一种用于观测湍流特征的雷诺实验仪及方法技术

本发明专利技术公开了一种用于观测湍流特征的雷诺实验仪及方法，稳水箱和试验管道设置于实验台上，稳水箱中设有挡板b，挡板b将稳水箱内腔分隔为A区和B区，稳水箱中还设有挡板a，挡板a将所述A区分隔为A1区和A2区，挡板a和挡板b顶部平齐且与稳水箱内顶面留有空隙；供水箱的出口与A1区连通，A2区的底部设有溢流管；试验管道的进口与B区连通，试验管道的出口设有流量调节阀；示踪盒设置于稳水箱顶部，示踪盒管道的入口与示踪盒连接，示踪盒管道的出口设置在试验管道进口处。本发明专利技术通过两种示踪剂的对比试验研究，可用于分析不同层流到湍流的流动特征，有助于湍流现象的研究；试验有效减少了试验时存在的内部扰动和观测误差，大大提高了试验精度。

A Reynolds experimental instrument and method for observing turbulence characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种用于观测湍流特征的雷诺实验仪及方法
本专利技术属于流体力学实验设备领域，涉及一种用于观测湍流特征的雷诺实验仪及方法。
技术介绍
雷诺实验是雷诺于1883年设计的经典实验，用于研究流体的不同流动状态，即层流状态和湍流状态。雷诺用滴管在流体内注入有色颜料，发现流速不大时，管内呈现一条条与管壁平行并清晰可见的有色细丝即脉线，管内流体分层流动，互不混淆，说明管内流体处于层流运动状态。增大流速，则脉线变粗，开始出现波纹，随管内流速的增加，波纹的数目和振幅逐渐加大，当流速达到某数值时，脉线突然分裂成许多运动着的小涡旋，继而很快消失，使整个管内的流体带上了淡薄的颜料的颜色，此时流体处于湍流状态。目前，虽然进行了许多关于湍流的研究，但是迄今还没有成熟的数学理论，许多基本技术问题尚未得到完美的理论解释。人们希望通过湍流实验研究，能在不久的将来揭示出湍流现象的一些机制，从而对全面认识和解决湍流这个难题向前跨进一步。鉴于此，对传统的雷诺实验仪进行改进，一方面提高试验的观测精度，另一方面进一步明确流体从层流到湍流的变化特征。
技术实现思路
为解决现有技术中心存在的问题，本专利技术的目的是提供一种用于观测湍流特征的雷诺实验仪及方法，本专利技术能够较为准确的观测流体从层流到湍流的变化特征。本专利技术采用的技术方案如下：一种用于观测湍流特征的雷诺试验仪，包括实验台、供水箱、稳水箱、示踪盒、试验管道和示踪盒管道，稳水箱和试验管道设置于实验台上，稳水箱中设有挡板b，挡板b将稳水箱内腔分隔为A区和B区，稳水箱中还设有挡板a，挡板a将所述A区分隔为A1区和A2区，挡板a和挡板b顶部平齐且与稳水箱内顶面留有空隙；供水箱的出口与A1区连通，A2区的底部设有溢流管；试验管道的进口与B区连通，试验管道的出口设有流量调节阀；示踪盒设置于稳水箱顶部，示踪盒管道的入口与示踪盒连接，示踪盒管道的出口设置在试验管道进口处；试验管道是透明的。所述试验管道的横截面为矩形。示踪盒设置至少两个，示踪盒中盛装不同颜色的示踪剂，每个示踪盒上均连接有所述示踪盒管道。每个示踪盒上连接的示踪盒管道的出口在试验管道进口处呈水平并排分布。供水箱中装有抽水泵，抽水泵通过上水管与所述A1区连通。还包括集水池和集水管，集水池设置于试验管道的出口处，用于盛接试验管道的出水，集水管的一端与集水池连接，另一端连接至供水箱。溢流管连接至供水箱。试验管道的上方设有用于拍摄试验管道内流体流动状态的高速摄影机。一种用于观测湍流特征方法，通过所述的雷诺试验仪进行，包括如下步骤：S1，通过供水箱向A1区供水，随着A1区中水位的上升，A1区中的水一部分溢流至A2区并顺溢流管溢流，另一部分流入B区，使B区的水充满且溢流至A2区；S2，打开流量调节阀，然后利用示踪盒和示踪盒管道向试验管道的进口加入示踪剂；S3，观察试验管道中示踪剂的状态。在观察过程中，通过调节流量调节阀，观察在不同流速状态下流体的状态。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的用于观测湍流特征的雷诺试验仪通过在稳水箱中设置挡板a和挡板b能够使得试验管道的进口的水流稳定，保证实验结果的准确性。其稳流的原理为：随着A1区中水位的上升，A1区中的水一部分溢流至A2区并顺溢流管溢流，另一部分流入B区，使B区的水充满且溢流至A2区；由于B区中的水一直处于溢流状态，因此其水位稳定，进一步的使得试验管道的进口的水流稳定。试验管道的出口设有流量调节阀，利用流量调节阀能够调节试验管道中的水流速，进一步能够观察试验管道中流体从层流到湍流的变化特征。由上述可以看出，本专利技术结构简单，便于操作，容易制造，测量结果准确。进一步的，试验管道的横截面为矩形，相较于现有的圆形管道，能够降低管壁对流场的扰动，有利于提高观测效果。进一步的，示踪盒设置至少两个，示踪盒中盛装不同颜色的示踪剂，利用两种及以上颜色的示踪，可以精确研究水流中不同位置处的水流由层流变化为湍流想象的异同，有助于进一步分析研究湍流的形态特征。进一步的，溢流管连接至供水箱、设置集水池和集水管，能够将排出的水汇入供水箱中，重复利用水资源，减少了水资源浪费。进一步的，采用高速摄影机拍记录摄试验管道内流体流动状态，提升了观测精度。本专利技术用于观测湍流特征方法通过本专利技术的雷诺试验仪进行，由上述可以看出，其过程方便，易于进行，且观测结果准确。附图说明图1是本专利技术雷诺实验仪的主视图；图2是本专利技术雷诺实验仪的稳水箱的右视图；图3是本专利技术雷诺实验仪的稳水箱的左视图；图4是本专利技术雷诺实验仪的高速摄影机安装示意图。图中，1.稳水箱；2.挡板a；3.挡板b；4.上水管；5.供水箱；6.抽水泵；7.示踪盒；8.示踪盒管道；9.试验管道；10.固定架；11.实验台；12.流量调节阀；13.集水池；14.集水管；15.溢流管；16a.高速摄影机1，16b.高速摄影机2。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1～图3所示，本专利技术的用于观测湍流特征的雷诺试验仪，包括实验台11、供水箱5、稳水箱1、示踪盒7、试验管道9和示踪盒管道8，稳水箱1和试验管道9设置于实验台11上，稳水箱1中设有挡板b3，挡板b3将稳水箱1内腔分隔为A区和B区，稳水箱1中还设有挡板a2，挡板a2将所述A区分隔为A1区和A2区，挡板a2和挡板b3顶部平齐且与稳水箱1内顶面留有空隙；供水箱5的出口与A1区连通，A2区的底部设有溢流管15；试验管道9的进口与B区连通，试验管道9的出口设有流量调节阀12；示踪盒7设置于稳水箱1顶部，示踪盒管道8的入口与示踪盒7连接，示踪盒管道8的出口设置在试验管道9进口处；试验管道9是透明的。作为本专利技术优选的实施方案，参照图2，试验管道9的横截面为矩形。作为本专利技术优选的实施方案，参照图2，示踪盒7设置至少两个，示踪盒7中盛装不同颜色的示踪剂，每个示踪盒7上均连接有所述示踪盒管道8。作为本专利技术优选的实施方案，参照图2，每个示踪盒7上连接的示踪盒管道8的出口在试验管道9进口处呈水平并排分布，作为本专利技术优选的实施方案，参照图1，供水箱5中装有抽水泵6，抽水泵通过上水管4与所述A1区连通。作为本专利技术优选的实施方案，参照图1，本专利技术的用于观测湍流特征的雷诺试验仪还包括集水池13和集水管14，集水池13设置于试验管道9的出口处，用于盛接试验管道9的出水，集水管14的一端与集水池13连接，另一端连接至供水箱5。作为本专利技术优选的实施方案，参照图4，试验管道9的上方设有用于拍摄试验管道9内流体流动状态的高速摄影机。本专利技术用于观测湍流特征方法，通过本专利技术上述的雷诺试验仪进行，包括如下步骤：S1，通过供水箱5向A1区供水，随着A1区中水位的上升，A1区中的水一部分溢流至A2区并顺溢流管15溢流，另一部分流入B区，使B区的水充满且溢流至A2区；S2，打开流量调节阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于观测湍流特征的雷诺试验仪，其特征在于，包括实验台(11)、供水箱(5)、稳水箱(1)、示踪盒(7)、试验管道(9)和示踪盒管道(8)，稳水箱(1)和试验管道(9)设置于实验台(11)上，稳水箱(1)中设有挡板b(3)，挡板b(3)将稳水箱(1)内腔分隔为A区和B区，稳水箱(1)中还设有挡板a(2)，挡板a(2)将所述A区分隔为A1区和A2区，挡板a(2)和挡板b(3)顶部平齐且与稳水箱(1)内顶面留有空隙；供水箱(5)的出口与A1区连通，A2区的底部设有溢流管(15)；试验管道(9)的进口与B区连通，试验管道(9)的出口设有流量调节阀(12)；示踪盒(7)设置于稳水箱(1)顶部，示踪盒管道(8)的入口与示踪盒(7)连接，示踪盒管道(8)的出口设置在试验管道(9)进口处；试验管道(9)是透明的。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于观测湍流特征的雷诺试验仪，其特征在于，包括实验台(11)、供水箱(5)、稳水箱(1)、示踪盒(7)、试验管道(9)和示踪盒管道(8)，稳水箱(1)和试验管道(9)设置于实验台(11)上，稳水箱(1)中设有挡板b(3)，挡板b(3)将稳水箱(1)内腔分隔为A区和B区，稳水箱(1)中还设有挡板a(2)，挡板a(2)将所述A区分隔为A1区和A2区，挡板a(2)和挡板b(3)顶部平齐且与稳水箱(1)内顶面留有空隙；供水箱(5)的出口与A1区连通，A2区的底部设有溢流管(15)；试验管道(9)的进口与B区连通，试验管道(9)的出口设有流量调节阀(12)；示踪盒(7)设置于稳水箱(1)顶部，示踪盒管道(8)的入口与示踪盒(7)连接，示踪盒管道(8)的出口设置在试验管道(9)进口处；试验管道(9)是透明的。


2.根据权利要求1所述的一种用于观测湍流特征的雷诺试验仪，其特征在于，所述试验管道(9)的横截面为矩形。


3.根据权利要求1所述的一种用于观测湍流特征的雷诺试验仪，其特征在于，示踪盒(7)设置至少两个，示踪盒(7)中盛装不同颜色的示踪剂，每个示踪盒(7)上均连接有所述示踪盒管道(8)。


4.根据权利要求3所述的一种用于观测湍流特征的雷诺试验仪，其特征在于，每个示踪盒(7)上连接的示踪盒管道(8)的出口在试验管道(9)进口处呈水平并排分布。


5.根据权利要求1所述的一种用于观测湍流...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱会，陈洁，王海科，于涤尘，窦妍，高燕燕，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61