[发明专利]一种具有CFD仿真系统的流体边界层分离可视化实验装置

摘要

一种具有CFD仿真系统的流体边界层分离可视化实验装置，由玻璃装置组件、实验台、进水管道、回水管道、水箱、离心泵、脚轮、计算机控制系统、流体边界层分离的CFD仿真系统和荧光示踪仪组成；玻璃装置组件由两块钢化玻璃夹着不同形状的有色塑料组成，可观察不同曲面对边界层分离现象的影响；流体边界层分离的CFD仿真系统包括启动界面、参数设置和查看结果三个模块，在实验过程中可同时查看CFD仿真结果。本发明实现了计算机控制系统对装置进行控制操作，可直观地观察、测量与分析边界层分离现象，并且能分析曲面和进口流速对边界层分离现象的影响，可实时对比CFD仿真结果和实验结果，加深学生对边界层分离现象的认识、理解和应用。

主权项

1.一种具有CFD仿真系统的流体边界层分离可视化实验装置，其特征在于由玻璃装置组件、实验台、进水管道、回水管道、水箱、离心泵、脚轮、计算机控制系统、流体边界层分离的CFD仿真系统和荧光示踪仪组成；实验台分为两部分，上部分为上侧框架，下部分为空心的长方体框架，玻璃装置组件通过凹槽安装在上侧框架上，长方体框架上放置水箱、荧光示踪仪、离心泵、进水管道和回水管道，长方体框架右侧利用隔板隔开放置计算机控制系统设备，实验台底部安装脚轮，方便整个装置移动位置；玻璃装置组件由圆柱绕流装置、文丘里与孔板流量计装置、闸阀装置和弯管装置组成，都是由两块厚度为10毫米的钢化玻璃夹着厚度为5毫米的有色塑料，圆柱绕流装置中有色塑料的形状是圆柱和不规则柱体，圆柱包括底部绕流圆柱和中部绕流圆柱，底部绕流圆柱等距排布在圆柱绕流装置底部，中部绕流圆柱排布在圆柱绕流装置中上部，不规则柱体包括第一底部挡板、第一底部分流柱、中部分流柱、第一侧挡板和第一顶部分流柱，第一底部分流柱等距排布在圆柱绕流装置下部，中部分流柱等距排布在底部绕流圆柱之上，文丘里与孔板流量计装置中有色塑料的形状是不规则柱体，不规则柱体包括第二侧边框和第二顶部分流柱，第二侧边框通过对称排布在文丘里与孔板流量计装置左右两侧构成文丘里与孔板流量计的曲面，闸阀装置中有色塑料的形状是球体和不规则柱体，球体包括绕流球阀，绕流球阀排布在闸阀装置中部，不规则柱体包括第三底部挡板、第三底部分流柱、第三侧边框和第三顶部分流柱，由第三侧边框和绕流球阀组成闸阀的曲面，弯管装置中有色塑料的形状是不规则柱体，不规则柱体包括第四侧边框和第四顶部分流柱，第四侧边框分别排布在弯管装置上下两侧，构成弯管的曲面，装置底部都留有出水口和进水口，通过软管与进水管道和回水管道相连接；计算机控制系统包括计算机主机、显示屏、压力传感器、速度传感器、电动阀门、压力传感器连接线、速度传感器连接线和电动阀门连接线，计算机主机与压力传感器和速度传感器连接，可在显示屏上直接读取实验中装置上观察点的压力值和速度值，计算机主机与电动阀门的连接可在显示屏的控制界面上控制玻璃装置组件的工作状态，无需手动开启阀门；流体边界层分离的CFD仿真系统可以直接查看装置CFD仿真结果，并与实验数据进行实时对比；进水管道从水箱出水口开始，连接离心泵，经过管道，管道上连接三通，三通螺纹连接变径管，进一步地接上电动阀门，变径管套上软管，接上装置中间的进水口，出水管道从装置的侧出水口开始，通过管道分支汇集成一个总管道，回到水箱进水口；荧光示踪仪安装在水箱的上部，可观测水箱水位和水的流动状态。/n