CN208635996U - 一种可精确控制流态的水力学实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可精确控制流态的水力学实验装置，包括底座（14）、水流喷射机构、水头损失测量机构、流量测定装置（7）和自循环供水机构，水流喷射机构、水头损失测量机构、流量测定装置（7）和压力测量机构均固定设置在自循环供水机构上方，水流喷射机构、水头损失测量机构和流量测定装置（7）均固定设置在底座（14）。本实用新型装置采用微调尾阀替代原装置中调节水流流态时操作难度很大的尾阀，使得实验能够更为顺利地进行，提高了实验精度可可操作性；采用流量测定装置而不需要另外使用量水杯，更为迅速准确地对流量进行测定，大大提高了实验效率；采用水准管、伸缩支架来确保实验管道处于水平位置，减小了实验的误差。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可精确控制流态的水力学实验装置，属于水力学实验装置技术领域。
背景技术
在水力学实验中，雷诺实验和管道沿程水头损失实验往往因为尾阀开度难以调节而导致水流在由紊流调节至层流状态时尾阀瞬间达到开度最小的极限，因此最终使得测量点不足而无法绘制出层流状态下，水头损失hf与断面平均流速v间的对数关系曲线、沿程水头损失系数λ与雷诺数Re的对数关系曲线。
在雷诺实验和管道沿程水头损失实验的具体过程中，可能因为实验管道不够水平而存在能量方程中的z值不相等的问题，导致理论上的沿程水头损失与实际相比误差较大；此外，两种实验就需要多次对流量进行测量，耗时费力且由于人工操作的影响导致最终计算得出的流量、流速误差较大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可精确控制流态的水力学实验装置，减小了水头损失，提高了实验精度。
为达到上述目的，本实用新型提供一种可精确控制流态的水力学实验装置，包括底座、水流喷射机构、水头损失测量机构、流量测定装置和自循环供水机构，所述水流喷射机构、所述水头损失测量机构和所述流量测定装置均固定设置在所述自循环供水机构上方，所述水流喷射机构、所述水头损失测量机构和所述流量测定装置均固定设置在所述底座。
优先地，所述水头损失测量机构包括实验管道、压差计、两个伸缩支架和用于测量所述整个实验管道是否在同一水平面上的水准管，所述实验管道左端连通所述水流喷射机构，所述实验管道横向向右延伸到所述流量测定装置上方，两个所述伸缩支架固定设置所述底座上，所述压差计两端分别连通所述实验管道左端和所述实验管道右端，所述水准管固定设置在所述实验管道上，所述压差计的两端分别固定连接一个所述伸缩支架；所述伸缩支架包括固定杆、横杆和套杆，所述固定杆固定设置在所述底座上，所述套杆套设并滑动连接所述固定杆，所述固定杆上开设多个等间距排列的横向贯穿的通孔，所述套杆上开设多个配合通孔的等间距排列的横向贯穿的左通孔和右通孔，所述横杆插入所述固定杆和所述套杆中将两者相互固定。
优先地，所述流量测定装置包括微调尾阀、水管、水槽、压力传感器、管道开关和显示器，所述微调尾阀安装在所述实验管道上，所述水槽固定设置在所述底座右端，所述水槽通过所述水管连通所述自循环供水机构，所述压力传感器横向固定设置在所述水槽内部底端，所述管道开关安装在所述水管上，所述显示器电连接所述压力传感器。
优先地，所述水流喷射机构包括水箱、溢流板、消能室挡板和消能室挡板，所述水箱固定设置在底座上，所述溢流板密封固定连接所述水箱前后内侧壁，所述溢流板左侧的水箱底壁连通所述自循环供水机构，所述消能室挡板竖向固定设置在所述溢流板右侧；还包括多个鹅卵石，多个鹅卵石放置在所述溢流板和所述消能室挡板之间。
优先地，所述自循环供水机构底部水箱、抽水机、进水管和进水阀，所述溢流板左侧的水箱底壁连通所述底部水箱，所述底部水箱通过所述进水管连通所述溢流板右侧的水箱底壁，所述抽水机和所述进水阀均安装在所述进水管上，所述水槽通过所述水管连通所述底部水箱。
优先地，所述微调尾阀包括阀座、阀芯、旋钮、传动杆、大齿轮和小齿轮，所述阀座与所述实验管道一体成型，所述旋钮下端转动连接所述阀座，所述旋钮内部开设容纳所述大齿轮和所述小齿轮的圆柱型通孔，所述小齿轮横向固定设置在所述圆柱型通的一侧，所述大齿轮和所述小齿轮相互啮合，所述大齿轮与所述旋钮同轴，所述传动杆上端穿过所述旋钮固定连接所述大齿轮下表面，所述阀芯位于所述实验管道中，所述传动杆下端穿过所述实验管道后转动连接所述阀芯，所述传动杆中端螺纹连接所述旋钮。
本实用新型所达到的有益效果：
本实用新型装置采用微调尾阀替代原装置中调节水流流态时操作难度很大的尾阀，使得实验能够更为顺利地进行，提高了实验精度可可操作性；采用流量测定装置而不需要另外使用量水杯，更为迅速准确地对流量进行测定，大大提高了实验效率；采用水准管、伸缩支架来确保实验管道处于水平位置，减小了实验的误差。
附图说明
图1是本实用新型的剖面图；
图2是本实用新型中微调尾阀的剖面图；
图3是本实用新型中水槽的结构图。
附图中标记含义，1-水箱；2-溢流板；3-消能室挡板；4-实验管道；5-压差计；6-微调尾阀；7-流量测定装置；8-底部水箱；9-抽水机；10-进水阀；11-水管；12-伸缩支架；13-水准管；14-底座；15-阀座；16-阀芯；17-旋钮；18-传动杆；19-大齿轮；20-小齿轮；21-水槽；22-压力传感器；23-管道开关；24-显示器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
一种可精确控制流态的水力学实验装置，包括底座14、水流喷射机构、水头损失测量机构、流量测定装置7和自循环供水机构，所述水流喷射机构、所述水头损失测量机构和所述流量测定装置7均固定设置在所述自循环供水机构上方，所述水流喷射机构、所述水头损失测量机构和所述流量测定装置7均固定设置在所述底座14。
进一步地，所述水头损失测量机构包括实验管道4、压差计5、两个伸缩支架12和用于测量所述整个实验管道4是否在同一水平面上的水准管13，所述实验管道4左端连通所述水流喷射机构，所述实验管道4横向向右延伸到所述流量测定装置7上方，两个所述伸缩支架 12固定设置所述底座14上，所述压差计5两端分别连通所述实验管道4左端和所述实验管道4右端，所述水准管13固定设置在所述实验管道4上，所述压差计5的两端分别固定连接一个所述伸缩支架12；所述伸缩支架12包括固定杆、横杆和套杆，所述固定杆固定设置在所述底座14上，所述套杆套设并滑动连接所述固定杆，所述固定杆上开设多个等间距排列的横向贯穿的通孔，所述套杆上开设多个配合通孔的等间距排列的横向贯穿的左通孔和右通孔，所述横杆插入所述固定杆和所述套杆中将两者相互固定。
压差计5为空气压差计，压力传感器22型号为JHBM-7，计时器型号为CD4536BE，显示器24型号为XMTHOH-1，管道开关23型号为Q11F-16T。
进一步地，所述流量测定装置7包括微调尾阀6、水管11、水槽21、压力传感器22、管道开关23、计时器和显示器24，所述微调尾阀6安装在所述实验管道4上，所述水槽21固定设置在所述底座14右端，所述水槽21通过所述水管11连通所述自循环供水机构，所述压力传感器22横向固定设置在所述水槽21内部底端，所述管道开关23安装在所述水管11上，所述显示器24电连接所述压力传感器22。
进一步地，所述水流喷射机构包括水箱1、溢流板2、消能室挡板3和消能室挡板3，所述水箱1固定设置在底座14上，所述溢流板2密封固定连接所述水箱1前后内侧壁，所述溢流板2左侧的水箱1底壁连通所述自循环供水机构，所述消能室挡板3竖向固定设置在所述溢流板2右侧；还包括多个鹅卵石，多个鹅卵石放置在所述溢流板2和所述消能室挡板3之间。
进一步地，所述自循环供水机构底部水箱1、抽水机9、进水管和进水阀10，所述溢流板2左侧的水箱1底壁连通所述底部水箱1，所述底部水箱1通过所述进水管连通所述溢流板2右侧的水箱1底壁，所述抽水机9和所述进水阀10均安装在所述进水管上，所述水槽 21通过所述水管11连通所述底部水箱1。
进一步地，所述微调尾阀6包括阀座15、阀芯16、旋钮17、传动杆18、大齿轮19和小齿轮20，所述阀座15与所述实验管道一体成型，所述旋钮17下端转动连接所述阀座15，所述旋钮17内部开设容纳所述大齿轮19和所述小齿轮20的圆柱型通孔，所述小齿轮20横向固定设置在所述圆柱型通的一侧，所述大齿轮19和所述小齿轮20相互啮合，所述大齿轮19 与所述旋钮17同轴，所述传动杆18上端穿过所述旋钮17固定连接所述大齿轮19下表面，所述阀芯16位于所述实验管道4中，所述传动杆18下端穿过所述实验管道4后转动连接所述阀芯16，所述传动杆18中端螺纹连接所述旋钮17；所述传动杆18将螺旋运动转化为带动阀芯16上下运动，设计巧妙。
所述消能室挡板3用于消除进水阀10流出的水流能量，排除其对于实验管道4水流的干扰，所述溢流板2可保证水位高度不变，使得水流处于恒定出流状态；
所述压差计5与实验管道4通过测压孔相接，测压孔布置在实验管道4的两端，用于测量实验管道4两点处的测压管水头，即水头损失hf；所述伸缩支架12可通过调节使得所述水准管13内的气泡处于中间位置，最终确保实验管道4处于水平位置，即两个测量点z值相等；
所述实验管道4根据具体水力学实验来选择，即雷诺实验管道和管道沿程水头损失实验管道；
如图1所示，所述微调尾阀6布置在实验管道4末端，所述传动杆18与所述旋钮17中间有通过所述大齿轮19与所述小齿轮20啮合形成的变速齿轮组，当转动旋钮17时，经过传动杆18使得所述阀芯16缓慢上升或下降，精确控制水流流态；
如图3所示，所述流量测定装置7中，所述压力传感器22位于所述水槽21底部，用于测定水质量，所述计时器则可对量水时间进行记录，两者数值均显示在所述显示器24上，测量流量时，所述管道开关23关闭，计时器开始计时，当水槽21内水质量或时间达到特定值时可打开管道开关23，在所述显示器24上显示压力传感器的数据；
本实用新型装置的具体实施方式为：先后打开进水阀10与抽水机9，使得上部水箱1充满水，并保持溢流状态；实验开始和结束时，使用温度计和密度计对水箱中的水进行密度ρ、温度℃测量；此时调节伸缩支架12，使得水准管13内气泡处于中间位置，即保证能量方程中的z1与z2相等：
检查微调尾阀6全关时压差计5液面是否齐平，若不平，则需要排气调平；转动旋钮17，调节微调尾阀6，使得压差计5液面高差处于量程范围内的最大值，然后逐步关小阀门，使实验管道4内流量逐步减少；计时器开始计时，关闭管道开关23，每改变一次流量，待水流平稳后，压力传感器24实时水质量显示在显示器24上，此时流量测定装置7内水流不再下泄，水槽21水面逐渐抬升，根据紊流状态下，测量水槽211000ml到1200ml的水量为宜，层流状态下，测量60s的水量为宜等水力学实验要求，当压差计5液面高差大于1cm时，可由所测定的密度ρ计算出1100ml水的质量，在流量测定装置7内水质量达到这一特定值时打开管道开关23，，当压差计5液面高差小于1cm则在时间到达60s时断开，记录显示屏显示的数据，每一次闭合管道开关23，清零显示器24的数值；最后，根据雷诺实验和沿程水头损失实验的不同实验步骤进行操作，完成实验。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种可精确控制流态的水力学实验装置，其特征在于，包括底座(14)、水流喷射机构、水头损失测量机构、流量测定装置(7)和自循环供水机构，所述水流喷射机构、所述水头损失测量机构和所述流量测定装置(7)均固定设置在所述自循环供水机构上方，所述水流喷射机构、所述水头损失测量机构和所述流量测定装置(7)均固定设置在所述底座(14)。
2.根据权利要求1所述的一种可精确控制流态的水力学实验装置，其特征在于，所述水头损失测量机构包括实验管道(4)、压差计(5)、两个伸缩支架(12)和用于测量所述整个实验管道(4)是否在同一水平面上的水准管(13)，所述实验管道(4)左端连通所述水流喷射机构，所述实验管道(4)横向向右延伸到所述流量测定装置(7)上方，两个所述伸缩支架(12)固定设置所述底座(14)上，所述压差计(5)两端分别连通所述实验管道(4)左端和所述实验管道(4)右端，所述水准管(13)固定设置在所述实验管道(4)上，所述压差计(5)的两端分别固定连接一个所述伸缩支架(12)；所述伸缩支架(12)包括固定杆、横杆和套杆，所述固定杆固定设置在所述底座(14)上，所述套杆套设并滑动连接所述固定杆，所述固定杆上开设多个等间距排列的横向贯穿的通孔，所述套杆上开设多个配合通孔的等间距排列的横向贯穿的左通孔和右通孔，所述横杆插入所述固定杆和所述套杆中将两者相互固定。
3.根据权利要求2所述的一种可精确控制流态的水力学实验装置，其特征在于，所述流量测定装置(7)包括微调尾阀(6)、水管(11)、水槽(21)、压力传感器(22)、管道开关(23)、计时器和显示器(24)，所述微调尾阀(6)安装在所述实验管道(4)上，所述水槽(21)固定设置在所述底座(14)右端，所述水槽(21)通过所述水管(11)连通所述自循环供水机构，所述压力传感器(22)横向固定设置在所述水槽(21)内部底端，所述管道开关(23)安装在所述水管(11)上，所述显示器(24)电连接所述压力传感器(22)。
4.根据权利要求3所述的一种可精确控制流态的水力学实验装置，其特征在于，所述水流喷射机构包括水箱(1)、溢流板(2)、消能室挡板(3)和消能室挡板(3)，所述水箱(1)固定设置在底座(14)上，所述溢流板(2)密封固定连接所述水箱(1)前后内侧壁，所述溢流板(2)左侧的水箱(1)底壁连通所述自循环供水机构，所述消能室挡板(3)竖向固定设置在所述溢流板(2)右侧；还包括多个鹅卵石，多个鹅卵石放置在所述溢流板(2) 和所述消能室挡板(3)之间。
5.根据权利要求4所述的一种可精确控制流态的水力学实验装置，其特征在于，所述自循环供水机构底部水箱(1)、抽水机(9)、进水管和进水阀(10)，所述溢流板(2)左侧的水箱(1)底壁连通所述底部水箱(1)，所述底部水箱(1)通过所述进水管连通所述溢流板(2)右侧的水箱(1)底壁，所述抽水机(9)和所述进水阀(10)均安装在所述进水管上，所述水槽(21)通过所述水管(11)连通所述底部水箱(1)。
6.根据权利要求3所述的一种可精确控制流态的水力学实验装置，其特征在于，所述微调尾阀(6)包括阀座(15)、阀芯(16)、旋钮(17)、传动杆(18)、大齿轮(19)和小齿轮(20)，所述阀座(15)与所述实验管道一体成型，所述旋钮(17)下端转动连接所述阀座(15)，所述旋钮(17)内部开设容纳所述大齿轮(19)和所述小齿轮(20)的圆柱型通孔，所述小齿轮(20)横向固定设置在所述圆柱型通的一侧，所述大齿轮(19)和所述小齿轮(20)相互啮合，所述大齿轮(19)与所述旋钮(17)同轴，所述传动杆(18)上端穿过所述旋钮(17)固定连接所述大齿轮(19)下表面，所述阀芯(16)位于所述实验管道(4)中，所述传动杆(18)下端穿过所述实验管道(4)后转动连接所述阀芯(16)，所述传动杆(18)中端螺纹连接所述旋钮(17)。
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|---|---|---|---|---|
| CN113866452A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-12-31 | 河海大学 | 一种水力学能量方程流速测量实验装置及方法 |
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2018
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