[发明专利]一种用于研究物体绕流问题的实验教学装置

说明书

本发明公开了一种用于研究物体绕流问题的实验教学装置，包括实验台、供水装置、绕流测量水箱、二分力传感器和若干测压管，绕流测量水箱放置在实验台上，二分力传感器安装在绕流测量水箱的底壁的中部，若干测压管分别直立安装在一固定箱内，固定箱的侧壁设置有直立的量尺，每根测压管的上端开口、下端分别连接有一根软管。该实验教学装置结构简单，可实现对绕流过程中待测物体所受作用力及待测物体各个测点的压强的检测，有助于认识实际流体绕流时物体表面的压强分布规律，使学生熟练掌握绕流理论知识和绕流阻力的求解方法、实验方法以及对绕流物体的周围流场、压力场和作用力的认知，并了解绕流形状阻力的产生机理，学会利用理论解决实际问题。

技术领域

本发明涉及一种实验教学装置，具体是一种用于研究物体绕流问题的实验教学装置。

背景技术

随着高等学校实验教学的不断改革，流体力学实验教学仪器应该不断更新换代，以适应新时期的流体力学实验教学模式。传统教学实验室中演示性、验证性和综合性实验仪器较多，缺少学生利用理论知识探索、分析和研究，得出结果的研究性实验以及实验仪器。研究性实验项目相较于验证性实验更能启发学生思考，提升学生依靠理论知识研究实际问题的能力，增强创新意识，是对现有实验内容和仪器的有效补充，因此实验室应该增加一些能理论知识联系实际应用案例的仪器。流体力学绕流实验是研究外流和形状阻力的典型案例，绕流现象在自然界与工程案例中十分常见，如研究圆柱、平板和机翼绕流问题的实验仪器，尽管演示性实验仪器可以演示绕流的流动现象，但这只是定性分析绕流现象，缺乏定量研究。对于绕流问题的详尽研究，像风洞实验仪器等科研设备当然是能实现的，但科研仪器造价十分昂贵，且构造庞大复杂，对于开展实验教学具有一定局限性，同时学生在有限的课时内难以完成相应的实验操作。

针对当前流体力学实验教学仪器多为演示性和验证性实验仪器，对于学生深入体会流体力学理论与实际联系不够到位，而开展能够与一些工程应用联系十分紧密的绕流问题研究的实验教学具有重要意义，本发明提出一种用于研究物体绕流问题的实验教学装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种用于研究物体绕流问题的实验教学装置，该实验教学装置结构简单，可实现对绕流过程中待测物体所受作用力及待测物体各个测点的压强的检测，有助于认识实际流体绕流时物体表面的压强分布规律，使学生熟练掌握绕流理论知识和绕流阻力的求解方法，掌握实验方法以及对绕流物体的周围流场、压力场和作用力的认知，并了解绕流形状阻力的产生机理，学会利用理论解决实际问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于研究物体绕流问题的实验教学装置，包括实验台、供水装置、绕流测量水箱、二分力传感器和若干测压管，所述的绕流测量水箱放置在所述的实验台上，所述的绕流测量水箱的入水口和出水口分别对称设置在其长度方向的两侧，所述的绕流测量水箱的入水口与所述的供水装置的出水口相连，所述的供水装置用于向所述的绕流测量水箱提供恒定水流，所述的二分力传感器安装在所述的绕流测量水箱的底壁的中部，所述的若干测压管分别直立安装在一固定箱内，所述的固定箱的侧壁设置有直立的量尺，每根所述的测压管的上端开口，每根所述的测压管的下端分别连接有一根软管，实验前，将待测物体加工为上端开口的筒状，再在筒状的待测物体的侧壁上开设若干通孔，使每根所述的软管的下端自筒状的待测物体的内侧紧密插设在一个所述的通孔内，并使筒状的待测物体置于所述的二分力传感器上。

实验过程中，供水装置向绕流测量水箱提供恒定水流，水流流过待测物体，产生绕流现象，水流流动的同时，水与待测物体之间有相对运动，因此水在流过待测物体时必然引起流速和压力变化，使水和待测物体之间产生相互作用力。若待测物体为对称结构，待测物体受到的作用力主要为平行于流体(水流)流动方向的作用力，即绕流阻力，该绕流阻力包括物体与流体之间的摩擦力以及由于边界层分离导致的形状阻力；若待测物体为非对称结构，则除了平行于流体流动方向的作用力外，待测物体还受到垂直于流体流动方向的作用力，即升力。通过二分力传感器可实现对绕流过程中待测物体所受作用力的检测(即绕流阻力和升力的同时检测)，将二分力传感器测得的数据与测压管测得的数据进行比对，可保证绕流实验数据的可靠性。