CN105444985A - 一种嵌入式多功能实验水洞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水动力学实验技术研究领域，更具体地，涉及一种嵌入式多功能实验水洞，包括入口段、实验段、出口段、管道、水泵及大型实验水池；所述入口段、实验段及出口段依次连接，出口段的出水端通过管道与水泵的进水端连接；入口段包括依次连接的入水口平行段和入水口收缩段，入口段设有入水口；入口段、实验段及出口段部分或全部浸入所述大型实验水池内。本发明通过将入口段、实验段及出口段部分或全部浸入大型实验水池内，并通过水泵将从出口段的出水端流出的水泵到远处的出水口并从出水口流出与大型实验水池内的水混合，由此形成自循环系统，结构简单，造价低廉；通过大型实验水池的混合耗散作用，可以获得平稳的来流。

Description

一种嵌入式多功能实验水洞

技术领域

本发明涉及水动力学实验技术研究领域，更具体地，涉及一种嵌入式多功能实验水洞。

背景技术

水洞是水动力学实验的一种设备，可用来研究边界层现象、湍流空化及水弹性等现象，还可以用来研究水流与实验物体之间的作用力。因此，水洞的建设对于水动力学研究具有很高的价值。

现有的重力式水洞建设需要大型的供水塔，耗费大，占用空间广，虽然可以提供稳定的来流，但随着水塔内水位变化会引起出水速度的变化，使得实验段水的流速发生变化，而要控制水流速度，需要加装流速控制装置。循环式水洞不需要大型供水塔，但出水口的水通过循环系统进入入水口时需要进行复杂的整流除气等工作，难以获得高质量的水流，而且循环系统耗费大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种嵌入式多功能实验水洞，该水洞结构简单，造价低廉，可以获得稳定的来流。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种嵌入式多功能实验水洞，包括入口段、实验段、出口段、管道、水泵及大型实验水池；所述入口段、实验段及出口段依次连接，出口段的出水端通过管道与水泵的进水端连接；入口段包括依次连接的入水口平行段和入水口收缩段，入口段设有入水口，出水口与水泵的出水端连接；入口段、实验段及出口段部分或全部浸入所述大型实验水池内。

上述方案中，通过将入口段、实验段及出口段部分或全部浸入大型实验水池内，并通过水泵将从出口段的出水端流出的水泵到出水口并从出水口流出与大型实验水池内的水混合，由此形成自循环系统，结构简单，造价低廉；通过大型实验水池的混合耗散作用，入水口处的水几乎可以保持静止稳定的状态，入口段通过入水口平行段，可以引入稳定的来流。

优选地，出口段包括依次连接的扩张段、整流段及收缩段。扩张段用于平稳过渡出流，减少对实验段的影响；整流段用于平稳出流，消除水泵高速抽水对实验段水流的影响，使实验段水流品质更高；收缩段用于将水流汇入出水管道并经水泵泵出，流入大型实验水池内。

优选地，所述出口段的出水端与出水口之间的距离为入口段、实验段及出口段距离之和的20倍左右，大型实验水池的水体积为实验段的体积的2000倍左右。这样设置有助于通过大型实验水池的混合耗散作用消除出水口流出的水对入水口附近的水的影响，有助于获得更稳定的来流。

优选地，所述入水口收缩段呈Witozinsky曲线型或双三次曲线型等。这样设置有助于平稳提高来流速度和品质，使实验段获得高速水流。

优选地，该水洞还包括支架，所述支架用于支撑入口段、实验段及出口段，且支架的高度能够调节。支架的设置方便使用者控制入口段、实验段及出口段的高度，使其部分或全部浸入大型实验水池内，获得带自由液面的水洞或全浸式水洞，以满足不同的需要。

优选地，出口段的底部设有第一接口，出口段的轴心处设有第二接口，两个接口中的一个接口通过管道与水泵的进水端连接，且连接时另一个接口处于封闭状态。第一接口的设置有助于带自由液面的水洞内的水的排出；第二接口的设置有助于全浸式水洞内的水的排出。

优选地，为了观察、捕捉、记录流场特征，所述实验段上设有灯光系统及摄像系统。

优选地，为了提高流场可视化程度，所述实验段上还设有示踪物质系统。

优选地，所述实验段上还设有实验模型及测量系统。

优选地，所述灯光系统及摄像系统对称设于实验段的两侧。这样设置有助于更好地观察、捕捉、记录流场特征。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种嵌入式多功能实验水洞，通过将入口段、实验段及出口段部分或全部浸入大型实验水池内，并通过水泵将从出口段的出水端流出的水泵到出水口并从出水口流出与大型实验水池内的水混合，由此形成自循环系统，结构简单，造价低廉；通过大型实验水池的混合耗散作用，可以获得平稳的来流；通过高度可调节的支架，可以获得带自由液面的水洞或全浸式水洞，以满足不同的需要。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中实验段的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

本实施例一种嵌入式多功能实验水洞的结构示意图如图1至图2所示，包括支架2、入口段3、实验段4、出口段5、管道15、水泵16及大型实验水池1；水泵16设于大型实验水池1的外面；入口段3、实验段4及出口段5依次连接；入口段3包括依次连接的入水口平行段7和入水口收缩段8；入口段3设有入水口17，出水口18与水泵16的出水端连接；支架2用于支撑入口段3、实验段4及出口段5，且支架2的高度能够调节；出口段5的底部设有第一接口12，出口段5的轴心处设有第二接口13，两个接口中的一个接口通过管道15与水泵16的进水端连接，且连接时另一个接口处于封闭状态；入口段3、实验段4及出口段5部分或全部浸入大型实验水池1内。

使用时，降低支架2的高度，使入口段3、实验段4及出口段5全部浸入大型实验水池1内，将第一接口12阀门关闭并将第二接口13与管道15的进水端连接，管道15的出水端与水泵16的进水端连接，由此获得全浸式水洞；水流从入水口17依次流入入口段3、实验段4及出口段5，从出口段5的第二接口13流出的水通过水泵16被泵到出水口18并从出水口18流出与大型实验水池1内的水混合，由此形成自循环系统，无需额外的循环水系统，占用空间小，结构简单，造价低廉，而且大型实验水池1具有混合耗散作用，入水口17处的水几乎可以保持静止稳定的状态，入口段3通过入水口平行段7，可以引入稳定的来流。升高支架2的高度，使入口段3、实验段4及出口段5部分浸入大型实验水池1内，将第二接口13阀门关闭并将第一接口12与管道15的进水端连接，管道15的出水端与水泵16的进水端连接，由此获得带自由液面水洞；此时，水流从入水口17依次流入入口段3、实验段4及出口段5，从出口段5的第一接口12流出的水通过水泵16被泵到出水口18并从出水口18流出与大型实验水池1内的水混合，由此形成自循环系统，本发明结构简单，造价低廉，可以获得稳定的来流，通过调节水泵16电机的转速来控制水流速度，操作方便，而且通过调节支架2的高度即可获得全浸式水洞或带自由液面水洞，给用户带来便利。不使用时，可将该水洞拿出大型实验水池1，防止大型实验水池1内的水对水洞的腐蚀，增加水洞的使用寿命。

其中，出口段5包括依次连接的扩张段9、整流段10及收缩段11。扩张段9用于平稳过渡出流，减少对实验段4的影响；整流段10用于平稳出流，消除水泵高速抽水对实验段4水流的影响，使实验段4水流品质更高；收缩段11用于将水流汇入出水管道15并经水泵16泵出，流入大型实验水池1内。

另外，出口段5的出水端与出水口18之间的距离为入口段3、实验段4及出口段5距离之和的20倍左右。这样设置有助于消除出水口18流出的水对入水口17附近的水的影响，有助于获得更稳定的来流。

其中，为了平稳提高来流速度和品质，使实验段4获得高速水流，将入水口收缩段8设置成Witozinsky曲线型或双三次曲线型等。

另外，实验段4上设有灯光系统及摄像系统，摄像系统用来观察、捕捉、记录流场特征，灯光系统用于辅助观察；为了更好地观察、捕捉、记录流场特征，将灯光系统及摄像系统对称设于实验段4的两侧。

其中，为了提高流场的可视化程度，在实验段4上设有示踪物质系统。

另外，根据实验需要，在实验段4上设置实验模型及相应的测量系统。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，包括大型实验水池（1）、支架（2）、入口段（3）、实验段（4）、出口段（5）和管道及水泵（6）；所述入口段（3）、实验段（4）及出口段（5）依次连接，出口段（5）的出水端通过管道（15）与水泵（16）的进水端连接；入口段（3）包括依次连接的入水口平行段（7）和入水口收缩段（8），入口段（3）设有入水口（17），出水口（18）与水泵（16）的出水端连接；入口段（3）、实验段（4）及出口段（5）部分或全部浸入所述大型实验水池（1）内。

2.根据权利要求1所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，出口段（5）包括依次连接的扩张段（9）、整流段（10）及收缩段（11）。

3.根据权利要求1所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，所述出口段（5）的出水端与出水口（18）之间的距离为入口段（3）、实验段（4）及出口段（5）距离之和的20倍左右，大型实验水池（1）的水体积为实验段（4）的体积的2000倍左右。

4.根据权利要求1所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，所述入水口收缩段（8）呈Witozinsky曲线型或双三次曲线型。

5.根据权利要求1所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，还包括支架（2），所述支架（2）用于支撑入口段（3）、实验段（4）及出口段（5），且支架（2）的高度能够调节。

6.根据权利要求5所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，出口段（5）的底部设有第一接口（12），出口段（5）的轴心处设有第二接口（13），两个接口中的一个接口通过管道（15）与水泵（16）的进水端连接，且连接时另一个接口处于封闭状态。

7.根据权利要求1至6任一项所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，所述实验段（4）上设有灯光系统及摄像系统，所述摄像系统用来观察、捕捉、记录流场特征。

8.根据权利要求1至6任一项所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，所述实验段（4）上还设有示踪物质系统，所述示踪物质系统用于提高流场可视化程度。

9.根据权利要求1至6任一项所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，所述实验段（4）上还设有实验模型及测量系统。

10.根据权利要求7所述的嵌入式多功能实验水洞，其特征在于，所述灯光系统及摄像系统对称设于实验段（4）的两侧。