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 3
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