壁**式气泡示踪法流动演示仪制造技术

壁挂式气泡示踪法流动演示仪特征是以狭缝过流道为显示面，并与自吸掺气结构、狭缝泄水道、灯光、罩壳有机组合而成。以水为流体，以微气泡为示踪介质的一种壁挂式教学实验仪器。本装置的优点是能演示较高雷诺数下的流动图象，演示内容丰富，效果优异，图象极其清晰、应用广泛，使用简便，占地小，造价低，节能，无污染。可应用于多种专业流体力学及传输理论等课程的实验教学中。（*该技术在1999年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于流动显示装置。在流体力学和流体传输理论等课程的教学实验中，经常需要观察、分析研究边界层分离及旋涡产生等机理现象。然而，由于实际流体流动时的不可见性，使得这些内容在教学中显得十分抽象而使人费解。为此，一种利用示踪介质而能演示流动现象的装置成了流体力学教学中必不可少的实验设备。目前国内外可用于教学的流动演示装置，以铝粉示踪法的循环水槽较好。该装置是在一条玻璃水槽中，布置了一定形状的过流道，以水为流体，在流道的上游把铝粉注入水流。铝粉随流运动，在灯光照射下，能显示出旋涡等流动图象。这种流动演示装置其缺点是图象不太清晰，很难在一套设备中演示多种流动状态，且设备造价高、能耗大、占地面积大，每次观察时能容纳的人数少。本专利技术目的是设计一种气泡示踪法流动演示仪，它可挂在墙面，每次观察时能容纳的人数多，本仪器具有透明度高，能清晰的演示多种流动图象，和结构简单紧凑、造价低、节能、无污染等特点。本专利技术要点在于它具有狭缝显示面〔2〕、自吸掺气结构〔8〕〔9〕、狭缝泄水道〔3〕、灯光〔4〕和罩壳〔1〕〔14〕。其狭缝显示面可采用透明有机玻璃制作，在狭缝内布置有一定形状的过流道，作为流道的狭缝〔17〕间隙距离为3－1.0mm，最佳为6mm。自吸掺气结构是由显示板进口部位的流道收缩喉颈〔8〕和吸气孔〔9〕组成。狭缝泄水道是位于显示面二侧的二条狭缝式过流道〔3〕，流道末端直接与泄水管咀〔12〕相联结。演示仪的罩壳在内底板〔15〕经涂黑处理。自来水的有压水流或经自循环水泵驱动的有压水流，经流动演示仪的进水管咀〔13〕后，流过收缩喉颈段〔8〕。由于喉颈段的流速大于流道中的最大流速，根据流体动力学中的伯努利原理，可使喉颈段的压力势能降低到大气压强以下，以至出现真空度。因此外界的空气在大气压作用下便会经过吸气孔〔9〕掺入到水流中。掺气水流中的小气泡便形成了示踪介质，随水流流过显示面，并在灯光映照和底板黑色的衬托下，能够十分清晰地演示出旋涡、边界层分离等流动形态。最后掺气水流经狭缝泄水道〔3〕流回到自循环水箱或排水废水沟。如此便完成了流动演示仪的整个流动过程。掺气孔〔9〕开在喉颈的中下游段，在其流道二侧各开若干微孔。该微孔除供作掺气作用外，当停止使用时，还兼作排除显示面〔2〕中的积水作用，使显示面免除长期积水而污染。排除积水时，从吸气孔排出的积水经狭缝空腔〔7〕、排水通道〔11〕、泄水导流板〔10〕排入泄水管咀〔12〕。导流板〔10〕的作用，是在仪器工作时，将泄水道中的水流导入泄水管咀，防止泄水经排水管道回流到狭缝空腔而阻塞通气孔。狭缝显示面是由前面板〔16〕、后面板〔18〕、中层夹板〔17〕三板贴面粘结而成。板料均为透明有机玻璃。中夹板要根据要求加工成一定的流道形状(如渐扩、渐缩、突扩、突缩、圆柱挠流等)，以形成狭缝式显示流道。为了使显示流道中各部分之间不相互干扰在各流段间用镇流杆〔5〕导流，以便前面产生的旋涡不至影响到下游，且便使泡排列有序，形成流浅。日光灯〔4〕装在显示板二侧，前罩壳〔14〕应罩住灯光，以免直射观察者的眼睛。 附图说明图1是壁挂式气泡示踪法流动演示仪去除面罩后的正视结构示意图及其Ⅰ型的流道边界布置图。图2是壁挂式气泡示踪法流动演示仪侧视结构示意图。图中〔1〕是后罩壳，〔2〕是狭缝显示面，〔3〕是狭缝泄水道，〔4〕日光灯，〔5〕是镇流杆，〔6〕是导流杆，〔7〕狭缝空腔，〔8〕吸气收缩喉颈段，〔9〕是吸气孔，〔10〕是泄水导流板，〔11〕是排水通道，〔12〕是泄水管咀，〔13〕是进水管咀，〔14〕是面罩，〔15〕是后罩底板，〔16〕是狭缝显示面前面板，〔17〕是狭缝中层夹板，〔18〕是狭缝显示面后面板。按不同的教学要求，在实验室内已制成该流动演示仪七种类型。以Ⅰ型(如图1)为例，作用水头为5～15米，最大供水量为500cm3／s。灯光照以64W，总能耗为184W。能演示渐扩、渐缩、突然扩大、突然收缩、壁面冲击、直角转弯等管道纵截面上的流动图象。另Ⅱ～Ⅶ型可分别演示孔板流量计、圆弧弯道、圆柱体绕流、圆头方尾式钝体绕流、有边界的射流紊动扩散、自动控制中的射流元件、YF溢流阀门阀芯的过流等多种流动图象。本专利技术的优点是能演示较高雷诺数(500～2300以上)下各种边界层分离、旋涡、紊动扩散、射流附壁效应等多种流动现象。演示内容丰富，效果优异，图象极其清晰，应用广泛，使用简便，占地小，造价低，节能，无污染。这样体现于以下几方面由于本专利技术引用了经济实用的流动显示技术——水为流体的微气泡示踪法，采用了最佳流道形式的狭缝显示面，还研制成了自吸掺气与自排水的特殊结构，加配灯光与罩壳，并将他们巧妙地组合成一体，因而使用时，只要打开供水阀门，优美、逼真的图象就象挂图一般清晰地展现出来。就连直径在0.5mm以下的微气泡跟随水流质点的运动规迹也能显示清楚。而且七台流动仪只需占用一块黑板的墙面，即能同时演示需用5条宽30厘米、长7米的循环玻璃水槽才能同时演示的十余种流况，而有些流况，如自动控制中的射流元件等，玻璃水槽中还无法演示出来。另外，一台流动演示仪能容纳20～30人观察，而一条玻璃水槽只能容纳5～10人的观察。其能耗为玻璃水槽的十分之一，占地为水槽的百分之一，造价为水槽百分之一。本专利技术可广泛应用于大、中专院校有关航空、水利、机械、建筑、化工、冶金、交通、环保、生物工程、食品工业、传热、气象以及医学等专业的工程流体力学和传输理论等课程教学中。权利要求1.一种流动演示仪，其特征在于它具有狭缝显示面、自吸掺气结构、、泄水道、灯光和罩壳。2.根据权利要求1所述的一种流动演示仪，其特征在于所说的狭缝显示面〔2〕是由前面板〔16〕、后面板〔18〕、中层夹板〔17〕贴面粘结而成，材料为透明有机玻璃，中夹板加工成一定流道形状，如渐扩、渐缩、突扩、突缩、圆柱挠流等，形成狭缝式显示流道并设有镇流杆〔5〕和导流杆〔6〕，狭缝间隙距离为3－10毫米，最佳为6毫米。3.根据权利要求1所述的一种流动演示仪，其特征在于所说的自吸掺气结构〔8〕〔9〕是由显示板水流进口部位的流道收缩喉颈段〔8〕和掺气孔〔9〕组成，气孔开在喉颈的中下游段的二侧。4.根据权利要求1所述的一种流动演示仪，其特征在于所说的狭缝泄水道〔3〕是位于显示面二侧的二条狭缝式过流道，流道末端直接与泄水管咀〔12〕联结，在泄水管咀〔12〕前装有导流板〔10〕。5.根据权利要求1所述的一种流动演示仪，其特征在于所说的罩壳在内底板〔15〕上经涂黑处理。专利摘要壁挂式气泡示踪法流动演示仪特征是以狭缝过流道为显示面，并与自吸掺气结构、狭缝泄水道、灯光、罩壳有机组合而成。以水为流体，以微气泡为示踪介质的一种壁挂式教学实验仪器。本装置的优点是能演示较高雷诺数下的流动图象，演示内容丰富，效果优异，图象极其清晰、应用广泛，使用简便，占地小，造价低，节能，无污染。可应用于多种专业流体力学及传输理论等课程的实验教学中。文档编号G09B23/12GK2047821SQ8920084公开日1989年11月15日 申请日期1989年1月19日 优先权日1989年1月19日专利技术者毛根海 申请人:浙江大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流动演示仪，其特征在于：它具有狭缝显示面［２］、自吸掺气结构［８］、［９］、泄水道［３］、灯光［４］和罩壳［１］［１４］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛根海，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]