[发明专利]一种嵌入式多功能实验水洞

说明书

本发明涉及水动力学实验技术研究领域，更具体地，涉及一种嵌入式多功能实验水洞，包括入口段、实验段、出口段、管道、水泵及大型实验水池；所述入口段、实验段及出口段依次连接，出口段的出水端通过管道与水泵的进水端连接；入口段包括依次连接的入水口平行段和入水口收缩段，入口段设有入水口；入口段、实验段及出口段部分或全部浸入所述大型实验水池内。本发明通过将入口段、实验段及出口段部分或全部浸入大型实验水池内，并通过水泵将从出口段的出水端流出的水泵到远处的出水口并从出水口流出与大型实验水池内的水混合，由此形成自循环系统，结构简单，造价低廉；通过大型实验水池的混合耗散作用，可以获得平稳的来流。

技术领域

本发明涉及水动力学实验技术研究领域，更具体地，涉及一种嵌入式多功能实验水洞。

背景技术

水洞是水动力学实验的一种设备，可用来研究边界层现象、湍流空化及水弹性等现象，还可以用来研究水流与实验物体之间的作用力。因此，水洞的建设对于水动力学研究具有很高的价值。

现有的重力式水洞建设需要大型的供水塔，耗费大，占用空间广，虽然可以提供稳定的来流，但随着水塔内水位变化会引起出水速度的变化，使得实验段水的流速发生变化，而要控制水流速度，需要加装流速控制装置。循环式水洞不需要大型供水塔，但出水口的水通过循环系统进入入水口时需要进行复杂的整流除气等工作，难以获得高质量的水流，而且循环系统耗费大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种嵌入式多功能实验水洞，该水洞结构简单，造价低廉，可以获得稳定的来流。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种嵌入式多功能实验水洞，包括入口段、实验段、出口段、管道、水泵及大型实验水池；所述入口段、实验段及出口段依次连接，出口段的出水端通过管道与水泵的进水端连接；入口段包括依次连接的入水口平行段和入水口收缩段，入口段设有入水口，出水口与水泵的出水端连接；入口段、实验段及出口段部分或全部浸入所述大型实验水池内。

上述方案中，通过将入口段、实验段及出口段部分或全部浸入大型实验水池内，并通过水泵将从出口段的出水端流出的水泵到出水口并从出水口流出与大型实验水池内的水混合，由此形成自循环系统，结构简单，造价低廉；通过大型实验水池的混合耗散作用，入水口处的水几乎可以保持静止稳定的状态，入口段通过入水口平行段，可以引入稳定的来流。

优选地，出口段包括依次连接的扩张段、整流段及收缩段。扩张段用于平稳过渡出流，减少对实验段的影响；整流段用于平稳出流，消除水泵高速抽水对实验段水流的影响，使实验段水流品质更高；收缩段用于将水流汇入出水管道并经水泵泵出，流入大型实验水池内。

优选地，所述出口段的出水端与出水口之间的距离为入口段、实验段及出口段距离之和的20倍左右，大型实验水池的水体积为实验段的体积的2000倍左右。这样设置有助于通过大型实验水池的混合耗散作用消除出水口流出的水对入水口附近的水的影响，有助于获得更稳定的来流。

优选地，所述入水口收缩段呈Witozinsky曲线型或双三次曲线型等。这样设置有助于平稳提高来流速度和品质，使实验段获得高速水流。

优选地，该水洞还包括支架，所述支架用于支撑入口段、实验段及出口段，且支架的高度能够调节。支架的设置方便使用者控制入口段、实验段及出口段的高度，使其部分或全部浸入大型实验水池内，获得带自由液面的水洞或全浸式水洞，以满足不同的需要。

优选地，出口段的底部设有第一接口，出口段的轴心处设有第二接口，两个接口中的一个接口通过管道与水泵的进水端连接，且连接时另一个接口处于封闭状态。第一接口的设置有助于带自由液面的水洞内的水的排出；第二接口的设置有助于全浸式水洞内的水的排出。

优选地，为了观察、捕捉、记录流场特征，所述实验段上设有灯光系统及摄像系统。