CN110807974A - 用潜水泵模拟海洋漩涡演示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于说明液体中形成漩涡的主要原因的演示装置。装置设计成上下两部分，上部分是演示现象部分，由1演示水桶、2注水乒乓球、6水气弯头出口、8水桶底法兰盘、18水气进口等部件组成；下部分是水泵室部分，由11潜水泵、12水泵室桶、13底板等部件组成。装置通电工作时，水和气泡从水气弯头出口流出来，由于水和气泡一起流出非常容易观察到水流形成的漩流。漩流不久慢慢形成漩涡，从演示观察中，使人们发现漩流是产生漩涡的主要原因。由于上部分是开放式的，放入乒乓球，可以演示漩涡中浮力消失的现象。
Description
技术领域
本发明是一种演示装置，用于说明液体中形成漩涡的主要原因。
背景技术
目前，已有的模拟海洋漩涡的演示装置是利用离心叶轮技术进行模拟的。该技术的实现方案是在密封透明圆水桶底部安装离心叶轮，离心叶轮轴穿过桶底的轴套管与外部的电机轴连接。为了防止离心叶轮轴和轴套管之间漏水，必须让透明圆水桶呈密封状态。这种密封状态防止漏水的原理是在透明圆水桶同上部的空气形成负压，开始时，轴与轴套处要漏出一些水，当漏水到一定程度时，使桶内部空气负压加上水的压强正好等于该处外部大气压时停止漏水。该技术存在明显的不足：离心叶轮带动水的流动，形成的漩涡不明显；并且圆水桶需要密封，注水时必须把桶倒过来，操作十分不便；水桶密封后，不能演示漂浮物在漩涡中浮力消失的现象。
发明内容
针对以上提到的现有演示装置现象不明显，操作不便，无法演示浮力消失现象的不足，本发明采用的方案为上部是透明水桶，下部安装潜水泵的技术方案。该方案可以达到解决整体装置不漏水，演示漩涡现象明显，增加漩涡中浮力消失的演示内容等方面的目的。
本装置采用以下技术方案：
装置设计成上下两部分，上部分是演示现象部分；下部分是水泵室部分。
演示现象部分由演示水桶、注水乒乓球、水气弯头出口、水气进口、水桶底法兰盘等部件组成。
水泵室部分由水泵室桶、潜水泵、底板等部件组成。
演示水桶上部表面有上下两条水线。下水线是注水时水线，在没有通电时，向水桶注入水的高度线；上水线是工作时水线，在通电工作时，水面会上升到此处的高度线。
装置通电工作时，水和气泡从水气弯头出口流出来，由于水和气泡一起流出非常容易观察到水流形成的漩流。漩流不久慢慢形成漩涡。这时可以清楚看到水面中间形成凹陷，并且凹陷越来越深，最后形成旋转的上粗下细的空气柱，这便是漩涡。从演示观察中，使人们发现漩流是产生漩涡的主要原因。
附图为用潜水泵模拟演示海洋漩涡实验装置的示意图。其中：1.演示水桶，2.注水乒乓球，3.工作时水线，4.注水时水线，5.漩涡，6.水气弯头出口，7.出水立管，8.水桶底法兰盘，9.密封胶圈，10.泵室上法兰盘，11.潜水泵，12.水泵室桶，13.底板，14.潜水泵进水口，15.泵室水面，16.空气室， 17.LED潜水射灯，18.水气进口，19.螺旋气泡，20.射灯光线，21.水。
具体实施方式
演示水桶1用透明的亚克力管加工制作。例如用直径130mm壁厚5mm透明的亚克力管截取长度为500mm，两端用车床车平，上端倒角，下端与水桶底法兰盘8同心，用氯仿粘接。
注水乒乓球2用彩色乒乓球制作。用注射器向乒乓球中注入适量的水，使乒乓球的重力变大，这样可以在漩涡形成后把它放入漩涡中，乒乓球慢慢沉下，用来演示漩涡中浮力消失现象。
工作时水线3是用油性记号笔在演示水桶1上部表面画出的一段记号线成，用来示意在潜水泵正常工作时的水面高度。
注水时水线4也是用油性记号笔在演示水桶1上部表面出一段记号线，用来指示向演示水桶1注水的多少，当水面到达该线时，注入水量为刚好。
漩涡5是该装置正常工作时形成的上粗下细的气柱。
水气弯头出口6是PVC水管弯头。例如用内径20mm的PVC直角弯头。
出水管7是用PVC管制作。例如取长度为50mm，两端倒角。
水桶底法兰盘8用透明亚克力板制作。例如用厚度5mm的透明亚克力板，加工成外径为150mm的法兰盘，中间加工一个直径为16mm的水气进口18，法兰盘外周加工有6个螺丝孔。
密封胶圈9用硅胶板制作。例如用厚度为3mm的硅胶板加工成环形，内径为130mm，外径为150mm，密封胶圈9上的6个孔与桶底法兰盘上的6个位刚好对应。
泵室上法兰盘10用透明亚克力板加工制作。例如用厚度5mm的透明亚克力板加工成外圆直径为150mm内圆直径为120mm的圆环，环上6个孔位与水桶底法兰盘8对应。
潜水泵11是购买成品件。例如用20W的潜水泵。
水泵室桶12用透明亚克力管制作。例如用外径为130mm壁厚5mm的透明亚克力管，截取高度为100mm，两端用车床车平，上端用氯仿和泵室上法兰盘10同心粘接，下端与底板13粘接。
底板13用透明亚克力板制作。例如用厚度10mm的透明亚克力板，加工成160mm×160mm的正方形。
潜水泵进水口14是潜水泵11上的进水口，在正常形成漩涡时，泵室圆桶12内的泵室水石15，不完全没过进水口，这样进水口14上部分与空气相通，于是可以把一部分空气也吸入泵内形成气泡。
空气室16是水泵室圆桶12中形成的空气空间，随时从水泵进气口14的上半部向潜水泵11的泵体内提供一部空气。
LED潜水射灯17是采购的成品件。例如用功率为1W的七彩自动变色LED迷你潜水射灯。
水气进口18是圆水桶底法兰盘上的中心孔，例如孔径为16mm，由于孔径小于水气弯头出口6的内径20mm.所以，在开始工作时，出水流量大于进水流量。这样，演示水桶1的水面高度从注水时水线４渐渐上升到工作时水线3。这时，由于水面升高，水气进口18外的压强增大，使进水量增大，当进水量和出水量相等时，水面高度不变，而停留在工作时水线3的位置。
螺旋气泡19是由于水泵进水口14混入空气而形成的螺旋上升的气泡，用这些气泡的运动可以非常明显地演示出水流形成漩流的状态，进而演示出漩流是形成漩涡的主要原因。
射灯光线20是LED潜水射灯17形成的光线，光线照射在漩涡5上使漩涡更加明显，又由于射灯可以有七种彩色光线的变化，更增加漩涡5的美丽和观赏性。
水21用普通自来水即可，也可使用有颜色的溶液，如硫酸铜溶液，让水显示出颜色有利于观看。
Claims (3)
1.一种利用潜水泵技术，模拟液体形成漩涡过程及原因的演示装置，其特征在于上部设置开放式水桶，下部安装潜水泵，模拟漩涡的形成，并且加入适当重量的物体，模拟漩涡中浮力消失的现象。
2.如权利要求1所述的适当重量的物体，其特征是加入适量水的乒乓球。
3.如权利要求1所述的模拟漩涡的形成，其特征是开放式水桶和水泵室之间的法兰盘上设置了水气进口和水气弯头出口，水气进口在法兰盘中心处，通过调整水气进口、水气弯头出口和潜水泵功率的相互关系，可以使空气进入潜水泵，在形成漩涡时，周围的气泡可以更明显的演示出液体形成漩涡的状态。
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2018
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