CN2058519U - 立式多功能水力学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种立式水力学教学实验设备，它将已有的大尺寸水平管道的水力学实验设备改为立式，缩短了输水管，提高了水能利用率。本实用新型采用公共的稳压水箱，将多种实验系统合为一体。整个装置结构简单、成本低、耗能少而功能齐全，可以开出中专、技校水力学课程大纲上规定的包括水静力学基本方程式实验在内的全部七项实验。

Description

本实用新型为水力学教学中的实验装置。

现有验证水力学原理的教学实验设备中，水动力学实验的输水管路均为水平安装方式，而稳压水源或者采用室外高位共用水塔，或者在室内每套实验装置单独配备离心泵，整个实验设备存在着尺寸大，成本高，用途单一的缺点，而且水能损失很大，与理想液体出口流速（V＝

，H为水塔高度或泵扬程）相比，实际管道出口流速仅为理想液体流速的13～14％。此外，目前各院校水力学实验室已有的水静压力实验仪仅为对水静力学基本方程式的应用，而没有验证水静力学基本方程式的实验装置。

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足之处而提供一种立式的，集多种水力学实验于一体的多功能水力学实验装置。

本实用新型所指的立式多功能水力学实验装置主要由稳压水箱（13）、支架（3）、下水箱（2）、微型水泵（1）及一系列实验管道组成。各实验管道竖直安装在稳压水箱的底端的接头上。实验管大多为真实白铁输水管，可根据实验的需要折换上所需的备用的实验管件。本实用新型可进行七项教学实验，测定十二项实验数据，它们是：水静力学基本方程式实验；文德里流量计实验，测定文德里流量计流量系数；孔板流量计实验，测定孔板流量系数；雷诺实验，测定雷诺数；管路沿程阻力实验，测定管道沿程阻力系数；局部阻力实验，测定断面缩小、断面扩大、闸阀、截止阀、活接头和90°弯接头局部阻力系数；孔口和管嘴出流实验，测定薄壁小孔口和圆柱管嘴的流量系数。

同现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、实验管道立式安装，长度缩短，水能损失小，效率高，与理想液体相比，水能利用率为40～50％。

2、结构简单，造价低廉，占地少。

3、功能齐全，可以进行包括水静力学基本方程式在内的七项水力学实验，测定十二项数据，基本上满足了水力学教学实验的需要。

4、阻力实验管采用真实的白铁输水管，使实验数据具有实际意义。

5、稳压水箱为密封容器，排水过程中利用箱内水面真空压强的不断改变，使输出水流稳定，为实验的可靠性提供了保证，同时，稳压箱又是计量箱，可以帮助测定流量；水箱位置不高，既使在人工加水的条件下，仍能保证稳压输出水流。

本实用新型有如下附图：

图1为立式多功能水力学实验装置的示意图；

图2为各种实验管道的示意图；

图3为稳压水箱的示意图。

下面结合对附图的说明，给出本实用新型的一个实施例。

如图所示，本实施例中的实验装置高1.80M，其中稳压水箱（13）为500×300×250mm，各实验管道长1.45m，它们分别连接在稳压水箱（13）的出水孔接头（26、27、28）上；此外，水静力学基本方程式实验板（8），孔口、管嘴实验水箱（18），测压排管（17）也竖直固定在支架（3）上。

稳压水箱（13）为塑料板制成的长方形密封容器，箱顶盖上有排气管嘴（41）和加水开口槽（42）。排气管嘴（41）与溢流管（7）连接，加水开口槽为两块底部有高40mm冂形连通口的板子平行直插箱底，再在上端与水箱顶一道做成开口。箱底具有可与各实验管连接的四个接头（26、27、28）；雷诺实验管接头（26）是一个入口为喇叭形的光滑管嘴，可与雷诺实验玻璃管（9）连接；层流阻力管接头（27）是一个φ8×1的黄铜管嘴，可与层流阻力实验管（10）连接；水管接头（28）的出口具有1／2″的管螺纹，可连接实验管（11、20、22、23、24、25）。水箱由微型泵（1）通过上水管（6）和加水开口槽（42）供水。供水时，打开排气阀（4），待水箱水满产生溢流通过溢流管排出时，关掉排气阀（4），此时水箱中没有空气。在做实验时，当将实验管上流量调节阀（5）打开，水箱就向外输出水流，由于箱顶密封，只有加水开口槽（42）中通大气的液面首先向槽壁底部下降，使空气不断进入水箱，造成箱中水面真空度P₀的不断变化，而水箱底部由于通大气的加水开口槽液位降至底部后便保持不变，故可以确保输出水流稳定不变。此外，稳压水箱的外侧安有水位表（21），因而稳压水箱又可起计量箱的作用。

水静力学基本方程式实验系统板（8）上竖直固定有刻度尺（38），三通玻璃管（37），在上下相距1M的两个三通口上，分别接上一个2.5级0～0：1兆帕的压力表。实验前，先用一个水准玻璃瓶通过胶管（39）从三通玻璃管（37）的下端向上注入清水，整个玻璃管注满水后，关闭下端的弹簧止水夹（40）；再用一个带胶管的医用血压计球自三通玻璃管上端打气加压，分三至五次操作，每次压力不同，但每次两压力表读数之差可以验证水静力学基本方程式，即△P＝，γ·△h（γ为水的重度，△h为高差，△P为压强差）。若两压力表选用其测量偏差基本一致（即同时偏大或同时偏小）时，则实验数据与理论值更为接近。

雷诺实验系统由色液瓶（15），色液胶管（14）、色液开关（12）、色液针管（16）、雷诺实验管接头（26）、雷诺实验玻璃管（9）和流量调节阀（5）组成。其中实验管（9）和稳压水箱加水开口槽（42）中心线一致，色液瓶安放在开口槽口部的支架上，色液针管（6）下端伸入实验管（9）入口的中心。实验时，在稳压水箱加满水后，不关溢流管上的排气阀（4），待箱内清水静止以后，打开流量调节阀（5）少许再缓慢打开色液开关（12），通过调节阀（5）调节流量大小，可以观察到红色液在管内流动所反应的液体运动之层流及紊流两种流态的区别，并可测出流量、水温再计算出相应的雷诺数，当色液线在管中出现弯曲摆动时所测算出的雷诺数为临界雷诺数。

管路阻力实验系统包括实验管道（10、11、20、24、25），除层流阻力管（10）为φ8×1黄铜管以外，其余均为真实的白铁输水管。层流阻力管（10）与接头（27）为胶管连接，其他沿程阻力管（20）和局部阻力管（11、24、25）均可互换。沿程阻力管（20）为1／2″白铁输水管。管（11）为带有1／2″转3／4″水管大小头（29）和1／2″水管闸板阀（30）的局部阻力实验管，管（24）为带有1／2″水管活接头（33）和90°弯头（34）的局部阻力实验管；管（25）为带有1／2″水管截止阀（35）的局部阻力实验管。各个阻力实验管上的导压管嘴均可用胶管与测压管（17）的底端连通，其测定阻力系数的原理与水平管实验装置相同。

流量计实验系统包括文德里流量计实验管（22）和孔板流量计实验管（23），它们都可接在接头（28）上，前者带有文德里流量计（31），后者带有孔板里流量计（32），其工作原理与水平安装的实验设备相同。

孔口、管嘴实验系统由圆柱水箱（18）、孔口管嘴板（19）和测压管（17）组成，具有薄壁小孔口和圆柱管嘴的孔口管嘴 板（19）焊接在圆柱水箱（18）的底部，圆柱水箱上端有锥形的过渡段与稳压水箱（13）相连在接头（28）上。水箱上端进水管上有阀门，可以调节流量，圆柱水箱（18）底部侧壁上有导压管嘴通过胶管与测压管（17）的底端连通，测压管内液位高度可显示孔口、管嘴的作用水头。测定孔口、管嘴流量系数的工作原理与水平方向出流的实验设备相同。

Claims (2)

1、一种多功能水力学教学实验装置，包括文德里流量计实验、孔板流量计实验、雷诺实验，管路沿程阻力和局部阻力实验、孔口和管嘴实验等，由稳压水箱(13)、下水箱(2)、支架(3)、进水管(6)、溢流管(7)、微型水泵(1)及各种实验管组成，其特征是该装置还包括水静力学基本方程式实验板(8)、其上固定有三通玻璃管(37)、两个压力表(36)；各种实验管道及实验板(8)都竖直固定式的或可折卸式的安装，各实验管道可分别与水箱底部的接头(26、27、28)连接；稳压水箱(13)为密封容器，其上有一加水开口槽(42)，开口槽的底部直插水箱底部。

2、根据权利要求1所示的多功能水力学教学实验装置，其特征是沿程阻力实验管（10、20）、局部阻力实验管（11、24、25）、流量计实验管（22、23），除实验管（10）为φ8×1黄铜管以外，其余均为真实的白铁输水管道。

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