CN209525839U - 一种可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，包括实验台、水泵、设置在实验台上方的恒压水槽、设进水阀、溢流板及隔板、多层交错孔板、管道、控制阀、设置在管道上的浮球式水位计、实验管、超声波多普勒流速仪、滑轨式底座、设置在管道末端的尾水阀、布置在实验管转折末端下方的回水池、设置集水箱和标尺及水准气泡，回水池、集水箱、恒压水槽通过连接水管依次连接。本实用新型可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置能够简化实验人工操作、降低测量误差、实现实验液体的循环利用、维持水流平稳、增强实验教学效果，且便于帮助学生形成直观感受，通过对比不同实验的结果更好地学习相关知识。
Description
技术领域
本实用新型涉及水力学实验技术领域，具体为一种可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置。
背景技术
水力学中常用“水头”表示单位重量的液体所具有的机械能，包含位置水头、压强水头、流速水头，三者之和为总水头。常用符号z表示位置水头，表示压强水头，两者之和即测压管水头，表示流速水头，hf表示水头损失。液体在管道中流动不可避免的会产生水头损失，在平直管道中只会产生沿程水头损失，在流动边界发生较大变化处会产生明显的局部水头损失。沿程和局部水头损失的测量无论是在实际工程中还是水力学教学中都具有重要的意义，良好的水头损失实验效果，可使学生快速掌握与实验内容相关的水力学知识。由水力学能量守恒方程(下标1、2分别表示1、2断面物理量)。流量不变时，对于沿程管径不变的管道，各断面流速相等(v1＝v2)；则流体从1断面流至2断面过程中的水头损失测量1、2断面的测压管水头相减即得水头损失。本实验教学的重点在于建立水头损失hf与流速v、管径d、长度l的关系，求得阻力系数。目前，水力学管道水头损失教学实验装置本就较少，现有装置无法实现对不同类型实验管段水头损失的测量。再者，沿程水头损失实验平台与局部水头损失实验平台为独立的实验装置，不利于学习人员根据实验对比结果学习本项内容。
广泛应用于各大高校的实验装置主要在四个方面存在局限：一是测压管水头的测量不准确且人为因素影响大；二是实验管内流体流速的测量不准确且较繁琐；三是只能完成单一实验管的测量；四是仅能完成沿程水头损失或局部水头损失单独测量。在教学实验过程中，对于测压管水头的测量，学生多采用直尺手动量测、肉眼读数的方法，要求将直尺贴近测压管并保持铅直，且读数时视线应始终与凹液面最低处平行，过多的人为操作会使测量误差增大。对于实验管内流体流速的测量，多采用间接测量、逐步换算推求流速的测量方法，要求测量流速时两人互相配合，在一人按下秒表的同时另一人用大烧杯在出水口处接水，结束计时的同时停止接水；通过电子天平测量烧杯中水的质量m，换算水的体积V，再除以秒表所测时间t求出流量Q，最后再除以管道断面面积A，推算出流速，由于两人操作不同步、流体溅出烧杯等原因，实验误差被增大，且计算过程较为繁琐。而且同一装置只能测量固定长度、糙率的直实验管的沿程水头损失。总的来说，现有的实验装置功能单一，且实验操作复杂繁琐，增大了人为因素导致的测量误差。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，能够简化实验人工操作、降低测量误差、实现实验液体的循环利用、维持水流平稳、增强实验教学效果，且便于帮助学生形成直观感受。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型的一种可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，包括实验台、水泵、设置在实验台上方的恒压水槽、设置在水泵与恒压水槽之间的进水阀、安装在恒压水槽中的溢流板及隔板、设置在溢流板与隔板之间的多层交错孔板、与恒压水槽相连接的管道、设置在恒压水槽与管道之间的控制阀、设置在管道上的浮球式水位计、实验管、超声波多普勒流速仪、滑轨式底座、设置在管道末端的尾水阀、布置在实验管转折末端下方的回水池、设置在实验台下方的集水箱和安装在实验台上的标尺及水准气泡，所述回水池、集水箱、恒压水槽通过连接水管依次连接。
上述超声波多普勒测速仪包括设置在浮球式水位计后方的微型测速探头，所述微型测速探头通过固定支架固定在管道上。
上述微型测速探头的直径为管道直径的十分之一。
上述实验台的表面设置有与滑轨式底座相匹配的轨道。
上述浮球式水位计为一对且与管道相垂直，浮球式水位计安装于管道顶部且顶盖开设有开孔。
上述浮球式水位计顶高高于恒压水槽的水位。
上述集水箱侧面底部设有排水阀。
上述回水池底部开孔且与连接水管相连接。
上述回水池通过钢架固定位置。
上述标尺设置在实验台的前端面。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
通过浮球式水位计，能直接测量测压管液位，准确换算出沿程水头损失；通过采用超声波多普勒流速仪，能直接测量流速，比间接换算流速准确且方便；实验管为装配式管段，且能通过滑轨式底座调节实验段长度，不但能测量不同长度、糙率的直实验管的沿程水头损失及阻力系数，而且能测量弯管、折管等形状的管段的局部水头损失及阻力系数，功能更多，实验教学效果更好；实验操作自动化程度高，能有效减小实验误差，提高实验测量效率。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图中标号：1-实验台；2-水泵；3-进水阀；4-恒压水槽；5-溢流板；6-隔板；7-多层交错孔板；8-管道；9-控制阀；10-浮球式水位计；11-实验管；12-超声波多普勒流速仪；13-微型测速探头；14-固定支架；15-滑轨式底座；16-尾水阀；17-回水池；18-集水箱；19-标尺；20-水准气泡。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1，本实用新型的一种可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，包括实验台1、水泵2、进水阀3、恒压水槽4、溢流板5隔板6、多层交错孔板7、管道8、控制阀9、浮球式水位计10、实验管11、超声波多普勒流速仪12、微型测速探头13、固定支架14、滑轨式底座15、尾水阀16、回水池17、集水箱18、标尺19和水准气泡20，所述进水阀3设置在水泵2和恒压水槽4之间，所述控制阀9设置在恒压水槽4和管道8之间，所述尾水阀16设置于管道8的末端，所述浮球式水位计10为一对，且固定垂直连接管道8，所述回水池17可通过钢架固定位置，所述浮球式水位计10固定安装在管道8的顶部，且浮球式水位计10的顶盖开设有开孔，能准确测量所在位置流体的测压管水头，值得注意的是，所述恒压水槽4中设置有溢流板5和隔板6，所述溢流板5和隔板6之间设置有多层交错孔板7，多层交错孔板7可均化水流，使恒压水槽4水位稳定，值得注意的是，所述超声波多普勒测速仪12包括微型测速探头13，所述微型测速探头13通过固定支架14固定安装在管道8上，值得注意的是，所述微型测速探头13布置与浮球式水位计10的后方，且微型测速探头13的直径为管道8直径的十分之一，不会干扰实验段流体流态，能较为准确的测试出真实流速，所述实验台1设置有底座，且所述底座具体为可调节高度底座，值得注意的是，所述实验台1的表面设置有与滑轨式底座15相匹配的轨道，所述滑轨式底座15可在对应轨道上滚动，实现实验段长度的变化，长度由所述标尺测得，所述水准气泡20固定安装在实验台1上，所述实验台1的前端面设置有标尺19，用于测试实验段长度。
工作原理
以测量直实验管的沿程水头损失及阻力系数为例说明本实用新型的具体实施方式。
结合图1，实验流程大致如下：
1、装配实验管段，记录管径d，通过标尺读出测试长度l，接通水泵、超声波多普勒流速仪电源。
2、启动水泵，调节进水阀，使恒压水槽充水，并保持溢流，水位恒定。
3、打开水槽和管道间调节阀、测压管与浮球式水位计之间调节阀、调节尾水阀，启动超声波多普勒流速仪。
4、水流稳定后，由水力学能量方程 第一浮球式水位计读数即为1断面测压管水头第二浮球式水位计读数即为2断面测压管水头由于管道沿程断面面积不变，所以流速v1＝v2。因此第一、第二浮球式水位计读数相减即得水头损失hf。并读出流速v＝v1＝v2。
5、由直管道流体沿程水头损失计算公式在当地重力加速度g已知的情况下，沿程水头损失系数的表达式为
6、调节尾水阀调节流速，测量多组数据并作处理。
7、实验结束后，关闭水泵、超声波多普勒流速仪，排出余水，最终都回流到集水箱中并储存。
测试弯管、折管等形状的管段的局部水头损失及阻力系数实验步骤与以上基本相同，计算公式略有不同。
需要更换实验用液体时可打开集水箱水阀，排出液体，再开盖更换。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：包括实验台（1）、水泵（2）、设置在实验台（1）上方的恒压水槽（4）、设置在水泵（2）与恒压水槽（4）之间的进水阀（3）、安装在恒压水槽（4）中的溢流板（5）及隔板（6）、设置在溢流板（5）与隔板（6）之间的多层交错孔板（7）、与恒压水槽（4）相连接的管道（8）、设置在恒压水槽（4）与管道（8）之间的控制阀（9）、设置在管道（8）上的浮球式水位计（10）、安装在实验台上的滑轨式底座（15）、设置在滑轨式底座（15）之上的超声波多普勒流速仪（12）、实验管（11）、设置在管道（8）末端的尾水阀（16）、布置在实验管（11）转折末端下方的回水池（17）、设置在实验台（1）下方的集水箱（18）和安装在实验台（1）上的标尺（19）及水准气泡（20），所述回水池（17）、集水箱（18）、恒压水槽（4）通过连接水管依次连接。
2.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述超声波多普勒流速仪（12）包括设置在浮球式水位计（10）后方的微型测速探头（13），所述微型测速探头（13）通过固定支架（14）固定在管道（8）上。
3.根据权利要求2所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述微型测速探头（13）的直径为管道（8）直径的十分之一。
4.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述实验台（1）的表面设置有与滑轨式底座（15）相匹配的轨道。
5.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述浮球式水位计（10）为一对且与管道（8）相垂直，浮球式水位计（10）安装于管道（8）顶部且顶盖开设有开孔；所述实验管（11）是装配式的实验管，位于前、后两个浮球式水位计之间。
6.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述浮球式水位计（10）顶高高于恒压水槽（4）的水位。
7.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述集水箱（18）侧面底部设有排水阀。
8.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述回水池（17）底部开孔且与连接水管相连接。
9.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述回水池（17）通过钢架固定位置。
10.根据权利要求1所述的可直接测量液压和流速的装配式水头损失实验装置，其特征在于：所述标尺（19）设置在实验台（1）的前端面。
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