本发明专利技术提供一种肥皂膜水洞试验装置，能够实现对肥皂膜流动的有效控制，且能够依据试验需求调节试验相关参数。该肥皂膜水洞试验装置包括：外部框架、内部框架和位置锁定机构；内部框架左右两端通过轴承支撑在外部框架上，能够绕轴承轴线旋转，以改变内部框架的转动角度；位置锁定机构用于在内部框架转动到设定角度后对内部框架进行位置锁定；内部框架包括：支架、支架导轨、丝线、上水槽、下水槽和模具台；模具台用于固定试验需要的模具；采用该试验装置能够依据试验需要调节试验区的长度和位置、改变试验区宽度(即肥皂膜宽度)、改变试验角度；从而构建不同参数的二维水洞，适应不同的模型；且能够改变流场流速。且能够改变流场流速。且能够改变流场流速。
【技术实现步骤摘要】
肥皂膜水洞试验装置
[0001]本专利技术涉及一种试验装置，具体涉及一种肥皂膜水洞试验装置。
技术介绍
[0002]肥皂膜中存在大量表面活性剂分子，因此其表面张力只有水的三分之一左右，使得肥皂液更容易被拉开成膜。1981年，Couder首先使用肥皂膜作为试验手段，模拟了二维拖曳水池的流动结构，之后又有一系列的试验研究使用肥皂膜模拟二维流场。肥皂膜二维流场流动结构的显示是通过肥皂膜上的彩色条纹实现的，照射到肥皂膜表面的光线在肥皂膜与空气的气液界面上发生反射，由于肥皂膜的厚度极薄，与可见光波长量级相当，膜上发射的光线相互干涉而形成条纹，这些条纹直接反映了肥皂膜厚度的变化，即流场的变化情况。
[0003]肥皂膜水洞装置的设计经历了上世纪90年代的快速发展演化后，出现了流场稳定可靠、流速可控、可重复性高的设计形式。Rutgers和Georgiev先后在《科学仪器评论》(Review of Scientific Instruments)上介绍了重力驱动型竖直肥皂膜水洞和水平肥皂膜水洞装置，如图1所示。这两种装置可以实现不同流速范围的肥皂膜流动：竖直肥皂膜水洞的流速可达到0.5～4m/s，水平肥皂膜水洞装置的流速范围一般为0.03～0.5m/s。
[0004]但传统肥皂膜水洞装置试验参数不可变，且对流动速度缺乏有效控制。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种肥皂膜水洞试验装置，能够实现对肥皂膜流动的有效控制，且能够依据试验需求调节试验相关参数。
[0006]所述的肥皂膜水洞试验装置包括：外部框架、内部框架和位置锁定机构；
[0007]所述内部框架左右两端通过轴承支撑在外部框架上，能够绕轴承轴线旋转，以改变所述内部框架的转动角度；
[0008]所述位置锁定机构用于在所述内部框架转动到设定角度后对所述内部框架进行位置锁定；
[0009]所述内部框架包括：支架、支架导轨、丝线、上水槽、下水槽和模具台；所述支架左右两侧板的内侧面相对设置有支架导轨，每侧支架导轨上滑动连接有两个光轴座，每个所述光轴座上沿其轴向设置两个以上固定挂钩，用于挂放收线器；所述收线器上绕有侧面拉线，所述侧面拉线用于拉开两股丝线形成矩形导流框；通过滑动所述光轴座改变其在所述支架导轨上的位置能够改变所述导流框的形状；
[0010]在所述支架内部，所述导流框的上方设置有与提供肥皂液的供液单元相连的上水槽，所述上水槽的两端分别与左右两侧的支架导轨滑动配合；上水槽中间位置设置有供液口；
[0011]所述导流框的上端，两股丝线并拢至供液口处；所述导流框的下端，两根丝线并拢至所述支架底部中间位置的下水槽处；
[0012]所述模具台用于固定试验需要的模具；所述模具台通过连接杆与所述支架左右两
侧板上位于上方的两个光轴座相连；且所述模具台位于导流框后方设定距离。
[0013]作为本专利技术的一种优选方式，还包括丝线牵引机构；所述丝线牵引机构牵动用于形成导流框的两股丝线同步向下运动。
[0014]作为本专利技术的一种优选方式，所述丝线牵引机构包括：牵引滚轮、导向挂钩、丝线收敛斗、牵引电机、阻尼器和绕线盘；
[0015]通过两根平行的直线滑轨连接所述内部框架上左右两侧板对应位置处的光轴座，每根所述直线滑轨上均设置有两个与其滑动配合的导向挂钩，两个所述导向挂钩上下间隔设置，用于挂接对应侧的丝线，所述丝线能够在所述导向挂钩内上下移动；
[0016]通过所述导向挂钩拉开两股丝线形成矩形导流框后将所述导向挂钩固定在左右两侧的对应位置处的固定挂钩上；
[0017]所述上水槽供液口位置以及所述下水槽位置均设置有丝线收敛斗，两股丝线的一端缠绕在装有旋转阻尼器的绕线盘上，另一端从顶部有丝线收敛斗穿出后，分别穿过左侧和右侧的两个导向挂钩，然后经底部的丝线收敛斗后形成并拢的丝线，然后绕过牵引滚轮并最终连接至由牵引电机驱动的绕线盘上。
[0018]作为本专利技术的一种优选方式，所述外部框架能够带动所述内部框架前后滑动。
[0019]作为本专利技术的一种优选方式，所述外部框架包括：基座、底部导轨和底部滑块；所述底部导轨为固定在基座底部左右两侧的两条导轨，所述基座通过底部滑块与底部导轨滑动配合，能够沿底部导轨移动；
[0020]所述基座上竖直支撑杆的顶部设置有用于连接内部框架的U型槽，所述内部框架中支架左右两侧板的外部通过轴承支撑在底部滑块104顶部的U型槽内；
[0021]所述外部框架的基座上设置有底部水箱。
[0022]作为本专利技术的一种优选方式，在两个竖直支撑杆的顶部均设置有分度盘，所述分度盘与对应位置处的轴承同圆心，以指示所述内部框架的转动角度。
[0023]作为本专利技术的一种优选方式，所述位置锁定机构采用弹簧锁，在所述支架左右两侧板的外部均设置有弹簧锁，所述弹簧锁通过角码固定在支架上；所述弹簧锁的位置和对应侧外部框架上分度盘的位置对应，所述分度盘上设置有用于和弹簧锁的芯轴配合的锁定孔。
[0024]作为本专利技术的一种优选方式，所述光轴座通过支架滑块与所述支架导轨滑动连接，与下方的两个光轴座相连的两个支架滑块通过水平固定杆连接。
[0025]作为本专利技术的一种优选方式，在所述供液单元与所述上水槽之间增设流量控制单元；
[0026]所述流量控制单元包括：N台蠕动泵、与所述蠕动泵一一对应的单向止回阀、多通管件；N为大于等于2的整数；N台蠕动泵并联泵送液体；
[0027]所述多通管件具有N个进口和一个出口，
[0028]N台蠕动泵的进口与所述供液单元相连，出口各通过一个设置有单向止回阀的管路连接所述多通管件的一个进口；
[0029]所述多通管件的出口通过供液管路与所述上水槽相连；
[0030]使用时，N台蠕动泵相互之间的相位差为360
°
/N。
[0031]作为本专利技术的一种优选方式，在所述多通管件的出口连接空气阻尼容器；
[0032]所述空气阻尼容器包括：容器主体、输入管、输出管和封盖；
[0033]所述容器主体的容器壁为刚性，其顶部设置有开口；侧面分别设置有进水口和出水口；所述输入管一端通过进水口插入容器主体内部，另一端伸出容器主体与所述多通管件的出口相连；所述输出管一端通过出水口插入容器主体内部，另一端伸出容器主体通过供液管路与所述上水槽相连；
[0034]所述封盖用于密封所述容器主体顶部开口。
[0035]有益效果：
[0036](1)采用该试验装置能够依据试验需要调节试验区的长度和位置、改变试验区宽度(即肥皂膜宽度)、改变试验角度；从而构建不同参数的二维水洞，适应不同的模型；且能够改变流场流速。
[0037](2)传统肥皂膜水洞试验装置中肥皂膜仅依靠重力作用向下移动，本专利技术通过丝线牵引机构牵引肥皂膜移动，能够进一步提高肥皂膜的移动速度。
[0038](3)采用蠕动泵泵送液体，由于蠕动泵是通过步进电机挤压管体形成高精度流动液，由此通本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.肥皂膜水洞试验装置，其特征在于：包括：外部框架(1)、内部框架(2)和位置锁定机构；所述内部框架(2)左右两端通过轴承支撑在外部框架(1)上，能够绕轴承轴线旋转，以改变所述内部框架(2)的转动角度；所述位置锁定机构用于在所述内部框架(2)转动到设定角度后对所述内部框架(2)进行位置锁定；所述内部框架(2)包括：支架(201)、支架导轨(202)、丝线(204)、上水槽(205)、下水槽(206)和模具台(203)；所述支架(201)左右两侧板的内侧面相对设置有支架导轨(202)，每侧支架导轨(202)上滑动连接有两个光轴座，每个所述光轴座上沿其轴向设置两个以上固定挂钩(209)，用于挂放收线器；所述收线器上绕有侧面拉线，所述侧面拉线用于拉开两股丝线(204)形成矩形导流框；通过滑动所述光轴座改变其在所述支架导轨(202)上的位置能够改变所述导流框的形状；在所述支架(201)内部，所述导流框的上方设置有与提供肥皂液的供液单元相连的上水槽(205)，所述上水槽(205)的两端分别与左右两侧的支架导轨(202)滑动配合；上水槽(205)中间位置设置有供液口；所述导流框的上端，两股丝线(204)并拢至供液口处；所述导流框的下端，两根丝线(204)并拢至所述支架(201)底部中间位置的下水槽(205)处；所述模具台(208)用于固定试验需要的模具；所述模具台(208)通过连接杆与所述支架(201)左右两侧板上位于上方的两个光轴座相连；且所述模具台(208)位于导流框后方设定距离。2.如权利要求1所述的肥皂膜水洞试验装置，其特征在于，还包括丝线牵引机构；所述丝线牵引机构牵动用于形成导流框的两股丝线(204)同步向下运动。3.如权利要求2所述的肥皂膜水洞试验装置，其特征在于，所述丝线牵引机构包括：牵引滚轮、导向挂钩(301)、丝线收敛斗(302)、牵引电机、阻尼器和绕线盘；通过两根平行的直线滑轨(303)连接所述内部框架(2)上左右两侧板对应位置处的光轴座，每根所述直线滑轨(303)上均设置有两个与其滑动配合的导向挂钩(301)，两个所述导向挂钩(301)上下间隔设置，用于挂接对应侧的丝线(204)，所述丝线(204)能够在所述导向挂钩(301)内上下移动；通过所述导向挂钩(301)拉开两股丝线(204)形成矩形导流框后将所述导向挂钩(301)固定在左右两侧的对应位置处的固定挂钩(209)上；所述上水槽(205)供液口位置以及所述下水槽(206)位置均设置有丝线收敛斗(302)，两股丝线(204)的一端缠绕在装有旋转阻尼器的绕线盘上，另一端从顶部有丝线收敛斗(302)穿出后，分别穿过左侧和右侧的两个导向挂钩(301)，然后经底部的丝线收敛斗(302)后形成并拢的丝线，然后绕过牵引滚轮并最终连接至由牵引电机驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：周彤，伍思宇，韩昊悦，冯顺山，柳博文，柏云杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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