[發(fā)明專利]一種用于觀測(cè)湍流特征的雷諾實(shí)驗(yàn)儀及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911054019.3
• 申請(qǐng)日: 2019-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN110767046A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢會(huì);陳潔;王海科;于滌塵;竇妍;高燕燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)安大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B23/12
• 分類號(hào): G09B23/12
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種用于觀測(cè)湍流特征的雷諾實(shí)驗(yàn)儀及方法，穩(wěn)水箱和試驗(yàn)管道設(shè)置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，穩(wěn)水箱中設(shè)有擋板b，擋板b將穩(wěn)水箱內(nèi)腔分隔為A區(qū)和B區(qū)，穩(wěn)水箱中還設(shè)有擋板a，擋板a將所述A區(qū)分隔為A1區(qū)和A2區(qū)，擋板a和擋板b頂部平齊且與穩(wěn)水箱內(nèi)頂面留有空隙；供水箱的出口與A1區(qū)連通，A2區(qū)的底部設(shè)有溢流管；試驗(yàn)管道的進(jìn)口與B區(qū)連通，試驗(yàn)管道的出口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥；示蹤盒設(shè)置于穩(wěn)水箱頂部，示蹤盒管道的入口與示蹤盒連接，示蹤盒管道的出口設(shè)置在試驗(yàn)管道進(jìn)口處。本發(fā)明通過兩種示蹤劑的對(duì)比試驗(yàn)研究，可用于分析不同層流到湍流的流動(dòng)特征，有助于湍流現(xiàn)象的研究；試驗(yàn)有效減少了試驗(yàn)時(shí)存在的內(nèi)部擾動(dòng)和觀測(cè)誤差，大大提高了試驗(yàn)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種用于觀測(cè)湍流特征的雷諾實(shí)驗(yàn)儀及方法。

背景技術(shù)

雷諾實(shí)驗(yàn)是雷諾于1883年設(shè)計(jì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，用于研究流體的不同流動(dòng)狀態(tài)，即層流狀態(tài)和湍流狀態(tài)。雷諾用滴管在流體內(nèi)注入有色顏料，發(fā)現(xiàn)流速不大時(shí)，管內(nèi)呈現(xiàn)一條條與管壁平行并清晰可見的有色細(xì)絲即脈線，管內(nèi)流體分層流動(dòng)，互不混淆，說明管內(nèi)流體處于層流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。增大流速，則脈線變粗，開始出現(xiàn)波紋，隨管內(nèi)流速的增加，波紋的數(shù)目和振幅逐漸加大，當(dāng)流速達(dá)到某數(shù)值時(shí)，脈線突然分裂成許多運(yùn)動(dòng)著的小渦旋，繼而很快消失，使整個(gè)管內(nèi)的流體帶上了淡薄的顏料的顏色，此時(shí)流體處于湍流狀態(tài)。

目前，雖然進(jìn)行了許多關(guān)于湍流的研究，但是迄今還沒有成熟的數(shù)學(xué)理論，許多基本技術(shù)問題尚未得到完美的理論解釋。人們希望通過湍流實(shí)驗(yàn)研究，能在不久的將來揭示出湍流現(xiàn)象的一些機(jī)制，從而對(duì)全面認(rèn)識(shí)和解決湍流這個(gè)難題向前跨進(jìn)一步。鑒于此，對(duì)傳統(tǒng)的雷諾實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行改進(jìn)，一方面提高試驗(yàn)的觀測(cè)精度，另一方面進(jìn)一步明確流體從層流到湍流的變化特征。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中心存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于觀測(cè)湍流特征的雷諾實(shí)驗(yàn)儀及方法，本發(fā)明能夠較為準(zhǔn)確的觀測(cè)流體從層流到湍流的變化特征。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種用于觀測(cè)湍流特征的雷諾試驗(yàn)儀，包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、供水箱、穩(wěn)水箱、示蹤盒、試驗(yàn)管道和示蹤盒管道，穩(wěn)水箱和試驗(yàn)管道設(shè)置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，穩(wěn)水箱中設(shè)有擋板b，擋板b將穩(wěn)水箱內(nèi)腔分隔為A區(qū)和B區(qū)，穩(wěn)水箱中還設(shè)有擋板a，擋板a將所述A區(qū)分隔為A1區(qū)和A2區(qū)，擋板a和擋板b頂部平齊且與穩(wěn)水箱內(nèi)頂面留有空隙；供水箱的出口與A1區(qū)連通，A2區(qū)的底部設(shè)有溢流管；試驗(yàn)管道的進(jìn)口與B區(qū)連通，試驗(yàn)管道的出口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥；示蹤盒設(shè)置于穩(wěn)水箱頂部，示蹤盒管道的入口與示蹤盒連接，示蹤盒管道的出口設(shè)置在試驗(yàn)管道進(jìn)口處；試驗(yàn)管道是透明的。

所述試驗(yàn)管道的橫截面為矩形。

示蹤盒設(shè)置至少兩個(gè)，示蹤盒中盛裝不同顏色的示蹤劑，每個(gè)示蹤盒上均連接有所述示蹤盒管道。

每個(gè)示蹤盒上連接的示蹤盒管道的出口在試驗(yàn)管道進(jìn)口處呈水平并排分布。

供水箱中裝有抽水泵，抽水泵通過上水管與所述A1區(qū)連通。

還包括集水池和集水管，集水池設(shè)置于試驗(yàn)管道的出口處，用于盛接試驗(yàn)管道的出水，集水管的一端與集水池連接，另一端連接至供水箱。

溢流管連接至供水箱。

試驗(yàn)管道的上方設(shè)有用于拍攝試驗(yàn)管道內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)的高速攝影機(jī)。

一種用于觀測(cè)湍流特征方法，通過所述的雷諾試驗(yàn)儀進(jìn)行，包括如下步驟：

S1，通過供水箱向A1區(qū)供水，隨著A1區(qū)中水位的上升，A1區(qū)中的水一部分溢流至A2區(qū)并順溢流管溢流，另一部分流入B區(qū)，使B區(qū)的水充滿且溢流至A2區(qū)；

S2，打開流量調(diào)節(jié)閥，然后利用示蹤盒和示蹤盒管道向試驗(yàn)管道的進(jìn)口加入示蹤劑；

S3，觀察試驗(yàn)管道中示蹤劑的狀態(tài)。