孫鵬 鄭全偉 侯德銘 張珺欽

摘?要：設(shè)計(jì)了一套測(cè)定降落傘織物透水率的實(shí)驗(yàn)裝置，通過多組數(shù)實(shí)驗(yàn)降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，得到了該型織物與透水率相關(guān)的滲透系數(shù)和壓降系數(shù)。不僅為后期的液滴碰撞織物的計(jì)算機(jī)仿真提供數(shù)據(jù)支持，也鍛煉了實(shí)驗(yàn)中分析解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：織物;透水率;實(shí)驗(yàn)裝置

降落傘由透氣的柔性織物制成。在使用過程中，降落傘是利用空氣阻力來達(dá)到減速的目的。影響柔性織物在空氣阻力下尤其風(fēng)雨環(huán)境下性能的因素有很多，因此，采用數(shù)值研究方法是研究上述問題時(shí)一種行之有效的方法。但是在進(jìn)行數(shù)值研究時(shí)，需要確定該織物的相關(guān)參數(shù)，比如透水率等，這些無法從相關(guān)文獻(xiàn)當(dāng)中確定，需要通過自身實(shí)驗(yàn)來測(cè)定。所以參照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)裝置，通過測(cè)定織物所受的壓差和通過織物流量的關(guān)系，得到該織物透水率相關(guān)的參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

在進(jìn)行液滴碰撞織物的數(shù)值仿真時(shí)，需要知道該織物的滲透系數(shù)和壓降系數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)可由一維厄貢公式（下式）得到：

其中Δp為織物兩側(cè)的液體壓差，μ為液體粘性系數(shù)，e為織物厚度，v為液體流過織物的流量，α為滲透系數(shù)，C2壓降系數(shù)。其中Δp與v呈二次函數(shù)關(guān)系，因此，可以利用實(shí)驗(yàn)記錄下Δp及對(duì)應(yīng)v值，通過擬合出二次曲線，來確定滲透系數(shù)和壓降系數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)方案

在參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18742后設(shè)計(jì)制作的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，內(nèi)徑80mm的亞克力管豎直放置，并在管上進(jìn)行長(zhǎng)度尺寸標(biāo)注，用于確定管內(nèi)頁面的高度h，由式Δp=ρgh可以確定織物所受到的壓差Δp。

流量v是本次實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的另一個(gè)重要參數(shù)。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，無法直接測(cè)出流量。實(shí)驗(yàn)中，利用秒表計(jì)時(shí)和電子秤稱重的方法間接計(jì)算出流量。當(dāng)液面維持在一定高度時(shí)，秒表計(jì)時(shí)t，電子秤測(cè)出計(jì)時(shí)時(shí)段內(nèi)水流過的重量Δw。流過濾布的重量Δw=ρSL，（其中S為儲(chǔ)水管的橫截面積，S=πr2），其中L=vt，則流量v=ΔwρSt。具體相關(guān)參數(shù)見表1。

兩個(gè)正方形亞克力板用于夾持織物。其寬度均為120mm，厚度均為8mm。亞克力板中間開孔，圓孔的直徑為90mm，正好與亞克力管外徑恰好匹配，防止亞克力板脫落。四角處各有一個(gè)內(nèi)徑5mm的螺孔，以配合螺釘緊固亞克力板。

鐵架臺(tái)底座選取長(zhǎng)400mm，寬300mm，以穩(wěn)固重心;立柱高120cm以便使亞克力管及內(nèi)部水的重量落在鐵架上，一方面減小亞克力管對(duì)織物的剪切作用，另一方面防止亞克力管發(fā)生傾斜。

采用兩個(gè)額定流量分別為4和8L/min的水泵是為了滿足不同液面高度時(shí)對(duì)不同流量的需求。泵出口安裝流量控制閥一個(gè)通過控制泵的出水量來調(diào)節(jié)或者維持液面高度。

確認(rèn)器材組裝好，人員就位后，打開水泵的開關(guān)向儲(chǔ)水管中供水，通過調(diào)節(jié)流量閥，使液面高度穩(wěn)定維持在標(biāo)準(zhǔn)刻度線位置后，用設(shè)備進(jìn)行錄像（錄像時(shí)間在30s左右）用于記錄液面保持不變時(shí)的數(shù)據(jù)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論

通過多次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表2所示，擬合生成的數(shù)值曲線見圖2。

結(jié)合擬合曲線和一維厄貢公式，得出該織物的滲透系數(shù)α為5.07E-04，壓降系數(shù)C2為2.01E+10。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)得到的滲透系數(shù)和壓降系數(shù)為后期的數(shù)值仿真提供了重要依據(jù)。但是實(shí)驗(yàn)過程必然存在誤差，所以在通過本次試驗(yàn)后，總結(jié)了減少誤差需注意以下幾點(diǎn)：（1）實(shí)驗(yàn)用水的雜質(zhì)盡可能少，因?yàn)樗械碾s質(zhì)會(huì)堵塞織物空隙，影響流量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，所以要即使更換實(shí)驗(yàn)用純凈水。（2）夾持織物的裝置需要完好密封，防止此處滲漏的水進(jìn)入的流量統(tǒng)計(jì)當(dāng)中。（3）導(dǎo)管出水口不要正對(duì)織物，以免液體沖擊形成的壓力影響到流量。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛成棟，王春會(huì).機(jī)織濾布透水性與織物結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系的分析研究[J].遼東學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009.06.