多功能工程流體力學系統實驗裝置的製作方法

2023-05-15 23:46:51

專利名稱：多功能工程流體力學系統實驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於流體力學測試、實驗技術領域。
工程流體力學實驗裝置有多種，各有其特點和應用範圍。如測試管流摩擦阻力，節流計量的流量係數，離心泵的特性等。這些現有實驗裝置的功能都是單一的，它們割離了實驗原理的共通性和內在連繫，難於對比各實驗的特殊性，不能直觀地相互啟發，加深對原理的理解和應用，以獲得較為完整、活化的感性知識，使實驗的效果和效率受到局限。單一實驗由於流程裝置、測試參數、實驗操作等實驗技術的類同性，導致實驗設備和測試手段重疊，耗費財力、物力和人力。
英國ArmfieldTechnicalEducationCompany(阿費德技術教育公司)生產，並在國際市場上銷售的FluidFric－tionApparatus(流體摩擦實驗裝置)，它是由若干平行實驗管段和部件連接在垂直的分流管和匯流管之間，兩端串接動力泵、儲槽和量槽。其功能是測試直管摩擦阻力和管件、節流件等的局部阻力，測試項目雖有增加，但其功能仍屬單一的，不能進行更多功能的流體力學實驗，測試手段仍用一般的容量計時法測流量，U型管測壓差，並用泵柱顯示壓差，不能避免汙染。
本實用新型提供一種多功能工程流體力學系統實驗裝置。根據流體力學所遵循的伯努利方程原理，通過精心設計、計算，採用普適的裝置結構、管路流程、最宜的管段長度和直徑、取壓間距和部件設計等措施，把流體力學各分離的典型實驗功能集中在一套裝置中，可以分別、相繼、有的還可同時進行下列項目實驗，並具有單一實驗裝置所不能達到的良好效果。
一、基本實驗可測直管摩擦阻力；能量轉換；雷諾流型；孔板、文氏管流量係數；離心泵特性；閥、管件等局部阻力。
二、其他實驗可測U型管正、負壓差；簧管壓力計安裝位置及使用；皮託測速計的校驗；二次流量儀表流量係數的標定；管路特性、管路的並聯和分支；離心泵的操作及氣縛現象。
三、可開發實驗轉子流量計校正；液固流態化；四、本裝置還具有1.可變換流體介質，改變流體溫度。
2.可使用一般測試手段，也可用二次儀表或者兩種並存使用。
3.如用一般U型管測壓，不用泵柱顯示，避免了汙染。


圖1為多功能工程流體力學系統實驗裝置示意圖。
(1)水箱，(2)量槽快速排水閥，(3)量槽水位指示管，(4)水箱面板，(5)萬向腳輪，(6)電源開關，(7)電源指示燈，(8)流量調節閥，(9)管板支柱，(10)管板，(11)活接，(12)固定管卡，(13)轉換閥，(14)排氣閥，(15)實驗管列，(16)取壓旋塞及管墊，(17)(18)(19)轉換閥，(20)有色水導管，(21)文氏管，(22)皮託測速管，(23)孔板，(24)流量傳感器，(25)調節閥，(26)旋動出水口，(27)窺孔，(28)量槽，(29)量槽排水管(30)儲槽，(31)水箱框架，(32)電動機，(33)離心泵，(34)立柱墊腳，(35)儲槽進、出水口，(36)溫度傳感器，(37)溫度控制器，(38)管板框架，(39)管板面板。
本實用新型的結構裝置如圖［1］所示，它是由一套不同直徑的內壁光滑和粗糙的平行實驗管列(15)，其直徑為φ5～40mm，長度為2～3.2m。實驗部件有有色水導管(20)，文氏管(21)，皮託測速管(22)，孔板(23)均用不同材質並按標準規範加工和安裝。在各實驗管段尾端連接垂直匯流管間裝有快速轉換閥(17)(18)(19)，以切換各管段的通斷。在實驗管段的入液端設置了一個儲槽(30)，容積為150～400立升，易於更換不同的流體介質，儲槽內裝有可調節溫度的電加熱器(37)，易於改變和控制流體介質溫度，以擴大實驗的條件和範圍，在儲槽和實驗管之間裝有一臺離心泵(33)，作為輸送流體介質循環，也可作為實驗泵，測定離心泵的特性。在實驗管列的出水口段裝有流量傳感器(24)和量槽(28)。
本實用新型裝置的測試參數、實驗項目和操作技術是這樣實現的一，參數一般測試法流量的測試旋動出水口(26)轉向量槽(28)時開始計時，當出水口轉向儲槽時計時停止，讀取時間，在此時間內流體注入量槽的體積由量槽液位管(3)讀取。流量亦可由實驗標定後的孔板(23)或文氏管(21)測得。
壓力或壓差的測試在取壓口a～o連接U型管或簧管壓力計測取。
功率由電機輸入功率乘以電機效率得軸功率。
溫度在儲槽(30)內的溫度計或溫度傳感器測定。
二，參數用二次儀表測試法流量的測試由出水口(26)前的流量傳感器(24)產生的訊號輸入流量儀表數字顯示。流量傳感器既是測試裝置，也是流量二次儀表標定的實驗部件。
壓力或壓差的測試在取壓口a～o連接壓力傳感器，輸出訊號由數字顯示。
三，實驗項目和操作技術將流體介質注入儲槽(30)，啟開閥門(8)使泵中注滿液體後，關閉閥門(8)，啟動電源開關(6)。
1.直管阻力實驗(1)滯流關閉閥(13)(17)(18)，開閥(19)，操作閥(8)改變流量，流量由量槽計時法或流量計測取，水溫由溫度計或溫度傳感器測得，壓差由取壓點e、f處測取。
(2)湍流光滑管關閉閥門(13)(17)(19)，開閥門(18)，改變流量及參數測試同前述滯流測試，壓差由取壓口c、d處取出。
(3)湍流粗糙管關閉閥門(13)(18)(19)，開閥門(17)，改變流量及參數測試同前述滯流測試，壓差由取壓口a、b取出。
計算 Re＝ (duρ)/(μ)λ=(P上－P下)ρ·2du2l]]>結果作出λ與Re的關係曲線如圖2所示。
2.能量轉換實驗關閉閥門(13)(17)(18)，開閥門(19)，操作閥門(8)改變流量，流量測試同前，壓差由取壓口f、g取出，由U型管或壓力傳感器測出，可定性或定量地驗證下列關係式(Pf－Pg)/(ρ) ＋(Zf－Zg)g＝ (u2g-u2f)/2 ＋∑hFg～f·g3.雷諾流型實驗關閉閥門(13)，開閥門(17)或(18)，操作閥門(8)改變流量，流量和溫度測試同前，流型在有色水流經的透明管段中觀察並計算雷諾數，Re＝ (duρ)/(μ)
4.節流流量計流量係數的標定關閉閥門(13)，開閥門(17)(18)(19)，操作閥門(8)改變流量，流量、壓差、水溫測試同前。
文氏管壓差在取壓口h、i處取出計算CV=VEV·2(Ph-Pi)ρ]]>Re＝ (duρ)/(μ)孔板壓差由取壓口l，m取出計算CO=V2(Pl-Pm)ρ]]>Re＝ (duρ)/(μ)結果作出Cv與Re，Co與Re的關係曲線如圖3所示。
5.離心泵特性實驗關閉閥門(17)(18)(19)，開閥門(13)，操作閥門(2)改變流量，流量、壓力(或壓差)、功率測試同前，壓力(或壓差)由取壓口n、o處取出。
計算H＝ (Po－Pn)/(ρg) ＋ (u20-u2n)/(2g) ＋(Zo－Zn)N＝Ne·ηeη＝ (Q·H·ρ·g)/(1000N)結果作出H～Q，N～Q，η～Q的關係曲線如圖4所示。
6.閥門、管件局部阻力實驗關閉閥門(13)，關閉閥門(17)、(19)，操作閥門(8)改變流量，壓差由閥門(8)前後取壓口，活接(11)等管件前後取壓口測取。
計算ζ＝△h (2g)/(u2)計算式中的符號說明a，b，c……n，o取壓點位置，Cv，Co文氏管、孔板流量係數，d管子內徑［m］，Fv，Fo文氏管縮口、孔板孔口截面積［m2］，g重力加速度［m／s2］，H離心泵揚程［m］水柱，△h壓差［m］水柱，∑hF管路阻力損失能量［m］水柱，l直管壓差測距［m］，N泵的軸功率，Ne電機輸入功率［KW］，η泵效率［％］，ηe電機效率［％］，P上，P下上下遊靜壓［N／M2］，ρ流體介質密度［kg／m3］，μ流體介質粘度［N·s／M2］，U流速［M／s］，V、Q體積流量［m3／s］、［l／s］，Z相對於基準面的高差［m］，Re雷諾準數，ζ局部阻力係數。
本實用新型裝置具有功能多，實用性強，結構緊湊，流程清晰，操作方便。耗能少、效率高，噪聲低，無汙染，更主要的是將各單一實驗的共通性和內在聯繫集中在一套裝置上，便於對比啟發，加深對原理的理解和應用，獲得較為完整、靈活的知識。本裝置具有可變換流體介質和溫度；可將泵、節流流量計等作為實驗部件，又可作為使用裝置，使學用緊密結合，反映了流體運動過程的工程實際。廣泛用於化工、輕工、石油、水力、液壓，力學、船舶和航空等多種學科的實驗技術領域。
實施例本實用新型的多功能工程流體力學系統實驗裝置［1］結構簡單，製造方便，如離心泵、調節閥、轉換閥、實驗管段、溫度調控器等均可在市場購買；管板、水箱框架、儲槽、量槽等可用金屬或非金屬材料等焊接，管路可用焊接或法蘭、螺紋等聯接；節流元件(如孔板、文氏管)面板裝配等均採用一般車、鉗、拋光等加工製作。工程流體力學技術領域裡的技術人員均能按圖紙組裝、調試和正常操作。
權利要求1.一種多功能工程流體力學系統實驗裝置(1)其特徵在於它由一套不同直徑的實驗管列(15)和實驗部件組成，在實驗管列與匯流管間連接轉換閥，以切換管列的通斷，實驗管列的入液端連接離心泵和儲槽，實驗管列出液端連接流量傳感器和量槽。
2.按照權利要求1所述實驗裝置其特徵在於該裝置的實驗管列的直徑為φ5－40mm，長為2－3.2m，實驗管列和實驗部件為金屬材料或非金屬材料製得。
3.按照權利要求1所述實驗裝置其特徵在於該裝置的實驗部件含有色水導管(20)文氏管(21)皮託測速管(22)孔板(23)和離心泵(33)。
4.按照權利要求1所述實驗裝置其特徵在於實驗管列入液端的儲槽內裝有溫度控制器。
專利摘要多功能工程流體力學系統實驗裝置，可以測定直管摩擦阻力；閥、管件等局部阻力；孔板、文氏管流量係數；離心泵特性；雷諾流型；能量轉換以及U型管測正、負壓使用；簧管壓力計安裝位置及使用；皮託測速器的校驗及二次流量儀表流量係數的標定等，把流體力學各分離的典型實驗集中在一套裝置中，具有單一實驗裝置所不能達到的良好效果。可用於化工、石油、輕工、水力、液壓、力學、船舶和航空等多種學科的實驗技術領域。
文檔編號G09B23/00GK2033529SQ8821270
公開日1989年3月1日 申請日期1988年1月6日 優先權日1988年1月6日
發明者吳友蓀 申請人:成都科技大學