一种水力学动量方程实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种水力学动量方程实验装置，属于水力学动量方程技术领域。

背景技术：

现有技术中的装置验证水力学动量方程的实验中往往实验误差较大，其中测量的误差是其中重要的一部分。在现有较普遍的教学实验仪器中，杠杆需要经过两次平衡，第二次加砝码平衡时，往往会使第一次所加的平衡锤移动，使实验产生误差，并且操作极不方便；同时现有仪器测流量需要一边计时，一边接水，这需要极强的反应能力，即使采用了两次取平均值也仍存在较大误差。

也有部分不同的设计考虑到射流对曲面板的冲击力会产生竖直方向的分量而将曲面板设置为竖直方向的，但是其中并未考虑到水的重力作用，射流喷出后在重力的作用下会使流速减小，对曲面板的作用力就会减小，而导致误差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种水力学动量方程实验装置。

为达到上述目的，本实用新型提供一种水力学动量方程实验装置，包括控制器、水流喷射机构、压力测量机构、流量测量机构和水循环机构，水流喷射机构、流量测量机构和压力测量机构均固定设置在水循环机构上方，控制器电连接水流喷射机构、流量测量机构和水循环机构。

优先地，压力测量机构包括U形挡板、出水管、若干个滑动杆、压力传感器、曲面板、引水道和面板支架，U形挡板固定设置在水流喷射机构右侧，出水管左端密封伸入水流喷射机构中，若干个滑动杆横向固定连接面板支架左端，面板支架右端固定设置在U形挡板或引水道上，压力传感器固定设置在面板支架左端面上，压力传感器位于若干个滑动杆中间，曲面板滑动连接若干个滑动杆，曲面板右端抵靠在压力传感器上，曲面板左端为U形的面板；引水道左端外形为U形杆，引水道左端伸入并密封固定连接U形挡板下端，引水道左端外部宽度等于U形挡板的内部宽度，引水道右端伸入流量测量机构上方；U形挡板外形为内部中空的长方体。

优先地，流量测量机构包括浮子式流量计、集水箱和出水短管，引水道右端密封固定连接出水短管，出水短管下端伸入集水箱中，浮子式流量计安装在出水短管上，集水箱固定设置在水循环机构上方。

优先地，水流喷射机构包括水箱、可伸缩溢流板、溢流板伸缩开关和消能区挡墙，水箱固定设置在U形挡板左侧，可伸缩溢流板将水箱分隔成位于右侧的消能区和位于左侧的溢流区，溢流区下端连通水循环机构，出水管左端密封伸入消能区中，溢流板伸缩开关固定设置在水箱外表面上，溢流板伸缩开关电连接控制器，消能区挡墙竖向固定设置在消能区中；还包括多个鹅卵石或玻璃球，多个鹅卵石或玻璃球放置在可伸缩溢流板和消能区挡墙之间。

优先地，水循环机构包括排水管一、水泵开关、进水管阀门、进水管、水泵、排水管二和循环储水箱，溢流区下端通过排水管一连通循环储水箱，进水管下端通过水泵连通循环储水箱，进水管上端连通消能区底端，进水管上端位于多个鹅卵石或玻璃球下方，水泵开关和进水管阀门均安装在进水管上，排水管二上端连通集水箱，排水管二下端连通循环储水箱，水泵开关和水泵电连接控制器。

优先地，可伸缩溢流板包括伸缩电机、轴承、固定板和多个伸缩板，固定板密封固定连接水箱前后内侧壁，多个伸缩板均竖向密封滑动连接水箱前后内侧壁，多个伸缩板横截面均为“Z”形，伸缩电机固定设置在水箱内部上方，位于左侧的伸缩板右下端勾住位于右侧的伸缩板左侧上端，伸缩电机的输出轴通过轴承转动连接多个伸缩板中位于最左侧的伸缩板，伸缩电机电连接控制器。

优先地，包括实验台和若干个支架，实验台通过若干个支架固定设置地面上，所述水流喷射机构和压力测量机构均固定设置在所述实验台上，所述流量测量机构固定设置在所述实验台右侧，所述水循环机构固定设置在所述实验台下方。

本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型装置将原装置中复杂且难操作的力矩平衡原理改进成压力传感器，使得实验变得简单方便，精度也大大提高；同时设置浮子式流量计测流量，不仅器材十分便宜，实验数据也更加精确，也极大地解放了人力；设置可伸缩溢流板可多次改变溢流板高度，从而改变出水口射流的水头，改变水流流速等，达到多次实验，使结论更加具有普遍性；水流循环使用后回归到循环储水箱，实现资源再利用，设计巧妙。

附图说明

图1是本实用新型的剖面图。

附图中标记含义，1-水箱；2-可伸缩溢流板；3-消能区；4-溢流板伸缩开关；5-实验台；6-支架；7-排水管一；8-消能区挡墙；9-水泵开关；10-进水管阀门；11-进水管；12-水泵；13-排水管二；14-U形挡板；15-出水管；16-滑动杆；17-压力传感器；18-曲面板；19-引水道；20-浮子式流量计；21-集水箱；22-面板支架；23-循环储水箱；24-溢流区；25-出水短管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

一种水力学动量方程实验装置，包括控制器、水流喷射机构、压力测量机构、流量测量机构和水循环机构，所述水流喷射机构、所述流量测量机构和所述压力测量机构均固定设置在所述水循环机构上方，所述控制器电连接所述水流喷射机构、所述流量测量机构和所述水循环机构。

进一步地，所述压力测量机构包括U形挡板14、出水管15、若干个滑动杆16、压力传感器17、曲面板18、引水道19和面板支架22，所述U形挡板14固定设置在所述水流喷射机构右侧，所述出水管15左端密封伸入所述水流喷射机构中，所述出水管15右端穿过并伸入所述U形挡板14左侧壁，若干个所述滑动杆16横向固定连接所述面板支架22左端，所述面板支架22右端固定设置在所述U形挡板14或所述引水道19上，所述压力传感器17固定设置在所述面板支架22左端面上，所述压力传感器17位于若干个所述滑动杆16中间，所述曲面板18滑动连接若干个所述滑动杆16，所述曲面板18右端抵靠在所述压力传感器17上，所述曲面板18左端为U形的面板；所述引水道19左端外形为U形杆，所述引水道19左端伸入并密封固定连接所述U形挡板14下端，所述引水道19左端外部宽度等于所述U形挡板14的内部宽度，所述引水道19右端伸入所述流量测量机构上方；所述U形挡板14外形为内部中空的长方体；U形挡板14材质为透明的，便于观察压力传感器的读数。

进一步地，所述流量测量机构包括浮子式流量计20、集水箱21和出水短管25，所述引水道19右端密封固定连接所述出水短管25，所述出水短管25下端伸入所述集水箱21中，所述浮子式流量计20安装在所述出水短管25上，所述集水箱21固定设置在所述水循环机构上方。

进一步地，所述水流喷射机构包括水箱1、可伸缩溢流板2、溢流板伸缩开关4和消能区挡墙8，所述水箱1固定设置在所述U形挡板14左侧，所述可伸缩溢流板2将所述水箱1分隔成位于右侧的消能区3和位于左侧的溢流区24，溢流区24下端连通所述水循环机构，所述出水管15左端密封伸入所述消能区3中，所述溢流板伸缩开关4固定设置在所述水箱1外表面上，所述溢流板伸缩开关4电连接所述控制器，所述消能区挡墙8竖向固定设置在所述消能区3中；还包括多个鹅卵石或玻璃球，多个鹅卵石或玻璃球放置在所述可伸缩溢流板2和所述消能区挡墙8之间。

进一步地，所述水循环机构包括排水管一7、水泵开关9、进水管阀门10、进水管11、水泵12、排水管二13和循环储水箱23，溢流区24下端通过所述排水管一7连通所述循环储水箱23，所述进水管11下端通过所述水泵12连通所述循环储水箱23，所述进水管11上端连通所述消能区3底端，所述进水管11上端位于多个鹅卵石或玻璃球下方，所述水泵开关9和所述进水管阀门10均安装在所述进水管11上，所述排水管二13上端连通所述集水箱21，所述排水管二13下端连通所述循环储水箱23，所述水泵开关9和所述水泵12电连接所述控制器。

进一步地，所述可伸缩溢流板2包括伸缩电机、轴承、固定板和多个伸缩板，所述固定板密封固定连接所述水箱1前后内侧壁，多个所述伸缩板均竖向密封滑动连接所述水箱1前后内侧壁，多个所述伸缩板横截面均为“Z”形，所述伸缩电机固定设置在所述水箱1内部上方，位于左侧的所述伸缩板右下端勾住位于右侧的所述伸缩板左侧上端，所述伸缩电机的输出轴通过所述轴承转动连接多个伸缩板中位于最左侧的所述伸缩板，所述伸缩电机电连接所述控制器。

进一步地，包括实验台5和若干个支架6，所述实验台5通过若干个所述支架6固定设置地面上，所述水流喷射机构和压力测量机构均固定设置在所述实验台5上，所述流量测量机构固定设置在所述实验台5右侧，所述水循环机构固定设置在所述实验台5下方。

所述曲面板（18）包括多种不同角度曲面的曲面板，使得本实用新型具有多功能研究。可在出水管15上安装一个阀门，便于水箱1内快速积水超过可伸缩溢流板2，加快实验进程。

所述控制器型号为HH—N40S，所述压力传感器17型号N70，浮子式流量计20型号为LZS—25L10，水泵12型号为100W，最大扬程5m，伸缩电机型号为20BYGH300贯通。

水通过所述水泵12引向所述消能区，射流经过所述曲面板18流至所述引水道19，所述浮子式流量计20安装在出水短管25末端，所述面板支架固定在桌面上；

所述可伸缩溢流板2可以通过所述溢流板伸缩开关4控制其升降，并由此改变稳定水位的高度，改变所述出水口15流出水的水头与流速，使得实验能够在不同水流流速条件下验证动量方程，结论更加准确；

所述水泵12引水至所述消能区3，能够将水泵带给水的水头消耗掉，避免带来水能量不稳定导致水的流速等运动要素一直变化，减小实验误差；待水位稳定后，水从所述可伸缩溢流板流下，经过所述溢流区24和所述排水管一7回到所述循环储水箱23；

射流从所述出水口喷出，射向所述水平布置的曲面板18，所述曲面板滑动设置在所述压力传感器17前，所述螺纹可以用来更换并固定不同的曲面板或平面板；所述螺纹射流的冲击力传递到所述压力传感器17上，所述压力传感器直接读数可得射流对平面板或曲面板的作用力。

所述挡板14防止射流从曲面板反射之后冲出实验仪器之外，使测得的水流量更加精确；水从所述引水道19流向出水短管25，所述浮子式流量计20布置在出水短管末端，可从所述浮子式流量计读出现有水的流量，水可经所述集水箱21、排水管二13回流到所述循环储水箱25。

本实用新型装置的具体实施方式为：打开水泵开关9与进水管阀门10，水经过消能区3消能，直到水流一直保持溢流状态；溢出的水流通过溢流区24和排水管一7回到循环储水箱25；同时，射流通过出水口15射向曲面板18，压力传感器17显示稳定后的力，记为F，水流在挡板2的作用下集中流入引水道19，通过出水短管25进入浮子式流量计20，流量计测得稳定后水的流量为Q，水流入集水箱21，经过排水管二13后重新流回到循环储水箱25。

其中，已知出水口15的管径为d，曲面板18的角度，测得射流冲击力F以及流量Q，则可以验证动量方程如下：

其中，

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。