專利名稱：流譜演示實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于流體力學(xué)試驗儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種流譜演示實驗儀。
背景技術(shù)：
水利工程中的水流流動是十分復(fù)雜的，這不僅因為水流具有粘性會產(chǎn)生水流的脫體現(xiàn)象，而且因為邊界條件的改變使得水流的流動方向、流動特性也會發(fā)生改變，甚至?xí)霈F(xiàn)漩渦，這些流動現(xiàn)象如果沒有專門的實驗儀器演示在教學(xué)中很難表達清楚。為了能夠直觀的演示流動現(xiàn)象，人們就制造了煙風(fēng)流線儀和油流線儀，煙風(fēng)流線儀由圓柱、流線形葉片組成流道，通過煙道給流道供煙，使煙繞著圓柱和葉片流動，以觀察流動情況，該演示儀器主要的問題是流道單一、需要大量的蚊香作為煙的來源，通過鼓風(fēng)機將煙吹到流道中，實驗時極不方便。油流線儀是在流道中設(shè)各種繞流物體，當(dāng)油在流道中流動時，可以看到流線以及繞流物體的流動現(xiàn)象，該儀器主要的問題是流動面較短、流道單一、油流動的速度慢，繞流脫體現(xiàn)象不明顯，幾乎看不出來。浙江大學(xué)研制了自循環(huán)流譜演示儀，以氣泡為示蹤介質(zhì)，狹縫流道中設(shè)有特定邊界流場，用以顯示內(nèi)流、外流、射流元件等多種流動圖譜。該流譜演示儀的特點之一是采用雙穩(wěn)放大射流閥來改變流動的方向，但在水利工程中卻很少見到。后來又研制了三種類型的自循環(huán)流譜流線顯示儀，均采用電化學(xué)法顯示流線，用狹縫式流道組成過流面，流動過程采取封閉自循環(huán)形式，水泵開啟，工作液體流動并自動染色，但儀器顯示的內(nèi)容簡單且流道少。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種流譜演示實驗儀，能用于演示水利工程和教學(xué)中常見的多種典型流動現(xiàn)象以及繞流情況。本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種流譜演示實驗儀，包括由背板和彩色有機玻璃罩構(gòu)成的腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有流動顯示流道和位于流動顯示流道左右兩側(cè)的回水道，腔體的下方設(shè)置有進水通道，流動顯示流道下端與該進水通道相連通，流動顯示流道上端與兩個回水道相連通，腔體上還設(shè)置有摻氣量調(diào)節(jié)閥和加水孔；流動顯示流道和背板之間安裝有流動顯示流道底板和日光燈，流動顯示流道和彩色有機玻璃罩之間設(shè)置有透明有機玻璃面板。本實用新型的特點還在于，腔體的下方設(shè)置有供水箱和水泵，水泵和供水箱之間通過水泵進水管相連通，回水道的下端與供水箱相通，進水通道為連接在水泵出水端上的上水管，供水箱的側(cè)面設(shè)置有觀水孔，腔體外側(cè)設(shè)置有用于控制日光燈和水泵的開關(guān)，供水箱內(nèi)設(shè)置有用于安裝日光燈電源線的穿線管，水泵設(shè)置在位于供水箱下方的殼體內(nèi)，該殼體的側(cè)壁上開有多個通氣孔，背板的頂部設(shè)置有掛孔。流動顯示流道包括至少一個以上流道元件:第一流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的突然放大段和突然縮小段；第二流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的文丘里流量計、六度逐漸擴散管和直角管嘴流量計；第三流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的十一度逐漸擴散管、活動球閥、格柵段、孔板流量計和圓弧進口管嘴流量計；第四流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的均勻直管、并聯(lián)管道和三角形繞體段；第五流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的四十五度彎頭段、九十度彎頭段、六十度彎頭段和三十度彎頭段；第六流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的分水柵段、橢圓繞流段和橋墩繞流段；第七流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的圓柱繞流段、哥廷機翼480型段和十七度逐漸收縮段，哥廷機翼480型段外側(cè)設(shè)置有哥廷機翼NACA23012型。本實用新型的有益效果是，能演示多種流動現(xiàn)象，且可調(diào)節(jié)摻氣量，流動現(xiàn)象內(nèi)容豐富、流線的線條、繞流旋渦清楚、直觀，為壁掛式，體積小、結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，操作方便。

圖1是本實用新型流譜演示實驗儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的側(cè)視圖；圖3是本實用新型中的第一流道元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型中的第二流道元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實用新型中的第三流道元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本實用新型中的第四流道元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實用新型中的第五流道元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本實用新型中的第六流道元件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本實用新型中的第七流道元件的結(jié)構(gòu)示意其中，1、供水箱，2、水泵，3、水泵進水管，4、上水管，5、開關(guān)，6、穿線管，7、摻氣量調(diào)節(jié)閥，8、加水孔，9、流動顯示流道，10、彩色有機玻璃罩，11、掛孔，12、回水道，13、日光燈，14、透明有機玻璃面板，15、流動顯示流道底板，16、觀水孔，17、背板，18、通氣孔，19、突然放大段，20.突然縮小段，21、文丘里流量計，22、六度逐漸擴散管，23、直角管嘴流量計，24、i^一度逐漸擴散管，25、活動球閥，26、格柵段，27、孔板流量計，28、圓弧進口管嘴流量計，29、均勻直管，30、并聯(lián)管道，31、三角形繞體段，32、四十五度彎頭段，33、九十度彎頭段，34、六十度彎頭段，35、三十度彎頭段，36、分水柵段，37、橢圓繞流段，38、橋墩繞流段，39、圓柱繞流段，40、哥廷機翼480型段，41、十七度逐漸收縮段，42、哥廷機翼NACA23012型段。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，本實用新型流譜演示實驗儀，包括由背板17和彩色有機玻璃罩10構(gòu)成的腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有流動顯示流道9和位于流動顯示流道9左右兩側(cè)的回水道12，腔體的下方設(shè)置有進水通道，流動顯示流道9下端與該進水通道相連通，流動顯示流道9上端與兩個回水道12相連通，腔體上還設(shè)置有摻氣量調(diào)節(jié)閥7和加水孔8。流動顯示流道9和背板17之間安裝有流動顯示流道底板15和日光燈13，流動顯示流道9和彩色有機玻璃罩10之間設(shè)置有透明有機玻璃面板14。腔體的下方設(shè)置有供水箱I和水泵2，水泵2和供水箱I之間通過水泵進水管3相連通，兩個回水道12的下端均與供水箱I相通，進水通道為連接在水泵2出水端上的上水管4。供水箱I的側(cè)面設(shè)置有觀水孔16。腔體外側(cè)設(shè)置有用于控制日光燈13和水泵2的開關(guān)5，供水箱I內(nèi)設(shè)置有用于安裝日光燈13電源線的穿線管6。水泵2設(shè)置在位于供水箱I下方的殼體內(nèi)，該殼體的側(cè)壁上開有多個通氣孔18。背板17的頂部設(shè)置有掛孔11。流動顯示流道包括至少一個以上流道元件:如圖3所示,第一流道元件,包括從下到上依次連通設(shè)置的突然放大段19和突然縮小段20。如圖4所示，第二流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的文丘里流量計21、六度逐漸擴散管22和直角管嘴流量計23。如圖5所示，第三流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的十一度逐漸擴散管24、活動球閥25、格柵段26、孔板流量計27和圓弧進口管嘴流量計28。如圖6所示，第四流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的均勻直管29、并聯(lián)管道30和三角形繞體段31。如圖7所示，第五流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的四十五度彎頭段32、九十度彎頭段33、六十度彎頭段34和三十度彎頭段35。如圖8所示，第六流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的分水柵段36、橢圓繞流段37和橋墩繞流段38。如圖9所示，第七流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的圓柱繞流段39、哥廷機翼480型段40和十七度逐漸收縮段41，并在哥廷機翼480型段40外側(cè)設(shè)置有哥廷機翼NACA23012型42。本實用新型流譜演示實驗儀的工作原理是:該儀器以水為工作介質(zhì)，當(dāng)工作液體由水泵驅(qū)動到流動顯示流道9，通過兩側(cè)的回水道12流入供水箱I時，水流中摻入了空氣，當(dāng)水流再通過流動顯示流道9時，已是摻氣水流，氣泡就成了示蹤介質(zhì)?？諝獾亩嗌倏梢杂蓳綒饬空{(diào)節(jié)閥7調(diào)節(jié)。摻氣水流在流動顯示流道9流動時，形成了無數(shù)的小氣泡隨水流運動，在日光燈13照射和流動顯示流道底板15的襯托下，小氣泡發(fā)出明亮的折射光，清楚的顯示出各種不同流場水流流動的圖像。由于流動顯示流道9設(shè)計成多種不同的流道元件，用以顯示不同邊界條件下的流線、跡線、繞流、脫體、旋渦、合流、分流、射流、彎道環(huán)流等多種流動圖譜的流動形態(tài)及其水流內(nèi)部質(zhì)點運動的特性。本實施例中，流動顯示流道由7個流道元件組成,每個流道元件都是一套獨立的裝置，可以單獨使用，也可以同時使用。本實用新型的操作步驟是:1、在供水箱I中裝入適量的水，以不超過觀水孔16的高度為宜，水質(zhì)最好是冷開水或蒸餾水，可使水質(zhì)長期不變。2、關(guān)閉摻氣量調(diào)節(jié)閥7，打開開關(guān)5，水泵2使水流通過流動顯示流道9和兩邊的回水道12流入供水箱I，觀看回水道12是否充滿水，如未充滿水，可以關(guān)掉開關(guān)5再打開，反復(fù)幾次即可。3、緩慢調(diào)節(jié)摻氣量調(diào)節(jié)閥7改變摻氣量，使之達到最佳顯示效果，摻氣量不宜過大，否則會阻斷水流產(chǎn)生震動。4、觀看流動顯示流道9的流譜圖像。主要觀看流線、跡線、繞流、脫體、旋渦、合流、分流、射流、彎道環(huán)流、水流擴散、水流收縮等流動現(xiàn)象。5、實驗結(jié)束后將儀器恢復(fù)原狀。
權(quán)利要求1.一種流譜演示實驗儀，其特征在于，包括由背板(17)和彩色有機玻璃罩(10)構(gòu)成的腔體，所述腔體內(nèi)設(shè)置有流動顯示流道(9)和位于所述流動顯示流道(9)左右兩側(cè)的回水道(12)，所述腔體的下方設(shè)置有進水通道，所述流動顯示流道(9)下端與該進水通道相連通，所述流動顯示流道(9)上端與兩個回水道(12)相連通，所述腔體上還設(shè)置有摻氣量調(diào)節(jié)閥(7)和加水孔(8);所述流動顯示流道(9)和背板(17)之間安裝有流動顯示流道底板(15)和日光燈(13)，所述流動顯示流道(9)和彩色有機玻璃罩(10)之間設(shè)置有透明有機玻璃面板(14)。
2.按照權(quán)利要求1所述的流譜演示實驗儀，其特征在于，所述腔體的下方設(shè)置有供水箱(I)和水泵(2)，所述水泵(2)和供水箱(I)之間通過水泵進水管(3)相連通，所述回水道(12)的下端與供水箱(I)相通，所述進水通道為連接在水泵(2)出水端上的上水管(4)，所述供水箱(I)的側(cè)面設(shè)置有觀水孔(16)，所述腔體外側(cè)設(shè)置有用于控制日光燈(13)和水泵(2)的開關(guān)(5)，所述供水箱(I)內(nèi)設(shè)置有用于安裝日光燈(13)電源線的穿線管(6)，所述水泵(2)設(shè)置在位于供水箱(I)下方的殼體內(nèi)，所述該殼體的側(cè)壁上開有多個通氣孔(18)，所述背板(17)的頂部設(shè)置有掛孔(11)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的流譜演示實驗儀，其特征在于，所述流動顯示流道包括至少一個以上流道元件:第一流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的突然放大段(19)和突然縮小段(20);第二流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的文丘里流量計(21)、六度逐漸擴散管(22)和直角管嘴流量計(23);第三流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的十一度逐漸擴散管(24)、活動球閥(25)、格柵段(26)、孔板流量計(27)和圓弧進口管嘴流量計(28);第四流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的均勻直管(29)、并聯(lián)管道(30)和三角形繞體段(31);第五流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的四十五度彎頭段(32)、九十度彎頭段(33)、六十度彎頭段(34)和三十度彎頭段(35);第六流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的分水柵段(36)、橢圓繞流段(37)和橋墩繞流段(38);第七流道元件，包括從下到上依次連通設(shè)置的圓柱繞流段(39)、哥廷機翼480型段(40)和十七度逐漸收縮段(41)，所述哥廷機翼480型段(40)外側(cè)設(shè)置有哥廷機翼NACA23012型(42)。
專利摘要本實用新型公開了一種流譜演示實驗儀，包括由背板和彩色有機玻璃罩構(gòu)成的腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有流動顯示流道和位于流動顯示流道左右兩側(cè)的回水道，腔體的下方設(shè)置有進水通道，流動顯示流道下端與該進水通道相連通，流動顯示流道上端與兩個回水道相連通，腔體上還設(shè)置有摻氣量調(diào)節(jié)閥和加水孔；流動顯示流道和背板之間安裝有流動顯示流道底板和日光燈，流動顯示流道和彩色有機玻璃罩之間設(shè)置有透明有機玻璃面板。本實用新型能用于演示水利工程和教學(xué)中常見的多種典型流動現(xiàn)象以及繞流情況。
文檔編號G09B23/12GK202976606SQ201220623808
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者張志昌, 劉亞菲 申請人:西安理工大學(xué)