一種用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的制作方法
【專利摘要】一種用于產(chǎn)生層流流動的層流槽，屬于實驗裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】。該層流槽包括主槽體（7）和限流板（5）、限流海綿（3），其中主槽體（7）包括進(jìn)液槽（4）、出液槽（6）、狹縫（2）、至少兩個標(biāo)尺（1）和層流板（8），所述主槽體（7）上有進(jìn)液槽（4）和出液槽（6）中塞入海綿，進(jìn)液槽（4）和出液槽（6）經(jīng)過限流板（5）下面的狹縫（2）相連通；出液槽（6）的溢流口處設(shè)有水平放置的層流板（8）。通過調(diào)節(jié)限流板的上下位置來改變狹縫的高度，從而調(diào)整流量并控制所產(chǎn)生層流液膜的流速和厚度。本發(fā)明提供了一種能夠在實驗室條件下產(chǎn)生近似層流流動狀態(tài)的層流槽，具有直觀清晰，操作簡單的優(yōu)點。
【專利說明】—種用于產(chǎn)生層流流動的層流槽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種層流槽，特別是涉及流體力學(xué)中層流流動試驗的層流槽，本發(fā)明屬于實驗裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來流體力學(xué)的研究方法逐漸從古典理論分析法過渡到模擬核試驗方法。根據(jù)流體內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)的不同，粘性流體的流動可分為層流和湍流兩種狀態(tài)。用古典理論方法或者數(shù)值模擬的方法分析流體力學(xué)問題時，層流流動屬于一中非常簡單的流動狀態(tài)，可以很容易用方程或者數(shù)學(xué)模型表達(dá)出來。而在用實驗方法研究流體力學(xué)問題時，如何在產(chǎn)生平穩(wěn)的層流流動狀態(tài)則成了難題。
[0003]比如在做自由面運動研究中的液滴碰撞層流流動液膜的現(xiàn)象，如今的研究手段大多轉(zhuǎn)向用高速攝像機進(jìn)行可視化實驗觀測，這就非常需要在實驗室條件下盡量產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)控制的層流流動狀態(tài)。而在實驗中，幾乎所有的流體流動都處于湍流狀態(tài)，很難在實驗室條件下得到理想的層流流動。所以怎樣能在實驗室條件下產(chǎn)生可調(diào)雷諾數(shù)的層流流動已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。2000年An-Bang Wang和Ch1-Chang Chen在文獻(xiàn)中提到過一種如何產(chǎn)生高精度超薄靜止液膜的裝置。而關(guān)于如何生成層流流動特別是幾毫米厚度的流動液膜的介紹在以往的文獻(xiàn)資料中并不多見。
[0004]在實驗室條件下生成層流流動液膜的困難之處主要表現(xiàn)在:
[0005](I)、液體從儲液池中流入明渠槽中，會有明渠避免沖擊產(chǎn)生漩渦或者飛濺現(xiàn)象，不利于產(chǎn)生穩(wěn)定的層流流動；
[0006](2)、明渠槽中液體流動速度不易控制，容易使流動處于過渡階段；
[0007]( 3 )、明渠槽邊界面由于表面浸潤性原因，容易有液面爬升現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為了盡量在實驗室條件下創(chuàng)造可調(diào)節(jié)控制的層流流動而完成的。本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)生層流流動的層流槽，盡量減小流體沖擊造成的波動，提高流動平穩(wěn)性，為實驗室中進(jìn)行流體流動實驗做準(zhǔn)備。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:
[0010]一種用于產(chǎn)生層流流動的層流槽，其特征在于:該層流槽包括主槽體7和限流板
5、海綿3，其中主槽體7包括進(jìn)液槽4、出液槽6、狹縫2、至少兩個標(biāo)尺I和層流板8，所述主槽體7上有進(jìn)液槽4和出液槽6中塞入海綿3，進(jìn)液槽4和出液槽6經(jīng)過限流板5下面的狹縫2相連通；出液槽6的溢流口處設(shè)有水平放置的層流板8 ;所述標(biāo)尺1，設(shè)在狹縫2處和層流板8處以便讀出狹縫高度和液膜厚度。
[0011]本裝置的工作過程如下:由外部儲液裝置將液體注入進(jìn)液槽4，經(jīng)過限流板下面的狹縫2流入出液槽6，進(jìn)液槽4和出液槽6中液面慢慢上升直到漸漸漫過層流板8，將會在層流板8上面產(chǎn)生層流液膜。[0012]所述限流板5可上下移動改變狹縫2的高度，從而調(diào)整流量并控制所產(chǎn)生層流液膜的流速與厚度。狹縫2越高，流量將會越大。
[0013]所述主槽體7上有進(jìn)液槽4和出液槽6中可以塞入大小相當(dāng)?shù)南蘖骱＞d3，以進(jìn)一步減緩液體的沖擊，更有利于產(chǎn)生平穩(wěn)的層流流動。
[0014]所述限流板5與主槽體7相接觸之處由石蠟填充縫隙。以起到密封和使限流板能在任意高度精確固定的作用。
[0015]所述進(jìn)液槽4和出液槽6中可放入用50微米去離子水清洗過的海綿，以進(jìn)一步減緩液體的沖擊，更易產(chǎn)生層流流動的液膜。
[0016]所述主槽體7上分別有兩個標(biāo)尺1，以便讀出狹縫高度和液膜厚度。所述標(biāo)尺I的刻度線為透明，沒有顏色。
[0017]本發(fā)明可以取得如下有益效果:
[0018]1、本發(fā)明能很容易的在實驗室條件下產(chǎn)生十分接近層流的流動狀態(tài)。
[0019]2、本發(fā)明可以很調(diào)整層流流動的速度，易于操作。
[0020]3、本發(fā)明能很直觀地讀出層流流動液體的厚度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的正視圖。
[0022]圖2是本發(fā)明用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的俯視圖。
[0023]圖3是本發(fā)明用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的左視圖。
[0024]圖4是本發(fā)明用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的限流板局部截面的正視圖。
[0025]圖5是本發(fā)明用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的限流板局部截面的俯視圖。
[0026]圖6是本發(fā)明用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的三維總體輪廓圖。
[0027]圖中:1、標(biāo)尺，2、狹縫，3、限流海綿，4、進(jìn)液槽，5、限流板，6、出液槽，7、主槽體，8、層流板
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合結(jié)構(gòu)附圖對本用于產(chǎn)生層流流動的層流槽及利用層流槽在實驗室條件下產(chǎn)生層流流動狀態(tài)并用于流體力學(xué)實驗的方作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]圖1為本發(fā)明用于產(chǎn)生層流流動的層流槽的正視圖。首先將限流板5稍稍上移，讀出狹縫2的高度，再把用50微米去離子水清洗過的限流海綿3分別塞入進(jìn)液槽4和出液槽6。由外部儲液裝置將液滴注入進(jìn)液槽4，經(jīng)過限流板下面的狹縫2流入出液槽6，進(jìn)液槽4和出液槽6中液面慢慢上升直到漸漸漫過層流板8，將會在層流板8上面產(chǎn)生層流液膜，即可以用于液滴碰撞層流流動液膜的可視化實驗。
[0030]提高限流板5的位置，使狹縫2的高度增大，從而增大流量，也就提高了液膜的流動雷諾數(shù)，可從側(cè)板上的標(biāo)尺I直接讀出液膜厚度，以便于試驗之后的數(shù)據(jù)處理。
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生層流流動的層流槽，其特征在于:該層流槽包括主槽體(7)和限流板(5)、海綿(3)，其中主槽體(7)包括進(jìn)液槽(4)、出液槽(6)、狹縫(2)、至少兩個標(biāo)尺(I)和層流板(8 )，所述主槽體(7 )上有進(jìn)液槽(4 )和出液槽(6 )中塞入海綿(3 )，進(jìn)液槽(4 )和出液槽(6 )經(jīng)過限流板(5 )下面的狹縫(2 )相連通；出液槽(6 )的溢流口處設(shè)有水平放置的層流板(8 );所述標(biāo)尺(I)，設(shè)在狹縫(2 )處和層流板(8 )處以便讀出狹縫高度和液膜厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于產(chǎn)生層流流動的層流槽，其特征在于:所述限流板與主槽體相接觸之處的上端由石蠟填充縫隙。
【文檔編號】G01M10/00GK103487233SQ201310412988
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】劉趙淼, 范國軍, 申峰 申請人:北京工業(yè)大學(xué)