降落傘織物透水率的實驗裝置設計

孫鵬 鄭全偉 侯德銘 張珺欽

摘?要：設計了一套測定降落傘織物透水率的實驗裝置，通過多組數(shù)實驗降低了實驗結(jié)果的誤差，根據(jù)實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，得到了該型織物與透水率相關的滲透系數(shù)和壓降系數(shù)。不僅為后期的液滴碰撞織物的計算機仿真提供數(shù)據(jù)支持，也鍛煉了實驗中分析解決問題的能力。

關鍵詞：織物;透水率;實驗裝置

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到減速的目的。影響柔性織物在空氣阻力下尤其風雨環(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一種行之有效的方法。但是在進行數(shù)值研究時，需要確定該織物的相關參數(shù)，比如透水率等，這些無法從相關文獻當中確定，需要通過自身實驗來測定。所以參照相關國家標準，設計了一款簡便的實驗裝置，通過測定織物所受的壓差和通過織物流量的關系，得到該織物透水率相關的參數(shù)。

1 實驗原理

在進行液滴碰撞織物的數(shù)值仿真時，需要知道該織物的滲透系數(shù)和壓降系數(shù)，這兩個參數(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)關系，因此，可以利用實驗記錄下Δp及對應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 實驗方案

在參考國家標準GB/T18742后設計制作的實驗裝置如圖1所示，內(nèi)徑80mm的亞克力管豎直放置，并在管上進行長度尺寸標注，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是本次實驗中需要測量的另一個重要參數(shù)。由于實驗條件有限，無法直接測出流量。實驗中，利用秒表計時和電子秤稱重的方法間接計算出流量。當液面維持在一定高度時，秒表計時t，電子秤測出計時時段內(nèi)水流過的重量Δw。流過濾布的重量Δw=ρSL，（其中S為儲水管的橫截面積，S=πr2），其中L=vt，則流量v=ΔwρSt。具體相關參數(shù)見表1。

兩個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。四角處各有一個內(nèi)徑5mm的螺孔，以配合螺釘緊固亞克力板。

鐵架臺底座選取長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對不同流量的需求。泵出口安裝流量控制閥一個通過控制泵的出水量來調(diào)節(jié)或者維持液面高度。

確認器材組裝好，人員就位后，打開水泵的開關向儲水管中供水，通過調(diào)節(jié)流量閥，使液面高度穩(wěn)定維持在標準刻度線位置后，用設備進行錄像（錄像時間在30s左右）用于記錄液面保持不變時的數(shù)據(jù)。重復實驗，得到多組實驗數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與討論

通過多次實驗，實驗結(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

實驗得到的滲透系數(shù)和壓降系數(shù)為后期的數(shù)值仿真提供了重要依據(jù)。但是實驗過程必然存在誤差，所以在通過本次試驗后，總結(jié)了減少誤差需注意以下幾點：（1）實驗用水的雜質(zhì)盡可能少，因為水中的雜質(zhì)會堵塞織物空隙，影響流量數(shù)據(jù)的真實性，所以要即使更換實驗用純凈水。（2）夾持織物的裝置需要完好密封，防止此處滲漏的水進入的流量統(tǒng)計當中。（3）導管出水口不要正對織物，以免液體沖擊形成的壓力影響到流量。

參考文獻：

[1]毛成棟，王春會.機織濾布透水性與織物結(jié)構參數(shù)關系的分析研究[J].遼東學院學報：自然科學版，2009.06.