专利名称：壁挂式自循环流动演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于流动显示装置。
流动演示设备是利用示踪介质把不可见的流动现象显示出来，以利于分析研究水头损失，绕流阻力等动态机理的一种教学实验仪器。现有的这类教学实验仪器以本申请人的专利“壁挂式气泡示踪法流动演示仪”(No89200843.1)为最佳，该仪器以空气泡为示踪介质，以狭缝过流道为显示面，他循环供水，可挂在墙面，能清晰地演示多种流动图象，每次观察时能容纳的人数多。其缺点是必须外接水源，需要引接给、排水管路，安装较困难，掺气结构为喉颈自吸形式，喉颈后必须接一扩散段，台用显示面，减少了显示面的流道有效面积；这种自吸掺气方式的掺气量由流量大小决定，不能任意调节。
本实用新型目的是在气泡示踪法流动演示仪内装有自循环供水装置，不需外接水源；改进掺气结构使掺气量可任意调节，并可增大显示面的有效面积。
本实用新型要点在于仪器内设有由水箱7，电动水泵17，控制水泵转速的可控硅无级调速器18和调速旋钮8构成的自循环供水装置；掺气结构则由装在泄水道4出水口处的掺气量控制器15和旋钮6构成；泄水道4的出水口轴线应与水泵吸水管口轴线接近一致，掺气量控制器15内装有一块能转动的导向板。调节掺气量控制器15的导向板，可供经泄水道4下泄的水流带入水箱7中的气炮随水流经水泵吸水管19进入电动水泵17，然后再从水泵出水管16输入狭缝显示面3的各种形状的流道中，形成以空气泡为示踪介质演示的多种流动图谱。
打开旋钮8，启动电动水泵17，水箱7中的水被吸入水泵，并经水泵出水管16输送到显示面3的入口，然后经狭缝显示面和狭缝泄水道4回到水箱7，组成水流的自循环系统，当水中无气泡掺入时，该循环系统不能显示任何流动图象，故必须向水流中掺入适量气泡，本流动演示仪的掺气方法和掺气量控制原理如图3所示，现结合附图3作以下说明当水流经狭缝泄水道4流回水箱7时，具有一定流速的下泄水流会夹带大量气泡进入水箱7的水体中，由于狭缝泄水道4的出口轴线与水泵吸水管19的进口轴线接近一致，使得水泵吸水管19的管口附近水体含有大量气泡。气泡随水流经水泵吸水管19进入电动水泵17，在水泵高速转动的叶轮作用下，气泡被搅碎成无数微气泡并与水流充分混和。这样的掺气水流经水泵出水管16被输入狭缝显示面3的各种形状的流道中，从而形成以空气泡为示踪介质的多种流动图谱，由于流动图谱的真实性、清晰度等均与掺气量有关，掺气量控制合适，图象既清晰又真实；另外，当流速发生改变时，为了达到最佳的显示效果，掺气量也应作调节，因此，掺气量应当可以调节控制。本仪器的掺气量调节控制方法是利用掺气量控制器15中导向板，当转动导向板时，可以改变下泄水流的方向，如把下泄水流导向水泵吸水管19的管口方向时，可造成在吸水管口附近有大量气泡滞留，掺气量最大，若把下泄水流导向偏离吸水管口方向时，在吸水管附近就没有气泡滞留，掺气量为0。掺气量控制器15的导向板与旋钮6的转轴相连接，因此只要旋动掺气量控制器旋钮6，就可任意调节掺气量的大小。
为了观察分析流速大小不同时的流动形态，必须调节过流量，而过流量与水泵转速有关，故本仪器采用可控制水泵转速的可控硅无级调速器18通过调速旋钮8来调节流量，省去了调速阀门。
可控硅无级调速器可根据电动水泵的功率大小选配适合的市售成品。
为了满足壁挂要求，电动水泵应选用小功率轻便式的塑料防锈泵。
狭缝显示面3是由前面板10、后面板12、中层夹板11贴面粘结而成，前面板材料为透明有机玻璃，中夹板为彩色有机玻璃，并加工成一定的流道形状，如渐扩、渐缩、突扩、突缩、圆柱绕流等，形成狭缝式显示流道，狭缝间隙最佳为6mm，日光灯13装在显示板二侧，前面罩2应能遮住灯光，以免直射观察者眼睛，后罩14应在内底板上经涂黑处理。
图1是壁挂式自循环流动演示仪结构示意图及其Ⅲ型的流道边界图。
图2是壁挂式自循环流动演示仪侧剖视结构示意图。
图3是掺气原理结构示意图。
诸图中符号意义图中1是挂孔，2是面罩，3是狭缝显示面，4是狭缝泄水道，5是加水孔孔盖，6是掺气控制器旋钮，7是水箱，8是可控硅无级调速器旋钮，9是水泵、电气室，10是狭缝显示前面板，11是狭缝中层夹板，12是狭缝显示面后面板，13是日光灯，14是后罩底板，15是掺气量控制器，16是水泵出水管，17是电动水泵，18是可控硅无级调速器，19是水泵吸水管，附图中的箭头表示水流方向。
作为实施例，本实用新型在实验室内已按不同教学要求制成7种类型以Ⅲ型(如图1)为例，电动水泵为70W，灯光48W，流速自0～Vmax无级可调，掺气量0～30％左右任意可调，能演示45°，圆弧，直角60°弯头及射流的紊动扩散，附壁效应，壁面冲击等管道纵截面上的流动图象。外罩用不透光的彩色有机玻璃制作，体积为1450×274×60mm3，重9kg。其他6种型号可分别演示多种流量计，多种阀门，多种绕流体，多种变径管道，自动控制中的射流元件等流动图象。
本实用新型的优点1.由于改进掺气结构方案，在水泵输出的水流中就已掺入气泡，可省去专利“89200843.1”所采用喉颈掺气法中的扩散段，从而扩大了显示面的有效面积，并可方便地将流道设计成各种所需形状。同样7种类型流动演示仪，原专利只能演示20种不同边界的流动图象，而本演示仪能演示30种不同图象。
2.掺气量可任意调节，既能调节清晰度、又能保证真实性，从而获得最佳演示效果。
3.采用自循环供水，不需外接水源，省去安装给排水管道，挂在墙上只要有220V电压即可演示，使用十分方便。本仪器节电效果好，每台仅为120W左右，对环境无污染。
本发明可广泛应用于大、中、专院校有关航空，航运，港口、水利水电、土建、冶金、给排水、化工、机械、石油、交通、环保、热能、消防、制冷、液压传动、气象、医学、生物工程等专业的工程流体力学，传输理论和化工原理等类课程的教学实验中。
权利要求1.一种气泡示踪流动演示仪，包含有狭缝显示面、掺气结构、狭缝泄水道、灯光和罩壳，其特征是仪器内有一个电动水泵[17]，水泵的吸水管连接水箱[7]，水泵转速由一个可控硅无级调速器[18]通过调速旋钮[8]控制，水泵的出水管[16]与狭缝显示面[3]的入口连接，狭缝泄水道[4]的出水口轴线应与水泵吸水管口轴线接近一致，在泄水道出水口处装有掺气量控制器[15]。
2.根据权利要求1所述的流动演示仪，其特征是所述掺气量控制器〔15〕内装有一块能转动的导向板，导向板与旋钮〔6〕的转轴连接。
专利摘要壁挂式自循环流动演示仪设有由水箱、电动水泵、可控硅无级调速器构成的自循环供水装置和掺气量调节机构。是由狭缝过流道为显示面、利用水泵吸入含气水流所形成的空气泡为示踪介质、壁挂式、自循环供水的一种教学实验仪器。本装置的优点是能演示各种边界条件下的流动图谱、流速、掺气量均无级可调，演示效果优异，安装使用方便、节能、无污染。可应用于多种专业流体力学及传输理论等课程的实验教学中。
文档编号G09B23/00GK2069149SQ90205428
公开日1991年1月9日 申请日期1990年4月24日 优先权日1990年4月24日
发明者毛根海 申请人:浙江大学