專利名稱：組合式水力學(xué)綜合教具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水力學(xué)教學(xué)用具，是一種可直接在課堂上直觀演示多種水力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的組合式教學(xué)用具。
現(xiàn)有的水力學(xué)教學(xué)用具已開始向組合化，綜合化的趨向發(fā)展，如CN88201133介紹的“水力學(xué)、傳熱學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)”，特點(diǎn)是將伯諾利方程式，雷諾實(shí)驗(yàn)及阻力實(shí)驗(yàn)三個(gè)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，但該實(shí)驗(yàn)裝置開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還太少，存在著尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不能進(jìn)入教室?guī)椭n堂教學(xué)的缺點(diǎn)；其中伯諾利方程式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上只有不同直徑實(shí)驗(yàn)管的起、止斷面上有測(cè)壓管，學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中不能看出實(shí)驗(yàn)管內(nèi)壓強(qiáng)大小沿流動(dòng)方向上的連續(xù)變化規(guī)律，由于測(cè)壓管只能顯示正的相對(duì)壓強(qiáng)，學(xué)生很難理解管道中壓強(qiáng)為真空度時(shí)又是什么樣的變化規(guī)律。
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種能直觀演示多種水力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的組合式綜合教學(xué)用具，滿足整個(gè)水力學(xué)課程直觀教學(xué)的需要。
本實(shí)用新型是根據(jù)水靜壓強(qiáng)大小和分布規(guī)律與容器尺寸大小和形狀無關(guān)，水動(dòng)力學(xué)參數(shù)變化服從相似原理，并針對(duì)水力學(xué)教材內(nèi)容中有關(guān)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的形象化教學(xué)方法而設(shè)計(jì)出來的。全套教具組件包括穩(wěn)壓水箱(4)，示教板支架(2)，水箱支架(86)，以及為實(shí)現(xiàn)一定演示目的而設(shè)計(jì)的各種示教板及其配件。為使教具小巧且演示直觀，固定在示教板上的各演示系統(tǒng)均采用玻璃直管(54)，玻璃U形管(48，49)，玻璃管三通(52，53)，玻璃管彎頭(51)，膠管(55)等按需要作為實(shí)驗(yàn)或輸水管道；各實(shí)驗(yàn)中采用的主容器(50)，各種配件即各種演示管(計(jì))和穩(wěn)壓水箱也采用有機(jī)玻璃制成。在進(jìn)行教學(xué)演示時(shí)，根據(jù)演示需要選出的示教板插入示教板支架(2)的導(dǎo)向槽內(nèi)，通過膠管(55)將示教板上的實(shí)驗(yàn)或輸水管的進(jìn)口端與水準(zhǔn)瓶(81)，或血壓計(jì)球(82)，或穩(wěn)壓水箱(4)底端的出水管咀(43)連接組合構(gòu)成完整的演示系統(tǒng)。所有的示教板共用一個(gè)示教板支架。示教板及配件，穩(wěn)壓水箱及其支架可全部整齊的放進(jìn)教具箱內(nèi)。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)1、單件多用，組合演示，功能齊全，可以開出各種各樣的有關(guān)水力學(xué)中基本概念和基本規(guī)律的教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)。
2、教具輕便小巧，能進(jìn)入課堂配合講課，直觀性強(qiáng)，能達(dá)到很好的教學(xué)效果，如對(duì)學(xué)生最難理解的“真空度”壓強(qiáng)概念，在多項(xiàng)演示中均能使其直觀顯示。
3、教具的所有組件不用時(shí)可全部存放入同一只教具箱內(nèi)，維護(hù)、保管攜帶均很方便。
4、教具結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
本實(shí)用新型有如下附圖附


圖1是教具各組件在教具箱內(nèi)的布置示意圖；附圖2為示教板支架示意圖；附圖3為穩(wěn)壓水箱支架示意圖；附圖4為穩(wěn)壓水箱及其組件示意圖；附圖5為水靜壓強(qiáng)特性示教板(5)的示意圖；附圖6為壓強(qiáng)傳感器(30)的剖面示意圖；附圖7為連通器等壓面示教板(6)的示意圖；附圖8為連通器壓強(qiáng)平衡示教板(7)的示意圖；附圖9為液壓計(jì)性能示教板(8)的示意圖；附
圖10為復(fù)式液壓計(jì)示教板(9)的示意圖；附
圖11為相對(duì)壓強(qiáng)示教板(10)的示意附
圖12為水靜壓強(qiáng)直線分布示教板(11)的示意圖；附
圖13為液體比壓能示教板(12)的示意圖；附
圖14為靜壓力水頭示教板(13)的示意圖；附
圖15為液體相對(duì)靜止示教板(14)的示意圖；附
圖16為流線示教板(15)的示意圖；附
圖17為液流能量及其轉(zhuǎn)換示教板(16)的示意圖；附
圖18為連續(xù)方程式示教板(17)的示意圖；附
圖19為伯諾利方程式示教板(18)的示意圖；附圖20為伯諾利方程式演示管(28)的縱截面示意圖；附圖21為伯諾利方程式演示時(shí)的組合示意圖；附圖22為縮放管壓頭線示教板(19)的示意圖；附圖23為縮放管(29)的縱截面示意圖；附圖24為壓力管路真空度示教板(20)的示意圖；附圖25為液流動(dòng)量方程式示教板(21)的示意圖；附圖26為空氣壓差計(jì)示教板(22)的示意圖；附圖27為文德里流量計(jì)(33)的縱截面示意圖；附圖28為孔板流量計(jì)(34)的縱截面示意圖；附圖29為局部阻力實(shí)驗(yàn)管(35)的縱截面示意圖；附圖30為沿程阻力實(shí)驗(yàn)管(36)的縱截面示意圖；附圖31為進(jìn)行文德里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)、孔板流量計(jì)實(shí)驗(yàn)、沿程阻力實(shí)驗(yàn)、局部阻力實(shí)驗(yàn)時(shí)的組合示意圖；附圖32為管路阻力綜合分析示教板(23)的示意圖；附圖33為長輸水干線示教板(24)的示意圖；附圖34為長輸油干線示教板(25)的示意圖；附圖35為并聯(lián)管路示教板(26)的示意圖；附圖36為分支管路示教板(27)的示意圖；附圖37為雷諾實(shí)驗(yàn)儀(31)的示意圖。
以下結(jié)合附圖，給出本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，并結(jié)合附圖加以說明。在本實(shí)施例中，共有示教板二十三個(gè)，可以組合出二十九種課堂水力學(xué)教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)。
附
圖1是教具各組件在教具箱內(nèi)的布置示意圖。圖中教具箱(1)的尺寸大小為630×580×505mm。教具箱隔板(37)將箱體隔成四個(gè)部分，分別裝有穩(wěn)壓水箱(4)，流線演示儀(32)，示教板支架(2)，穩(wěn)壓水箱支架(86)，伯諾利方程式演示管(28)，縮放管(29)，壓強(qiáng)傳感器(30)，文德里流量計(jì)(33)，孔板流量計(jì)(34)，局部阻力管(35)，沿程阻力管(36)，水準(zhǔn)玻璃瓶(81)，血壓計(jì)球(82)，塑料水桶(88)，以及350×500mm的示教板八塊，250×500mm的示教板十五塊。各示教板由定位角鐵塊(38)分隔定位。
附圖2為示教板支架示意圖。示教板支架(2)為一帶有底板和三角撐板的框架，框架上對(duì)稱固定有四個(gè)定位角鐵塊(39)作導(dǎo)向槽，可將示教板插入，供演示用。
附圖3為穩(wěn)壓水箱支架示意圖。該支架(86)由正方形鋁板平頂蓋和可收折的鋁合金腳架組成。工作時(shí)頂蓋下端的裙邊可以控制腳架的張開角度并保持穩(wěn)定，不工作時(shí)，頂蓋可以取下并與收折后的腳架一齊存入教具箱(1)內(nèi)。
附圖4為穩(wěn)壓水箱及其組件示意圖。圖中穩(wěn)壓水箱(4)為有機(jī)玻璃管材制成的圓筒容器，頂蓋上的一側(cè)有一開口通大氣的加水槽(41)，由底端帶有小孔的有機(jī)玻璃隔板(85)直插箱底后，其上端與水箱的側(cè)壁構(gòu)成。水箱(4)內(nèi)有兩塊固定在箱底上，與隔板(85)平行的板，緊靠隔板(85)的是底端帶有小孔的濾波板(83)，另一塊是其上布滿小孔的減振篩板(84)，它們的作用是減少在工作中外界大氣進(jìn)入水箱時(shí)，氣泡對(duì)箱內(nèi)水面的振動(dòng)。水箱頂蓋上有一排氣嘴管(44)，水箱外側(cè)壁下部固定有金屬加工制成的孔口、管咀板(42)，其上有一個(gè)出口為剌叭形的薄壁孔口(87)和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱管咀(43)，直接利用水箱和其上的孔口、管咀板(42)便可開出孔口和管咀出流實(shí)驗(yàn)；即可進(jìn)行孔口、管咀水流現(xiàn)象的演示；與示教板(5)組成管咀真空度演示以及測(cè)定孔口、管咀的流量系數(shù)。穩(wěn)壓水壓(4)除在孔口、管咀出流實(shí)驗(yàn)中作一般供水容器外，在水動(dòng)力學(xué)演示，阻力實(shí)驗(yàn)和流量計(jì)實(shí)驗(yàn)中也作為穩(wěn)壓供水容器用，此外，還在水靜壓強(qiáng)特性演示中和雷諾實(shí)驗(yàn)中作一般開口容器用。
附圖5為水靜壓強(qiáng)特性示教板(5)的示意圖。圖中示教板(5)上固定有一個(gè)U形玻璃管(48)。
附圖6為壓強(qiáng)傳感器(30)的剖面示意圖。圖中壓強(qiáng)傳感器(30)由一銅管(70)，插在一開口端面上蒙有膠皮薄膜(72)的小圓筒側(cè)壁上構(gòu)成。
在進(jìn)行水靜壓強(qiáng)特性演示時(shí)，用膠管將壓強(qiáng)傳感器的銅管(70)和示教板(5)上的U形管(48)連通，將傳感器(30)下端小圓筒(71)插入穩(wěn)壓水箱(4)的加水開口槽(41)內(nèi)，將傳感器(30)在水箱底部移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)或沿豎直方向上下移動(dòng)時(shí)通過液壓計(jì)可以觀察到由膠皮薄膜(72)所感應(yīng)的靜水壓強(qiáng)的變化規(guī)律，即靜止液體內(nèi)部壓強(qiáng)沿深度正比例增大，在同一平面上以及同一位置各方向上壓強(qiáng)大小相等。
圖7為連通器等壓面示教板(6)的示意圖。圖中示教板(6)上安裝兩個(gè)U形管(48，49)，U形管(48)內(nèi)裝紅色水，U形管(49)內(nèi)裝有紅色水和淺黃色煤油。該示教板演示出裝有同一種連續(xù)靜止液體的U形管(48)內(nèi)兩個(gè)通大氣的液面一樣高，而裝有兩種液體的U形管(49)內(nèi)的液面就不一樣高。U形管(49)下面有坐標(biāo)紙高度讀尺，可讀出兩分液界面(為等壓面)以上油柱和水柱的高度。據(jù)水的密度利用等壓面上壓強(qiáng)相等的規(guī)律可以測(cè)算出油的密度(ρ油gh油＝ρ水gh水)為0.8克／厘米3。
圖8為連通器壓強(qiáng)平衡示教板(7)的示意圖。圖中示教板(7)上安裝著由主容器(50a)、玻璃直管(54)、玻璃管三通(52)和玻璃管90°彎頭(51)構(gòu)成的演示系統(tǒng)，其中主容器(50a)上方有一彈簧止水夾(56)，側(cè)邊有玻璃直管(54)作的測(cè)壓管，由玻璃直管(54)，玻璃管90°彎頭(51)，玻璃三通(52)組成的環(huán)形管道，上端有一彈簧止水夾(56)，下端有一螺絲止水夾(57)，主容器(50a)底端與環(huán)形管道的底端連通，并通過一玻璃管90°彎頭(51)與一上端開口的玻璃直管(54)連接。演示時(shí)，接上一只帶膠管的水準(zhǔn)瓶，操作水準(zhǔn)瓶(瓶內(nèi)裝有紅色水)的不同高度和控制各個(gè)止水夾的開關(guān)狀態(tài)，可以讓示教板上出現(xiàn)各種隨意的液面變化情況。但在任一種平衡(液面靜止)狀態(tài)下，根據(jù)連通器等壓面的條件，用水靜力學(xué)基本方程式從左邊算出主容器內(nèi)液面的壓強(qiáng)P0(P0＝ρ水g(V1－V0)應(yīng)和右邊算出主容器內(nèi)液面的壓強(qiáng)P0｛P0＝ρ水g［(V2－V3)＋(V4－V0)］｝相等，從而證明了連通器壓強(qiáng)平衡方程式P1±ερi△hi＝P2的正確性。演示中最佳方案是控制成P0＞Pa，P0＜Pa和P0＝Pa三種典型平衡狀態(tài)。
附圖9為液壓計(jì)性能示教板(8)的示意圖。圖中示教板(8)上安裝著由三個(gè)U形管，通過玻璃90°彎頭(51)。玻璃管三通(52)和膠管(55)，將其測(cè)量端組成并聯(lián)后，共同以一根玻璃管與血壓計(jì)球(82)上的膠管連通。演示時(shí)U形管(49)中裝紅色水，其鄰近的U形管(48)中也裝紅色水，另一個(gè)U形管(48)中裝有水銀。三個(gè)U形管內(nèi)的液面一樣高。當(dāng)用血壓計(jì)球向三個(gè)U形管同時(shí)壓入氣體時(shí)，示教板上直觀顯示了兩個(gè)粗細(xì)不同的水液壓計(jì)讀數(shù)△h相同，而水銀液壓計(jì)讀數(shù)則小得多，為前者的十三點(diǎn)六分之一。此演示實(shí)驗(yàn)證明液壓計(jì)讀數(shù)與U形管的粗細(xì)和形狀無關(guān)的重要規(guī)律，對(duì)糾正學(xué)生中認(rèn)為同樣壓強(qiáng)條件下，粗U形管液壓計(jì)讀數(shù)應(yīng)減小的錯(cuò)誤觀點(diǎn)具有說服力。
附
圖10為復(fù)式液壓計(jì)示教板(9)的示意圖。圖中示教板(9)上安裝著由主容器(50a)，U形管(48)，三通玻璃管(53)，壓力表(58)，玻璃管90°彎頭(51)，膠管(55)和止水夾(56)組成的復(fù)式液壓計(jì)演示系統(tǒng)。三個(gè)裝水銀的U形管通過三通玻璃管和膠管組成串聯(lián)方式后再與主容器連通。當(dāng)用血壓計(jì)球向主容器內(nèi)液面以上壓入氣體時(shí)，壓力表和各個(gè)U形管液壓計(jì)均出現(xiàn)壓強(qiáng)讀數(shù)，用連通器壓強(qiáng)平衡方程式從右邊液壓計(jì)算出的主容器內(nèi)液面壓強(qiáng)P0可與壓力表上讀數(shù)比較。此演示能讓學(xué)生了解復(fù)式液壓計(jì)的結(jié)構(gòu)、工作原理和讀數(shù)計(jì)算方法。
附
圖11為相對(duì)壓強(qiáng)示教板(10)的示意圖。圖中示教板(10)上安裝著主容器(50b)，主容器上、下兩側(cè)各有一管咀，其中一側(cè)管咀通過玻璃管90°彎頭(51)與U形管(48)連接，其余管咀上均有彈簧止水夾(56)。演示時(shí)，先將內(nèi)裝紅色水的水準(zhǔn)瓶的出水膠管與主容器下端的玻璃管連通，打開主容器上、下端的止水夾，上升水準(zhǔn)瓶，待主容器內(nèi)充滿紅色水以后，關(guān)閉上端的止水夾。根據(jù)同一等壓面高度相同的規(guī)律，上升水準(zhǔn)瓶，當(dāng)瓶內(nèi)液面高于主容器右邊水平玻璃管時(shí)，打開出口處止水夾，主容器內(nèi)紅色水經(jīng)該玻璃管向外流出，說明容器內(nèi)A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)大于零。當(dāng)下降水準(zhǔn)瓶高度，使瓶內(nèi)液面低于主容器右邊的水平玻璃管時(shí)，應(yīng)是A點(diǎn)壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)，打開出口處止水夾，可直觀看出不是水向外流出，而是外界空氣進(jìn)入主容器。當(dāng)控制水準(zhǔn)瓶內(nèi)液面正好與主容器右邊出水管一樣高時(shí)，應(yīng)是A點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)等于零，即內(nèi)外壓強(qiáng)相等的平衡狀態(tài)，此時(shí)打開出口處止水夾可以直觀顯示出主容器內(nèi)的水不流出，外界空氣亦不流進(jìn)去的壓強(qiáng)平衡現(xiàn)象。此演示對(duì)幫助學(xué)生理解相對(duì)壓強(qiáng)的概念，糾正那種認(rèn)為密封器中的液體內(nèi)部壓強(qiáng)一定不會(huì)出現(xiàn)真空度或認(rèn)為一切容器內(nèi)液面上相對(duì)壓強(qiáng)均為零的錯(cuò)誤觀點(diǎn)很有幫助。此教具的關(guān)鍵是主容器(50b)右邊小直徑出水玻璃管，在液體自身表面張力效應(yīng)下，能在內(nèi)外壓強(qiáng)相等條件下演示出管口處水不出，空氣不進(jìn)的平衡現(xiàn)象。
附
圖12為水靜壓強(qiáng)直線分布示教板(11)的示意圖。圖中示教板(11)上安裝著主容器(50c)，主容器上、下各有一管咀和止水夾(56)，側(cè)壁上豎直排列四個(gè)管咀，通過玻璃管90°彎頭(51)，玻璃直管(54)和膠管(55)分別與梳篳形測(cè)壓管(59)的開口端連接。演示時(shí)將水準(zhǔn)瓶上的輸水膠管與主容器下端的管咀連通，先打開主容器上、下兩個(gè)止水夾，上升水準(zhǔn)瓶，讓紅色水逐漸充滿容器以后，關(guān)閉上端的止水夾。改變水準(zhǔn)瓶的高低位置，在任一種平衡狀況(液體靜止)下，從示教板右邊梳篦測(cè)壓管液面所顯示出主容器側(cè)壁上沿豎直方向等距離的a、b、c、d四點(diǎn)的水靜壓強(qiáng)變化是直線規(guī)律。根據(jù)連通器等壓面的概念，演示時(shí)可以控制成三種典型平衡狀況，一是瓶中液面高于d點(diǎn)(a、b、c、d四點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)為正)，二是瓶中液面位于b、c兩點(diǎn)之間(a、b兩點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)為正，c、d兩點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)為負(fù))，三是瓶中液面位于a點(diǎn)以下(a、b、c、d四點(diǎn)相對(duì)壓強(qiáng)均為負(fù)值)。此演示實(shí)驗(yàn)，揭示了水靜壓強(qiáng)沿深度直線增大的規(guī)律，不受壓強(qiáng)計(jì)算所取不同基準(zhǔn)(絕對(duì)壓強(qiáng)，相對(duì)壓強(qiáng))的影響，可幫助和加深對(duì)水靜力學(xué)基本方程式物理意義的理解。此教具的關(guān)鍵是梳篳形測(cè)壓管，它將四個(gè)U形管液壓計(jì)并聯(lián)為一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)簡單了，又能使四個(gè)讀數(shù)△h轉(zhuǎn)換在同一起始水平面(通大氣的一根測(cè)壓管內(nèi)的液面)上，從而直觀地顯示了該四點(diǎn)水靜壓強(qiáng)大小的變化規(guī)律。
附
圖13為液體比壓能示教板(12)的示意圖。圖中示教板(12)上安裝著由主容器(50d)、測(cè)壓玻璃管(54)、玻璃管90°彎頭(51)和膠管(55)所組成的液體比壓能演示系統(tǒng)。演示時(shí)先將血壓計(jì)球上的膠管與主容器上端的導(dǎo)壓管咀連通，當(dāng)用血壓計(jì)球向主容器內(nèi)壓入空氣時(shí)，主容器內(nèi)紅色水內(nèi)部壓強(qiáng)增大，紅色水將沿豎直的測(cè)壓玻璃管上升一段高度。此演示直觀地顯示出液體壓能轉(zhuǎn)換為位能的物理現(xiàn)象，同時(shí)由水靜力學(xué)基本方程式和位能計(jì)算公式，可以推導(dǎo)出液體比壓能的計(jì)算公式為P／ρg(由位能＝壓能＝mgh和P＝ρgh，得比壓能＝壓能／重量＝mgh／mg＝h＝P／ρg)。
附
圖14為靜壓力水頭示教板(13)的示意圖。圖中示教板(13)上安裝著由主容器(50e)、U形玻璃管(48)、玻璃管90°彎頭(51)、膠管(55)和止水夾(56)組成的靜壓力水頭演示系統(tǒng)。演示時(shí)，先將水準(zhǔn)瓶輸水膠管與主容器下端的導(dǎo)壓管咀連通，打開主容器上、下端的止水夾，上升水準(zhǔn)瓶，等紅色水先后進(jìn)入左右兩根U形管內(nèi)，并快充滿主容器時(shí)，關(guān)閉上端的止水夾。升、降水準(zhǔn)瓶于任一高度保持平衡時(shí)，兩根U形管通大氣的液面均與水準(zhǔn)瓶中液面一樣高，它直觀顯示出主容器內(nèi)不同位置的A、B兩點(diǎn)，由于位置高度不同，壓強(qiáng)大小也不相同，但它們的測(cè)壓管水頭(Z＋P／ρg)是相等的。以示教板底板為基準(zhǔn)水平面，可以演示三種典型狀況，一是瓶中液面高于A、B兩點(diǎn)以上(此時(shí)ZA、ZB、PA／ρg，PB／ρg均為正值)，二是瓶中液面位于A、B兩點(diǎn)之間(此時(shí)，ZA、ZB為正，而PA／ρg為正，PB／ρg為負(fù))，三是瓶中液面位于A、B兩點(diǎn)以下(此時(shí)，ZA、ZB為正，而PA／ρg和PB／ρg均為負(fù))。此演示能幫助學(xué)生理解測(cè)壓管水頭的物理意義和幫助學(xué)生掌握測(cè)壓管水頭是按相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算的方法。此教具的關(guān)鍵是采用U形管作為A、B兩點(diǎn)壓強(qiáng)大小的測(cè)壓管，可以顯示出正、負(fù)兩種相對(duì)壓強(qiáng)。如改用單一的直玻璃測(cè)壓管則不能顯示出負(fù)的相對(duì)壓強(qiáng)。
附
圖15為液體相對(duì)靜止示教板(14)的示意圖。圖中示教板(14)上有旋轉(zhuǎn)活動(dòng)板(60)、轉(zhuǎn)軸(61)和固定在活動(dòng)板上的梳篳形測(cè)壓管(59)組成液體相對(duì)靜止演示系統(tǒng)。當(dāng)示教板在水平面上沿梳篳測(cè)壓管所在平面方向勻加速移動(dòng)時(shí)，測(cè)壓管內(nèi)紅色水液面將變成向移動(dòng)前進(jìn)方向低下的傾斜平面。當(dāng)用手指勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸時(shí)，活動(dòng)板隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)壓管液面變成一條中心低下、兩邊升高的拋物曲線。此演示說明了液體在相對(duì)靜止條件下，等壓面的特定形狀。此教具以梳篳形測(cè)壓管代替了笨重的圓筒水箱，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，不耗電能而演示真實(shí)、直觀。
附
圖16為流線示教板(15)的示意圖。圖中示教板(15)上安裝有有機(jī)玻璃流線顯示儀(32)，該顯示儀由兩塊平行有機(jī)玻璃板(73)、薄膠板(46)、有機(jī)玻璃加水漏斗(47)和銅螺栓(78)組成，加水漏斗(47)在兩平行有機(jī)玻璃板外側(cè)上端，漏斗底部內(nèi)側(cè)的平行有機(jī)玻璃板上各有一排均勻分布的流線孔(78)，但兩塊板上流線孔的位置水平相互錯(cuò)開，兩平行板間墊有薄膠板(46)，膠板中部挖空，與平行有機(jī)玻璃板構(gòu)成邊緣密封的夾層空間。演示時(shí)，將流線顯示儀下湍出水管咀(45)接上帶螺絲止水夾的排水膠管，用水準(zhǔn)瓶通過該排水膠管自下而上緩慢地將清水注入夾層，排除其中空氣，直至清水進(jìn)入上端的加水漏斗底部，關(guān)閉排水膠管上的止水夾。從上端將清水加入加水漏斗中至快滿時(shí)為止，打開螺絲夾少許，待清水產(chǎn)生緩慢流動(dòng)以后，用膠皮頭吸管從上端向一個(gè)加水漏斗中加入1～2毫升濃紅墨水，紅色流線即可出現(xiàn)。此演示能直觀顯示出流線互不相交，且永為光滑曲線的水力特性，夾層中部有一圓形薄膠板，而夾層邊緣薄膠板墊的開口斷面變化處是直角，不是圓角，這能使演示流線在邊界為非曲線形狀時(shí)仍為光滑曲線的重要特性。
附
圖17為液流能量及其轉(zhuǎn)換示教板(16)的示意圖。圖中該演示系統(tǒng)由示教板(16)、血壓計(jì)球(82)和示教板支架(2)組成。示教板(16)下端有一主容器(50d)，其側(cè)邊有一管咀與玻璃管90°彎頭(51)及玻璃直管(54)構(gòu)成的向上輸送水的管道，管道的出口有一水輪模型(3)，水輪模型裝在有機(jī)玻璃水輪罩(63)內(nèi)，水輪罩(63)下端與主容器上端的管咀連通，其間包括一彈簧止水夾(56)和一接血壓計(jì)球(82)的玻璃管三通(52)。演示時(shí)先關(guān)閉水輪罩(63)下面連接膠管上的止水夾，將血壓計(jì)球排氣膠管與主容器上端的玻璃管三通(52)連通，用血壓計(jì)球向主容器內(nèi)壓入空氣，紅色水在壓力作用下將沿著向上輸水管道上升并沖動(dòng)水輪模型轉(zhuǎn)動(dòng)。此演示直觀而生動(dòng)地說明了液體具有位能、壓能和動(dòng)能三種形式的機(jī)械能，并能在一定外界條件下，發(fā)生相互轉(zhuǎn)換。
附
圖18為連續(xù)方程式示教板(17)的示意圖。圖中示教板(17)上安裝著上端開口、中間通道變窄的主容器(50f)，豎直玻璃管(54)，玻璃管90°彎頭(51)和膠管(55)組成的連通器。演示時(shí)先將水準(zhǔn)瓶的輸水長膠管(1.5M左右)與示教板上豎直玻璃管上端連通。打開膠管上的螺絲止水夾，升高水準(zhǔn)瓶，讓紅色水進(jìn)入示教板上的豎直玻璃管，并自下而上充滿主容器時(shí)關(guān)閉螺絲止水夾，將水準(zhǔn)瓶放置到比示教板低得多的教室地板上，打開螺絲止水夾少許，可以直觀看出紅色水液面在主容器內(nèi)下降和在豎直玻璃管中上升的整個(gè)過程中，液面移動(dòng)速度的大小與通道斷面積大小成反比關(guān)系，即大斷面處流速小，小斷面處流速大。此演示以巧妙的方式顯示了斷面平均流速的變化規(guī)律，有助于學(xué)生理解液流連續(xù)方程式的物理意義及鞏固連續(xù)方程式的計(jì)算方法。
附
圖19為伯諾利方程式示教板(18)的示意圖。圖中示教板(18)背面中部的水平槽孔中安裝著有機(jī)玻璃伯諾利方程式演示管(28)，示教板正面安裝著至少九根豎直的測(cè)壓玻璃管(54)，其下端有導(dǎo)壓膠管(55)與背面演示管上的各個(gè)導(dǎo)壓管咀(80)相連通，構(gòu)成U形測(cè)壓管。
附圖20為伯諾方程式演示管(28)的縱截面示意圖。圖中伯諾利方程式演示管(28)的內(nèi)徑分三段，中間小、兩頭大，每段上有至少三個(gè)均布的導(dǎo)壓管咀(80)，最后一個(gè)導(dǎo)壓管咀緊靠演示管(28)的末端。
附圖21是進(jìn)行伯諾利方程式演示時(shí)的組合示意圖。演示時(shí)，用膠管將穩(wěn)壓水箱(4)和伯諾利方程式演示管(28)連通。先打開流量調(diào)節(jié)螺絲止水夾(57)少許，在有水流動(dòng)的情況下，用手指逐一擠壓各測(cè)壓管下部導(dǎo)壓膠管(55)，排盡其中的空氣后，再適當(dāng)開大止水夾，使流量增大并保持穩(wěn)定流動(dòng)。示教板(18)正面各測(cè)壓管(54)內(nèi)的液面顯示出了演示管內(nèi)的壓頭線形狀，等徑管段的壓頭線為沿流向傾斜下降的直線，直徑較大的管段壓頭線坡度較小，水流斷面縮小處，壓強(qiáng)下降，水流斷面擴(kuò)大處壓強(qiáng)上升，出口斷面通大氣，測(cè)壓管(54)的液面與出口斷面中心一樣高，中間一段小直徑管段出現(xiàn)真空度，即測(cè)壓管內(nèi)液面低于管道中心線。如果用秒表、量杯測(cè)出流量，算出各管段中平均流速，可以在壓頭線以上進(jìn)一步繪出水頭線。此演示直觀地說明了液流三種機(jī)械能量既保持總量守恒又隨外界條件產(chǎn)生相互轉(zhuǎn)化的重要規(guī)律。
附圖22是縮放管壓頭線示教板(19)的示意圖。圖中示教板背面中部水平槽孔中安裝著有機(jī)玻璃縮放管(29)，示教板正面的豎直測(cè)壓玻璃管(54)下端有導(dǎo)壓膠管(55)與背面縮放管上的各個(gè)導(dǎo)壓管咀(80)相連通，構(gòu)成U形測(cè)壓管。
附圖23為縮放管(29)的縱截面示意圖。圖中縮放管(29)上有均勻布置的導(dǎo)壓管咀(80)，縮放管的直徑兩端大，逐漸向中間縮小。演示時(shí)縮放管(29)出口直接通大氣，進(jìn)口用輸水膠管與穩(wěn)壓水箱(4)下部的管咀(43)連通。先打開輸水膠管上螺絲止水夾少許，在產(chǎn)生水流的情況下，用手指擠壓各測(cè)壓管下部導(dǎo)壓膠管，排盡其中的空氣。開大螺絲止水夾，增大流量并保持穩(wěn)定流動(dòng)后，各測(cè)壓管(54)內(nèi)液面將顯示出縮放管壓頭線是兩端較高中間最低的兩段向上凸起的曲線，由于出口通大氣，對(duì)應(yīng)的測(cè)壓管液面始終與出口斷面中心一樣高，因此縮放管(29)內(nèi)出現(xiàn)負(fù)的相對(duì)壓強(qiáng)，壓頭線在管中心線以下，直徑最小的喉部斷面上真空度最大。此演示直觀顯示了理論上不易證明的關(guān)于縮放管中液流壓頭線的形狀，如果測(cè)出流量計(jì)算出縮放管起、止斷面和最小中間斷面上的平均流速，可以繪出水頭線的形狀。在斷面縮小管段中流速增大，水力坡度沿流向變大，在斷面擴(kuò)大管段中流速很快減小，水力坡度沿流向減小，因此水頭線在斷面縮小段為向上凸起的下降曲線，斷面擴(kuò)大管段的水頭線為向下凹的下降曲線。
附圖24為壓力管路真空度示教板(20)的示意圖。圖中示教板(20)上安裝著直玻璃管(54)、玻璃管90°彎頭(51)、玻璃管三通(52)、膠管(55)、止水夾(56、57)組成的末段豎直向下的輸水管路。演示時(shí)用輸水膠管將穩(wěn)壓水箱(4)和示教板(20)上的輸水管路連通，在有較大水流量并保持滿管水流的情況下，打開輸水管上端的止水夾(56)，可以直觀地看到有空氣不斷向管內(nèi)流入。調(diào)節(jié)管路出口處螺絲夾的開度，當(dāng)開度很小，阻力很大，流量很小時(shí)，打開上端止水夾(56)，有水向外流出，當(dāng)逐漸開大螺絲夾到某一程度時(shí)，輸水管上端可出現(xiàn)打開止水夾后水不出、空氣不進(jìn)入的平衡狀態(tài)。此演示幫助學(xué)生用伯諾利方程式分析末段豎直管路上端壓強(qiáng)隨該段水頭損失大小而變化的規(guī)律，并有出現(xiàn)真空度的可能性。
附圖25為液流動(dòng)量方程式示教板(21)的示意圖。圖中示教板(21)上部用細(xì)繩固定著的下端帶90°彎頭(51)的玻璃管。演示時(shí)，將水準(zhǔn)瓶上的出水膠管與示教板(21)上端的玻璃管連通。升高水準(zhǔn)瓶位置，打開膠管上的止水夾，在水流從玻璃管下端90°彎頭射出時(shí)，整個(gè)玻璃管將以上端固定點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心朝出口水流的反方向轉(zhuǎn)過一個(gè)θ角度。此演示直觀地顯示出當(dāng)液流方向發(fā)生改變時(shí)，液體與壁面之間有力的作用，幫助學(xué)生理解液流動(dòng)量方程式的物理意義。
附圖26為空氣壓差計(jì)示教板(22)的示意圖。圖中示教板(22)上安裝有空氣壓差計(jì)(64)，空氣壓差計(jì)下端兩根導(dǎo)壓膠管(55)可以與有機(jī)玻璃制的文德里流量計(jì)(33)，或孔板流量計(jì)(34)，或沿程阻力實(shí)驗(yàn)管(36)，或局部阻力實(shí)驗(yàn)管(35)上的兩導(dǎo)壓管咀(80)連通。
附圖27為文德里流量計(jì)(33)的縱截面示意圖。圖中文德里流量計(jì)(33)內(nèi)徑中間小，向前后兩端擴(kuò)大，在上流大斷面和中間最小斷面上各有一個(gè)導(dǎo)壓管咀(80)。
附圖28為孔板流量計(jì)(34)的縱截面示意圖。圖中孔板流量計(jì)(34)的內(nèi)徑不變，但其中間有一孔板(89)，孔板中央有薄壁小孔(87)，在孔板(89)的上下流兩側(cè)有互差90°角的兩個(gè)導(dǎo)壓管咀(80)。
附圖29為局部阻力實(shí)驗(yàn)管(35)的縱截面示意圖。圖中實(shí)驗(yàn)管(35)內(nèi)徑有大小各一段，每一段上各有一導(dǎo)壓管咀(80)。
附圖30為沿程阻力實(shí)驗(yàn)管(36)的縱截面示意圖。圖中實(shí)驗(yàn)管(36)為直玻璃管或紫銅管，在其兩端有導(dǎo)壓管咀(80)。
附圖31為進(jìn)行文德里流量計(jì)實(shí)驗(yàn)、孔板流量計(jì)實(shí)驗(yàn)、沿程阻力實(shí)驗(yàn)、局部阻力實(shí)驗(yàn)時(shí)的組合示意圖。實(shí)驗(yàn)時(shí)，用膠管將穩(wěn)壓水箱(4)和流量計(jì)(33，34)或阻力實(shí)驗(yàn)管(35，36)連通，并在流量計(jì)或阻力實(shí)驗(yàn)管出口接上出水膠管(55)，在有水流通過的情況下，調(diào)節(jié)出水膠管上螺絲夾(57)的不同開度以得到不同的流量，可以直觀看出，流量大時(shí)空氣壓差計(jì)上讀數(shù)也大。在各種穩(wěn)定流動(dòng)情況下用秒表、量杯測(cè)出流量，用溫度計(jì)測(cè)出水溫，可以由實(shí)驗(yàn)管或流量計(jì)的尺寸，空氣壓差計(jì)(64)上的讀數(shù)，計(jì)算出阻力系數(shù)，流量系數(shù)和相應(yīng)的雷諾數(shù)，進(jìn)一步繪制出阻力系數(shù)，流量系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的曲線。
附圖32為管路阻力綜合分析示教板(23)的示意圖。圖中示教板(23)上安裝著兩根豎直測(cè)壓玻璃管(54)，水平輸水玻璃管和三個(gè)螺絲止水夾(57)所組成的管路阻力綜合分析演示系統(tǒng)。演示時(shí)用膠管將穩(wěn)壓水箱(4)和示教板(23)上水平輸水管進(jìn)口連通，并在輸水管出口接上出水膠管。當(dāng)有水流通過時(shí)各個(gè)豎直測(cè)壓管(54)內(nèi)各有一定的液面高度，它們各個(gè)的值V1，V2和兩者間的高度差△h與每個(gè)螺絲止水夾的開度大小有著直接關(guān)系，演示前，先啟發(fā)學(xué)生對(duì)管路中任一調(diào)節(jié)閥變更開度對(duì)整個(gè)管路和每段管路水頭損失變化關(guān)系，即V1、V2和△h如何變化進(jìn)行綜合分析，最后用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
此外，還可以用示教板(23)和穩(wěn)壓水箱(4)組成壓力管路水擊現(xiàn)象演示演示前，先用膠管將穩(wěn)壓水箱和示教板(23)下部的輸水管進(jìn)口連通。將示教板下部后面兩個(gè)螺絲止水夾(57)取下，在出口處裝上一個(gè)彈簧止水夾(56)，并將穩(wěn)壓水箱(4)和示教板(23)放在同一個(gè)桌面上，使示教板上端高于穩(wěn)壓水箱頂部。演示時(shí)先單獨(dú)打開輸水管前面一個(gè)螺絲止水夾，讓水流入輸水管并在停止流動(dòng)以后，各測(cè)壓管內(nèi)液面顯示出與穩(wěn)壓水箱內(nèi)水面同一水平線的靜液位。單獨(dú)打開示教板上輸水管出口處的止水夾，在產(chǎn)生最大流量條件下，突然關(guān)閉該止水夾，此時(shí)可以直觀看到各測(cè)壓管內(nèi)液面產(chǎn)生周期性的上下波動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)靠近出口一根測(cè)壓管內(nèi)的液面可以上升到靜液位以上的高度。此演示說明水擊壓強(qiáng)可以高于最大靜壓強(qiáng)并產(chǎn)生周期振動(dòng)的物理特性，但要同時(shí)向?qū)W生講明真實(shí)的輸水管為鋼材，其彈性變形比膠管小得多，因此輸水鋼管內(nèi)發(fā)生水擊時(shí)水擊壓強(qiáng)要高得多，其振動(dòng)周期也短得多。此演示可以幫助理解水擊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，水擊波傳遞過程和防止水擊破壞的措施(當(dāng)緩慢關(guān)閉出水閥時(shí)，可以直觀看到水擊壓強(qiáng)要小得多)。
附圖33為長輸水干線示教板(24)的示意圖。圖中示教板(24)上安裝著水塔模型(65)、玻璃直管測(cè)壓管(54)、輸水膠管(55)和房屋模型(66)、螺絲止水夾(57)所組成的長輸水干線演示系統(tǒng)。
附圖34為長輸油干線示教板(25)的示意圖。圖中示教板(25)上安裝著貯油罐模型(67)、輸油泵模型(68)、玻璃直管測(cè)壓管(54)、輸油膠管(55)和螺絲止水夾(57)組成的長輸油干線演示系統(tǒng)。演示時(shí)將示教板上的輸水干線或輸油干線的進(jìn)口與穩(wěn)壓水箱之間用膠管連通。并在干線末端接上出水膠管，前后兩段膠管上均應(yīng)有螺絲止水夾。通過進(jìn)、出水膠管和示教板上輸水或輸油膠管上螺絲止水夾開度的調(diào)節(jié)，可以在示教板上演示出輸水干線或輸油干線起、止兩斷面間測(cè)壓管水頭最合理?xiàng)l件下的能量平衡關(guān)系，幫助理解長輸水干線和長輸油干線水力計(jì)算公式的物理意義。
附圖35為并聯(lián)管路示教板(26)的示意圖。圖中示教板(26)上安裝著由四根豎直玻璃直管測(cè)壓管(54)、兩根水平輸水玻璃直管(54)和兩個(gè)有機(jī)玻璃四通接頭(69)和螺絲止水夾(57)組成的并聯(lián)管路水力特性演示系統(tǒng)。左、右兩根測(cè)壓管安裝在四通接頭(69)上，中間兩根測(cè)壓管分別安裝在兩個(gè)水平支管末端前距四通(69)等距離處。演示時(shí)，在并聯(lián)管進(jìn)、出口分別用膠管接通穩(wěn)壓水箱(4)和接上出水膠管(55)，在有水流通過并聯(lián)管時(shí)，左、右兩根測(cè)壓管的液面高差顯示出兩條支管起、止兩斷面間具有相同水頭損失。關(guān)小螺絲夾(57)的開度，減小下面一根支管的流量，其末段水頭損失將減小，故下面一根支管末段測(cè)壓管內(nèi)液面進(jìn)一步下降。此演示從反面說了并聯(lián)管路中，阻力較大的支管中流量較小，以保持各支管總水頭損失相等的平衡狀態(tài)。幫助學(xué)生理解并聯(lián)管路各支管中水頭損失相等的水力特性。
附圖36為分支管路示教板(27)的示意圖。圖中示教板(27)上固定有三根玻璃直管測(cè)壓管(54)，通過玻璃管三通(52)分別作為連接干線起點(diǎn)“水塔”和各支管末端“用戶”的測(cè)壓管。測(cè)壓管旁分別有水塔模型(65)及房屋模型(66)。演示時(shí)，用膠管將輸水管上流接通穩(wěn)壓水箱(4)，每個(gè)末端用戶接上出水膠管，在產(chǎn)生流動(dòng)的情況下，調(diào)節(jié)各“用戶”的螺絲夾的開度，可以保持其測(cè)壓管應(yīng)有的液位。通過穩(wěn)定流動(dòng)條件下，示教板上“水塔”和“用戶”之間的測(cè)壓管液位差，可以直觀地顯示出分支管路起止斷面之間的能量平衡關(guān)系，幫助學(xué)生理解其水力計(jì)算公式的物理意義。
附圖37為雷諾實(shí)驗(yàn)儀(31)的示意圖。圖中雷諾實(shí)驗(yàn)儀(31)為有機(jī)玻璃板，上面安裝有色液漏斗玻璃管(74)，漏斗玻璃管(74)的下端接有注射針接頭(75)和注射針(77)，流態(tài)顯示玻璃管(76)接在針頭(77)的下方，并與玻璃管90°彎頭(51)、膠管(55)和直玻璃管(54)組成一U形虹吸管路。實(shí)驗(yàn)時(shí)將雷諾實(shí)驗(yàn)儀(31)豎直地插入穩(wěn)壓水箱(4)的加水開口槽(41)內(nèi)，用膠管連接雷諾實(shí)驗(yàn)儀上端的玻璃管90°彎頭(51)并吸出管中空氣，使產(chǎn)生虹吸流動(dòng)。在有水流通過流態(tài)演示管的情況下，用膠皮頭吸管向色液玻璃管漏斗中加入2～3毫升紅墨水，從注射針流出的紅色水跡線可顯示流態(tài)演示玻璃管中的水流狀態(tài)。當(dāng)流量小，流速低時(shí)，紅水呈直線，為層流；當(dāng)流量大，流速高時(shí)，紅水線劇烈擺動(dòng)甚至與清水強(qiáng)烈混合，為紊流。流量是由出水膠管上一個(gè)螺絲止水夾來調(diào)節(jié)的，操作要盡量緩慢，不使儀器和膠管振動(dòng)。仔細(xì)調(diào)節(jié)適當(dāng)流量大小，紅水線剛開始由混亂變?yōu)椴粩[動(dòng)的直線時(shí)，測(cè)出流量和水溫度，可根據(jù)流態(tài)顯示管內(nèi)徑計(jì)算出臨界雷諾數(shù)Rek的值。
此教具的主要特點(diǎn)是流態(tài)顯示管在圓筒形有機(jī)玻璃水箱內(nèi)部，整個(gè)教具尺寸變小，裝滿水的圓柱水箱對(duì)流態(tài)顯示管中紅水跡線有放大作用。流態(tài)顯示管直徑小，臨界流速VK高，不易受儀器輕微振動(dòng)的干擾，臨界流動(dòng)狀態(tài)清楚，臨界雷諾數(shù)比較準(zhǔn)確，為2000左右。
以下是附圖中各標(biāo)號(hào)的名稱1、教具箱；2、示教板支架；3、水輪模型；4、有機(jī)玻璃穩(wěn)壓水箱；5、液壓計(jì)示教板；6、連通器等壓面示教板；7、連通器壓強(qiáng)平衡示教板；8、液壓計(jì)性能示教板；9、復(fù)式液壓計(jì)示教板；10、相對(duì)壓強(qiáng)示教板；11、壓強(qiáng)直線分布示教板；12、液體比壓能示教板；13、靜壓力水頭示教板；14、液體相對(duì)靜止示教板；15、流線演示示教板；16、液流能量及其轉(zhuǎn)換示教板；17、連續(xù)方程式示教板；18、伯諾利方程式示教板；19、縮放管壓頭線示教板；20、壓力管路真空度示教板；21、液流動(dòng)量方程式示教板；22、空氣壓差計(jì)示教板；23、管路阻力綜合分析示教板；24、長輸水干線示教板；25、長輸油干線示教板；26、并聯(lián)管路示教板；27、分支管路示教板；28、有機(jī)玻璃伯諾利方程演示管；29、有機(jī)玻璃縮放管；30、壓強(qiáng)傳感器；31、雷諾實(shí)驗(yàn)儀；32、流線顯示儀；33、有機(jī)玻璃文德里流量計(jì)；34、有機(jī)玻璃孔板流量計(jì)；35、有機(jī)玻璃局部阻力管；36、沿程阻力管；37、教具箱隔板；38、示教板定位角鐵塊；39、示教板定位滑塊；40、有機(jī)玻璃圓筒；41、加水開口槽；42、孔口、管咀板；43、標(biāo)準(zhǔn)圓柱管咀；44、排氣管咀；45、出水管咀；46、1mm薄膠板；47、有機(jī)玻璃加水漏斗；48、φ8U形玻璃管；49、φ12U形玻璃管；50、主容器(50a.連通器壓強(qiáng)平衡主容器；復(fù)式液壓計(jì)主容器；50b.相對(duì)壓強(qiáng)演示主容器；50c.壓強(qiáng)直線分布演示主容器；50d.液體比壓能演示主容器；液流能量及其轉(zhuǎn)換演示主容器；50e.靜壓力水頭演示主容器；50f.連續(xù)方程式演示主容器)；51、90°玻璃管彎頭；52、T形三通玻璃管；53、U形三通玻璃管；54、直玻璃管；55、膠管；56、彈簧止水夾；57、螺絲止水夾；58、壓力表(0～0.1MPa)；59、梳篳測(cè)壓管；60、活動(dòng)板；61、轉(zhuǎn)軸；62、軸承；63、有機(jī)玻璃水輪罩；64、空氣壓差計(jì)；65、水塔模型；66、房屋模型；67、貯油罐模型；68、輸油泵模型；69、有機(jī)玻璃四通；70、銅管φ8×1；71、薄鐵皮開口小圓筒；72、膠皮薄模；73、有機(jī)玻璃板；74、色液漏斗；75、注射針接頭；76、流態(tài)顯示玻璃管；77、9號(hào)注射針頭；78、流線孔(φ1)；79、銅螺栓(M3×18)；80、導(dǎo)壓管咀；81、水準(zhǔn)玻璃瓶；82、血壓計(jì)球；83、濾波板；84、減振篩板；85、穩(wěn)壓水箱加水口隔板；86、穩(wěn)壓水箱支架；87、薄壁孔口；88、塑料水桶；89、有機(jī)玻璃孔板。
權(quán)利要求1.一種組合式水力學(xué)綜合教學(xué)用具，全套教具包括液壓計(jì)示教板(5)，連通器等壓面示教板(6)，連通器壓強(qiáng)平衡示教板(7)，液壓計(jì)性能示教板(8)，復(fù)式液壓計(jì)示教板(9)相對(duì)壓強(qiáng)示教板(10)，壓強(qiáng)直線分布示教板(11)，液體比壓能示教板(12)，靜壓力水頭示教板(13)，液體相對(duì)靜止示教板(14)，流線演示示教板(15)，液流能量及其轉(zhuǎn)換示教板(16)，連續(xù)方程式示教板(17)，伯諾利方程式示教板(18)，縮放管壓頭線示教板(19)，壓力管路真空度示教板(20)，液流動(dòng)量方程式示教板(21)，空氣壓差計(jì)示教板(22)，管路阻力綜合分析示教板(23)，長輸水干線示教板(24)，長輸油干線示教板(25)，并聯(lián)管路示教板(26)，分支管路示教板(27)，及前述示教板的配件如伯諾利方程演示管(28)，縮放管(29)，壓強(qiáng)傳感器(30)，雷諾實(shí)驗(yàn)儀(31)，流線顯示儀(32)，文德里流量計(jì)(33)，孔板流量計(jì)(34)，局部阻力管(35)，沿程阻力管(36)，水準(zhǔn)玻璃瓶(81)，血壓計(jì)球(82)等，其特征在于1)各個(gè)示教板為長方形，固定在示教板上的各演示系統(tǒng)均采用玻璃直管(54)，玻璃U形管(48、49)，玻璃管三通(52，53)，玻璃管彎頭(51)，膠管(55)按需要連接構(gòu)成實(shí)驗(yàn)或輸水管道，各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的主容器(50)，各種配件即演示管(計(jì))均采用有機(jī)玻璃制成；2)全套教具還包括一用有機(jī)玻璃制成的，在各演示中既可作穩(wěn)壓供水容器，又可作為一般開口容器用的圓筒形的公用穩(wěn)壓水箱(4)及其支架(86)；3)全套教具還包括一示教板支架(2)，示教板支架為帶有底板和三角撐板的框架，框架上對(duì)稱固定有四個(gè)角鐵塊(39)作為示教板插入時(shí)的導(dǎo)向槽；4)在進(jìn)行教學(xué)演示時(shí)，根據(jù)演示需要選出的示教板插入示教板支架(2)的導(dǎo)向槽內(nèi)，通過膠管(55)將示教板上的實(shí)驗(yàn)或輸水管道的進(jìn)口端與水準(zhǔn)瓶(81)，或血壓計(jì)球(82)，或穩(wěn)壓水箱(4)底端的出水管嘴(43)連接后組合構(gòu)成完整的演示系統(tǒng)，其中，水箱參予組合時(shí)，將它置于水箱支架(86)上，其底部高于示教板的頂端；5)全套教具存放在教具箱(1)內(nèi)，教具箱內(nèi)有隔板(37)和使各示教板分隔定位的定位角鐵塊(38)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于穩(wěn)壓水箱的頂蓋上一側(cè)有一開口通大氣的加水槽(41)，由一底端帶小孔的有機(jī)玻璃隔板(85)直插箱底后，其上端與水箱的側(cè)壁構(gòu)成，水箱頂蓋中心有排氣管嘴(44)；水箱內(nèi)還固定有濾波板(83)和減振篩板(84)，它們與隔板(85)平衡排列，濾波板底端帶有小孔，減振板上布滿小孔，水箱外側(cè)壁下部固定有金屬制成的孔口管嘴板(42)，其中有一個(gè)出口為喇叭型的薄壁孔口(87)和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓柱管嘴(43)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于連通器壓強(qiáng)平衡演示示教板板(7)上安裝著由主容器(50a)，玻璃直管(54)，玻璃管三通(52)，玻璃管90°彎頭(51)構(gòu)成的演示系統(tǒng)，其中主容器(50a)上方有一彈簧止水夾(56)，側(cè)邊有玻璃直管(54)作的測(cè)壓管，由玻璃直管(54)，玻璃管90°彎頭(51)，玻璃三通(52)組成的環(huán)形管道，環(huán)形管道上端有一彈簧止水夾(56)，下端有一螺絲止水夾(57)，主容器(50a)底端與環(huán)形管道的底端連通，并通過一玻璃管90°彎頭(51)與一端開口的玻璃直管(54)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于相對(duì)壓強(qiáng)演示示教板(10)上安裝著主容器(50b)，主容器上、下、兩側(cè)各有一管咀，其中一側(cè)管咀通過玻璃管90°彎頭與U形管(48)連接，其余管咀上均有彈簧止水夾(56)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于水靜壓強(qiáng)直線分布演示示教板(11)上安裝著主容器(50c)，主容器上、下各有一管咀和止水夾(56)，側(cè)壁上豎直排列四個(gè)管咀，通過玻璃管90°彎頭(51)，玻璃直管(54)和膠管(55)分別與梳篳形測(cè)壓管(59)的開口端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于液體相對(duì)靜止演示示教板(14)上安裝了旋轉(zhuǎn)活動(dòng)板(60)和轉(zhuǎn)軸(61)，在活動(dòng)板上固定有梳篳形測(cè)壓管(59)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于液流能量及其轉(zhuǎn)換演示示教板(16)的下端有一主容器(50d)，其側(cè)邊有一管咀與玻璃管90°彎頭(51)及玻璃直管(54)構(gòu)成的向上輸送水的管道，管道的出口有一水輪模型(3)，水輪模型裝在有機(jī)玻璃水輪罩(63)內(nèi)，水輪罩(63)下端與主容器上端的管咀連通，其間包括一彈簧止水夾(56)和一接血壓計(jì)球(82)的玻璃管三通(52)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于伯諾利方程式演示示教板(18)背面中部的水平槽孔中安裝著有機(jī)玻璃伯諾利方程式演示管(28)，下面豎直安裝著至少九根測(cè)壓玻璃直管(54)，其下端有導(dǎo)壓膠管(55)與背面演示管上的導(dǎo)壓管咀(80)相連通，構(gòu)成U形測(cè)壓管，伯諾利方程式演示管(28)的內(nèi)徑分三段，中間小，兩頭大，每段上有至少三個(gè)均布的導(dǎo)壓管咀(80)，最后一個(gè)導(dǎo)壓管咀緊靠演示管(28)的末端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于流線演示示教板(15)安裝有有機(jī)玻璃流線顯示儀(32)，該顯示儀由兩塊平行有機(jī)玻璃板(73)，薄膠板(46)，有機(jī)玻璃加水漏斗(47)和銅螺栓(79)組成，加水漏斗(47)內(nèi)側(cè)壁底部兩平行有機(jī)玻璃板上各有一排均勻分布的流線孔(78)，但兩塊板上流線孔的位置水平相互錯(cuò)開，兩平行板間墊有薄膠板(46)，膠板中部挖空，與平行有機(jī)玻璃板構(gòu)成邊緣密封的夾層空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式水力學(xué)綜合教具，其特征在于雷諾實(shí)驗(yàn)由雷諾實(shí)驗(yàn)儀(31)上面安裝有色液漏斗玻璃管(74)，玻璃管(74)的下端接有注射針接頭(75)和注射針(77)，流態(tài)顯示玻璃管(76)接在針頭(77)的下方，并與玻璃管90°彎頭(51)，膠管(55)和直玻璃管(54)組成一U形虹吸管路。
專利摘要組合式水力學(xué)綜合教具是一種小型水力學(xué)直觀演示教具，全套教具由一個(gè)有機(jī)玻璃穩(wěn)壓水箱和二十三個(gè)示教板及配件組成。通過簡單的組合，便可開出水力學(xué)課程中重點(diǎn)，難點(diǎn)內(nèi)容二十九個(gè)教學(xué)演示。教具的設(shè)計(jì)以水力學(xué)科學(xué)為依據(jù)，以揭示水力學(xué)課程中有關(guān)概念和規(guī)律的物理本質(zhì)為目的，在結(jié)構(gòu)上力求一物多用，組合演示的原則。全套教具具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、直觀性強(qiáng)，能進(jìn)入教室配合講課，教學(xué)效果良好而成本低廉的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2063266SQ9021175
公開日1990年10月3日 申請(qǐng)日期1990年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月15日
發(fā)明者郭香崧 申請(qǐng)人:重慶石油學(xué)校