[發明專利]一種二維流動顯示裝置

有效

• 申請號: 201310047508.2
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103150946A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 鮑鋒;何意;楊錦文
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G09B23/12
• 分類號: G09B23/12;G01M10/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種流體力學中流場顯示設備，尤其是涉及一種二維流動顯示裝置。

背景技術

在自然界中存在許多錯綜復雜的流動，而這些流動在工程領域、工業生產以及與天文、生物、化學、氣象、海洋及物理等相關領域中的應用都是非常重要的，但是由于流動現象復雜多變且不易捕捉，如何觀察到流體的運動，并對流體的運動展開研究成為了人們不斷探索的問題。

在流體力學中，絕大多數重要的概念和原理都源于實驗，而利用流動顯示的方法使流體力學的研究成為了可能。為了能夠通過流動顯示觀察和研究流體的流動特性，人們不斷探索發展新型的流體研究設備。目前比較成熟的設備就是傳統的水洞（風洞），但是一套高品質的水洞（風洞）不僅造價高昂，同時為了確保流場的品質，水洞（風洞）所需要的占地面積巨大，實驗成本過高，不利于流體力學實驗的推廣普及。

因此在眾多類型的流體研究設備發展的今天，人們依然在不斷探索新型流體研究實驗裝置和設備。為了研究問題的簡便，人們提出了多種多樣的簡化模型，二維流動就是其中之一。很多流動現象，如大氣流動、洋流、大展弦比機翼繞流等，都可近似作為二維流動來處理。正是因為這一簡化，流體力學才在理論分析、實驗研究和數值計算等方面取得了長足的發展。

近年來，二維流動顯示的研究變得越來越重要，對二維流動的研究也越來越深入。對于二維流動顯示的研究，肥皂膜水洞這一獨特設備引起了研究人員的極大興趣，其核心思想就是用一張流動的肥皂膜來模擬二維流動。而連續流動式肥皂膜水洞是一種新型而經濟的實驗設備，它是利用肥皂膜很薄的特性（約1～10μm）來制造理想的二維流。由于肥皂膜的厚度會受流場及重力的影響而有些許的變化，因此使得肥皂膜呈現五彩繽紛的干涉條紋，這提供了我們觀察流場最自然且最直接的方法。此二維肥皂膜流動顯示裝置不僅可作為一種生動活潑的教學工具，更可成為學術研究的利器。測試結果及所得流場觀測照片都顯示出此裝置在研究二維流問題上的直觀性與有效性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種二維流動顯示裝置。

本發明設有整體框架、液壓回路與流動顯示控制機構；

所述液壓回路設在整體框架上，實現肥皂液薄膜的循環流動，當薄膜流經實驗模型時，模型后部的流場分布將在薄膜上直接顯示出來。

所述整體框架設有下底板、上端板、左側板、右側板和實驗臺；左側板和右側板垂直固定在下底板兩側，上端板水平固定在左側板和右側板頂部，實驗臺水平固定在左側板和右側板中間；實驗模型安置在實驗臺中間并垂直通過肥皂薄膜，在左側板和右側板中下部分別固定一根鋼尺。

所述液壓回路設有下水箱、液壓泵、單向閥、輸水管、上水箱、節流閥、出水管和溢流管，所述下水箱的出水口接液壓泵的入口，液壓泵的出口經輸水管和單向閥接上水箱，上水箱的肥皂液出口經出水管和導流線接下水箱，構成一個循環的液壓回路，所述節流閥設在出水管的出口處，控制出水管的水流流量與速度；設在上水箱上部的溢流口通過溢流管與下水箱的下部連通；單向閥設在液壓泵上部，以防止水流倒流。

所述流動顯示控制機構設有導流線、拉線和砝碼。從出水管流出的水柱，經過導流線的擴張段后，漸漸的被拉伸為一平面，形成肥皂液薄膜，經過導流線上的平行段，該薄膜平面中的水流趨于穩定，形成均勻穩定的流場。當薄膜中的水流流過實驗模型，如實驗圓柱后，圓柱后面卡門渦街的分布將導致薄膜局部厚度的變化，由于光的干涉作用，肥皂薄膜上將產生明暗相間的條紋，此時圓柱后面的流場信息就被直觀的反映在薄膜上。

所述拉線的一端系在導流線上，拉線的另一端與磁鐵固接，所述砝碼懸掛在導流線下端。

肥皂液薄膜寬度的變化方式為：拉線一端系在導流線上，另一端與一磁鐵固定。磁鐵由于磁力作用被吸附在鋼尺上，同時改變磁鐵在鋼尺上的吸附點即可改變拉線之間的寬度，進而改變了肥皂薄膜的寬度。所述砝碼懸掛在導流線下端，用于保證導流線始終垂直向下，進而確保了肥皂液薄膜的穩定性。

本發明中使用的肥皂液采用肥皂與水均勻混合的方式，也可采用洗潔劑、洗手液等與水進行配制。

本發明的突出優點在于：

1、與傳統意義上的水洞（風洞）相比，本發明制作簡單方便，成本較低，占用空間小，方便移動。

2、采用垂直循環流動的肥皂液薄膜作為顯示平臺，能將實驗物體的二維流場信息直觀的顯示出來。

3、肥皂液薄膜的寬度可調。

4、出水口處水流的流量速度可調。