CN108877429A - 一种流体力学综合实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体力学综合实验装置，包括机体和安装在机体上的稳压水箱、水箱、计量水箱、测压板和实验管路；指示剂瓶安装在稳压水箱上，指示剂瓶底部通过橡胶管与雷诺实验管路连通；稳压水箱的内部设有竖向的溢流板和稳流板，稳压水箱的底部分别通过溢流管、供水管与水箱连接，水箱内部设有水泵，水泵的一端与供水管连接。本发明的流体力学综合实验装置可以进行以下实验：1)雷诺实验；2)局部阻力系数测定实验；3)文丘里流量计测流量实验；4)孔板流量计实验；5)毕托管实验；6)伯努利方程实验；7)沿程阻力系数测定实验；使用方法简单，测量结果准确，市场推广价值高。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置，具体是一种流体力学综合实验装置。
背景技术
流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。以上主要是从研究对象的角度来说明流体力学的内容和分支。此外，如从流体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。
为了观察流体现象，出现了流体力学实验装置，但是目前的流体力学实验装置功能较为单一，不能同时进行流体力学实验中雷诺实验、局部阻力系数测定实验、文丘里流量计测流量实验、孔板流量计实验、毕托管实验、伯努利方程实验和沿程阻力系数测定实验。因此本发明提供一种流体力学综合实验装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体力学综合实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种流体力学综合实验装置，包括机体和安装在机体上的稳压水箱、水箱、计量水箱、测压板和实验管路；指示剂瓶安装在稳压水箱上，指示剂瓶底部通过橡胶管与雷诺实验管路连通；稳压水箱的内部设有竖向的溢流板和稳流板，稳压水箱的底部分别通过溢流管、供水管与水箱连接，水箱内部设有水泵，水泵的一端与供水管连接；所述溢流管顶部设于溢流板与溢流板一侧的稳压水箱侧壁之间，溢流板另一侧设有稳流板，供水管顶部设于溢流板与稳流板之间；计量水箱通过回水管连接至水箱；
所述实验管路包括伯努利方程实验管路、沿程阻力系数测定实验管路、毕托管实验管路、孔板流量计实验管路、文丘里流量计测流量实验管路、局部阻力系数测定实验管路和雷诺实验管路，各实验管路的一端均连接至稳压水箱，实验管路的另一端均设于计量水箱上方。
作为本发明进一步的方案：所述溢流板与稳流板之间设有具有稳流作用的颗粒。
作为本发明进一步的方案：所述溢流板的高度大于稳流板的高度。
作为本发明进一步的方案：所述流体力学综合实验装置还包括客户端；所述指示剂瓶、溢流管、供水管、回水管、伯努利方程实验管路、沿程阻力系数测定实验管路、毕托管实验管路、孔板流量计实验管路、文丘里流量计测流量实验管路、局部阻力系数测定实验管路和雷诺实验管路上的阀门均连接至客户端，水泵也连接至客户端。
作为本发明进一步的方案：所述客户端为PC。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的流体力学综合实验装置可以进行以下实验：1)雷诺实验；2)局部阻力系数测定实验；3)文丘里流量计测流量实验；4)孔板流量计实验；5)毕托管实验；6)伯努利方程实验；7)沿程阻力系数测定实验；可实现远程操作，自动化水平高，使用方法简单，测量结果准确，市场推广价值高。
附图说明
图1为流体力学综合实验装置的主视图。
图2为流体力学综合实验装置的俯视图。
其中：1-指示剂瓶；2-稳压水箱；3-溢流管；4-供水管；5-水箱；6-水泵；7-回水管；8-计量水箱；9-测压板；10-溢流板；11-稳流板；12-伯努利方程实验管路；13-沿程阻力系数测定实验管路；14-毕托管实验管路；15-孔板流量计实验管路；16-文丘里流量计测流量实验管路；17-局部阻力系数测定实验管路；18-雷诺实验管路。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
请参阅图1-2，一种流体力学综合实验装置，包括机体和安装在机体上的稳压水箱2、水箱5、计量水箱8、测压板9、伯努利方程实验管路12、沿程阻力系数测定实验管路13、毕托管实验管路14、孔板流量计实验管路15、文丘里流量计测流量实验管路16、局部阻力系数测定实验管路17和雷诺实验管路18；测压板包括若干测压管；
稳压水箱2安装在机架左上端，指示剂瓶1安装在稳压水箱2上，指示剂瓶1底部通过橡胶管与雷诺实验管路18连通；稳压水箱2的内部设有竖向的溢流板10和稳流板11，溢流板10设于稳流板11的左侧，稳压水箱2的底部分别通过溢流管3、供水管4与水箱5连接，水箱5内部设有水泵6，水泵6的一端与供水管4连接；所述溢流管3顶部设于溢流板10与稳压水箱2左壁之间，供水管4顶部设于溢流板10与稳流板11之间；计量水箱8安装在机架右端；计量水箱8通过回水管7连接至水箱5；
所述伯努利方程实验管路12、沿程阻力系数测定实验管路13、毕托管实验管路14、孔板流量计实验管路15、文丘里流量计测流量实验管路16、局部阻力系数测定实验管路17和雷诺实验管路18的一端均连接至稳压水箱2，伯努利方程实验管路12、沿程阻力系数测定实验管路13、毕托管实验管路14、孔板流量计实验管路15、文丘里流量计测流量实验管路16、局部阻力系数测定实验管路17和雷诺实验管路18的另一端均设于计量水箱8上方。
实施例2
在实施例1的基础上，所述溢流板10与稳流板11之间设有具有稳流作用的颗粒。
实施例3
在实施例1的基础上，所述溢流板10的高度大于稳流板11的高度。
实施例4
在实施例1的基础上，所述流体力学综合实验装置还包括客户端，所述客户端内置app软件；所述指示剂瓶1、溢流管3、供水管4、回水管7、伯努利方程实验管路12、沿程阻力系数测定实验管路13、毕托管实验管路14、孔板流量计实验管路15、文丘里流量计测流量实验管路16、局部阻力系数测定实验管路17和雷诺实验管路18上的阀门均连接至客户端，水泵6也连接至客户端。使用时，打开总电源，开启客户端；通过客户端选择实验类型，并开启水泵将水箱5注满水；然后进行实验，实验完成后，通过客户端保存实验数据或控制打印机工作；通过客户端结束实验，关闭所有阀门，切断电源。所述客户端为PC。
实验例1雷诺实验
采用本发明装置以及结合现有实验方法：接通电源，开启水泵6给水箱5供水；到水箱5里的水开始溢流后，轻轻打开雷诺实验管路18的尾阀，使管道通过小流量，再打开指示剂开关，使颜色水流入管道；反复缓慢增大(或减小)流量，仔细观察层流和紊流现象。从大到小(或从小到大)缓慢调整流量，在临界流速时(即流态开始转换时)，测定其雷诺数。实验完毕后，先关闭指示剂开关，然后关闭水泵，拔掉电源。
表1雷诺实验结果
| 测次 | 流量Q(cm3/s) | 流速v(cm/s) | 雷诺数Re | 状态 |
| 1 | 22.11 | 14.36 | 2242 | 直线摆动 |
| 2 | 19.36 | 12.58 | 1964 | 稳定直线 |
| 3 | 22.32 | 14.50 | 2264 | 直线摆动 |
| 4 | 22.62 | 14.69 | 2294 | 直线摆动 |
实验例2局部阻力系数测定实验
采用本发明装置以及结合现有实验方法：接通电源，开启水泵6给水箱5供水；到水箱5里的水开始溢流后，排除管道、测压管中的气体，并观察测压管中的水位是否在同一水平面上。打开局部阻力系数测定实验管路17的尾阀，使管道通过水流，并调节流量大小，使测压管水位在适当的高度。测量各断面的测压管水头，用测量水箱测定流量。检查数据无误后，改变流量，再次测量。关闭水泵，拔掉电源，结束实验。
表2局部阻力系数测定实验结果
表3管流突然扩大局部水头损失计算表
细管直径d1＝1.4cm，粗管直径d2＝2.0cm；表4管流突然缩小局部水头损失计算表
粗管直径d1＝2.0cm，细管直径d2＝1.4cm；
实验例3文丘里流量计测流量实验
采用本发明装置以及结合现有实验方法：接通电源，开启水泵6给水箱5供水；到水箱5里的水开始溢流后，排除管道、测压管中的气体，关闭尾阀，排除管道和测压管中的气体，直到测压管的水位读数相等。打开文丘里流量计测流量实验管路16的尾阀，使管道通过较大流量，且测压管的水位均能读数。等到水流稳定后，开始测定测压管水位和流量，并记录。控制文丘里流量计测流量实验管路16的尾阀，减小流量，使测压管水位差减小4cm左右，等到水流稳定后，继续测定。测次大于6次后，且压差分布均匀，实验可以结束。关闭电源。
表5文丘里流量计测流量实验结果
| 序号 | h1(cm) | h2(cm) | h3(cm) | h4(cm) | 实际流量(cm3/s) |
| 1 | 41.42 | 0.7 | 48.08 | 30.85 | 153.08 |
| 2 | 39 | 3.9 | 38 | 7.85 | 132.7 |
| 3 | 32.7 | 9.4 | 33.1 | 14.78 | 109.9 |
| 4 | 30.8 | 12.6 | 29.8 | 19.0 | 88.6 |
| 5 | 27.5 | 16 | 26.1 | 14.4 | 62.6 |
文丘里管断面直径、面积：d1＝1.4cm，d2＝0.8cm；
表6文丘里流量计测流量实验结果
实验例4孔板流量计实验
采用本发明装置以及结合现有实验方法：接通电源，开启水泵6给水箱5供水；把孔板流量计前后稳压室中的空气排尽。开启两测压点小阀，进行实验。调节进水阀门和出水阀门，使测压计出现最大压差，作为第一次实验，以后逐渐调小流量，减小压差(每次减小10cm左右)进行实验。
表7孔板流量计实验结果
| N0 | h1(cm) | h2(cm) | △h(cm) | Q0(cm3/s) | μ |
| 1 | 52.12 | 51.87 | 0.25 | 20.87 | 0.1115 |
| 2 | 52.10 | 51.72 | 0.38 | 30.61 | 0.2360 |
| 3 | 52.10 | 51.53 | 0.57 | 38.96 | 0.2374 |
| 4 | 52.04 | 51.16 | 0.88 | 51.48 | 0.2510 |
| 5 | 52.04 | 50.92 | 1.12 | 58.43 | 0.2538 |
| 6 | 52.01 | 50.53 | 1.48 | 66.78 | 0.2527 |
| 7 | 51.99 | 50.30 | 1.69 | 72.35 | 0.2559 |
其中，△h为孔板前后压差。
实验例5毕托管实验
采用本发明装置以及结合现有实验方法：开启水泵，将流量调节至最大。及时排除毕托管及连通管中的气体，方可进行实验。改变流速，可获得三种不同的恒定水位与相应流速，作不同工况的实验操作。分别沿纵向和垂向改变测点位置，观察管嘴淹没射流的流速分布。将实验记录和计算添入表格，写出实验报告。
表8托管实验结果
实验例6伯努利方程实验
采用本发明装置以及结合现有实验方法：打开开关供水，使水箱充水至水箱溢流。检查调节阀关闭后所有测压管水面是否齐平。如不平则需查明故障原因(例连通管受阻、漏气或夹气泡等)并加以排除，直至调平。打开伯努利方程实验管路12的尾部调节阀，调节其开度，待流量稳定后，测记各测压管液面读数，同时测记实验流量(毕托管供演示，不必测记读数)。改变流量2次，重复上述测量。其中一次阀门开度大到使13号测管液面接近标尺零点。实验结束，关闭水泵，整理桌面。
表9伯努利方程实验结果
表10伯努利方程实验结果
实验例7沿程阻力系数测定实验
采用本发明装置以及结合现有实验方法：接通电源，开启水泵给水箱供水。等到水开始溢流后，排除测压管中的气体。把沿程阻力系数测定实验管路13的尾阀开到最大，这时实验管道通过的流量最大，测压管的液位差最大(即压差最大)。水流稳定后，开始测量流量和压差，并记录。减小沿程阻力系数测定实验管路13的尾阀开度，减小实验流量，压差的减小量控制在4cm左右(即压差比上次减小2cm)，水流稳定后，再开始测量水温、流量和压差，并记录。重复实验，每次压差下降要均匀，直到流量为0。检查数据无误后，关闭电源，结束实验。管径d＝1.4cm，实验段长度L＝120cm。
表11沿程阻力系数测定实验结果
注：初高h1、终高h2是指测量水箱里的水位。
需要特别说明的是，本申请中努利方程实验管路12、沿程阻力系数测定实验管路13、毕托管实验管路14、孔板流量计实验管路15、文丘里流量计测流量实验管路16和局部阻力系数测定实验管路17为现有技术的应用，将各种实验管路复合得到一种综合实验装置为本申请的创新点，其有效解决了功能单一的问题。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种流体力学综合实验装置，其特征在于，包括机体和安装在机体上的稳压水箱(2)、水箱(5)、计量水箱(8)、测压板(9)和实验管路；指示剂瓶(1)安装在稳压水箱(2)上，指示剂瓶(1)底部通过橡胶管与雷诺实验管路(18)连通；稳压水箱(2)的内部设有竖向的溢流板(10)和稳流板(11)，稳压水箱(2)的底部分别通过溢流管(3)、供水管(4)与水箱(5)连接，水箱(5)内部设有水泵(6)，水泵(6)的一端与供水管(4)连接；所述溢流管(3)顶部设于溢流板(10)与溢流板(10)一侧的稳压水箱(2)侧壁之间，溢流板(10)另一侧设有稳流板(11)，供水管(4)顶部设于溢流板(10)与稳流板(11)之间；计量水箱(8)通过回水管(7)连接至水箱(5)；
所述实验管路包括伯努利方程实验管路(12)、沿程阻力系数测定实验管路(13)、毕托管实验管路(14)、孔板流量计实验管路(15)、文丘里流量计测流量实验管路(16)、局部阻力系数测定实验管路(17)和雷诺实验管路(18)，各实验管路的一端均连接至稳压水箱(2)，实验管路的另一端均设于计量水箱(8)上方。
2.根据权利要求1所述的流体力学综合实验装置，其特征在于，所述溢流板(10)与稳流板(11)之间设有具有稳流作用的颗粒。
3.根据权利要求1所述的流体力学综合实验装置，其特征在于，所述溢流板(10)的高度大于稳流板(11)的高度。
4.根据权利要求1所述的流体力学综合实验装置，其特征在于，所述流体力学综合实验装置还包括客户端；所述指示剂瓶(1)、溢流管(3)、供水管(4)、回水管(7)、伯努利方程实验管路(12)、沿程阻力系数测定实验管路(13)、毕托管实验管路(14)、孔板流量计实验管路(15)、文丘里流量计测流量实验管路(16)、局部阻力系数测定实验管路(17)和雷诺实验管路(18)上的阀门均连接至客户端，水泵(6)也连接至客户端。
5.根据权利要求1-4任一所述的流体力学综合实验装置，其特征在于，所述客户端为PC。
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