CN209993214U - 一种自循环局部水头损失实验仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自循环局部水头损失实验仪。该实验仪的恒压水箱分为溢流区、恒压区和稳水区三个区。水泵与恒压区相连。实验管道尾部设置流量调节阀,实验管道出口排出的水直接进入供水水箱，溢流区与供水水箱通过下水管连接。实验管道上依次布置有多个静压测点分别通过连通管与测压架内各对应测压管相连。测压架上设有刻度尺。流量仪可测出管道中的流量。本实用新型采用了独立自循环恒压供水系统，操作简便直观，且适合于现代教学要求，同时也节省了实验布置场地。
Description
技术领域
本实用新型属于化工实验仪器领域，尤其涉及一种自循环局部水头损失实验仪。
背景技术
由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失称为局部水头损失，其物理意义是:流体经局部阻碍时，因惯性作用，主流与壁面脱离，其间形成漩涡区，漩涡区流体质点强烈紊动，消耗大量能量；此时漩涡区质点不断被主流带向下游，加剧下游一定范围内主流的紊动，从而加大能量损失；局部阻碍附近，流速分布不断调整，也将造成能量损失。
因此在化工教学上特别需要对自循环局部水头损失进行广泛地实验，探究其影响因素。但是现有的实验仪器，受振动干扰较大，水体一时难以达到稳定。而且现有仪器管路复杂，操作烦琐，不便于进行现代实验教学。此外，传统仪器使用的流量仪为机械测流，其准确性及稳定性较差，而且未采用循环水系统，水资源较为浪费。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，并提供一种自循环局部水头损失实验仪。
一种自循环局部水头损失实验仪，它包括恒压水箱和测压架；所述恒压水箱内垂直设有平行设置的溢流板及稳水板；溢流板的顶部高度低于稳水板，稳水板的顶部高度低于恒压水箱侧壁；溢流板及稳水板与恒压水箱的侧壁及底面紧密连接，将恒压水箱分隔为溢流区、恒压区和稳水区三个区域；其中溢流板位于溢流区与稳水区之间，稳水板位于稳水区与恒压区之间；所述稳水板上开有连通稳水区与恒压区的稳水孔；所述稳水区内铺设若干层消波板，所述消波板上分布有竖向开孔；所述稳水区底部与上水管相连，并通过上水管连接水泵出口；所述水泵置于敞口的供水水箱内；所述供水水箱的水平高度低于恒压水箱底面；所述溢流区底部与下水管上端相连；下水管下端位于供水水箱内；所述恒压区底部通过连接管与实验管道上端相连；实验管道由第一管段、第二管段和第三管段顺次连接而成，且第一管段与第二管段连接处呈管径突扩，第二管段与第三管段的连接处呈管径突缩；实验管道的第三管段尾段设有流量调节阀，且第三管段下端出口位于供水水箱上方；实验管道上沿水流方向沿程布置有若干个静压测点；所述测压架上并排放置有若干条垂直的测压管；每个静压测点均通过连通管与测压架上的一条测压管相连，且静压测点和测压管一一对应；所述测压管顶端均连接通气压管路，而且气压管路上设有控制阀门连通大气；所述实验管道上还设有流量仪。
作为优选，所述稳水孔的孔径为1～10mm，所述稳水孔在下半块稳水板上密布。
作为优选，所述实验管道为垂直设置。
作为优选，所述实验管道中第二管段的直径为第一管段直接的两倍，第一管段和第三管段的直径相同。
作为优选，所述静压测点以及测压管的数量均为6个。
作为优选，所述静压测点其中4个位于实验管道的第二管段上，剩余2个位于实验管道的第三管段上。
作为优选，所述流量仪为电子数显流量仪。
作为优选，所述实验管道采用有机玻璃材质。
作为优选，所述的测压架上还设有与测压管平行的刻度尺。
作为优选，所述控制阀门为常开式阀门。
本实用新型的有益效果为：
1)在该自循环局部水头损失实验仪中，通过结构上的特殊设计，使得恒压水箱实现了自循环恒压供水，能够始终保持实验管道处于水头恒定状态，而且水流可以不断地重复利用，节约用水成本。
2)利用三段式的实验管道，结合布置于实验管道上与静压测点相通的一系列测压管，能够清楚直观地展示存在局部水头损失状态下的水头分布情况。
附图说明
图1为自循环局部水头损失实验仪的部分结构示意图。
图2为测压架的结构示意图。
图3为稳水板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，一种自循环局部水头损失实验仪，包括恒压水箱5和测压架15。其中，恒压水箱5是一个无盖的长方体状箱体，内部垂直设有平行设置的溢流板6及稳水板7。溢流板6的顶部高度低于稳水板7，稳水板7的顶部高度低于恒压水箱5侧壁。溢流板6及稳水板7与恒压水箱5的侧壁及底面紧密连接，将恒压水箱5分隔为溢流区、恒压区和稳水区三个区域。其中溢流板6位于溢流区与稳水区之间，稳水板7位于稳水区与恒压区之间。溢流板6是密实不透水的，而稳水板7上开有连通稳水区与恒压区的稳水孔。如图3所示，稳水孔的孔径可设为1～10mm，稳水孔在下半块稳水板7上密集分布。稳水区内铺设若干层消波板8，每一层消波板8上分布有竖向开孔，即多孔板。多层消波板8叠加后，能够对下方来水进行稳流，减少波动。稳水区底部与上水管4相连，并通过上水管4连接水泵2出口；水泵2置于敞口的供水水箱1内，采用潜水泵。供水水箱1中可以存储实验用水，通过水泵2将其输入稳水区，经过多层消波板8稳流后，使稳水区水位逐渐上升。由于稳水区与恒压区连通，因此会带动恒压区中水位上升，而当水位上升至溢流板6高度时，多余的水会通过溢流板6顶部溢流进入溢流区，使得恒压区中的水位始终保持稳定。供水水箱1的水平高度低于恒压水箱5底面，溢流区底部与下水管3上端相连，下水管3下端位于供水水箱1内，由此溢流区中的溢流水能够沿着下水管3重新回到供水水箱1中，实现水流循环。恒压区提供了始终恒定的水头高度，可以用来对实验管道进行测试。恒压区底部通过连接管与垂直设置的实验管道9上端相连。本实用新型中，实验管道9由第一管段、第二管段和第三管段顺次连接而成，且实验管道9中第二管段的直径为第一管段直接的两倍，第一管段和第三管段的直径相同，由此三段连接后第一管段与第二管段连接处呈管径突扩，第二管段与第三管段的连接处呈管径突缩。由于流体边界的急剧变化所产生的阻力称局部阻力，克服局部阻力引起的水头损失称局部水头损失。当水流流经这两个接头位置时会产生不同的局部水头损失。另外，实验管道9的第三管段尾段设有流量调节阀12，且第三管段下端出口位于供水水箱1上方，水流重新回到水箱内。在实验过程中，可以调节流量调节阀12的开度大小，改变管内的流速，观察不同流速状态下的局部水头损失情况。实验管道9上还设有流量仪10对流量进行计量，优选为电子数显流量仪。
为了直观反映局部水头损失的具体情况，实验管道9上沿水流方向沿程布置有若干个静压测点，静压测点是一个固定于管壁上且连通管内腔的接口，可以通过设置一个毕托管来实现。本实施例中静压测点为6个，编号分为为91～96，其中4个位于实验管道9的第二管段上，剩余2个位于实验管道9的第三管段上。如图2所示，可以在供水水箱1侧部放置一个测压架15，测压架15上并排放置有6条垂直的测压管13。每个静压测点均通过连通管与测压架15上的一条测压管13相连，且静压测点和测压管13一一对应。测压管13顶端均连接通同一条气压管路11，而且气压管路11三上设有控制阀门16连通大气。控制阀门16为常开式阀门。因此当每个静压测点处具有一定的水头时，水流会沿着连通管进入对应的测压管13，并在测压管13中以一定高度的液柱形式展现。测压架15上可以设置一条与测压管13平行的刻度尺14，以便于对液柱高度进行读数。刻度尺14上可以设置一条能上下滑动的辅助水平杆，方便确定度数。
实验管道9最好采用有机玻璃材质，能够直观观察内部的流体形态。
本实用新型的操作方法为：
1、打开流量调节阀12，控制水泵2通电，待水溢过溢流板6最高点后，关上流量调节阀12。等测压管13稳定后读数。若有测压管13读数不相同，则需要调整测压架15倾斜度以及测压管13的位置，使其每根读数一样。
2、保持水泵2对恒压水箱5供水，并保持溢流，开启流量调节阀12，供水恒压水头下，水体流经实验管道，并根据流量仪10的示数，调节管内流量至目标值。
3、待测压管13中水柱稳定后，不同的测压管13处能够直观显示不同测点的水头。记录流量仪10读数及6条测压管13的液柱高度读数。重复上述试验3-4次，然后按照相应的公式即可计算局部突扩与突缩的局部水头损失。
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，包括恒压水箱(5)和测压架(15)；所述恒压水箱(5)内垂直设有平行设置的溢流板(6)及稳水板(7)；溢流板(6)的顶部高度低于稳水板(7)，稳水板(7)的顶部高度低于恒压水箱(5)侧壁；溢流板(6)及稳水板(7)与恒压水箱(5)的侧壁及底面紧密连接，将恒压水箱(5)分隔为溢流区、恒压区和稳水区三个区域；其中溢流板(6)位于溢流区与稳水区之间，稳水板(7)位于稳水区与恒压区之间；所述稳水板(7)上开有连通稳水区与恒压区的稳水孔；所述稳水区内铺设若干层消波板(8)，所述消波板(8)上分布有竖向开孔；所述稳水区底部与上水管(4)相连，并通过上水管(4)连接水泵(2)出口；所述水泵(2)置于敞口的供水水箱(1)内；所述供水水箱(1)的水平高度低于恒压水箱(5)底面；所述溢流区底部与下水管(3)上端相连；下水管(3)下端位于供水水箱(1)内；所述恒压区底部通过连接管与实验管道(9)上端相连；实验管道(9)由第一管段、第二管段和第三管段顺次连接而成，且第一管段与第二管段连接处呈管径突扩，第二管段与第三管段的连接处呈管径突缩；实验管道(9)的第三管段尾段设有流量调节阀(12)，且第三管段下端出口位于供水水箱(1)上方；实验管道(9)上沿水流方向沿程布置有若干个静压测点；所述测压架(15)上并排放置有若干条垂直的测压管(13)；每个静压测点均通过连通管与测压架(15)上的一条测压管(13)相连，且静压测点和测压管(13)一一对应；所述测压管(13)顶端均连接通气压管路(11)，而且气压管路(11)上设有控制阀门(16)连通大气；所述实验管道(9)上还设有流量仪(10)。
2.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述稳水孔的孔径为1～10mm，所述稳水孔在下半块稳水板(7)上密布。
3.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述实验管道(9)为垂直设置。
4.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述实验管道(9)中第二管段的直径为第一管段直接的两倍，第一管段和第三管段的直径相同。
5.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述静压测点以及测压管(13)的数量均为6个。
6.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述静压测点其中4个位于实验管道(9)的第二管段上，剩余2个位于实验管道(9)的第三管段上。
7.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述流量仪(10)为电子数显流量仪。
8.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述实验管道(9)采用有机玻璃材质。
9.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述的测压架(15)上还设有与测压管(13)平行的刻度尺(14)。
10.如权利要求1所述的自循环局部水头损失实验仪，其特征在于，所述控制阀门(16)为常开式阀门。
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