自由邊界水電比擬裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自由邊界水電比擬裝置，包括可變電源銅極、可調節支座、水平泡、高頻交流信號源、可變模型測試域、高精度電壓表、電壓基點、測量點、可變電阻、測試平臺邊界；可變模型測試域由測試平臺邊界圍成，可變電源銅極與測試平臺邊界相連，所述的裝置設有多個可調節支座，多個水平泡，用于調節所述的裝置至水平，高頻交流信號源通過可變電阻與各可變電源銅極相連接，高精度電壓連接至可變電源銅極的一極作為電壓基點，另一極的端部為測量點，測量點在可變模型測試域內可任意移動測量。本實用新型可以在根據研究對象，任意布置流場源和復雜邊界，可測量流場中的任一點，從而能測量不同邊界和源流下的層流或近似層流的流場。
【專利說明】自由邊界水電比擬裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種自由邊界水電比擬裝置，可測量近似層流的流場中，在一定邊界和障礙物下，流場中的各點流速，可分析流場的等勢圖和流速圖。
【背景技術】
[0002]水電比擬是流體力學實驗教學和科學研究中，分析層流流場的重要內容，層流運動和電流在導電介質中流動，兩者之間存在物理和數學上的相似性。等厚均電阻率導電層中電場電位勢函數和電流函數及理想流體平面無旋流動勢函數和流函數均滿足拉普拉斯方程，說明可用等厚均勻電阻率導電層中電場來比擬理想流體平面無旋流的流場。所以，在一定的邊界條件下，可用電模型的絕緣邊模擬流體邊界，導電邊界模擬等水頭邊界，導電介質模擬流體。通過水電比擬實驗可測定電模型中各等電位點，即可得到等電位線，由等電位線分析得出模擬流場。當水面面積與水深相比極其廣闊，底面較平緩，流速小的情況下，水面近似地看作平面流動且流速很低，梯度很小，可忽略粘性作用。可以將該情況看成是理想流體平面無旋流，采用水電比擬實驗來模擬。
[0003]然而，在目前水電比擬常見的實驗裝置，使用方法單一，其存在很多的不足。實驗工序復雜，調試和布置需要大量時間；流場源不可調節且單一；數據測量往往根據水槽中固定測點上的探針來獲得分布的電信號所得電壓值；實驗的人為操作因素較多，造成實驗誤差相對較大，數據準確度與精確度難以保證。所以，實驗總體效果不佳，大大制約了該儀器的功能和應用研究范圍。
實用新型內容
[0004]為了克服現有技術的不足，本實用新型提供了 一種自由邊界水電比擬裝置及比擬方法。通過該裝置，流場邊界能任意自由改動，可測量流場中的任意點，從而能得到可靠詳盡的數據，能夠適應不同的研究對象。
[0005]一種自由邊界水電比擬裝置，包括可變電源銅極、可調節支座、水平泡、高頻交流信號源、可變模型測試域、高精度電壓表、電壓基點、測量點、可變電阻、測試平臺邊界；可變模型測試域由測試平臺邊界圍成，可變電源銅極與測試平臺邊界相連，所述的裝置設有多個可調節支座，多個水平泡，用于調節所述的裝置至水平，高頻交流信號源通過可變電阻與各可變電源銅極相連接，高精度電壓連接至可變電源銅極的一極作為電壓基點，另一極的端部為測量點，測量點在可變模型測試域內可任意移動測量。
[0006]優選地，所述的測試平臺邊界采用有機玻璃和橡皮泥制成。
[0007]優選地，所述的可變模型測試域在有機玻璃底板上，可用橡皮泥任意設置制作。
[0008]優選地，所述的可變模型測試域的底部進一步設有坐標紙。
[0009]本實用新型的有益效果是，可以在根據研究對象，任意布置流場源和復雜邊界，可測量流場中的任一點，從而能測量不同邊界和源流下的層流或近似層流的流場。當研究對象為水面面積與水深相比極其廣闊，底面較平緩，流速小的情況下，水面可近似地看作平面流動且流速很低，流速梯度很小，可忽略粘性作用。研究中可將該情況看成是理想流體平面無旋流，可以采用水電比擬方法實驗來模擬該流場。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0011]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0012]圖中，可變電源銅極1、可調節支座2、水平泡3、高頻交流信號源4、可變模型測試域5、高精度電壓表6、電壓基點7、測量點8、可變電阻9、測試平臺邊界10。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，一種自由邊界水電比擬裝置，包括可變電源銅極1、可調節支座2、水平泡3、高頻交流信號源4、可變模型測試域5、高精度電壓表6、電壓基點7、測量點8、可變電阻9、測試平臺邊界10 ;可變模型測試域5由測試平臺邊界10圍成，可變電源銅極I與測試平臺邊界10相連，所述的裝置設有多個可調節支座2，多個水平泡3，用于調節所述的裝置至水平，高頻交流信號源4通過可變電阻9與各可變電源銅極I相連接，交流電源頻率建議選在1500Hz附近。高精度電壓6連接至可變電源銅極I的一極作為電壓基點7，另一極的端部為測量點8，測量點8在可變模型測試域5內可任意移動測量。可變電源銅極I可拆卸，數量可變，也可結合橡皮泥做成不規則邊界。在可變模型測試域5中放2%濃度的鹽水作為模型區域內部的導電材料。
[0014]優選地，所述的測試平臺邊界10采用有機玻璃和橡皮泥制成。
[0015]優選地，所述的可變模型測試域5在有機玻璃底板上，可用橡皮泥任意設置制作。
[0016]優選地，所述的可變模型測試域5的底部進一步設有坐標紙，可設置試驗對象的邊界和障礙物，也可定位測量點8的坐標。
[0017]變化模型測試域5內的測量點位置，測量各點電位值，并標于對應的坐標紙上。最后按描圖法描繪流場，得出流場可分析流場的等勢圖和流速圖。
[0018]一種自由邊界水電比擬方法，流程如下:
[0019]I)熟悉自由邊界水電比擬裝置，了解各部件功能；
[0020]2)制作需模擬的電擬邊界，檢查接線，調節信號發生器的交流電源；
[0021]3)通過調節底座調平電擬平臺，倒入濃度2%的鹽水；
[0022]4)將高精度壓力表調至電壓測量200 mV擋，以負銅極為基準電壓，測量電位點，并描繪于方格紙上；
[0023]5)依次測量各點的電壓值,并標于對應的坐標紙上；
[0024]6)最后按描圖法描繪流場；
[0025]7)變化各種流場和邊界狀態，按上述過程測量其流場分布；也可以通過Kriging插值、surfer軟件繪圖軟件等手段繪制出電場等勢線。
[0026]本實用新型的原理如下:
[0027]1、理想流體平面無旋流動流場模擬
[0028]電流密度分量匕和與電位函數U及電流函數IT間的數學函數關系和理想平面無旋流動流速分量U和13與勢函數和流函數供間存在的數學函數關系一致，用數學函數可以統一表達成
【權利要求】
1.一種自由邊界水電比擬裝置，其特征在于，包括可變電源銅極(I)、可調節支座(2)、水平泡(3 )、高頻交流信號源(4 )、可變模型測試域(5 )、高精度電壓表(6 )、電壓基點(7 )、測量點(8)、可變電阻(9)、測試平臺邊界(10);可變模型測試域(5)由測試平臺邊界(10)圍成，可變電源銅極(I)與測試平臺邊界(10)相連，所述的裝置設有多個可調節支座(2)，多個水平泡(3)，用于調節所述的裝置至水平，高頻交流信號源(4)通過可變電阻(9)與各可變電源銅極(I)相連接，高精度電壓(6)連接至可變電源銅極(I)的一極作為電壓基點(7)，另一極的端部為測量點(8)，測量點(8)在可變模型測試域(5)內可任意移動測量。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的測試平臺邊界(10)采用有機玻璃和橡皮泥制成。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的可變模型測試域(5)在有機玻璃底板上，可用橡皮泥任意設置制作。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的可變模型測試域(5)的底部進一步設有坐標紙。
【文檔編號】G09B23/12GK203588528SQ201320727277
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】章軍軍, 祝麗麗 申請人:浙江大學