一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及其方法技术

本发明专利技术公开了一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及其方法。它由蓄水箱、高扬程水泵、供水管、手动或电动阀门、限流旁通细节流管、稳压罐、实验管道、流量调节阀门、漏斗、回水管和测量仪表等组成。沿程阻力实验仪必须具备层流实验和湍流实验双重功能。当阀门全关时，阀前引自水泵的有压水经旁通管流向实验管道，旁通管能很好消除因水泵引起的阀前水体压力波动，起到很好的消波稳压作用。再经稳压罐二次稳压，使其稳压精度在+0.5毫米以内，可在水泵直供条件下，满足层流实验的稳压供水需求。解决水泵直供条件下层流实验稳定问题。同时在湍流阶段，利用稳压罐进行稳压，达到很好的湍流稳压效果。该实验装置，压力稳定，测量精度高，结构简单，操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及其方法
本专利技术涉及教学实验仪器。尤其涉及一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及其方法。
技术介绍
流体力学水力学教学实验中，沿程阻力实验是大中专院校中应用很广泛的一个基本实验项目。其所使用的沿程阻力实验仪，通常由水泵直接供水，是一种自循环供水实验仪器。这种实验仪器因水泵引起的自循环管道系统中的压力波动，会严重影响实验精度和稳定性，以下以传统常用的7毫米实验管道的沿程阻力实验仪为例，说明其技术背景。沿程阻力实验包括层流实验和湍流实验内容，其湍流实验要求实验管道的作用水头高，流量大，如上例所述的供水泵的扬程为8-20米，最大流量为200-300毫升每秒，这种高扬程的泵会引起较大的压力波动，尤其在低压端可达数厘米的水柱或更高。由于层流实验阶段，流量很小，其最大流量值约为每秒10毫升左右，其层流损失约在1-3厘米范围（与水温有关），因此水泵直供的自循环系统所产生的压力波动使层流实验几乎无法正常进行。另外，管道层流流态的本身是不会产生压力脉动的，如果所测的层流压强，有明显的脉动现象，是不符合客观规律，也有违教学的基本概念。因此从实验误差或教学要求而言，都希望在层流实验阶段，测点的压力波动越小越好。传统上稳压方式是采用稳压罐的方式，而不是稳压箱的方式。所谓稳压箱是水泵将水先输送到有自由液面的一个敞口箱体，经箱体稳压后的水体，再供给实验管道。稳压箱稳压供水只适用于作用水头1-2米以下的实验系统。而沿程实验在湍流实验阶段，供水水头会高达10-20米以上，因此不适合通过敞口的稳压箱供水，这就是传统上沿程阻力实验仪只能通过密封稳压罐来稳压供水的原因。采用密封稳压罐稳压，如果要达到较好的稳压效果，必须再加上分流处理，而且稳压罐要足够大。例如上例，经本专利技术人的实验表明，稳压罐的直径需达25厘米以上，再加装分流管，经过分流处理，才能在层流流态下使稳压效果达到+1毫米。这是现有最好的一种稳压方式。这种稳压方式存在以下两个问题：一是稳压罐要大，耐压要高，罐体生产难，制造成本大；二是稳压罐不能用气囊式，要用罐体注水式，如附图中稳压罐（5），这种稳压罐直径在25厘米以上，目前市场上没有。因此目前所用的沿程阻力实验仪，除本专利技术人生产的之外，已没有采用这种大压力罐稳压的沿程阻力实验仪。现在采用的都是小型压力罐，并加了分流装置，但其稳压效果普遍很差，在层流状态下仍然会有4-6毫米水柱以上的压力波动。压力波动大于2毫米水柱以上的实验仪，是不能满足教学实验要求的。如何开发一种层流湍流阶段都能达到稳压效果好，结构简单，方便实用，能满足教学实验要求的水泵直供水沿程阻力实验仪，是实验教学领域中急待解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及其方法，以提高水泵直供沿程阻力实验仪的稳压效果，尤其是提高层流阶段的稳压性能。本专利技术的技术方案如下：一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪具有蓄水箱、高扬程水泵、供水管、旁通型双稳式稳压器、实验管道、流量调节阀门、漏斗、回水管；蓄水箱、高扬程水泵、旁通型双稳式稳压器、流量调节阀门顺次相连，旁通型双稳式稳压器与流量调节阀门之间为实验管道，高扬程水泵与旁通型双稳式稳压器之间为供水管，流量调节阀门出口正对漏斗，漏斗通过回水管与蓄水箱相连。所述的旁通型双稳式稳压器由手动或电动阀门、限流旁通细节流管和稳压罐组成，限流旁通细节流管连接于手动或电动阀门的上游与下游端。所述实验仪的沿程阻力实验方法是：湍流实验时，手动或电动阀门全开，水流经稳压罐稳压，输送给实验管道，这种稳压状态与传统的现有的稳压状态相同，实验管道中的水流流态为湍流实验状态；当进行层流实验时，将手动或电动阀门全关，实验水流经旁通细节流管消波稳压并限流输出至阀后管道，再流入到稳压罐，经稳压罐稳压后，输送给实验管道，实验管道中的水流流态为层流实验状态；无论层流或湍流阶段的实验流量调节，都可由实验管道末端的流量调节阀调节，水流经流量调节阀输出至漏斗，并经由回水管返回蓄水箱。采取了一种旁通型层流稳压器与罐式稳压器的双稳结构，以提高层流实验的稳定性能和实验精度。旁通细节流管设置在阀门的上下端，是一根比供水主管细小近10倍的限流管，其管径粗细及长短，由实验确定。应满足阀门全关时，最大过流量限制在层流所需的最大流量范围内。当阀门全关时，阀前引自水泵的有压水经旁通细节流管流向实验管道。这一股小流量流经限流旁通细节流管时，限流旁通细节流管能很好消除因水泵引起的阀前水体压力波动，起到很好的消波稳压作用。再经稳压罐二次稳压，可消除99%的水流压力波动。如上例，使水泵供水管内+20厘米水柱以上的水压波动值，稳压到+0.5毫米水柱以内。因而可在水泵直供条件下，满足层流实验的稳压供水需求。解决了长期以来水泵直供条件下很难解决的层流实验稳定问题。同时在湍流阶段，利用稳压罐进行稳压，也达到了很好的湍流稳压效果。该实验装置，压力稳定，测量精度高，结构简单，操作方便。本专利技术具有的有益效果是：1、实现层流阶段1毫米级的稳压性能，能完全满足层流实验的稳压供水需求。解决了长期以来水泵直供条件下很难解决的层流实验稳定问题；2、用小型压力罐替换了市场上断货的大型压力罐，并省去传统实验仪中的分流管；3、巧妙利用流体力学原理，结构简单，操作方便，稳压效果好；能在同一套实验装置上进行层流和湍流实验。4、本专利技术作为流体力学实验教学仪器，创新性的利用了流体力学原理解决实验难题，能激发学生的学习兴趣、启发学生的创新意识，对培养创新能力有益，具备很好的教学效果。附图说明图1是一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪结构与自循环水流流动示意图，图中各结构件名称如下：蓄水箱1，高扬程水泵2，供水管3，旁通型双稳式稳压器4，实验管道5，流量调节阀门6，漏斗7，回水管8，手动或电动阀门9，限流旁通细节流管10，稳压罐11。具体实施方式如图1所示，一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪，它具有蓄水箱1，箱中的水体经高扬程水泵2，向实验管道5输水。由于水泵出水管压力波动很大，为消除实验管道的水压波动，在水泵2与实验管道5之间的连接管上，串联有手动或电动阀门9、限流旁通细节流管10和稳压罐11所构成的旁通型双稳式稳压器4，实验管道5；是测量沿程阻力的管道，在管道上设有测压点和测流量测点，将测点水压分别连接于相关的传统或现代的测量装置，如电子测压计，电子流量仪或U型测压管测压计等。因本装置设置有漏斗7，可在特小流量时，由重量法手动测量流量。调节流量调节阀门6可改变实验流量。实验水体经回水管8自流回蓄水箱1，完成水流自循环。压力罐的大小可以根据实验管道的粗细及最大流量选定，如7毫米的实验管道，最大流量为300毫升每秒，可选用直径10厘米左右的自来水管道所用过滤器的外筒。旁通细节流管设置在阀门的上下端，是一根比供水主管细小近10倍的限流管，其管径粗细及长短，由实验确定。应满足阀门全关时，其最大过流量限制在层流所需的最大流量范围内。实验操作方法：调零操作；将手动或电动阀门9和流量调节阀6均全关闭；测量实验管道，上下游两测点间的压强差，调节压差电测仪零点，使其为零。调节流量计零点，使其为零。实验表明，如上例，其测压管液面波动值小于+0.5毫米；湍流实验时，手动或电动阀门9全开，水流经稳压罐11稳压，输送给本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪，其特征在于它具有蓄水箱（1）、高扬程水泵（2）、供水管（3）、旁通型双稳式稳压器（4）、实验管道（5）、流量调节阀门（6）、漏斗（7）、回水管（8）；蓄水箱（1）、高扬程水泵（2）、旁通型双稳式稳压器（4）、流量调节阀门（6）顺次相连，旁通型双稳式稳压器（4）与流量调节阀门（6）之间为实验管道（5），高扬程水泵（2）与旁通型双稳式稳压器（4）之间为供水管（3），流量调节阀门（6）出口正对漏斗（7），漏斗（7）通过回水管（8）与蓄水箱（1）相连。

【技术特征摘要】
1.一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪，其特征在于它具有蓄水箱（1）、高扬程水泵（2）、供水管（3）、旁通型双稳式稳压器（4）、实验管道（5）、流量调节阀门（6）、漏斗（7）、回水管（8）；蓄水箱（1）、高扬程水泵（2）、旁通型双稳式稳压器（4）、流量调节阀门（6）顺次相连，旁通型双稳式稳压器（4）与流量调节阀门（6）之间为实验管道（5），高扬程水泵（2）与旁通型双稳式稳压器（4）之间为供水管（3），流量调节阀门（6）出口正对漏斗（7），漏斗（7）通过回水管（8）与蓄水箱（1）相连；所述的旁通型双稳式稳压器（4）由手动或电动阀门（9）、限流旁通细节流管（10）和稳压罐（11）组成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛欣炜，毛根海，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33