专利名称：紊动机理实验仪的制作方法
技术领域：
本发明属于流体力学教学实验仪器。
水流的波动和紊动现象，在流体工程设计中是必须加以考虑的重要因素。为此，在流体力学或水力学教学中，很有必要进行紊动机理现象的教学实验。但目前缺乏一种直观的产生紊动现象的实验仪器，学生无法通过实验观察分析这种波动和紊动现象的发生过程。
本发明是要提供一种产生水流紊动现象的实验教学仪器，用它进行实验，学生可以直接清楚地观察到紊动现象，有助于分析研究紊动机理。
为了实现上述目的，可参照
所采用的结构方案。
图面说明图1为紊动机理实验仪的结构示意图。
图2为紊动现象发生示意图。
如图1所示，这种紊动机理实验仪安装在实验台2上，自循环供水器1通过供水管道与恒压水箱7连接，供水器1中装有水泵，由水泵调速器3控制供水流量。供水管道分两路输出。一路经取水管10输入混合器11，与输液管8输出的染色药水混合后呈紫红色液体，经混合整流后从隔板12下侧流到剪切显示流道13;另一路由水箱7稳流后，从隔板12的上侧流到显示流道13，下层呈紫红色，上层无色透明染色药水盛装在容器6内，由阀门9控制开关。消色药水盛装在容器4中，调节阀门5滴下此种药水进入水箱7和供水器1，使已染色的水消去颜色，保持工作水体处于无色透明状态，在显示流道13的后端装有排气阀14、出水调节阀15以及分流调节阀16，显示流道13的出水流入回水漏斗17，回水漏斗内的水通过回水管返回自循环供水器1。
实验仪采用自循环水流的台式装置，流动显示采用透明有机玻璃流道。灯光显影，即在透明显示流道后侧乳白色有机玻璃板后面安装日光灯管。
本紊动机理实验仪的实验操作过程1.供水排气插上水泵电机电源、灯光电源。先关闭阀5、9、15、16，打开水泵调速器3，水泵即启动，此时水泵流量最大。调速器旋钮朝顺时针向转，则流量减小。先控制调速器在小流量供水，使水箱7的水位不高于两流道之间的中间隔板12的顶高，此时仅由取水管10单独向流道13供水，使水体缓慢地充满下层流道，排除隔板下方滞留的气泡，如果一次操作不能排净气泡，则应重复操作。排净下层气泡后开大供水量提高水箱水位，并操作阀14与15，排除流道13上的气泡。
2.加注染色药水开阀9，染色药水从容器6经管道8向混合器11加注，与水混合后即呈紫红色，勿使配药过量，使混合后红色鲜明即可。
3.加注消色药水因染色水经回水管道进入供水器1和水箱7中，故开阀5，滴下消色药水，以保持工作水体无色透明。
4.演示紊流形成过程打开阀16和改变阀15的开度以调节流速U1，从而改变上下层界面流速差，即可演示紊流逐渐形成的过程。
紊动实验演示过程分以下三个阶段1.上下层界面呈平稳直线演示此时上下层流速相同，界面流速差为零，因此界面清晰，平稳、呈一直线。操作要求将阀16全开，下层红色水流从此流出。调节阀15，使上层无色水流量与下层红色水流量相近。目的是使上下层流速大小相近。若界面直线不稳，可适当减小下层流速U2，方法是顺时针向稍稍转动水泵调速器，减小下层水流速水头。
2.波动形成与发展演示调节阀15，适当增大上层流速U1，界面处有明显的速度差如图2a所示，开始微小波动，继续增大阀15的开度，即逐渐增大上层流速U1，则波动演示更为明显如图2b所示。
3.波动转变为旋涡紊动演示将阀15逐步增大开度，到足够大时，交界面出现不稳定，偶然的波状扰动，交界面会出现波动，如图2c所示，随着流速和横向压力的变化，使波动凸得更凸，凹得更凹，波状起伏更加显著，如图2d所示最后使间断面破裂，翻滚形成一个个旋涡，涡体的运动便得上下层流体质点发生混掺，形成紊流如图2e所示。
本发明创造的优点1.本实验仪采用台式自循环供水装置，结构紧凑美观，操作使用方便。
2.流道采用透明有机玻璃制造，并采用染色、消色药水，使上下两层颜色区分鲜明，并用灯光增加显影效果，实验人员可清晰地观察到从产生波动到紊动的全过程，通过实验观察分析，可以较好论证紊流机理。
权利要求
1.紊动机理实验仪，其特征是实验台[2]上安装自循环供水器[1]，供水器[1]中装有水泵，水泵供水量由调速器[3]调节，供水器[1]由管道与水箱[7]连接，与水箱连接还有显示流道[13]，显示流道的前部有中间隔板[12]，隔板下侧接通取水管[10]，取水管另一端接供水器的出水管，在取水管末端装混合器[11]，混合器又接来自染色药水容器[6]的染色输液管[8]，染色输液管装有控制阀门[9]，中间隔板的上侧接通水箱[7]的出口，显示流道后端装有排气阀[14]、出水调节阀[15]与分流调节阀[16]，流道出水经管道返回供水器[1]，在水箱上方装有消色药水容器[4]及其控制阀[5]。
2.根据权利要求1所述紊动机理实验仪，其特征是流道前侧采用透明有机玻璃材料制造。
3.根据权利要求1所述的紊动机理实验仪，其特征是显示流道后侧乳白色有机玻璃板的后面安装日光灯管。
全文摘要
紊动机理实验仪是台式自循环装置，实验台上装有自循环供水器。工作流体由供水器分两路输出。一路经取水管输入混合器，与输液管输出的染色药水混合后呈紫红色液体，经混合整流后从中间隔板下侧流到显示流道；另一路由水箱稳流后，从隔板的上侧流到显示流道。适当调节出水阀门，使中间隔板上下两股不同流速水流交界面处形成为间断面的汇合流。流道透明，可以清晰地观察到从产生波动到紊动的整个过程，能进行有效的紊动机理分析。
文档编号G09B23/12GK1109992SQ9510016
公开日1995年10月11日 申请日期1995年1月21日 优先权日1995年1月21日
发明者吴寿荣, 毛根海, 甘栽芷 申请人:浙江大学