[發(fā)明專利]一種流體速度分布實(shí)驗(yàn)儀及其使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611074440.7
• 申請(qǐng)日: 2016-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN106781901A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張彥軍;李梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 榆林學(xué)院
• 主分類號(hào): G09B23/12
• 分類號(hào): G09B23/12;G01P5/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 徐文權(quán)

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于化工原理實(shí)驗(yàn)儀器，具體涉及一種流體速度分布實(shí)驗(yàn)儀及其使用方法。

【背景技術(shù)】

流體在圓管中流動(dòng)時(shí)，在圓管橫切面上，流體速度分布是不均勻的，管路軸線上流體流速最大，越靠近管壁流體流速越小，和管壁接觸的流體的流速為零。目前沒有實(shí)驗(yàn)儀器用來反映流體在圓管中流動(dòng)的速度分布狀態(tài)，導(dǎo)致學(xué)生在理解流體的速度分布以及邊界層和層流內(nèi)層的概念比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種流體速度分布實(shí)驗(yàn)儀及其使用方法，能夠模擬流體在圓管中流動(dòng)的速度分布狀態(tài)，利于直觀觀察。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)儀采用如下技術(shù)方案：

包括用于裝流體的高位槽，高位槽的底部連通透明的圓管，圓管上設(shè)置第一閥門；圓管的入口處設(shè)置有若干個(gè)針頭，針頭均連接墨水瓶，針頭均帶有第二閥門。

進(jìn)一步地，針頭為五個(gè)。

進(jìn)一步地，針頭分別設(shè)置在圓管的中心、四分之三半徑，二分之一半徑、四分之一半徑和管壁處。

進(jìn)一步地，第二閥門為脈沖閥門。

進(jìn)一步地，圓管上還安裝有流量計(jì)。

進(jìn)一步地，高位槽的底部通過第一管路和第二管路連接循環(huán)水槽，形成循環(huán)回路；第一管路上安裝壓力泵。

進(jìn)一步地，高位槽的底部開設(shè)有一個(gè)入水口和兩個(gè)出水口，入水口與第一管路相連，出水口對(duì)稱開設(shè)在入水口兩側(cè)；其中一個(gè)出水口連接圓管，另一個(gè)出水口連接第二管路；入水口和兩個(gè)出水口之間均設(shè)置有溢流擋板。

進(jìn)一步地，溢流擋板底面和高位槽接觸的位置中間設(shè)置透水孔。

進(jìn)一步地，墨水瓶安裝在墨水瓶支架上，墨水瓶支架設(shè)置在高位槽上方；圓管上設(shè)置有長(zhǎng)度刻度，圓管管徑在50mm以上。

本發(fā)明方法采用如下技術(shù)方案：包括以下步驟：

(1)在高位槽中加入流體Ⅰ，開啟第一閥門，流體Ⅰ的初始流速不超過150L/h；

(2)開啟所有針頭上的第二閥門，使墨水瓶中的流體Ⅱ流入流體I中，進(jìn)行層流演示；其中流體Ⅱ和流體I的顏色不同；

(3)逐漸增大流體Ⅰ的流速，流體Ⅰ的層流從圓管中心向管壁逐漸變?yōu)橥牧?，完成湍流演示?/p>

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明通過設(shè)置高位槽裝流體，通過透明的圓管放出，同時(shí)在圓管入口處設(shè)置針頭，通過針頭向圓管中流動(dòng)的流體中通入有色流體，比如墨水，通過調(diào)節(jié)第一閥門控制流體流速，通過第二閥門控制不同針頭流出有色流體，以進(jìn)行流體層流和湍流演示，能夠模擬流體在圓管中流動(dòng)的速度分布狀態(tài)，利于直觀觀察；在教學(xué)演示中，能很好的幫助學(xué)生理解流體在管路中的速度分布狀態(tài)和邊界層和層流內(nèi)層的概念。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中針頭設(shè)置在圓管不同位置，利于模擬管內(nèi)不同位置的速度分布狀態(tài)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過形成循環(huán)回路，節(jié)約用水。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過設(shè)置溢流擋板，將高位槽分成三個(gè)水箱，確保高位槽中的水向圓管流動(dòng)時(shí)，其液面不劇烈晃動(dòng)，避免影響演示效果。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過設(shè)置透水孔，利于在演示結(jié)束后排空高位槽中剩余的水。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過設(shè)置位于高位槽上方的墨水瓶支架，能夠利用重力作用放出有色流體，節(jié)約能源。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過在圓管上設(shè)置長(zhǎng)度刻度，利于計(jì)算流體速度。

本發(fā)明使用方法簡(jiǎn)單，能夠有效對(duì)流體流動(dòng)的速度分布狀態(tài)進(jìn)行演示，利于學(xué)生理解邊界層、層流內(nèi)層、層流和湍流等概念。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中針頭分布位置截面圖。

其中：1-墨水瓶；2-墨水瓶支架；3-溢流擋板；4-高位槽；5-透水孔；6-針頭；7-流量計(jì)；8-第一閥門；9-壓力泵；10-循環(huán)水槽。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1，本發(fā)明包括用于裝流體Ⅰ的高位槽4，高位槽4的底部連通透明的圓管，圓管上設(shè)置流量計(jì)7和第一閥門8；圓管的入口處設(shè)置有若干個(gè)針頭6，針頭6均帶有第二閥門，第二閥門為脈沖閥門。針頭6均連接墨水瓶1，墨水瓶1安裝在墨水瓶支架2上，墨水瓶支架2設(shè)置在高位槽4上方。墨水瓶中裝有流體Ⅱ，流體Ⅱ和流體I的顏色不同且能夠互溶；流體I一般采用無色液體如水，流體Ⅱ可以采用有色染料如紅墨水。