沿程阻力实验仪 篇1：
一种节流型双稳式沿程阻力实验仪
第一、技术领域
本实用新型涉及教学实验仪器。尤其涉及一种节流型双稳式沿程阻力实验仪。
第二 、背景技术
流体力学水力学教学实验中，沿程阻力实验是大中专院校中应用很广泛的一个基本实验项目。其所使用的沿程阻力实验仪，通常由水泵直接供水，是一种自循环供水实验仪器。这种实验仪器因水泵引起的自循环管道系统中的压力波动，会严重影响实验精度和稳定性，以下以传统常用的7毫米实验管道的沿程阻力实验仪为例，说明其技术背景。
沿程阻力实验包括层流实验和湍流实验内容，其湍流实验要求实验管道的作用水头高，流量大，如上例所述的供水泵的扬程为8-20米，最大流量为200-300毫升每秒，这种高扬程的泵会引起较大的压力波动，尤其在低压端可达数厘米的水柱或更高。由于层流实验阶段，流量很小，其最大流量值约为每秒10毫升左右，其层流损失约在1-3厘米范围(与水温有关)，因此水泵直供的自循环系统所产生的压力波动使层流实验几乎无法正常进行。另外，管道层流流态的本身是不会产生压力脉动的，如果所测的层流压强，有明显的脉动现象，是不符合客观规律，也有违教学的基本概念。因此从实验误差或教学要求而言，都希望在层流实验阶段，测点的压力波动越小越好。
传统上稳压方式是采用稳压罐的方式，而不是稳压箱的方式。所谓稳压箱是水泵将水先输送到有自由液面的一个敞口箱体，经箱体稳压后的水体，再供给实验管道。稳压箱稳压供水只适用于作用水头1-2米以下的实验系统。而沿程实验在湍流实验阶段，供水水头会高达10-20米以上，因此不适合通过敞口的稳压箱供水，这就是传统上沿程阻力实验仪只能通过密封稳压罐来稳压供水的原因。采用密封稳压罐稳压，如果要达到较好的稳压效果，必须再加上分流处理，而且稳压罐要足够大。例如上例，经本实用新型人的实验表明，稳压罐的直径需达25厘米以上，再加装分流管，经过分流处理，才能在层流流态下使稳压效果达到+1毫米。这是现有最好的一种稳压方式。这种稳压方式存在以下两个问题：一是稳压罐要大，耐压要高，罐体生产难，制造成本大;二是稳压罐不能用气囊式，要用罐体注水式，如附图中稳压罐(5)，这种稳压罐直径在20厘米以上，目前市场上没有。因此目前所用的沿程阻力实验仪，除本实用新型人生产的之外，已没有采用这种大压力罐稳压的沿程阻力实验仪。现在采用的都是小型压力罐，并加了分流装置，但其稳压效果普遍很差，在层流状态下仍然会有4-6毫米水柱以上的压力波动。压力波动大于2毫米水柱以上的实验仪，是不能满足教学实验要求的。
如何开发一种层流湍流阶段都能达到稳压效果好，结构简单，方便实用，能满足教学实验要求的水泵直供水沿程阻力实验仪，是实验教学领域中急待解决的难题。
第三、发明内容
本实用新型的目的是提供一种节流型双稳式沿程阻力实验仪，以提高水泵直供沿程阻力实验仪的稳压效果，尤其是提高层流阶段的稳压性能。
本实用新型的技术方案如下：
一种节流型双稳式沿程阻力实验仪具有蓄水箱、高扬程水泵、供水管、带节流孔手动或电动阀门、稳压罐、实验管道、流量调节阀门、漏斗、回水管;蓄水箱、高扬程水泵、带节流孔手动或电动阀门、稳压罐、流量调节阀门顺次相连，高扬程水泵和带节流孔手动或电动阀门之间为供水管，稳压罐和流量调节阀门之间为实验管道，流量调节阀门出口正对漏斗，漏斗通过回水管与蓄水箱相连。
所述的带节流孔手动或电动阀门，在其阀门关闭的活动阀板上开有一个或多个节流孔，并与稳压罐组成双稳式稳压结构。
采取了一种节流型层流稳压器与罐式稳压器的双稳结构，以提高层流实验的水压稳定性能和实验精度。节流型稳压器是在阀门的阀板上开有一个或多个节流孔。当阀门全关时，阀前引自水泵的有压水经节流孔流向实验管道。这一股小流量流经节流孔时，节流孔能很好消除因水泵引起的阀前水体压力波动，起到很好的消波稳压作用。再经稳压罐二次稳压，可消除99%的水流压力波动。如上例，使水泵供水管内+20厘米水柱以上的水压波动值，稳压到+0.5毫米水柱以内。因而可在水泵直供条件下，满足层流实验的稳压供水需求。解决了长期以来水泵直供条件下很难解决的层流实验稳定问题。同时在湍流阶段，利用稳压罐进行稳压，也达到了很好的湍流稳压效果。该实验装置，压力稳定，测量精度高，结构简单，操作方便。
本实用新型具有的有益效果是：
1、极大提高了传统实验仪器的稳压性能，尤其是层流阶段，使其稳定性达到1毫米级水柱。能完全满足层流实验的稳压供水需求。解决了长期以来水泵直供条件下很难解决的层流实验稳定问题;
2、用小型压力罐替换了市场上断货的大型压力罐，并省去传统实验仪中的分流管;
3、巧妙利用流体力学原理，结构简单，稳压效果好，能在同一套实验装置上进行层流和湍流实验。
4、本实用新型作为流体力学实验教学仪器，创新性的利用了流体力学原理解决实验难题，能激发学生的学习兴趣、启发学生的创新意识，对培养创新能力有益，具备很好的教学效果。
第四、附图说明
图1是一种节流型双稳式沿程阻力实验仪结构与自循环水流流动示意图，图中各结构件名称如下：蓄水箱1，高扬程水泵2，供水管3，带节流孔手动或电动阀门4，稳压罐5，实验管道6，流量调节阀门7，漏斗8，回水管9。
第五、具体实施方式
如图1所示，一种节流型双稳式沿程阻力实验仪，它具有蓄水箱1，箱中的水体经高扬程水泵2，向实验管道6输水。由于水泵出水管压力波动很大，为消除实验管道的水压波动，在水泵2与压力管道6之间的连接管上，串联有带节流孔的手动或电动阀门4和稳压罐5，实验管道6是测量沿程阻力的管道，在管道上设有测压点和测流量测点，将测点水压分别连接于相关的传统或现代的测量装置。如电子测压计，电子流量仪或U型测压管测压计等。因本装置设置有漏斗8，可在特小流量时，由重量法手动测量流量。调节阀门7可改变实验流量。实验水体经回水管9自流回蓄水箱1，完成水流自循环。
压力罐的大小可以根据实验管道的粗细选定，如0.7毫米的实验管道，可选用直径10厘米左右的自来水管道用过滤器的外筒。节流孔大小与孔数是根据最大层流流量来实验确定，要求当节流孔阀门4全关情况下，其过流量能满足层流实验的流量要求即可。
实验操作方法：
调零操作;将带节流孔手动或电动阀门4和流量调节阀7均全关闭;测量实验管道，上下游两测点间的压强差，调节压差电测仪零点，使其为零。调节流量计零点，使其为零。实验表明，如上例，其测压管液面波动值小于+0.5毫米，
湍流实验时，带节流孔阀门4全开，水流经稳压罐5稳压，输送给实验管道，这种稳压状态与传统的现有的稳压状态相同，实验管道中的水流流态为湍流实验状态;
当进行层流实验时，将带节流孔阀门4全关，实验水流经节流孔消波稳压并限流输出至阀后管道，再流入到稳压罐5，经稳压罐稳压后，输送给实验管道，实验管道中的水流流态为层流实验状态;
无论层流或湍流阶段的实验流量调节，都可由实验管道末端的流量调节阀7调节，水流经流量调节阀7输出至漏斗8，并经由回水管9返回蓄水箱1。
实验表明，实验管道上各测压点的测压管波动值均小于+0.5毫米。
无论层流或湍流阶段的实验流量调节，都可由实验管道末端的流量调节阀调节。
沿程阻力实验仪 篇2：
一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪
第一、技术领域
本实用新型涉及教学实验仪器。尤其涉及一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪及。
第二、背景技术
流体力学水力学教学实验中，沿程阻力实验是大中专院校中应用很广泛的一个基本实验项目。其所使用的沿程阻力实验仪，通常由水泵直接供水，是一种自循环供水实验仪器。这种实验仪器因水泵引起的自循环管道系统中的压力波动，会严重影响实验精度和稳定性，以下以传统常用的7毫米实验管道的沿程阻力实验仪为例，说明其技术背景。
沿程阻力实验包括层流实验和湍流实验内容，其湍流实验要求实验管道的作用水头高，流量大，如上例所述的供水泵的扬程为8-20米，最大流量为200-300毫升每秒，这种高扬程的泵会引起较大的压力波动，尤其在低压端可达数厘米的水柱或更高。由于层流实验阶段，流量很小，其最大流量值约为每秒10毫升左右，其层流损失约在1-3厘米范围(与水温有关)，因此水泵直供的自循环系统所产生的压力波动使层流实验几乎无法正常进行。另外，管道层流流态的本身是不会产生压力脉动的，如果所测的层流压强，有明显的脉动现象，是不符合客观规律，也有违教学的基本概念。因此从实验误差或教学要求而言，都希望在层流实验阶段，测点的压力波动越小越好。
传统上稳压方式是采用稳压罐的方式，而不是稳压箱的方式。所谓稳压箱是水泵将水先输送到有自由液面的一个敞口箱体，经箱体稳压后的水体，再供给实验管道。稳压箱稳压供水只适用于作用水头1-2米以下的实验系统。而沿程实验在湍流实验阶段，供水水头会高达10-20米以上，因此不适合通过敞口的稳压箱供水，这就是传统上沿程阻力实验仪只能通过密封稳压罐来稳压供水的原因。采用密封稳压罐稳压，如果要达到较好的稳压效果，必须再加上分流处理，而且稳压罐要足够大。例如上例，经本实用新型人的实验表明，稳压罐的直径需达25厘米以上，再加装分流管，经过分流处理，才能在层流流态下使稳压效果达到+1毫米。这是现有最好的一种稳压方式。这种稳压方式存在以下两个问题：一是稳压罐要大，耐压要高，罐体生产难，制造成本大;二是稳压罐不能用气囊式，要用罐体注水式，如附图中稳压罐(5)，这种稳压罐直径在20厘米以上，目前市场上没有。因此目前所用的沿程阻力实验仪，除本实用新型人生产的之外，已没有采用这种大压力罐稳压的沿程阻力实验仪。现在采用的都是小型压力罐，并加了分流装置，但其稳压效果普遍很差，在层流状态下仍然会有4-6毫米水柱以上的压力波动。压力波动大于2毫米水柱以上的实验仪，是不能满足教学实验要求的。
如何开发一种层流湍流阶段都能达到稳压效果好，结构简单，方便实用，能满足教学实验要求的水泵直供水沿程阻力实验仪，是实验教学领域中急待解决的难题。
第三、发明内容
本实用新型的目的是提供一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪，以提高水泵直供沿程阻力实验仪的稳压效果，尤其是提高层流阶段的稳压性能。
本实用新型的技术方案如下：
一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪具有蓄水箱、高扬程水泵、供水管、旁通型双稳式稳压器、实验管道、流量调节阀门、漏斗、回水管;蓄水箱、高扬程水泵、旁通型双稳式稳压器、流量调节阀门顺次相连，旁通型双稳式稳压器与流量调节阀门之间为实验管道，高扬程水泵与旁通型双稳式稳压器之间为供水管，流量调节阀门出口正对漏斗，漏斗通过回水管与蓄水箱相连。
所述的旁通型双稳式稳压器由手动或电动阀门、限流旁通细节流管和稳压罐组成，限流旁通细节流管连接于手动或电动阀门的上游与下游端。
采取了一种旁通型层流稳压器与罐式稳压器的双稳结构，以提高层流实验的稳定性能和实验精度。旁通细节流管设置在阀门的上下端，是一根比供水主管细小近10倍的限流管，其管径粗细及长短，由实验确定。应满足阀门全关时，最大过流量限制在层流所需的最大流量范围内。
当阀门全关时，阀前引自水泵的有压水经旁通细节流管流向实验管道。这一股小流量流经限流旁通细节流管时，限流旁通细节流管能很好消除因水泵引起的阀前水体压力波动，起到很好的消波稳压作用。再经稳压罐二次稳压，可消除99%的水流压力波动。如上例，使水泵供水管内+20厘米水柱以上的水压波动值，稳压到+0.5毫米水柱以内。因而可在水泵直供条件下，满足层流实验的稳压供水需求。解决了长期以来水泵直供条件下很难解决的层流实验稳定问题。同时在湍流阶段，利用稳压罐进行稳压，也达到了很好的湍流稳压效果。该实验装置，压力稳定，测量精度高，结构简单，操作方便。
本实用新型具有的有益效果是：
1、实现层流阶段1毫米级的稳压性能，能完全满足层流实验的稳压供水需求。解决了长期以来水泵直供条件下很难解决的层流实验稳定问题;
2、用小型压力罐替换了市场上断货的大型压力罐，并省去传统实验仪中的分流管;
3、巧妙利用流体力学原理，结构简单，操作方便，稳压效果好;能在同一套实验装置上进行层流和湍流实验。
4、本实用新型作为流体力学实验教学仪器，创新性的利用了流体力学原理解决实验难题，能激发学生的学习兴趣、启发学生的创新意识，对培养创新能力有益，具备很好的教学效果。
第四、附图说明
图1是一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪结构与自循环水流流动示意图，图中各结构件名称如下：
蓄水箱1，高扬程水泵2，供水管3，旁通型双稳式稳压器4，
实验管道5，流量调节阀门6，漏斗7，回水管8，手动或电动阀门9，限流旁通细节流管10，稳压罐11。
第五、具体实施方式
如图1所示，一种旁通型双稳式沿程阻力实验仪，它具有蓄水箱1，箱中的水体经高扬程水泵2，向实验管道5输水。由于水泵出水管压力波动很大，为消除实验管道的水压波动，在水泵2与实验管道5之间的连接管上，串联有手动或电动阀门9、限流旁通细节流管10和稳压罐11所构成的旁通型双稳式稳压器4，实验管道5;是测量沿程阻力的管道，在管道上设有测压点和测流量测点，将测点水压分别连接于相关的传统或现代的测量装置，如电子测压计，电子流量仪或U型测压管测压计等。因本装置设置有漏斗7，可在特小流量时，由重量法手动测量流量。调节流量调节阀门6可改变实验流量。实验水体经回水管8自流回蓄水箱1，完成水流自循环。
压力罐的大小可以根据实验管道的粗细及最大流量选定，如0.7毫米的实验管道，最大流量为300毫升每秒，可选用直径10厘米左右的自来水管道所用过滤器的外筒。
旁通细节流管设置在阀门的上下端，是一根比供水主管细小近10倍的限流管，其管径粗细及长短，由实验确定。应满足阀门全关时，其最大过流量限制在层流所需的最大流量范围内。
实验操作方法：
调零操作;将手动或电动阀门9和流量调节阀6均全关闭;测量实验管道，上下游两测点间的压强差，调节压差电测仪零点，使其为零。调节流量计零点，使其为零。实验表明，如上例，其测压管液面波动值小于+0.5毫米;
湍流实验时，手动或电动阀门9全开，水流经稳压罐11稳压，输送给实验管道，这种稳压状态与传统的现有的稳压状态相，实验管道中的水流流态为湍流实验状态;
当进行层流实验时，将手动或电动阀门9全关，实验水流经旁通细节流管消波稳压并限流输出至阀后管道，再流入到稳压罐11，经稳压罐稳压后，输送给实验管道，实验管道中的水流流态为层流实验状态;
无论层流或湍流阶段的实验流量调节，都可由实验管道末端的流量调节阀6调节，水流经流量调节阀6输出至漏斗7，并经由回水管8返回蓄水箱1。
实验表明，实验管道上各测压点的测压管波动值均小于+0.5毫米。
沿程阻力实验仪 篇3：
沿程阻力实验仪
第一、技术领域
本实用新型属于流体力学试验仪器技术领域，具体涉及一种沿程阻力实 验仪。
第二、背景技术
沿程阻力实验是流体力学教学中必须的实验之一。
传统沿程阻力实验仪属于排管式，体积大，需要与平水塔相连，供水系 统用专门的水泵、流量用三角量水堰测量，压差计为水银压差计，占地多， 功率消耗大，操作维护不便。近年来，沿程阻力实验仪开始向小型台式化发 展，但均存在以下问题：大仪器损耗的功率大，占据的空间大，操作维护不 便;小型化的仪器测量的范围小，或测量的数据太少而达不到实训的目的。
第三、发明内容
本实用新型的目的是提供一种沿程阻力实验仪，与现有技术相比，能用 于测量紊流的光滑区和过渡区，还能测量层流区，因此测量范围大，且仪器 体积小，结构简单。
本实用新型所采用的技术方案是，一种沿程阻力实验仪，其特征在于， 包括试验台，试验台的下方设置有供水箱，供水箱内安装有水泵，试验台的 上方设置有水平方向的试验管道，水泵通过上水管与试验管道的进水端相连 接，上水管上安装有上游调节阀门，试验管道的后端安装有出口弯头，出口 弯头下方设置有导水抽屉，导水抽屉倾斜向下设置且内部安装有限位开关， 导水抽屉的出水口下方设置有盛水容器，盛水容器的下方安装有称重传感 器，盛水容器与供水箱相通;试验管道的上游和下游分别安装有上游调节阀 门和下游调节阀门，试验管道上且位于上游调节阀门和下游调节阀门之间间 隔一定距离连接有两个测压管，两个测压管之间并联有压差传感器，压差传 感器和称重传感器均与差压流量测量仪相连接;试验台上还设置有U形压差 计，U形压差计的两竖直管体内装有水银，U形压差计两竖直管体的顶部连 通并安装有排气分阀门，U形压差计的顶部还连接有一竖直管体，竖直管体 上安装有排气总阀门，U形压差计两竖直管体之间安装有测尺，两个测压管 分别与U形压差计两竖直管体的上段相连通。
盛水容器内安装有排水泵，排水泵与盛水容器上的排水孔相通，排水孔 下设置有接水盒，接水盒通过回水管与供水箱相通。
试验管道通过多个支撑安装在试验台上。
试验台上安装有测压排，两个测压管、U形压差计以及测尺均固定在测 压排上。
本实用新型的有益效果是，用于测量管道的沿程阻力，计算出沿程阻力 系数;解决了现有自循环沿程阻力实验仪测量范围小的问题，可以测量紊流 的光滑区和过渡区，也可以测量层流区。另外，由于采用两种量测系统，使 学生既能掌握现代量测技术，又能传承传统的量测技术。本实用新型仪器体 积小、结构简单，制造容易，精度高，操作维护方便。
第四、附图说明
图1是本实用新型沿程阻力实验仪的结构示意图;
其中，1.供水箱，2.水泵，3.上水管，4.上游调节阀门，5.实验管道，6. 支撑，7.测压管，8.测压排，9.U形压差计，10.排气分阀门，11.排气总阀门， 12.测尺，13.压差传感器，14.差压流量测量仪，15.下游调节阀门，16.出口弯 头，17.导水抽屉，18.限位开关，19.盛水容器，20.称重传感器，21.排水泵， 22.排水孔，23.接水盒，24.回水管，25.实验台。
第五、具体实施方式
如图1所示，本实用新型沿程阻力实验仪，包括试验台25，试验台25 的下方设置有供水箱1，供水箱1内安装有水泵2。试验台25的上方通过多 个支撑6设置有水平方向的试验管道5，水泵2通过上水管3与试验管道5 的进水端相连接，上水管3上安装有上游调节阀门4。
试验管道5的后端安装有出口弯头16，出口弯头16下方设置有导水抽 屉17，导水抽屉17倾斜向下设置且内部安装有限位开关18，限位开关18 用来控制流量和压差的测量时间。导水抽屉17的出水口下方设置有盛水容 器19，盛水容器19的下方安装有称重传感器20。称重传感器20称出测量 时段内水的重量，其重量除以测量时间即为流量。盛水容器19内安装有排 水泵21，排水泵21与盛水容器19上的排水孔22相通，排水孔22下设置有 接水盒23，接水盒23通过回水管24与供水箱1相通，整个系统为自循环系 统。
试验管道5的上游和下游分别安装有上游调节阀门4和下游调节阀门 15，试验管道5上且位于上游调节阀门4和下游调节阀门15之间间隔一定 距离连接有两个测压管7。两个测压管7之间并联有压差传感器13，压差传 感器13和称重传感器20均与差压流量测量仪14相连接，通过计算显示出 测量时段内的压差和流量。
试验台25上还设置有U形压差计9，U形压差计9的两个竖直管体内 装有水银或其他液体，U形压差计9两竖直管体的顶部连通并安装有排气分 阀门10，U形压差计9的顶部还连接有一竖直管体，竖直管体上安装有排 气总阀门11。U形压差计9两竖直管体之间安装有测尺12，测尺12用来测 量两测压管中的压差。两个测压管7分别与U形压差计9两竖直管体的上段 相连通。试验台25上安装有测压排8，两个测压管7、U形压差计9以及测 尺12均固定在测压排8上。
本发明沿程阻力实验仪总长度为220cm，两测量断面之间的距离160 cm，水泵2扬程为13m，功率为350瓦。
沿程水头损失是指单位重量的液体从一个断面流到另一个断面由于克 服摩擦阻力消耗能量而损失的水头。这种水头损失随流程的增加而增加，且 在单位长度上的损失率相同。
本实用新型装置的操作步骤是：
一、自动测量方法
步骤1、记录实验管道5的直径，两测量断面即试验管道5上两个测压 管7之间的距离。
步骤2、打开差压流量测量仪14的电源，将仪器预热。
步骤3、打开水泵2，打开上游调节阀门4和下游调节阀门15，使实验 管道5充满水。
步骤4、待实验管道5内水流稳定后，将导水抽屉17拉出适当距离开始 测量，差压流量测量仪14显示水流重量、时间和压差的瞬时变化值。
步骤5、将导水抽屉17推进，本次测量结束，静置10秒钟，差压流量 测量仪14上显示本次测量的水的净重、测量时间和压差。将本次测量结果 记录在相应的表格中。
步骤6、打开排水泵21，将盛水容器19中的水通过排水孔22排出。待 盛水容器19中的水排完或排放停止后即可开始第二次测量。
步骤7、调节下游出水阀门15并重复上述步骤测量多次。
步骤8、用温度计测量水温。
步骤9、实验结束后将仪器恢复原状。
步骤10、对测量数据进行分析计算。
二、传统测量方法
步骤1、记录实验管道5的直径，两测量断面即试验管道5上两个测压 管7之间的距离。
步骤2、将导水抽屉17拉出并调整在适当位置，使从出口弯头16流出 的水流直接流入接水盒23。
步骤3、打开水泵2，打开上游调节阀门4和下游调节阀门15，使实验 管道5充满水。
步骤4、关闭下游调节阀门15，先打开U形压差计9上的排气分阀门 10，再打开排气总阀门11，将两个测压管7中的空气排出。
步骤5、先关闭排气总阀门11，再关闭排气分阀门10，检验两个测压管 7中的空气是否排完。
步骤6、待实验管道5中水流稳定后，用量筒和秒表测量并计算通过实 验管道5的流量，用测尺12测量两个测压管7的读数，并计算两个测压管7 的高度差。
步骤7、调节下游出水阀门15，使流量逐渐减小并重复上述步骤测量多 次。
步骤8、用温度计测量水温。
步骤9、实验结束后将仪器恢复原状。
步骤10、对测量数据进行分析计算。
水流有两种不同的流态，即层流和紊流。通过下游出水阀门15调节试 验管道5中的流量使流速较小，控制雷诺数小于2300，此时为层流状态，再 通过压差传感器13和差压流量测量仪14，即可求得层流时的沿程水头损失。 当流速较大时，管道中的水流雷诺数Re>2300时，即为紊流，紊流分为紊流 的光滑区、过渡区和紊流的糙区。调节下游出水阀门15，增大流量，即可用 U形压差计9与测尺12、或压差传感器13与差压流量测量仪14求得紊流光 滑区或过渡区的沿程水头损失。紊流粗糙区一般需要高的水头，在小装置上 管道和测压管承受很大的压力，往往会爆管，除非给管道加糙，一般实验很 难做到，所以本装置的实验范围不涉及紊流粗糙区的测量。
沿程阻力实验仪 篇4：
多重稳定的沿程阻力实验仪
第一、技术领域
本实用新型属于化工实验仪器领域，尤其涉及一种多重稳定的沿程阻力实验仪。
第二、背景技术
沿程水头损失(frictional head loss)是指在固体边界平直的水道中，单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。现实生活中沿程阻力在液体传输，管道设置都有巨大影响。
流体力学水力学教学实验中，沿程阻力实验是院校广泛使用的一个基本实验项目。其所使用的沿程阻力实验仪，通常由水泵直接供水，这种自循环供水实验仪器不可直接控制流速且会因为高扬程水泵产生较大的压力波动，影响实验精度和稳定。沿程阻力实验包含层流和湍流实验，特别在层流实验阶段，水泵产生的压力会带有明显的脉动现象，因此从实验和教学来说，目前尚缺乏一种稳定水流、降低水流压力波动实验仪器。
第三、发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，并提供一种多重稳定的沿程阻力实验仪。
一种多重稳定的沿程阻力实验仪，包括自循环供水箱;在自循环供水箱内设有水泵，水泵的供电线与变频调速器相连;水泵的出口通过进水管与稳流水箱的进口相连;稳流水箱的进口位于稳流水箱左下方侧壁;稳流水箱置于实验台面上，实验台面水平高度高于自循环供水箱;稳流水箱内设有竖直设置的阻流板;阻流板两侧及下端分别与稳流水箱的侧壁与底面紧密连接，将稳流水箱的中下部分隔成左右两部分;阻流板与稳流水箱左侧侧壁之间夹有消波板;所述消波板设有上下贯通的若干孔隙，且其下端高于稳流水箱的进口的上端;阻流板与稳流水箱的右侧侧壁之间竖直设置一稳流板，且稳流板与阻流板互相平行;稳流板两侧及下端分别与稳流水箱的侧壁与底面紧密连接，且稳流板上设有左右贯通的若干稳水孔;稳流水箱的右下方侧壁设有稳水口;稳水口连接置于实验台面上的水平实验管道进口;实验管道上设有若干测压点;测压点均与压力仪连接;实验管道出口一端还设有测流点，所述测流点与流量仪连接;实验管道出口通过流量调节阀与出水弯头的进口相连;出水弯头出口向下，且出水弯头出口下方设有敞口的回水装置;回水装置置于实验台面下，但回水装置底面的水平高度高于自循环供水箱;回水装置通过连接回水管与自循环供水箱连接。
将自循环供水箱置于最低处，可以使稳流水箱以及回水装置中的水自动回流至自循环供水箱可有效避免浪费水资源。
作为优选，所述水箱上方侧壁设有通气阀门。通气阀门通常为关闭状态，是为了释放稳流水箱中多余的压力。
作为优选，所述通气阀门与稳流水箱侧壁的连接口低于稳流板上端。
作为优选，所述压力仪为数显压力仪;所述流量仪为数显流量仪。采用数显仪器可方便读数。
作为优选，所述测压点的数量为2个，分别位于实验管道进口一端的侧壁及出口一端的侧壁。也可设置多个测压点，更加精确地计算不同位置的水头。
作为优选，所述回水装置与连接回水管的连接口位于回水装置底面。
作为优选，所述水泵为潜水泵。水泵应置于自循环供水箱内的水面以下。
作为优选，所述水泵的供电线与变频调速器相连。
本实用新型的有益效果为：
1)稳流水箱内设有消波板、阻流板及稳流板，可以显著降低水体压力波动，提高实验精度。
2)可以通过流量调节阀直接调节流速，使实验更加稳定与可控，探究不同流速对于沿程阻力的影响。
3)采用了自循环供水系统，重复利用实验水体，节约资源。
第四、附图说明
图1为沿程阻力实验仪结构示意图。
其中：自循环供水箱-1、水泵-2、变频调速器-3、进水管-4、消波板-5、阻流板-6、稳流水箱-7、通气阀门-8、稳流板-9、稳水口-10、压力仪-11、实验管道-12、测压点-13、流量仪-14、测流点-15、流量调节阀-16、出水弯头-17、回水装置-18、回水管-19。
第五、具体实施方式
多重稳定的沿程阻力实验仪的一种较佳实施例如图1所示。其包括一置于底面自循环供水箱1，将自循环供水箱1置于最低处，可以使稳流水箱7以及回水装置18中的水自动回流至自循环供水箱1可有效避免浪费水资源。
在自循环供水箱内设有水泵2。水泵2为潜水泵。水泵2置于自循环供水箱1内的水面以下。水泵2的供电线与变频调速器3相连，可通过变频调速器3调控水泵的功率。水泵2的出口通过进水管4与稳流水箱7的进口相连。稳流水箱7的进口位于稳流水箱7左下方侧壁。稳流水箱7置于实验台面上，实验台面水平高度高于自循环供水箱1。稳流水箱7内设有竖直设置的阻流板6。阻流板6两侧及下端分别与稳流水箱7的侧壁与底面紧密连接，将稳流水箱7的中下部分隔成左右两部分。阻流板6与稳流水箱7左侧侧壁之间夹有消波板5。消波板5设有上下贯通的若干孔隙，且其下端高于稳流水箱7的进口的上端。消波板5是为了消除刚进入稳流水箱7的水体的表面波动。阻流板6与稳流水箱7的右侧侧壁之间竖直设置一稳流板9，且稳流板9与阻流板6互相平行。稳流板9两侧及下端分别与稳流水箱7的侧壁与底面紧密连接，且稳流板9上设有左右贯通的若干稳水孔。通过阻流板6溢流出水可显著控制水流的初动能，避免水流压力大幅波动。水箱上方侧壁设有通气阀门8。通气阀门8通常为关闭状态，是为了释放稳流水箱7中多余的压力。通气阀门8与稳流水箱7侧壁的连接口低于稳流板9上端。稳流水箱7的右下方侧壁设有稳水口10。
稳水口10连接置于实验台面上的水平实验管道12进口。实验管道12上设有2个测压点13。2个测压点13分别位于实验管道12进口一端的侧壁及出口一端的侧壁。也可设置多个测压点，更加精确地计算不同位置的水头。测压点13均与压力仪11连接。实验管道12出口一端还设有测流点15，测流点15与流量仪14连接。压力仪11为数显压力仪。流量仪14为数显流量仪。采用数显仪器可方便读数。实验管道12出口通过流量调节阀16与出水弯头17的进口相连。出水弯头17出口向下，且出水弯头17出口下方设有敞口的回水装置18。回水装置18置于实验台面下，但回水装置18底面的水平高度高于自循环供水箱1。以供水土自回流。回水装置18通过连接回水管19与自循环供水箱1连接。回水装置18与连接回水管19的连接口位于回水装置18底面。
本实验仪的使用方法为：
首先自循环供水箱1内蓄满水，接通电源开启水泵2。然后调节变频调速器3改变水流的流速。水体通过进水管4进入稳流水箱7。水体在稳流水箱7首先经过消波板5消去表面波动，然后通过阻流板6溢流出水。由于阻流板6的高度不变，所以经过稳流板9稳流后的水体其初始动能均一致。水体经过多重稳定后进入实验管道12。通过实验管道12后，水体通过回水装置与回水管后返回自循环供水箱。水体在实验管道12内流通时，记录压力仪11和流量仪14记录了水体的压力及流量相关数据。
实验原理为：
对于直径不变的圆管稳定水流，达西公式给出
式中：
λ—为沿程水头损失因素;
l-测量点之间的管段长度;
d-为管道直径;
v-为断面平均流速。
实验可测得沿程水头损失hf和平均断面流速v，可直接得到沿程水头损失因素λ
k=π2gd5/8l
有伯努利方程可得
沿程水头损失hf即为测压计读数。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明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，均落在本发明的保护范围内。
沿程阻力实验仪 篇5：
一种粘性管流综合教学实验仪
第一、技术领域
本实用新型属于实验教学技术领域，涉及一种粘性管流综合教学实验仪。
第二、背景技术
流体力学是大中专学校的物理、化工、水利、土木、环工、给水排水、航天等专业必开的专业基础课之一，内容涵盖了流体运动学基础、流体静力学、粘性管流、边界层与绕流阻力、明渠流动、堰流与闸孔出流、渗流及紊流射流等，其涉及到的实验项目非常多，如演示系列：流动演示仪、水击综合实验仪、流谱演示仪、静压传递扬水仪、虹吸原理实验仪、紊动机理实验仪等;如量测系列：静水力学实验仪、文透里实验仪、伯努利方程实验仪、雷诺实验仪、动量定律实验仪、孔口管嘴实验仪、局部阻力实验仪、沿程阻力实验仪、水面曲线实验仪、毕托管测速实验仪等。
但是，作为专业基础课，流体力学实验课学时往往比较少，只有8-12个学时，学生无法对每个实验内容进行准确的理解，在短时间内无法保证学生的具有较宽的知识面。因此，需要研发流体力学综合实验仪。
第三、发明内容
针对现有技术中存在的问题或缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种粘性管流综合实验仪，能够进行多种实验的模拟教学，解决了现有技术中存在的实验学时紧张且知识点较多的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种粘性管流综合教学实验仪，所述实验仪包括测量机构、循环机构和墨汁发生机构，所述测量机构包括流态模拟管道和测量水箱，测量水箱设置在流态模拟管道的出口端;墨汁发生机构包括墨汁水箱，墨汁水箱与流态模拟管道相连通;循环机构包括循环管道，循环管道的两端分别与测量水箱和流态模拟管道的入口端连接。
具体地，所述测量机构包括多个测压管，测压管与所述流态模拟管道连通;所述测量机构还包括背景板，背景板上设置有多个刻度条，测压管固设在背景板上。
进一步地，所述流态模拟管道为变径管道，所述流态模拟管道上设置有多个毕托管，所述流态模拟管道的两端分别设置一个阀门。
具体地，所述循环机构包括水泵、循环水箱和恒压水箱，循环水箱连接所述测量水箱，水泵设置在循环水箱内部，水泵连接所述循环管道的一端，循环管道的另一端连接恒压水箱，恒压水箱连接所述流态模拟管道。
进一步地，所述墨汁水箱通过硅胶管与所述流态模拟管道连通，硅胶管上设置有控制阀门。
进一步地，所述实验仪还包括净化机构，净化机构包括活性炭吸附水箱，活性炭吸附水箱连接所述测量水箱。
进一步地，所述实验仪还包括支撑机构，支撑机构包括主体支架和流态模拟管道支架，态模拟管道支架固设在主体支架上方，流态模拟管道支架的上方支撑所述流态模拟管道，主体支架上设置有滑动槽，所述墨汁水箱能够沿滑动槽滑动。
与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型的粘性管流综合教学实验仪，能够进行伯努利方程实验、雷诺实验、沿程阻力系数的测定实验、突扩突缩局部阻力损失实验以及毕托管流速计算实验，能够将原来需要10个学时的实验，压缩在2-4学时完成，同时确保学生对实验内容的准确理解，对实验方法的正确掌握。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的方案做进一步详细地解释和说明。
第四、附图说明
图1是本实用新型的结构示意图;
图2是流态模拟管道的结构示意图;
图中标号代表：1—测量机构，1-1—流态模拟管道，1-2—测量水箱，1-3—测压管，1-4—背景板，1-5—刻度条，1-6—毕托管，1-7—阀门，2—循环机构，2-1—循环管道，2-2—水泵，2-3—循环水箱，2-4—恒压水箱，2-5—第一循环支管，2-6—第二循环支管，3—墨汁发生机构，3-1—墨汁水箱，3-2—硅胶管，3-3—控制阀门，4—净化机构，4-1—吸附水箱，5—支撑机构，5-1—主体支架，5-2—流态模拟管道支架，5-3—滑动槽。
第五、具体实施方式
遵从上述技术方案，参见图1，本实用新型的粘性管流综合教学实验仪，包括测量机构1、循环机构2和墨汁发生机构3，所述测量机构1包括流态模拟管道1-1和测量水箱1-2，测量水箱1-2设置在流态模拟管道1-1的出口端;墨汁发生机构3包括墨汁水3-1箱，墨汁水箱3-1与流态模拟管道1-1相连通;循环机构2包括循环管道2-1，循环管道2-1的两端分别与测量水箱1-1和流态模拟管道1-1的入口端连接。
本实用新型的粘性管流综合教学实验仪，能够进行伯努利方程实验、雷诺实验、沿程阻力系数的测定实验、突扩突缩局部阻力损失实验以及毕托管流速计算实验，能够将原来需要10个学时的实验，压缩在2-4学时完成，同时确保学生对实验内容的准确理解，对实验方法的正确掌握。
所述测量机构1包括多个测压管1-3，测压管1-3通过硅胶管与所述流态模拟管道1-1连通;所述测量机构1还包括背景板1-4，背景板1-4上设置有多个刻度条1-5，测压管1-3固设在背景板1-4上。
其中，多个测压管1-3分别连接流态模拟管道1-1的不同位置，用于测量流态模拟管道1-1不同位置的水头压力，通过刻度条能够读出水头压力的值。其中所述的测量水箱1-2上设置有刻度，用来测量流态模拟管道1-1的流量大小。
所述流态模拟管道1-1为变径管道，所述流态模拟管道1-1上设置有多个毕托管1-6，所述流态模拟管道1-1的两端分别设置一个阀门1-7，分别为入口端的阀门A和出口端的阀门B。
参见图2，流态模拟管道1-1的局部变径包括渐扩B、渐缩C、突扩D、突缩E。毕托管1-6用于进行毕托管流速计算实验。
所述循环机构2包括水泵2-2、循环水箱2-3和恒压水箱2-4，循环水箱2-3连接所述测量水箱1-2，水泵2-2设置在循环水箱2-3内部，水泵2-2连接所述循环管道2-1的一端，循环管道2-1的另一端连接恒压水箱2-4，恒压水箱2-4连接所述流态模拟管道1-1。
所述墨汁水箱3-1通过硅胶管3-2与所述流态模拟管道1-1连通，硅胶管3-2上设置有控制阀门3-3。墨汁水箱3-1内盛装有墨汁，通过控制阀门3-3将墨汁释放到流态模拟管道1-1内。
为了对雷诺实验过程中产生的被墨汁污染的实验用水进行净化，所述实验仪还包括净化机构4，净化机构4包括活性炭吸附水箱4-1，活性炭吸附水箱4-1连接所述测量水箱1-2。活性炭吸附水箱4-1内装有活性炭。
所述循环水箱2-3通过第一循环支管2-5连接测量水箱1-2，第一循环支管2-5上设置有阀门D，所述活性炭吸附水箱4-1通过第二循环支管2-6连接所述测量水箱1-2，第二循环支管2-6上设置有阀门C。当需要对雷诺实验过程中产生的被墨汁污染的实验用水进行净化时，将阀门D关闭，阀门C打开，测量水箱1-2内被污染的水经过第二循环支管2-6进入活性炭吸附水箱4-1内进行净化。
所述实验仪还包括支撑机构5，支撑机构5包括主体支架5-1和流态模拟管道支架5-2，流态模拟管道支架5-2固设在主体支架5-1上方，主体支架5-1为本实用新型的实验仪的支撑基础，流态模拟管道支架5-2采用有机玻璃，流态模拟管道支架5-2的上方支撑所述流态模拟管道1-1，主体支架5-1上设置有滑动槽5-3，所述墨汁水箱3-1能够沿滑动槽5-3滑动。可以利用墨汁水箱3-1在滑动槽5-3上的高低程度，控制墨汁进入流态模拟管道1-1中的流量大小。
本实用新型的粘性管流综合教学实验仪极大程度的解决了目前流体力学实验学时紧张与知识点多的矛盾;集多种实验功能于一体，极大地降低了实验室空间的占据，同时也降低了实验装置的成本。
本实用新型的粘性管流综合教学实验仪能够实现以下实验操作，具体实验过程如下：
1、伯努利方程的验证实验
(1)开启水泵2-2，水流进入恒压水箱2-4，待恒压水箱2-4水满溢流后，打开流态模拟管道1-1的阀门A和阀门B，排走流态模拟管道1-1内的气体，待流态模拟管道1-1内的气体排完后，关闭阀门B;
(2)检查各个测压管1-3的水位，如果所有测压管1-3的水位处在同一个水平面上，就证明测压管1-3内无气泡(或没有堵塞)，处于正常状态，此时打开阀门B;如果某一些测压管1-3的水位高(或低)，就说明这些测压管1-3内有气泡(或堵塞)，这时就要将测压管1-3内的气泡完全排出(或疏通)，保证各测压管1-3的水位在同一个水平面上，打开阀门B。保证测得的实验数据准确;
(3)根据刻度条1-5，记录各测压管1-3的水头压力值;利用测量水箱1-2采用体积法测量流量;并测量各测压管1-3之间的距离;流量的计算方法如下：
流量：
Q=VΔT=L×W×HΔT
其中，V为△T时间内测量水箱1-2内水的容积(m3);H为测量水箱1-2内水位高度(m);L×W(长×宽)为测量水箱1-2的断面面积(m2);△T为测量时间(s);Q为流量(m3/s);
(4)开大阀门B，重复上述步骤，在三种不同的流量下测量三组数据;
(5)绘制测压管1-3的水头线和总水头线;使学生掌握流动流体中各种能量和压头的相互转换关系。
2、雷诺实验
(1)开启水泵2-2，使水进入恒压水箱2-4，并保证恒压水箱2-4有适当的溢流，这时恒压水箱2-4内水位能维持稳定;
(2)打开流态模拟管道1-1的阀门A和阀门B，待流态模拟管道1-1中的气体全部排走后，微开与墨汁水箱3-1相连接的硅胶管3-2上的控制阀门3-3，使墨汁流入流态模拟管道1-1。流态模拟管道1-1中的色液和水流迅速混合，此时液流为紊流形态;
(3)慢慢关闭阀门B，同时观察流态模拟管道1-1中的水流情况;
(4)当看到流态模拟管道1-1中的色液刚出现一条细的线流时，此时即为由紊流转变为层流时的下临界状态，这时用测量水箱1-2和秒表测得在某段时间内测量水箱1-2内水的体积，采用体积法测定此时的流量Q，并采用温度计测量水的温度，并填入记录表格中;
(5)再次开大阀门B，使流态模拟管道1-1中的水流再次变成紊流形态，重复步骤3、4，共测量三次;
(6)实验完毕后，整理仪器设备，关闭控制阀门3-3后，再关闭水泵2-2;
(7)计算结果
根据测得水温t(℃)，查表得出水的运动粘性系数v(m2/s);
由计算平均流速(m/s)。式中Q为流量(m2/s)，W为流态模拟管道的断面积(m2);
由计算雷诺数。式中d为实验管的内径(m)。
3、沿程阻力系数的测定实验
在流态模拟管道1-1上的多个测点A1-B1、B2-C2、C3-D1、D2-E2和E3-F1中，任意选取一个测点进行实验。
(1)开启水泵2-2，使水进入恒压水箱2-4，将恒压水箱2-4内注满水，开启阀门A和阀门B，排出流态模拟管道1-1喝测压管1-3内的空气;
(2)将未选取的测点上的测压管1-3关闭，测量水温;
(3)调节阀门A，使测压管1-3的水柱高度达到测压管1-3可量测的最大高度，稳定1分钟，测读压差，同时利用测量水箱1-2采用体积法测量流量;
(4)改变阀门A的开度，重复两次上述步骤;
(5)记录并分析数据，得出结论。
4、突扩突缩局部阻力损失实验
利用B1与B2测点测B渐扩管局部阻力，利用C2与C3测点测C渐缩管局部阻力，利用D1与D2测点测D突扩管局部阻力，利用E2与E3测点测E突缩管局部阻力。
(1)测量并记录实验有关常数;
(2)打开水泵2-2，排出流态模拟管道1-1及测压管1-3中的气体;
(3)打开阀门B至最大开度，等流量稳定后，记录测压管1-3的读数，同时利用测量水箱1-2采用体积法测量流量;
(4)改变阀门B的开度3-4次，分别量测并记录测压管1-3的读数及流态模拟管道1-1的流量;
(5)处理数据，得出结论。
5、毕托管流速计算实验
利用流态模拟管道1-1上任意一个毕托管1-6即可。
(1)开启水泵2-2，使水进入恒压水箱2-4，将恒压水箱2-4内注满水，开启阀门A和阀门B，排出流态模拟管道1-1和测压管1-3内的空气;
(2)利用阀门A调整流态模拟管道1-1内的流速，读取测压管1-3的数据;
(3)毕托管流速计算公式：
其中：V为液流流速;为流速系数、其近似等于1;h为测压管液柱差。
