专利名称：流谱演示实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于流体力学试验仪器技术领域，具体涉及一种流谱演示实验仪。
背景技术：
水利工程中的水流流动是十分复杂的，这不仅因为水流具有粘性会产生水流的脱体现象，而且因为边界条件的改变使得水流的流动方向、流动特性也会发生改变，甚至会出现漩涡，这些流动现象如果没有专门的实验仪器演示在教学中很难表达清楚。为了能够直观的演示流动现象，人们就制造了烟风流线仪和油流线仪，烟风流线仪由圆柱、流线形叶片组成流道，通过烟道给流道供烟，使烟绕着圆柱和叶片流动，以观察流动情况，该演示仪器主要的问题是流道单一、需要大量的蚊香作为烟的来源，通过鼓风机将烟吹到流道中，实验时极不方便。油流线仪是在流道中设各种绕流物体，当油在流道中流动时，可以看到流线以及绕流物体的流动现象，该仪器主要的问题是流动面较短、流道单一、油流动的速度慢，绕流脱体现象不明显，几乎看不出来。浙江大学研制了自循环流谱演示仪，以气泡为示踪介质，狭缝流道中设有特定边界流场，用以显示内流、外流、射流元件等多种流动图谱。该流谱演示仪的特点之一是采用双稳放大射流阀来改变流动的方向，但在水利工程中却很少见到。后来又研制了三种类型的自循环流谱流线显示仪，均采用电化学法显示流线，用狭缝式流道组成过流面，流动过程采取封闭自循环形式，水泵开启，工作液体流动并自动染色，但仪器显示的内容简单且流道少。
发明内容本实用新型的目的是提供一种流谱演示实验仪，能用于演示水利工程和教学中常见的多种典型流动现象以及绕流情况。本实用新型所采用的技术方案是，一种流谱演示实验仪，包括由背板和彩色有机玻璃罩构成的腔体，腔体内设置有流动显示流道和位于流动显示流道左右两侧的回水道，腔体的下方设置有进水通道，流动显示流道下端与该进水通道相连通，流动显示流道上端与两个回水道相连通，腔体上还设置有掺气量调节阀和加水孔；流动显示流道和背板之间安装有流动显示流道底板和日光灯，流动显示流道和彩色有机玻璃罩之间设置有透明有机玻璃面板。本实用新型的特点还在于，腔体的下方设置有供水箱和水泵，水泵和供水箱之间通过水泵进水管相连通，回水道的下端与供水箱相通，进水通道为连接在水泵出水端上的上水管，供水箱的侧面设置有观水孔，腔体外侧设置有用于控制日光灯和水泵的开关，供水箱内设置有用于安装日光灯电源线的穿线管，水泵设置在位于供水箱下方的壳体内，该壳体的侧壁上开有多个通气孔，背板的顶部设置有挂孔。流动显示流道包括至少一个以上流道元件:第一流道元件，包括从下到上依次连通设置的突然放大段和突然缩小段；第二流道元件，包括从下到上依次连通设置的文丘里流量计、六度逐渐扩散管和直角管嘴流量计；第三流道元件，包括从下到上依次连通设置的十一度逐渐扩散管、活动球阀、格栅段、孔板流量计和圆弧进口管嘴流量计；第四流道元件，包括从下到上依次连通设置的均匀直管、并联管道和三角形绕体段；第五流道元件，包括从下到上依次连通设置的四十五度弯头段、九十度弯头段、六十度弯头段和三十度弯头段；第六流道元件，包括从下到上依次连通设置的分水栅段、椭圆绕流段和桥墩绕流段；第七流道元件，包括从下到上依次连通设置的圆柱绕流段、哥廷机翼480型段和十七度逐渐收缩段，哥廷机翼480型段外侧设置有哥廷机翼NACA23012型。本实用新型的有益效果是，能演示多种流动现象，且可调节掺气量，流动现象内容丰富、流线的线条、绕流旋涡清楚、直观，为壁挂式，体积小、结构简单，制造容易，操作方便。
图1是本实用新型流谱演示实验仪的结构示意图；图2是图1的侧视图；图3是本实用新型中的第一流道元件的结构示意图；图4是本实用新型中的第二流道元件的结构示意图；图5是本实用新型中的第三流道元件的结构示意图；图6是本实用新型中的第四流道元件的结构示意图；图7是本实用新型中的第五流道元件的结构示意图；图8是本实用新型中的第六流道元件的结构示意图；图9是本实用新型中的第七流道元件的结构示意其中，1、供水箱，2、水泵，3、水泵进水管，4、上水管，5、开关，6、穿线管，7、掺气量调节阀，8、加水孔，9、流动显示流道，10、彩色有机玻璃罩，11、挂孔，12、回水道，13、日光灯，14、透明有机玻璃面板，15、流动显示流道底板，16、观水孔，17、背板，18、通气孔，19、突然放大段，20.突然缩小段，21、文丘里流量计，22、六度逐渐扩散管，23、直角管嘴流量计，24、i^一度逐渐扩散管，25、活动球阀，26、格栅段，27、孔板流量计，28、圆弧进口管嘴流量计，29、均匀直管，30、并联管道，31、三角形绕体段，32、四十五度弯头段，33、九十度弯头段，34、六十度弯头段，35、三十度弯头段，36、分水栅段，37、椭圆绕流段，38、桥墩绕流段，39、圆柱绕流段，40、哥廷机翼480型段，41、十七度逐渐收缩段，42、哥廷机翼NACA23012型段。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型流谱演示实验仪，包括由背板17和彩色有机玻璃罩10构成的腔体，腔体内设置有流动显示流道9和位于流动显示流道9左右两侧的回水道12，腔体的下方设置有进水通道，流动显示流道9下端与该进水通道相连通，流动显示流道9上端与两个回水道12相连通，腔体上还设置有掺气量调节阀7和加水孔8。流动显示流道9和背板17之间安装有流动显示流道底板15和日光灯13，流动显示流道9和彩色有机玻璃罩10之间设置有透明有机玻璃面板14。腔体的下方设置有供水箱I和水泵2，水泵2和供水箱I之间通过水泵进水管3相连通，两个回水道12的下端均与供水箱I相通，进水通道为连接在水泵2出水端上的上水管4。供水箱I的侧面设置有观水孔16。腔体外侧设置有用于控制日光灯13和水泵2的开关5，供水箱I内设置有用于安装日光灯13电源线的穿线管6。水泵2设置在位于供水箱I下方的壳体内，该壳体的侧壁上开有多个通气孔18。背板17的顶部设置有挂孔11。流动显示流道包括至少一个以上流道元件:如图3所示,第一流道元件,包括从下到上依次连通设置的突然放大段19和突然缩小段20。如图4所示，第二流道元件，包括从下到上依次连通设置的文丘里流量计21、六度逐渐扩散管22和直角管嘴流量计23。如图5所示，第三流道元件，包括从下到上依次连通设置的十一度逐渐扩散管24、活动球阀25、格栅段26、孔板流量计27和圆弧进口管嘴流量计28。如图6所示，第四流道元件，包括从下到上依次连通设置的均匀直管29、并联管道30和三角形绕体段31。如图7所示，第五流道元件，包括从下到上依次连通设置的四十五度弯头段32、九十度弯头段33、六十度弯头段34和三十度弯头段35。如图8所示，第六流道元件，包括从下到上依次连通设置的分水栅段36、椭圆绕流段37和桥墩绕流段38。如图9所示，第七流道元件，包括从下到上依次连通设置的圆柱绕流段39、哥廷机翼480型段40和十七度逐渐收缩段41，并在哥廷机翼480型段40外侧设置有哥廷机翼NACA23012型42。本实用新型流谱演示实验仪的工作原理是:该仪器以水为工作介质，当工作液体由水泵驱动到流动显示流道9，通过两侧的回水道12流入供水箱I时，水流中掺入了空气，当水流再通过流动显示流道9时，已是掺气水流，气泡就成了示踪介质。空气的多少可以由掺气量调节阀7调节。掺气水流在流动显示流道9流动时，形成了无数的小气泡随水流运动，在日光灯13照射和流动显示流道底板15的衬托下，小气泡发出明亮的折射光，清楚的显示出各种不同流场水流流动的图像。由于流动显示流道9设计成多种不同的流道元件，用以显示不同边界条件下的流线、迹线、绕流、脱体、旋涡、合流、分流、射流、弯道环流等多种流动图谱的流动形态及其水流内部质点运动的特性。本实施例中，流动显示流道由7个流道元件组成,每个流道元件都是一套独立的装置，可以单独使用，也可以同时使用。本实用新型的操作步骤是:1、在供水箱I中装入适量的水，以不超过观水孔16的高度为宜，水质最好是冷开水或蒸馏水，可使水质长期不变。2、关闭掺气量调节阀7，打开开关5，水泵2使水流通过流动显示流道9和两边的回水道12流入供水箱I，观看回水道12是否充满水，如未充满水，可以关掉开关5再打开，反复几次即可。3、缓慢调节掺气量调节阀7改变掺气量，使之达到最佳显示效果，掺气量不宜过大，否则会阻断水流产生震动。4、观看流动显示流道9的流谱图像。主要观看流线、迹线、绕流、脱体、旋涡、合流、分流、射流、弯道环流、水流扩散、水流收缩等流动现象。5、实验结束后将仪器恢复原状。
权利要求1.一种流谱演示实验仪，其特征在于，包括由背板(17)和彩色有机玻璃罩(10)构成的腔体，所述腔体内设置有流动显示流道(9)和位于所述流动显示流道(9)左右两侧的回水道(12)，所述腔体的下方设置有进水通道，所述流动显示流道(9)下端与该进水通道相连通，所述流动显示流道(9)上端与两个回水道(12)相连通，所述腔体上还设置有掺气量调节阀(7)和加水孔(8);所述流动显示流道(9)和背板(17)之间安装有流动显示流道底板(15)和日光灯(13)，所述流动显示流道(9)和彩色有机玻璃罩(10)之间设置有透明有机玻璃面板(14)。
2.按照权利要求1所述的流谱演示实验仪，其特征在于，所述腔体的下方设置有供水箱(I)和水泵(2)，所述水泵(2)和供水箱(I)之间通过水泵进水管(3)相连通，所述回水道(12)的下端与供水箱(I)相通，所述进水通道为连接在水泵(2)出水端上的上水管(4)，所述供水箱(I)的侧面设置有观水孔(16)，所述腔体外侧设置有用于控制日光灯(13)和水泵(2)的开关(5)，所述供水箱(I)内设置有用于安装日光灯(13)电源线的穿线管(6)，所述水泵(2)设置在位于供水箱(I)下方的壳体内，所述该壳体的侧壁上开有多个通气孔(18)，所述背板(17)的顶部设置有挂孔(11)。
3.按照权利要求1或2所述的流谱演示实验仪，其特征在于，所述流动显示流道包括至少一个以上流道元件:第一流道元件，包括从下到上依次连通设置的突然放大段(19)和突然缩小段(20);第二流道元件，包括从下到上依次连通设置的文丘里流量计(21)、六度逐渐扩散管(22)和直角管嘴流量计(23);第三流道元件，包括从下到上依次连通设置的十一度逐渐扩散管(24)、活动球阀(25)、格栅段(26)、孔板流量计(27)和圆弧进口管嘴流量计(28);第四流道元件，包括从下到上依次连通设置的均匀直管(29)、并联管道(30)和三角形绕体段(31);第五流道元件，包括从下到上依次连通设置的四十五度弯头段(32)、九十度弯头段(33)、六十度弯头段(34)和三十度弯头段(35);第六流道元件，包括从下到上依次连通设置的分水栅段(36)、椭圆绕流段(37)和桥墩绕流段(38);第七流道元件，包括从下到上依次连通设置的圆柱绕流段(39)、哥廷机翼480型段(40)和十七度逐渐收缩段(41)，所述哥廷机翼480型段(40)外侧设置有哥廷机翼NACA23012型(42)。
专利摘要本实用新型公开了一种流谱演示实验仪，包括由背板和彩色有机玻璃罩构成的腔体，腔体内设置有流动显示流道和位于流动显示流道左右两侧的回水道，腔体的下方设置有进水通道，流动显示流道下端与该进水通道相连通，流动显示流道上端与两个回水道相连通，腔体上还设置有掺气量调节阀和加水孔；流动显示流道和背板之间安装有流动显示流道底板和日光灯，流动显示流道和彩色有机玻璃罩之间设置有透明有机玻璃面板。本实用新型能用于演示水利工程和教学中常见的多种典型流动现象以及绕流情况。
文档编号G09B23/12GK202976606SQ201220623808
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者张志昌, 刘亚菲 申请人:西安理工大学