CN106847008A - 一种雷诺实验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷诺实验仪，旨在克服现有的实验装置耗水量大、外形容易受腐蚀、移动不灵活与有色液体污染实验导管的问题，其包括稳压溢流水槽、分液漏斗、实验导管、转子流量计、下方水槽、水泵、实验台、流量调节阀与温度计。稳压溢流水槽位于实验台顶端，温度计安装在稳压溢流水槽内，下方水槽安装在实验台的底端，水泵安装在下方水槽的左下角处；分液漏斗安装在稳压溢流水槽中槽底的槽底圆通孔中，并且分液漏斗下端排液管插入实验导管的上端管口中，实验导管下端与流量调节阀上端管路连接，流量调节阀下端采用第一段橡胶管与转子流量计下端连接，转子流量计的上端采用第二段橡胶管与下方水槽连接，水泵采用第三段橡胶管与稳压溢流水槽连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于工程流体力学中的实验设备，更确切地说，本发明涉及一种测定流动状态下流体的雷诺数的雷诺实验仪。
背景技术
雷诺实验仪是一种用来测定流体雷诺数的仪器。由《工程流体力学》中关于无量纲数雷诺数Re的定义可知，
d—导管直径，m；
ρ—流体密度，kg/m3；
v—流体速度，m/s；
μ—流体动力粘度，pa.s
雷诺实验仪就是利用以上公式算得雷诺数Re。当流体的密度、动力黏度、流过的管径一定时，流速不同雷诺数就不同，且变化是线性的。雷诺实验仪的结构主要由稳压溢流水槽、实验导管两大部分构成，其功能是通过调节流量来测得流速，进而计算出雷诺数Re。
现在实验室使用的雷诺实验仪所需的实验的给水量不仅大而且是一次性的，做完一次实验就要换水，浪费大量的水资源和人力。其次，现在实验室使用的装置其外形是由金属构成的，常年放置在实验室易受腐蚀，并且装置本身占地面积大移动不灵活，不便于维护和使用。最后，采用的有色液体容易污染实验导管。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有实验装置的耗水量大、外形容易受腐蚀、移动不灵活与有色液体污染实验导管的问题，提供了一种新型的雷诺实验仪。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
所述的一种雷诺实验仪包括稳压溢流水槽、分液漏斗、实验导管、转子流量计、下方水槽、水泵、实验台、流量调节阀、橡胶管与温度计。
所述的稳压溢流水槽安装在实验台的顶端，温度计安装在稳压溢流水槽内，分液漏斗采用支架安装在稳压溢流水槽中，下方水槽安装在实验台底壁的右侧，水泵安装在下方水槽的左下角处。
所述的分液漏斗的下端排液管插入稳压溢流水槽的槽底圆通孔即出口中并插入实验导管的上端，实验导管下端与流量调节阀的上端管路连接，流量调节阀下端采用第一段橡胶管与转子流量计的下端连接，转子流量计的上端采用第二段橡胶管与下方水槽连接，放置在下方水槽中的水泵的出口采用第三段橡胶管与稳压溢流水槽连接。
技术方案中所述的实验导管为透明有机玻璃管，实验导管的直径与稳压溢流水槽的槽底圆通孔即出口的直径相同，实验导管的上端采用三氯甲烷与稳压溢流水槽的槽底圆通孔即出口密封连接，实验导管与稳压溢流水槽的槽底垂直，实验导管与稳压溢流水槽的槽底圆通孔即出口的回转轴线共线。
技术方案中所述的实验导管下端与流量调节阀的上端管路连接，流量调节阀下端采用第一段橡胶管与转子流量计的下端连接是指：所述的实验导管下端采用一段一端带内螺纹、直径为40mm～50mm的塑料管与流量调节阀上端连接，即塑料管与导管的连接为过盈连接，塑料管与流量调节阀上端的连接为螺纹连接，第一段橡胶管的两端和流量调节阀的下端与转子流量计的下端的连接为过盈连接。
技术方案中所述的实验导管的内径为20mm～30mm；分液漏斗为球形分液漏斗,分液漏斗采用型号为125ml的标准件，分液漏斗的下端排液管的直径小于实验导管的内径。
技术方案中所述的实验台由厚度为10mm～12mm的聚乙烯板材制成的长方体式箱体结构件；所述的实验台的前后两端为敞开非封闭，即实验台由顶壁、底壁、左壁、右壁组成；实验台的顶壁中心处设置有一个顶壁圆通孔，顶壁圆通孔的直径与实验导管的外径相同；实验台的底壁的左右两端设置有板足；底壁上设置有一个尺寸与顶壁圆通孔直径相同的底壁圆通孔，并且顶壁圆通孔与底壁圆通孔的回转中心线和同一铅垂线共线；距离底壁圆通孔中心100mm的右侧处设置有一个安装橡胶管的直径为40mm的1号胶管通孔；在右壁的纵向轴线上且距离顶壁50～60mm处设置有一个2号胶管通孔，2号胶管通孔直径与橡胶管的外径相同，实验台相邻两垂直的聚乙烯壁板之间采用粘接工艺连接。
技术方案中所述的实验台底壁的左右长度大于顶壁的左右长度，顶壁的长度为500mm～600mm，底壁的长度为900mm～1000mm，实验台的前后宽度为500mm～600mm，实验台的高度为700mm～800mm，底壁距离地基或工作台面的高度为100mm～120mm。
技术方案中所述的托架包括有一个不锈钢筋圆环与四个结构相同的不锈钢筋支腿，不锈钢筋圆环的内径小于分液漏斗的球体部分的直径，四个结构相同的不锈钢筋支腿均匀地分布在不锈钢筋圆环的底面上，四个结构相同的不锈钢筋支腿的顶端与不锈钢筋圆环的底面采用焊接方式相连接，四个结构相同的不锈钢筋支腿的底端与稳压溢流水槽的槽底接触连接，任何相邻两个不锈钢筋支腿之间的夹角相等,四个结构相同的不锈钢筋支腿和不锈钢筋圆环所在平面的夹角相等。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种雷诺实验仪增加了动力装置水泵，可以为整个回路提供动力而循环，节省了大量的水资源，现在一次实验只需要一次给水量。
2.本发明所述的一种雷诺实验仪采用聚乙烯材料代替金属材料做实验装置的外形，避免了长时间裸露在外面的金属材料的腐蚀，并且同样体积的聚乙烯比金属材料质量要小得多，移动也较为灵活，便于维护和使用。
3.本发明所述的一种雷诺实验仪采用了入水后一段时间将褪色的有色液体做示踪剂，较之前普通的有色液体相比，现在不会污染实验导管，流体在流动过程中依然呈现澄清的状态。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的一种雷诺实验仪结构组成的示意图；
图2-1为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的稳压溢流水槽的左视图；
图2-2为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的稳压溢流水槽的主视图；
图2-3为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的稳压溢流水槽的俯视图；
图3-1为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的实验台的左视图；
图3-2为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的实验台的主视图；
图3-3为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的实验台的俯视图；
图4-1为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的托架的左视图；
图4-2为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的托架的主视图；
图4-3为本发明所述的一种雷诺实验仪所采用的托架的俯视图；
图中：1.稳压溢流水槽，2.分液漏斗，3.实验导管，4.转子流量计，5.下方水槽，6.水泵，7.实验台，8.流量调节阀，9.橡胶管，10.温度计，11.溢流板，12托架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
本发明所述的一种雷诺实验仪包括稳压溢流水槽1、分液漏斗2、实验导管3、转子流量计4、下方水槽5、水泵6、实验台7、流量调节阀8、橡胶管9、温度计10与12托架。
参阅图2，所述的稳压溢流水槽1为容积是边长为300mm～500mm的立方体，顶端为敞开非封闭结构，是一个储存流体的容器，用厚度为6mm～8mm的聚乙烯板材料制成，两垂直的聚乙烯板之间采用粘接工艺连接并保持密封，内部设置有溢流板11，其厚度为10mm～12mm，目的是使流体流经整个装置时液面都不随时间发生变化，保证为定常流动。稳压溢流水槽1槽底的中心处设置有一直径与实验导管3外径相同的槽底圆通孔即出口。
分液漏斗2为球形分液漏斗,分液漏斗2采用型号为125ml的标准件，内部放置有色液体，整体置于稳压溢流水槽1中。
实验导管3的内径为20～30mm，材料为透明有机玻璃管，可清晰观察到流体的流型。
转子流量计4采用型号为10～100L/H的标准件,测定流体的流量。
下方水槽5是边长为300mm～500mm的立方体，顶端也是敞开非封闭结构，是一个储存流体的容器，用厚度为6mm～8mm的聚乙烯板材料制成，相邻两垂直的聚乙烯壁板之间采用粘接工艺连接并保持密封。
水泵6采用型号为40～100W功率的潜水泵，其作用是将下方水槽5中的水抽至稳压溢流水槽1中。
参阅图3，实验台7由厚度为10mm～12mm的聚乙烯板材制成的长方体式箱体件。
所述的实验台7的前后两端为敞开非封闭结构，实验台7是由上、下、左、右面共4个箱壁构成，即实验台7由顶壁、底壁、左壁、右壁组成。实验台7底壁的左右长度大于顶壁的左右长度，即顶壁的长度为500mm～600mm，底壁的长度为900mm～1000mm，实验台7的前后宽度为500mm～600mm，实验台7的高度为700mm～800mm。实验台7的顶壁中心处设置有一个顶壁圆通孔，顶壁圆通孔的直径与实验导管3的外径相同；底壁距离地面(地基)为100mm～120mm，即实验台7的底壁的左右两端设置有板足；底壁上设置有一个尺寸与顶壁上的顶壁圆通孔直径相同的底壁圆通孔，并且稳压溢流水槽1上的槽底圆通孔、实验台7上的顶壁圆通孔与实验台7上的底壁圆通孔的回转中心线和同一铅垂线共线；距离底壁圆通孔中心80mm～120mm的右侧处设置有一个安装橡胶管9的直径为40mm的1号胶管通孔；在右壁的纵向轴线上且距离顶壁50mm～60mm处设置有一个2号胶管通孔，2号胶管通孔直径与橡胶管9的外径相同。实验台7相邻两垂直的聚乙烯壁板之间采用粘接工艺连接，保持较强的密封性，实验台7用于承载和固定整个装置。
流量调节阀8采用型号为Q11F的铜螺纹球阀，流量调节阀8与导管3之间的连接采用带螺纹的塑料管连接，用来调节流体的流动速度。
橡胶管9的内径为20mm～30mm，3段结构相同的橡胶管9将流量调节阀8、转子流量计4、下方水槽5、水泵6与稳压溢流水槽1串联起来，组成一个流体循环回路。
温度计10用来测定雷诺实验进行时的温度，具体位置为竖直放置在稳压溢流水槽1内部任意位置,采用电子式或者刻度式的均可，其最大量程不超过50℃。
参阅图4，托架12是采用直径为10～12mm的不锈钢(或玻璃)筋制作的，目的是起到支撑和固定作用。
所述的托架12包括有一个不锈钢筋圆环与四个结构相同的不锈钢筋支腿，不锈钢筋圆环的内径小于分液漏斗2的球体部分的直径，四个结构相同的不锈钢筋支腿均匀地分布在不锈钢筋圆环的底面上，四个结构相同的不锈钢筋支腿的顶端与不锈钢筋圆环的底面采用焊接方式相连接，四个结构相同的不锈钢筋支腿的底端与稳压溢流水槽1的槽底接触连接，任何相邻两个不锈钢筋支腿之间的夹角相等,四个结构相同的不锈钢筋支腿和不锈钢筋圆环所在平面的夹角相等。
所述的稳压溢流水槽1安装在实验台7的顶壁上，稳压溢流水槽1的出口即位于槽底的中心处的槽底圆通孔和实验台7的顶壁中心处的顶壁圆通孔对正，槽底圆通孔、顶壁圆通孔的直径与实验导管3的外径相同，采用三氯甲烷做密封剂将稳压溢流水槽1上的槽底圆通孔、实验台7上的顶壁圆通孔与实验导管3上端口的外圆柱面密封连接，实验导管3和稳压溢流水槽1的槽底与实验台7的顶壁垂直，实验导管3和稳压溢流水槽1槽底上的出口即槽底圆通孔与实验台7上的顶壁圆通孔的回转轴线共线；将分液漏斗2的下端排液管同轴地插入导管3的上端，分液漏斗2的下端排液管的直径小于实验导管3的内径，因此，分液漏斗2的下端排液管与实验导管3之间留有可供稳压溢流水槽1中的水流出的间隙。分液漏斗2的主体位于稳压溢流水槽1内，具体说是采用托架12来固定分液漏斗，即托架12放在稳压溢流水槽1的槽底上，分液漏斗2的球体部分放置在托架12的圆环上；实验导管3插入实验台7顶壁上的顶壁圆通孔中，采用一段一端带内螺纹、直径为40mm～50mm的塑料管将导管3下端与流量调节阀8上端连接，塑料管与导管3下端的连接为过盈连接，塑料管与流量调节阀8上端的连接为螺纹连接；用第一段短橡胶管9将流量调节阀8下端与转子流量计4的下端连接，此段橡胶管两端的连接为过盈连接(以下所有橡胶管9与其它管口的连接均为过盈连接，不再说明)；转子流量计4的上端与第二段橡胶管9初始端连接，第二段橡胶管9末端进入到下方水槽5的入口，下方水槽5中的水泵出水口与第三段橡胶管9的初始端连接，第三段橡胶管9的末端进入到稳压溢流水槽1的入口，形成回路。
本发明工作原理为：
整个实验在温度计10所示数下进行。流体从稳压溢流水槽1中流出并流入实验导管3，流体从实验导管3下端流出并流入流量调节阀8，再从流量调节阀8流出并流入转子流量计4，从转子流量计4流出并流入到下方水槽中5，下方水槽中5内部安装的动力装置——水泵6，水泵6将流体从下方水槽中5经水泵出口与橡胶管9抽至稳压溢流水槽1内，这个串联的整体使水循环起来，而有色液体放置在稳压溢流水槽1中的分液漏斗2中与流体一起流向实验导管3。当调节流量调节阀8时流速发生变化，若流速由小到大变化则流体会由层流向紊流变化，具体表现为有色液体会由细线状过渡到紊乱。读取转子流量计4的示数Q,测定实验导管3的管径d，查阅资料得知ρ与μ，利用公式计算得到此时的雷诺数，当流型发生变化时算得的雷诺数为临界雷诺数。
Claims (7)
1.一种雷诺实验仪，其特征在于，所述的一种雷诺实验仪包括稳压溢流水槽(1)、分液漏斗(2)、实验导管(3)、转子流量计(4)、下方水槽(5)、水泵(6)、实验台(7)、流量调节阀(8)、橡胶管(9)与温度计(10)；
所述的稳压溢流水槽(1)安装在实验台(7)的顶端，温度计(10)安装在稳压溢流水槽(1)内，分液漏斗(2)采用支架(12)安装在稳压溢流水槽(1)中，下方水槽(5)安装在实验台(7)底壁的右侧，水泵(6)安装在下方水槽(5)的左下角处；
所述的分液漏斗(2)的下端排液管插入稳压溢流水槽(1)的槽底圆通孔即出口中并插入实验导管(3)的上端，实验导管(3)下端与流量调节阀(8)的上端管路连接，流量调节阀(8)下端采用第一段橡胶管(9)与转子流量计(4)的下端连接，转子流量计(4)的上端采用第二段橡胶管(9)与下方水槽(5)连接，放置在下方水槽(5)中的水泵(6)的出口采用第三段橡胶管(9)与稳压溢流水槽(1)连接。
2.按照权利要求1所述的一种雷诺实验仪，其特征在于，所述的实验导管(3)为透明有机玻璃管，实验导管(3)的直径与稳压溢流水槽(1)的槽底圆通孔即出口的直径相同，实验导管(3)的上端采用三氯甲烷与稳压溢流水槽(1)槽底的槽底圆通孔即出口密封连接，实验导管(3)与稳压溢流水槽(1)的槽底垂直，实验导管(3)与稳压溢流水槽(1)的槽底圆通孔即出口的回转轴线共线。
3.按照权利要求1所述的一种雷诺实验仪，其特征在于，所述的实验导管(3)下端与流量调节阀(8)的上端管路连接，流量调节阀(8)下端采用第一段橡胶管(9)与转子流量计(4)的下端连接是指：
所述的实验导管(3)下端采用一段一端带内螺纹、直径为40～50mm的塑料管与流量调节阀(8)上端连接，即塑料管与导管(3)的连接为过盈连接，塑料管与流量调节阀(8)上端的连接为螺纹连接，第一段橡胶管(9)的两端和流量调节阀(8)的下端与转子流量计(4)的下端的连接为过盈连接。
4.按照权利要求1所述的一种雷诺实验仪，其特征在于，所述的实验导管(3)的内径为20～30mm；分液漏斗(2)为球形分液漏斗,分液漏斗(2)采用型号为125ml的标准件，分液漏斗(2)的下端排液管的直径小于实验导管(3)的内径。
5.按照权利要求1所述的一种雷诺实验仪，其特征在于，所述的实验台(7)由厚度为10～12mm的聚乙烯板材制成的长方体式箱体结构件；
所述的实验台(7)的前后两端为敞开非封闭，即实验台(7)由顶壁、底壁、左壁、右壁组成；
实验台(7)的顶壁中心处设置有一个顶壁圆通孔，顶壁圆通孔的直径与实验导管(3)的外径相同；实验台(7)的底壁的左右两端设置有板足；底壁上设置有一个尺寸与顶壁圆通孔直径相同的底壁圆通孔，并且顶壁圆通孔与底壁圆通孔的回转中心线和同一铅垂线共线；距离底壁圆通孔中心100mm的右侧设置有一个安装橡胶管(9)的直径为40mm的1号胶管通孔；在右壁的纵向轴线上且距离顶壁50mm～60mm处设置有一个2号胶管通孔，2号胶管通孔直径与橡胶管(9)的外径相同，实验台(7)相邻两垂直的聚乙烯壁板之间采用粘接工艺连接。
6.按照权利要求5所述的一种雷诺实验仪，其特征在于，所述的实验台(7)底壁的左右长度大于顶壁的左右长度，顶壁的长度为500mm～600mm，底壁的长度为900mm～1000mm，实验台(7)的前后宽度为500mm～600mm，实验台(7)的高度为700mm～800mm，底壁距离地基或工作台面的高度为100mm～120mm。
7.按照权利要求1所述的一种雷诺实验仪，其特征在于，所述的托架(12)包括有一个不锈钢筋圆环与四个结构相同的不锈钢筋支腿，不锈钢筋圆环的内径小于分液漏斗(2)的球体部分的直径，四个结构相同的不锈钢筋支腿均匀地分布在不锈钢筋圆环的底面上，四个结构相同的不锈钢筋支腿的顶端与不锈钢筋圆环的底面采用焊接方式相连接，四个结构相同的不锈钢筋支腿的底端与稳压溢流水槽(1)的槽底接触连接，任何相邻两个不锈钢筋支腿之间的夹角相等，四个结构相同的不锈钢筋支腿和不锈钢筋圆环所在平面的夹角相等。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170613 |