CN111562084B - 基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，流体通过循环水泵(17)提供动力，进入循环水槽(1)后，经过折流区(15)的斜板作用改变流体的流动方向，流体依次经过孔板(13)和四个组件的层层细化和划分，使流体到达实验区后流速大小相等、方向相同。为保证试验区(6)的流动稳定性，在试验区(16)的下游同样设置了和试验区(6)上游相同的四个组件，最后由循环水泵(17)将流体打回到折流区(15)，整个实验系统为一循环系统，通过调节阀门改变流量计流量的大小，从而达到改变实验室流体流速的目的。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程、化工机械、流体力学等技术领域，特别是一种基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置。
背景技术
船舶、水下航行器、推进器等此类设备，其航行或运行水域内，一般为湖、江或海，由于风速原因、地域高度落差、流体的冷热等原因，这些水域均为流动水域，也即水有一定的流速。在实验室，模拟或验证所开发的这类设备时，往往在静水下操作，再乘上一个经验系数，作为该设备在动域内的运行参数，显而易见，这种方法得到的数据精度较差。
实验室如果能开发一种让流体在某一块流域内均匀流动场所，将为上述设备在运动域内的参数的获取提供很大的便利。这里所谓的均匀流动，是指流体在区域内速度大小相等、方向一致。目前国内也有一些均匀流动实验装置，这些装置内，由于组件结构复杂，导致流体流动阻力大、压降大、能耗高。
本发明提出一种基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，该装置流体依次通过间距逐渐减小的四组平行构件，相邻平行构件组相互垂直，获得流体均匀流动的试验区，该装置具有流速稳定、阻力小的优点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，通过布置四组间距逐渐减小、方向相互垂直的平行板，使流体达到均匀流动的目的。
本发明技术方案如下：
基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，由循环水槽1、一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4、四级垂直板组件5、试验区6、四级对称垂直板组件7、三级对称水平板组件8、二级对称垂直板组件9、一级对称平行板组件10、缓冲区11、对称缓冲区12、孔板13、对称孔板14、折流区15、对称折流区16、循环水泵17、调节阀门18、循环管19 和流量计20组成。水从循环管经过流量计20进入循环水槽1的折流区15、折流区15的上方为一定斜率的平板，水在折流区15内流动，遇到斜板的作用，向右运动，通过孔板13，进入缓冲区11、然后水依次通过一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4、四级垂直板组件5，达到试验区6，试验区6内的水为速度大小一致、方向一致的均匀流动状态，为保证这一状态的稳定，水离开试验区6后，依次通过四级对称垂直板组件7、三级对称平行板组件8、二级对称垂直组件9和一级对称水平板10后，进入对称缓冲区14，通过对称孔板14后进入对称折流区16，折流区15内的水由循环水泵17打回折流区15，完成水的循环流动。
所述的循环水槽1由透明有机玻璃粘合而成，上端开口，除了折流区15 和对称折流区16外，循环水槽1的横截面为矩形，其长度尺寸远大于横截面尺寸。
所述的一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4和四级垂直板组件5均为一定间距的平行板，相邻两组平行板相互垂直，材质均为透明有机玻璃，一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4和四级垂直板组件5与循环水槽1的内壁面粘合在一起，粘合缝需要保证一定的强度。
所述的一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4和四级垂直板组件5，其间距依次降低，二级垂直板组件3的板间距为一级水平板组件2的1/2，三级水平板组件4的板间距为二级垂直板组件3板间距的1/2，四级垂直板组件5的板间距为三级水平板组件4的1/2。
所述的试验区6为本实验装置的核心区域，该流域内水被上游平行板组件层层细分、均化，水的流速大小一致、方向一致，待测器件放置在该流域内进行测试。
所述的四级对称垂直板组件7与四级垂直板组件5的材质、结构、大小、板间距、与循环水槽1的连接方式均完全相同；安装位置与四级垂直板组件5 相对于试验区6对称。
所述的三级对称平行板组件8与三级平行板组件4的材质、结构、大小、板间距、与循环水槽1的连接方式均完全相同；安装位置与三级平行板组件4 相对于试验区6对称。
所述的二级对称垂直板组件9与二级垂直板组件3的材质、结构、大小、板间距、与循环水槽1的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区6与二级垂直板组件3对称。
所述的一级对称平行板组件10与一级水平板组件2的材质、结构、大小、板间距、与循环水槽1的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区6与一级水平板组件2对称。
所述的孔板13与对称孔板14材质、结构、大小均相同，安装位置对称，孔板13和对称孔板14上开有孔径大小一致、孔间距一定的小孔；所述的缓冲区11与对称缓冲区12材质、结构、大小均相同，安装位置对称；所述折流区15和对称折流区16容积相等，安装位置对称。
所述的循环水泵17为该实验装置提供动力。
所述的调节阀门18用于调节流量计20的流量，从而在试验区6获得不同的流速。
本发明的创新之处在于，开发了一种基于几组板间距依次降低的平行板，通过平行板安装方位不同，获得一种流体均匀流动的试验装置。该试验装置结构形式简单，均为平行板，所不同的是平行板的间距和与循环水槽的连接方位有区别。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实例的流程图
图2是本申请实例中孔板结构图
图3是本申请实例中一级水平板组件结构图
图4是本申请实例中二级垂直板组件结构图
图5是本申请实例中三级水平板组件结构图
图6是本申请实例中四级垂直板组件结构图
图1-图6中，1.循环水槽、2.一级水平板组件、3.二级垂直板组件、4. 三级水平板组件、5.四级垂直板组件、6.试验区、7.四级对称垂直板组件、 8.三级对称水平板组件、9.二级对称垂直板组件、10.一级对称平行板组件、 11.缓冲区、12.对称缓冲区、13.孔板、14.对称孔、15.折流区、16.对称折流区、17.循环水泵、18.调节阀门、19.循环管、20.流量计。
具体实施方式
本发明提出的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，流体通过循环水泵提供动力，进入循环水槽后，经过折流区的斜板作用改变流体的流动方向，流体依次经过孔板和四个组件的层层细化和划分，使流体到达实验区后流速大小相等、方向相同。为保证试验区的流动稳定性，在试验区的下游同样设置了和试验区上游相同的四个组件，最后由循环水泵将流体打回到折流区，整个实验系统为一循环系统，通过调节阀门改变流量计流量的大小，从而达到改变实验室流体流速的目的。
本发明提出的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，在试验区的上游和下游存在对称的四组组件，上游四个组件分别为：一级水平板组件、二级垂直板组件、三级水平板组件和四级垂直板组件；下游四个组件依次为：四级对称垂直板组件、三级对称平行板组件、二级对称垂直板组件和一级对称平行板组件。
本发明提出的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，在试验区上游的四个组件板间距依次降低，下游的四个组件板间距依次增大。
本发明提出的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置中，相邻组件的安装位置相互垂直。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1～图6所示，基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，包括循环水槽1、一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4、四级垂直板组件5、试验区6、四级对称垂直板组件7、三级对称水平板组件 8、二级对称垂直板组件9、一级对称平行板组件10、缓冲区11、对称缓冲区 12、孔板13、对称孔板14、折流区15、对称折流区16、循环水泵17、调节阀门18、循环管19和流量计20。流体由循环管19经过控制阀门18的调节，达到设定的流量后，进入折流区15，之后流体改变方向由试验区6的上游向下游流动，流体在试验区6的上游时，依次经过一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4和四级垂直板组件5的层层划分和均匀化，在到达试验区6时，流体速度大小、方向一致，试验区6的下游再依次经过四级对称垂直板组件7、三级对称水平板组件8、二级对称垂直板组件9和一级对称平行板组件10，之后进入对称缓冲区12和对称折流区16，再由循环水泵 17将流体循环。
其中，循环水槽1为透明有机玻璃制成，除了折流区15和对称折流区16 外，循环水槽1的横截面为矩形，循环水槽1的长度尺寸远大于横截面尺寸。
其中，一级水平板组件2、二级垂直板组件3、三级水平板组件4和四级垂直板组件5的材质均为有机玻璃，板间距依次减小，二级垂直板组件3的板间距为一级水平板板间距的1/2，三级水平板组件4的板间距为二级垂直板组件3板间距的1/2，四级垂直板组件5的板间距为三级水平板组件4的1/2。
其中，一级水平板组件2为一组水平放置的平行板，与循环水槽1的内壁面粘合在一起；二级垂直板组件3为垂直放置的一组平行板，平行板的方位与循环水槽1的轴线平行，通过粘合并加螺栓与循环水槽1的底面连接；三级水平板组件4为一组水平放置的平行板，与循环水槽1的内壁面粘合在一起；四级垂直板组件5为垂直放置的一组平行板，平行板的方位与二级垂直板组件3相同，与循环水槽1的连接方式也相同。
其中，试验区6为待测器件放置位置，试验区6的流速大小通过调节阀门18并观察流量计20来调节。
其中，四级对称垂直板组件7与四级垂直板组件5的板间距、材质、与循环水槽1的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区6对称；三级对称水平板组件8与三级水平板组件4的板间距、材质、与循环水槽1的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区6对称；二级对称垂直板组件9与二级垂直板组件3的板间距、材质、与循环水槽1的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区6对称；一级对称水平板组件10与一级水平板组件2 板间距、材质、与循环水槽1的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区6对称。
其中，孔板13和对称孔板14由透明有机玻璃通过开设直径相等、板间距相同的小孔制成，与循环水槽1通过粘合连接在一起，两者的安装位置相对于试验区6对称。
其中，折流区15和对称折流区16的容积相等，位置相对试验区6对称，均为设置一倾斜平板实现流体改变方向的目的。
其中，循环水泵17为整个实验装置的动力源，功率根据循环水槽1的横截面积以及试验区6最高流速选取。
其中，试验区6的流速大小由调节阀门18和流量计20来决定。
具体实施效果1
选用最大流量为1000L/s的循环水泵，循环水槽内充入0.8m高液位的水，调节阀调节流量，流量计度数为700L/s，孔板直径为20mm，一级水平板间距 80mm，长度为500mm，二级垂直板间距为40mm，长度为500mm，三级水平板间距为20，长度为500mm，四级垂直板间距为10mm，试验区6的流速为1.5m/s，测量20个点处速度不均匀度为0.0002。
具体实施效果2
选用最大流量为800L/s的循环水泵，循环水槽内充入0.8m高液位的水，调节阀调节流量，流量计度数为500L/s，孔板直径为25mm，一级水平板间距60mm，长度为500mm，二级垂直板间距为30mm，长度为500mm，三级水平板间距为15mm，长度为500mm，四级垂直板间距为5mm，长度为500mm，试验区6 的流速为1.07m/s，测量20个点处速度不均匀度为0.00015。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (6)
1.基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，包括循环水槽(1)、一级水平板组件(2)、二级垂直板组件(3)、三级水平板组件(4)、四级垂直板组件(5)、试验区(6)、四级对称垂直板组件(7)、三级对称水平板组件(8)、二级对称垂直板组件(9)、一级对称平行板组件(10)、缓冲区(11)、对称缓冲区(12)、孔板(13)、对称孔板(14)、折流区(15)、对称折流区(16)、循环水泵(17)、调节阀门(18)、循环管(19)和流量计(20)；流体由循环管(19)经过控制阀门(18)的调节，达到设定的流量后，进入折流区(15)，之后流体改变方向由试验区(6)的上游向下游流动，流体在试验区(6)的上游时，依次经过一级水平板组件(2)、二级垂直板组件(3)、三级水平板组件(4)和四级垂直板组件(5)的层层划分和均匀化，在到达试验区(6)时，流体速度大小、方向一致，试验区(6)的下游再依次经过四级对称垂直板组件(7)、三级对称水平板组件(8)、二级对称垂直板组件(9)和一级对称平行板组件(10)，之后进入对称缓冲区(12)和对称折流区(16)，再由循环水泵(17)将流体循环；一级水平板组件(2)、二级垂直板组件(3)、三级水平板组件(4)和四级垂直板组件(5)的材质均为有机玻璃，板间距依次减小，二级垂直板组件(3)的板间距为一级水平板组件板间距的1/2，三级水平板组件(4)的板间距为二级垂直板组件(3)板间距的1/2，四级垂直板组件(5)的板间距为三级水平板组件(4)板间距的1/2。
2.根据权利要求1所述的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，其特征在于，循环水槽(1)为透明有机玻璃制成，除了折流区(15)和对称折流区(16)外，循环水槽(1)的横截面为矩形，循环水槽(1)的长度尺寸远大于横截面尺寸。
3.根据权利要求1所述的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，其特征在于，一级水平板组件(2)为一组水平放置的平行板，与循环水槽(1)的内壁面粘合在一起；二级垂直板组件(3)为垂直放置的一组平行板，平行板的方位与循环水槽(1)的轴线平行，通过粘合并加螺栓与循环水槽(1)的底面连接；三级水平板组件(4)为一组水平放置的平行板，与循环水槽(1)的内壁面粘合在一起；四级垂直板组件(5)为垂直放置的一组平行板，平行板的方位与二级垂直板组件(3)相同，与循环水槽(1)的连接方式也相同。
4.根据权利要求1所述的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，其特征在于，试验区(6)为待测器件放置位置，试验区(6)的流速大小通过调节阀门(18)并观察流量计(20)来调节。
5.根据权利要求1所述的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，其特征在于，四级对称垂直板组件(7)与四级垂直板组件(5)的板间距、材质、与循环水槽(1)的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区(6)对称；三级对称水平板组件(8)与三级水平板组件(4)的板间距、材质、与循环水槽(1)的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区(6)对称；二级对称垂直板组件(9)与二级垂直板组件(3)的板间距、材质、与循环水槽(1)的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区(6)对称；一级对称平行板组件(10)与一级水平板组件(2)板间距、材质、与循环水槽(1)的连接方式均完全相同，安装位置相对于试验区(6)对称。
6.根据权利要求1所述的基于垂直交叉平行板组件的流体均匀流动实验装置，其特征在于，孔板(13)和对称孔板(14)由透明有机玻璃通过开设直径相等、孔间距相同的小孔制成，与循环水槽(1)通过粘合连接在一起，两者的安装位置相对于试验区(6)对称。
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| 斜分布板对鼓泡流化床流动特性的影响与数值模拟;周泉等;《中国粉体技术》;20200331;第26卷(第2期);第13-19页 * |
| 气液分离器叶片式入口构件整流效果研究;唐建信;孙笼笼;万涛;孟良;许正祥;韩斌;侯磊;;石油机械;20200310;第48卷(第3期);第121-127页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111562084A (zh) | 2020-08-21 |
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