一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器及其方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及教學實驗儀器。尤其涉及一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]流體力學水力學教學實驗中，沿程阻力實驗是大中專院校中應用很廣泛的一個基本實驗項目。其所使用的沿程阻力實驗儀，通常由水泵直接供水，是一種自循環(huán)供水實驗儀器。這種實驗儀器因水泵引起的自循環(huán)管道系統(tǒng)中的壓力波動，會嚴重影響實驗精度和穩(wěn)定性，以下以傳統(tǒng)常用的7毫米實驗管道的沿程阻力實驗儀為例，說明其技術(shù)背景，后文所涉及的技術(shù)數(shù)據(jù)，均以這一實例為背景。
[0003]沿程阻力實驗包括層流實驗和湍流實驗內(nèi)容，其湍流實驗要求實驗管道的作用水頭高，流量大，如上例所述的供水泵的揚程為8-20米，最大流量為200-300毫升每秒，這種高揚程的泵會引起較大的壓力波動，尤其在低壓端可達數(shù)厘米的水柱或更高。由于層流實驗階段，流量很小，其最大流量值約為每秒10毫升左右，其層流損失約在1-3厘米范圍(與水溫有關)，因此水泵直供的自循環(huán)系統(tǒng)所產(chǎn)生的壓力波動使層流實驗幾乎無法正常進行。另外，管道層流流態(tài)的本身是不會產(chǎn)生壓力脈動的，如果所測的層流壓強，有明顯的脈動現(xiàn)象，是不符合客觀規(guī)律，也有違教學的基本概念。因此從實驗誤差或教學要求而言，都希望在層流實驗階段，測點的壓力波動越小越好。
[0004]傳統(tǒng)上穩(wěn)壓方式是采用穩(wěn)壓罐的方式，而不是穩(wěn)壓箱的方式。所謂穩(wěn)壓箱是水泵將水先輸送到有自由液面一個箱體，經(jīng)箱體穩(wěn)壓后的水體，再供給實驗管道。穩(wěn)壓箱穩(wěn)壓供水只適用于作用水頭I米以下的實驗系統(tǒng)。而沿程實驗在湍流實驗階段，供水水頭會高達10-20米，因此不適合通過穩(wěn)壓箱供水，這就是傳統(tǒng)上沿程阻力實驗儀只能通過密閉穩(wěn)壓罐來供水的原因。如果該穩(wěn)壓罐足夠大，再加上分流處理，可以達到較理想的穩(wěn)壓效果，例如上例，經(jīng)本發(fā)明人實驗研宄，表明穩(wěn)壓罐的直徑需達25厘米以上，再加裝分流管，經(jīng)過分流處理，才能在層流流態(tài)下使穩(wěn)壓效果達到土1毫米。這是現(xiàn)有最好的一種穩(wěn)壓方式。這種穩(wěn)壓方式存在以下兩個問題:一是對穩(wěn)壓罐耐壓要求高，罐體制造成本大；二是目前市場上已沒有能達到穩(wěn)壓要求的這類罐體。因此目前所用的沿程阻力實驗儀，除本發(fā)明人生產(chǎn)的之外，已沒有采用這種大壓力罐穩(wěn)壓的沿程阻力實驗儀?，F(xiàn)在采用的都是小型壓力罐，其穩(wěn)壓效果普遍很差，在層流狀態(tài)下只能達到4-6毫米以上的穩(wěn)壓效果。即使象這樣的穩(wěn)壓性，也必須要加裝分流裝置，才能達到。象這類壓力波動在2毫米以上的實驗儀，是不能滿足教學實驗要求的。
[0005]如何以最簡單的結(jié)構(gòu)與方法來解決水泵直供的沿程阻力實驗儀壓力穩(wěn)定問題，是實驗教學領域中急待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器及其方法。以提高水泵直供沿程阻力實驗儀的穩(wěn)壓效果，尤其是提高層流階段的穩(wěn)壓性能。
[0007]本發(fā)明的具體實施方案如下:
一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器具有水泵出水管、閥門、穩(wěn)壓罐、旁通細節(jié)流管和實驗管道供水管，水泵出水管上設置有閥門。
所述的旁通細節(jié)流管的引水端設在閥門的前管道上，出水端設在閥門與穩(wěn)壓罐之間的管道上；
所述的穩(wěn)壓罐是設置于閥門與實驗管道供水管之間。
[0008]所述穩(wěn)壓器的旁通式層流湍流實驗方法是:
湍流實驗時，閥門全開，水流經(jīng)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓，輸送給實驗管道，這種穩(wěn)壓狀態(tài)與傳統(tǒng)的現(xiàn)有的穩(wěn)壓狀態(tài)相同，實驗管道中的水流流態(tài)為湍流實驗狀態(tài)；
當進行層流實驗時，將閥門全關，實驗水流經(jīng)旁通細節(jié)流管消波穩(wěn)壓并限流輸出，再流入到穩(wěn)壓罐，經(jīng)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后，輸送給實驗管道，實驗管道中的水流流態(tài)為層流實驗狀態(tài)。
[0009]該穩(wěn)壓器的輸入水體為閥前管道水流，穩(wěn)壓器的輸出水體為穩(wěn)壓罐輸出管道水流。受水泵影響，該穩(wěn)壓器的輸入水體壓力波動很大。為消除小流量時層流實驗的壓力波動現(xiàn)象，在閥門的上下端設置有旁通細節(jié)流管。層流實驗在閥門全關時進行，此時閥前的波動水流只能經(jīng)過旁通細節(jié)流管流向閥后，其旁通細節(jié)流管的粗細長短，正好使過流量控制在能滿足層流所需的流量范圍內(nèi)。由于旁通細節(jié)流管有很好的消波穩(wěn)壓作用，當這一股小流量水流經(jīng)旁通細節(jié)流管流到閥后時，即處于壓力基本穩(wěn)定狀態(tài)。再經(jīng)目前常用的小型穩(wěn)壓罐(如直徑10厘米左右的自來水管道用過濾器的外筒)二次穩(wěn)壓，便可達到大型穩(wěn)壓罐加分流裝置所能達到的更高精度。如上例，經(jīng)實驗測試，便能使其穩(wěn)壓精度在土0.5毫米以內(nèi)，因而可在水泵直供條件下，滿足層流實驗的穩(wěn)壓供水需求。解決了長期以來水泵直供條件下很難解決的層流實驗穩(wěn)定問題。這一穩(wěn)壓裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。
[0010]本發(fā)明具有的有益效果是:
1、可在水泵直供條件下，實現(xiàn)I毫米級的穩(wěn)壓性能，能完全滿足層流實驗的穩(wěn)壓供水需求。解決了長期以來水泵直供條件下很難解決的層流實驗穩(wěn)定問題；
2、用小型壓力罐替換了市場上斷貨的大型壓力罐，還可以省去傳統(tǒng)實驗中的分流管；
3、巧妙利用流體力學原理，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，穩(wěn)壓效果好。
[0011]4、作為教學實驗應用創(chuàng)新，能激發(fā)學生的學習興趣、能啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識，對培養(yǎng)創(chuàng)新能力有益。
【附圖說明】
[0012]圖1是一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)示意圖，圖中各結(jié)構(gòu)件名稱如下:1水泵出水管，2閥門，3穩(wěn)壓罐，4旁通細節(jié)流管，5實驗管道供水管。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器具有水泵出水管1、閥門2、穩(wěn)壓罐3、旁通細節(jié)流管4和實驗管道供水管5，水泵出水管I上設置有閥門2。
所述的旁通細節(jié)流管4的引水端設在閥門2的前管道上，出水端設在閥門2與穩(wěn)壓罐3之間的管道上；
所述的穩(wěn)壓罐3是設置于閥門2與實驗管道供水管5之間。
[0014]如果在水泵與穩(wěn)壓罐之間，加裝一個可調(diào)節(jié)開度的閥門，利用調(diào)節(jié)閥門的開度進行限流穩(wěn)壓，也能達到穩(wěn)壓的作用，但過于麻煩，師生不愿采用。因為穩(wěn)壓的限流要求是非?？量痰模∵_不到層流最大流量的要求，太大引起壓力波動，超過允許范圍。上例所示是教學實驗中最常用的，其層流的流量僅為10毫升每秒左右，在高壓管道內(nèi)，調(diào)節(jié)閥門開度要達到規(guī)定的層流階段最大流量范圍，稍有不慎，就會偏大或偏小。而在回調(diào)時，因普通可調(diào)節(jié)閥門都有一個空行程，操作更加麻煩。所以，傳統(tǒng)上從來沒有采用調(diào)節(jié)閥門的開度來進行層流的穩(wěn)定性能調(diào)節(jié)的。
[0015]為解決上述問題，并考慮到受水泵影響，該穩(wěn)壓器的輸入水體壓力波動很大。本發(fā)明為消除小流量時層流實驗的壓力波動現(xiàn)象，在閥門的上下端設置有旁通管。層流實驗在閥門全關時進行，此時閥前的波動水流只能經(jīng)過旁通管流向閥后，其旁通管的粗細長短，正好使過流量控制在能滿足層流所需的流量范圍內(nèi)。由于旁通管有很好的消波穩(wěn)壓作用，當這一股小流量水流經(jīng)旁通管流到閥后時，即處于壓力基本穩(wěn)定狀態(tài)，再經(jīng)穩(wěn)壓罐二次穩(wěn)壓，當流到穩(wěn)壓器的輸出端時，便能使其穩(wěn)壓精度在土0.5毫米以內(nèi)，因而可在水泵直供條件下，滿足層流實驗的穩(wěn)壓供水需求。
[0016]旁通細節(jié)流管的粗細可以根據(jù)實驗管道的粗細選定，如0.7毫米的實驗管道，可選用直徑3毫米左右的軟膠管。精確的旁通細節(jié)流管粗細長短，由實驗確定，其旁通細節(jié)流管通過的流量應剛能滿足層流實驗的流量要求即可。
[0017]所述穩(wěn)壓器的旁通式層流湍流實驗方法是:
湍流實驗時，閥門2全開，水流經(jīng)穩(wěn)壓罐3穩(wěn)壓，輸送給實驗管道，這種穩(wěn)壓狀態(tài)與傳統(tǒng)的現(xiàn)有的穩(wěn)壓狀態(tài)相同，實驗管道中的水流流態(tài)為湍流實驗狀態(tài)；
當進行層流實驗時，將閥門2全關，實驗水流經(jīng)旁通細節(jié)流管消波穩(wěn)壓并限流輸出，再流入到穩(wěn)壓罐3，經(jīng)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后，輸送給實驗管道，實驗管道中的水流流態(tài)為層流實驗狀
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[0018]無論層流或湍流階段的實驗流量調(diào)節(jié)，都可通過實驗管道末端的流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。本穩(wěn)壓系統(tǒng)可以裝，也可以不裝分流管，均能達到穩(wěn)壓要求，尤其是層流階段的穩(wěn)壓要求。
【主權(quán)項】
1.一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器，其特征在于它具有水泵出水管(I)、閥門(2)、穩(wěn)壓罐(3)、旁通細節(jié)流管(4)和實驗管道供水管(5)，水泵出水管(I)上設置有閥門(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器，其特征在于所述的旁通細節(jié)流管(4)的引水端設在閥門(2)的前管道上，出水端設在閥門(2)與穩(wěn)壓罐(3)之間的管道上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器，其特征在于所述的穩(wěn)壓罐(3)是設置于閥門(2)與實驗管道供水管(5)之間。
4.一種如權(quán)利要求1所述穩(wěn)壓器的旁通式層流湍流實驗方法，其特征在于: 湍流實驗時，閥門(2)全開，水流經(jīng)穩(wěn)壓罐(3)穩(wěn)壓，輸送給實驗管道，這種穩(wěn)壓狀態(tài)與傳統(tǒng)的現(xiàn)有的穩(wěn)壓狀態(tài)相同，實驗管道中的水流流態(tài)為湍流實驗狀態(tài)； 當進行層流實驗時，將閥門(2)全關，實驗水流經(jīng)旁通細節(jié)流管消波穩(wěn)壓并限流輸出，再流入到穩(wěn)壓罐(3)，經(jīng)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后，輸送給實驗管道，實驗管道中的水流流態(tài)為層流實驗狀態(tài)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旁通式層流實驗穩(wěn)壓器及其方法。它具有水泵出水管、閥門、旁通細節(jié)流管、穩(wěn)壓罐和實驗管道供水管。受水泵影響，該穩(wěn)壓器的輸入水體壓力波動很大。為消除小流量時層流實驗的壓力波動現(xiàn)象，在閥門的上下端設置有旁通管。層流實驗在閥門全關時進行，此時閥前的波動水流只能經(jīng)過旁通管流向閥后，其旁通管的粗細長短，正好使過流量控制在能滿足層流所需的流量范圍內(nèi)。再經(jīng)穩(wěn)壓罐二次穩(wěn)壓，當流到穩(wěn)壓器的輸出端時，便能使其穩(wěn)壓精度在+0.5毫米以內(nèi)，因而可在水泵直供條件下，滿足層流實驗的穩(wěn)壓供水需求。解決了長期以來水泵直供條件下很難解決的層流實驗穩(wěn)定問題。這一穩(wěn)壓裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。
【IPC分類】G09B25-02
【公開號】CN104751730
【申請?zhí)枴緾N201510139039
【發(fā)明人】毛根海, 毛欣煒
【申請人】杭州源流科技有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月27日