基于光干涉技术的球-盘近壁面流体速度试验测量方法

摘要

本发明提供一种基于光干涉技术的球‑盘近壁面流体速度试验测量方法，该方法具体步骤为调节圆盘使其达到水平位置；在钢球表面涂膜，在涂膜后的钢球表面涂抹润滑油液，将涂抹润滑油液后的钢球置于距离圆盘中心半径为R处的圆盘底部，同时对钢球施加垂直于圆盘平面的固定载荷F；利用显微镜找到钢球与圆盘接触区的图像，以第0级暗纹中心位置为原点建立坐标系，获得膜厚和条纹级的关系式，根据Dowson‑Higginson中心膜厚公式，获得计算流体的卷吸速度U；再根据和U₁＝ωR，获得钢体表面的流体速度U₂；本发明能够适用于各种表面的流体速度测量。

主权项

基于光干涉技术的球‑盘近壁面流体速度试验测量方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步：调节透明圆盘使其达到水平位置；第二步，在钢球表面涂膜，在涂膜后的钢球表面涂抹润滑油液，将涂抹润滑油液后的钢球置于距离透明圆盘中心半径为R处的透明圆盘底部，同时对钢球施加垂直于透明圆盘平面的固定载荷F；第三步，利用显微镜找到钢球与透明圆盘接触区的图像，将该图像放大获得清晰的干涉条纹图像，并将干涉条纹图像移至视野正中央，固定显微镜；第四步，通过显微镜利用CCD拍摄透明圆盘干涉条纹图像，编号记为0；对所述干涉条纹图像由圆心向外排列级次，最内部记为第0级暗条纹，其后依次序定义第0级明条纹，第1级暗条纹，第1级明条纹……，第V级暗条纹，第V级明条纹；根据光干涉原理，将第0级暗条纹对应的区域定义为球‑盘直接接触区域；第五步，以第0级暗条纹中心位置为原点建立坐标系，根据光干涉原理，计算第T级明条纹内各级条纹对应的膜厚，获得膜厚和条纹级的关系式，并根据该关系式绘制膜厚曲线，得到接触区中心位置处的膜厚数值h_c0；第六步，驱动透明圆盘以固定的角速度ω转动，并向球‑盘接触位置喷射润滑油液，使油液喷射方向与透明圆盘转动方向一致，形成稳定的润滑油膜；第七步，重复步骤四，记录Q帧接触区域的干涉图像；并对所采集的干涉图像按时间顺序进行编号，编号标记为1，……，Q；第八步，在Q帧干涉图像选择Z帧干涉图像，再依次编号为1～Z，Z∈[1,Q]重复步骤五，根据光干涉原理，获得1～Z图像接触区域的中心膜厚数值，记为h_c1，……，h_cZ；计算平均值h_c，并将h_c作为中心膜厚数值；$h_c=\frac{h_{c1}+...+h_{cZ}}{Z}$第九步，基于步骤五和八，获得球‑盘接触中心实际膜厚数值Δh＝h_c‑h_c0，根据Dowson‑Higginson中心膜厚公式，获得计算流体的卷吸速度U；第十步，基于步骤九获得的U，根据公式和U₁＝ωR，获得钢体表面的流体速度U₂，其中，U₁为透明圆盘表面流体速度。