專利名稱：局部阻力試驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于流體力學試驗儀器技術領域，具體涉及一種局部阻力試驗儀。
背景技術：
局部阻力實驗是流體力學(水力學)教學中必須的實驗之一。局部阻力的形式很多，有突然放大、突然縮小、管道逐漸放大、逐漸縮小、閥門阻力、彎道阻力和繞流阻力等，其中最典型的實驗是斷面突然放大和突然縮小。目前使用的局部阻力實驗儀器的功能基本相同，存在的問題是:大儀器占地面積過大，損耗的功率大，投資大，實驗操作不便；小型化的儀器大部分與水箱相連，水箱高度低，實驗段的水頭小，水流處于紊流區的實驗點少，達不到學生實訓的目的；大多數實驗儀器上布設的測壓管很少，無法判斷漸變流斷面的位置，使得測量精度受到一定的影響，也無法驗證現有局部阻力系數的正確性。
發明內容本實用新型的目的是提供一種局部阻力試驗儀，儀器整體體積小，結構簡單，能用于進行管道突然放大與突然縮小、彎道、閥門、節流裝置和漸變管多種類型的局部阻力試驗。本實用新型所采用的技術方案是，一種局部阻力試驗儀，包括水平設置的實驗管道，試驗管道包括依次連接的壓力管道、細管道、突然放大管道、大管道和突然縮小管道，其中，壓力管道、細管道和突然縮小管道的管徑相同，突然放大管道和大管道的管徑相同且大于細管道的管徑，壓力管道與進水管道相連通，突然縮小管道與出水管道相連通；還包括豎直設置的測壓排，測壓排上固定有多個豎直方向的測壓管，各測壓管的下端與試驗管道的多個待測試處對應連通且上端均與排氣管相連通，排氣管固定在測壓排上且通過排氣閥門與外界大氣相通。本實用新型的特點還在于，試驗管道和測壓排均通過支撐固定安裝在試驗臺上，試驗臺的下方設置有供水箱，供水箱內設置有水泵，水泵上連接有上水管，上水管向上設置并通過第一彎頭與進水管道相連接，出水管道端部安裝有第二彎頭，第二彎頭的下方設置有接水盒，接水盒通過回水管與供水箱相連通。進水管道上安裝有上游調節閥門，出水管道上安裝有下游調節閥門。進水管道上且位于上游調節閥門的下游安裝有法蘭。本實用新型的有益效果是，試驗管道各管段設計布局合理，能進行管道突然放大、突然縮小的實驗，也能進行彎道、閥門、節流裝置、漸變管等局部阻力實驗，儀器整體體積小、水頭較高，結構簡單，制造容易，功能齊全、試驗精度高，便于操作。
圖1是本實用新型局部阻力試驗儀的結構示意圖；[0011]其中，1.供水箱，2.水泵，3.上水管，4.上游調節閥門，5.法蘭，6.壓力管道，7.支撐，8.細管道，9.突然放大管道，10.大管道，11.突然縮小管道，12.測壓管，13.測壓排，14.排氣管，15.排氣閥門，16.下游調節閥門，17.第二彎頭，18.接水盒，19.回水管，20.實驗臺。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型局部阻力試驗儀，包括試驗臺20，試驗臺20上通過支撐7固定安裝有水平設置的試驗管道和豎直設置的測壓排13。試驗臺20的下方設置有供水箱1，供水箱I內設置有水泵2，水泵2上連接有上水管3，上水管3向上設置并通過第一彎頭與進水管道相連接。試驗管道包括依次連接的壓力管道6、細管道8、突然放大管道9、大管道10和突然縮小管道11，其中，壓力管道6、細管道8和突然縮小管道11的管徑相同，突然放大管道9和大管道10的管徑相同且大于細管道8的管徑，壓力管道6與進水管道相連通。突然縮小管道11與出水管道相連通，出水管道端部安裝有第二彎頭17，第二彎頭17的下方設置有接水盒18，接水盒18通過回水管19與供水箱I相連通。進水管道上安裝有上游調節閥門4，出水管道上安裝有下游調節閥門16。進水管道上且位于上游調節閥門4的下游安裝有法蘭5，在法蘭5處可以通過更換試驗管道的管件進行彎道、閥門、節流裝置、漸變管等局部阻力實驗。測壓排13上固定有多個豎直方向的測壓管12，各測壓管12的下端與試驗管道的多個待測試處對應連通且上端均與排氣管14相連通，排氣管14固定在測壓排13上且通過排氣閥門15與外界大氣相通。水流在流動過程中，由于水流邊界條件或過水斷面的改變，引起水流內部各質點的流速、壓強也都發生變化，并且產生旋渦。在這一過程中，水流質點間相對運動加強，水流內部摩擦阻力所作的功增加，水流在流動調整過程中消耗能量所損失的水頭稱為局部水頭損失。為了驗證局部阻力系數，將壓力管道6通過進水管道與水泵2相連，目的是實驗中要保持較大的水頭，使水流通過局部變化地方的雷諾數較大，水頭調節的范圍較大。在實驗時，以管道中心線為基準面，寫出各斷面的能量方程，這兩個斷面必須在漸變流斷面(只有在漸變流斷面才能應用能量方程)。為了在測量中保持所選的測壓管12在漸變流斷面，且所量測的兩根測壓管12之間的距離最短，盡量減少沿程水頭損失，對測量斷面選擇(即試驗管道的多個待測試處)的原則如下:在測量突然放大的局部阻力系數時，細管的測壓管應選在距突然放大管道9最近的斷面，此斷面為漸變流斷面；在斷面突然放大后，水流流線在局部范圍內逐漸調整，逐漸放大，流速逐漸變小，測壓管12水頭逐漸升高，當測壓管12水頭升高到最高時的斷面，即認為是水流充滿了整個斷面，這個斷面即為漸變流斷面；對于大管道10，可以通過測壓管水頭線判斷大管道10中的漸變流斷面，方法是當大管道中的測壓管12上升到最高時，再往后由于有沿程水頭損失，測壓管12水頭有所降低，由于大管道10的下游某斷面至末端為漩渦區，不是漸變流斷面，所以測壓管水頭線會急劇下降，在測壓管水頭線急劇下降前的某斷面即為漸變流斷面；對于突然縮小斷面，在突然縮小管道11，水流有一收縮斷面，此斷面流速最大，測壓管12水頭最低，在此斷面以后，流線逐漸放大，流速逐漸變小，測壓管12水頭逐漸升高，當測壓管12水頭升到最高時的斷面即認為是漸變流斷面；再往后由于有沿程水頭損失，測壓管12水頭又逐漸降低。在細管道8和大管道10上還設置了一些用于測量沿程水頭損失的測壓管12，可以用來換算出局部水頭損失相當于多長管道的沿程水頭損失。本實用新型裝置的操作步驟是:1、記錄有關常數，如各管段管徑以及沿程水頭損失兩個測壓管12之間的距離。2、打開水泵2、打開上游調節閥門4和下游調節閥門16，使試驗管道中充滿水并使水流流動，排出試驗管道中的空氣。3、關閉下游調節閥門16，打開排氣閥門15，將各測壓管12中的空氣排出。4、打開下游調節閥門16，逐漸關小上游調節閥門4 (不要完全關閉)，使各測壓管12中的水頭下降到測壓排13的底部位置，關閉排氣閥門15，關閉下游調節閥門16，可以看到測壓管12中的水面上升到測壓排13的某一位置，如果管道和測壓管12中的空氣已排干凈，所有的測壓管12水頭線為一水平線，如果空氣沒有排完，測壓管12中的水頭線不是水平線，還需繼續排氣。5、空氣排完后，完全打開上游調節閥門4，調節下游調節閥門16，觀察測壓管12中的水頭在測壓排13的適當位置(不能高于測壓排)。6、待水流穩定后選取各測量斷面，測量斷面按照漸變流斷面的選取方法選擇。如果要將局部水頭損失折算成沿程水頭損失，還要選取沿程水頭損失的測量斷面。7、選擇測量基準面，基準面選取后，測量各斷面對應的測壓管12水頭和流量。8、調節下游調節閥門16，使流量逐漸減小或增加，重復第6至第7步N次。9、實驗結束后將儀器恢復原狀，對測量數據進行分析計算。
權利要求1.一種局部阻力試驗儀，其特征在于，包括水平設置的實驗管道，所述試驗管道包括依次連接的壓力管道(6)、細管道(8)、突然放大管道(9)、大管道(10)和突然縮小管道(11)，其中，所述壓力管道(6)、細管道(8)和突然縮小管道(11)的管徑相同，所述突然放大管道(9)和大管道(10)的管徑相同且大于細管道(8)的管徑，所述壓力管道(6)與進水管道相連通，所述突然縮小管道(11)與出水管道相連通；還包括豎直設置的測壓排(13)，所述測壓排(13)上固定有多個豎直方向的測壓管(12)，所述各測壓管(12)的下端與所述試驗管道的多個待測試處對應連通且上端均與排氣管(14)相連通，所述排氣管(14)固定在測壓排(13)上且通過排氣閥門(15)與外界大氣相通。
2.按照權利要求1所述的局部阻力試驗儀，其特征在于，所述試驗管道和測壓排(13)均通過支撐(7 )固定安裝在試驗臺(20 )上，所述試驗臺(20 )的下方設置有供水箱(I)，所述供水箱(I)內設置有水泵(2 )，所述水泵(2 )上連接有上水管(3 )，所述上水管(3 )向上設置并通過第一彎頭與進水管道相連接，所述出水管道端部安裝有第二彎頭(17)，所述第二彎頭(17)的下方設置有接水盒(18)，所述接水盒(18)通過回水管(19)與供水箱(I)相連通。
3.按照權利要求1或2所述的局部阻力試驗儀，其特征在于，所述進水管道上安裝有上游調節閥門(4)，所述出水管道上安裝有下游調節閥門(16)。
4.按照權利要求1所述的局部阻力試驗儀，其特征在于，所述進水管道上且位于上游調節閥門(4)的下游安裝有法蘭(5)。
專利摘要本實用新型公開了一種局部阻力試驗儀，包括水平設置的實驗管道，試驗管道包括依次連接的壓力管道、細管道、突然放大管道、大管道和突然縮小管道，其中，壓力管道、細管道和突然縮小管道的管徑相同，突然放大管道和大管道的管徑相同且大于細管道的管徑，壓力管道與進水管道相連通，突然縮小管道與出水管道相連通；還包括豎直設置的測壓排，測壓排上固定有多個豎直方向的測壓管，各測壓管的下端與試驗管道的多個待測試處對應連通且上端均與排氣管相連通，排氣管固定在測壓排上且通過排氣閥門與外界大氣相通。本實用新型儀器整體體積小，結構簡單，能用于進行管道突然放大與突然縮小、彎道、閥門、節流裝置和漸變管多種類型的局部阻力試驗。
文檔編號G09B23/12GK202976605SQ20122061368
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者張志昌, 劉亞菲 申請人:西安理工大學