专利名称：局部阻力试验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于流体力学试验仪器技术领域，具体涉及一种局部阻力试验仪。
背景技术：
局部阻力实验是流体力学(水力学)教学中必须的实验之一。局部阻力的形式很多，有突然放大、突然缩小、管道逐渐放大、逐渐缩小、阀门阻力、弯道阻力和绕流阻力等，其中最典型的实验是断面突然放大和突然缩小。目前使用的局部阻力实验仪器的功能基本相同，存在的问题是:大仪器占地面积过大，损耗的功率大，投资大，实验操作不便；小型化的仪器大部分与水箱相连，水箱高度低，实验段的水头小，水流处于紊流区的实验点少，达不到学生实训的目的；大多数实验仪器上布设的测压管很少，无法判断渐变流断面的位置，使得测量精度受到一定的影响，也无法验证现有局部阻力系数的正确性。
发明内容本实用新型的目的是提供一种局部阻力试验仪，仪器整体体积小，结构简单，能用于进行管道突然放大与突然缩小、弯道、阀门、节流装置和渐变管多种类型的局部阻力试验。本实用新型所采用的技术方案是，一种局部阻力试验仪，包括水平设置的实验管道，试验管道包括依次连接的压力管道、细管道、突然放大管道、大管道和突然缩小管道，其中，压力管道、细管道和突然缩小管道的管径相同，突然放大管道和大管道的管径相同且大于细管道的管径，压力管道与进水管道相连通，突然缩小管道与出水管道相连通；还包括竖直设置的测压排，测压排上固定有多个竖直方向的测压管，各测压管的下端与试验管道的多个待测试处对应连通且上端均与排气管相连通，排气管固定在测压排上且通过排气阀门与外界大气相通。本实用新型的特点还在于，试验管道和测压排均通过支撑固定安装在试验台上，试验台的下方设置有供水箱，供水箱内设置有水泵，水泵上连接有上水管，上水管向上设置并通过第一弯头与进水管道相连接，出水管道端部安装有第二弯头，第二弯头的下方设置有接水盒，接水盒通过回水管与供水箱相连通。进水管道上安装有上游调节阀门，出水管道上安装有下游调节阀门。进水管道上且位于上游调节阀门的下游安装有法兰。本实用新型的有益效果是，试验管道各管段设计布局合理，能进行管道突然放大、突然缩小的实验，也能进行弯道、阀门、节流装置、渐变管等局部阻力实验，仪器整体体积小、水头较高，结构简单，制造容易，功能齐全、试验精度高，便于操作。
图1是本实用新型局部阻力试验仪的结构示意图；[0011]其中，1.供水箱，2.水泵，3.上水管，4.上游调节阀门，5.法兰，6.压力管道，7.支撑，8.细管道，9.突然放大管道，10.大管道，11.突然缩小管道，12.测压管，13.测压排，14.排气管，15.排气阀门，16.下游调节阀门，17.第二弯头，18.接水盒，19.回水管，20.实验台。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型局部阻力试验仪，包括试验台20，试验台20上通过支撑7固定安装有水平设置的试验管道和竖直设置的测压排13。试验台20的下方设置有供水箱1，供水箱I内设置有水泵2，水泵2上连接有上水管3，上水管3向上设置并通过第一弯头与进水管道相连接。试验管道包括依次连接的压力管道6、细管道8、突然放大管道9、大管道10和突然缩小管道11，其中，压力管道6、细管道8和突然缩小管道11的管径相同，突然放大管道9和大管道10的管径相同且大于细管道8的管径，压力管道6与进水管道相连通。突然缩小管道11与出水管道相连通，出水管道端部安装有第二弯头17，第二弯头17的下方设置有接水盒18，接水盒18通过回水管19与供水箱I相连通。进水管道上安装有上游调节阀门4，出水管道上安装有下游调节阀门16。进水管道上且位于上游调节阀门4的下游安装有法兰5，在法兰5处可以通过更换试验管道的管件进行弯道、阀门、节流装置、渐变管等局部阻力实验。测压排13上固定有多个竖直方向的测压管12，各测压管12的下端与试验管道的多个待测试处对应连通且上端均与排气管14相连通，排气管14固定在测压排13上且通过排气阀门15与外界大气相通。水流在流动过程中，由于水流边界条件或过水断面的改变，引起水流内部各质点的流速、压强也都发生变化，并且产生旋涡。在这一过程中，水流质点间相对运动加强，水流内部摩擦阻力所作的功增加，水流在流动调整过程中消耗能量所损失的水头称为局部水头损失。为了验证局部阻力系数，将压力管道6通过进水管道与水泵2相连，目的是实验中要保持较大的水头，使水流通过局部变化地方的雷诺数较大，水头调节的范围较大。在实验时，以管道中心线为基准面，写出各断面的能量方程，这两个断面必须在渐变流断面(只有在渐变流断面才能应用能量方程)。为了在测量中保持所选的测压管12在渐变流断面，且所量测的两根测压管12之间的距离最短，尽量减少沿程水头损失，对测量断面选择(即试验管道的多个待测试处)的原则如下:在测量突然放大的局部阻力系数时，细管的测压管应选在距突然放大管道9最近的断面，此断面为渐变流断面；在断面突然放大后，水流流线在局部范围内逐渐调整，逐渐放大，流速逐渐变小，测压管12水头逐渐升高，当测压管12水头升高到最高时的断面，即认为是水流充满了整个断面，这个断面即为渐变流断面；对于大管道10，可以通过测压管水头线判断大管道10中的渐变流断面，方法是当大管道中的测压管12上升到最高时，再往后由于有沿程水头损失，测压管12水头有所降低，由于大管道10的下游某断面至末端为漩涡区，不是渐变流断面，所以测压管水头线会急剧下降，在测压管水头线急剧下降前的某断面即为渐变流断面；对于突然缩小断面，在突然缩小管道11，水流有一收缩断面，此断面流速最大，测压管12水头最低，在此断面以后，流线逐渐放大，流速逐渐变小，测压管12水头逐渐升高，当测压管12水头升到最高时的断面即认为是渐变流断面；再往后由于有沿程水头损失，测压管12水头又逐渐降低。在细管道8和大管道10上还设置了一些用于测量沿程水头损失的测压管12，可以用来换算出局部水头损失相当于多长管道的沿程水头损失。本实用新型装置的操作步骤是:1、记录有关常数，如各管段管径以及沿程水头损失两个测压管12之间的距离。2、打开水泵2、打开上游调节阀门4和下游调节阀门16，使试验管道中充满水并使水流流动，排出试验管道中的空气。3、关闭下游调节阀门16，打开排气阀门15，将各测压管12中的空气排出。4、打开下游调节阀门16，逐渐关小上游调节阀门4 (不要完全关闭)，使各测压管12中的水头下降到测压排13的底部位置，关闭排气阀门15，关闭下游调节阀门16，可以看到测压管12中的水面上升到测压排13的某一位置，如果管道和测压管12中的空气已排干净，所有的测压管12水头线为一水平线，如果空气没有排完，测压管12中的水头线不是水平线，还需继续排气。5、空气排完后，完全打开上游调节阀门4，调节下游调节阀门16，观察测压管12中的水头在测压排13的适当位置(不能高于测压排)。6、待水流稳定后选取各测量断面，测量断面按照渐变流断面的选取方法选择。如果要将局部水头损失折算成沿程水头损失，还要选取沿程水头损失的测量断面。7、选择测量基准面，基准面选取后，测量各断面对应的测压管12水头和流量。8、调节下游调节阀门16，使流量逐渐减小或增加，重复第6至第7步N次。9、实验结束后将仪器恢复原状，对测量数据进行分析计算。
权利要求1.一种局部阻力试验仪，其特征在于，包括水平设置的实验管道，所述试验管道包括依次连接的压力管道(6)、细管道(8)、突然放大管道(9)、大管道(10)和突然缩小管道(11)，其中，所述压力管道(6)、细管道(8)和突然缩小管道(11)的管径相同，所述突然放大管道(9)和大管道(10)的管径相同且大于细管道(8)的管径，所述压力管道(6)与进水管道相连通，所述突然缩小管道(11)与出水管道相连通；还包括竖直设置的测压排(13)，所述测压排(13)上固定有多个竖直方向的测压管(12)，所述各测压管(12)的下端与所述试验管道的多个待测试处对应连通且上端均与排气管(14)相连通，所述排气管(14)固定在测压排(13)上且通过排气阀门(15)与外界大气相通。
2.按照权利要求1所述的局部阻力试验仪，其特征在于，所述试验管道和测压排(13)均通过支撑(7 )固定安装在试验台(20 )上，所述试验台(20 )的下方设置有供水箱(I)，所述供水箱(I)内设置有水泵(2 )，所述水泵(2 )上连接有上水管(3 )，所述上水管(3 )向上设置并通过第一弯头与进水管道相连接，所述出水管道端部安装有第二弯头(17)，所述第二弯头(17)的下方设置有接水盒(18)，所述接水盒(18)通过回水管(19)与供水箱(I)相连通。
3.按照权利要求1或2所述的局部阻力试验仪，其特征在于，所述进水管道上安装有上游调节阀门(4)，所述出水管道上安装有下游调节阀门(16)。
4.按照权利要求1所述的局部阻力试验仪，其特征在于，所述进水管道上且位于上游调节阀门(4)的下游安装有法兰(5)。
专利摘要本实用新型公开了一种局部阻力试验仪，包括水平设置的实验管道，试验管道包括依次连接的压力管道、细管道、突然放大管道、大管道和突然缩小管道，其中，压力管道、细管道和突然缩小管道的管径相同，突然放大管道和大管道的管径相同且大于细管道的管径，压力管道与进水管道相连通，突然缩小管道与出水管道相连通；还包括竖直设置的测压排，测压排上固定有多个竖直方向的测压管，各测压管的下端与试验管道的多个待测试处对应连通且上端均与排气管相连通，排气管固定在测压排上且通过排气阀门与外界大气相通。本实用新型仪器整体体积小，结构简单，能用于进行管道突然放大与突然缩小、弯道、阀门、节流装置和渐变管多种类型的局部阻力试验。
文档编号G09B23/12GK202976605SQ20122061368
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者张志昌, 刘亚菲 申请人:西安理工大学