一種雷諾實驗儀及實驗方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種雷諾實驗儀及實驗方法，它包括水溫調控系統(tǒng)、實驗整流系統(tǒng)、實驗演示系統(tǒng)及水體循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明專利技術要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有雷諾實驗儀完全依靠改變圓管中水流流速方式調整雷諾數(shù)，在水流從層流向紊流轉化或紊流向層流轉化的關鍵階段，提供一種通過改變水溫而改變雷諾數(shù)的雷諾實驗儀，減弱調整流速引起的水流擾動對實驗結果的影響。

Reynolds experiment instrument and experimental method

The invention relates to a Reynolds experimental instrument and an experimental method, comprising a water temperature regulation system, an experimental rectification system, an experimental demonstration system and a water circulation system. In the invention solves the technical problems, the existing Reynolds experimental instrument depends entirely on the change of flow velocity in pipe Reynolds adjustment in the number of key stage in the transformation of flow from laminar to turbulent or laminar flow to turbulent flow transformation, provides a Reynolds experimental instrument change Reynolds number by changing the temperature, adjust the water flow caused by weakened the disturbance of the experimental results.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種雷諾實驗儀及實驗方法
本專利技術涉及一種新型雷諾實驗裝置及實驗方法，屬于水力學實驗儀器領域。
技術介紹
雷諾實驗在水力學的發(fā)展史上具有重要地位，是水力學初學者了解水流的層流和紊流兩種流態(tài)及其過渡和轉化規(guī)律的重要實驗，因此在水力學教學中雷諾試驗儀是種必不可少的教學實驗裝置。當管徑一定時，隨著流速的改變，圓管中可出現(xiàn)不同流態(tài)，一般通過計算圓管雷諾數(shù)來判別水流流態(tài)。雷諾試驗儀正是通過改變圓管中水流的雷諾數(shù)演示水流在不同雷諾數(shù)下的運動狀態(tài)及其在層流和紊流間相互轉化過程的教學裝置。在當前，雷諾試驗儀中雷諾數(shù)的改變主要通過改變圓管中流速來達到實驗目的，流速的改變往往通過調節(jié)流量來實現(xiàn)，但在實際操作時，由于流速調節(jié)造成的水流擾動會直接影響實驗的結果和精度，特別是水流從層流向紊流轉化或紊流向層流轉化的關鍵階段，觀察的實驗規(guī)律不明顯，多次重復實驗得到的臨界雷諾數(shù)并不穩(wěn)定，且偏差較大，對于水流的兩種流態(tài)及其轉化關系不熟悉的操作者而言，更是如此，甚至會影響實驗的教學效果及學生對雷諾數(shù)的認知。因此專利技術新的實驗裝置，減小實驗關鍵階段流量變化對實驗精度的影響，提高實驗的教學效果成為必要。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有雷諾實驗儀完全依靠改變圓管中水流流速方式調整雷諾數(shù)，在水流從層流向紊流轉化或紊流向層流轉化的關鍵階段，提供一種通過改變水溫而改變雷諾數(shù)的雷諾實驗儀，減弱調整流速引起的水流擾動對實驗結果的影響。為了解決上述技術問題，本專利技術提出以下技術方案：一種雷諾實驗儀及實驗方法，它包括水溫調控系統(tǒng)、實驗整流系統(tǒng)、實驗演示系統(tǒng)及水體循環(huán)系統(tǒng)；所述水溫調控系統(tǒng)由熱水系統(tǒng)模塊、冷水系統(tǒng)模塊及水體混合系統(tǒng)模塊組成，所述熱水系統(tǒng)模塊包括加熱系統(tǒng)和熱蓄水保溫箱，所述加熱系統(tǒng)與熱蓄水保溫箱相連；所述冷水系統(tǒng)模塊包括制冷系統(tǒng)和冷蓄水保溫箱，所述制冷系統(tǒng)與冷蓄水保溫箱相連；所述水體混合系統(tǒng)模塊包括混水閥，所述混水閥出水管道上安裝有抽水泵，抽水泵之后安裝有流量調節(jié)器，所述抽水泵上安裝有水溫控制裝置；所述實驗整流系統(tǒng)包括整流箱，在整流箱內部設置有多塊整流板；所述實驗演示系統(tǒng)包括示蹤劑存儲箱，所述示蹤劑存儲箱的底部安裝有示蹤劑導流管，所述示蹤劑導流管上安裝有示蹤劑調節(jié)閥門，所述示蹤劑導流管的另一端連通在透明保溫玻璃管段上，在透明保溫玻璃管段上安裝有控制閥門；所述水體循環(huán)系統(tǒng)包括尾水水箱，所述尾水水箱位于透明保溫玻璃管段的末端正下方，在尾水水箱內部設置有靈敏溫度計，尾水水箱的底部連通有循環(huán)管，所述循環(huán)管上依次安裝有第一控制閥、抽水泵、分水閥和第二控制閥，所述循環(huán)管的出水端設置有水箱。所述混水閥采用恒溫混水閥，能夠在小范圍內自動維持設定的出水溫度。所述熱蓄水保溫箱和冷蓄水保溫箱的外部包裹有保溫材料。所述整流箱與流量調節(jié)器之間使用軟管柔性連接；整流箱內設置兩塊平行直立整流板。所述透明保溫玻璃管段單元采用含隔溫層透明玻璃管。所述加熱系統(tǒng)的進水管上設置有第三控制閥。所述制冷系統(tǒng)的進水管上設置有第四控制閥。采用任意一項所述雷諾實驗儀的試驗方法，它包括以下步驟：第一步，打開進水口第四控制閥和第三控制閥，連通外界冷水系統(tǒng)與冷水系統(tǒng)模塊、熱水系統(tǒng)模塊，使來水分別經加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)儲存在對應熱蓄水保溫箱、冷蓄水保溫箱；第二步，在混水系統(tǒng)模塊中，調節(jié)水溫控制裝置設置溫度，利用混水閥將熱蓄水、冷蓄水混合成恒溫水，通過抽水泵泵送至實驗整流演示模塊；第三步，實驗模塊中，經整流箱整流的特定溫度水與示蹤劑匯合，流經透明保溫玻璃管段，匯集于尾水箱中；待尾水箱存水一定時，開啟抽水泵，將尾水匯集模塊的實驗水泵送至熱水系統(tǒng)模塊中循環(huán)利用，若是多臺雷諾實驗儀共同演示，也可調整分水閥，開啟出口控制閥門，分水進入水箱。第四步，實驗第一階段，雷諾數(shù)由低到高演示實驗；第五步，實驗第二階段，雷諾數(shù)由高到低演示實驗。雷諾數(shù)由低到高演示實驗具體操作為，控制混水系統(tǒng)模塊中的流量調節(jié)器調整流量，微開示蹤劑閥門，可以看到管中的有色液體呈現(xiàn)一條細直流線，說明此流態(tài)為層流；逐漸緩慢開大流量調節(jié)器閥門，流量由小到大對應到雷諾數(shù)1800±200確定的圓管流速時停止調整，保持當前流量調節(jié)器調節(jié)設置；開始逐步調整水溫控制裝置的設置溫度，可以觀察到玻璃管內有色直線開始出現(xiàn)脈動，但流體質點還未達到相互交換程度，此時，即為流體流動狀態(tài)開始轉換的上臨界狀態(tài)，記下此刻實驗溫度，可以求解出水流從層流向紊流轉化的實際雷諾數(shù)；繼續(xù)緩慢調整水溫控制裝置的設置溫度，可以觀察到有色直線完全紊亂，水體流態(tài)進入紊流階段，繼續(xù)調整水溫控制裝置對應到雷諾數(shù)3000±200確定的水體溫度時停止調整；重新調整混水系統(tǒng)模塊中的流量調節(jié)器，調大流量。雷諾數(shù)由高到低演示實驗具體操作為，控制混水系統(tǒng)模塊中的流量調節(jié)器調整流量，流量由大到小對應到雷諾數(shù)3000±200確定的圓管流速時停止調整，保持當前流量調節(jié)器調節(jié)設置；開始調整水溫控制裝置的設置溫度，觀察到水流從紊流向層流轉化的實驗現(xiàn)象，記下此刻實驗溫度，可以求解出水流從紊流向層流轉化的實際雷諾數(shù)；繼續(xù)調整水溫控制裝置的設置溫度，試驗玻璃管中會再次出現(xiàn)細直色線，流體流態(tài)轉變?yōu)閷恿鳎粚嚼字Z數(shù)1800±200計算出的水體溫度時停止調整，重新調整混水系統(tǒng)模塊中的流量調節(jié)器，調小流量，準備下次實驗。本專利技術提供的一種改進雷諾實驗儀，與傳統(tǒng)雷諾實驗儀相比較其有益效果在于：利用水溫的改變，調整水體運動黏性系數(shù)代替通過流量的改變調整圓管流速繼而改變層流與湍流之間雷諾數(shù)的目的，有效的減少了水流擾動影響、提高了實驗精度。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。圖1是雷諾實驗儀結構單元圖。圖2是總體水循環(huán)系統(tǒng)示意圖。圖中：加熱系統(tǒng)1、熱蓄水保溫箱2、制冷系統(tǒng)3、冷蓄水保溫箱4、混水閥5、水溫控制裝置6、示蹤劑存儲箱7、示蹤劑調節(jié)閥門8、示蹤劑導流管9、整流箱10、透明保溫玻璃管段11、流量調節(jié)器12、尾水水箱13、第一控制閥14、抽水泵15、分水閥16、循環(huán)管17、控制閥門18、靈敏溫度計19、軟管20、整流板21、水箱22、第四控制閥23、第三控制閥24。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施方式做進一步的說明。實施例1：如圖1，一種新型雷諾實驗儀，包括有水溫調控系統(tǒng)、實驗整流系統(tǒng)、實驗演示系統(tǒng)及水體循環(huán)系統(tǒng)組成。特別是水溫調控系統(tǒng)，用于改變實驗水體溫度達到調整雷諾數(shù)的目的；所述水溫調控系統(tǒng)包括熱水系統(tǒng)模塊、冷水系統(tǒng)模塊、水體混合系統(tǒng)模塊組成。其中，所述熱水系統(tǒng)模塊，包括加熱系統(tǒng)1、熱蓄水保溫箱2，加熱系統(tǒng)1與熱蓄水保溫箱2之間用塑料圓管內部連接，首先利用加熱系統(tǒng)1對來水進行升溫，然后存儲到熱蓄水保溫箱2，保證足量穩(wěn)定熱水供應；所述冷水系統(tǒng)模塊，包括制冷系統(tǒng)3、冷蓄水保溫箱4，制冷系統(tǒng)3與冷蓄水保溫箱4之間用塑料圓管內部連接，首先利用制冷系統(tǒng)3對來水進行降溫，然后存儲到冷蓄水保溫箱4，實驗不需要特殊制冷時，即演示雷諾數(shù)波動范圍幅度較小時，可直接使用外界常溫水。外界常溫水系統(tǒng)水體通過塑料圓管分別流入加熱系統(tǒng)1、制冷系統(tǒng)3；經加熱系統(tǒng)1或制冷系統(tǒng)3未開啟，分別流入熱蓄水保溫箱2、冷蓄水保溫箱4。進一步的，所述水體混合系統(tǒng)模塊，由混水閥5、流量調節(jié)器12、抽水泵15和水溫控制裝置6組成。混水閥5通過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雷諾實驗儀，其特征在于：它包括水溫調控系統(tǒng)、實驗整流系統(tǒng)、實驗演示系統(tǒng)及水體循環(huán)系統(tǒng)；所述水溫調控系統(tǒng)由熱水系統(tǒng)模塊、冷水系統(tǒng)模塊及水體混合系統(tǒng)模塊組成，所述熱水系統(tǒng)模塊包括加熱系統(tǒng)（1）和熱蓄水保溫箱（2），所述加熱系統(tǒng)（1）與熱蓄水保溫箱（2）相連；所述冷水系統(tǒng)模塊包括制冷系統(tǒng)（3）和冷蓄水保溫箱（4），所述制冷系統(tǒng)（3）與冷蓄水保溫箱（4）相連；所述水體混合系統(tǒng)模塊包括混水閥（5），所述混水閥（5）出水管道上安裝有抽水泵（15），抽水泵（15）之后安裝有流量調節(jié)器（12），所述抽水泵（15）上安裝有水溫控制裝置（6）；所述實驗整流系統(tǒng)包括整流箱（10），在整流箱（10）內部設置有多塊整流板（21）；所述實驗演示系統(tǒng)包括示蹤劑存儲箱（7），所述示蹤劑存儲箱（7）的底部安裝有示蹤劑導流管（9），所述示蹤劑導流管（9）上安裝有示蹤劑調節(jié)閥門（8），所述示蹤劑導流管（9）的另一端連通在透明保溫玻璃管段（11）上，在透明保溫玻璃管段（11）上安裝有控制閥門（18）；所述水體循環(huán)系統(tǒng)包括尾水水箱（13），所述尾水水箱（13）位于透明保溫玻璃管段（11）的末端正下方，在尾水水箱（13）內部設置有靈敏溫度計（19），尾水水箱（13）的底部連通有循環(huán)管（17），所述循環(huán)管（17）上依次安裝有第一控制閥（14）、抽水泵、分水閥（16）和第二控制閥（25），所述循環(huán)管（17）的出水端設置有水箱（22）。...

【技術特征摘要】
1.一種雷諾實驗儀，其特征在于：它包括水溫調控系統(tǒng)、實驗整流系統(tǒng)、實驗演示系統(tǒng)及水體循環(huán)系統(tǒng)；所述水溫調控系統(tǒng)由熱水系統(tǒng)模塊、冷水系統(tǒng)模塊及水體混合系統(tǒng)模塊組成，所述熱水系統(tǒng)模塊包括加熱系統(tǒng)（1）和熱蓄水保溫箱（2），所述加熱系統(tǒng)（1）與熱蓄水保溫箱（2）相連；所述冷水系統(tǒng)模塊包括制冷系統(tǒng)（3）和冷蓄水保溫箱（4），所述制冷系統(tǒng)（3）與冷蓄水保溫箱（4）相連；所述水體混合系統(tǒng)模塊包括混水閥（5），所述混水閥（5）出水管道上安裝有抽水泵（15），抽水泵（15）之后安裝有流量調節(jié)器（12），所述抽水泵（15）上安裝有水溫控制裝置（6）；所述實驗整流系統(tǒng)包括整流箱（10），在整流箱（10）內部設置有多塊整流板（21）；所述實驗演示系統(tǒng)包括示蹤劑存儲箱（7），所述示蹤劑存儲箱（7）的底部安裝有示蹤劑導流管（9），所述示蹤劑導流管（9）上安裝有示蹤劑調節(jié)閥門（8），所述示蹤劑導流管（9）的另一端連通在透明保溫玻璃管段（11）上，在透明保溫玻璃管段（11）上安裝有控制閥門（18）；所述水體循環(huán)系統(tǒng)包括尾水水箱（13），所述尾水水箱（13）位于透明保溫玻璃管段（11）的末端正下方，在尾水水箱（13）內部設置有靈敏溫度計（19），尾水水箱（13）的底部連通有循環(huán)管（17），所述循環(huán)管（17）上依次安裝有第一控制閥（14）、抽水泵、分水閥（16）和第二控制閥（25），所述循環(huán)管（17）的出水端設置有水箱（22）。2.根據(jù)權利要求1所述的一種雷諾實驗儀，其特征在于：所述混水閥（5）采用恒溫混水閥，能夠在小范圍內自動維持設定的出水溫度。3.根據(jù)權利要求1所述的一種雷諾實驗儀，其特征在于：所述熱蓄水保溫箱（2）和冷蓄水保溫箱（4）的外部包裹有保溫材料。4.根據(jù)權利要求1所述的一種雷諾實驗儀，其特征在于：所述整流箱（10）與流量調節(jié)器（12）之間使用軟管（20）柔性連接；整流箱內設置兩塊平行直立整流板（21）。5.根據(jù)權利要求1所述的一種雷諾實驗儀，其特征在于：所述透明保溫玻璃管段單元（11）采用含隔溫層透明玻璃管。6.根據(jù)權利要求1所述的一種雷諾實驗儀，其特征在于：所述加熱系統(tǒng)（1）的進水管上設置有第三控制閥（24）。7.根據(jù)權利要求1所述的一種雷諾實驗儀，其特征在于：所述制冷系統(tǒng)（3）的進水管上設置有第四控制閥（23）。8.采用權利要求1-7任意一項所述雷諾實驗儀的試驗方法，其特征在于，它包括以下步驟：第一步，打開進水口第四控制閥（23）和第三...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：蔣定國，全秀峰，姚義振，劉偉，王蒙蒙，
申請(專利權)人：三峽大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北,42