一种小型流体力学实验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种小型流体力学实验装置，该装置结构简单，能够提供稳定的流场，可重复利用且实验测试结果准确。具体包括球阀、水槽主体、出水水管、进水水管、储水箱和电动水泵。其中水槽主体为该实验装置的重要组成部分，包括水槽入口段、水槽实验段和水槽出口段，水槽主体采用有机玻璃制成，透明可视，可以直观的显示水槽内部水流的流动状态，方便对整个流场进行观测和摄影。
【专利说明】一种小型流体力学实验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种小型流体力学实验装置，属于流体力学实验【技术领域】。
【背景技术】
[0002]实验流体力学是流体力学学科的重要分支，在流体力学研究中所起到的作用与理论流体力学和计算流体力学具有同样的重要性。实验流体力学不仅要求具有深厚的数学、物理基础和流体力学理论知识，还要求具有较强的知识面、机械设计和动手能力。随着科学技术的发展，海洋、水文、流体机械等很多领域都有很多流体力学问题有待于研究和分析，因此实验流体力学在研究这些问题上发挥着不可替代的作用。同时，实验流体力学在教学上对学生认识和了解流体现象及其本质有着很好的演示说明作用。
[0003]目前，在研究相关流体力学问题时，一般都采用相似理论进行流场的模拟，通过建立风洞、水池以及循环水槽进行试验。以往的静水槽或是动水槽都是开口式水槽，结构复杂且形成的流场不够稳定，重复实验不可靠，通过实验也不能获得较为精确的数据。而以往的环形水槽不能消除横向环流影响，也对实验测试结果产生一定的影响。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种小型流体力学实验装置，该装置结构简单，能够提供稳定的流场，可重复利用且实验测试结果准确。
[0005]该实验装置包括水槽主体、储水箱和水泵；所述水泵的进水口通过管路与储水箱，出水口与水槽主体的一端相连，水槽主体的另一端与储水箱相连。所述水槽主体包括水槽入口段、水槽实验段和水槽出口段；上述各段均为有机玻璃板制成的、中空的、两端均开口且横截面为正方形的结构；所述水槽入口段、水槽实验段和水槽出口段通过法兰依次连接。
[0006]所述水槽入口段包括梯形段和平直段，其梯形段的小端与通过管路与水泵相连，大端与平直段相连，平直段通过法兰与水槽实验段相连；在所述水槽入口段与水槽实验段的连接处固接整流网，所述整流网为不锈钢钢丝网。
[0007]所述水槽实验段的横截面与水槽入口段中平直段的横截面大小相同；在水槽实验段的上表面加工有矩形窗口，该矩形窗口通过安装盖密封；在水槽实验段的内表面，该矩形窗口的竖直对应位置加工有安装槽；在所述安装盖表面设置有角度刻度盘。
[0008]所述水槽出口段通过管路与储水箱相连。
[0009]在所述水槽入口段中平直段的上下内表面之间垂直固接整流栅，所述整流栅由一片以上等间距的有机玻璃片组成。
[0010]所述水槽入口段与水槽实验段7的长度比例为1:1.5?1:2 ;所述水槽入口段中梯形段与平直段的长度比例为1:1?1.5:1，梯形段两端面的边长比为1:2 ;令所述矩形窗口的中心和水槽实验段与水槽入口段连接端端面间的距离为LI，和水槽实验段与水槽出口段连接端端面间的距离为L2，则LI与L2的长度比为2:1?3:1。[0011]所述整流网的目数为30?50目。
[0012]在所述水泵与水槽主体的连接管路上安装调节水阀。
[0013]在所述法兰连接处固接硅胶垫。
[0014]所述水槽出口段与水槽入口段的结构相同，由梯形段和平直段组成；其水平段的一端通过法兰与水槽实验段相连，另一端与所述梯形段的大端相连，梯形段的小端通过管路与储水箱相连。
[0015]有益效果:
[0016](I)该装置具有结构简单、成本低、能够利用激光测速以及便于改装更换等优点，且通过对水槽主题各段进行比例控制，保证水槽实验段流场稳定，能够实现水流的循环流动，从而获得较为精确的实验数据。
[0017](2)水槽主体采用有机玻璃制成，透明可视，可以直观的显示水槽内部水流的流动状态，方便对整个流场进行观测和摄影。不仅如此，随着现代流场测试技术的发展和应用，本实验装置可以充分利用激光多普勒测速技术(LDV)和粒子图像测速技术(PIV)进行流场速度分布的测量。LDV和PIV其非接触测量的特性，不干扰流场，可以对水槽装置中的流场进行深入的认知，为进一步的理论研究和应用研究打下基础。
[0018](3)由于水槽实验段安装盖上设置有角度刻度盘，能够精确设定实验模型的安装角度，以保证测试结果的准确性。
[0019](4)水槽主体的横截面为矩形，使采用激光测量时的观测面为平面，不会产生光线曲面折射现象，以保证测试结果准确。
[0020](5)水槽主体的各段之间通过法兰连接，便于水槽的组装、拆卸、清洗及维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为循环实验装置的整体结构示意图；
[0022]图2为水槽主体部分的主视图；
[0023]图3为水槽主体部分的俯视图；
[0024]图4为整流网的示意图。
[0025]其中:1_球阀、2-水槽主体、3-出水水管、4-储水箱、5-电动水泵、6-水槽入口段、7-水槽实验段、8-被测试对象、9-水槽出口段、10-整流栅、11-整流网、12-安装盖，13-进水水管
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0027]本实施例提供一种小型流体力学实验装置，该装置不仅具有结构简易、造价成本低、节省场地空间、可重复利用、能够激光测速以及便于改装更换等多种优点，更重要的是能够实现水流的循环流动，水槽实验段流场稳定可靠；可以研究翼型、叶轮机械叶片、圆柱扰流等常见的流体力学问题。
[0028]该装置的具体结构如图1所示，包括球阀1、水槽主体2、出水水管3、进水水管13、储水箱4和电动水泵5。该装置利用电动水泵5作为循环流动的动力源，电动水泵5将储水箱4中的水抽出，并通过进水水管13输送至水槽主体2中；水槽主体2的输出端通过出水水管3与储水箱4相连。在所述进水水管13上安装有球阀I。
[0029]水槽主体2为该实验装置的重要组成部分，包括水槽入口段6、水槽实验段7和水槽出口段9，如图2和图3所示。其各段均为由有机玻璃板拼合而成的、中空的、两端均开口且横截面为正方形的结构。由于水槽主体2采用有机玻璃板制成，透明可视，可以实现流动的显示功能，方便对整个流场进行观测和摄影。水槽入口段6、水槽实验段7和水槽出口段9通过法兰依次连接，为保证法兰连接处的密封，在各连接处增加硅胶垫，并通过螺栓拧紧。为使水槽实验段7的流场均匀稳定，所述水槽入口段6与水槽实验段7的长度比例为1:1.5。
[0030]水槽入口段6实现对水流的整流，保证流入水槽实验段7的水流均匀稳定。为使整流效果好，所述水槽入口段6由梯形段和平直段粘接而成(相对于水流方向，该梯形段为扩张段)，其梯形段中横截面较小的一端通过过渡段与进水水管13相连，横截面较大的一端于平直段粘接，平直段通过法兰与水槽实验段7相连。水槽入口段6中梯形段与平直段的长度比例为1:1，梯形段两端面的边长比为1:2;水槽入口段6平直段的上下内表面之间固接有整流栅4，所述整流栅4由多片等间距且平行于该平直段左右壁面的有机玻璃片组成。同时在水槽入口段6与水槽实验段7的连接处设置有整流网5，整流网5为50目的不锈钢钢丝网，整流网5通过螺钉固接在该连接处的法兰上。
[0031]水槽实验段7为一段平直的水槽，其横截面与水槽入口段6中平直段的横截面大小相同。在水槽实验段7的上表面加工有矩形窗口，该矩形窗口通过安装盖12密封，因此整个水槽是封闭的，可以全部充满水流。在水槽实验段7的内表面，该矩形窗口的对应位置加工有安装槽；测试时，将被测试对象8从该矩形窗口放入水槽实验段7内部，被测试对象8下部的凸起插入对应的安装槽中，上部的凸起伸出安装水槽实验段7盖12上的中心孔，形成旋钮。安装盖12固接。通过安装盖通过其外沿均布的螺钉固定在水槽实验段7上。安装盖12表面有角度刻度盘，通过旋转旋钮，可以精确设定被测试对象8相对于水流方向的女装角度。
[0032]令所述矩形窗口的中心和水槽实验段7与水槽入口段6连接端端面间的距离为LI，和水槽实验段7与水槽出口段9连接端端面间的距离为L2，为保证流过被测试对象的水流均匀稳定，LI与L2的长度比为2:1。
[0033]为加工方便，本实施例中水槽出口段9与水槽入口段6的结构相同，由梯形段和平直段组成(相对于水流方向，该梯形段为收缩段)。水槽出口段9中水平段的一端通过法兰与水槽实验段7相连，另一端与所述梯形段横截面较大的一端粘接，梯形段横截面较小的一端通过过渡段与出水水管3相连。
[0034]该实验装置的工作原理为:首先将被测试对象8安装在水槽实验段7内，并通过旋钮及角度刻度盘调整其相对于水流方向的角度。然后启动电动水泵，通过电动水泵将储水箱中的水抽出，通过进水水管输送至水槽主体中，通过水槽主体前的球阀控制进水水流的大小。水流经过水槽输入段中整流栅和整流网的整流之后，进入水槽实验段，此时水流逐渐均匀稳定，到达水槽实验段中的被测试对象8时，已经形成稳定的流场。从而观测温度流场经过被测试对象8时产生的漩涡、扰流等力学现象。水流流过被测试对象8后，经过水槽输出段并通过出水水管返回到储水箱中，从而实现整个流场的循环。
[0035]利用该装置可以研究翼型、叶轮机械叶片、圆柱扰流等常见的流体力学问题，是一种在基础理论研究和实际应用研究都可以具有重要意义和实用价值的实验水槽装置。可以作为高等院校教学、科研院所研究流体力学的实验设备，具有很高的参考和应用价值。同时该装置不仅可以进行流体力学的基础性试验，也可以进行流场显示和激光流场测试等探索性科研实验。
[0036]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种小型流体力学实验装置，其特征在于:包括水槽主体(2)、储水箱(4)和水泵；所述水泵的进水口通过管路与储水箱(4)，出水口与水槽主体(2)的一端相连，水槽主体(2)的另一端与储水箱(4)相连； 所述水槽主体(2)包括水槽入口段(6)、水槽实验段(7)和水槽出口段(9);上述各段均为有机玻璃板制成的、中空的、两端均开口且横截面为正方形的结构；所述水槽入口段(6)、水槽实验段(7)和水槽出口段(9)通过法兰依次连接； 所述水槽入口段(6)包括梯形段和平直段，其梯形段的小端与通过管路与水泵相连，大端与平直段相连，平直段通过法兰与水槽实验段(7)相连；在所述水槽入口段(6)与水槽实验段(7)的连接处固接整流网(11)，所述整流网(11)为不锈钢钢丝网； 所述水槽实验段(7)的横截面与水槽入口段(6)中平直段的横截面大小相同；在水槽实验段(7 )的上表面加工有矩形窗口，该矩形窗口通过安装盖密封；在水槽实验段(7 )的内表面，该矩形窗口的竖直对应位置加工有安装槽；在所述安装盖表面设置有角度刻度盘； 所述水槽出口段(9)通过管路与储水箱(4)相连。
2.如权利要求1所述的一种小型流体力学实验装置，其特征在于:在所述水槽入口段(6)中平直段的上下内表面之间垂直固接整流栅(10)，所述整流栅(10)由一片以上等间距的有机玻璃片组成。
3.如权利要求1或2所述的一种小型流体力学实验装置，其特征在于:所述水槽入口段(6)与水槽实验段(7)的长度比例为1:1.5?1:2 ;所述水槽入口段(6)中梯形段与平直段的长度比例为1:1?1.5:1，梯形段两端面的边长比为1:2 ;令所述矩形窗口的中心和水槽实验段(7)与水槽入口段(6)连接端端面间的距离为LI，和水槽实验段(7)与水槽出口段(9)连接端端面间的距离为L2，则LI与L2的长度比为2:1?3:1。
4.如权利要求1或2所述的一种小型流体力学实验装置，其特征在于:所述整流网(11)的目数为30?50目。
5.如权利要求1或2所述的一种小型流体力学实验装置，其特征在于:在所述水泵与水槽主体(2)的连接管路上安装调节水阀。
6.如权利要求1或2所述的一种小型流体力学实验装置，其特征在于:在所述法兰连接处固接硅胶垫。
7.如权利要求1或2所述的一种小型流体力学实验装置，其特征在于:所述水槽出口段(9)与水槽入口段(6)的结构相同，由梯形段和平直段组成；其水平段的一端通过法兰与水槽实验段(7)相连，另一端与所述梯形段的大端相连，梯形段的小端通过管路与储水箱(4)相连。
【文档编号】G09B23/12GK103680266SQ201310611674
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】魏巍, 祝自来, 闫清东, 李宏才, 李晋 申请人:北京理工大学