進行熒光油流試驗的油流圖譜。請一并參閱圖2、圖3和圖4，圖2說明本配方能夠得到清晰的黑白油流圖像，圖3說明本配方能夠得到清晰的彩色油流圖像，并且對比度較強，圖4說明本配方能夠得到清晰的熒光油流圖像，能夠分辨氣流運動軌跡。通過本實施例的配置方法配置的高速風洞油流試驗油劑可以同時進行熒光油流試驗、彩色油流試驗與常規黑白油流試驗，增大了高速風洞油流試驗油劑的使用范圍。

實施例2

設置高速風洞的Ma為1.5時，根據Ma與油流試驗油劑的黏度的對應關系，得到所需要的高速風洞油流試驗油劑的黏度為2850mPa.s，通過圖1中的機油鈦白粉質量比和黏度的關系曲線，得出機油鈦白粉質量比為1.5，使用脫脂棉蘸取少量的無水乙醇將燒杯清洗干凈，待無水乙醇完全揮發以后，將燒杯放置在電子天平(或其他稱量器具上)，打開電子天平，用鑰匙量取1g粒度為300目的鈦白粉置于燒杯中，將其歸零，再加入1.5g黏度為200mPa.s的機油中，將其歸零，最后再加入0.125g熒光粉，使用攪拌棒將三種物質混合均勻，得到高速風洞油流試驗油劑。配置好的高速風洞油流試驗油劑需靜置一段時間，以確保高速風洞油流試驗油劑中的氣泡充分逸散。

以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。