专利名称：多功能小型水力学实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学用多功能小型水力学实验仪，属教学实验仪器技术领域。
目前水力学实验仪大致有两类，大中型仪器测量范围广、精度较高、能反映水流的流动结构，但造价高、占地大、耗电多；小型仪器测量范围小，精度较低、反映不出水流的流动结构，但造价低、占地小、耗电少。已有技术的基本结构如图1所示，图中9是局部阻力实验管，10是沿程阻力实验管，12是溢流水管，13是量测水箱。为使供水水头恒定，通常采用具有溢流装置的敞口水箱，水箱的高度决定了雷诺数的大小，大中型仪器H值高达10米以上，而小型仪器不足1米，雷诺数很低。亦可直接由水泵供水，但水流稳定性差。图中所示的局部阻力实验管为小型实验仪的突然放大实验，只设四个测点，其中l1＝l2，l3＝l4，用测点2与3的总能量差扣除l1与l4的沿程损失，得局部阻力，实际上l3处于旋涡区，因而与l4的沿程损失并不相同，使误差增大，亦反映不出旋涡区的大小、能量的转换。图中的沿程阻力实验管，为大型实验仪的沿程阻力实验，因压差大，国内外均采用二种比压计组合测压，大压差时用水银比压计，当压差较小时再换水比压计。水银有毒，用时要小心，使用不方便。
本实用新型的目的是改造已有仪器的结构及量测手段，设计一种多功能小型水力学实验仪，使其兼有大型与小型实验仪的优点，增加实验项目及其实验内容。
本发明的内容是多功能小型水力学实验仪包括有水箱、稳压箱、量测水箱、平水箱、可溢流水盒、测真空管和比压计等。水箱和稳压箱设置在一个平面上。水箱中设置有水泵，由水泵将水输入稳压箱，稳压箱入水口处有多孔管，箱内设有整流栅。量测水箱与水箱相联，平水箱和可溢流水盒设于水箱上部，平水箱底部接有雷诺实验管，在稳压箱与量测水箱之间接有虹吸实验管、文丘里实验管、局部阻力实验管和沿程阻力实验管。它们分别与各自的测真空管及比压计联接。
图1是已有技术结构示意图；图2是本实用新型结构的前半部示意图；图3是本实用新型结构的后半部示意图。
以下结合附图，详细介绍本实用新型的内容。图1－图3中，1是水箱，2是多孔管，3是整流栅，4是稳压箱，5是放气调压阀，6是文丘里实验管，7是雷诺实验管，8是虹吸实验管，9是测真空管，10是比压计，11是平水箱，12是溢流水管，13是量测水箱，14是可溢流水盒，盒中设有溢流板，15、16是比压计，17是局部阻力实验管，18是沿程阻力实验管。
本实用新型设有封闭式稳压箱4，可满足稳定的高水头供水。为使水流稳定，首先对流体进行整流、减速、调压，如图2所示。使用时打开放气调压阀5，水泵输水到多孔管2，水从小孔喷出，经稳压栅整流，使流体均匀地进入稳压箱的平稳区，此区过流断面较大，流速很慢，压力波动甚小。开启实验管道阀门，将流量调到最大，关闭放气调压阀5，此时压力表读数即为供水压力。随着实验流量的减小，致使压力表读数发生变化时，用放气调压阀5调节流量，使压力表读数恢复原位。这种稳压装置能使水流稳定、压力恒定。
本实用新型中虹吸实验与雷诺实验共用一个平水箱11；低位水箱设计成可溢流的水盒14，故可测量虹吸实验管自由与淹没出流条件下的真空度；抽真空系统利用文丘里管6产生的负压。可省一台真空泵。
本实用新型设置组合式水比压计测量大压差。以图3所示的沿程阻力实验为例，变两点测压为多点测压。大压差时测点间距小，小压差时增大测点距离，根据最大压差和比压计高度确定测点个数及间距，以3个测点为例说明应用。首先排除管通内的气体，关闭测压管Ⅲ上的阀门，测量Ⅰ与Ⅱ点间的压差，当流量小，压差降低时，打开测压管Ⅲ上的阀门，测量Ⅰ与Ⅲ点间的压差。若压差很大可多设测点，测量方法以此类推。可提高精度，量测方便，去掉了水银。
本实用新型的突然放大局部阻力实验管扩大了已有实验件的直径比，使粗管内能产生大的旋涡，通过多根测压管液面，清楚地看到，细管内由于沿程损失测压管液面逐渐下降，进入粗管由于产生旋涡，开始旋涡区面积大过流面积小，动能大、压能低，随着流体的前进，旋涡区面积逐渐减小，动能逐渐降低、压能逐渐升高，到旋涡结束处压能达最高，而后由于沿程损失，测压管液面又开始下降。故粗管内的测压管液面先上升而后下降。这种方法不但误差小、而且对局部阻力的产生、能量的损失与转换、旋涡区的长度、水流的流动结构以及断面的选择加深理解。
本实用新型的雷诺实验管为垂直式，流线的流动方向与重力一致，不但实验效果好，而且充分利用空间。
本实用新型设计的多功能小型水力学实验仪将水箱、水泵、稳压箱均放到实验台下面，仪器用骨架和隔板分成两个实验区。平水箱及所有的比压计均固定在骨架上。整个仪器结构紧凑，造形美观。仪器的造价与做同类实验的小型仪器比可降低1／3左右。节省占地面积近4／5、是理想的教学实验仪器。
权利要求1.一种多功能小型水力学实验仪，其特征在于水力学实验仪包括有水箱、稳压箱、量测水箱、平水箱、可溢流水盒、测真空管和比压计；水箱和稳压箱设置在一个平面上，水箱中有水泵，水泵将水输入稳压箱；稳压箱的入水口处有多孔管，箱内设有整流栅；量测水箱与水箱相联，平水箱和可溢流水盒设于水箱上部，平水箱底部接有雷诺实验管；稳压箱与量测水箱之间接有虹吸实验管、文丘里实验管、局部阻力实验管和沿程阻力实验管，它们分别与各自的测真空管及比压计联接。
专利摘要本实用新型涉及一种多功能小型水力学实验仪。其结构特点供水系统设有封闭式稳压装置。多点测压配有组合式水比压计。虹吸实验用文丘里管产生的负压抽真空，设溢流接水盒。雷诺实验管为垂直式。整个仪器分为两个实验区，可进行沿程阻力、局部阻力、文丘里、雷诺、虹吸五种实验。优点测量范围大、精度高、直观性好。可应用于高等学校及中等专业院校多种专业的教学实验，如水利、交通、农业、林业、石油、化工等。
文档编号G09B23/00GK2175955SQ9324614
公开日1994年8月31日 申请日期1993年12月4日 优先权日1993年12月4日
发明者丁彤 申请人:清华大学