CN207818031U - 一种流体力学动量定律试验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流体力学动量定律试验仪，其包括实验柜和水箱，水箱通过水泵连接一流量计的入口端，流量计的出口端连接一设置在实验柜底部的喷头；实验柜的顶部通过螺纹设置有位于喷头正上方的螺纹柱，螺纹柱的下端通过传感单元设置有平板，螺纹柱的上端设置有手轮；实验柜的顶部且平板的正上方设置有测距仪；实验柜的顶部还设置有读数单元及连接实验柜内外空间的恒压孔；传感单元连接读数单元并形成电子测力计；实验柜的底部通过回流孔和水管连接水箱。本实用新型取消了现有试验仪上的平衡装置，将原有的平板斜向受力改为竖直方向上的受力，保证试验的定量性，有效提高了流体力学动量定律试验的精确性和操作简便性。

Description

一种流体力学动量定律试验仪

技术领域

本实用新型涉及物理教学器材领域，具体涉及一种流体力学动量定律试验仪。

背景技术

长期以来，在高校的流体力学实验教学中，动量定律实验因其重要性一直作为必修实验。传统的动量定律实验仪有射流冲击式和射流作用式二类，采用加重物的方法。其原理是使射流向上冲击在一块水平倒置的平板上，平板在射流冲击力作用下压缩背后的弹簧，使其偏离平衡位置而产生向上的位移。然后对平板施加重物压回到原来的平衡位置上。这时所加的重物重量即为射流冲击平板的动量力。这种测量仪器的缺点是：由于射流的紊动和弹簧的弹性波动使平板上下串动，很不稳定(此机构将平板和测力计固定在一起，由测力计直接读出平板所受力的大小，不会波动、串动，很稳定)，本身所测得力比较小，所以用之前的旧装置不能测出水的冲击力的大小，因此实验结果不能定量地验证动量定律，更无法测定射流的动量修正系数或调整部分试验参数。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种流体力学动量定律试验仪解决了现有流体力学动量定律试验仪不能定量验证动量定律的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种流体力学动量定律试验仪，其包括实验柜和水箱，水箱通过水泵连接一流量计的入口端，流量计的出口端连接一设置在实验柜底部的喷头；实验柜的顶部通过螺纹设置有位于喷头正上方的螺纹柱，螺纹柱的下端通过传感单元设置有平板，螺纹柱的上端设置有手轮；实验柜的顶部且平板的正上方设置有测距仪；实验柜的顶部还设置有读数单元及连接实验柜内外空间的恒压孔；传感单元连接读数单元并形成电子测力计；实验柜的底部通过回流孔和水管连接水箱。

进一步地，流量计与喷头之间设置有单向阀，流量计为浮子流量计。

进一步地，水箱内设置有液位报警器，液位报警器的警戒线高于水泵正常工作时水箱的最低水位。

进一步地，测距仪为红外测距仪。

进一步地，平板设置为圆形。

进一步地，实验柜的底部设置成漏斗形，回流孔设置在漏斗最低位置处。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型取消了现有试验仪上的平衡装置，将原有的平板斜向受力改为竖直方向上的受力，螺纹柱的连接方式使得平板在受水流冲击时不会上下或斜向位移，保证试验的定量性；螺纹柱的设置方式可以通过转动手轮调整平板与喷头的距离(此距离通过测距仪自动且精确测量)，多方面进行定性定量试验，多组试验可以验证重力加速度等物理量的取值，定性分析喷头流动量修正因素，有效提高了试验的精确性和操作简便性。

2、本实用新型设置的单向阀可以避免水流从喷头回流至流量计，减小流量计读书误差。

3、本实用新型将流量计设置为浮子流量计，其结构简单、读书方便，造价便宜，有效降低本实用新型的价格。

4、本实用新型采用的红外测距仪，其灵敏度高，性能稳定，可以持续读数，使得平板的位置始终处于监控之中。

5、本实用新型设置的液位报警仪，可以在水箱水位即将使得水泵无法提供持续稳定的水压(正常工作)时进行报警，提醒使用者主动加水，避免水泵抽入空气影响实验进程。

6、本实用新型将实验柜的底部设置成漏斗形，便于喷出的水快速回流至水箱中，补给水箱中的水源，同时使得实验柜在停止使用时，内部的水可以快速且全面的排离，保持实验柜的干燥性，有利于其他部件的保护。

7、本实用新型将平板设置为圆形，使得平板在跟随螺纹柱转动而上下调整时，其相对于喷头和测距仪的形状不变，进而减小对实验参数的影响，保证实验精度。

8、本实用新型设置的恒压孔不仅便于传感单元与读数单元之间的电连接，还平衡了实验柜内外的气压，有效避免气压差对实验结果的影响。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中：1、实验柜；2、水箱；3、水泵；4、流量计；5、单向阀；6、喷头；7、平板；8、传感单元；9、螺纹柱；10、测距仪；11、手轮；12、恒压孔；13、读数单元；14、回流孔；15、液位报警器。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该流体力学动量定律试验仪包括实验柜1和水箱2，水箱2通过水泵3连接一流量计4的入口端，流量计4的出口端连接一设置在实验柜1底部的喷头6；实验柜1的顶部通过螺纹设置有位于喷头6正上方的螺纹柱9，螺纹柱9的下端通过传感单元8设置有平板7，螺纹柱9的上端设置有手轮11；实验柜1的顶部且平板7的正上方设置有测距仪10；实验柜1的顶部还设置有读数单元13及连接实验柜1内外空间的恒压孔12；传感单元8连接读数单元13并形成电子测力计；实验柜1的底部通过回流孔14和水管连接水箱2。

在本实用新型的一个实施例中，流量计4与喷头6之间设置有单向阀5，流量计4为浮子流量计。水箱2内设置有液位报警器15，液位报警器15的警戒线高于水泵3正常工作时水箱2的最低水位。测距仪10为红外测距仪。实验柜1的底部设置成漏斗形，回流孔14设置在漏斗最低位置处。平板7设置为圆形，螺纹柱9的轴芯、传感单元8的中心均位于平板7的圆心轴向上。

本实用新型在使用时，水泵3的开启、流量大小的调节均由阀门控制，水泵3将水箱2中的水依次通过流量计4和单向阀5后泵至喷头6，并由喷头6竖直向上喷出，水流冲击平板7，电子测力计的传感单元8在螺纹柱9与平板7之间受力，并将该受力数据传输至电子测力计的读数单元13，读数单元13自动计算并显示出传感单元8所受力的大小，通过该力的大小与平板7所受的重力可以得知水流的冲力。喷头6至平板7的距离可以通过喷头6至测距仪10的固定距离减去测距仪10测得平板7的距离和平板7的厚度进行计算。

本实用新型可以通过螺纹柱9的转动而调整平板7与喷头6之间的间距，也可以通过水泵3的阀门调节水流的流量，实现流体力学动量定律的定性定量试验。

下面为具体试验过程中的计算及数据：

管子出水口半径为5mm，流量大小为350-600L/h，速度修正为其中s＝15mm，重力加速度g＝9.79，动量定律方程式为F＝ρQ(V₂-V₁)，通过本实用新型测得的数据如表1所示，通过传统试验仪测得的数据如表2所示；

表1：本实用新型的试验数据

表2：传统试验仪测得数据

从表1和表2中可以看出，在喷头6至平板7距离相同(不变)、仅改变水流的流量大小的情况下，由于本实用新型在修正速度的基础上采用了射流动量修正系数，使得本实用新型的理论数据比传统试验仪的理论数据(理论计算数据)更大(更接近真实值)，本实用新型的理论数据与实际数据之间的误差更小，使得本实用新型相比传统的试验仪精度更高。

综上所述，本实用新型取消了现有试验仪上的平衡装置，将原有的平板斜向受力改为竖直方向上的受力，螺纹柱9的连接方式使得平板7在受水流冲击时不会上下或斜向位移，保证试验的定量性；多组试验可以验证重力加速度等物理量的取值，定性分析喷头6流动量修正因素，有效提高了流体力学动量定律试验的精确性和操作简便性。

Claims (6)

1.一种流体力学动量定律试验仪，其特征在于：包括实验柜(1)和水箱(2)，所述水箱(2)通过水泵(3)连接一流量计(4)的入口端，所述流量计(4)的出口端连接一设置在所述实验柜(1)底部的喷头(6)；所述实验柜(1)的顶部通过螺纹设置有位于所述喷头(6)正上方的螺纹柱(9)，所述螺纹柱(9)的下端通过传感单元(8)设置有平板(7)，所述螺纹柱(9)的上端设置有手轮(11)；所述实验柜(1)的顶部且所述平板(7)的正上方设置有测距仪(10)；所述实验柜(1)的顶部还设置有读数单元(13)及连接所述实验柜(1)内外空间的恒压孔(12)；所述传感单元(8)连接所述读数单元(13)并形成电子测力计；所述实验柜(1)的底部通过回流孔(14)和水管连接所述水箱(2)。

2.根据权利要求1所述的流体力学动量定律试验仪，其特征在于：所述流量计(4)与所述喷头(6)之间设置有单向阀(5)，所述流量计(4)为浮子流量计。

3.根据权利要求1所述的流体力学动量定律试验仪，其特征在于：所述水箱(2)内设置有液位报警器(15)，所述液位报警器(15)的警戒线高于所述水泵(3)正常工作时水箱(2)的最低水位。

4.根据权利要求1所述的流体力学动量定律试验仪，其特征在于：所述测距仪(10)为红外测距仪。

5.根据权利要求1所述的流体力学动量定律试验仪，其特征在于：所述平板(7)设置为圆形。

6.根据权利要求1-5任一所述的流体力学动量定律试验仪，其特征在于：所述实验柜(1)的底部设置成漏斗形，所述回流孔(14)设置在漏斗最低位置处。