[发明专利]微尺度迷宫型单元流道水力性能测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单元流道水力性能测试装置，特别涉及微尺度迷宫型单元流道水力性能测试装置。

背景技术

微尺度流体力学是介于经典宏观流体力学与微观力学之间的研究领域，主要研究特征尺度在mm至μm范围内的流体流动规律。微尺度下迷宫型流道由于其边界曲折能使流体发生紊乱，从而减小了压力对流量的敏感性这一特性而得到广泛应用，其单元流道水力性能参数的测量对研究微流体特性及其流道结构特性有很大作用。迷宫型灌水器就是一典型例子，其流道尺寸大都在mm级，灌水器流道一般由若干同一形状(如三角形、梯形)的单元组合而成，根据灌水器流量的设计要求而选择不同参数的单元结构及单元个数。因而，单元结构的设计及数量的选择将会在很大程度上影响灌水器的性能。在其流量与工作水头的计算公式中，流量系数k和流态指数x均与流道的结构有关。目前，对迷宫型灌水器进行试验分析大都得出两个性能参数之间的关系，即灌水器的流量Q和管路中的工作水头H，由于水在灌水器出口处的压力可以认为是大气压，故此时的工作水头H在工程上一般近似为水流经过迷宫流道后的压降ΔP_流道，但如果要从理论上来精确研究迷宫流道的水力性能参数，则二者不能替换。由于工作水头H包括了水流经过流道的压降ΔP_流道和流道的进出口局部损失ΔP_损，对于这种微小流道的流动问题，进出口局部损失ΔP_损已不能忽略。

对此项内容的研究，有部分学者曾提出一种基于灌水器流道的水力性能参数测试方法，即根据相似原理将流道尺寸同比放大若干倍，从而测出流道中的水流压降或流场分布规律。他们采用此法的主要原因是因为灌水器的流道尺寸微小，无法将测压点布在实际的流道当中，故将其放大处理。但如今越来越提倡小流量(Q＝0.5～3L/h)灌溉技术，灌水器的流道结构尺寸大都处在1mm以下，属于微流道范畴。因而前面的做法就忽略了微流动理论中的一些基本问题，如流道的表面粗糙度将会更大程度地影响流体流动等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种测量更精确，可根据测量结果研究出流道的各个结构尺寸对水力性能参数的影响程度的微尺度迷宫型单元流道水力性能测试装置。

为达到上述目的，本发明的测试装置包括：高压气瓶以及与高压气瓶相连通的密闭水箱，其特点是，密闭水箱的出口通过管路依次串联有相互连通的针型阀、转子流量计和迷宫流道测试件，在迷宫流道测试件的出口处设置锥形烧杯，锥形烧杯放置在通过A/D转换卡与计算机相连接的精密电子秤上，在迷宫流道测试件上并联有通过三通相连接的差压变送器，该差压变送器再通过A/D转换卡与计算机相连；高压气瓶与密闭水箱之间还设置有减压阀；密闭水箱与针型阀之间还依次设置有相互连通的球形阀和过滤器；转子流量计为玻璃转子流量计。

本发明的微尺度迷宫型单元流道的水力性能测试方法为：首先设计两个流道截面形状和大小都一样的直流道测试件1和2，试件1和2的流道长度分别为L₁和L₂，L₂>L₁，采用同一接头，分别将两测试件接入微尺度迷宫型单元流道水力性能测试装置中，由串联在试件上的差压变送器测出若干同一流量值下的压降ΔP₁和ΔP₂，那么连接测试流道接口的进出口局部损失之和为：

所以，由流道产生的压降：

ΔP_流道＝ΔP-ΔP_损

由流动理论可知流体的雷诺数：