技术领域
[0001] 本
发明涉及一种实验设备装置，尤其是涉及一种
流体力学实验装置。
背景技术
[0002] 科学研究、实践教学离不开实验，参数的获取，理论的验证，结果的检测等等都需要通过做实验。作为科学学科中的一大类学科，流体力学研究的内容非常广泛，而且具有一定的研究难度，时常需要获取一些流体的物理属性，那么就需要通过做实验来取得这些数据，在大学的学科中，流体力学课程要研究一些经典的流体力学理论，做实验能让学生等在自己的亲自操作下获得实验数据取验证理论的使用，是一种高效的实践教学方法，被绝大多数的学校等教育事业机构所推崇。
[0003] 虽然如此，但是传统的流体力学实验设备装置仍然存在以下问题：1)实验对象单一，现有的实验装置都是针对长直管道中的流体进行研究，而在实际应用领域中弯曲或者卷绕的管道应用极其广泛，但是现有流体力学实验装置中没有关于弯曲或者卷绕管道的流体力学实验设备装置。2)实验功能单一，单个实验装置只能用于一项实验，实验的效率很低，而且需要耗费大量时间进行实验准备和设备维护保养。3)测量
精度低，传统的流体力学实验中常用毕托管和压力管来测定流量与压力，数据读取需要耗费大量时间且读取到的数据精度较低。4)自动化程度低，传统的流体力学实验数据的读取都依靠手动抄写，在实验过程中经常需要多次记录实验数据求得平均值以确保实验数据的准确性。基于上述问题，本发明提供了一种流体力学实验装置。
[0004] 中国
专利CN 207199161U公布了一种多功能流体力学实验装置，包括恒压
水源、不锈
钢循环水箱、雷诺实验管、伯努利方程实验管、阻力系数测定试验管、第一
转子流量计、第二转子流量计和若干压差管。该装置能将分离的实验管道集中在一套实验装置中，避免了频繁拆装和渗漏，有利于阐述实验原理。但是，该专利仅仅公布了针对直管的流体力学实验，不能满足弯曲或者卷绕的管道的实验情况；并且该实验装置采用压差管和转子流量计进行测量数据，实验数据读取时间长，实验的自动化程度低。
发明内容
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述
现有技术存在的
缺陷而提供一种流体力学实验装置，能完成弯曲或者卷绕管道中流体力学实验，数据测量精高，实验数据自动采集与记录。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种流体力学实验装置，包括实验台、实验台
支架、供水水箱系统、测量管路系统、集水水箱系统和收集回流系统；所述实验台和实验台支架固定连接，所述供水水箱系统置于所述实验台上；所述测量管路系统与所述实验台固定连接，并与供水水箱系统相连通；所述集水水箱系统包括集水水箱和置于集水箱里的水
泵，所述水泵的上水管与所述供水水箱系统管道连接；所述收集回流系统包括计量漏斗，用于测量液体的体积。所述计量漏斗固定安装于所述实验台或实验台支架上；
[0008] 所述测量管路系统包括实验管、压力计、流量调节
阀和管道固定支架；
[0009] 所述实验管通过管道固定支架安装在所述实验台上；所述管道固定支架
位置可调节安装于所述实验台上；
[0010] 所述实验管包括直管和测量管；所述直管与供水水箱系统连通；所述直管和测量管可拆卸连接；
[0011] 所述实验管上至少设有两个压力计，分别位于测量管两侧管道上；
[0012] 所述直管上设有流量调节阀。
[0013] 所述管道固定支架通过
紧固件连接与所述实验台上，所述实验台与每个所述管道固定支架的连接处均设有若干个于紧固件配套的固定孔。
[0015] 所述管道固定支架位置可调节安装于所述实验台上还可以通过以下方式实现：所述实验台上设有
导轨，所述管道固定支架与所述导轨滑动连接，所述管道固定支架通过紧固件固定在所述导轨上。紧固件为快拆扣，快拆螺丝和紧固螺栓等。
[0016] 所述测量管选自直管道、弯曲管道或卷绕管道。
[0017] 直管、测量管和压力计之间的可拆卸连接方式为
法兰连接或者
螺纹连接。
[0018] 由于设置了位置可调节的固定支架以及将实验管分为可拆卸连接的直管和测量管，本发明的测量管路系统可根据不同实验更换不同管路与
传感器的组合；进行试验时，仅需要挑选测量管，将测量管与直管以及压力计和调节阀连接，根据测量管路的形状，选择实验台上预设的合适的固定孔，用紧固件将管道固定夹固定到固定孔处，再用管道固定支架将测量管固定，则完成测量管路系统的更换和组装，进行试验即可，组装过程方便快捷。
[0019] 所述供水水箱系统包括供水水箱、溢流隔板、隔流板、供水管、溢流回水管和出水管；所述供水水箱置于所述实验台上；所述溢流隔板、隔流板分别固定在所述供水水箱中；所述溢流回水管的两端分别连接所述供水水箱底部和集水水箱；所述供水管的两端分别连接所述供水水箱底部和水泵的上水管；所述出水管与所述直管连接。
[0020] 所述隔流隔板高度低于溢流隔板高度。供水水箱隔流隔板将水箱中的水流入口区域和稳定水流出口区域隔开。
[0021] 供水水箱系统能够提供恒压水流，水由所述供水管进入所述供水水箱，水将先充满所述溢流隔板、所述隔流板间的空间，继续注水，所述隔流板右侧的空间将注满水，当两个空间全部注满水后，继续注水，直到水面漫过所述溢流隔板，溢出的水通过所述溢流回水管流出水箱；隔流板将供水管的高速水流产生的影响阻隔，使所述隔流板右侧区域水流维持稳定不被左侧水流干扰，所述溢流隔板高于所述隔流板，水面会维持在所述溢流隔板的高度，在所述出水管处得到恒压稳定水流。
[0022] 所述供水水箱系统还包括有色水盒和有色水管；所述供水水箱上设有水箱盖，降低外界气流对水压的影响；所述有色水盒固定安装于所述水箱盖上，所述有色水管与有色水盒连通。
[0023] 所述有色水盒装有自行消色的有色水；所述有色水管为L型水管。
[0024] 优选地，有色水盒装有自行消色的墨水，墨水流经所述有色水管，与实验液体混合后进入所述出水管，用于观察水流的
稳定性流态。
[0025] 为了便于观察，供水水箱和实验管均采用透明材料制作。
[0026] 所述收集回流系统还包括
回流管，所述计量漏斗固定安装于实验平台的端部，所述回流管连接所述集水水箱和计量漏斗。液体经过所述测量管路系统后，为对液体进行再处理与循环利用液体，减少浪费，由收集回流系统进行回收实验液体，而有色液体具有自行消色的性质，避免了自循环水的污染。
[0027] 所述流量调节阀固定安装于所述实验管的末端；
[0028] 所述流量调节阀、压力计均通过PLC与显示控制屏相连。
[0029] 本发明中采用
自动调节阀代替手动调节阀，通过PLC远程调节调节阀的开度，试验过程更加便捷，提高了试验效率；采用压力计代替原来实验装置中的毕托管，通过PLC
控制器自动采集与显示压力计读数，增强了系统的抗干扰能力，提高了测量精度，简化了试验装置。PLC控制器与显示控制屏的连接，提高了系统的可视性与兼容性。
[0030] 与现有技术相比，本发明能够有效地获得弯曲或者卷绕管道内流体的流体力学特性，并能方便的进行长直管道、弯曲或卷绕管道的替换，能够对不同管道内流体的流体力学特性进行验证，也能解决现有流体力学实验装置设备实验对象单一的缺点；本发明采用压力计和流量调节阀进行
数据采集，可以准确快速高效地采集实验系统中的流体力学特性参数，能解决传统流体力学实验装置设备精度与自动化程度低的问题；本发明使用过程简单、安全、可靠，广泛适用于流体力学实验装置，有效地提高了实验多样性、实验安全可靠性及实验真实性，同时有效地为流体力学实验者提供更好的实验平台和实验环境，一定程度上为流体力学实验领域做出了贡献，具有很好的实用价值和推广价值。
附图说明
[0031] 图1为本发明的立体结构图；
[0032] 图2为本发明的主视结构图；
[0033] 图3为本发明中的供水水箱系统的结构图；
[0034] 图4为本发明中的测量管路系统的结构图；
[0035] 图5为本发明中的集水水箱系统和回流收集系统的结构图；
[0036] 图中，1为流体力学实验装置，11为实验台，12为供水水箱系统，13为测量管路系统，14为集水水箱系统，15为收集回流系统，121为供水水箱，122为溢流隔板，123为溢流回水管，124为供水管，125为隔流板，126为出水管，127为有色水管，128为有色水盒，129为水箱盖，131为直管，132为管道固定支架，133为压力计，134为测量管，135为流量调节阀，141为集水水箱，142为水泵，151为计量漏斗，152为回流管。
具体实施方式
[0037] 下面结合具体
实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0038] 实施例1
[0039] 一种流体力学实验装置1，其结构如图1和图2所示，包括实验台11、实验台支架、供水水箱系统12、测量管路系统13、集水水箱系统14和收集回流系统15，实验台11和实验台支架固定连接。
[0040] 供水水箱系统12置于实验台11上，其结构如图3所示，内部构件用虚线表示画出；供水水箱系统12包括供水水箱121、溢流隔板122、隔流板125、供水管124、溢流回水管123、出水管126、水箱盖129、有色水盒128和有色水管127；供水水箱121置于实验台11上；溢流隔板122、隔流板125分别固定在供水水箱121中，隔流隔板125高度低于溢流隔板122高度；溢流回水管123的两端分别连接供水水箱121底部和集水水箱141；供水管124的两端分别连接供水水箱121底部和水泵144的上水管；出水管126与直管131连接；水箱盖129盖于供水水箱
121上；有色水盒128固定安装于水箱盖129上；有色水管127为L型水管，与有色水盒128连通；有色水盒中装有能够自行消色的墨水。
[0041] 测量管路系统13与实验台11固定连接，并与供水水箱系统12相连通；如图4所示，测量管路系统13包括直管131和测量管134、压力计133、流量调节阀135和管道固定支架132，直管131和测量管134组成了实验管，直管131与供水水箱系统12连通，测量管134的两端分别与两个压力133计可拆卸连接，两个压力计133的另一端与直管131可拆卸连接，可拆卸连接的方式采用法兰连接，流量调节阀135固定安装于实验管的末端的直管段上；流量调节阀131、压力计133均通过PLC与显示控制屏相连，将测量数据传送至电脑显示屏上；实验管通过管道固定支架132固定在实验台11上；管道固定支架132通过
螺丝钉固定在实验台11上，实验台11与每个管道固定支架132的连接处均设有固定孔，螺丝钉穿过管道固定支架
132上的安装孔伸入实验台11上的固定孔中，实现管道固定支架132的固定安装；根据待测的实验管形状不同，每个连接处设有若干个固定孔，安装时，根据待测实验管的形状，选择合适的固定孔，将管道固定支架132进行安装即可。本实施例中的实验装置可以测直管道、弯曲管道或卷绕管道的流体力学性质，实验台11上根据这三种管道的形状，设置了三组对应的管道固定支架固定孔，实现了管道固定支架132的可调节安装，从而实现直管道、弯曲或卷绕管道的便捷替换。
[0042] 如图5所示，集水水箱系统14包括集水水箱141和置于集水箱里的水泵142，水泵142的上水管与供水水箱系统中的供水管124连接；收集回流系统15将测量管路系统13的排水收集计量，送回集水水箱141中；包括计量漏斗151和回流管152，计量漏斗151固定安装于实验平台的端部，回流管152连接集水水箱141和计量漏斗151。
[0043] 本发明装置的使用过程为：
[0044] 使用流体力学实验装置1时，供水水箱系统11提供恒压水流，水由供水管124进入供水水箱121，水将先充满溢流隔板122和隔流板125间的空间；继续注水，隔流板125右侧的空间将注满水；当两个空间全部注满水后，继续注水，直到水面漫过溢流隔板122，溢出的水通过溢流回水管123流出供水水箱121；隔流板125将供水管124的高速水流产生的影响阻隔，使隔流板125右侧区域水流维持稳定不被左侧水流干扰，溢流隔板122高于隔流板125，水面会维持在溢流隔板122的高度，在出水管126处得到恒压稳定水流；有色水管127为L型弯管，有色水盒128装有墨水，墨水流经有色水管127，与实验液体混合后进入出水管126，用于观察水流的稳定性流态，水箱盖129盖在供水水箱121上，降低外界气流对水压的影响。
[0045] 恒压水流供给测量管路系统13，直管13组成实验系统的直路，测量管134为弯管，组成实验系统的弯路，管道固定支架132固定管道位置，
支撑管道，压力计133测量
节点的压力值，流量调节阀135控制液体流速。
[0046] 液体经过测量管路系统13后，为对液体进行再处理与循环利用液体，减少浪费，由收集回流系统15回收实验液体，实验液体先流入计量漏斗151中，可对实验使用的液体体积进行计量，液体经过回流管152流回到集水水箱141，集水水箱141中的水由水泵142将水通过供水管124流入供水水箱121中，集水水箱141收集来自溢流回水管123的溢流水，实现实验液体的循环利用。
[0047] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在
权利要求的范围内做出各种变形或
修改，这并不影响本发明的实质内容。
[0048] 实施例2
[0049] 本实施例与实施例1的连接方式的不同之处在于管道固定支架132与实验台11的位置可调节连接方式，本实施例中，实验台11与管道固定支架132连接处设有导轨，管道固定支架132滑动连接于导轨上，并且通过快拆扣实现在导轨上的位置固定。
[0050] 当需要
调节管道固定支架132的安装位置时，将快拆扣打开，沿着导轨移动管道固定支架132，根据待测实验管的形状和位置，将管道固定支架132调节到适宜位置，将快拆扣关闭紧固，则管道固定支架132将固定在导轨上，实现管道固定支架132相对于实验台11的位置固定。
