[发明专利]一种全自动实时监测雷诺实验教学装置

说明书

本发明提出一种全自动实时监测雷诺实验教学装置，包括实验台，实验台上放置有供水箱，供水箱分别与抽水泵和示踪剂添加管道相连接，抽水泵与循环水箱相连接，示踪剂添加管道通过示踪剂添加调节阀与观测管相连接，观测管上设有图像采集装置，观测管通过水流调节阀与净化装置相连接，净化装置与循环水箱相连接。本发明整体实验过程简单，可操作性强，实验周期短，能够避免人为因素所引起的实验误差，通过上位机控制水流调节阀动态调整观测管内的水流速度，可实现精确地监控不同水流速度状态下水流雷诺数的变化规律，拓展了现有实验的深度与广度，提高教学效果。

技术领域

本发明涉及雷诺实验的技术领域，尤其涉及一种全自动实时监测雷诺实验教学装置。

背景技术

雷诺实验在流体力学的发展史上具有非常重要的地位，是流体力学初学者了解水流流动机理以及水流状态变化规律的重要实验。因此，在流体力学教学过程中，雷诺实验是一个必不可少的教学实验。然而，现有的实验教学装置在数据采集以及水流速度控制方面存在以下缺陷，一是水流层流与紊流两种流态的过渡转变完全依靠人的肉眼观察进行分辨，这种观察导致人的主观因素影响很大，所引起的误差也很大；二是在求解雷诺数过程中，水流速度的获得是通过人为测量水流量，经过换算获得的，其误差比较大，缺乏准确性；三是实验的全过程中雷诺数的求解只能得到个别流速点的数值，不能获得全程雷诺数的数值动态变化规律。

发明内容

针对现有雷诺实验装置人为实验时误差大、操作复杂的技术问题，本发明提出一种全自动实时监测雷诺实验教学装置，该实验教学装置能够避免上述缺陷所引入的人为误差，能够在有限的实验教学时间内较为精确地完成教学实验，提高实验教学效果，得到更为精确的实验结果。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种全自动实时监测雷诺实验教学装置，包括供水箱，供水箱分别与抽水泵和示踪剂添加管道相连接，抽水泵与循环水箱相连接，示踪剂添加管道通过示踪剂添加调节阀与观测管相连接，所述观测管上设有图像采集装置，观测管通过水流调节阀与净化装置相连接，净化装置与循环水箱相连接；所述抽水泵、图像采集装置和水流调节阀均与上位机相连接，上位机与显示屏相连接。

进一步地，所述图像采集装置包括CCD摄像机和反射背景挡板，CCD摄像机和反射背景挡板分别相对应设置在观测管两侧，CCD摄像机通过数据传输线与图像采集卡相连接，图像采集卡与上位机相连接。

进一步地，所述CCD摄像机的设置数量为至少三组，三组CCD摄像机分别设置在观测管的进水口处、中部和出水口处，三组CCD摄像机分别与三组反射背景挡板相配合。

进一步地，所述观测管为透明玻璃管。

进一步地，所述供水箱内设有若干个水流导向板，水流导向板的一端与供水箱相连接，水流导向板的另一端与供水箱之间设有空隙，若干个水流导向板采用S型方式交错布置在供水箱内。

进一步地，所述净化装置包括净化水箱，净化水箱分别与观测管和循环水箱相连通，净化水箱上设有消色剂添加管道，消色剂添加管道内添加有消色剂，消色剂与示踪剂添加管道内添加的示踪剂相配合，消色剂添加管道上设有消色剂添加调节阀。

进一步地，所述循环水箱为封闭式不锈钢水箱。

进一步地，所述消色剂为酸性溶液，示踪剂为碱性酚酞溶液。

进一步地，所述示踪剂添加管道的上部为漏斗状，示踪剂添加管道的上部与示踪剂添加调节阀相连接，示踪剂添加管道的下部为直角状，示踪剂添加管道的下部与观测管相连接。

一种全自动实时监测雷诺实验教学装置的实验方法，其步骤如下：

S1，接通电源，通过上位机依次打开抽水泵、CCD摄像机和水流调节阀，当整个循环水流稳定后，同时手动打开示踪剂添加调节阀和消色剂添加调节阀，分别向示踪剂添加管道内和消色剂添加管道内放入示踪剂和消色剂；