CN210015590U - 一种虹吸现象模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种虹吸现象模拟实验装置，包括第一水箱、虹吸管、第二水箱、升降台、虹吸管升降组件和流动视镜，升降台上设有第一水箱和虹吸管升降组件，第二水箱低于第一水箱，虹吸管一端放置在第一水箱中、一端放置在第二水箱中，虹吸管的中间部位在虹吸管升降组件顶部，虹吸管上设有流动视镜，虹吸管为软管，虹吸管内设有流阻结构，虹吸管上设有流动视镜。使用流动视镜显示虹吸管内的流动状态；升降台对第一水箱与第二水箱的高度差进行调节，演示第一水箱与第二水箱的高度差对虹吸管内的流速影响；升降组件调节虹吸管最高处与第一水箱的高度差，用于演示因为高度差导致的虹吸过程断开。

Description

一种虹吸现象模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及教学演示装置领域，具体是一种虹吸现象模拟实验装置。

背景技术

虹吸是一种物理现象，是两处液体存在一定高度差时，处于高处的液体能够被一段先升高后降低的连接管吸取并排往低处液体的现象，在学校的学习中，如果能通过一个装置直观展示虹吸现象，那么能大大激发学生的探索学习热情。

现有的虹吸展示装置大多功能单一，结构非常简单，通过两个不同高度的杯子并用一段弯管连接后展示虹吸现象，此种装置只展示了虹吸的最基本过程，而虹吸的一些进一步特性：例如高低液位差的大小变化对虹吸管内水体的流速影响、虹吸先吸高后下降的过程中极限吸高高度等特性均不方便演示，这不利于学生完整充分地了解虹吸现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种虹吸现象模拟实验装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种虹吸现象模拟实验装置，包括第一水箱、虹吸管、第二水箱、升降台、虹吸管升降组件和流动视镜，升降台放置在基础上，升降台上设有第一水箱和虹吸管升降组件，第二水箱设置在升降台一旁，第二水箱低于第一水箱，虹吸管一端放置在第一水箱中、一端放置在第二水箱中，虹吸管的中间部位设置在虹吸管升降组件顶部，且虹吸管升降组件顶部高于第一水箱，虹吸管上设有流动视镜，虹吸管为软管，虹吸管内设有流阻结构，虹吸管上设有流动视镜。

第一水箱和第二水箱即虹吸现象演示时用来盛水的水箱，它们内所盛装的水通过虹吸管进行连接，虹吸管的中间部位高于第一水箱，第一水箱高于第二水箱，这就是虹吸现象展示的最基本结构，当虹吸管内的空气被抽走建立起第一水箱和第二水箱之间的虹吸状态后，第一水箱内的水会先上升后下降地流动到第二水箱内，这就是虹吸的基本原理。虹吸管上的流动视镜能方便外界观察虹吸管内的流动情况，主要是流速，流速越快，流动视镜内的转子转动地越快；升降台能升高或降低第一水箱和虹吸管升降组件的高度，虹吸管最高处也跟着升降，这一设置的目的是为了演示第一水箱与第二水箱的高度差发生变化后，虹吸管内的流动状态的变化，根据虹吸原理，虹吸管两端的水池的高度差变大后，虹吸管内流速变快，高度差变小后，流速变慢；在本装置中的体现为：当第一水箱升高后，从流动视镜处可以观察到虹吸管内的流速变快；当第一水箱降低后，从流动视镜处可以观察到虹吸管内的流速变慢；使得学生更直观地了解到虹吸过程的这一流速变化特性。通过虹吸管升降组件和流动视镜，演示虹吸现象的另一特性：虹吸管升降组件调节虹吸管最高处的高度，根据虹吸原理，当虹吸管的最高处高于较高水面一定程度后，虹吸状态会失效，在本例中的体现为，当调节虹吸管升降组件使得虹吸管的最高处高于第一水箱一定程度后，虹吸管中已经建立的虹吸过程会停止，也就是说缓慢升高虹吸管升降组件，在某个高度时，虹吸管内的水会停止流动，流动视镜处能观察到虹吸管内水体不再流动；当虹吸管内壁很光滑(即流阻很小)时，要使虹吸状态失效，就需要虹吸管最高处和第一水箱的高度差较大，接近十米，十米的高度差不方便获得，首先场地受限，而且虹吸管升降组件需要升降十米时结构也太过冗余，装置重量较大，所以为了解决这一问题，在虹吸管内设置流阻结构，流阻结构增加水体在虹吸管内的流动阻力，这样要使得虹吸断开，虹吸管最高处与第一水箱只需要较小的高度差即可。

进一步的，流阻结构为节流板，节流板与虹吸管的管体内壁连接，节流板中央设有一通孔。节流板是常见的流阻结构，流体在通过节流板时，会由于过流通道的突然减小与扩大，损失一部分机械能。

进一步的，流阻结构为增阻凸起，增阻凸起设置在虹吸管的管体内壁上。增阻凸起增加水体通过虹吸管的阻力，水体不断地沿着流动路径上的增阻凸起绕流，流动方向不断变化，损失掉机械能。

进一步的，虹吸管升降组件包括支柱、平台、调节杆和管固定件，支柱底端固定在升降台上，支柱顶端连接平台，平台上设有一轴线竖直的螺纹孔，调节杆包括杆体和手轮，杆体外表设有螺纹，杆体与平台螺纹连接，杆体顶端设有竖直的导向孔，杆体底端设有手轮，管固定件包括环套、圆盘和导向柱，圆盘水平设置，圆盘上端面设有环套，虹吸管穿过环套，圆盘下端面设有导向柱，导向柱插入导向孔内。支柱起支撑作用，其上连接着的平台为调节杆提供一个安装位置，调节杆与平台螺纹连接，调节杆旋转时，就会上升或下降，这样调节杆顶端所连接着的管固定件也就上升或下降，管固定件套箍住虹吸管，防止掉落，调节杆旋转时，为了防止虹吸管跟着旋转而发生管体缠绕，管固定件和杆体是活动连接的，杆体顶端设置导向孔，管固定件的导向柱插入在导向孔内，既安装稳定，也能自适应地进行旋转而抵消掉调节杆的旋转。

进一步的，虹吸管上还设有破空阀，破空阀位置上处于虹吸管升降组件的顶部，破空阀连接虹吸管的管内与管外。破空阀即破除真空的阀门，破空阀开启后，虹吸管和外界大气连通，破空阀是为了演示虹吸现象的另一个特性：当虹吸建立后，只要在吸水段(从第一水箱到虹吸管最高处)将虹吸管管内与外界接通，虹吸就能断开。

作为优化，虹吸现象模拟实验装置还包括水泵和回水管，水泵放置在第二水箱一旁，水泵的进口连接第二水箱内，水泵的出口通过回水管连接到第一水箱内。水泵能将水从第二水箱泵送回第一水箱，不然每次演示都需要手动地往第一水箱加水，排出第二水箱的水。

作为优化，第一水箱内侧壁设有浮球开关，浮球开关与水泵电连接。浮球开关自动地对水泵进行开启与关闭操作，第一水箱内水较少时，浮球开关下降，浮球开关内的开关端子闭合，发出开关量信号，开启水泵，当第一水箱内的水到达一定水位后，浮球开关控制水泵关闭。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型使用流动视镜显示虹吸管内的流动状态；使用升降台对第一水箱与第二水箱的高度差进行调节，方便演示第一水箱与第二水箱的高度差变化后，虹吸管内的流速变化；使用虹吸管升降组件调节虹吸管最高处与第一水箱的高度差，并在虹吸管内增设节流板或增阻凸起，用于演示因为高度差导致的虹吸过程断开；使用破空阀演示虹吸管内因为接入外界大气后导致的虹吸过程断开；使用一个水泵将第一水箱和第二水箱内的水循环起来，演示完后方便下一次演示。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型虹吸管升降组件的结构示意图；

图3为图1中的视图A；

图4为图3中的视图C-C；

图5为图1中的视图B；

图6为本实用新型虹吸管的内部结构剖视图。

图中：1-第一水箱、2-虹吸管、21-节流板、22-增阻凸起、3-第二水箱、4-升降台、5-水泵、6-虹吸管升降组件、61-支柱、62-平台、63-调节杆、631-杆体、6311-导向孔、632-手轮、64-管固定件、641-环套、642-圆盘、643-导向柱、7-回水管、91-破空阀、92-流动视镜、93-浮球开关。

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。

如图1所示，一种虹吸现象模拟实验装置，包括第一水箱1、虹吸管2、第二水箱3、升降台4、虹吸管升降组件6和流动视镜92，升降台4放置在基础上，升降台4上设有第一水箱1和虹吸管升降组件6，第二水箱3设置在升降台4一旁，第二水箱3低于第一水箱1，虹吸管2一端放置在第一水箱1中、一端放置在第二水箱3中，虹吸管2的中间部位设置在虹吸管升降组件6顶部，且虹吸管升降组件6顶部高于第一水箱1，如图5所示，虹吸管2上设有流动视镜92，虹吸管2为软管，虹吸管2内设有流阻结构，虹吸管2上设有流动视镜92。

第一水箱1和第二水箱3即虹吸现象演示时用来盛水的水箱，它们内所盛装的水通过虹吸管2进行连接，虹吸管2的中间部位高于第一水箱1，第一水箱1高于第二水箱3，这就是虹吸现象展示的最基本结构，当虹吸管2内的空气被抽走建立起第一水箱1和第二水箱3之间的虹吸状态后，第一水箱1内的水会先上升后下降地流动到第二水箱3内，这就是虹吸的基本原理。虹吸管2上的流动视镜92能方便外界观察虹吸管2内的流动情况，主要是流速，流速越快，流动视镜92内的转子转动地越快；升降台4能升高或降低第一水箱1和虹吸管升降组件6的高度，虹吸管2最高处也跟着升降，这一设置的目的是为了演示第一水箱1与第二水箱3的高度差发生变化后，虹吸管2内的流动状态的变化，根据虹吸原理，虹吸管2两端的水池的高度差变大后，虹吸管2内流速变快，高度差变小后，流速变慢；在本装置中的体现为：当第一水箱1升高后，从流动视镜92处可以观察到虹吸管2内的流速变快；当第一水箱1降低后，从流动视镜92处可以观察到虹吸管2内的流速变慢；使得学生更直观地了解到虹吸过程的这一流速变化特性。通过虹吸管升降组件6和流动视镜92，演示虹吸现象的另一特性：虹吸管升降组件6调节虹吸管2最高处的高度，根据虹吸原理，当虹吸管2的最高处高于较高水面一定程度后，虹吸状态会失效，在本例中的体现为，当调节虹吸管升降组件6使得虹吸管2的最高处高于第一水箱1一定程度后，虹吸管2中已经建立的虹吸过程会停止，也就是说缓慢升高虹吸管升降组件6，在某个高度时，虹吸管2内的水会停止流动，流动视镜92处能观察到虹吸管2内水体不再流动；当虹吸管2内壁很光滑(即流阻很小)时，要使虹吸状态失效，就需要虹吸管2最高处和第一水箱1的高度差较大，接近十米，十米的高度差不方便获得，首先场地受限，而且虹吸管升降组件6需要升降十米时结构也太过冗余，装置重量较大，所以为了解决这一问题，在虹吸管2内设置流阻结构，流阻结构增加水体在虹吸管2内的流动阻力，这样要使得虹吸断开，虹吸管2最高处与第一水箱1只需要较小的高度差即可。

如图6所示，流阻结构为节流板21或增阻凸起22：

流阻结构为节流板21，节流板21与虹吸管2的管体内壁连接，节流板21中央设有一通孔。节流板21是常见的流阻结构，流体在通过节流板21时，会由于过流通道的突然减小与扩大，损失一部分机械能。

流阻结构为增阻凸起22，增阻凸起22设置在虹吸管2的管体内壁上。增阻凸起22增加水体通过虹吸管2的阻力，水体不断地沿着流动路径上的增阻凸起22绕流，流动方向不断变化，损失掉机械能。

如图2所示，虹吸管升降组件6包括支柱61、平台62、调节杆63和管固定件64，支柱61底端固定在升降台4上，支柱61顶端连接平台62，平台62上设有一轴线竖直的螺纹孔，调节杆63包括杆体631和手轮632，杆体631外表设有螺纹，杆体631与平台62螺纹连接，杆体631顶端设有竖直的导向孔6311，杆体631底端设有手轮632，如图3、图4所示，管固定件64包括环套641、圆盘642和导向柱643，圆盘642水平设置，圆盘642上端面设有环套641，虹吸管2穿过环套641，圆盘642下端面设有导向柱643，导向柱643插入导向孔6311内。支柱61起支撑作用，其上连接着的平台62为调节杆63提供一个安装位置，调节杆63与平台62螺纹连接，调节杆63旋转时，就会上升或下降，这样调节杆63顶端所连接着的管固定件64也就上升或下降，管固定件64套箍住虹吸管2，防止掉落，调节杆63旋转时，为了防止虹吸管2跟着旋转而发生管体缠绕，管固定件64和杆体631是活动连接的，杆体631顶端设置导向孔6311，管固定件64的导向柱643插入在导向孔6311内，既安装稳定，也能自适应地进行旋转而抵消掉调节杆63的旋转。

如图3所示，虹吸管2上还设有破空阀91，破空阀91位置上处于虹吸管升降组件6的顶部，破空阀91连接虹吸管2的管内与管外。破空阀91即破除真空的阀门，破空阀91开启后，虹吸管2和外界大气连通，破空阀91是为了演示虹吸现象的另一个特性：当虹吸建立后，只要在吸水段(从第一水箱1到虹吸管2最高处)将虹吸管2管内与外界接通，虹吸就能断开。

如图1所示，虹吸现象模拟实验装置还包括水泵5和回水管7，水泵5放置在第二水箱3一旁，水泵5的进口连接第二水箱3内，水泵5的出口通过回水管7连接到第一水箱1内。水泵5能将水从第二水箱3泵送回第一水箱1，不然每次演示都需要手动地往第一水箱1加水，排出第二水箱3的水。

如图1所示，第一水箱1内侧壁设有浮球开关93，浮球开关93与水泵5电连接。浮球开关93自动地对水泵5进行开启与关闭操作，第一水箱1内水较少时，浮球开关93下降，浮球开关93内的开关端子闭合，发出开关量信号，开启水泵5，当第一水箱1内的水到达一定水位后，浮球开关93控制水泵5关闭。

本装置的使用原理是：从虹吸管2位于第二水箱3内的一端抽走虹吸管2内的空气，使得虹吸管2吸入第一水箱1内的水，水从虹吸管2流到第二水箱3后虹吸过程建立，通过升降台4调节第一水箱1的高度，从流动视镜92处观察虹吸管2内的水流速度，通过虹吸管升降组件6调节虹吸管2最高处高度，当虹吸管2最高处与第一水箱1的高度差超过一定程度后，展示虹吸过程断开，还可以通过破空阀91向虹吸管2内接入外界大气展示虹吸过程断开的另一种方法。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种虹吸现象模拟实验装置，其特征在于：所述虹吸现象模拟实验装置包括第一水箱(1)、虹吸管(2)、第二水箱(3)、升降台(4)、虹吸管升降组件(6)和流动视镜(92)，所述升降台(4)放置在基础上，升降台(4)上设有第一水箱(1)和虹吸管升降组件(6)，所述第二水箱(3)设置在升降台(4)一旁，第二水箱(3)低于第一水箱(1)，所述虹吸管(2)一端放置在第一水箱(1)中、一端放置在第二水箱(3)中，虹吸管(2)的中间部位设置在虹吸管升降组件(6)顶部，且虹吸管升降组件(6)顶部高于第一水箱(1)，所述虹吸管(2)上设有流动视镜(92)，虹吸管(2)为软管，虹吸管(2)内设有流阻结构，虹吸管(2)上设有流动视镜(92)。

2.根据权利要求1所述的一种虹吸现象模拟实验装置，其特征在于：所述流阻结构为节流板(21)，所述节流板(21)与虹吸管(2)的管体内壁连接，节流板(21)中央设有一通孔。

3.根据权利要求1所述的一种虹吸现象模拟实验装置，其特征在于：所述流阻结构为增阻凸起(22)，所述增阻凸起(22)设置在虹吸管(2)的管体内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种虹吸现象模拟实验装置，其特征在于：所述虹吸管升降组件(6)包括支柱(61)、平台(62)、调节杆(63)和管固定件(64)，所述支柱(61)底端固定在升降台(4)上，支柱(61)顶端连接平台(62)，所述平台(62)上设有一轴线竖直的螺纹孔，所述调节杆(63)包括杆体(631)和手轮(632)，所述杆体(631)外表设有螺纹，杆体(631)与平台(62)螺纹连接，杆体(631)顶端设有竖直的导向孔(6311)，杆体(631)底端设有手轮(632)，所述管固定件(64)包括环套(641)、圆盘(642)和导向柱(643)，所述圆盘(642)水平设置，圆盘(642)上端面设有环套(641)，所述虹吸管(2)穿过环套(641)，圆盘(642)下端面设有导向柱(643)，所述导向柱(643)插入导向孔(6311)内。

5.根据权利要求1所述的一种虹吸现象模拟实验装置，其特征在于：所述虹吸管(2)上还设有破空阀(91)，所述破空阀(91)位置上处于虹吸管升降组件(6)的顶部，破空阀(91)连接虹吸管(2)的管内与管外。

6.根据权利要求1所述的一种虹吸现象模拟实验装置，其特征在于：所述虹吸现象模拟实验装置还包括水泵(5)和回水管(7)，所述水泵(5)放置在第二水箱(3)一旁，水泵(5)的进口连接第二水箱(3)内，水泵(5)的出口通过回水管(7)连接到第一水箱(1)内。

7.根据权利要求6所述的一种虹吸现象模拟实验装置，其特征在于：所述第一水箱(1)内侧壁设有浮球开关(93)，所述浮球开关(93)与水泵(5)电连接。

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