專利名稱：L-ii流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
L-I I流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀一、技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及流體力學(xué)領(lǐng)域。在一臺(tái)儀器上能完成五個(gè)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)。流體力學(xué)在現(xiàn)代化建設(shè)中越來越顯示出它應(yīng)用的廣泛性和重要性。它在化工、水利、航天、航運(yùn)等方面都不可缺少。加之流體力學(xué)是符合相似性原理的，所有關(guān)于流體方面的工程都是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的。二、技術(shù)背景[0002]本儀器是在原荊州師范學(xué)院物理系于90年代研制的伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀(國(guó)家專利號(hào)ZL96206873 · X)的基礎(chǔ)上研制而成，它的特點(diǎn)是可布置于任意實(shí)驗(yàn)桌上，水流自動(dòng)循環(huán)，水頭在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，使其實(shí)驗(yàn)具有多樣性，同一臺(tái)儀器有完成五個(gè)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)。適合于理、工科學(xué)生做流體力學(xué)分組實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為1、理想流體定常流動(dòng)的 Bernoulli方程的驗(yàn)證；2、理想流體定常流動(dòng)的Bernoulli能量方程實(shí)驗(yàn)；3、Pitot管測(cè)流體的流速；4、泊肅葉(J.Poiseujlle)公式的驗(yàn)證；5、局部阻力損失實(shí)驗(yàn)。三、發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀器主要適用于理、工科學(xué)生的流體力學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)，也可供科研人員對(duì)于流體力學(xué)的研究。根據(jù)新教材對(duì)流體力學(xué)的要求，實(shí)驗(yàn)課題不斷增加，鑒于原伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，只能做Bernoulli方程實(shí)驗(yàn)，已不能滿足實(shí)驗(yàn)的需要。據(jù)此，我們?cè)凇安匠虒?shí)驗(yàn)儀”的基礎(chǔ)上經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、精心研制，在每個(gè)段面上增加了一個(gè)全壓管，以構(gòu)成皮托管，拓寬了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使其資源得到更充分的利用。我們新開發(fā)的 L-II型流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀能完成五項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)理想流體定常流動(dòng)的Bernoulli方程的驗(yàn)證；(2)理想流體定常流動(dòng)的Bernoulli能量方程實(shí)驗(yàn)；(3)Pitot管測(cè)流體的流速；[0004](4)泊肅葉(J. Poiseujlle)公式的驗(yàn)證；(5)局部阻力損失實(shí)驗(yàn)。[0005]本實(shí)用新型提供一種L-II流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，主要由供水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、變徑導(dǎo)流管、測(cè)壓部分及底座幾個(gè)部分組成，其特點(diǎn)是在導(dǎo)流管的每個(gè)部分都增加了一個(gè)動(dòng)壓管和一個(gè)靜壓管，構(gòu)成了 Pitot管，同時(shí)能開設(shè)流體力學(xué)的五項(xiàng)實(shí)驗(yàn)(1)理想流體定常流動(dòng)的伯努利方程的驗(yàn)證；(2)理想流體定常流動(dòng)的伯努利能量方程實(shí)驗(yàn)；(3)Pitot管測(cè)流體的流速；(4)流量的測(cè)定-泊肅葉公式的驗(yàn)證；(5)局部阻力損失實(shí)驗(yàn)。[0006]本流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征還包括導(dǎo)流系統(tǒng)，三變徑導(dǎo)流管2-2-1、導(dǎo)流管 2-2-2、導(dǎo)流管2-2-3，組成了各段面的靜壓和動(dòng)壓，三變徑導(dǎo)流管內(nèi)徑的比滿足了流速和壓強(qiáng)之間的關(guān)系，并且由一個(gè)靜壓管和一個(gè)動(dòng)壓管組成了 Pitot管，保證儀器能開設(shè)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。[0007]本流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征還包括水流的自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)上水系統(tǒng)S1-14、泄水系統(tǒng)1-08，構(gòu)成了水流在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的任意循環(huán)。[0008]本流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特點(diǎn)包括穩(wěn)壓、溢水系統(tǒng)穩(wěn)壓水箱1-03、泄水箱1-08、 溢水杯1-04，穩(wěn)壓水箱1-03保證了水頭的靜止，以滿足實(shí)驗(yàn)條件，溢水懷1-04在水箱內(nèi)自由可調(diào)，保證了實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诓煌乃^下進(jìn)行。[0009]該儀器仍保留了原“伯努利方程實(shí)驗(yàn)儀”的特點(diǎn)，水流自動(dòng)循環(huán)。其改進(jìn)部分是在每個(gè)段面上增加了一個(gè)全壓管和一個(gè)靜壓管，以構(gòu)成皮托管，增加了一供水箱1-01，在穩(wěn)壓水箱1-03內(nèi)增加了穩(wěn)流板，使水流更趨穩(wěn)定，當(dāng)水泵停機(jī)后，水沿原供水管回入供水箱，使實(shí)驗(yàn)后的整理工作更容易。測(cè)壓管由原來的3根增加至9根，9根測(cè)壓管3-03全部引至集中的測(cè)壓臺(tái)3-02上，便于比較測(cè)量。測(cè)壓管由原每根直管只有一根測(cè)壓管測(cè)靜壓變?yōu)槊扛惫苌嫌腥鶞y(cè)壓管，1根測(cè)全壓，2根測(cè)靜壓。使該儀器的功能得以拓展。能完成五項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。特別是通過試驗(yàn)對(duì)2-2-1、2-2-2、2-2-3三變徑導(dǎo)流管的內(nèi)徑比例作了恰當(dāng)?shù)男薷模?使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更合理、更精確。該儀器就整體而言，有兩種形式一是臺(tái)式，如圖所示。它可置于一般實(shí)驗(yàn)桌上，布置靈活，變換自如。二是整體式，即連同實(shí)驗(yàn)桌做為一體，適宜于固定的實(shí)驗(yàn)室。后者是不經(jīng)濟(jì)的。[0010]與其它同類儀器相比，它的最大優(yōu)點(diǎn)在于1、水流自動(dòng)循環(huán)，節(jié)約了用水，布置方便靈活；2 水頭高度(1-04溢水杯)在一定范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)；3 —臺(tái)儀器能完成多個(gè)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)，適用性更寬。且實(shí)驗(yàn)結(jié)果更合理、精度更高。

[0011]圖1是本實(shí)用新型L-II流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖[0012]具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型包括[0013]00實(shí)驗(yàn)桌 1-00電源 1-01供水水箱 1-02潛水泵 1_03穩(wěn)壓水箱 1_04溢水杯1-04-1定位螺絲 1-08泄水箱S1-12泄水管S1-13溢水管S1-14上水管2_2_1 導(dǎo)流管(1) 2-2-2導(dǎo)流管O) 2-2-3導(dǎo)流管(3) 2-2-5管支撐(甲)2_2_7管支撐(乙) 2-12-2間閥2-12-6支柱螺母3_01測(cè)壓臺(tái) 3_02測(cè)壓基準(zhǔn)臺(tái) 3_03測(cè)壓管3_05測(cè)壓針管(共9根)3-08深度游標(biāo)尺4-01底板4-03可調(diào)地腳五具體實(shí)施方式
[0014](1)流體的運(yùn)行首先將溢水杯(1-04)調(diào)整到所須高度，用定位螺釘(1-04-1)旋緊定位；再開啟水泵，流體經(jīng)上水管(S1-14)向穩(wěn)壓水箱(1-0 注水。液面至所須度、溢水杯(1-04)經(jīng)溢水管(S1-13)向供水箱(1-01)回水。同時(shí)開啟閘閥0-12-2)至適當(dāng)位置， 使流體經(jīng)泄水箱(1-08)從泄水管(S1-12)回流至供水箱。[0015](2)水平調(diào)節(jié)①當(dāng)向穩(wěn)壓水箱注水至淹沒導(dǎo)流管后，導(dǎo)流管流動(dòng)的水流中可能夾帶著空氣泡，測(cè)壓管及軟管中可能也帶有氣泡，使測(cè)壓管液面高度不真實(shí)。這時(shí)必須排盡氣泡，所采取的方法是破壞氣泡，使之隨流體流出，或使之上引到液面進(jìn)入大氣。②測(cè)壓基準(zhǔn)臺(tái)(3-02)，其上平面，經(jīng)校準(zhǔn)與導(dǎo)流管軸線平行，如儀器底板(4-01是水平的，9根測(cè)壓管在關(guān)閉間閥0-12- 的情況下，液面應(yīng)該是在同一高度上，不然將調(diào)整底板下的三支可調(diào)地腳。一經(jīng)調(diào)平、不能再動(dòng)。也不得移動(dòng)底板位置，在調(diào)平過程中，可能有個(gè)別測(cè)壓管液面不等高，說明該管內(nèi)空氣未排盡，須再次對(duì)其排氣，直至等高。在水平調(diào)節(jié)過程中，總是先揚(yáng)后抑，即先使穩(wěn)壓水箱水位至少上升至250mm以上，待測(cè)壓管液面在一個(gè)水平上，再降低溢水杯至各實(shí)驗(yàn)所需的水頭高度。但其間間有開閥排氣。[0016](I)Bernoulli 方程實(shí)驗(yàn)[0017]伯努利方程是流體力學(xué)中最基本、最重要的方程。在慣性系中，當(dāng)理想流體在重力作用下穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，一定流線上各空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)、流速不隨時(shí)間改變，應(yīng)滿足[0018]-P υ .2 + pg h, + P , 二恒量(2).......................................(1)2[0019]或i + hx + =恒量(3).......................................(2)^gY[0020]以上兩式稱為伯努利方程。[0021]在驗(yàn)證上式時(shí)，要在穩(wěn)定流動(dòng)下進(jìn)行，即流體處于層流狀態(tài)，其判據(jù)為雷諾數(shù)[0022]Re ~ ..........................................(3)0V[0023]這里取雷諾數(shù)Re = 2300 (無量綱數(shù))，d取導(dǎo)流管內(nèi)徑，η、P為流體的粘性系數(shù)和密度。[0024]υ為流體流速(上限)。[0025]特點(diǎn)是在不同水頭高度下可重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)精度更高。[0026](2)理想流體定常流動(dòng)的Bernoulli (能量)方程實(shí)驗(yàn)。[0027]實(shí)驗(yàn)(1)的Bernoulli方程是理想狀態(tài)，是沒有能量損失的。實(shí)際上是不可能的。[0028]本實(shí)驗(yàn)(2)就是要加深對(duì)流體在流動(dòng)過程中能量損失hw的認(rèn)識(shí)；并進(jìn)一步掌握流動(dòng)中的一些參量(如流速、流量、靜壓、全壓)的測(cè)量技能。[0029]此時(shí)有Bernoul 1 i能量方程[0030]^i + -=++h ..............................(4)Y ^gγ 2g “[0031]這里Z1為水頭高度，P1為靜壓，Y為流體重度，α為流速系數(shù)，為能量l_i截面的能量損失。其中i = 2、3、4……n;取Ci1 = Q2=……=an= 1[0032]本實(shí)驗(yàn)通過三次不同水頭變換，計(jì)算出各點(diǎn)不同的總水頭，從而可以清楚地看到能量的損失。并沿管線劃出最大流速時(shí)總壓和靜壓的變化曲線。[0033]特點(diǎn)是能觀察到在不同水頭作用下，不同流速的不同能量損耗。[0034](3)泊蕭葉公式的驗(yàn)證[0035]泊蕭葉認(rèn)為流管里的流體，上下游之間沒有壓差則不可能流動(dòng)。這就彌補(bǔ)了 Bernoulli方程的局限性，其泊蕭葉公式為nR4[0036]Q = —— (P1 -P2 ) .................................8"/[0037]式中Q為流量，R為流管的半徑，1為兩測(cè)壓點(diǎn)P1 (上游)和P2 (下游)間的長(zhǎng)度， PpP2S兩測(cè)壓點(diǎn)間的壓強(qiáng)，n為流體的粘性系數(shù)。注意流體仍應(yīng)滿足層流狀態(tài)。[0038]這是本儀器所獨(dú)具的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。[0039]G) Pitot管測(cè)流速實(shí)驗(yàn)[0040]本實(shí)驗(yàn)裝置中，均設(shè)有全壓和靜壓管，理論上它們均組成Pitot對(duì)管，根據(jù)對(duì)該對(duì)管列出的伯努利方程，有流速[0041]u=^j2gAh ............................................. (6)[0042]根據(jù)率定實(shí)驗(yàn)，確定其修正系數(shù)Φ，上式變?yōu)閇0043]O = O^gAh ....................................... (7)[0044]式中Ah為全壓與靜壓水頭之差。[0045]現(xiàn)代化的測(cè)速手段較多(如用聲、光、電)，但有時(shí)還得用Pitot管率定。用Pilot 管測(cè)流速，雖為傳統(tǒng)，但已十分完善。此法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種L-II流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，由供水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、變徑導(dǎo)流管、測(cè)壓部分及底座組成，其特點(diǎn)是在導(dǎo)流管的每個(gè)部分都增加了一個(gè)動(dòng)壓管和一個(gè)靜壓管，構(gòu)成了 Pitot管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征還包括導(dǎo)流系統(tǒng)，三變徑導(dǎo)流管 0-2-1)、導(dǎo)流管0-2-2)、導(dǎo)流管0-2-3)，組成了各段面的靜壓和動(dòng)壓，三變徑導(dǎo)流管內(nèi)徑的比滿足了流速和壓強(qiáng)之間的關(guān)系，并且由一個(gè)靜壓管和一個(gè)動(dòng)壓管組成了 Pitot管， 保證儀器能開設(shè)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征還包括水流的自動(dòng)循環(huán)系統(tǒng) 上水系統(tǒng)(S1-14)、泄水系統(tǒng)(1-08)，構(gòu)成了水流在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的任意循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特點(diǎn)包括穩(wěn)壓、溢水系統(tǒng)穩(wěn)壓水箱 (1-03)、泄水箱(1-0 、溢水杯(1-04)，穩(wěn)壓水箱(1-0 保證了水頭的靜止，以滿足實(shí)驗(yàn)條件，溢水懷(1-04)在水箱內(nèi)自由可調(diào)，保證了實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诓煌乃^下進(jìn)行。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種L-II流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀，測(cè)壓管由原每根直管只有一根測(cè)靜壓變?yōu)槊扛惫苌嫌腥鶞y(cè)壓管，1根測(cè)全壓，2根測(cè)靜壓。且由一根靜壓管和一根動(dòng)壓管組成pitot管，使該儀器的功能得以拓展，能完成五項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。特別是通過試驗(yàn)對(duì)三變徑管的內(nèi)徑比例作了恰當(dāng)?shù)男薷?，使得?shí)驗(yàn)結(jié)果更合理、更精確。測(cè)壓管全部引至集中的測(cè)壓臺(tái)上，便于比較測(cè)量。還增加了一個(gè)供水箱，并在穩(wěn)壓水箱內(nèi)增加了穩(wěn)流板，使水流更趨穩(wěn)定，當(dāng)水泵停機(jī)后，水沿原供水管回入供水箱，使實(shí)驗(yàn)后的整理工作更容易。該儀器可置于一般實(shí)驗(yàn)桌上，布置靈活，變換自如。
文檔編號(hào)G09B23/12GK202258045SQ20112010335
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者徐大海, 王陽恩, 陳一之 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江大學(xué)