一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。尤其涉及一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀及。
【背景技術(shù)】
[0002]流體力學(xué)水力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，沿程阻力實(shí)驗(yàn)是大中專院校中應(yīng)用很廣泛的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其所使用的沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀，通常由水泵直接供水，是一種自循環(huán)供水實(shí)驗(yàn)儀器。這種實(shí)驗(yàn)儀器因水泵引起的自循環(huán)管道系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)，會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)精度和穩(wěn)定性，以下以傳統(tǒng)常用的7毫米實(shí)驗(yàn)管道的沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀為例，說(shuō)明其技術(shù)背景。
[0003]沿程阻力實(shí)驗(yàn)包括層流實(shí)驗(yàn)和湍流實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其湍流實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)管道的作用水頭高，流量大，如上例所述的供水泵的揚(yáng)程為8-20米，最大流量為200-300毫升每秒，這種高揚(yáng)程的泵會(huì)引起較大的壓力波動(dòng)，尤其在低壓端可達(dá)數(shù)厘米的水柱或更高。由于層流實(shí)驗(yàn)階段，流量很小，其最大流量值約為每秒10毫升左右，其層流損失約在1-3厘米范圍(與水溫有關(guān))，因此水泵直供的自循環(huán)系統(tǒng)所產(chǎn)生的壓力波動(dòng)使層流實(shí)驗(yàn)幾乎無(wú)法正常進(jìn)行。另外，管道層流流態(tài)的本身是不會(huì)產(chǎn)生壓力脈動(dòng)的，如果所測(cè)的層流壓強(qiáng)，有明顯的脈動(dòng)現(xiàn)象，是不符合客觀規(guī)律，也有違教學(xué)的基本概念。因此從實(shí)驗(yàn)誤差或教學(xué)要求而言，都希望在層流實(shí)驗(yàn)階段，測(cè)點(diǎn)的壓力波動(dòng)越小越好。
[0004]傳統(tǒng)上穩(wěn)壓方式是采用穩(wěn)壓罐的方式，而不是穩(wěn)壓箱的方式。所謂穩(wěn)壓箱是水泵將水先輸送到有自由液面的一個(gè)敞口箱體，經(jīng)箱體穩(wěn)壓后的水體，再供給實(shí)驗(yàn)管道。穩(wěn)壓箱穩(wěn)壓供水只適用于作用水頭1-2米以下的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。而沿程實(shí)驗(yàn)在湍流實(shí)驗(yàn)階段，供水水頭會(huì)高達(dá)10-20米以上，因此不適合通過(guò)敞口的穩(wěn)壓箱供水，這就是傳統(tǒng)上沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀只能通過(guò)密封穩(wěn)壓罐來(lái)穩(wěn)壓供水的原因。采用密封穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓，如果要達(dá)到較好的穩(wěn)壓效果，必須再加上分流處理，而且穩(wěn)壓罐要足夠大。例如上例，經(jīng)本實(shí)用新型人的實(shí)驗(yàn)表明，穩(wěn)壓罐的直徑需達(dá)25厘米以上，再加裝分流管，經(jīng)過(guò)分流處理，才能在層流流態(tài)下使穩(wěn)壓效果達(dá)到土1毫米。這是現(xiàn)有最好的一種穩(wěn)壓方式。這種穩(wěn)壓方式存在以下兩個(gè)問(wèn)題:一是穩(wěn)壓罐要大，耐壓要高，罐體生產(chǎn)難，制造成本大；二是穩(wěn)壓罐不能用氣囊式，要用罐體注水式，如附圖中穩(wěn)壓罐(5)，這種穩(wěn)壓罐直徑在20厘米以上，目前市場(chǎng)上沒(méi)有。因此目前所用的沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀，除本實(shí)用新型人生產(chǎn)的之外，已沒(méi)有采用這種大壓力罐穩(wěn)壓的沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀?，F(xiàn)在采用的都是小型壓力罐，并加了分流裝置，但其穩(wěn)壓效果普遍很差，在層流狀態(tài)下仍然會(huì)有4-6毫米水柱以上的壓力波動(dòng)。壓力波動(dòng)大于2毫米水柱以上的實(shí)驗(yàn)儀，是不能滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求的。
[0005]如何開(kāi)發(fā)一種層流湍流階段都能達(dá)到穩(wěn)壓效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用，能滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求的水泵直供水沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域中急待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀，以提高水泵直供沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀的穩(wěn)壓效果，尤其是提高層流階段的穩(wěn)壓性能。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀具有蓄水箱、高揚(yáng)程水泵、供水管、旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器、實(shí)驗(yàn)管道、流量調(diào)節(jié)閥門(mén)、漏斗、回水管；蓄水箱、高揚(yáng)程水泵、旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器、流量調(diào)節(jié)閥門(mén)順次相連，旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器與流量調(diào)節(jié)閥門(mén)之間為實(shí)驗(yàn)管道，高揚(yáng)程水泵與旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器之間為供水管，流量調(diào)節(jié)閥門(mén)出口正對(duì)漏斗，漏斗通過(guò)回水管與蓄水箱相連。
[0009]所述的旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器由手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)、限流旁通細(xì)節(jié)流管和穩(wěn)壓罐組成，限流旁通細(xì)節(jié)流管連接于手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)的上游與下游端。
[0010]采取了一種旁通型層流穩(wěn)壓器與罐式穩(wěn)壓器的雙穩(wěn)結(jié)構(gòu)，以提高層流實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性能和實(shí)驗(yàn)精度。旁通細(xì)節(jié)流管設(shè)置在閥門(mén)的上下端，是一根比供水主管細(xì)小近10倍的限流管，其管徑粗細(xì)及長(zhǎng)短，由實(shí)驗(yàn)確定。應(yīng)滿足閥門(mén)全關(guān)時(shí)，最大過(guò)流量限制在層流所需的最大流量范圍內(nèi)。
[0011]當(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，閥前引自水泵的有壓水經(jīng)旁通細(xì)節(jié)流管流向?qū)嶒?yàn)管道。這一股小流量流經(jīng)限流旁通細(xì)節(jié)流管時(shí)，限流旁通細(xì)節(jié)流管能很好消除因水泵引起的閥前水體壓力波動(dòng)，起到很好的消波穩(wěn)壓作用。再經(jīng)穩(wěn)壓罐二次穩(wěn)壓，可消除99%的水流壓力波動(dòng)。如上例，使水泵供水管內(nèi)±20厘米水柱以上的水壓波動(dòng)值，穩(wěn)壓到±0.5毫米水柱以內(nèi)。因而可在水泵直供條件下，滿足層流實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)壓供水需求。解決了長(zhǎng)期以來(lái)水泵直供條件下很難解決的層流實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定問(wèn)題。同時(shí)在湍流階段，利用穩(wěn)壓罐進(jìn)行穩(wěn)壓，也達(dá)到了很好的湍流穩(wěn)壓效果。該實(shí)驗(yàn)裝置，壓力穩(wěn)定，測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
[0012]本實(shí)用新型具有的有益效果是:
[0013]1、實(shí)現(xiàn)層流階段I毫米級(jí)的穩(wěn)壓性能，能完全滿足層流實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)壓供水需求。解決了長(zhǎng)期以來(lái)水泵直供條件下很難解決的層流實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定問(wèn)題；
[0014]2、用小型壓力罐替換了市場(chǎng)上斷貨的大型壓力罐，并省去傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的分流管；
[0015]3、巧妙利用流體力學(xué)原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，穩(wěn)壓效果好；能在同一套實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行層流和湍流實(shí)驗(yàn)。
[0016]4、本實(shí)用新型作為流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，創(chuàng)新性的利用了流體力學(xué)原理解決實(shí)驗(yàn)難題，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新能力有益，具備很好的教學(xué)效果。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)與自循環(huán)水流流動(dòng)示意圖，圖中各結(jié)構(gòu)件名稱如下:
[0018]蓄水箱1，高揚(yáng)程水泵2，供水管3，旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器4，
[0019]實(shí)驗(yàn)管道5，流量調(diào)節(jié)閥門(mén)6，漏斗7，回水管8，手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)9，限流旁通細(xì)節(jié)流管10，穩(wěn)壓耀11。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀，它具有蓄水箱1，箱中的水體經(jīng)高揚(yáng)程水泵2，向?qū)嶒?yàn)管道5輸水。由于水泵出水管壓力波動(dòng)很大，為消除實(shí)驗(yàn)管道的水壓波動(dòng)，在水泵2與實(shí)驗(yàn)管道5之間的連接管上，串聯(lián)有手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)9、限流旁通細(xì)節(jié)流管10和穩(wěn)壓罐11所構(gòu)成的旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器4，實(shí)驗(yàn)管道5 ;是測(cè)量沿程阻力的管道，在管道上設(shè)有測(cè)壓點(diǎn)和測(cè)流量測(cè)點(diǎn)，將測(cè)點(diǎn)水壓分別連接于相關(guān)的傳統(tǒng)或現(xiàn)代的測(cè)量裝置，如電子測(cè)壓計(jì)，電子流量?jī)x或U型測(cè)壓管測(cè)壓計(jì)等。因本裝置設(shè)置有漏斗7，可在特小流量時(shí)，由重量法手動(dòng)測(cè)量流量。調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥門(mén)6可改變實(shí)驗(yàn)流量。實(shí)驗(yàn)水體經(jīng)回水管8自流回蓄水箱1，完成水流自循環(huán)。
[0021]壓力罐的大小可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)管道的粗細(xì)及最大流量選定，如0.7毫米的實(shí)驗(yàn)管道，最大流量為300毫升每秒，可選用直徑10厘米左右的自來(lái)水管道所用過(guò)濾器的外筒。
[0022]旁通細(xì)節(jié)流管設(shè)置在閥門(mén)的上下端，是一根比供水主管細(xì)小近10倍的限流管，其管徑粗細(xì)及長(zhǎng)短，由實(shí)驗(yàn)確定。應(yīng)滿足閥門(mén)全關(guān)時(shí)，其最大過(guò)流量限制在層流所需的最大流量范圍內(nèi)。
[0023]實(shí)驗(yàn)操作方法:
[0024]調(diào)零操作；將手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)9和流量調(diào)節(jié)閥6均全關(guān)閉；測(cè)量實(shí)驗(yàn)管道，上下游兩測(cè)點(diǎn)間的壓強(qiáng)差，調(diào)節(jié)壓差電測(cè)儀零點(diǎn)，使其為零。調(diào)節(jié)流量計(jì)零點(diǎn)，使其為零。實(shí)驗(yàn)表明，如上例，其測(cè)壓管液面波動(dòng)值小于±0.5毫米；
[0025]湍流實(shí)驗(yàn)時(shí)，手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)9全開(kāi)，水流經(jīng)穩(wěn)壓罐11穩(wěn)壓，輸送給實(shí)驗(yàn)管道，這種穩(wěn)壓狀態(tài)與傳統(tǒng)的現(xiàn)有的穩(wěn)壓狀態(tài)相，實(shí)驗(yàn)管道中的水流流態(tài)為湍流實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；
[0026]當(dāng)進(jìn)行層流實(shí)驗(yàn)時(shí)，將手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)9全關(guān)，實(shí)驗(yàn)水流經(jīng)旁通細(xì)節(jié)流管消波穩(wěn)壓并限流輸出至閥后管道，再流入到穩(wěn)壓罐11，經(jīng)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后，輸送給實(shí)驗(yàn)管道，實(shí)驗(yàn)管道中的水流流態(tài)為層流實(shí)驗(yàn)狀態(tài)；
[0027]無(wú)論層流或湍流階段的實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)，都可由實(shí)驗(yàn)管道末端的流量調(diào)節(jié)閥6調(diào)節(jié)，水流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥6輸出至漏斗7，并經(jīng)由回水管8返回蓄水箱I。
[0028]實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)管道上各測(cè)壓點(diǎn)的測(cè)壓管波動(dòng)值均小于±0.5毫米。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于它具有蓄水箱(I)、高揚(yáng)程水泵(2)、供水管(3)、旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器(4)、實(shí)驗(yàn)管道(5)、流量調(diào)節(jié)閥門(mén)(6)、漏斗(7)、回水管(8);蓄水箱(1)、高揚(yáng)程水泵(2)、旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器(4)、流量調(diào)節(jié)閥門(mén)(6)順次相連，旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器(4)與流量調(diào)節(jié)閥門(mén)(6)之間為實(shí)驗(yàn)管道(5)，高揚(yáng)程水泵(2)與旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器(4)之間為供水管(3)，流量調(diào)節(jié)閥門(mén)(6)出口正對(duì)漏斗(7)，漏斗(7)通過(guò)回水管(8)與蓄水箱(I)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述的旁通型雙穩(wěn)式穩(wěn)壓器(4)由手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)(9)、限流旁通細(xì)節(jié)流管(10)和穩(wěn)壓罐(11)組成，限流旁通細(xì)節(jié)流管(10)連接于手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)(9)的上游與下游端。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種旁通型雙穩(wěn)式沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀。它由蓄水箱、高揚(yáng)程水泵、供水管、手動(dòng)或電動(dòng)閥門(mén)、限流旁通細(xì)節(jié)流管、穩(wěn)壓罐、實(shí)驗(yàn)管道、流量調(diào)節(jié)閥門(mén)、漏斗、回水管和測(cè)量?jī)x表等組成。沿程阻力實(shí)驗(yàn)儀必須具備層流實(shí)驗(yàn)和湍流實(shí)驗(yàn)雙重功能。當(dāng)閥門(mén)全關(guān)時(shí)，閥前引自水泵的有壓水經(jīng)旁通管流向?qū)嶒?yàn)管道，旁通管能很好消除因水泵引起的閥前水體壓力波動(dòng)，起到很好的消波穩(wěn)壓作用。再經(jīng)穩(wěn)壓罐二次穩(wěn)壓，使其穩(wěn)壓精度在+0.5毫米以內(nèi)，可在水泵直供條件下，滿足層流實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)壓供水需求。解決水泵直供條件下層流實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定問(wèn)題。同時(shí)在湍流階段，利用穩(wěn)壓罐進(jìn)行穩(wěn)壓，達(dá)到很好的湍流穩(wěn)壓效果。該實(shí)驗(yàn)裝置，壓力穩(wěn)定，測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
【IPC分類】G09B23-12
【公開(kāi)號(hào)】CN204557884
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520178437
【發(fā)明人】毛欣煒, 毛根海
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年3月27日