[发明专利]流体演示实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种流体演示实验装置。

背景技术

流体演示设备可以实现对流动现象直接观察，获得流场直观、清晰的物理图像及流动发展、演化过程的定性和定量信息，以建立和改进反映主要流动特性的理论模型的重要手段，现有的流体演示实验装置设备机构复杂且成本较高，而且演示的数据不能够准确记录。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种流体演示实验装置。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种流体演示实验装置，其特征在于：包括水箱、演示箱、投影机、CCD图像传感器、染料漏斗、排放染料软管以及染料喷嘴水管，所述演示箱安装在所述投影机的上部，所述CCD图像传感器设置在所述演示箱的上部，所述演示箱的底面为有机透明玻璃，所述演示箱的底部设有等距的所述染料喷嘴水管，所述染料喷嘴水管通过所述排放染料软管与所述染料漏斗相连接，在排放染料软管上设有调节旋钮，所述演示箱的一侧设有排水软管；所述水箱设置在所述演示箱的一侧，所述水箱的底部设有等距的流水小孔，所述流水小孔与所述演示箱连通，水箱的一侧通过供水软管与水龙头连接，所述供水软管上安装有水调节旋钮。

优选地，所述水箱上设有溢流孔。

优选地，所述染料漏斗安装在支架上。

优选地，所述投影机包括光源、侧面反射镜、底部反射镜，光源发出的以及被侧面反射镜反射的光线，进一步被底部反射镜反射，最后垂直照射在有机玻璃上，形成亮度均匀的背景。

本发明的有益效果是:通过该实验装置，可以模拟气流和液流以及流体中的障碍物对流体运动的影响，该装置通过染料水的流动，演示各种形状物体的层流和湍流状态。该仪器配备特制的背景光源投影，将物体的流体状态投射到CCD图像传感器上。通过CCD将数据传输给计算机，并借助于计算机的软件处理手段，可将图像及数据实时显示出来，并进行相应的数据分析和模拟图像重构，结构简单，成本低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的水箱底部流水小孔的结构示意图；

图3为本发明的投影机内部的投影结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种流体演示实验装置包括：该装置包括水箱1、演示箱5、支架9、可调背景亮度的投影机7、染料漏斗14、排放染料软管12、供水软管3，排水软管8等。

演示箱5底部为有机透明玻璃17，在演示箱5端部设有水箱1，水箱1底部设置有等距的彩色喷嘴水管2，通过排放染料软管12与染料漏斗14相连接，在排放染料软管12上设有调节旋钮11，通过调节旋钮11可以控制彩色喷嘴水管2流出的染料水13的流速。染料水13最终通过排水软管8从演示箱5内排出。

如图1和图2所示，水龙头与供水软管3直接连接，通过供水软管3连到水箱1，水箱1底部设置有等距离的流水小孔16，水箱1内的水通过流水小孔13均匀的流入演示箱5。水调节旋钮4可以控制水箱1内的水位，在水箱上部设置有溢流孔10，避免发生水溢出的现象。水箱1内流出的水最终通过排水软管8从演示箱5内排出。

所选取的染料水13应使染色线扩散慢、稳定性好，可以选取墨水、高锰酸钾和苯胺颜料的酒精溶液等，染料水的颜色与流场背景形成强的反差，便于观察。

在演示箱5内部放入检测用的不同形状的的实验模块后，通过调节旋钮11调节不同的流速，能够直观明显的观察到染色线流动从层流到过渡流到湍流的发展过程，流体的流动状态可以用雷诺数来量化。由流体力学可知，通过调节旋钮11使得彩色喷嘴水管2流出染料水13形成的染色线流速很小时，雷诺数较小，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流动稳定，染料水13从染料喷嘴水管2中分层流动，互不混合，为层流；通过调节旋钮11逐渐增加流速，雷诺数也随之增加，流体的染色线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，为渡流；当流速增加到很大时，雷诺系数较大，惯性力对流场的影响大于黏滞力，染色线流动较不稳定，染料水13流速的微小变化容易发展、增强，染色线不再清晰可变，流场中有许多小漩涡，形成紊乱、不规则的湍流流场。