一种雷诺数范围测量的实验演示台的制作方法 专利技术说明

办公文教;装订;广告设备的制造及其产品制作工艺1.本实用新型涉及流力力学中流态转变演示技术领域，特别涉及一种雷诺数范围测量的实验演示台。背景技术：2.流态转变是流体力学中的重要现象，当一种液体流过一种固体边界时，流动的性质跟边界粘度相关。流体以低速流呈层状流动，这就是层流。但是随着速度的增加，小扰动会引起旋涡，产生不同形式的流动，这就是湍流。在湍流与层流的过渡过程中，一般认为由流速以及水力直径主导，并定义了用于描述流态转变的重要无量纲数，雷诺数。本发明即为通过基本流态判定雷诺数范围的实验演示装置。3.雷诺数：英国物理学家雷诺首先确定了控制流动的变量，并用合理的方法预测了流动的性质。雷诺证明了该性质取决于流体惯性力和粘性力之间的平衡。这就是无量纲性参数雷诺数的定义，即惯性力与粘性力的比值。雷诺数一般被用来表征流体流动情况。4.但是现有的雷诺数测量装置通常是在较大的玻璃杯中进行，对于流态转变的可视化观察较难实现，且不便于进行参数调节，而且通常温度不可调，演示的方式较为单一，由温度改变造成的粘性力改变，不同工况下的流态转变与雷诺数变化规律的观察不够全面。技术实现要素：5.为了实现上述实用新型目的，针对上述技术问题，本实用新型提供一种雷诺数范围测量的实验演示台。6.其技术方案为，包括雷诺数范围测定模块，所述雷诺数范围测定模块包括设置在支撑结构上的演示段，所述演示段顶部设置有储水箱，所述储水箱底部一端设置有进水管，另一端设置有溢流排水口；所述演示段底部设置有实验排水管；7.所述进水管上设置有控制进水流速的阀门；8.所述演示段设置为全透明玻璃管，玻璃管的顶部设置在储水箱内，演示段上方设置有颜料注射器瓶。玻璃管体全透明可观察，有助于观察流动，可通过颜料注射器瓶给流体染色的行为实现可视化观察。9.所述颜料注射器瓶底部设置有颜料注射管，所述颜料注射管的底部伸入到所述演示段的玻璃管内。10.所述支撑结构包括底板和设置在底板上的相对接的立板，所述立板之间设置两道上下分布的横板，所述颜料注射器瓶固定设置在位于上方的横板上，所述储水箱固定设置在位于下方的横板上。11.所述储水箱内设置有喇叭口，所述喇叭口与所述玻璃管连通，喇叭口一侧设置有溢流口，所述溢流口与所述溢流排水口相连通。喇叭口可保证进入演示段的水流保持低湍流度；设置溢流口以控制实验水位，以保证实验过程中的水流压力保持恒定，同时防止水位过高溢出储水箱，实验过程中的水流速可控，实现惯性力改变，已验证惯性力改变对于雷诺数的影响。12.所述演示段的玻璃管外壁覆盖有防腐蚀材料。防腐蚀材料可避免长时间使用过程中颜料对于管壁的腐蚀。13.所述储水箱内设置有玻璃珠。通过安置在储水箱内的玻璃珠完成整流以降低湍流度。14.所述颜料注射器瓶上设置有阀门。15.还包括加热模块，所述加热模块包括底座和设置在底座上的支撑板，所述支撑板上固定设置有加热水箱和控制单元，所述加热水箱底部一端设置有加热模块进水管口，另一端设置有加热模块出水管口，所述加热水箱外壁上设置有显示屏，所述控制单元上设置有流量调节旋钮、加热旋钮和电源开关。16.所述加热模块出水管口与所述雷诺数范围测定模块的进水管相连接。17.实验演示台设置了可以连接的加热模块，实现粘性力改变，实现对于实验管流温度的调控，以验证粘性力改变对于雷诺数的影响。18.所述支撑板背侧设置有加强筋。19.本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本方案提供一种用以测量雷诺数范围的可视化实验演示装置，用以演示在流体流动过程中由于速度变化与温度变化而导致的流态改变，演示段设计为精密玻璃管，可以实时便捷观察管流中的流态变化与实验雷诺数范围确定，雷诺数和过渡流证明了流动对雷诺数的依赖程度，通过观察注射到流体上的染色单丝的行为实现由于雷诺数变化而产生从层流到湍流以及过渡流态的观察；设备整体结构简单、操作易学、安装方便且易于批量加工；20.另外，通过可选配件温度控制模块，或者使用不同的流体，可通过改变温度来研究粘度的影响；21.相比于目前市场上的雷诺数测量装置，本装置在设计上注重了降低湍流度的整流段设计以及流态转变的可视化观察，通过层流、湍流、过渡流态的变化以确定雷诺数的范围；同时设计了由流速改变造成的惯性力改变，由温度改变造成的粘性力改变不同工况下的流态转变与雷诺数变化规律，使得实验过程更加直观可控，实验工况更加全面完整，参数调节反馈更为迅速。附图说明22.图1为本实用新型实施例雷诺数范围测定模块的结构示意图一。23.图2为本实用新型实施例雷诺数范围测定模块的结构示意图二。24.图3为本实用新型实施例加热模块的的结构示意图一。25.其中，附图标记为：1、颜料注射器瓶；2、支撑结构；3、储水箱；4、喇叭口；5、进水管；6、实验排水管；7、演示段；8、溢流排水口；9、颜料注射管；10、溢流口；26.11、支撑板；12、控制单元；13、加强筋；14、加热模块进水管口；15、加热模块出水管口；16、显示屏；17、加热水箱；18、流量调节旋钮；19、加热旋钮；20、电源开关。具体实施方式27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。29.在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。30.在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。31.实施例132.参见图1至图3，本实用新型提供一种雷诺数范围测量的实验演示台，包括雷诺数范围测定模块，雷诺数范围测定模块包括设置在支撑结构2上的演示段7，演示段7顶部设置有储水箱3，储水箱3底部一端设置有进水管5，另一端设置有溢流排水口8；演示段7底部设置有实验排水管6；33.进水管5上设置有控制进水流速的阀门；34.演示段7设置为全透明玻璃管，玻璃管的顶部设置在储水箱3内，演示段7上方设置有颜料注射器瓶1。玻璃管体全透明可观察，有助于观察流动，可通过颜料注射器瓶1给流体染色的行为实现可视化观察。35.颜料注射器瓶1底部设置有颜料注射管9，颜料注射管9的底部伸入到演示段7的玻璃管内。36.支撑结构2包括底板和设置在底板上的相对接的立板，立板之间设置两道上下分布的横板，颜料注射器瓶1固定设置在位于上方的横板上，储水箱3固定设置在位于下方的横板上。37.储水箱3内设置有喇叭口4，喇叭口4与玻璃管连通，喇叭口4一侧设置有溢流口10，溢流口10与溢流排水口8相连通。喇叭口4可保证进入演示段7的水流保持低湍流度；设置溢流口10以控制实验水位，以保证实验过程中的水流压力保持恒定，同时防止水位过高溢出储水箱，实验过程中的水流速可控，实现惯性力改变，已验证惯性力改变对于雷诺数的影响。38.演示段7的玻璃管外壁覆盖有防腐蚀材料。防腐蚀材料可避免长时间使用过程中颜料对于管壁的腐蚀。39.储水箱3内设置有玻璃珠。通过安置在储水箱内的玻璃珠完成整流以降低湍流度。40.颜料注射器瓶1上设置有阀门。41.还包括加热模块，加热模块包括底座和设置在底座上的支撑板11，支撑板11上固定设置有加热水箱17和控制单元12，加热水箱17底部一端设置有加热模块进水管口14，另一端设置有加热模块出水管口15，加热水箱17外壁上设置有显示屏16，控制单元12上设置有流量调节旋钮18、加热旋钮19和电源开关20。42.加热模块出水管口15与雷诺数范围测定模块的进水管5相连接。43.实验演示台设置了可以连接的加热模块，实现粘性力改变，实现对于实验管流温度的调控，以验证粘性力改变对于雷诺数的影响。44.支撑板11背侧设置有加强筋13。45.玻璃管被安装在储水箱3内，以提供稳定的水流。46.实验时通过阀门控制进水流速，水流通过进水管5进入储水箱3，通过阀门控制开闭，储水箱3内设计放置有大量玻璃珠以降低来流的湍流度，整流后进入喇叭口4，在水位达到喇叭口4后，由喇叭口4进入实验演示段7，喇叭口4保证了整个过程的低湍流度；47.颜料注射器瓶1通过阀门控制向演示段7注射颜料，可以实现在实验演示过程中对管流内流体染色实现不同流动状态的可视化，颜料注射器瓶1可通过阀门控制颜料流量；48.整个实验过程中，通过流速改变可以控制演示段7的流动状态，实现层流到湍流流态的转变，以及过程中过渡态的流动规律，通过流动状态的改变实现雷诺数范围的测定。实验管流的流速精确可调，实现对于演示实验管流惯性力的调控；49.此外，还设置有可连接的加热模块，可以在雷诺数范围测定模块之前连接加热模块，水流由加热模块进水管口14流入加热水箱17，加热至一定温度后经加热模块出水管口15进入雷诺数范围测定模块，过程中温度可以由加热旋钮19调节并实时显示在显示屏16上，流量可以由流量调节旋钮18调节，可用于观察在水力直径与流速相同的情况下，由于温度改变导致流体粘度改变造成的雷诺数变化，实现对于演示实验管流粘性力的调控。50.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。









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