一种流体流动曲线观察实验装置

摘要

一种流体流动曲线观察实验装置，包括与主流管相连的有色液体储瓶、主流管阀门、水箱、水平设置的可视透明管，设在可视透明管尾部的流量计和球阀，所述的水平设置的可视透明管入口处设有多孔盘，水箱内设有与主流管相连的多根支管，多根支管的下部弯曲经多孔盘插装连接在水平设置的可视透明管口处，多根支管的上端部分别设有支管控制阀，有色液体储瓶设在与多根支管相连接的主流管上；水箱内一侧设有由隔板、溢流水槽和底部排水口构成的溢流装置。通过多个层流能观察到边界层的变化情况，不仅能够完成观察以往的实验现象，而且通过一次实验能同时看到层流流动现象和层流流速比较的现象。

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体流动曲线观察实验装置，尤其适用于流体力学流体流动现象的教学。

背景技术

英国科学家雷诺（Reynolds）通过实验发现液体在流动中存在两种内部结构完全不同的流态：层流和紊流。当流体流速较小时，流体质点只沿流动方向作一维的运动，与其周围的流体间无宏观的混合即分层流动这种流动形态称为层流或滞流。流体流速增大到某个值后，流体质点除流动方向上的流动外，还向其它方向作随机的运动，即存在流体质点的不规则脉动，这种流体形态称为湍流。液体流态的判别是用无量纲数雷诺数Re作为判据的。在这部分知识的教学中，常采用雷诺实验装置，即通过对颜色水在管中的不同状态的分析，观察液体流动时的层流和紊流现象。通过该实验，可以让学生加深对管流不同流态的了解，区分两种不同流态的特征，搞清两种流态产生的条件，分析圆管流态转化的规律，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的，并进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。

目前，教学中所采用的雷诺实验教学装置由能保持恒定水位的水箱，试验管道及能注入有色液体的部分等组成。实验时，开启出水阀，并打开有色液体盒连接管上的小阀，色液即可流入圆管中，显示出层流或紊流状态。该装置能观察液体流动时的层流和紊流现象，但是该装置一是只能反映出管道中心处的流体流动现象，而且只能从一维角度反映出流体的流动，管道其他处的流体的流动只能依次类推，二是不能反映在同一时间，管道径向和轴向上的流体各是什么流动状态的问题。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种流体流动曲线观察实验装置及其方法，通过控制连接在透明视管口的多个有色液体进液支管的流量，不仅能观察到流体流动的形态，还能观察到流体流动时的流动曲线。

为实现上述目的，本发明的流体流动曲线观察实验装置，包括与主流管相连的有色液体储瓶、主流管阀门、水箱、水平设置的可视透明管，设在可视透明管尾部的流量计和球阀，所述的水平设置的可视透明管入口处设有多孔盘，水箱内设有与主流管相连的多根支管，多根支管的下部弯曲经多孔盘插装连接在水平设置的可视透明管口处，多根支管的上端部分别设有支管控制阀，有色液体储瓶设在与多根支管相连接的主流管上；水箱内一侧设有由隔板、溢流水槽和底部排水口构成的溢流装置。

所述的多孔盘上的孔呈成十字型排列；所述的多根支管的根数与多孔盘的孔数相匹配。

有益效果：本发明通过多个层流能观察到边界层的变化情况，不仅能够完成观察以往的实验现象，而且通过一次实验能同时看到层流流动现象和层流流速比较的现象。与现在的雷诺实验装置相比，具有如下优点：

1、能拥有现在装置的所有功能，比如层流、湍流等的观察；

2、可以直观地观察到不同流动形态流动曲线和流动曲面；

3、可以直观地观察到边界层的产生与发展。

附图说明

图1是本发明的流体流动曲线观察实验装置结构示意图；

图2是本发明的多孔盘结构一示意图；

图3是本发明的多孔盘结构二示意图。

图中：1－有色液体储瓶，2－主流管阀门，3－支管阀门，4－溢流装置，5－支管，6－水箱，7－可视透明管，8－球阀，9-多孔盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

本发明的流体流动曲线观察实验装置，主要由有色液体储瓶1、主流管阀门2、溢流装置8、多根支管5、水箱6、水平设置的可视透明管7和设在可视透明管7尾部的流量计和球阀8构成。有色液体储瓶1连接在主流管一端，主流管上装有控制总流量的主流管阀门2，主流管下端连接有多个支管5，每个支管5上均设有一个支管阀门3，水箱6内设有插入其中水平设置的可视透明管7，水平设置的可视透明管7入口处设有一多孔盘9，多根支管5插入水箱6中，多根支管5的下部弯曲分别经与其根数相同的多孔盘9插装连接在水平设置的可视透明管7口处，每根支管5的上端均设有支管控制阀3，水箱6内一侧设有由隔板、溢流水槽和底部排水口构成的溢流装置4，以保持箱体内水的液位维持稳定，从而使得在相同阀门开度下，水平玻璃管内的流速能稳定。多孔盘9上的孔呈成十字型排列；多根支管5的根数与多孔盘1的孔数相匹配，图2所示的多孔盘为5孔；图3所示的多孔盘为9孔。多根支管5的管径相同，且小于10mm；有色液体储瓶1的容积在50ml以上。中间的细管要位于水平玻璃管7的中心，其它几根管分布在水平玻璃管7中心的某个同一圆周上。水平玻璃管7的末端连有一个球阀8和一个流量计。球阀8用于调节水的流速，实现层流、湍流的改变，流量计用于计量，流量数据可以用于雷诺数的定量计算。