CN2836138Y - 流体现象二维模拟演示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种流体现象二维模拟演示装置，它包括框体、水箱、引导线、配重、拉线、水槽以及回流装置；水箱安装在框体顶部，引导线的上端连接在水箱的出水口，下端连接配重，拉线连接在引导线上，水槽设置在框体底部，回流装置设置在框体上使水槽和水箱连通，在框体上对应拉线位置设有引导管，拉线穿过引导管连接在调节装置上。在引导管的导向作用下，拉线在调节过程中方向始终不变，减小了对肥皂膜的扰动，提高了观察效果。调节装置是设置在框体一侧的手摇柄，拉线引出后经过滑轮组绕在同一手摇柄的转轴上，这样使拉线的调节能够做到同步进行，并且调节量均匀。使用滑轮组使得拉线的布局更合理，避免了拉线与其它部件的相互干扰。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及一种教学和科研上所使用的模拟演示装置，具体的说是一种流体现象二维模拟演示装置。
二、背景技术
涡街、湍流等多种流体的非线性行为是大自然中极为常见的现象，也是自然科学研究的对象之一，在教学及科研中经常需要直观的演示其变化。在计算机技术不断发展和应用的今天，许多模拟演示都可以在计算机上完成，但由于流体运动的复杂性和尺度的巨大，实验模拟至今仍是一种非常常用的流体现象模拟演示方式。流体现象的二维模拟最早是由Couder等人(1989)所设计的：演示用的肥皂膜由金属框张开，并静止水平放置，将阻碍物插入肥皂膜中并拉动以观察流体现象，这种方式的缺点是肥皂膜的厚度会因重力和本身的蒸发而改变，进而影响到整个实验的准确性，因而必须控制金属框的尺度，但这样一来，模型在肥皂膜中的运动时间就变得很短。因此，Gharib和Derango(1989)针对这一缺陷发展了可以称之为“流动肥皂膜法”的新方法，这种方法利用纯水与肥皂膜的表面张力差由一个片状水柱产生的剪切作用拉动，因此整个肥皂膜可以保持水平流动状态，进而改善了实验时间。但是由于表面张力差的限制，液体流速受到限制。更新的实验方案由Kelly等人(1995)所设计，其是一个在重力作用下的垂直流动的肥皂膜，其流速大大提高，但因为实验装置入口的流速及肥皂膜的宽度不易控制，流速场及其厚度不均匀，所以并不稳定。针对这一不足，Rutgers等人(1997)对该装置进行了改进，利用阀门控制流量，并且用四根拉线控制肥皂膜的张开以及控制其宽度，决了上述问题。但是该装置在调节拉线的过程中，拉线的拉动方向不易控制，导致调节过程中拉线对肥皂膜的扰动过大，影响了流体观察效果。
三、发明内容
1、发明目的：本实用新型的目的是提供一种调节拉线时对肥皂膜扰动小，观察效果好的流体现象二维模拟演示装置。
2、技术方案：本实用新型所述的流体现象二维模拟演示装置，它包括框体、水箱、引导线、配重、拉线、水槽以及回流装置；所述水箱安装在框体顶部，引导线为两根，设置在框体内，其上端连接水箱底部的出水口，下端连接配重，拉线连接在引导线上，拉动拉线以使两根引导线展开形成一个平面，水槽设置在框体底部，回流装置设置在框体上，通过回流装置使水槽和水箱连通，其特征是：在框体上对应每根拉线的位置设有一个引导管，拉线穿过引导管后连接在调节装置上。当使用调节装置调节拉线的伸缩量，也即调节在两根引导线上所形成的肥皂膜的宽度时，由于引导管的导向作用，使拉线在调节过程中方向始终保持不变，减小了对肥皂膜的扰动。
调节装置是设置在框体一侧的手摇柄，拉线引出后绕在同一手摇柄的转轴上。这样使拉线的调节能够做到同步进行，并且调节量均匀。在框体上对应拉线设有滑轮组，拉线经过滑轮组再连接在调节装置上，使得拉线的布局更合理，避免了拉线与其它部件的相互干扰。
水箱出水口连接有控制肥皂液流量的流量阀，引导线设置在流量阀出口处。通过调节流量阀控制肥皂膜的流速。
回流装置是抽水泵，其通过管道连接水和水箱。通过抽水泵回收肥皂液，避免了浪费。
本实用新型的工作原理：水箱固定在框体顶部，装载在水箱中的肥皂液在重力作用下由水箱底部出水口流出。两根引导线设置在出水口处，并在配重和四根拉线的共同作用下展开以形成一个平面。在表面张力的作用下，肥皂液在该平面上形成一张流动的肥皂膜，通过漫反射法、反射式干涉法、投影法或其它观察方法可以在肥皂膜上观察到流体现象。拉线经引导管引出后经过滑轮组连接在手摇柄的转轴上，通过手摇柄来调整肥皂膜的宽度和厚度，而在水箱出水口和引导线间设置有流量阀，可以方便的调节肥皂膜的流速。流下的肥皂液最终汇集在水槽中并可以通过回流装置回收。
3、有益效果：本实用新型具有以下优点：1)通过设置引导管，在引导管的导向作用下，使拉线在调节过程中方向始终保持不变，减小了对肥皂膜的扰动，提高了观察效果。2)将拉线汇集到同一手摇柄的转轴上，通过转动手摇柄使拉线的调节能够同步进行，并且调节量均匀，进一步减小了对肥皂膜的扰动，而采用手动控制可以根据肥皂膜的流动状态随时调整其宽度和厚度。3)通过滑轮组安排拉线的走向，使装置布局更合理，避免了工作过程中部件间的相互干扰。4)采用回流装置回收肥皂液并循环使用避免了肥皂液的浪费。
四、附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
五、具体实施方式
如图1所示，是本实用新型所述的流体现象二维模拟演示装置，它包括框体1、水箱2、引导线3、配重4、拉线5、水槽6、回流装置7、引导管8、手摇柄9、滑轮组10以及流量阀11；框体1为框架式结构，其结构在满足使用要求的基础上应尽量避免影响观察效果，装载肥皂液的水箱2固定在框体1顶部，水箱2底部的出水口连接有控制肥皂液流量的流量阀11，引导线3为两根，设置在流量阀11出口处，用于张紧引导线的配重4挂在引导线3下端，所述用于展开引导线3的拉线5为四根，分别对称连接在两根引导线3上，在框体1上相应每根拉线5的位置设有一个引导管8，拉线5穿过引导管8，并经过滑轮组10连接在位于框体1一侧的手摇柄9的转轴上。回收肥皂液的水槽6设置在框体1底部。回流装置7是抽水泵，其通过管道连接水槽6和水箱2，回收的肥皂液由抽水泵重新泵入水箱2。当转动手摇柄9拉动拉线5时，在引导管8的导向作用下，拉线5在四个方向上将引导线3充分展开以形成一个适合肥皂膜形成的平面，并且拉动的方向始终不变，减小了对肥皂膜的扰动。通过转动手摇柄9使四根拉线5的调节能够同步进行，并且调节量均匀，进一步减小了对肥皂膜的扰动，而采用手动可以根据肥皂膜的流动状态随时调整其宽度和厚度。
Claims (5)
1、一种流体现象二维模拟演示装置，它包括框体(1)、水箱(2)、引导线(3)、配重(4)、拉线(5)、水槽(6)以及回流装置(7)；所述水箱(2)安装在框体(1)顶部，引导线(3)为两根，设置在框体(1)内，其上端连接水箱(2)底部的出水口，下端连接配重(4)，拉线(5)连接在引导线(3)上，拉动拉线(5)以使两根引导线(3)展开形成一个平面，水槽(6)设置在框体(1)底部，回流装置(7)设置在框体(1)上，通过回流装置(7)使水槽(6)和水箱(2)连通，其特征是：在框体(1)上对应每根拉线(5)的位置设有一个引导管(8)，拉线(5)穿过引导管(8)后连接在调节装置上。
2、根据权利要求1所述的流体现象二维模拟演示装置，其特征是：所述调节装置是设置在框体(1)一侧的手摇柄(9)，拉线(5)绕在手摇柄(9)的转轴上。
3、根据权利要求1或2所述的流体现象二维模拟演示装置，其特征是：在框体(1)上设有滑轮组(10)，拉线(5)经过滑轮组(10)连接在调节装置上。
4、根据权利要求1或2所述的流体现象二维模拟演示装置，其特征是：水箱(2)出水口连接流量阀(11)，引导线(3)设置在流量阀(11)出口处。
5、根据权利要求1或2所述的流体现象二维模拟演示装置，其特征是：所述回流装置(7)是抽水泵，其通过管道连接水槽(6)和水箱(2)。
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