一种雷诺数可调节的迹线显示设备的制作方法

本实用新型属于实验测量仪器领域，具体涉及一种雷诺数可调节的迹线显示设备。

背景技术：

水力学及流体力学是工科院校许多专业的一门主要专业基础课程。现代水力学是建立在实验、理论、计算三大支柱上的，实验是教学环节中不可或缺的内容。因此，试验是教学环节中不可或缺的内容。流体力学教学实验中，流体质点迹线显示实验是大中专院校应用尤为广泛的基础实验项目。迹线是流体质点在空间运动时所描绘出来的曲线。它的切线给出同一流体质点在不同时刻的速度方向。迹线是单个质点在连续时间过程内的流动轨迹线。显示迹线所使用的装置是流体质点迹线显示仪。目前常规的迹线显示仪采用油作为介质，预先在油中搅动产生气泡，气泡能够被包裹在油中，用于演示流体质点运动迹线。用油做实验时，油滴落产生的气泡量少且不均匀，实验现象不明显。另外，以前的实验槽无法改变雷诺数，难以满足教学实验要求。再者，油成本高，且大部分油会产生刺激性气味，对人体有害，使用完仪器清洗也很不方便。

如何用简单的结构方法来解决不同雷诺数下迹线显示的问题，是实验教学领域中急待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的解决现有技术中存在的问题，并提供一种雷诺数可调节的迹线显示设备，具体技术方案如下：

雷诺数可调节的迹线显示设备，其包括用于存储实验用水的蓄水箱、气泡发生器以及试验水槽；蓄水箱通过供水管道与水泵和气泡发生器顺次相连，气泡发生器与水泵之间的管道上接有一路供气管路，用于向供水管道中注入空气气泡；气泡发生器通过出水管道连接至试验水槽的进水口；试验水槽的底部一侧铰接于支撑平台上，另一侧下方设置有升降机，用于改变试验水槽与水平面之间的坡度角，试验水槽上还设置有水平仪和显示所述坡度角的角度显示装置。

该迹线显示仪能够通过升降机来改变试验水槽的抬升角度，由此方便地改变水槽中流体的雷诺系数，达到雷诺数可调节的目的。升降机可以是电动的也可以是手动的。另外，该显示仪所采用的流体介质可以是水，通过气泡发生器可以向水中掺入气泡作为迹线的显示载体。水中最好掺入表面活性剂，如：硬脂酸钠、烷基磺酸钠等，以延长气泡寿命。

作为优选，所述的角度显示装置包括坡度指示针和刻度尺，坡度指示针固定于试验水槽上并随试验水槽的坡度角变化而发生位移，刻度尺上标有连续的刻度标记，坡度指示针的针头指向刻度尺上的刻度位置。刻度标记可以是坡度刻度，也可以直接根据坡度刻度转换算出雷诺数相关的参数，以便学生简洁明了的知道当前的状态。

作为优选，所述的试验水槽进水口与实验区域之间的水流断面上布置有用于稳定水流的前导流槽，前导流槽上方固定有挡板，挡板与前导流槽相接触；实验体安装于所述的实验区域中；实验区域的出水口区域布设有后导流槽和回收槽。

进一步的，所述的回收槽收集的水通过管路重新循环回蓄水箱。

作为优选，所述的出水管道的出液口高于前导流槽的上缘。

作为优选，所述实验区域下方的安装底板采用透明材料，并在安装底板下方布设有平面光源。平面光源利用光学折射，使质点迹线更加清晰。

作为优选，所述的气泡发生器连接PMW变频器。PMW变频器可以控制气泡发生器产生的气泡直径以及密度。

作为优选，所述的安装底板采用磨砂柔光玻璃。

与现有技术相比，本实验新型具有如下优点：

1)本实用新型通过升降机，改变雷诺数，显示不同雷诺数下的迹线。该实用新型能够改变迹线演示仪的雷诺数，观测不同雷诺数下的迹线，能够扩展现阶段流体力学教学实验内容。

2)本实用新型巧妙的利用表面活性剂和非离子表面活性剂掺入水中作为实验用水，还可以掺入与水密度接近的微型有色独体颗粒作为实验用水，避免了用油做实验时实验现象不明显和污染问题。

3)实验槽尾部有导流槽、回收槽，实现实验水循环回到蓄水箱，重复试验。

4)实验体的设计可拆卸，更换简便，可以制成多种规格尺寸的实验设备，特别适合教学实验仪器的创新教学。

附图说明

图1为一种雷诺数可调节的迹线显示设备结构示意图；

图中：蓄水箱1、供水管道2、水泵3、铰链4、气泵5、单向阀6、PMW变频器7、气泡发生器8、漏斗9、升降机10、坡度指示针11、刻度尺12、水平仪13、出水管道14、试验水槽15、挡板16、前导流槽17、安装底板18、平面光源19、实验体20、磁铁A21、磁铁B22、后导流槽23、回收槽24。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述和说明。

如图1所示，一实施例中的雷诺数可调节的迹线显示设备，其包括蓄水箱1、供水管道 2、水泵3、气泵5、单向阀6、PMW变频器7、气泡发生器8、升降机10、坡度指示针11、刻度尺12、水平仪13、出水管道14、试验水槽15、挡板16、前导流槽17、安装底板18、平面光源19、实验体20、磁铁A21、磁铁B22、后导流槽23、回收槽24。

试验水槽15放置于一个水平的支撑平台上。蓄水箱1用于存储实验用水，实验用水可以直接采用普通的自来水，并向其中掺入表面活性剂，如洗洁精等。蓄水箱1通过供水管道 2与水泵3和气泡发生器8顺次相连，气泡发生器8与水泵3之间的管道上接有一路供气管路，用于向供水管道2中注入空气气泡。供气管路是通过一个三通阀连入供水管道2中的，供气管路上述设有一个单向阀6，以防止水倒灌。供气管路末端由一个气泵5进行供气。气泵5与水泵3并联接电，同步工作。气泡发生器8连接有与其相匹配的PMW变频器7，以控制气泡的大小、数量。气泡发生器8通过出水管道14连接至试验水槽15的进水口。试验水槽15的底部一侧通过一条铰链4铰接于支撑平台上，另一侧下方设置有电动控制的升降机10。通过升降机10顶杆高度的控制，可以改变试验水槽15与支撑平台的水平面之间的坡度角。可以改变坡度，进而改变水头高度、水流流速，最终改变雷诺数。为了准确了解试验水槽15的当前坡度，以便于计算流体的雷诺数，试验水槽15上还设置有水平仪13和显示坡度角的角度显示装置。本实施例中，角度显示装置包括坡度指示针11和刻度尺12，坡度指示针11固定于试验水槽15的侧壁上并随试验水槽15的坡度角变化而发生位移。刻度尺12上标有连续的坡度刻度标记，坡度指示针11的针头指向刻度尺12上的刻度位置。

本实施例的试验水槽15中，在进水口与实验区域之间的水流断面上布置有用于稳定水流的前导流槽17，前导流槽17上方固定有挡板16，挡板16的底部与前导流槽17的顶面相平齐并接触，使得水流必须经过前导流槽17方能进入后续的实验区域中。而挡板16能够将过大的漂浮于水面的气泡过滤掉，以免影响迹线的观察。出水管道14的出液口最好高于前导流槽17的上缘。

本实施例中，实验体20可拆卸式安装于实验区域中，质点流经不同形状的实验体，其迹线不同，通过质点迹线，学生可以判断该质点的流速和作用力方向。实验区域下方是一块采用透明磨砂材料制成的安装底板18，安装底板18下方布设有平面光源19。实验区域的形心位置的安装底板18下方固定有一磁铁B22，而实验体20中内置有与磁铁B22相互吸引的磁铁A21，以实现两者的磁力固定。两者的磁力需要足够大，以免实验体20出现位移。该种连接方式也能够方便地更换其他实验体20。

实验区域的出水口区域布设有后导流槽23，进一步稳定实验区域中的水流。前导流槽 17和后导流槽23均是由若干平行的格栅条组成的。后导流槽23后方设置回收槽24，对出水进行回收。回收槽24收集的水落入下方的漏斗9中，并通过管路重新循环回蓄水箱1。

迹线演示还可以采用另外一种实验用水，即在水中掺入与水的密度相当的有色悬浮颗粒。此时无需用气泡发生器，因此可在水泵3后方的管路上设置一个二位三通阀4，在气泡发生器8和供气管路之前分出一条旁通管道9，该旁通管道9支路直接连入出水管道14。由此，可以方便地切换两种实验用水，以二位三通阀4控制实验用水的流经管路，若蓄水箱1 中用的掺有表面活性剂的水，则二位三通阀4不通电，水从下方管路留过，通过变频气泡发生器8产生气泡液，用于实验观测。若蓄水箱1中用的是密度与水接近的微型有色固体颗粒，则二位三通阀4通电，实验液通过旁通管道9，用于实验观测。

以上所述的实施例只是本发明的几种较佳的方案，显然，上述实施例仅仅是为了清楚地说明本实用新型所做的例举，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它形式的变化或者变动。这里无需对所有的实施方式予以穷举，而由此引申出的显而易见的变化或者变动仍属于本实用新型的保护范围之中。