CN101865746A - 垂直射流动量方程测力仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了垂直射流动量方程测力仪，包括储水箱、恒定水位箱、垂直射流室和测力调节机构，垂直射流室内包括垂直喷嘴、垂直射流作用的对称曲面及射流后的排水口，在所述的测力调节机构上设置等力臂杠杆、转轴支点、测力杠杆、平衡支点等，等力臂杠杆一端与对称曲面顶点垂直直杆相连，等力臂杠杆另一端与测力杠杆的一端垂直线体相连，转轴支点为等力臂杠杆水平向的平分点，测力杠杆的平衡支点上方装有垂直指针。与现有技术相比，本发明结构简单，物理概念清晰，避免了以水平向射流作用于对称曲面板时，求其反作用力大小界定模糊现状，该测力仪成本较低，使用方便，适宜于科普教育及水利类科研院校水力实验教学。

Description

垂直射流动量方程测力仪
技术领域
本发明是针对利用动量方程量测管嘴射流对对称曲面板的作用力时，常以水平向射流对对称曲面板的作用力作为施测方式，其物理概念不够清晰，而设计的一种垂直射流对称曲面测力仪。它属于水力学技术领域。
背景技术
在利用动量方程量测管嘴射流对对称曲面板的作用力，现有技术是以水平向射流为量测手段，并认为水平射流到对称曲面板后，反射流作用于对称曲面板的力在垂直方向可以相互抵消，所以，在量测管嘴射流对对称曲面板的作用力时，等价于测量射流对对称曲面板的水平向作用力。实际上，反射流作用于对称曲面板的力在垂直方向不能够相互抵消，因为反射流作用于曲面板后，分为上半部分和下半部分水流，其两部分都受重力影响，其合力在垂直于射流方向不为零。因而现有技术存在不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而发明一种垂直射流动量方程测力仪，它采用垂直射流方式，使得作用于曲面板后的反射流作用力，在垂直于射流方向投影的合力为零，规避了现有技术的不足。
本发明的技术解决方案：垂直射流动量方程测力仪包括储水箱、恒定水位箱以及垂直射流室和测力调节机构，所述的储水箱内设置水泵，水泵出口与进水管下端相接，进水管上端与恒定水位箱相接，在所述的恒定水位箱内还设置消能室、溢流板及排水管的入口，所述的消能室使恒定水位箱的水体稳定，所述的溢流板使恒定水位箱的水位恒定，所述的排水管的出口垂直指向储水箱，在所述的垂直射流室内包括垂直喷嘴、垂直射流作用的对称曲面及射流后的排水入口，所述的垂直喷嘴与恒定水位箱相连，所述的对称曲面与测力调节机构相连，所述的排水入口的另一端是排水出口，所述的排水出口垂直指向储水箱。
在所述的测力调节机构上设置等力臂杠杆、转轴支点、测力杠杆及平衡支点，所述的等力臂杠杆一端与对称曲面顶点垂直直杆相连，等力臂杠杆另一端与测力杠杆的一端垂直线体相连，所述的转轴支点为等力臂杠杆水平向的中心点，所述的测力杠杆左端装有测力杠杆平衡调节移动体，其右端装有垂直移动砣码，在所述的测力杠杆的平衡支点上方装有垂直指针。
本发明装置其结构由三部分组成：供水部分、垂直射流室和测力调节机构。在供水部分，设置储水箱、恒定水位箱，其工作机理：水泵将储水箱的水提升到恒定水位箱内，利用恒定水位箱内消能室中玻璃球和阻冲板进行消能，使恒定水位箱内水面稳定。在垂直射流室内，垂直喷嘴的恒定射流作用于对称曲面内壁，垂直射流的中心线与对称曲面的轴线重合，垂直射流作用于对称曲面之后，其水体经由排水管进入储水箱。在测力调节机构中，通过等力臂杠杆，将垂直射流作用于对称曲面上的冲击力置换到测力杠杆上。本发明的优点：结构简单，物理概念清晰，成本较低，使用方便，适宜于科普教育及水利类科研院校水力学实验教学。
附图说明
图1是本发明装置示意图。
其中：1、储水箱，2、水泵，3、进水管，4、消能室，5、恒定水位箱，6、溢流板，7、排水管，8、出口，9、垂直喷嘴，10、对称曲面，11、排水入口，12、排水出口，13、转轴支点，14、等力臂杠杆，15、垂直线体，16、平衡调节移动体，17、平衡支点，18、测力杠杆，19、垂直移动砣码，20、仪器桌面，21、桌面支架，0、垂直指针。
具体实施方式
对照附图1，储水箱1内设置水泵2，水泵2出口与进水管3下端相接，进水管3上端与恒定水位箱5的底部相接，恒定水位箱5内设置消能室4、溢流板6及排水管7，排水管7的出口8垂直指向储水箱1，垂直喷嘴9设置于恒定水位箱5底部一侧，对称曲面10与测力调节机构相连，排水入口11设置于垂直射流室底部，排水出口12垂直指向储水箱1，转轴支点13设置在等力臂杠杆14水平向中点处，垂直线体15分别与等力臂杠杆14的一端及测力杠杆18的一端垂直相连，平衡调节移动体16设置于测力杠杆18一侧，平衡支点17设置于测力杠杆18中部区间，平衡支点17上方装有垂直指针0，垂直移动砣码19设置于测力杠杆18另一侧，桌面20与恒定水位箱5底部相接触，桌面支架21上端与桌面20下面相接。
工作过程：将一定量的水储存在储水箱1内，储水箱1内的水通过水泵提升进入消能室4。在消能室4中，水流与玻璃球和阻冲板相互作用，消耗水流能量，使得流出消能室的水体，在恒定水位箱5内缓慢平稳上升。当恒定水位箱5内的水体缓慢平稳上升至溢流板6的顶部时，开始溢流。溢流的水经过排水管7，流回到储水箱1内。此刻，恒定水位箱5内的水位保持恒定。在恒定水位情况下，打开垂直喷嘴9的开关，使喷嘴9射流。在垂直射流室内，垂直射流作用于对称曲面10上，且射流的中心线与对称曲面的轴线重合。受到冲击的对称曲面10，向上运动，使得等力臂杠杆14的一端亦向上运动，导致等力臂杠杆14的另一端绕转轴支点13向下运动。由于转轴支点13是等力臂杠杆14水平向的中心点，因而，对称曲面10所受冲击力的大小，等价于垂直线体15作用于与其相连的测力杠杆18一端的力值。在测力杠杆18的另一端调节垂直移动砣码19的位置，当平衡支点17上方的垂直指针0与测力杠杆18垂直时，测力杠杆18水平，利用杠杆平衡原理，便可测出直线体15作用于与其相连的测力杠杆18一端力的大小。从而，垂直射流作用于对称曲面10上的力值可得。

Claims (4)

1.一种垂直射流动量方程测力仪，其特征在于：包括恒定水位箱(5)、垂直射流室和测力调节机构，在所述的垂直射流室内设置有垂直喷嘴(9)、垂直射流作用的对称曲面(10)及射流后的排水入口(11)，所述的测力调节机构包括等力臂杠杆(14)、垂直线体(15)和测力杠杆(18)，所述的垂直喷嘴(9)与恒定水位箱(5)相连，所述的对称曲面(10)垂直设置在垂直喷嘴(9)的上端，对称曲面(10)上端与等力臂杠杆(14)的一端连接，等力臂杠杆(14)的另一端通过垂直线体(10)与测力杠杆(18)的一端连接，在测力杠杆(18)的另一端设有垂直移动砣码(19)。
2.根据权利要求1所述的垂直射流动量方程测力仪，其特征在于：在所述的测力杠杆(18)上还设置有测力杠杆平衡调节移动体(16)，该平衡调节移动体(16)位于测力杠杆与垂直线体(15)连接的一端。
3.根据权利要求1所述的垂直射流动量方程测力仪，其特征在于：在所述的测力杠杆(18)的平衡支点(17)上方装有垂直指针(0)。
4.根据权利要求1、2或3所述的垂直射流动量方程测力仪，其特征在于：在所述的恒定水位箱下端还设置有一储水箱(1)，在所述的恒定水位箱(5)内还设置消能室(4)、溢流板(6)及排水管(7)的入口，在所述的储水箱内设置有水泵(2)，一进水管(2)一端与所述的的水泵(2)连接，进水管(2)的另一端连接至恒定水位箱的消能室(4)使恒定水位箱(5)的水体稳定，所述的溢流板(6)使恒定水位箱(5)的水位恒定，所述的排水管(7)的出口(8)垂直指向储水箱(1)。
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