本發(fā)明涉及一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，屬于新能源及節(jié)能。

背景技術：

1、流體力學實驗環(huán)節(jié)的設置，目的是培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，讓學生在實驗中觀察問題、發(fā)現問題、思考問題進而形成解決問題的能力，滿足現代人才培養(yǎng)的發(fā)展需求。但現有流體力學實驗都是歷經百年的經典實驗，實驗裝置成熟，學生只是機械地按照流程操作、記錄數據、處理結果，與實驗環(huán)節(jié)設置目的脫節(jié)，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2、本實驗裝置源于虹吸溢流式液位控制裝置開發(fā)，在開發(fā)虹吸溢流式液位控制裝置過程中發(fā)現彎頭處滿水臨界條件對裝置的運行特性有重要的影響。但因為影響因素眾多，課題開發(fā)過程中只實現裝置應用，對于彎頭處滿水臨界條件影響因素及機理的研究不夠深入，有必要開展相關研究。

3、本發(fā)明特色及創(chuàng)新點有：1）源于實際開發(fā)課題，具有較廣的工程應用背景；2）實驗裝置涉及的知識點及主要研究內容與流體力學理論部分緊密相關，在大多數本行業(yè)人士及莘莘學子掌握知識范圍內；3）彎頭處滿水臨界條件影響因素眾多，本實驗裝置可有效的通過控制變量法實現對所涉及到變量的依次測量與研究。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種測量彎頭處滿水臨界條件的流體力學探索性實驗裝置，為了實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：

2、一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，包括實驗臺、供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、調節(jié)與測量系統(tǒng)四大部分。

3、作為優(yōu)選，四系統(tǒng)在實驗過程中為一個可循環(huán)使用的整體，且各部分均可拆卸更換；供水水箱實際為一個恒定液位水箱，其內部有兩隔斷：遠離測量裝置側設有高度較低無孔板，水流經板頂溢流進水箱最外側，同時經水箱下側溢流管回流至回水水箱，保證供水水箱液位恒定；近測量裝置側設有多孔穩(wěn)流板，水流可經孔洞至水箱前段，供三通實驗段使用，保證供水水箱液位穩(wěn)定；同時下側設有帶水泵裝置的水管，可將回水箱中水泵回至供水箱；以此循環(huán)，實現水箱內液位的恒定與水的循環(huán)使用。

4、作為優(yōu)選，在使用本實驗裝置進行實驗過程中，一共可進行四項變量對于真空度影響的測量：通過改變導軌上滑塊的高度，使其與供水水箱所形成的高差發(fā)生改變，從而達到改變流量進而測量彎頭形成滿水的臨界條件的目的；使滑塊高度固定，通過改變導軌前側供水水管的長度，使水流進入到測量系統(tǒng)的路徑長短發(fā)生改變，從而達到改變系統(tǒng)沿程阻力進而測量彎頭形成滿水的臨界條件的目的；使滑塊高度固定，通過改變導軌后垂直水管的長度，使水流進入到測量系統(tǒng)的路徑長短發(fā)生改變，從而達到改變系統(tǒng)沿程阻力進而測量彎頭形成滿水的臨界條件的目的；使滑塊高度與進出口管長固定，通過改變導軌前后供水水管與垂直水管的管徑，實現測量不同管徑情況下彎頭形成滿水的臨界條件的目的。

5、本發(fā)明提供了一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，與已有設計不同的是：原有實現裝置將回水系統(tǒng)與測量真空度所用的水箱設計成一個整體，即一個水箱兼顧兩項作用。這就會造成受不同影響因素的水流過大時，產生虹吸流，雖然本發(fā)明的思考背景是研究虹吸溢流裝置，但這樣設計容易造成實驗過程中，變量不可控制，且實驗采集的數據受諸多因素影響，無法確定每個影響因素的具體參數。本發(fā)明將供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、調節(jié)與測量系統(tǒng)分為三個獨立工作的個體，同時三者又作為一個整體統(tǒng)一構成整個實驗裝置。在實驗過程中，達到臨界條件，形成滿水后的彎頭與細管單獨作用，回水系統(tǒng)單獨循環(huán)共給供水系統(tǒng)，不會產生上述影響，便于開展實驗、采集數據、分析研究。

技術特征：

1.一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，包括實驗臺、供水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、調節(jié)與測量系統(tǒng)四大部分。

2.如權利要求1所述的一一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，其特征在于：四系統(tǒng)在實驗過程中為一個可循環(huán)使用的整體，且各部分均可拆卸更換。

3.如權利要求1所述的一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，其特征在于：通過改變導軌上滑塊的高度，使其與供水水箱所形成的高差發(fā)生改變，從而達到改變流量進而測量形成滿水臨界條件的目的。

4.如權利要求1所述的一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，其特征在于：使滑塊高度固定，通過改變導軌前后供水水管與垂直水管的長度，使水流進入到測量系統(tǒng)的路徑長短發(fā)生改變，從而達到改變系統(tǒng)沿程阻力進而測量形成滿水臨界條件的目的。

5.如權利要求1所述的一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，其特征在于：使滑塊高度與進出口管長固定，通過改變導軌前后供水水管與垂直水管的管徑，實現測量不同管徑情況下真空度的目的。

6.在此如權利要求2所述，其特征在于：供水水箱實際為一個恒定液位水箱，其內部有兩隔斷：遠離測量裝置側設有高度較低無孔板，水流經板頂溢流進水箱最外側，同時經水箱下側溢流管回流至回水水箱，保證供水水箱液位恒定；近測量裝置側設有多孔穩(wěn)流板，水流可經孔洞至水箱前段，供三通實驗段使用，保證供水水箱液位穩(wěn)定；同時下側設有帶水泵裝置的水管，可將回水箱中水泵回至供水箱；以此循環(huán)，實現水箱內液位的恒定與水的循環(huán)使用。

技術總結
本發(fā)明涉及一種測量彎頭處滿水臨界條件流體力學探索性實驗裝置，包括實驗臺10、實驗臺支架9、供水水箱系統(tǒng)1、管路系統(tǒng)2，6、調節(jié)系統(tǒng)3，4、滿水臨界條件測量系統(tǒng)5、集水水箱系統(tǒng)7和收集回流系統(tǒng)8；管路系統(tǒng)包括供水管2、測量處水管6；調節(jié)系統(tǒng)包括調節(jié)流量所用的導軌3、滑塊4；滿水臨界條件測量系統(tǒng)包括一個彎頭5；收集回流系統(tǒng)包括由集水水箱7引出的回水管及水泵8。通過調節(jié)導軌上的滑塊實現供水水箱內流量的改變，使水流依次經過供水管、連接在導軌上的三通管、測量處水管、測量滿水臨界條件的細管及水箱的過程中，在細管內水流充滿程度的不同，來實現對彎頭滿水臨界條件的探索；同時，本發(fā)明還可通過固定滑塊高度，改變供水管及三通管的長度或管徑，實現對影響滿水臨界條件的其他因素的探索與發(fā)現。與現有技術相比，本發(fā)明具有變量易控制、實驗數據采集準確高效、使用過程簡單、安全、可靠，設有收集回流系統(tǒng)減少實驗消耗的幾大優(yōu)勢。

技術研發(fā)人員：朱明章,張林,李正津,宋祖健
受保護的技術使用者：青島理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9