一種應用風洞原理的快速渦量測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種應用風洞原理的快速渦量測量裝置。本實用新型中的大外球面軸承帶座上裝有5V直流電機，5V直流電機驅動弧形葉片轉動，從而產(chǎn)生旋風，弧形葉片正對風洞的一端設置，風洞設置在立式軸承座上，旋風經(jīng)風洞去旋，轉成直流風；風洞的另一端正對擋板前方，該擋板裝在三維調(diào)節(jié)支架上，用于產(chǎn)生大小、旋向不同的渦流；擋板后方設置有可移動的測量單元。測量單元由十字葉片、對射式紅外光電開關發(fā)射器、小外球面軸承帶座、小葉片、微型軸承、對射式紅外光電開關接收器、直線滑動滾珠箱式滑塊軸承和導軌組成。本實用新型化抽象為具體，比較直觀的體現(xiàn)了渦量的存在,測量了渦量的具體數(shù)值范圍，有利于流體力學中的抽象知識進行直觀理解。
【專利說明】一種應用風洞原理的快速渦量測量裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于流體力學檢測【技術領域】，具體涉及一種應用風洞原理的快速渦量測量裝置。

【背景技術】
[0002]渦量是一個描寫旋渦運動常用的物理量。流體速度的旋度為流場的渦量。渦量的單位是秒分之一。渦旋通常用渦量來量度其大小和方向，渦量定義為速度場的旋度。在流體中，只要有渦量源，就會產(chǎn)生渦旋。對于二維流體而言，其渦量垂直于流體平面。而若有一流體繞著一個軸心剛體旋動的話，則其渦量值為角速度之兩倍；故對這樣的流體而言，若渦量值為零的話則必為非旋轉流體。但是，非旋轉流體仍然可以具有非零值的角速度，如一繞著軸心繞轉時、其切線速度剛好正比于流體與軸心距離之倒數(shù)的流體，其渦量為零。
[0003]流體力學主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態(tài)，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態(tài)之間的相互作用的力學分支。流體力學是力學的一個重要分支，它主要研究流體本身的靜止狀態(tài)和運動狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動的規(guī)律。在生活、環(huán)保、科學技術及工程中具有重要的應用價值。而流體力學這門學科的許多理論都是抽象的，枯燥的講解，在理論學習過程中，不僅不能加深流體力學的理解，還嚴重打擊同學學習的欲望，而通過一些實驗教具裝置，用事實來說話并結合具體操作及其生動的講解，能讓學生更好的理解與記憶，符合當代比較前衛(wèi)的教學模式。另外流體力學關于渦量的快速測量裝置，幾乎沒有，本實用新型的渦量測量裝置，可以彌補這方面缺乏?，F(xiàn)在流體力學可以通過計算機數(shù)值模擬方法，得到三維、有旋流動的解析解，理解好渦量這個概念對流體力學理論知識掌握很重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，提供了應用風洞原理的快速渦量測量裝置。
[0005]本實用新型解決技術問題所采取的技術方案為:
[0006]本實用新型包括5V直流電機、大外球面軸承帶座、弧形葉片、風洞、三維調(diào)節(jié)支架、擋板、十字葉片、對射式紅外光電開關發(fā)射器、小外球面軸承帶座、小葉片、微型軸承、對射式紅外光電開關接收器、直線滑動滾珠箱式滑塊軸承、導軌、立式軸承座。
[0007]在大外球面軸承帶座上裝有5V直流電機，5V直流電機驅動弧形葉片轉動，從而產(chǎn)生旋風，弧形葉片正對風洞的一端設置，所述的風洞設置在立式軸承座上，旋風經(jīng)風洞去旋，轉成直流風；風洞的另一端正對擋板前方，該擋板裝在三維調(diào)節(jié)支架上，用于產(chǎn)生大小、旋向不同的渦流；擋板后方設置有可移動的測量單元。
[0008]所述測量單元由十字葉片、對射式紅外光電開關發(fā)射器、小外球面軸承帶座、小葉片、微型軸承、對射式紅外光電開關接收器、直線滑動滾珠箱式滑塊軸承和導軌組成。
[0009]用于感知渦流的十字葉片通過微型軸承與小葉片同軸設置，對射式紅外光電開關發(fā)射器，對射式紅外光電開關接收器裝在小外球面軸承帶座上，小葉片位于小外球面軸承帶座內(nèi)，通過對射式紅外光電開關發(fā)射器，對射式紅外光電開關接收器測量小葉片的轉速，從而得到渦流量；所述小外球面軸承帶座設置在直線滑動滾珠箱式滑塊軸承上，直線滑動滾珠箱式滑塊軸承安裝在導軌上。
[0010]進一步說，所述的擋板為三角形。
[0011]本實用新型化抽象為具體，比較直觀的體現(xiàn)了渦量的存在，測量了渦量的具體數(shù)值范圍，有利于流體力學中的抽象知識進行直觀理解；結合了所學專業(yè)課程的知識，以及公式的應用，便于記憶學習；渦量測量裝置，填補了專業(yè)實驗教學用具上的空缺，有利于專業(yè)教學的發(fā)展；渦量的消除與產(chǎn)生嚴格按照控制變量法，確保測量的準確。渦量測量裝置采用不同擋板和對應角度，測量的結果形成對比，闡明了不同擋板下渦量的變化；此渦量測量裝置結構簡單，便于講解和理解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖1為本實用新型總體結構示意圖。
[0013]附圖2為本實用新型風洞截面圖。
[0014]附圖3為立式軸承座，直線滑動滾珠箱式滑塊軸承，導軌組成的底座圖。
[0015]附圖4為本實用新型三維調(diào)節(jié)支架。
[0016]圖中的附圖1標記為:1.大外球面軸承帶座；2.5V直流電機；3.弧形葉片；4.風洞；5.三維調(diào)節(jié)支架；6.擋板；7.十字葉片；8.對射式紅外光電開關發(fā)射器；9.小外球面軸承帶座；10.小葉片；11.微型軸承；12.對射式紅外光電開關接收器；13.直線滑動滾珠箱式滑塊軸承；14.導軌；15.立式軸承座。

【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型裝置的技術方案，及其工作原理作進一步的闡述。
[0018]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例包括:5V直流電機2、大外球面軸承帶座1、弧形葉片3、風洞4、三維調(diào)節(jié)支架5、擋板6、十字葉片7、對射式紅外光電開關發(fā)射器8、小外球面軸承帶座9、小葉片10、微型軸承11、對射式紅外光電開關接收器12、直線滑動滾珠箱式滑塊軸承13、導軌14、立式軸承座15。
[0019]快速渦量測量裝置可以測出通過擋板所產(chǎn)生的渦量:1、利用5V直流電機帶動風機產(chǎn)生有旋風，風洞去旋，轉成直流風；2、調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)支架的三角形和圓柱體擋板，產(chǎn)生大小、旋向不同的渦流，有利于理解渦量的產(chǎn)生和影響渦流變化的因數(shù)；3、測量裝置能夠前后移動，與擋板的距離不同，測量值不同，可通過單片機顯示屏的讀數(shù)，直接讀出渦量大小值，并判斷渦流的趨勢以及距離對渦流的影響。此裝置不僅可以由教師作為演示性實驗在課堂上演示，也可以由本人自己動手體驗渦量的存在及其物理意義。
[0020]渦量測量裝置主要由四部分構成。第一部分產(chǎn)生無渦量的風:一個小型電機帶動風扇形成風源，扇葉前放置與它等高平行的風洞，其作用是去除渦流，產(chǎn)生直流風(這樣的風不會使十字葉片轉動);第二部分:風洞后加上可調(diào)節(jié)的多種擋板，重新產(chǎn)生不同轉向和大小的渦流，從而加深學生對影響渦量變化因素理解；第三部分測渦量:渦流帶動十字葉片轉動，同軸的葉片會以相同的角速度轉動，利用光傳感器計數(shù)，測出其每秒的轉速；第四部分:渦量測量的顯示器，由渦流量Ω=2 ，通過單片機程序計算可得渦量值，通過單片機內(nèi)部程序設置，顯示屏顯示出所測量的實驗結果。
[0021]在使用過程中，第I步、連接好數(shù)據(jù)線，將光感數(shù)據(jù)線接入單片機端口 ；第2步、接通電機和單片機電源；第3步、打開開關，電機和單片機開始工作；第4步、微調(diào)風洞位置，使十字葉片靜止不動，此時單片機顯示的渦量值為O ;第5步、三維調(diào)節(jié)支架夾上擋板，此時十字葉片發(fā)生轉動，單片機顯示渦量數(shù)值具體數(shù)值；第6步、調(diào)節(jié)擋板的旋轉角度，適當移動擋板，可觀察到十字葉片轉速發(fā)生變化，轉向也可發(fā)生變化，整體的渦量變化數(shù)值也實時顯示在單片機屏幕上。
[0022]在安裝過程中，確保風機、風洞、渦量測量裝置葉片中心在同一水平線上；風洞的形狀、里面槽的布置，擋板的形狀、擺放位置以及傾斜角度要求依照附圖1的結構；渦量測量裝置中的小軸承與盛裝測量儀的軸的細小銅管雖然從型號和尺寸上能夠配合但是實際不能完全配合，并且軸承在銅管中位置不固定容易跑動，需要保持固定；渦量測量裝置上裝光傳感器需要在對射式紅外光電開關發(fā)生器和接收器前各打一個通孔和螺栓孔，而對射式紅外光電開關發(fā)生器和接收器必須偏離圓柱軸線一定距離裝配，使得兩個通孔和螺栓孔可以保持在偏心位置。
[0023]該裝置的優(yōu)點是比較生動直觀的體現(xiàn)渦量的存在，并且可利用光傳感器定量判斷渦量的大小。由于渦量是抽象的，很難直觀的展示，所以這種快速渦量測量裝置可以讓使用者直接去感受到渦量。此裝置能夠應用于實驗與教學，和流體力學的理論知識聯(lián)系緊密，可以加深對渦量的理解和公式推演。另外將該裝置應用課堂，可以增加學習興趣，活躍課堂氛圍。而且制作簡單，價格低廉易于推廣。此快速渦量測量裝置不僅可以由教師作為演示性實驗在課堂上演示，也可以由自己動手體驗渦量的存在及其物理意義。此套裝置想法新穎，并且裝置簡單，填補了專業(yè)教學實驗用具上的空缺。
【權利要求】
1.一種應用風洞原理的快速渦量測量裝置，其特征在于:包括5V直流電機、大外球面軸承帶座、弧形葉片、風洞、三維調(diào)節(jié)支架、擋板、十字葉片、對射式紅外光電開關發(fā)射器、小外球面軸承帶座、小葉片、微型軸承、對射式紅外光電開關接收器、直線滑動滾珠箱式滑塊軸承、導軌、立式軸承座； 在大外球面軸承帶座上裝有5V直流電機，5V直流電機驅動弧形葉片轉動，從而產(chǎn)生旋風，弧形葉片正對風洞的一端設置，所述的風洞設置在立式軸承座上，旋風經(jīng)風洞去旋，轉成直流風；風洞的另一端正對擋板前方，該擋板裝在三維調(diào)節(jié)支架上，用于產(chǎn)生大小、旋向不同的渦流；擋板后方設置有可移動的測量單元； 所述測量單元由十字葉片、對射式紅外光電開關發(fā)射器、小外球面軸承帶座、小葉片、微型軸承、對射式紅外光電開關接收器、直線滑動滾珠箱式滑塊軸承和導軌組成； 用于感知渦流的十字葉片通過微型軸承與小葉片同軸設置，對射式紅外光電開關發(fā)射器，對射式紅外光電開關接收器裝在小外球面軸承帶座上，小葉片位于小外球面軸承帶座內(nèi)，通過對射式紅外光電開關發(fā)射器，對射式紅外光電開關接收器測量小葉片的轉速，從而得到渦流量；所述小外球面軸承帶座設置在直線滑動滾珠箱式滑塊軸承上，直線滑動滾珠箱式滑塊軸承安裝在導軌上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種應用風洞原理的快速渦量測量裝置，其特征在于:所述的擋板為三角形。
【文檔編號】G01M10/00GK203837899SQ201420202082
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權日:2014年4月22日
【發(fā)明者】劉海強, 余輝, 江承成, 曹奕翎, 呂明, 潘華辰 申請人:杭州電子科技大學