[发明专利]一种用于测量实验室水槽中流体壁面剪切应力的装置及方法

权利要求书

1.一种用于测量实验室水槽中流体壁面剪切应力的装置，其特征在于，包括流动腔、压强腔、第一长直玻璃管以及第二长直玻璃管等，所述压强腔叠放在流动腔的上表面，所述流动腔为一个长方体壳体，其左右两端开口，上表面开有两个第一通孔；所述压强腔由第一空腔体和第二空腔体组成，所述第一空腔体的下表面开有第二通孔，第二空腔体的下表面开有第三通孔，第二通孔与位于第一空腔体下方的一个第一通孔相连通，第三通孔与位于第二空腔体下方的另一个第一通孔相连通，第一长直玻璃管固定连接在第一空腔体的上表面且与第一空腔体相连通，第二长直玻璃管固定连接在第二空腔体的上表面且与第二空腔体相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量实验室水槽中流体壁面剪切应力的装置，其特征在于，所述第一长直玻璃管和第二长直玻璃管的外壁均标示有刻度，刻度精确到毫米。

3.根据权利要求1所述的一种用于测量实验室水槽中流体壁面剪切应力的装置，其特征在于，所述流动腔和压强腔均采用透明有机玻璃制成。

4.一种用于测量实验室水槽中流体壁面剪切应力的方法，其特征在于，该方法在权利要求1-3任一项所述的装置中实现，该方法为：

将装置置于边壁待测点，流动腔与水流方向平行，当水流流经第一空腔体和第二空腔体的下表面时，由于阻力的存在，导致水流压强降低，通过测量第一空腔体和第二空腔体内水流的压强差，计算出应观测点的水流切应力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

(1)在实验室水槽试验中，将装置置于边壁待测点，流动腔与水流方向平行，往第一长直玻璃管和第二长直玻璃管内灌轻质油，直至煤油量达到第一长直玻璃管和第二长直玻璃管上刻度的1/2至2/3处；

(2)当水流流经第一空腔体和第二空腔体的下表面时，由于阻力的存在，导致水流压强降低，读出第一长直玻璃管和第二长直玻璃管的液面差Δh，换算为压强差：ΔP＝ρ_oilgΔh，计算对应的边壁切应力τ_ω数值：ρ_oil为轻质油的密度，g取9.8m/s²，H为流动腔的高，X为两个第一通孔的中间距，τ_ω单位Pa，Δh和X单位mm，H单位m。