[发明专利]一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及教学实验仪器。尤其涉及一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及其方法。

背景技术

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，经本发明人的实验表明，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，除本发明人生产的之外，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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

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。