[发明专利]一种用于产生层流流动的层流槽

说明书

技术领域

本发明涉及一种层流槽，特别是涉及流体力学中层流流动试验的层流槽，本发明属于实验装置及方法技术领域。

背景技术

近年来流体力学的研究方法逐渐从古典理论分析法过渡到模拟核试验方法。根据流体内部流动结构的不同，粘性流体的流动可分为层流和湍流两种状态。用古典理论方法或者数值模拟的方法分析流体力学问题时，层流流动属于一中非常简单的流动状态，可以很容易用方程或者数学模型表达出来。而在用实验方法研究流体力学问题时，如何在产生平稳的层流流动状态则成了难题。

比如在做自由面运动研究中的液滴碰撞层流流动液膜的现象，如今的研究手段大多转向用高速摄像机进行可视化实验观测，这就非常需要在实验室条件下尽量产生可以调节控制的层流流动状态。而在实验中，几乎所有的流体流动都处于湍流状态，很难在实验室条件下得到理想的层流流动。所以怎样能在实验室条件下产生可调雷诺数的层流流动已经成为一个亟待解决的问题。2000年An-Bang Wang和Chi-Chang Chen在文献中提到过一种如何产生高精度超薄静止液膜的装置。而关于如何生成层流流动特别是几毫米厚度的流动液膜的介绍在以往的文献资料中并不多见。

在实验室条件下生成层流流动液膜的困难之处主要表现在：

（1）、液体从储液池中流入明渠槽中，会有明渠避免冲击产生漩涡或者飞溅现象，不利于产生稳定的层流流动；

（2）、明渠槽中液体流动速度不易控制，容易使流动处于过渡阶段；

（3）、明渠槽边界面由于表面浸润性原因，容易有液面爬升现象。

发明内容

本发明是为了尽量在实验室条件下创造可调节控制的层流流动而完成的。本发明的目的是提供一种产生层流流动的层流槽，尽量减小流体冲击造成的波动，提高流动平稳性，为实验室中进行流体流动实验做准备。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种用于产生层流流动的层流槽，其特征在于：该层流槽包括主槽体7和限流板5、海绵3，其中主槽体7包括进液槽4、出液槽6、狭缝2、至少两个标尺1和层流板8，所述主槽体7上有进液槽4和出液槽6中塞入海绵3，进液槽4和出液槽6经过限流板5下面的狭缝2相连通；出液槽6的溢流口处设有水平放置的层流板8；所述标尺1，设在狭缝2处和层流板8处以便读出狭缝高度和液膜厚度。

本装置的工作过程如下：由外部储液装置将液体注入进液槽4，经过限流板下面的狭缝2流入出液槽6，进液槽4和出液槽6中液面慢慢上升直到渐渐漫过层流板8，将会在层流板8上面产生层流液膜。

所述限流板5可上下移动改变狭缝2的高度，从而调整流量并控制所产生层流液膜的流速与厚度。狭缝2越高，流量将会越大。

所述主槽体7上有进液槽4和出液槽6中可以塞入大小相当的限流海绵3，以进一步减缓液体的冲击，更有利于产生平稳的层流流动。

所述限流板5与主槽体7相接触之处由石蜡填充缝隙。以起到密封和使限流板能在任意高度精确固定的作用。

所述进液槽4和出液槽6中可放入用50微米去离子水清洗过的海绵，以进一步减缓液体的冲击，更易产生层流流动的液膜。

所述主槽体7上分别有两个标尺1，以便读出狭缝高度和液膜厚度。所述标尺1的刻度线为透明，没有颜色。

本发明可以取得如下有益效果：

1、本发明能很容易的在实验室条件下产生十分接近层流的流动状态。

2、本发明可以很调整层流流动的速度，易于操作。

3、本发明能很直观地读出层流流动液体的厚度。

附图说明

图1是本发明用于产生层流流动的层流槽的正视图。

图2是本发明用于产生层流流动的层流槽的俯视图。

图3是本发明用于产生层流流动的层流槽的左视图。

图4是本发明用于产生层流流动的层流槽的限流板局部截面的正视图。

图5是本发明用于产生层流流动的层流槽的限流板局部截面的俯视图。

图6是本发明用于产生层流流动的层流槽的三维总体轮廓图。

图中：1、标尺，2、狭缝，3、限流海绵，4、进液槽，5、限流板，6、出液槽，7、主槽体，8、层流板

具体实施方式

下面结合结构附图对本用于产生层流流动的层流槽及利用层流槽在实验室条件下产生层流流动状态并用于流体力学实验的方作进一步详细说明。