專利名稱：局部阻力試驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流體力學(xué)試驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種局部阻力試驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
局部阻力實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)(水力學(xué))教學(xué)中必須的實(shí)驗(yàn)之一。局部阻力的形式很多，有突然放大、突然縮小、管道逐漸放大、逐漸縮小、閥門阻力、彎道阻力和繞流阻力等，其中最典型的實(shí)驗(yàn)是斷面突然放大和突然縮小。目前使用的局部阻力實(shí)驗(yàn)儀器的功能基本相同，存在的問題是:大儀器占地面積過大，損耗的功率大，投資大，實(shí)驗(yàn)操作不便；小型化的儀器大部分與水箱相連，水箱高度低，實(shí)驗(yàn)段的水頭小，水流處于紊流區(qū)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)少，達(dá)不到學(xué)生實(shí)訓(xùn)的目的；大多數(shù)實(shí)驗(yàn)儀器上布設(shè)的測(cè)壓管很少，無法判斷漸變流斷面的位置，使得測(cè)量精度受到一定的影響，也無法驗(yàn)證現(xiàn)有局部阻力系數(shù)的正確性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種局部阻力試驗(yàn)儀，儀器整體體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能用于進(jìn)行管道突然放大與突然縮小、彎道、閥門、節(jié)流裝置和漸變管多種類型的局部阻力試驗(yàn)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種局部阻力試驗(yàn)儀，包括水平設(shè)置的實(shí)驗(yàn)管道，試驗(yàn)管道包括依次連接的壓力管道、細(xì)管道、突然放大管道、大管道和突然縮小管道，其中，壓力管道、細(xì)管道和突然縮小管道的管徑相同，突然放大管道和大管道的管徑相同且大于細(xì)管道的管徑，壓力管道與進(jìn)水管道相連通，突然縮小管道與出水管道相連通；還包括豎直設(shè)置的測(cè)壓排，測(cè)壓排上固定有多個(gè)豎直方向的測(cè)壓管，各測(cè)壓管的下端與試驗(yàn)管道的多個(gè)待測(cè)試處對(duì)應(yīng)連通且上端均與排氣管相連通，排氣管固定在測(cè)壓排上且通過排氣閥門與外界大氣相通。本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，試驗(yàn)管道和測(cè)壓排均通過支撐固定安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，試驗(yàn)臺(tái)的下方設(shè)置有供水箱，供水箱內(nèi)設(shè)置有水泵，水泵上連接有上水管，上水管向上設(shè)置并通過第一彎頭與進(jìn)水管道相連接，出水管道端部安裝有第二彎頭，第二彎頭的下方設(shè)置有接水盒，接水盒通過回水管與供水箱相連通。進(jìn)水管道上安裝有上游調(diào)節(jié)閥門，出水管道上安裝有下游調(diào)節(jié)閥門。進(jìn)水管道上且位于上游調(diào)節(jié)閥門的下游安裝有法蘭。本實(shí)用新型的有益效果是，試驗(yàn)管道各管段設(shè)計(jì)布局合理，能進(jìn)行管道突然放大、突然縮小的實(shí)驗(yàn)，也能進(jìn)行彎道、閥門、節(jié)流裝置、漸變管等局部阻力實(shí)驗(yàn)，儀器整體體積小、水頭較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，功能齊全、試驗(yàn)精度高，便于操作。

圖1是本實(shí)用新型局部阻力試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]其中，1.供水箱，2.水泵，3.上水管，4.上游調(diào)節(jié)閥門，5.法蘭，6.壓力管道，7.支撐，8.細(xì)管道，9.突然放大管道，10.大管道，11.突然縮小管道，12.測(cè)壓管，13.測(cè)壓排，14.排氣管，15.排氣閥門，16.下游調(diào)節(jié)閥門，17.第二彎頭，18.接水盒，19.回水管，20.實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型局部阻力試驗(yàn)儀，包括試驗(yàn)臺(tái)20，試驗(yàn)臺(tái)20上通過支撐7固定安裝有水平設(shè)置的試驗(yàn)管道和豎直設(shè)置的測(cè)壓排13。試驗(yàn)臺(tái)20的下方設(shè)置有供水箱1，供水箱I內(nèi)設(shè)置有水泵2，水泵2上連接有上水管3，上水管3向上設(shè)置并通過第一彎頭與進(jìn)水管道相連接。試驗(yàn)管道包括依次連接的壓力管道6、細(xì)管道8、突然放大管道9、大管道10和突然縮小管道11，其中，壓力管道6、細(xì)管道8和突然縮小管道11的管徑相同，突然放大管道9和大管道10的管徑相同且大于細(xì)管道8的管徑，壓力管道6與進(jìn)水管道相連通。突然縮小管道11與出水管道相連通，出水管道端部安裝有第二彎頭17，第二彎頭17的下方設(shè)置有接水盒18，接水盒18通過回水管19與供水箱I相連通。進(jìn)水管道上安裝有上游調(diào)節(jié)閥門4，出水管道上安裝有下游調(diào)節(jié)閥門16。進(jìn)水管道上且位于上游調(diào)節(jié)閥門4的下游安裝有法蘭5，在法蘭5處可以通過更換試驗(yàn)管道的管件進(jìn)行彎道、閥門、節(jié)流裝置、漸變管等局部阻力實(shí)驗(yàn)。測(cè)壓排13上固定有多個(gè)豎直方向的測(cè)壓管12，各測(cè)壓管12的下端與試驗(yàn)管道的多個(gè)待測(cè)試處對(duì)應(yīng)連通且上端均與排氣管14相連通，排氣管14固定在測(cè)壓排13上且通過排氣閥門15與外界大氣相通。水流在流動(dòng)過程中，由于水流邊界條件或過水?dāng)嗝娴母淖儯鹚鲀?nèi)部各質(zhì)點(diǎn)的流速、壓強(qiáng)也都發(fā)生變化，并且產(chǎn)生旋渦。在這一過程中，水流質(zhì)點(diǎn)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，水流內(nèi)部摩擦阻力所作的功增加，水流在流動(dòng)調(diào)整過程中消耗能量所損失的水頭稱為局部水頭損失。為了驗(yàn)證局部阻力系數(shù)，將壓力管道6通過進(jìn)水管道與水泵2相連，目的是實(shí)驗(yàn)中要保持較大的水頭，使水流通過局部變化地方的雷諾數(shù)較大，水頭調(diào)節(jié)的范圍較大。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，以管道中心線為基準(zhǔn)面，寫出各斷面的能量方程，這兩個(gè)斷面必須在漸變流斷面(只有在漸變流斷面才能應(yīng)用能量方程)。為了在測(cè)量中保持所選的測(cè)壓管12在漸變流斷面，且所量測(cè)的兩根測(cè)壓管12之間的距離最短，盡量減少沿程水頭損失，對(duì)測(cè)量斷面選擇(即試驗(yàn)管道的多個(gè)待測(cè)試處)的原則如下:在測(cè)量突然放大的局部阻力系數(shù)時(shí)，細(xì)管的測(cè)壓管應(yīng)選在距突然放大管道9最近的斷面，此斷面為漸變流斷面；在斷面突然放大后，水流流線在局部范圍內(nèi)逐漸調(diào)整，逐漸放大，流速逐漸變小，測(cè)壓管12水頭逐漸升高，當(dāng)測(cè)壓管12水頭升高到最高時(shí)的斷面，即認(rèn)為是水流充滿了整個(gè)斷面，這個(gè)斷面即為漸變流斷面；對(duì)于大管道10，可以通過測(cè)壓管水頭線判斷大管道10中的漸變流斷面，方法是當(dāng)大管道中的測(cè)壓管12上升到最高時(shí)，再往后由于有沿程水頭損失，測(cè)壓管12水頭有所降低，由于大管道10的下游某斷面至末端為漩渦區(qū)，不是漸變流斷面，所以測(cè)壓管水頭線會(huì)急劇下降，在測(cè)壓管水頭線急劇下降前的某斷面即為漸變流斷面；對(duì)于突然縮小斷面，在突然縮小管道11，水流有一收縮斷面，此斷面流速最大，測(cè)壓管12水頭最低，在此斷面以后，流線逐漸放大，流速逐漸變小，測(cè)壓管12水頭逐漸升高，當(dāng)測(cè)壓管12水頭升到最高時(shí)的斷面即認(rèn)為是漸變流斷面；再往后由于有沿程水頭損失，測(cè)壓管12水頭又逐漸降低。在細(xì)管道8和大管道10上還設(shè)置了一些用于測(cè)量沿程水頭損失的測(cè)壓管12，可以用來換算出局部水頭損失相當(dāng)于多長管道的沿程水頭損失。本實(shí)用新型裝置的操作步驟是:1、記錄有關(guān)常數(shù)，如各管段管徑以及沿程水頭損失兩個(gè)測(cè)壓管12之間的距離。2、打開水泵2、打開上游調(diào)節(jié)閥門4和下游調(diào)節(jié)閥門16，使試驗(yàn)管道中充滿水并使水流流動(dòng)，排出試驗(yàn)管道中的空氣。3、關(guān)閉下游調(diào)節(jié)閥門16，打開排氣閥門15，將各測(cè)壓管12中的空氣排出。4、打開下游調(diào)節(jié)閥門16，逐漸關(guān)小上游調(diào)節(jié)閥門4 (不要完全關(guān)閉)，使各測(cè)壓管12中的水頭下降到測(cè)壓排13的底部位置，關(guān)閉排氣閥門15，關(guān)閉下游調(diào)節(jié)閥門16，可以看到測(cè)壓管12中的水面上升到測(cè)壓排13的某一位置，如果管道和測(cè)壓管12中的空氣已排干凈，所有的測(cè)壓管12水頭線為一水平線，如果空氣沒有排完，測(cè)壓管12中的水頭線不是水平線，還需繼續(xù)排氣。5、空氣排完后，完全打開上游調(diào)節(jié)閥門4，調(diào)節(jié)下游調(diào)節(jié)閥門16，觀察測(cè)壓管12中的水頭在測(cè)壓排13的適當(dāng)位置(不能高于測(cè)壓排)。6、待水流穩(wěn)定后選取各測(cè)量斷面，測(cè)量斷面按照漸變流斷面的選取方法選擇。如果要將局部水頭損失折算成沿程水頭損失，還要選取沿程水頭損失的測(cè)量斷面。7、選擇測(cè)量基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)面選取后，測(cè)量各斷面對(duì)應(yīng)的測(cè)壓管12水頭和流量。8、調(diào)節(jié)下游調(diào)節(jié)閥門16，使流量逐漸減小或增加，重復(fù)第6至第7步N次。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將儀器恢復(fù)原狀，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。
權(quán)利要求1.一種局部阻力試驗(yàn)儀，其特征在于，包括水平設(shè)置的實(shí)驗(yàn)管道，所述試驗(yàn)管道包括依次連接的壓力管道(6)、細(xì)管道(8)、突然放大管道(9)、大管道(10)和突然縮小管道(11)，其中，所述壓力管道(6)、細(xì)管道(8)和突然縮小管道(11)的管徑相同，所述突然放大管道(9)和大管道(10)的管徑相同且大于細(xì)管道(8)的管徑，所述壓力管道(6)與進(jìn)水管道相連通，所述突然縮小管道(11)與出水管道相連通；還包括豎直設(shè)置的測(cè)壓排(13)，所述測(cè)壓排(13)上固定有多個(gè)豎直方向的測(cè)壓管(12)，所述各測(cè)壓管(12)的下端與所述試驗(yàn)管道的多個(gè)待測(cè)試處對(duì)應(yīng)連通且上端均與排氣管(14)相連通，所述排氣管(14)固定在測(cè)壓排(13)上且通過排氣閥門(15)與外界大氣相通。
2.按照權(quán)利要求1所述的局部阻力試驗(yàn)儀，其特征在于，所述試驗(yàn)管道和測(cè)壓排(13)均通過支撐(7 )固定安裝在試驗(yàn)臺(tái)(20 )上，所述試驗(yàn)臺(tái)(20 )的下方設(shè)置有供水箱(I)，所述供水箱(I)內(nèi)設(shè)置有水泵(2 )，所述水泵(2 )上連接有上水管(3 )，所述上水管(3 )向上設(shè)置并通過第一彎頭與進(jìn)水管道相連接，所述出水管道端部安裝有第二彎頭(17)，所述第二彎頭(17)的下方設(shè)置有接水盒(18)，所述接水盒(18)通過回水管(19)與供水箱(I)相連通。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的局部阻力試驗(yàn)儀，其特征在于，所述進(jìn)水管道上安裝有上游調(diào)節(jié)閥門(4)，所述出水管道上安裝有下游調(diào)節(jié)閥門(16)。
4.按照權(quán)利要求1所述的局部阻力試驗(yàn)儀，其特征在于，所述進(jìn)水管道上且位于上游調(diào)節(jié)閥門(4)的下游安裝有法蘭(5)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種局部阻力試驗(yàn)儀，包括水平設(shè)置的實(shí)驗(yàn)管道，試驗(yàn)管道包括依次連接的壓力管道、細(xì)管道、突然放大管道、大管道和突然縮小管道，其中，壓力管道、細(xì)管道和突然縮小管道的管徑相同，突然放大管道和大管道的管徑相同且大于細(xì)管道的管徑，壓力管道與進(jìn)水管道相連通，突然縮小管道與出水管道相連通；還包括豎直設(shè)置的測(cè)壓排，測(cè)壓排上固定有多個(gè)豎直方向的測(cè)壓管，各測(cè)壓管的下端與試驗(yàn)管道的多個(gè)待測(cè)試處對(duì)應(yīng)連通且上端均與排氣管相連通，排氣管固定在測(cè)壓排上且通過排氣閥門與外界大氣相通。本實(shí)用新型儀器整體體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能用于進(jìn)行管道突然放大與突然縮小、彎道、閥門、節(jié)流裝置和漸變管多種類型的局部阻力試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B23/12GK202976605SQ20122061368
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者張志昌, 劉亞菲 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)