專利名稱：自由表面旋渦形成與演化機(jī)理的實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體力學(xué)中自由表面流動問題的研究領(lǐng)域，特別涉及了一種自由表面 旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置。
背景技術(shù)：
自由表面旋渦是水工建筑物進(jìn)水口前常見的水力現(xiàn)象，在水電站引水管道、溢洪 道、導(dǎo)流隧洞、泵站和船閘等進(jìn)水口的上游表面時有發(fā)生。根據(jù)自由表面旋渦發(fā)展程度來 看，分類方法很多，其中美國麻省Worcester綜合研究所Alden實驗室的分類方法較為明 確，將其分為六種基本類型表面渦紋、表面旋渦、染色旋渦、挾物旋渦、間斷吸氣旋渦以及 連續(xù)吸氣旋渦，特別是最后兩種吸氣旋渦，給工程建筑物和設(shè)備帶來嚴(yán)重危害。因此，自由 表面旋渦氣液兩相流動的研究，不僅對流體力學(xué)中自由界面、渦動力學(xué)和流動穩(wěn)定性問題 的研究具有科學(xué)意義，而且為自由表面渦的控制和利用提供理論指導(dǎo)，亦具有工程應(yīng)用價 值。為驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，從機(jī)理研究的需求出發(fā)，涉及與研發(fā)了本實 驗裝置，經(jīng)檢索，目前沒有相關(guān)的申報專利。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前的研究情況，本發(fā)明的目的在于提供一種研究自由表面旋渦流動形成與 演化機(jī)理的實驗裝置，該實驗裝置的尺寸小、能有效控制流動脈動的影響，且操作方便。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，包括圓筒、密封水槽、微型 泵、流量調(diào)節(jié)閥和進(jìn)水緩沖腔體，其特征在于所述圓筒上部與進(jìn)水緩沖腔粘接一起，在圓 筒中筒壁內(nèi)側(cè)設(shè)置一個起穩(wěn)流作用增阻海綿圈，該圓筒底部與一個出水管接頭連接，所述 出水管接頭與密封水槽的進(jìn)水管接頭通過粗管路連接；所述微型泵粘結(jié)于密封水槽底部， 該微型泵的出水口通過管路與所述流量控制閥連接，該流量控制閥經(jīng)管路通過一個四通管 接頭與進(jìn)水緩沖腔體的一個入流口連接，該四通管接頭通過三個三通管接頭與進(jìn)水緩沖腔 體上周向均布的另三個入流口連接；圓筒筒壁上周向均布的入流孔接通進(jìn)水緩沖腔體。所述進(jìn)水緩沖腔體周向均布的的入水管與圓筒上部的入流孔錯位布置。所述圓筒上部開口與外界大氣相通，底部開有內(nèi)螺紋與所述出水管接頭旋接。所 述圓筒由一個支撐架支撐，支撐架頂部有圓形凹槽與圓筒配置。所述出水管接頭通過密封圈與圓筒的出水口連接，保證無泄漏；出水管接頭為一 組除內(nèi)孔徑之外，其他結(jié)構(gòu)尺寸一致的系列管接頭。除微型泵、連接管路、增阻海綿以及流量調(diào)節(jié)閥外，全部采用通光性良好的有機(jī)玻 璃制作。所述進(jìn)水緩沖腔采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，保證圓筒上端與外界大氣相通。所述進(jìn)水緩沖腔的入流孔與圓筒入流孔采用均布設(shè)置，并且使緩沖腔的入流孔口
3與圓筒入流孔錯位布置，從而對入流起到緩沖、穩(wěn)流作用。所述出水管接頭為一組不同內(nèi)徑相同外徑結(jié)構(gòu)的圓管，外徑為突變徑設(shè)計，且與 圓筒連接為螺紋連接；與外接管路連接頭部，加工倒角，方便管路的密封和裝拆。所述密封水槽進(jìn)口加工倒角，水槽頂部開有出水管孔與電源線孔，而微型泵與密 封水槽底部之間通過彈性吸盤進(jìn)行固定，同時添加輔助固定，保證微型泵的振動對于密封 水槽無影響。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點體 積小，成本低，能夠方便快捷的對自由表面旋渦的形成與演化過程進(jìn)行實驗觀測與測量。


圖1為自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置示意圖(其中(a)圖為主視 圖，(b)圖為俯視圖)。圖2為進(jìn)水緩沖腔體結(jié)構(gòu)示意圖(其中(a)圖為主視圖，(b)圖為俯視圖)。圖3為圓筒結(jié)構(gòu)示意圖(其中(a)圖為主視圖，(b)圖為俯視圖)。圖4為不同內(nèi)孔徑的出水管接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合

如下實施例一參照附圖1，本自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，包括圓 筒3、密封水槽7、微型泵8、流量調(diào)節(jié)閥10和進(jìn)水緩沖腔體1，所述圓筒3上部與進(jìn)水緩沖 腔1粘接一起，在圓筒3中筒壁內(nèi)側(cè)設(shè)置一個起穩(wěn)流作用增阻海綿圈2，該圓筒3底部與一 個出水管接頭4連接，所述出水管接頭4與密封水槽7的進(jìn)水管接頭14通過粗管路6連接； 所述微型泵8粘結(jié)于密封水槽7底部，該微型泵8的出水口通過管路9與所述流量控制閥 10連接，該流量控制閥10經(jīng)管路11通過一個四通管接頭與進(jìn)水緩沖腔體1的一個入流口 13連接，該四通管接頭通過三個三通管接頭與進(jìn)水緩沖腔體1上周向均布的另三個入流口 14、15、16連接；圓筒3筒壁上周向均布的入流孔17接通進(jìn)水緩沖腔體1。實施例二 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下參加圖1、圖2、圖3和 圖4，所述進(jìn)水緩沖腔體1周向均布的入水管13、14、15、16與圓筒3上部的入流孔17錯位 布置。所述圓筒3上部開口與外界大氣相通，底部開有內(nèi)螺紋與所述出水管接頭4旋接。所 述圓筒3由一個支撐架5支撐，所述支撐架5頂部有圓形凹槽與圓筒3配置。所述出水管 接頭4通過密封圈與圓筒3的出水口連接，保證無泄漏；出水管接頭4為一組除內(nèi)孔徑(d2) 之外，其他結(jié)構(gòu)尺寸(H.Ddi) —致的系列管接頭。除微型泵8、連接管路6、9、11、增阻海綿 2以及流量調(diào)節(jié)閥10外，全部采用通光性良好的有機(jī)玻璃制作。整個管路6、9、11系統(tǒng)采用 硅膠圓管或橡膠軟管柔塑性較好的管路構(gòu)成，管路6、9、11與管接頭4、12、13、14、15、16為 過盈配合，保證流動的密封性。工作過程為首先將密封水槽7內(nèi)灌滿流體，其中，圓筒3內(nèi)流體的高度可通過刻 度尺測量進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)需要可以任意調(diào)節(jié)圓筒內(nèi)流體的淹沒深度。微型泵8通電之后即 可工作，流體開始被輸運，通過流量調(diào)節(jié)閥10來進(jìn)行流量大小的控制，流體經(jīng)過管路11流 入進(jìn)水緩沖腔體1中。進(jìn)水緩沖腔體1的進(jìn)口采用均勻分布的三通管接頭14、15、16和四
4通管13構(gòu)成，從而保證流入進(jìn)水緩沖腔體1內(nèi)的流體的均勻性，而進(jìn)水緩沖腔體1的入流 口 13與圓筒3的入流孔17之間保正夾角a (為30° 士 10° )，從而流入緩沖腔體1的流 體不至于直接通過圓筒3的入流孔17流入到圓筒3中，起到緩沖和穩(wěn)流流體的作用；圓筒 3的入流孔17也采用均勻布置結(jié)構(gòu)，保證流體通過這些小孔均勻流入圓筒中。流體經(jīng)過進(jìn) 水緩沖腔體1之后，經(jīng)圓筒3的入流孔17流入到圓筒3中，一般情況流體是沿著圓筒3壁 面流入圓筒3內(nèi)，但整個循環(huán)的流量較大時，流入圓筒3中的流體速度越快，因此對液面沖 擊較大，通過添加起增阻作用的海綿圈2，有效的使流入圓筒中的流體穩(wěn)定入流。流體通過 底部的出水管接頭4流出，特別的是，出水管接頭4與圓筒底部孔口之間通過螺紋連接，并 通過密封圈進(jìn)行壓緊密封，同時螺紋連接結(jié)構(gòu)方便了研究不同內(nèi)孔半徑的實驗方案。流體 通過水管接頭4流回到密封水槽7中，形成一循環(huán)回路。
權(quán)利要求
一種自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，包括圓筒(3)、密封水槽(7)、微型泵(8)、流量調(diào)節(jié)閥(10)和進(jìn)水緩沖腔體(1)，其特征在于所述圓筒(3)上部與進(jìn)水緩沖腔(1)粘接一起，在圓筒(3)中筒壁內(nèi)側(cè)設(shè)置一個起穩(wěn)流作用增阻海綿圈(2)，該圓筒(3)底部與一個出水管接頭(4)連接，所述出水管接頭(4)與密封水槽(7)的進(jìn)水管接頭(14)通過粗管路(6)連接；所述微型泵(8)粘結(jié)于密封水槽(7)底部，該微型泵(8)的出水口通過管路(9)與所述流量控制閥(10)連接，該流量控制閥(10)經(jīng)管路(11)通過一個四通管接頭與進(jìn)水緩沖腔體(1)的一個入流口(13)連接，該四通管接頭通過三個三通管接頭與進(jìn)水緩沖腔體(1)上周向均布的另三個入流口(14、15、16)連接；圓筒(3)筒壁上周向均布的入流孔(17)接通進(jìn)水緩沖腔體(1)。
2.權(quán)利要求1所述的自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，其特征在于所 述進(jìn)水緩沖腔體⑴周向均布的入水管(13、14、15、16)與圓筒(3)上部的入流孔(17)錯 位布置。
3.權(quán)利要求1所述的自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，其特征在于所 述圓筒(3)上部開口與外界大氣相通，底部開有內(nèi)螺紋與所述出水管接頭(4)旋接。
4.權(quán)利要求1所述的自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，其特征在于所 述圓筒(3)由一個支撐架(5)支撐，所述支撐架(5)頂部有圓形凹槽與圓筒(3)配置。
5.權(quán)利要求1所述的自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，其特征在于所 述出水管接頭(4)通過密封圈與圓筒(3)的出水口連接，保證無泄漏；出水管接頭(4)為一 組除內(nèi)孔徑(d2)之外，其他結(jié)構(gòu)尺寸(H.Ddi) —致的系列管接頭。
6.權(quán)利要求1所述的自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，其特征在于除 微型泵(8)、連接管路(6、9、11)、增阻海綿⑵以及流量調(diào)節(jié)閥(10)外，全部采用通光性良 好的有機(jī)玻璃制作。
7.權(quán)利要求1所述的自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，其特征在于整 個管路(6、9、11)系統(tǒng)采用硅膠圓管或橡膠軟管柔塑性較好的管路構(gòu)成，管路(6、9、11)與 管接頭(4、12、13、14、15、16)為過盈配合，保證流動的密封性。全文摘要
本發(fā)明涉及一種自由表面旋渦形成與演化機(jī)理研究的實驗裝置，它包括圓筒、密封水槽、微型泵、流量調(diào)節(jié)閥和進(jìn)水緩沖腔體，圓筒上部與進(jìn)水緩沖腔體粘接一起，在圓筒中筒壁內(nèi)側(cè)設(shè)置一個起穩(wěn)流作用的增阻海綿圈，該圓筒底部與一個出水管接頭連接，該出水管接頭與密封水槽的進(jìn)水管接頭通過粗管路連接，微型泵粘結(jié)于密封水槽底部，微型泵的出水口通過管路與流量控制閥連接，流量控制閥經(jīng)管路通過一個四通管接頭與進(jìn)水緩沖腔體的一個入流口連接，該四通管接頭通過三個三通管接頭與進(jìn)水緩沖腔體上周向均布的另三個入流口連接，圓筒筒壁上周向均布入流孔接通進(jìn)水緩沖腔體。
文檔編號G01M10/00GK101979983SQ201010186230
公開日2011年2月23日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者張睿, 胡雷, 陳紅勛 申請人:上海大學(xué)