本發(fā)明屬于教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于教學(xué)演示的氣泡發(fā)生系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在，在生產(chǎn)、生活中，經(jīng)常會觀察到各種各樣的氣泡形狀，尤其在某些工業(yè)生產(chǎn)場合中，氣泡的形狀不同，意味著生產(chǎn)環(huán)境不同，定量的衡量不同形狀的氣泡生成條件對工業(yè)生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。在教學(xué)中，為了讓學(xué)生能夠掌握相應(yīng)的知識，也會經(jīng)常用到在液體中加入不同氣泡等的實驗，使得學(xué)生更容易地掌握知識。例如，在流體力學(xué)的教學(xué)中，氣泡在水中因不同的水流動情況、壓力等因素可以展示出各種形狀，涉及到十分復(fù)雜的流體力學(xué)原理。如果能夠某種裝置，通過改變一些參數(shù)，演示出各種形狀的氣泡，利于學(xué)生直觀的了解晦澀難懂的流體力學(xué)、增加學(xué)習(xí)樂趣。在工業(yè)上也經(jīng)常需要在實驗室中利用氣泡做各種實驗，以便進行檢測等工作。

但是，現(xiàn)在已經(jīng)有很多種氣泡發(fā)生器，例如，申請?zhí)枮閏n201610053752的中國發(fā)明專利，公開了一種氣泡發(fā)生裝置，包括殼體，所述殼體內(nèi)形成有過水腔，所述過水腔包括大孔徑段和小孔徑段，所述大孔徑段與所述殼體的進水口連通，所述小孔徑段與所述殼體的出水口連通；所述大孔徑段內(nèi)設(shè)有繞流部，所述繞流部包括輪軸和設(shè)于所述輪軸上的葉輪，所述輪軸的朝向所述小孔徑段的一端設(shè)有出氣孔，所述過水腔的腔壁還設(shè)有進氣孔，所述進氣孔與所述輪軸的出氣孔連通，用于使空氣依次經(jīng)由所述進氣孔、所述出氣孔而進入到所述過水腔內(nèi)。

該專利通過該氣泡發(fā)生裝置，可不依靠其他動力設(shè)備，通過結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生微納米氣泡，使得氣泡發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積減小、耗能低、以及應(yīng)用方便。在使用時，水流經(jīng)過所述進水口進入到所述過水腔內(nèi)，先流經(jīng)所述大孔徑段，在大孔徑段的繞流部的葉輪處產(chǎn)生環(huán)繞水流，環(huán)繞水流的中心處產(chǎn)生負壓區(qū)域，利用負壓區(qū)域的吸力可使得空氣經(jīng)由進氣孔進入到輪軸中后，經(jīng)由出氣孔噴出后形成氣柱。在大孔徑段和小孔徑段的連接處，環(huán)繞水流剪切空氣段，氣柱被旋轉(zhuǎn)液流剪切成一段段的氣柱，當高速旋轉(zhuǎn)的氣液混合體從所述出水口噴出時，混有氣柱的旋轉(zhuǎn)液流在離心力的作用下被甩出所述出水口，受到外部相對靜止液體的阻力影響，旋轉(zhuǎn)急速減弱被破壞，產(chǎn)生大量的微納米氣泡。

但是，如上所述的氣泡發(fā)生器大多都是單一的，設(shè)備簡陋，實驗過程中不能實現(xiàn)智能化控制，以實現(xiàn)根據(jù)需要改變氣泡各種參數(shù)的功能。因此，現(xiàn)在亟待一種能夠直觀、方便的演示各種不同形狀的氣泡，以便方便進行教學(xué)、工業(yè)等實驗的氣泡發(fā)生裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于教學(xué)演示的氣泡發(fā)生系統(tǒng)及方法，能夠直觀、方便的演示超過300種不同形狀的氣泡，用于教學(xué)使用，也可以用于工程試驗使用。

本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是：一種用于教學(xué)演示的氣泡發(fā)生系統(tǒng)，包括水源和氣源，水源通過依次設(shè)有水泵和水閥門的進水管與氣泡發(fā)生裝置連通，并且從氣泡發(fā)生裝置的另一個出口通過回水管連接到水源；

從氣源出口連接依次設(shè)有氣泵、進氣閥門和出氣閥門的管道，再通過回氣管從出氣閥門與氣源連通；

在進氣閥門和出氣閥門之間，通過兩個管道分別連接有第一減壓閥和第二減壓閥，第一減壓閥通過第一進氣管與氣泡發(fā)生裝置連通，第二減壓閥連接有磁控分流閥，從磁控分流閥通過第二進氣管和第三進氣管與氣泡發(fā)生裝置連通；

磁控分流閥與控制器連接。

進一步的，氣泡發(fā)生裝置包括由上至下依次連接的展示管、氣泡發(fā)生缸和氣動拉桿設(shè)備；

展示管包括用于連接回水管的回水接口和用于與氣泡發(fā)生缸連接的氣泡發(fā)生缸接口，回水接口與氣泡發(fā)生缸接口通過豎管連通；

氣泡發(fā)生缸包括筒狀的放氣室，在放氣室的上端開口處設(shè)有放氣室上蓋，放氣室上蓋中心設(shè)有與展示管的氣泡發(fā)生缸接口連接的展示管接口；在氣泡發(fā)生缸的下端開口設(shè)有具有中心孔的放氣室下蓋，在放氣室側(cè)壁上設(shè)有與進水管相連接的進水口；在放棄室內(nèi)，與放氣室下蓋固定有具有與放氣室下蓋的中心孔同軸的中心孔的氣體均衡室下蓋，以及一端開口與氣體均衡室下蓋配合，另一端封閉的中空狀的氣體均衡室上蓋，由氣體均衡室下蓋和氣體均衡室上蓋圍成氣體均衡室，在放氣室下蓋和氣體均衡室的下蓋的通孔內(nèi)插入拉桿，氣體均衡室的封閉端的中心具有放氣口，在氣體均衡室下蓋的圓周上設(shè)有通孔，在放氣室側(cè)壁上設(shè)有與氣體均衡室下蓋的通孔同軸的通孔，在放氣室和氣體均衡室下蓋的通孔內(nèi)插入具有中心通孔的進氣接口，進氣接口與第一進氣管連通；

氣動拉桿設(shè)備包括氣缸和氣動拉桿，氣動拉桿安裝于氣缸內(nèi)部，下端設(shè)有活塞，活塞與氣缸壁接觸，氣動拉桿上端從氣缸上端開口伸出與拉桿連接，第二進氣管在所述活塞以上與氣缸上部連通，第三進氣管在所述活塞以下與氣缸下部連通。

進一步的，豎管采用透明樹脂制成。

進一步的，展示管的氣泡發(fā)生缸接口與氣泡發(fā)生缸的展示管接口通過溝槽卡箍連接。

進一步的，氣動拉桿與拉桿通過螺紋連接。

進一步的，一種用于教學(xué)演示的氣泡發(fā)生系統(tǒng)的控制方法，包括：

(1)給系統(tǒng)供電，啟動控制器；

(2)通過水泵從水源抽水，打開水閥門，通過進水管從氣泡發(fā)生缸的進水口向放氣室內(nèi)注水，使水充滿整個放氣室，并沿管道向展示管注水，通過透明的展示管觀察水位，當水充滿整個展示管后，關(guān)閉水閥門、關(guān)閉水泵；

(3)通過氣泵從氣源輸入氣體，打開進氣閥門和出氣閥門，調(diào)節(jié)第一減壓閥，通過第一進氣管從進氣接口向氣體均衡室內(nèi)注入氣體，同時通過回氣管將多余的氣體流回到氣源，形成氣體循環(huán)；

(4)調(diào)節(jié)出氣閥門開度，在氣體排出后，使得管道中的氣體保持高壓狀態(tài)；

(5)通過第一減壓閥調(diào)節(jié)壓力，使得氣體均衡室內(nèi)注入高壓氣體；

(6)調(diào)節(jié)第二減壓閥，使得高壓氣體經(jīng)過第二進氣管和第三進氣管進入氣動拉桿設(shè)備；

(7)通過控制器控制磁控分流閥，高壓氣體從第二進氣管進入氣動拉桿設(shè)備，帶動拉桿向下移動，從氣體均衡室的放氣口排出高壓氣體，放氣室內(nèi)產(chǎn)生氣泡，氣泡上升到展示管內(nèi)；

(8)通過控制器控制磁控分流閥，高壓氣體從第三進氣管進入氣動拉桿設(shè)備，帶動拉桿向上移動，直到接觸到放氣口，停止從氣體均衡室中排出高壓氣體保持氣泡形狀；

(9)控制器重復(fù)步驟(6)～(8)循環(huán)往復(fù)動作。

進一步的，在實驗過程中，通過調(diào)節(jié)第一減壓閥改變氣體均衡室中氣體的壓力；通過控制器調(diào)節(jié)磁控分流閥的分流改變氣動拉桿向上和向下移動的時間間隔；通過調(diào)節(jié)第二減壓閥改變氣動拉桿的移動速度，實現(xiàn)對氣泡的大小和形狀的改變，通過展示管觀察。

本發(fā)明的有益效果為：

1.結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；

2.通過一個系統(tǒng)實現(xiàn)了超過300多種氣泡形狀和大小的改變；

3.觀察氣泡的變化直觀、方便；

4.有效地演示了氣泡的變化，使得學(xué)生對知識的理解變得更為容易；

5.有利于工業(yè)實驗室的檢測；

6.成本低，維護方便。

附圖說明

圖1為所述系統(tǒng)構(gòu)成的示意圖。

圖2為氣泡發(fā)生裝置構(gòu)成的示意圖。

圖3為展示管的剖面圖。

圖4為氣泡發(fā)生缸的剖面圖。

圖中：1-水源，2-水泵，3-水閥門，4-氣泡發(fā)生裝置，41-展示管，411-回水接口，412-豎管，413-氣泡發(fā)生缸接口，42-氣泡發(fā)生缸，4201-展示管接口，4202-放氣室上蓋，4203-放氣室側(cè)壁，4204-放氣室，4205-放氣口，4206-進水口，4207-氣體均衡室上蓋，4208-氣體均衡室，4209-拉桿，4210-氣體均衡室下蓋，4211-進氣接口，4212-放氣室下蓋，43-氣動拉桿設(shè)備，5-第三進氣管，6-第二進氣管，7-第一進氣管，8-回水管，9-氣源，10-氣泵，11-進氣閥門，12-第一減壓閥，13-第二減壓閥，14-磁控分流閥，15-控制器，16-進水管,17-回氣管，18-出氣閥門。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例一

所述系統(tǒng)，如圖1所示，包括水源1和氣源9，水源1通過依次設(shè)有水泵2和水閥門3的進水管16與氣泡發(fā)生裝置4連通，并且從氣泡發(fā)生裝置4的另一個出口通過回水管8連接到水源1；

從氣源9出口連接依次設(shè)有氣泵10、進氣閥門11和出氣閥門18的管道，再通過回氣管17從出氣閥門18與氣源9連通；

在進氣閥門11和出氣閥門18之間，通過兩個管道分別連接有第一減壓閥12和第二減壓閥13，第一減壓閥12通過第一進氣管7與氣泡發(fā)生裝置4連通，第二減壓閥13連接有磁控分流閥14，從磁控分流閥14通過第二進氣管6和第三進氣管5與氣泡發(fā)生裝置4連通；

磁控分流閥14與控制器15連接。

進一步的，如圖2所示，氣泡發(fā)生裝置4包括由上至下依次連接的展示管41、氣泡發(fā)生缸42和氣動拉桿設(shè)備43；

如圖3所示，展示管41包括用于連接回水管8的回水接口411和用于與氣泡發(fā)生缸42連接的氣泡發(fā)生缸接口413，回水接口411與氣泡發(fā)生缸接口413通過豎管412連通；

如圖4所示，氣泡發(fā)生缸42包括筒狀的放氣室4204，在放氣室4204的上端開口處設(shè)有放氣室上蓋4202，放氣室上蓋4202中心設(shè)有與展示管41的氣泡發(fā)生缸接口413連接的展示管接口4201；在氣泡發(fā)生缸42的下端開口設(shè)有具有中心孔的放氣室下蓋4212，在放氣室4204側(cè)壁上設(shè)有與進水管16相連接的進水口4206；在放棄室4204內(nèi)，與放氣室下蓋4212固定有具有與放氣室下蓋4212的中心孔同軸的中心孔的氣體均衡室下蓋4210，以及一端開口與氣體均衡室下蓋4210配合，另一端封閉的中空狀的氣體均衡室上蓋4207，由氣體均衡室下蓋4210和氣體均衡室上蓋4207圍成氣體均衡室4208，在放氣室下蓋4212和氣體均衡室的下蓋4210的通孔內(nèi)插入拉桿4209，氣體均衡室4208的封閉端的中心具有放氣口4205，在氣體均衡室下蓋4210的圓周上設(shè)有通孔，在放氣室4204側(cè)壁上設(shè)有與氣體均衡室下蓋4210的通孔同軸的通孔，在放氣室4204和氣體均衡室下蓋4210的通孔內(nèi)插入具有中心通孔的進氣接口4211，進氣接口4211與第一進氣管7連通；

氣動拉桿設(shè)備43包括氣缸和氣動拉桿，氣動拉桿安裝于氣缸內(nèi)部，下端設(shè)有活塞，活塞與氣缸壁接觸，氣動拉桿上端從氣缸上端開口伸出與拉桿4209連接，第二進氣管6在所述活塞以上與氣缸上部連通，第三進氣管5在所述活塞以下與氣缸下部連通。

進一步的，豎管412采用透明樹脂制成。

進一步的，展示管41的氣泡發(fā)生缸接口413與氣泡發(fā)生缸42的展示管接口4201通過溝槽卡箍連接。

進一步的，氣動拉桿與拉桿4209通過螺紋連接。

進一步的，一種用于教學(xué)演示的氣泡發(fā)生系統(tǒng)的控制方法，包括：

(1)給系統(tǒng)供電，啟動控制器15；

(2)通過水泵2從水源1抽水，打開水閥門3，通過進水管16從氣泡發(fā)生缸42的進水口4206向放氣室4204內(nèi)注水，使水充滿整個放氣室4204，并沿管道向展示管41注水，通過透明的展示管41觀察水位，當水充滿整個展示管41后，關(guān)閉水閥門3、關(guān)閉水泵2；

(3)通過氣泵10從氣源9輸入氣體，打開進氣閥門11和出氣閥門18，調(diào)節(jié)第一減壓閥12，通過第一進氣管7從進氣接口4211向氣體均衡室4208內(nèi)注入氣體，同時通過回氣管17將多余的氣體流回到氣源9，形成氣體循環(huán)；

(4)調(diào)節(jié)出氣閥門18開度，在保證氣體能排出的前提下，使得管道中的氣體保持高壓狀態(tài)；

(5)通過第一減壓閥12調(diào)節(jié)壓力，使得氣體均衡室4208內(nèi)注入高壓氣體；

(6)調(diào)節(jié)第二減壓閥13，使得高壓氣體經(jīng)過第二進氣管6和第三進氣管5進入氣動拉桿設(shè)備43；

(7)通過控制器15控制磁控分流閥14，高壓氣體從第二進氣管6進入氣動拉桿設(shè)備43，帶動拉桿4209向下移動，從氣體均衡室4208的放氣口4205排出高壓氣體，放氣室4204內(nèi)產(chǎn)生氣泡，氣泡上升到展示管41內(nèi)；

(8)通過控制器15控制磁控分流閥14，高壓氣體從第三進氣管5進入氣動拉桿設(shè)備43，帶動拉桿4209向上移動，直到接觸到放氣口4205，停止從氣體均衡室4208中排出高壓氣體保持氣泡形狀；

(9)控制器15重復(fù)步驟(6)～(8)循環(huán)往復(fù)動作。

進一步的，在實驗過程中，通過調(diào)節(jié)第一減壓閥12改變氣體均衡室4208中氣體的壓力；通過控制器15調(diào)節(jié)磁控分流閥14的分流改變氣動拉桿向上和向下移動的時間間隔；通過調(diào)節(jié)第二減壓閥6改變氣動拉桿的移動速度，實現(xiàn)對氣泡的大小和形狀的改變，通過展示管41觀察。

本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的任何變形、改進、替換均落入本發(fā)明的保護范圍。