[發明專利]流體靜壓強分布教學演示儀

在審

• 申請號: 201910215180.8
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109754679A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 張敏弟;黃國豪;鄭辰;常青;黃彪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G09B23/12
• 分類號: G09B23/12
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的流體靜壓強分布教學演示儀，屬于流體靜力學教學技術領域。本發明通過激光測量裝置觀測實驗圓筒內液體的自由液面在旋轉中心處與圓筒內側壁處的液位差，利用歐拉平衡微分方程計算得旋轉容器理論旋轉速度，與數顯調速電機調速器屏顯示的實際轉速對比，以驗證歐拉平衡微分方程；通過調節數顯調速電機，給定調速電機的轉速，利用歐拉平衡微分方程求得實驗圓筒內液體的自由液面在旋轉中心處至圓筒內側壁處的理論液位差，對比測量所得實際液位差，以驗證歐拉平衡微分方程。本發明能夠在課堂上進行歐拉平衡微分方程驗證與實驗應用的同步教學，使學生對等角速度旋轉容器內的液體平衡狀態學習內容有更深刻的理解。

技術領域

本發明涉及一種流體靜壓強分布教學演示儀，屬于流體靜力學教學技術領域。

背景技術

流體靜力學主要研究靜止流體中的壓強分布規律。這里的“靜”是指流體質點沒有相對運動。屬于這種情況的有兩種：一是相對地面沒有運動，這稱為絕對靜止；二是流體相對地面有運動，但流體質點間沒有相對運動。流體靜力學在諸多工程領域有著重要應用，也是《流體力學》課程要求學生必須理解和掌握的重要內容。相對靜止狀態不同于絕對靜止狀態，生活實際中并不常見，在教材和教學中往往利用抽象的示意圖表示，因此學生理解起來較為困難，相對靜止狀態靜力學的教學效果欠佳。

發明內容

本發明公開的流體靜壓強分布教學演示儀的目的在于：提供一種更直觀的流體靜壓強分布演示教具，直觀展示不同轉速下旋轉實驗圓筒內液體的相對靜止狀態；通過激光測量裝置觀測實驗圓筒內液體的自由液面在旋轉中心處與圓筒內側壁處的液位差，利用歐拉平衡微分方程計算得旋轉容器理論旋轉速度，與數顯調速電機調速器屏顯示的實際轉速對比，以驗證歐拉平衡微分方程；通過調節數顯調速電機，給定調速電機的轉速，利用歐拉平衡微分方程求得實驗圓筒內液體的自由液面在旋轉中心處至圓筒內側壁處的理論液位差，對比測量所得實際液位差，以驗證歐拉平衡微分方程。本發明能夠在課堂上進行歐拉平衡微分方程驗證與實驗應用的同步教學，使學生對等角速度旋轉容器內的液體平衡狀態學習內容有更深刻的理解。

本發明目的通過下述技術方案實現。

本發明公開的流體靜壓強分布教學演示儀，主要由實驗圓筒、數顯調速電機、激光測量裝置及其他配件組成。所述的其他配件包括操作平臺、平鍵、固定裝置深溝球軸承。數顯調速電機主要由電機、數顯調速器組成，兩者固定在操作平臺上。數顯調速電機輸出軸末端設有與平鍵相適配的鍵槽。實驗圓筒用于盛放液體，筒頂部采用半封閉結構，實驗圓筒底部設有用于調節液體高度的堵頭，底部設有與數顯調速電機輸出軸相適配的軸孔和鍵槽。激光測量裝置主要由測量支架、上激光筆、下激光筆、上滑塊、下滑塊組成，支架包括豎立的、帶有刻度的滑軌，上、下激光筆分別水平固定在刻度尺上的上、下滑塊上，上、下滑塊沿滑軌上下移動，在上、下滑塊上設計一個與激光光線同高的指針，便于讀出激光光線的高度值。上、下激光筆發出的水平有色激光穿透實驗圓筒外壁，照射在實驗圓筒內的液體內部或自由液面任意處，通過刻度尺刻度讀出激光照射位置的水平高度，實現測量液面高度的功能。深溝球軸承用于承載實驗圓筒，并用于實現實驗圓筒與操作平臺動靜旋轉配合，一方面保證實驗圓筒自由旋轉，另一方面用于限制實驗圓筒水平位移，確保實驗圓筒在不同的轉速平穩旋轉。平鍵實現實驗圓筒軸孔與數顯調速電機輸出軸相連，實現旋轉動力傳輸。

作為優選，實驗圓筒的制作材料為有機透明玻璃，造價便宜且便于觀察液體自由液面相對靜止狀態下的形態。

作為優選，為了避免轉速過高導致液體溢出，保持教學環境的干凈整潔,實驗圓筒頂部采用半封閉結構，圓孔直徑不大于實驗圓筒直徑的一半。

作為優選，為了形成便于測量的水位差，演示時數顯調速電機轉速由小到大調節，轉速不低于30r/min。

作為優選，液體優選水，初始液位不超過實驗圓筒的80％。

作為優選，所述固定裝置優選螺栓螺母實現固定連接。