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卡 门涡街可视化实验平台

阅读：112发布：2020-05-15

专利汇可以提供卡门涡街可视化实验平台专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种卡门涡街可视化实验平台，包括液体流动槽、染色滴管、圆柱套组、流动均匀网、第一导管、第二导管、过滤网、可调流量泵、储水箱和液体收集器；所述液体流动槽分别设有染色滴管、圆柱套组和流动均匀网安装口，其排列次序按来流方向依次为：流动均匀网，圆柱套组和染色滴管；尾端为开放结构，前端为封闭结构连接第一导管通入槽内，第一导管的另一端连接储水箱，在第一导管内设有过滤网，并在过滤网下端的第一导管上设有可调流量泵；所述液体收集器通过第二导管连接储水箱。本发明结构简单、操作容易，能够清楚的观察到不同流动速度及绕流柱体尺寸下卡门涡街的特性变化。，下面是卡门涡街可视化实验平台专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于卡门涡街特性研究的实验平台，其特征在于：所述实验平台包括液体流动槽、染色滴管、圆柱套组、流动均匀网、第一导管、第二导管、过滤网、可调流量泵、储水箱和液体收集器；
所述液体流动槽为采用透明玻璃或石英材料制作的截面为矩形的长方体结构，上端分别设有染色滴管安装口，圆柱套组安装口和流动均匀网安装口；尾端为开放结构，前端为封闭结构连接第一导管通入槽内，第一导管的另一端连接储水箱，在第一导管内设有过滤网，并在过滤网下端的第一导管上设有可调流量泵；所述液体收集器通过第二导管连接储水箱；
所述染色滴管由支架和对称固定在支架上的两个滴管构成，每个滴管内盛有红色染色剂；
所述圆柱套组包括圆柱支架、第一圆柱销、第二圆柱销和第三圆柱销，第三圆柱销嵌套在第二圆柱销内，第三圆柱销外壁与第二圆柱销内壁为间隙配合，第三圆柱销在第二圆柱销内能够滑动；第二圆柱销嵌套在第一圆柱销内，第二圆柱销外壁与第一圆柱销内壁为间隙配合，第二圆柱销在第一圆柱销内能够滑动；第一圆柱销固定在圆柱支架上；
所述流动均匀网包括框架、第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网；第一过滤网为小孔滤网固定在框架上，第二过滤网为中孔滤网连接在第一过滤网的下底边，第三过滤网为大孔滤网连接在第二过滤网的下底边。
2.根据权利要求1所述的一种用于卡门涡街特性研究的实验平台，其特征在于：所述液体流动槽上安装染色滴管、圆柱套组和流动均匀网的排列次序按来流方向依次为：流动均匀网，圆柱套组和染色滴管。
3.根据权利要求1所述的一种用于卡门涡街特性研究的实验平台，其特征在于：所述可调流量泵用于调节液体流动速度。
4.根据权利要求1～3中任一所述的一种用于卡门涡街特性研究的实验平台，其特征在于：所述圆柱套组3用于实现绕流柱体尺寸的调节；第三圆柱销3-4的外径为2cm，长度为
30cm；第二圆柱销3-3的外径为2.5cm，长度为20cm；第一圆柱销3-2的外径为3cm，长度为
10cm。

说明书全文

卡 门涡街可视化实验平台

技术领域

[0001] 本发明涉及流体绕流特性研究技术领域，尤其涉及一种卡门涡街可视化实验平台。

背景技术

[0002] 卡门涡街现象是流体力学中重要的现象之一，在自然界中常可遇到。基本原理：在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。

[0003] 卡门涡街也有成功的应用，比如在工业上广泛使用的卡门涡街流量计即是利用卡门涡街现象制造的一种流量计。卡门涡街的形成同雷诺数Re有关。当Re为50～300时，从物体上脱落的涡旋是有周期性规律的；当Re>300时涡旋开始出现随机性脱落；随着Re的继续增大，涡旋脱落的随机性也增大，最后形成了湍流。卡门在研究了两排直线平行涡丝的稳定性问题后指出，在一般情况下，这种涡街是不稳定的，只有当涡街的空间尺度为h/a＝0.281时，对小扰动才是稳定的。卡门涡街的利用：测量流体来流速度及流量；其危害是会产生振动及噪声，严重时产生共振及声振。可视化的实验为我们高效利用卡门涡街现象提供了直观形象的思路。

[0004] 卡门涡街具有稳定性，一定的脱落频率，以及声响效应。在进行卡门涡街的特性研究时，本发明基于结构简单、操作容易，能够清楚的观察到不同流动速度及绕流柱体尺寸下卡门涡街的特性变化。为后续对卡门涡街的利用与发展提供了理论基础。

发明内容

[0005] 本发明目的在于提供一种卡门涡街可视化实验平台，该平台具有结构精巧和操控简便的特点，通过该平台能够清楚的观察到不同流动速度及绕流柱体尺寸下卡门涡街的特性变化。

[0006] 为实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

[0007] 一种卡门涡街可视化实验平台，包括液体流动槽、染色滴管、圆柱套组、流动均匀网、第一导管、第二导管、过滤网、可调流量泵、储水箱和液体收集器；

[0008] 所述液体流动槽为采用透明玻璃或石英材料制作的截面为矩形的长方体结构，上端分别设有染色滴管安装口，圆柱套组安装口和流动均匀网安装口；尾端为开放结构，前端为封闭结构连接第一导管通入槽内，第一导管的另一端连接储水箱，在第一导管内设有过滤网，并在过滤网下端的第一导管上设有可调流量泵；所述液体收集器通过第二导管连接储水箱；

[0009] 所述染色滴管由支架和对称固定在支架上的两个滴管构成，每个滴管内盛有红色染色剂；

[0010] 所述圆柱套组包括圆柱支架、第一圆柱销、第二圆柱销和第三圆柱销，第三圆柱销嵌套在第二圆柱销内，第三圆柱销外壁与第二圆柱销内壁为间隙配合，第三圆柱销在第二圆柱销内能够滑动；第二圆柱销嵌套在第一圆柱销内，第二圆柱销外壁与第一圆柱销内壁为间隙配合，第二圆柱销在第一圆柱销内能够滑动；第一圆柱销固定在圆柱支架上；

[0011] 所述流动均匀网包括框架、第一过滤网、第二过滤网和第三过滤网；第一过滤网为小孔滤网固定在框架上，第二过滤网为中孔滤网连接在第一过滤网的下底边，第三过滤网为大孔滤网连接在第二过滤网的下底边。

[0012] 进一步的，所述液体流动槽上安装染色滴管、圆柱套组和流动均匀网的排列次序按来流方向依次为：流动均匀网，圆柱套组和染色滴管。

[0013] 进一步的，所述可调流量泵用于调节液体流动速度。

[0014] 本发明所具有的有益效果是：结构简单、操作容易，能够清楚的观察到不同流动速度及绕流柱体尺寸下卡门涡街的特性变化。附图说明

[0015] 图1是卡门涡街可视试验台结构图；

[0016] 图2是染色滴管结构图；

[0017] 图3是圆柱套组结构及工作原理图；

[0018] 图4是流动均匀网结构图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明做进一步说明：

[0020] 一种卡门涡街可视化实验平台，如图1所示，包括液体流动槽1、染色滴管2、圆柱套组3、流动均匀网4、第一导管5、过滤网6、可调流量泵7、储水箱8、第二导管9和液体收集器10；

[0021] 所述液体流动槽1为用透明的玻璃或石英材料制作的截面为矩形的长方体结构，上端分别设有染色滴管2安装口，圆柱套组3安装口以及流动均匀网4安装口，其排列次序按来流方向依次为：流动均匀网4，圆柱套组3和染色滴管2；尾端为开放结构，前端为封闭结构连接第一导管5通入槽内，第一导管5的另一端连接储水箱8，在第一导管5内设有过滤网6，并在过滤网6下端的第一导管5上设有可调流量泵7用于调节液体流动速度；所述液体收集器10通过第二导管9连接储水箱8；

[0022] 如图2所示，所述染色滴管2由支架2-2和对称固定在支架2-2上的两个滴管2-1构成，每个滴管2-1内盛有红色染色剂2-3；

[0023] 如图3(a)所示为未进行试验时，所述圆柱套组3中圆柱销的排列形式，所述圆柱套组3包括圆柱支架3-1、第一圆柱销3-2、第二圆柱销3-3和第三圆柱销3-4，第三圆柱销3-4嵌套在第二圆柱销3-3内，第三圆柱销3-4外壁与第二圆柱销3-3内壁为间隙配合，第三圆柱销3-4在第二圆柱销3-3内能够滑动；第二圆柱销3-3嵌套在第一圆柱销3-2内，第二圆柱销3-3外壁与第一圆柱销3-2内壁为间隙配合，第二圆柱销3-3在第一圆柱销3-2内能够滑动；第一圆柱销固定在圆柱支架上；在使用时可以根据实验要求移动不同尺寸的圆柱销，以实现实验绕流圆柱尺寸的变化；当进行试验过程中，根据实验所需绕流柱体尺寸来移动三个不同尺寸圆柱销的位置，图3(b)所示为采用中尺度圆柱销作为绕流柱体时，各个销体的位置情况。

[0024] 如图4所示，所述流动均匀网4包括框架4-1、第一过滤网4-2、第二过滤网4-3和第三过滤网4-4；为了实现均匀流，第一过滤网4-2为小孔滤网连接在框架4-1上，第二过滤网4-3为中孔滤网连接在第一过滤网4-2的下底边，第三过滤网4-4为大孔滤网连接在第二过滤网4-3的下底边。

[0025] 作为一个实施例，所述圆柱套组3用于实现绕流柱体尺寸的调节；第三圆柱销3-4的外径为2cm，长度为30cm；第二圆柱销3-3的外径为2.5cm，长度为20cm；第一圆柱销3-2的外径为3cm，长度为10cm。

[0026] 本发明的具体过程如下：

[0027] 可调流量泵7将储水箱8内的液体加压通过第一导管5注入到液体流动槽1内，中间经过滤网6 对流动液体起到净化的作用；液体流动槽1内的液体经过流动均匀网4，使得流体的流动在流动垂直方向上更加均匀，形成稳定的层流；层流液体对圆柱套组3的圆柱销形成绕流，在圆柱销销体下游形成卡门涡街；为了清楚地观察涡街的流线，通过染色滴管2对卡门涡街范围内的液体染色，形成红色流线；随着流体的流动，染色剂2-3在涡街的下游扩散消失，随着液体流出液体流动槽1，并通过液体收集器10收集，通过第二导管9进入储水箱8，进入下一个循环周期。在实验过程中，可以通过透明的液体流动槽1实时观察卡门涡街特性，并通过可调流量泵7调节流体的流速，通过圆柱套组3来改变实验中绕流圆柱销的直径，实现不同工况的调节。

[0028] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

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