一种利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪制造技术

本实用新型专利技术属于流体力学教育领域，尤其涉及一种利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪，水龙头通过一根塑胶软管与三向阀门的入口相连，三向阀门的两个出口分为两路：两路均分别通过一根塑胶软管与一根垂直的直铁管相连，直铁管通过直角接头与一根水平放置的直铁管相连，水平放置的直铁管的另一端通过三通管以及另一根水平放置的直铁管与转换头相连，两路中的两个转换头的内径不一致，一个为小转换头，一个为大转换头，三通管垂直方向的出口与一根垂直的带有刻度的玻璃管相连；测量部分固定在支架上，支架固定在微调底座上，微调底座通过高度调节旋钮实现调平，所述另一根水平放置的直铁管上装有水准泡。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于流体力学教育领域，尤其涉及一种利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪。
技术介绍
伯努利原理演示是大学物理演示实验中的一个实验，现有的演示实验有伯努利悬浮球、飞机升力、气体流速与压强关系演示、足球运动中的“香蕉球”、倒置漏斗吹乒乓球和平行竖放两张纸张从中吹气等，伯努利原理适用于各种流体，上述实验仅限于气体，液体的实验少之甚少，学生对伯努利原理的理解是不充分的，学生缺乏对伯努利原理在日常生活中液体领域应用的认识。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提出了一种利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪，由测量部分和调平部分组成，其中测量部分由三向阀门、塑胶软管、直铁管、直角接头、带刻度的玻璃管、三通管、小转换头、大转换头所组成，调平部分由水准泡、支架、微调底座、高度调节旋钮组成；水龙头通过一根塑胶软管与三向阀门的入口相连，三向阀门的两个出口分为两路：两路均分别通过一根塑胶软管与一根垂直的直铁管相连，直铁管通过直角接头与一根水平放置的直铁管相连，水平放置的直铁管的另一端通过三通管以及另一根水平放置的直铁管与转换头相连，两路中的两个转换头的内径不一致，一个为小转换头，一个为大转换头，三通管垂直方向的出口与一根垂直的带有刻度的玻璃管相连；测量部分固定在支架上，支架固定在微调底座上，微调底座通过高度调节旋钮实现调平，所述另一根水平放置的直铁管上装有水准泡。所述支架为顶部开口矩形盒子，其中一侧面与两根垂直的直铁管固定，底面与两根水平放置的直铁管固定。本技术有益效果在于：基于伯努利原理用于测量水的流量，使学生充分理解伯努利原理，实现了伯努利原理在流动的液体中的演示。一方面，加深了学生全面理解伯努利原理及其在生活中的应用领域(不仅限于气体)，并且此演示仪综合考虑沿程阻力和局部阻力、注重调解仪器的水平，实现由理论知识来解决具体实际问题的跨越，达到学以致用的目的。另一方面，此装置结构简单，从测量范围上来看，选用两个不同内径的转换头，可精确测量0-12升/分钟任意流速的水(或者与塑料、玻璃、钢管不发生反应的其他液体)流量，测量范围广，方法巧妙；且原理不涉及与非机械能的能量转换，与其它流量计相比，避开了此过程中能量损失带来的小流量不可测的问题。附图说明图1为本技术提出的利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪的示意图。图2为实验原理图。图3为局部损失系数值与面积比关系图。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。本技术提出的利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪的示意图，如图1所示，由测量部分和调平部分组成，其中测量部分由三向阀门、塑胶软管、直铁管、直角接头、带刻度的玻璃管、三通管、小转换头、大转换头所组成，调平部分由水准泡、支架、微调底座、高度调节旋钮组成；水龙头通过一根塑胶软管与三向阀门的入口相连，三向阀门的两个出口分为两路：两路均分别通过一根塑胶软管与一根垂直的直铁管相连，直铁管通过直角接头与一根水平放置的直铁管相连，水平放置的直铁管的另一端通过三通管以及另一根水平放置的直铁管与转换头相连，两路中的两个转换头的内径不一致，一个为小转换头，一个为大转换头，三通管垂直方向的出口与一根垂直的带有刻度的玻璃管相连；测量部分固定在支架上，支架固定在微调底座上，微调底座通过高度调节旋钮实现调平，所述另一根水平放置的直铁管上装有水准泡。所述支架为顶部开口矩形盒子，其中一侧面与两根垂直的直铁管固定，底面与两根水平放置的直铁管固定。本装置通过三向阀门的开关来控制水流经哪一个支路，即水从哪个转换头流出。由下面的工作原理知，玻璃管内液面高度h与出口速度υ2之间有一一对应关系即不同液面高度对应不同的流量为了保证测量的灵敏性并考虑到玻璃管高度的有限性，测量小流量时，需要选取内径小的转换头所在支路，水流量大时，需要切换为内径大的转换头所在支路。这样，通过接有不同内径转换头的两个支路即可实现水流量的宽范围测量(可测0-12L/min的任意水流量)，并且灵敏度高，避免小流量不可测问题。工作原理：根据伯努利原理，理想流体在重力场中作稳定流动时，如附图2所示，同一流线上各点的压强P和流速υ之间存在一定的关系，我们以水平管为0高度，对于水平管的位置1和位置2处，有P1+12ρυ12=P2+12ρυ22---(1)]]>又因为P1＝P0+ρgh，P2＝P0为大气压强，所以12ρυ22=ρgh+12ρυ12---(2)]]>上式是理想流体的情况，对于实际流体，此时位置1至位置2之间存在沿程损耗Pw，加转换头的出水口2处存在局部阻力Pe，式(2)为12ρυ22+Pw+Pe=ρgh+12ρυ12---(3)]]>综合考虑被测水的流量(0-12升/分钟)和实验的准确性，我们采用6.00mm和10.28mm的转换头。位置1至位置2之间的沿程损耗为Pw=λld·12ρυ12=λldd24d14·12ρυ22---(4)]]>式中l为位置1至2之间管的长度(l＝116.00mm)，d为位置1至位置2之间铁管的内径(d＝16.80mm)，λ为沿程损耗系数，因为所以因此沿程损耗Pw可以忽略。2处存在的局部损耗为：Pe=ζ·12ρυ22---(5)]]>其中ζ为局部损失系数可参考下表查出值(A2/A1为面积比)。局部损失系数值与面积比关系如图3所示。表1.局部损失系数与面积比A2/A1之间的关系将式(5)代入(3)，并由流体的连续性方程得玻璃管内液面高度h与出口速度υ2之间的关系为υ2=2gh1+ζ-d24d14---(6)]]>即玻璃管内液面高度与水的流速(也可以换成水的流量)是一一对应的，我们只需测出玻璃管内的液面高度h，然后由(6)式可得水的流速，再由就可得到水的瞬时流量Q，将高度对应的流量值标在玻璃管上即得到此技术的流量计。本技术是伯努利原理在液体中的应用，让学生充分理解了伯努利原理的适用范围。在理想流体的基础上考虑了局部阻力和沿程损耗，实现了理论知识到实际应用的跨越，测管结果精确。因为玻璃管内水的高度与仪器的水平有关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪，其特征在于，由测量部分和调平部分组成，其中测量部分由三向阀门、塑胶软管、直铁管、直角接头、带刻度的玻璃管、三通管、小转换头、大转换头所组成，调平部分由水准泡、支架、微调底座、高度调节旋钮组成；水龙头通过一根塑胶软管与三向阀门的入口相连，三向阀门的两个出口分为两路：两路均分别通过一根塑胶软管与一根垂直的直铁管相连，直铁管通过直角接头与一根水平放置的直铁管相连，水平放置的直铁管的另一端通过三通管以及另一根水平放置的直铁管与转换头相连，两路中的两个转换头的内径不一致，一个为小转换头，一个为大转换头，三通管垂直方向的出口与一根垂直的带有刻度的玻璃管相连；测量部分固定在支架上，支架固定在微调底座上，微调底座通过高度调节旋钮实现调平，所述另一根水平放置的直铁管上装有水准泡。

【技术特征摘要】
1.一种利用伯努利原理进行水流量测试的教学演示仪，其特征在于，由测
量部分和调平部分组成，其中测量部分由三向阀门、塑胶软管、直铁管、直角
接头、带刻度的玻璃管、三通管、小转换头、大转换头所组成，调平部分由水
准泡、支架、微调底座、高度调节旋钮组成；
水龙头通过一根塑胶软管与三向阀门的入口相连，三向阀门的两个出口分
为两路：两路均分别通过一根塑胶软管与一根垂直的直铁管相连，直铁管通过
直角接头与一根水平放置的直铁管相连，水平放置的直铁管的另一端通过三通...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏欣纺，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：新型
国别省市：北京;11