降落伞织物透水率的实验装置设计

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　　摘 要：设计了一套测定降落伞织物透水率的实验装置，通过多组数实验降低了实验结果的误差，根据实验结果的数据分析，得到了该型织物与透水率相关的渗透系数和压降系数。不仅为后期的液滴碰撞织物的计算机仿真提供数据支持，也锻炼了实验中分析解决问题的能力。
　　关键词：织物;透水率;实验装置
　　降落伞由透气的柔性织物制成。在使用过程中，降落伞是利用空气阻力来达到减速的目的。影响柔性织物在空气阻力下尤其风雨环境下性能的因素有很多，因此，采用數值研究方法是研究上述问题时一种行之有效的方法。但是在进行数值研究时，需要确定该织物的相关参数，比如透水率等，这些无法从相关文献当中确定，需要通过自身实验来测定。所以参照相关国家标准，设计了一款简便的实验装置，通过测定织物所受的压差和通过织物流量的关系，得到该织物透水率相关的参数。
　　1 实验原理
　　在进行液滴碰撞织物的数值仿真时，需要知道该织物的渗透系数和压降系数，这两个参数可由一维厄贡公式（下式）得到：
　　其中Δp为织物两侧的液体压差，μ为液体粘性系数，e为织物厚度，v为液体流过织物的流量，α为渗透系数，C2压降系数。其中Δp与v呈二次函数关系，因此，可以利用实验记录下Δp及对应v值，通过拟合出二次曲线，来确定渗透系数和压降系数。
　　2 实验方案
　　在参考国家标准GB/T18742后设计制作的实验装置如图1所示，内径80mm的亚克力管竖直放置，并在管上进行长度尺寸标注，用于确定管内页面的高度h，由式Δp=ρgh可以确定织物所受到的压差Δp。
　　流量v是本次实验中需要测量的另一个重要参数。由于实验条件有限，无法直接测出流量。实验中，利用秒表计时和电子秤称重的方法间接计算出流量。当液面维持在一定高度时，秒表计时t，电子秤测出计时时段内水流过的重量Δw。流过滤布的重量Δw=ρSL，（其中S为储水管的横截面积，S=πr2），其中L=vt，则流量v=ΔwρSt。具体相关参数见表1。
　　两个正方形亚克力板用于夹持织物。其宽度均为120mm，厚度均为8mm。亚克力板中间开孔，圆孔的直径为90mm，正好与亚克力管外径恰好匹配，防止亚克力板脱落。四角处各有一个内径5mm的螺孔，以配合螺钉紧固亚克力板。
　　铁架台底座选取长400mm，宽300mm，以稳固重心;立柱高120cm以便使亚克力管及内部水的重量落在铁架上，一方面减小亚克力管对织物的剪切作用，另一方面防止亚克力管发生倾斜。
　　采用两个额定流量分别为4和8L/min的水泵是为了满足不同液面高度时对不同流量的需求。泵出口安装流量控制阀一个通过控制泵的出水量来调节或者维持液面高度。
　　确认器材组装好，人员就位后，打开水泵的开关向储水管中供水，通过调节流量阀，使液面高度稳定维持在标准刻度线位置后，用设备进行录像（录像时间在30s左右）用于记录液面保持不变时的数据。重复实验，得到多组实验数据。
　　3 结果与讨论
　　通过多次实验，实验结果记录如表2所示，拟合生成的数值曲线见图2。
　　结合拟合曲线和一维厄贡公式，得出该织物的渗透系数α为5.07E-04，压降系数C2为2.01E+10。
　　3 结语
　　实验得到的渗透系数和压降系数为后期的数值仿真提供了重要依据。但是实验过程必然存在误差，所以在通过本次试验后，总结了减少误差需注意以下几点：（1）实验用水的杂质尽可能少，因为水中的杂质会堵塞织物空隙，影响流量数据的真实性，所以要即使更换实验用纯净水。（2）夹持织物的装置需要完好密封，防止此处渗漏的水进入的流量统计当中。（3）导管出水口不要正对织物，以免液体冲击形成的压力影响到流量。
　　参考文献：
　　[1]毛成栋，王春会.机织滤布透水性与织物结构参数关系的分析研究[J].辽东学院学报：自然科学版，2009.06.
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