一种旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法与流程

技术特征：
1.一种旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，其特征在于，所述方法包括：准备直径相同、高度不同的两个第一圆筒作为对照模型，准备与所述对照模型直径相同的第二圆筒作为试验模型；分别获取在相同流体介质下、以相同转速旋转的所述对照模型和试验模型的整体扭矩；基于旋转圆筒的流动特点，根据所述整体扭矩和相应的高度分别求取所述对照模型和试验模型的侧面扭矩；所述旋转圆筒的流动特点为：当圆筒直径和旋转速度保持不变时，圆筒上下底面扭矩之和与圆筒高度无关，圆筒侧面扭矩与圆筒高度近似呈正比，则圆筒整体扭矩与圆筒高度近似线性相关，其一次函数的y轴截距值近似为圆筒底面总扭矩；对于两种模型，分别将所述侧面扭矩对相应的高度做归一化处理，获得与绝对高度无关的所述对照模型和试验模型的摩阻特征值；基于所述对照模型和试验模型的摩阻特征值，求取所述试验模型相对于所述对照模型的减摩阻功效，基于所述减摩阻功效输出评估结果。2.根据权利要求1所述的旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，其特征在于，当所述试验模型与对照模型的圆筒底面不同时，所述根据所述整体扭矩和相应的高度分别求取所述对照模型和试验模型的侧面扭矩的方法相同，包括，对于所述对照模型：将获取到的第一圆筒ⅰ和第一圆筒ⅱ的整体扭矩、第一圆筒ⅰ和第一圆筒ⅱ的高度代入圆筒整体扭矩与圆筒高度的一次函数中，计算得到所述一次函数的y轴截距值，作为所述对照模型的底面总扭矩，表达式为：其中，m
d0
为所述对照模型的上下底面扭矩之和，m
d1
、m
d2
分别为第一圆筒ⅰ、第一圆筒ⅱ的整体扭矩，h1、h2分别为第一圆筒ⅰ、第一圆筒ⅱ的高度；从所述第一圆筒ⅰ和第一圆筒ⅱ的整体扭矩中分别减去所述底面总扭矩，得到所述第一圆筒ⅰ和第一圆筒ⅱ的侧面扭矩，作为所述对照模型的侧面扭矩，表达式为：m
c1
＝m
d1-m
d0
；m
c2
＝m
d2-m
d0
；其中，m
c1
为所述第一圆筒ⅰ的侧面扭矩，m
c2
为所述第一圆筒ⅱ的侧面扭矩。3.根据权利要求1所述的旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，其特征在于，所述对于两种模型，分别将所述侧面扭矩对相应的高度做归一化处理，获得与绝对高度无关的所述对照模型和试验模型的摩阻特征值的方法相同，包括，对于所述对照模型：求取摩阻特征值公式的表达式为：其中，f
d
为所述对照模型的摩阻特征值，m
c1
为第一圆筒ⅰ的侧面扭矩，m
c2
为第一圆筒ⅱ的侧面扭矩，h1、h2分别为第一圆筒ⅰ、第一圆筒ⅱ的高度。4.根据权利要求1所述的旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，其特征在于，所述基于所述对照模型和试验模型的摩阻特征值，求取所述试验模型相对于所述对照模型的减摩阻功效，基于所述减摩阻功效输出评估结果，包括：
求取减摩阻功效公式的表达式为：其中，d
f
为所述试验模型相对于所述对照模型的减摩阻功效，f
d
为所述对照模型的摩阻特征值，f
s
为所述试验模型的摩阻特征值；若所述减摩阻功效大于零，则将所述试验模型具有减摩阻功效作为评估结果输出；若所述减摩阻功效小于零，则将所述试验模型具有增摩阻功效作为评估结果输出；若所述减摩阻功效等于零，则将所述试验模型不具有减摩阻或增摩阻功效作为评估结果输出。5.根据权利要求2所述的旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，其特征在于，当所述试验模型与对照模型的圆筒底面相同时，在所述根据所述整体扭矩和相应的高度分别求取所述对照模型和试验模型的侧面扭矩中，所述对照模型和试验模型的底面总扭矩相同。6.根据权利要求1-4任一所述的旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，其特征在于，所述准备直径相同、高度不同的两个第一圆筒作为对照模型，准备与所述对照模型直径相同的第二圆筒作为试验模型，包括：准备四个基础圆筒，选取其中两个用于制备第一圆筒，剩余两个用于制备第二圆筒；制备所述第一圆筒时，在两个基础圆筒的表面涂覆一定厚度的第一涂层，形成直径相同、高度不同的第一圆筒ⅰ和第一圆筒ⅱ，作为所述对照模型；制备所述第二圆筒时，在两个基础圆筒的表面涂覆一定厚度的第二涂层，形成直径相同、高度不同的第二圆筒ⅰ和第二圆筒ⅱ，作为所述试验模型；其中，基础圆筒的表面包括圆筒上下底面和圆筒侧面，所述第一圆筒ⅰ和第一圆筒ⅱ、所述第二圆筒ⅰ和第二圆筒ⅱ的直径均相同。7.根据权利要求1-5任一所述的旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，其特征在于，所述准备直径相同、高度不同的两个第一圆筒作为对照模型，准备与所述对照模型直径相同的第二圆筒作为试验模型，包括：准备三个直径相同、高度不同的基础圆筒，所述基础圆筒的表面光滑，选取其中两个直接作为第一圆筒，剩余一个用于制备第二圆筒；将直径相同、高度不同的第一圆筒ⅰ和第一圆筒ⅱ作为所述对照模型；制备所述第二圆筒时，在所述基础圆筒的侧面制备表面微沟槽，形成所述第二圆筒，作为所述试验模型；其中，基础圆筒的表面包括圆筒上下底面和圆筒侧面，所述第一圆筒ⅰ、第一圆筒ⅱ和第二圆筒的直径均相同，底面均为光滑表面。

技术总结
本发明公开了一种旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法，涉及流动减阻技术领域，该方法包括：基于申请者发现的旋转圆筒的流动特点，将仅高度不同的两旋转圆筒的整体扭矩作外插处理，获得底面总扭矩和侧面扭矩；将侧面扭矩对高度作归一化处理，获得与绝对高度无关的摩阻特征值；比较相同直径的试验模型相对于对照模型的摩阻特征值，获得试验模型的减摩阻功效。该方法解决了现有方法中存在的流动模拟相似性差、适用范围窄的技术问题。采用本方法可扣除传统旋转圆筒减摩阻功效试验评估方法中圆筒底面的扭矩，剥离圆筒底面对减摩阻功效评估的影响；还能够消除传统方法中圆筒绝对高度不一致对减摩阻功效评估的影响。一致对减摩阻功效评估的影响。一致对减摩阻功效评估的影响。


技术研发人员：孙海浪 陈默 张璇 郑文涛 刘俊亮 张华
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2022/3/8