本實用新型屬于化工原理實驗儀器，具體涉及一種流體速度分布實驗儀。

背景技術：

流體在圓管中流動時，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。目前沒有實驗儀器用來反映流體在圓管中流動的速度分布狀態(tài)，導致學生在理解流體的速度分布以及邊界層和層流內層的概念比較困難。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種流體速度分布實驗儀，能夠模擬流體在圓管中流動的速度分布狀態(tài)，利于直觀觀察。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

包括用于裝流體的高位槽，高位槽的底部連通透明的圓管，圓管上設置第一閥門；圓管的入口處設置有若干個針頭，針頭均連接墨水瓶，針頭均帶有第二閥門；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；高位槽的底部開設有一個入水口和兩個出水口，入水口與第一管路相連，出水口對稱開設在入水口兩側；其中一個出水口連接圓管，另一個出水口連接第二管路的入口，第二管路的出口位于循環(huán)水槽中；入水口和兩個出水口之間均設置有溢流擋板。

進一步地，針頭為五個。

進一步地，針頭分別設置在圓管的中心、四分之三半徑，二分之一半徑、四分之一半徑和管壁處。

進一步地，第二閥門為脈沖閥門。

進一步地，圓管上還安裝有流量計。

進一步地，溢流擋板底面和高位槽接觸的位置中間設置透水孔。

進一步地，墨水瓶安裝在墨水瓶支架上，墨水瓶支架設置在高位槽上方。

進一步地，圓管上設置有長度刻度，圓管管徑在50mm以上。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果：

本實用新型通過設置高位槽裝流體，通過透明的圓管放出，同時在圓管入口處設置針頭，通過針頭向圓管中流動的流體中通入有色流體，比如墨水，通過調節(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，以進行流體層流和湍流演示，能夠模擬流體在圓管中流動的速度分布狀態(tài)，利于直觀觀察；在教學演示中，能很好的幫助學生理解流體在管路中的速度分布狀態(tài)和邊界層和層流內層的概念。

進一步地，本實用新型中針頭設置在圓管不同位置，利于模擬管內不同位置的速度分布狀態(tài)。

進一步地，本實用新型通過形成循環(huán)回路，節(jié)約用水。

進一步地，本實用新型通過設置溢流擋板，將高位槽分成三個水箱，確保高位槽中的水向圓管流動時，其液面不劇烈晃動，避免影響演示效果。

進一步地，本實用新型通過設置透水孔，利于在演示結束后排空高位槽中剩余的水。

進一步地，本實用新型通過設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。

進一步地，本實用新型通過在圓管上設置長度刻度，利于計算流體速度。

【附圖說明】

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型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；8-第一閥門；9-壓力泵；10-循環(huán)水槽。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。

參見圖1，本實用新型包括用于裝流體Ⅰ的高位槽4，高位槽4的底部連通透明的圓管，圓管上設置流量計7和第一閥門8；圓管的入口處設置有若干個針頭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。

高位槽4的底部開設有一個入水口和兩個出水口，入水口與第一管路的出口相連，第一管路的入口和循環(huán)水槽10底部的出口相連，第一管路上安裝壓力泵9；高位槽4的出水口對稱開設在入水口兩側，其中一個出水口連接圓管的入口，另一個出水口連接第二管路的入口，第二管路的出口位于循環(huán)水槽10中，高位槽4的底部通過第一管路和第二管路連接循環(huán)水槽10，形成循環(huán)回路；入水口和兩個出水口之間設置有溢流擋板3，溢流擋板3的主要作用有兩個：一是溢流擋板3的高度決定了高位槽4中水位的高度，二是確保高位槽4中左側水箱即針頭6上面的水液面不劇烈晃動。實驗時壓力泵9不關閉，保持高位槽4水面高度恒定。溢流檔板3底面和高位槽4接觸的位置中間設置透水孔5，透水孔5的作用是實驗結束以后便于排空高位槽4中剩余的水。

參見圖2，針頭6為五個，且分別設置在圓管的中心、四分之三半徑，二分之一半徑、四分之一半徑和管壁處。且盡量分散開，如四分之三半徑，二分之一半徑、四分之一半徑和管壁處的針頭6分別位于圓管中心處針頭6的四個方向，能夠更好地演示不同部位的速度分布狀態(tài)， 避免干涉。透明的圓管管徑要在50mm以上，而且圓管外壁須有長度刻度。

每個紅墨水針頭6由脈沖閥門獨立控制，可以單獨開啟，也可以組合同時開啟，配合秒表，觀察每個針頭6位置的流體流動狀態(tài)。

根據針頭6到管壁的距離值從小到大，各針頭6上的脈沖閥門依次為A閥門、B閥門、C閥門、D閥門和E閥門。

本實用新型可以實現以下功能：

1、觀察紅墨水在各個閥門(到管壁的距離值由小到大的針頭6上紅墨水脈沖閥門依次為A閥門，B閥門，C閥門，D閥門，E閥門)流出后在透明圓管中的流動狀態(tài)。

2、計算各個閥門流出紅墨水的流動速度，相當于獲得在圓管中心、四分之三半徑、二分之一半徑、四分之一半徑以及靠近管壁處層流時的水流速度。

本實用新型可以進行層流狀態(tài)和湍流狀態(tài)的演示，工作步驟具體如下。

1、關閉第一閥門8。

2、啟動壓力泵9，待高位槽4中水面溢過溢流擋板3后開啟第一閥門8，流量不要超過150L/h，開啟閥門A，B，C，D，E。觀察各個針頭6流出的紅墨水的流動狀態(tài)。此時流體在管內低速流動，呈現為層流，各針頭6流出的紅墨水沿著與管軸平行的方向作平滑直線運動。流體的流速在圓管中心處最大，其近壁處最小。

3、逐漸增加第一閥門8的開度，增大流量，待閥門E對應的針頭6流出的紅墨水出現很小的波浪狀態(tài)，即不再是平滑直線時記錄流量計7的流速。觀察各個針頭6流出紅墨水的流動狀態(tài)，此時除了閥門E之外，其它針頭6流出的紅墨水仍是平滑直線運動。表明流量增大時層流因受擾動開始向不規(guī)則的湍流過渡。

4、關閉閥門A，B，C，D，E，以使圓管中的紅墨水清空，便于觀察下一階段試驗現象。

5打開閥門E同時開始計時，待紅墨水流過的距離為1000mm(透明管上有刻度)時，掐 表，記錄時間。同時關閉閥門E。紅墨水閥門A，B，C，D依次重復閥門E的步驟。記錄流量計7所顯示的流量，可以分別計算出在該流量下的水流速度。

6、開啟閥門A，B，C，D，繼續(xù)增加第一閥門8開度，增大流量，直到閥門D流出的紅墨水由直線流動狀態(tài)變?yōu)楹苄〔ɡ司€狀態(tài)為止。觀測各個針頭6流出紅墨水的流動狀態(tài)。

7、關閉閥門A，B，C，D。

8、打開閥門D同時開始計時，待紅墨水流過的距離為1000mm(透明圓管上有刻度)時，掐表，記錄時間。同時關閉閥門D。紅墨水閥門A，B，C依次重復閥門D的步驟。(此實驗過程閥門E一直關閉)。同時記錄流量計7顯示的流量。

9、開啟閥門A，B，C，繼續(xù)增加第一閥門8開度，增大流量，直到閥門C流出的紅墨水由直線流動狀態(tài)變?yōu)楹苄〔ɡ司€狀態(tài)為止。觀測各個紅墨水的流動狀態(tài)。

10、關閉閥門A，B，C。

11、打開閥門C同時開始計時，待紅墨水流過的距離為1000mm(透明管上有刻度)時，掐表，記錄時間。同時關閉閥門C。紅墨水閥門A，B依次重復閥門C的步驟。(此實驗過程閥門D、E一直關閉)。同時記錄流量計7顯示的流量。

12、開啟閥門A，B，繼續(xù)增加第一閥門8開度，增大流量，直到閥門B流出的紅墨水由直線流動狀態(tài)變?yōu)楹苄〔ɡ司€狀態(tài)為止。觀測各個紅墨水的流動狀態(tài)。

13關閉閥門A，B。

14、打開閥門B同時開始計時，待紅墨水流過的距離為1000mm(透明管上有刻度)時，掐表，記錄時間。同時關閉閥門B。紅墨水閥門A重復閥門B的步驟。(此實驗過程閥門D、E、C一直關閉)。同時記錄流量計7顯示的流量。

15、保持步驟14的流量不變，打開所有紅墨水閥門，觀察紅墨水的流動狀態(tài)，呈現湍流狀態(tài)，紅墨水流動紊亂。