一种全面自循环局部水头损失实验仪的制作方法

本实用新型属于化工实验仪器领域，尤其涉及一种全面自循环局部水头损失实验仪。

背景技术：

在实际运用中，管路中经常会出现弯头，阀门管道截面突然扩大，管道截面突然缩小等流动有急剧变化的管段，由于这些管段的存在，会使水流的边界发生急剧变化，水流中各测点的流速、压强都要受到改变，有事会引起回流、漩涡等，从而造成水流机械能的损失。

局部阻力验仪是专门用于进行局部阻力的实验的实验仪器。

但是现有的实验仪器无法很好的表示出局部管道中完整的水头线，存在较大缺陷。传统的局部阻力实验仪弊端为：其一，实验必须在恒压条件下进行，为了使其具备恒压水位，必需有一个较大型的供水系统和溢流系统，占地面积大；其二，受振动干扰较大，水体一时难以达到稳定；其三，管路复杂，操作烦琐，不便于进行现代实验教学。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术缺陷，并提供一种全面自循环局部水头损失实验仪。

本实用新型具体采用的技术方案如下：

一种全面自循环局部水头损失实验仪，其包括敞口的供水水箱以及位于供水水箱上方的恒压水箱，供水水箱内设有水泵；所述恒压水箱内设有溢流板，且溢流板的高度低于恒压水箱的侧壁高度；溢流板与恒压水箱的侧壁及底面紧密连接，将恒压水箱分为溢流区和恒压区；所述恒压区底部与上水管相连，并通过上水管连接水泵出口；所述溢流区底部与回水管相连，且回水管底端伸入供水水箱中；所述恒压区中在上水管的进水口上方位置铺设有若干层消波板，且每层消波板上分布有竖向开孔；恒压区顶部固定有一块垂直的稳水板，且稳水板顶部高于溢流板，而底部低于溢流板但高于最上方的消波板；所述稳水板与溢流板之间的距离不小于消波板的横向跨度；所述恒压区水平连接实验管道；实验管道沿水流方向由第一管段、第二管段、U型管段、第三管段及第四管段顺次连接而成；其中，第一管段和第二管段连接位置呈管径突缩，第三管段及第四管段连接位置呈管径突扩，第二管段与U型管段以直角连接，U型管段与第三管段以弧形倒角连接；实验管道沿程分布有若干个静压测点；测压架上的测压管数量与实验管道上静压测点总数量相等，每个静压测点分别与一个且仅有一个测压管相连通；所述实验管道上还设有一个流量仪；所述第一管段及第四管段上分别设有第一排气阀与第二排气阀；所述第四管段的末端还设有流量调节阀；实验管道出口与出水管相连，出水管的出水口位于供水水箱上方。

作为优选，所述第一管段与第四管段的管径相同；所述第二管段与第三管段的管径相同。

进一步的，所述第一管段的管径为第二管段管径的两倍，所述第四管段的管径为第三管段管径的两倍。

作为优选，所述U型管段为倒U型设置，即两端开口均竖直向下。

作为优选，所述实验管道上共设有12个静压测点，其中第一管段上2个，第二管段上2个，U型管段上5个，第四管段上3个。

作为优选，所述水泵与可控硅无级调速器相连。

作为优选，所述流量仪为电子数显流量仪。

作为优选，所述出水管具有90°弯角，且其出水口竖直朝下，将水流重新注入供水水箱中。

作为优选，所述实验管道采用有机玻璃材质。

作为优选，所述测压架上还设有与测压管平行设置的刻度尺。

相对于现有技术而言，本实用新型通过结构优化设计，使得恒压水箱内部能够始终维持恒定的水头高度，而且水箱内部的水可以不断地连续供应给实验管道，使得水力学试验能够在恒压条件下进行。而且，该装置整体的结构并不复杂，其占地面积也相对于现有的实验仪器大大减小。本实验仪的实验管道通过合理组合，可测突然缩小、直角转弯、180度弯管，90度弯管、突然扩散等断面的局部水头损失，测量全面，能够通过测压管直观显示连续水头线。本实用新型排水方便，测量全面，管道内不易积水，可以长时间保持管道干燥。

附图说明

图1为全面自循环局部水头损失实验仪结构示意图。

图2为测压架的结构示意图。

图3为测压管与实验管道上静压测点的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本实用新型一较佳实施例中的全面自循环局部水头损失实验仪，它包括敞口的供水水箱1以及位于供水水箱1上方的恒压水箱9。供水水箱1中可存储实验用水，水箱内设有水泵2。恒压水箱9是一个敞口的无盖长方体箱体，恒压水箱9内设有一块垂直的溢流板6，且溢流板6的高度低于恒压水箱9的侧壁高度。溢流板6与恒压水箱9的侧壁及底面紧密连接，将恒压水箱9分为左侧的溢流区和右侧的恒压区。恒压区底部与上水管4相连，并通过上水管4连接水泵2出口，溢流区底部与回水管5相连，且回水管5底端伸入供水水箱1中。水泵2与可控硅无级调速器3相连，用于调节水流输入量。通过水泵2将供水水箱1中的实验用水输入恒压区，使恒压区中水位逐渐升高，当达到溢流板6高度时，出现溢流，水位不再升高而是进入溢流区，并通过回水管5重新回到供水水箱1中。由此能够保持恒压区中水位高度大致维持在溢流板6顶部高度位置。然而，由于水泵输入时存在液面波动，而水力学试验中对于水头的高度要求是恒定的，此类波动会造成实验结果不准确，因此本装置中进一步进行稳定处理。具体做法为：在恒压区中的上水管4的进水口上方位置，铺设有多层消波板7，每层消波板7上分布有竖向开孔，即采用多孔板。多层多孔板铺在上水管4的出水位置，对水流波动进行初次稳定。但是，水流依然具有向上流动的速度，因此进一步在恒压区顶部固定有一块垂直的稳水板8，且稳水板8顶部高于溢流板6，而底部低于溢流板6但高于最上方的消波板7。而且稳水板8与溢流板6之间的距离不小于消波板7的横向跨度，即稳水板8的投影位置在消波板7的右侧。这种做法下，即使上水管4处的水流具有向上的初速度，但是这部分水流会进入稳水板8与溢流板6之间的区域，而在稳水板8的阻隔下，稳水板8右侧的区域水位几乎保持不变，营造稳定的水压。因此，恒压区的右侧可以水平连接实验管道10进行水力学试验。

本实施例中的实验管道10沿水流方向由第一管段、第二管段、U型管段、第三管段及第四管段顺次连接而成。第一管段、第二管段、第三管段及第四管段均为等径直管段。第一管段与第四管段的管径相同；所述第二管段与第三管段的管径相同。第一管段的管径为第二管段管径的两倍，第四管段的管径为第三管段管径的两倍。由此，第一管段和第二管段连接位置呈管径突缩，第三管段及第四管段连接位置呈管径突扩，第二管段与U型管段以直角连接，U型管段与第三管段以弧形倒角连接。由于流体边界的急剧变化所产生的阻力称局部阻力，克服局部阻力引起的水头损失称局部水头损失。当水流流经这两个接头位置时会产生不同的局部水头损失。此种连接方式下，形成了突然缩小、直角转弯、180度弯管，90度弯管、突然扩散多种断面的局部水头损失。

为了直观显示测量此种损失，实验管道10沿程分布有若干个静压测点。本实施例中，实验管道10上的12个静压测点，其中第一管段上2个，第二管段上2个，U型管段上5个，第四管段上3个,12个静压测点编号为21～32。静压测点是一个固定于管壁上且连通管内腔的接口，可以通过设置一个毕托管来实现。U型管段为倒U型设置，即两端开口均竖直向下。测压架16上的测压管18数量与实验管道10上静压测点总数量相等，也有12条。每个静压测点分别与一个且仅有一个测压管18相连通。当每个静压测点处具有一定的水头时，水流会沿着连通管进入对应的测压管18，并在测压管18中以一定高度的液柱形式展现。测压架16上可以设置一条与测压管18平行的刻度尺17，以便于对液柱高度进行读数。刻度尺17上可以设置一条能上下滑动的辅助水平杆，方便确定度数。

第四管段的末端还设有流量调节阀14，实验管道10上还设有一个流量仪12，优选为电子数显流量仪，两者配合可以准确调整并测定当前的流量。第一管段及第四管段上分别设有第一排气阀11与第二排气阀13，2个排气阀可以排出管内空气。实验管道10出口与出水管15相连，出水管15的出水口位于供水水箱1上方。出水管15具有90°弯角，且其出水口竖直朝下，将水流重新注入供水水箱1中。

实验管道10最好采用有机玻璃材质，能够直观观察内部的流体形态。

本实用新型的操作方法为：

1、打开流量调节阀14，水泵2通电，通过控制可控硅无级调速器3将其调整至目标功率。待恒压区的水位高度恒定后，关上流量调节阀14。等测压管18稳定后读数。若有测压管18读数不相同，则需要调整测压架16倾斜度以及测压管18的位置，使其每根读数一样。

2、保持水泵2对恒压水箱9供水，并保持溢流，开启流量调节阀14，供水恒压水头下，水体流经实验管道10，并根据流量仪12的示数，通过流量调节阀14调节管内流量至目标值。

3、待测压管18中水柱稳定后，不同的测压管18处能够直观显示不同测点的水头。记录流量仪12读数及所有测压管18的液柱高度读数。重复上述试验3-4次，然后按照相应的公式即可计算局部突扩与突缩的局部水头损失。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。