[实用新型]紊动机理实验仪

说明书

本实用新型属于流体力学教学实验仪器。

水流的波动和紊动现象，在流体工程设计中是必须加以考虑的重要因素。为此，在流体力学或水力学教学中，很有必要进行紊动机理现象的教学实验。但目前缺乏一种直观的产生紊动现象的实验仪器，学生无法通过实验观察分析这种波动和紊动现象的发生过程。

本实用新型是要提供一种产生水流紊动现象的实验教学仪器。用它进行实验，学生可以直接清楚地观察到紊动现象。有助于分析研究紊动机理。

为了实现上述目的，可参照附图说明所采用的结构方案。

图面说明：

图1为紊动机理实验仪的结构示意图。

图2为紊动现象发生示意图。

如图1所示，这种紊动机理实验仪安装在实验台2上。自循环供水器1通过供水管道与恒压水箱7连接，供水器1中装有水泵，由水泵调速器3控制供水流量。供水管道分两路输出。一路经取水管10输入混合器11，与输液管8输出的染色药水混合后呈紫红色液体，经混合整流后从隔板12下侧流到剪切显示流道13；另一路由水箱7稳流后，从隔板12的上侧流到显示流道13。下层呈紫红色，上层无色透明。染色药水盛装在容器6内，由阀门9控制开关。消色药水盛装在容器4中，调节阀门5滴下此种药水进入水箱7和供水器1，使已染色的水消去颜色，保持工作水体处于无色透明状态。在显示流道13的后端装有排气阀14、出水调节阀15以及分流调节阀16。显示流道13的出水流入回水漏斗17，回水漏斗内的水通过回水管返回自循环供水器1。

实验仪采用自循环水流的台式装置，流动显示采用透明有机玻璃流道。灯光显影，即在透明显示流道后侧乳白色有机玻璃板后面安装日光灯管。

本紊动机理实验仪的实验操作过程：

1.供水排气：

插上水泵电机电源、灯光电源。先关闭阀5、9、15、16，打开水泵调速器3，水泵即启动，此时水泵流量最大。调速器旋钮朝顺时针向转，则流量减小，先控制调速器在小流量供水，使水箱7的水位不高于两流道之间的中间隔板12的顶高。此时仅由取水管10单独向流道13供水，使水体缓慢地充满下层流道，排除隔板下方滞留的气泡如果一次操作不能排净气泡，则应重复操作。排净下层气泡后开大供水量提高水箱水位，并操作阀14与15，排除流道13上的气泡。

2.加注染色药水：

开阀9，染色药水从容器6经管道8向混合器11加注，与水混合后即呈紫红色，勿使配药过量，使混合后红色鲜明即可

3.加注消色药水：

因染色水经回水管道进入供水器1和水箱7中，故开阀5，滴下消色药水，以保持工作水体无色透明。

4.演示紊流形成过程：

打开阀16和改变阀15的开度以调节流速U₁，从而改变上下层界面流速差，即可演示紊流逐渐形成的过程

紊动实验演示过程分以下三个阶段：

1.上下层界面呈平稳直线演示：

此时上下层流速相同，界面流速差为零，因此界面清晰，平稳、呈一直线。操作要求：将阀16全开，下层红色水流从此流出。调节阀15，使上层无色水流量与下层红色水流量相近。目的是使上下层流速大小相近。若界面直线不稳，可适当减小下层流速U₂，方法是顺时针向稍稍转动水泵调速器，减小下层水流速水头。

2.波动形成与发展演示：

调节阀15，适当增大上层流速U₁，界面处有明显的速度差如图2a所示，开始微小波动。继续增大阀15的开度，即逐渐增大上层流速U₁，则波动演示更为明显如图2b所示。

3.波动转变为旋涡紊动演示：

将阀15逐步增大开度，到足够大时，交界面出现不稳定，偶然的波状扰动，交界面会出现波动，如图2c所示，随着流速和横向压力的变化，使波动凸得更凸，凹得更凹，波状起伏更加显著，如图2d所示；最后使间断面破裂，翻滚形成一个个旋涡，涡体的运动便得上下层流体质点发生混掺，形成紊流如图2e所示。

本实用新型创造的优点：

1.本实验仪采用台式自循环供水装置，结构紧凑美观，操作使用方便。

2.流道采用透明有机玻璃制造，并采用染色、消色药水，使上下两层颜色区分鲜明，并用灯光增加显影效果，实验人员可清晰地观察到从产生波动到紊动的全过程，通过实验观察分析，可以较好论证紊流机理。