一种针对暖通空调系统的流线可视化演示教具的制作方法

本实用新型属于流体力学技术领域，涉及一种流线可视化演示设备，尤其是一种针对暖通空调系统的流线可视化演示教具。

背景技术：

现有流线演示设备通常描绘出完整的流线。例如，公告号为CN201918080U的中国实用新型专利，公开了“一种流线演示仪”，其通过两种混合液体在定常流下遇到障碍物形成流线形态；公告号为CN202976606U的中国实用新型专利，公开了“流谱演示实验仪”，其通过掺混气体在流谱演示板的流道中与工作液体形成适当气泡的方法描绘流线和迹线；公告号为CN2392227的中国实用新型专利，公开了“台式组合型自循环流态图象演示仪”，其通过装有靶流传感器和引气器的导流管在液体介质中显示流态图像；公告号为CN102184665A的中国发明专利，公开了“流体的流线、流管、层流模拟演示仪装置”，其通过一种液体介质显示流线层流状态；以上专利通过一定方式对流线进行了完整描绘，或者对工作液体的迹线进行描绘，但不足之处是未能显示流场中的速度方向，速度分布等流体动力学特征。

又如，公告号为CN103778289A、CN103006271A、CN105374064A、CN103472502A等中国发明专利，利用计算机模拟技术为建筑、医学、水利、环境等专门学科领域进行了流场和流线描绘，但是没有通过实验方法对暖通空调系统中相关的流线进行可视化演示。

技术实现要素：

本实用新型提出了通过实验方法显示宏观流体流动的整体趋势中的流场、流线、速度分布、流场中某一点的流动速度方向等流体动力学特征的技术方法；将这种可视化技术应用到暖通空调系统领域中，演示相关技术背景下流体的流场及流线；此外还为暖通空调学科教学提供了部分相关流体流动模型的可视化实体教具，以上所述均对现有的实体可视化技术进行补充。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种针对暖通空调系统的流线可视化演示教具，包括演示板、显示液、输送及动力装置，其中演示板分为静态演示板和动态演示板；显示液由黏液体和指示探针制备而成；输送及动力装置有动力泵、储液箱、阀门和管路组成，上述的显示板水平布置在桌形支架面板上，动力泵和储液箱布置在桌形支架面板下，两者通过设有阀门的管路连接，形成闭合循环整体。

上述的针对暖通空调系统的流线可视化演示教具，所述演示板由长方形浅色非透明底板和与底板尺寸等大的长方体无色透明的有机玻璃罩构成，两者形成完整的长方体空腔，演示板一端与动力泵的出口相连接，以下称为演示板的入口端，另一端与储液箱相连接，以下称为演示板的出口端，演示板的入口端有一准备室，（保证液体的连续性和流量的稳定性，）演示板的出口端有一汇流室，在演示板空腔内按次序布置了流动障碍元件，沿演示板长度方向两侧设有橙黄色LED灯带。

上述的流线可视化演示板分为静态演示板和动态演示板，所述静态演示板中的流动障碍元件固定在演示板空腔内不可移动；所述动态演示板中的流动障碍元件在演示板空腔内存在平移或旋转的运动方式，其运动由操纵把手或电机设备完成，所有演示板均水平放置在桌形支架的桌面上，所有演示板以并联方式相互连接在一起。

上述的流线可视化静态演示板，第一演示板，包括从入口端到出口端依次设置的换热器顺排管束、换热器交叉流管束和肋片管外换热；第二演示板，包括从入口端到出口端依次设置的挡水板、天圆地方和散流器；第三演示板，包括从入口端到出口端依次设置的贴附射流和有限空间射流；第四演示板，包括从入口端到出口端依次设置的收缩管嘴、靶式喷嘴和拉法尔喷管。

上述的流线可视化动态演示板，第五演示板，包括从入口端到出口端依次设置的贯流式风机切向运动、贯流式风机前向型径向运动和贯流式风机后向型径向运动；第六演示板，包括从入口端到出口端依次设置的离心式制冷压缩机压缩腔和螺杆式制冷压缩机压缩转子对；第七演示板，包括从入口端到出口端依次设置的涡旋式制冷压缩机压缩转子对和康达效应；第八演示板，包括从入口端到出口端依次设置的热力膨胀阀和热力学绝热压缩运动过程。

上述的针对暖通空调系统的流线可视化演示教具，显示液由有黏液体和指示探针制备而成，制备好足量的显示液储存在储液箱中；所述有黏液体用变性水淀粉作为显示基，所述指示探针用直径0.5mm，长度为3mm的黑色聚丙乙烯纤维制成；有黏液体的黏度要求为标准状态下，流体存在一定的流速时，保证95%以上的指示探针能指明流体运动方向时的最小黏度；指示探针添加量为流体流动的宏观状态下能清楚指明流动方向和趋势的最小添加量。

上述的针对暖通空调系统的流线可视化演示教具，动力泵和储液箱布置在桌形支架面板下，所述动力泵可用普通离心水泵，所述储液箱由长方体无色透明的有机玻璃构成；用管道将动力泵的入口和储液箱的底部相接，该管道上设截止球阀，动力泵的出口与演示板并联管路的输送主管道相连，演示板并联管路的各支管上设有调节球阀，起到调节流体流量和流速的作用，还可任意选择其中一块或同时使用几块进行试验，演示板并联管路的输送主管道上设溢流管接至储液箱上部，防止液体流量不适引起的显示误差，演示板并联管路的回流主管道连接着储液箱上部，形成闭合循环整体。

本实用新型的有益效果是，本实用新型提出了一种利用探针纤维在流场中悬浮运动，体现了宏观流体流动的整体趋势，显示了流场、流线、速度分布、流场中某一点的流动速度方向等流体动力学特征的技术方法，补充了现有技术方法，弥补了现有技术未能显示流场中的速度方向的不足；本实用新型在控制流体的流速时，还可以模拟出流体的流动的层流与紊流情况，也可以观察到湍流漩涡、边界层分离等其他的流体动力学特征；本实用新型利用动态显示板可以显示动态过程的流线模型，弥补了现有技术在教学和研究实验中的不足；本实用新型提出的流线可视化技术应用在暖通空调系统中，补充了暖通空调教学的流体流动模型。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型演示板结构示意图；

图3为本实用新型第一演示板元件结构示意图；

图4为本实用新型第二演示板元件结构示意图；

图5为本实用新型第三演示板元件结构示意图；

图6为本实用新型第四演示板元件结构示意图；

图7为本实用新型第五演示板元件结构示意图；

图8为本实用新型第六演示板元件结构示意图；

图9为本实用新型第七演示板元件结构示意图；

图10为本实用新型第八演示板元件结构示意图。

图中1.第一演示板，101.换热器顺排管束，102.换热器交叉流管束，103.肋片管外换热，2.第二演示板，201.挡水板，202.天圆地方，203.散流器，3.第三演示板，301.贴附射流，302.有限空间射流，4.第四演示板，401.收缩管嘴，402.靶式喷嘴，403.拉法尔喷管，5.第五演示板，501.贯流式风机切向运动，502.贯流式风机前向型径向运动，503.贯流式风机后向型径向运动，6.第六演示板，601.离心式制冷压缩机压缩腔，602.螺杆式制冷压缩机压缩转子对，7.第七演示板，701.涡旋式制冷压缩机压缩转子对，702.康达效应，8.第八演示板，801.热力膨胀阀，802.热力学绝热压缩，9.桌形支架，10.储液箱，11.显示液，12.动力泵，13.截至球阀，14.输送管路，15.溢流管，16.调节球阀，17.回流管路，18.有机玻璃罩及底板，19.准备室，20.汇流室，21.整流流道，22.微型电机，23.齿轮机构，24.滑移杆操纵机构，25.灯槽，26.LED灯带。

具体实施方式

一种针对暖通空调系统的流线可视化演示教具，包括第一演示板1、第二演示板2、第三演示板3、第四演示板4、第五演示板5、第六演示板6、第七演示板7、第八演示板8、桌形支架9、储液箱10、显示液11、动力泵12、截至球阀13、输配管路14、溢流管15、调节球阀16、回流管路17。如图1所示，演示板1~8依次水平设置在桌形支架9上，动力泵12和储液箱10设置在在桌形支架9下部，动力泵12可用普通定频高中低三挡离心水泵，储液箱10可用有机玻璃箱，用设有截止球阀13的管道将动力泵12的入口和储液箱10的底部相连接，动力泵12的出口与演示板并联输送管路14的主管道相连，演示板并联输送管路14上设有调节球阀16，调节球阀16的作用是调节流体流量和流速，还可任意选择其中一块或同时使用几块进行试验，演示板并联输送管路14上设溢流管15接至储液箱10上部，溢流管15的作用是防止液体流量不适引起的显示误差，演示板1~8并联回流管路17连接储液箱10上部，形成闭合循环整体。

上述的流线可视化演示板分为静态演示板和动态演示板，所述静态演示板中的流动障碍元件固定在演示板空腔内不可移动；所述动态演示板中的流动障碍元件在演示板空腔内存在平移或旋转的运动方式，其运动由操纵把手或电机设备完成，所有演示板均水平放置在桌形支架上，演示板1~8以并联方式相互连接在一起。演示板包括有机玻璃罩及底板18、准备室19、汇流室20、整流流道21、微型电机22、齿轮机构23、滑移杆操纵机构24、灯槽25、LED灯带26。如图2所示，演示板1~8由长方形浅色非透明底板和与底板尺寸等大的长方体无色透明的有机玻璃罩构成，两者形成完整的长方体空腔，演示板一端与输送管路14各支管连接，称为演示板的入口端，另一端与回流管路17各支管连接，称为演示板的出口端，演示板的入口端有一准备室19，准备室19的作用是保证液体的连续性和流量的稳定性，演示板的出口端有一汇流室20，在演示板空腔内按次序布置了流动障碍元件，沿演示板长度方向两侧设有灯槽25，灯槽25内装有橙黄色LED灯带26。

上述的流线可视化静态演示板，包括第一演示板1，包括从入口端到出口端依次设置的换热器顺排管束101、换热器交叉流管束102和肋片管外换热103；第二演示板2，包括从入口端到出口端依次设置的挡水板201、天圆地方202和散流器203；第三演示板3，包括从入口端到出口端依次设置的贴附射流301和有限空间射流302；第四演示板4，包括从入口端到出口端依次设置的收缩管嘴401、靶式喷嘴402和拉法尔喷管403。

上述的流线可视化动态演示板，包括第五演示板5，包括从入口端到出口端依次设置的贯流式风机切向运动501、贯流式风机前向型径向运动502和贯流式风机后向型径向运动503；第六演示板6，包括从入口端到出口端依次设置的离心式制冷压缩机压缩腔601和螺杆式制冷压缩机压缩转子对602；第七演示板7，包括从入口端到出口端依次设置的涡旋式制冷压缩机压缩转子对701和康达效应702；第八演示板8，包括从入口端到出口端依次设置的热力膨胀阀801和热力学绝热压缩运动过程802。

上述的针对暖通空调系统的流线可视化演示教具，显示液11由有黏液体和指示探针制备而成，制备好足量的显示液储存在储液箱中；所述有黏液体用变性水淀粉作为显示基，所述指示探针用直径0.5mm，长度为3mm的黑色聚丙乙烯纤维制成；有黏液体的颜色要求为无色透明液体或浅色透明液体，有黏液体的黏度要求为标准状态下，流体存在一定的流速时，保证95%以上的指示探针能指明流体运动方向时的最小黏度；指示探针添加量为流体流动的宏观状态下能清楚指明流动方向和趋势的最小添加量。

针对暖通空调系统的流线可视化演示教具，将制备好的显示液11加入储液箱内，静置至室温后，检查装置的密闭性和电气设备的电路安全性之后，将所要显示流线的一块或者若干块显示板的调节球阀16旋至2/3开度，打开截止球阀13，打开LED灯带26，再以最小档启动动力泵12，观察装置运行状况，当前流量和流速不能形成合适的流线时，逐次提高动力泵12的档位，同时可也利用调节球阀16对各显示板的流动状况进行微调，若需演示动态显示板的流线时，同静态演示板一样，调节好动态显示板静止时的流动状况后，启动内置防水微型电机22，或手动操作滑移杆操纵机构24，利用探针纤维在流场中悬浮运动，体现了宏观流体流动的整体趋势，显示了流场、流线、速度分布、流场中某一点的流动速度方向等流体动力学特征，控制流体的流速时，还可以模拟出流体的流动的层流与紊流情况，还可以观察到湍流漩涡、边界层分离等其他的流体动力学特征。