[发明专利]一种流体速度分布实验仪及其使用方法

说明书

【技术领域】

本发明属于化工原理实验仪器，具体涉及一种流体速度分布实验仪及其使用方法。

【背景技术】

流体在圆管中流动时，在圆管横切面上，流体速度分布是不均匀的，管路轴线上流体流速最大，越靠近管壁流体流速越小，和管壁接触的流体的流速为零。目前没有实验仪器用来反映流体在圆管中流动的速度分布状态，导致学生在理解流体的速度分布以及边界层和层流内层的概念比较困难。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种流体速度分布实验仪及其使用方法，能够模拟流体在圆管中流动的速度分布状态，利于直观观察。

为了达到上述目的，本发明实验仪采用如下技术方案：

包括用于装流体的高位槽，高位槽的底部连通透明的圆管，圆管上设置第一阀门；圆管的入口处设置有若干个针头，针头均连接墨水瓶，针头均带有第二阀门。

进一步地，针头为五个。

进一步地，针头分别设置在圆管的中心、四分之三半径，二分之一半径、四分之一半径和管壁处。

进一步地，第二阀门为脉冲阀门。

进一步地，圆管上还安装有流量计。

进一步地，高位槽的底部通过第一管路和第二管路连接循环水槽，形成循环回路；第一管路上安装压力泵。

进一步地，高位槽的底部开设有一个入水口和两个出水口，入水口与第一管路相连，出水口对称开设在入水口两侧；其中一个出水口连接圆管，另一个出水口连接第二管路；入水口和两个出水口之间均设置有溢流挡板。

进一步地，溢流挡板底面和高位槽接触的位置中间设置透水孔。

进一步地，墨水瓶安装在墨水瓶支架上，墨水瓶支架设置在高位槽上方；圆管上设置有长度刻度，圆管管径在50mm以上。

本发明方法采用如下技术方案：包括以下步骤：

(1)在高位槽中加入流体Ⅰ，开启第一阀门，流体Ⅰ的初始流速不超过150L/h；

(2)开启所有针头上的第二阀门，使墨水瓶中的流体Ⅱ流入流体I中，进行层流演示；其中流体Ⅱ和流体I的颜色不同；

(3)逐渐增大流体Ⅰ的流速，流体Ⅰ的层流从圆管中心向管壁逐渐变为湍流，完成湍流演示。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过设置高位槽装流体，通过透明的圆管放出，同时在圆管入口处设置针头，通过针头向圆管中流动的流体中通入有色流体，比如墨水，通过调节第一阀门控制流体流速，通过第二阀门控制不同针头流出有色流体，以进行流体层流和湍流演示，能够模拟流体在圆管中流动的速度分布状态，利于直观观察；在教学演示中，能很好的帮助学生理解流体在管路中的速度分布状态和边界层和层流内层的概念。

进一步地，本发明中针头设置在圆管不同位置，利于模拟管内不同位置的速度分布状态。

进一步地，本发明通过形成循环回路，节约用水。

进一步地，本发明通过设置溢流挡板，将高位槽分成三个水箱，确保高位槽中的水向圆管流动时，其液面不剧烈晃动，避免影响演示效果。

进一步地，本发明通过设置透水孔，利于在演示结束后排空高位槽中剩余的水。

进一步地，本发明通过设置位于高位槽上方的墨水瓶支架，能够利用重力作用放出有色流体，节约能源。

进一步地，本发明通过在圆管上设置长度刻度，利于计算流体速度。

本发明使用方法简单，能够有效对流体流动的速度分布状态进行演示，利于学生理解边界层、层流内层、层流和湍流等概念。

【附图说明】

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中针头分布位置截面图。

其中：1-墨水瓶；2-墨水瓶支架；3-溢流挡板；4-高位槽；5-透水孔；6-针头；7-流量计；8-第一阀门；9-压力泵；10-循环水槽。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明包括用于装流体Ⅰ的高位槽4，高位槽4的底部连通透明的圆管，圆管上设置流量计7和第一阀门8；圆管的入口处设置有若干个针头6，针头6均带有第二阀门，第二阀门为脉冲阀门。针头6均连接墨水瓶1，墨水瓶1安装在墨水瓶支架2上，墨水瓶支架2设置在高位槽4上方。墨水瓶中装有流体Ⅱ，流体Ⅱ和流体I的颜色不同且能够互溶；流体I一般采用无色液体如水，流体Ⅱ可以采用有色染料如红墨水。