【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種雷諾實驗裝置，尤其涉及一種便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置及其實施方法，主要針對的為流體力學研究的基礎實驗。
技術介紹
1、雷諾實驗室是流體力學、水力學等課程的經典實驗，是學生學習古典流體力學中應用無量綱參數進行實驗研究的重要方法。設有土木類、能源動力類、紡織類、冶金類、化工與制藥類、水利工程類專業的高校在培養學生的時候都會涉及雷諾實驗的學習。
2、1883年，雷諾(reynold)做了一系列經典實驗，以驗證前人所做的同類實驗，該實驗揭示了重要的流體流動機理。雷諾用滴管在流體內注入有色顏料，發現流速不大時，管內呈現一條條與管壁平行并清晰可見的有色細絲即脈線，管內流體分層流動，互不混淆，說明管內流體處于層流運動狀態。若保持管徑不變，增大流速，則脈線變粗，使各部分顏料顆粒相互劇烈摻混，并混亂而均勻地分散到整個流體之中，導致脈線消失，此時流體處于湍流狀態。
3、雷諾實驗即要求學生觀察到明顯的實驗現象，又要求學生測量到精確的數據，這與使用的雷諾實驗裝置有著很大的關系。傳統實驗裝置使用碳素墨水作為示蹤劑，因為碳素墨水能夠呈現較好的實驗現象，然而碳素墨水會短時間內污染循環水，明顯的實驗現象僅能維持較短的時間。因此，后續實驗需要頻繁換水，這不僅造成水資源的浪費，而且還增加了實驗人員的實驗準備工作量以及準備時間。同時，使用碳素墨水，雷諾實驗裝置的針管容易被示蹤劑堵塞，針管不易拆卸和清洗，影響實驗裝置下次使用。為了改善雷諾實驗中的上述諸多問題，本專利技術提供了一種便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置及其實施方法。
4、解釋相關關鍵技術；
5、示蹤劑：
6、示蹤劑是一種與原溶劑相容，且不與原溶劑發生化學反應的有色液體。
7、吸附：
8、當流體與多孔固體接觸時，流體中某一組分或多個組分在固體表面處產生積蓄，此現象稱為吸附。吸附也指物質(主要是固體物質)表面吸住周圍介質(液體或氣體)中的分子或離子現象。工業上經常利用大面積的物質進行吸附，如活性炭、水膜等，因為大面積的活性炭能夠與雜質充分接觸，在分子之間的相互吸引力作用下，將雜質吸附到活性炭的表面，使得水中的雜質去除。
9、凸透鏡成像：
10、凸透鏡具有聚光作用，當物距小于焦距時，人看到物體是凸透鏡形成放大，正立虛像。
11、電磁霍爾流量傳感器：
12、電磁流量傳感器是測量管、磁路系統、電極和干擾調整器等部件組成，用于測量導電液體與漿液的瞬時流量與體積流量。
13、槽型光電傳感器：
14、把一個光發射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側組成槽形光電。發光器能發出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作，輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。
15、現有技術一：使用水解墨水作為示蹤劑。
16、現有技術一的缺點：
17、使用水解墨水可以解決雷諾實驗水資源浪費的問題以及針管淤堵的問題，但是會讓實驗現象難以觀察，水解墨水快速溶解給學生觀察實驗現象帶來的難度。同時，現有的水解墨水并沒有得到廣泛的應用，采購困難，而且使用水解墨水作為示蹤劑，需要精確配制示蹤劑的濃度，不便于學生日常使用。
18、有鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供了一種便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置及其實施方法，以解決現有技術中存在的上述技術問題。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：
3、本專利技術的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，包括貯水箱1、供水管2、出水管3、恒壓水箱4、觀測管道5、微型電腦6、流量監測器7、流態監測器8、閥門9、逆止閥10、過濾水箱11、水管12和實驗臺13；
4、所述恒壓水箱4、觀測管道5、微型電腦6、流量監測器7、流態監測器8、閥門9、逆止閥10放置在實驗臺13上，所述貯水箱1、供水管2、出水管3、水管12放置于實驗臺13下；
5、所述貯水箱1內部設有水泵，所述恒壓水箱4設在貯水箱1上方，這兩部分通過供水管2和出水管3連接成，實驗時水流實現貯水箱1→供水管2→恒壓水箱4→出水管3→貯水箱1的循環流動；
6、所述流量監測器7、流態監測器8、閥門9、逆止閥10依次連接在觀測管道5上；
7、所述觀測管道5進口與恒壓水箱4相連，出口對準過濾水箱11，所述過濾水箱11與貯水箱1用水管12連接；
8、實驗時水流的的循環流動方向為：恒壓水箱4→觀測管道5→過濾水箱11→水管12→貯水箱1→恒壓水箱4；
9、所述流量監測器7內設電磁霍爾流量傳感器，傳感器的感應端插入管道51的中心，所述流態監測器8內設槽型光電傳感器81；
10、所述流量監測器7和流態監測器8的信號輸出端連接著微型電腦6，所述微型電腦6接收到電信號后轉換成數據并處理數據，完成雷諾數re的自動監測和實驗圖像的自動繪制。
11、上述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置的實施方法，包括步驟：
12、步驟1、做好實驗準備工作：將圖1所示的貯水箱1注滿實驗用水；保持蹤劑調速器42關閉，檢查針管43是否疏通且正對觀測管道5的管道軸心，如果針管43淤堵就打開清洗水槽41內的微型水泵進行沖洗疏通；同時檢查過濾水箱11中udf濾芯111是否安裝完好；
13、步驟2、啟動電源，觀測管道5的led燈帶53亮起，調節供水管2上的水閥開關，實驗用水將從貯水箱1中通過供水管2流入恒壓水箱4中；同時調節觀測管道5的閥門9讓水流形成滿管流后進入過濾水箱11，過濾水箱11中的水又會經過水管12流向貯水箱1，這時就形成恒壓水箱4→觀測管道5→過濾水箱11→水管12→貯水箱1→恒壓水箱4的水循環系統；
14、步驟3、打開微型電腦6的數據參數輸入界面，將室溫、管徑參數輸入進去，同時將閥門9的開度調節到最大或最小；
15、步驟4、向示蹤劑盒44中倒入示蹤劑，打開示蹤劑調速器42并調節開度，觀察到觀測管道5的中有顏色水進入；此時，點擊微型電腦6的操作界面，采集流量數據和流態數據，看見微型電腦6的顯示屏中顯示流量q、流速v、雷諾數re數據，同時有實驗圖像顯示；
16、步驟5、觀察觀測管道5中的實驗現象，當閥門9的開度，從最大勻速調節到最小時，實驗者觀察到觀測管道5中的顏色水從混摻的狀態慢慢變成一條直線，水流從層流狀態過渡到湍流狀態，led小燈泡61從熄滅的狀態過渡到發亮的狀態；當閥門9的開度，從最小勻速調節到最大時，實驗者觀察到觀測管道5中的顏色水從一條直線慢慢變成混摻的狀態，水流從湍流狀態過渡到層流狀態，led小燈泡61從發亮的狀態過渡到熄滅的狀態；在微型電腦6上觀測到輸出的數據和實驗圖表，最后點擊保存導出實驗數據和圖表；
17、步驟6、實驗結束后更換udf濾芯111，當過濾水箱11流出來的水顏色本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，包括貯水箱(1)、供水管(2)、出水管(3)、恒壓水箱(4)、觀測管道(5)、微型電腦(6)、流量監測器(7)、流態監測器(8)、閥門(9)、逆止閥(10)、過濾水箱(11)、水管(12)和實驗臺(13)；
2.根據權利要求1所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，所述恒壓水箱(4)外部固定有清洗水槽(41)、示蹤劑調速器(42)、示蹤劑盒(44)及用于沖洗的針管(43)；恒壓水箱(4)內部由三塊高度不同的溢流板45隔開，中間的溢流板是透水的洞洞板，其余兩塊溢流板的是沒有洞的擋板。
3.根據權利要求2所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，所述觀測管道(5)包括管道(51)，管道(51)材質為透明有機玻璃的壓力管道，其外部一段套有放大鏡(52)，放大鏡(52)安裝在放大鏡支座(54)上；
4.根據權利要求3所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，所述微型電腦(6)包括計算機主板和LED顯示屏，并設有開關和參數設置按鈕，微型電腦(6)的外部裝有LED小燈泡(61)；
5.根據權利要求4所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于：
6.根據權利要求5所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，所述過濾水箱(11)包括UDF濾芯(111)和圓錐水箱(112)，UDF濾芯(111)是高為250mm，直徑為70mm的圓柱形，圓錐水箱(112)的上部分是一個上底直徑為200mm，下底直徑為100mm，高為300mm的空心圓錐體，下部分是一個直徑為100mm，高度為260mm的空心圓柱體容器，材質為有機玻璃，圓錐水箱(112)的下部分設有更換UDF濾芯(111)的替芯門，替芯門是直徑為72mm，高為250mm，替芯門上設有把手，把手長為200mm。
7.一種權利要求1至6任一項所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置的實施方法，其特征在于，包括步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，包括貯水箱(1)、供水管(2)、出水管(3)、恒壓水箱(4)、觀測管道(5)、微型電腦(6)、流量監測器(7)、流態監測器(8)、閥門(9)、逆止閥(10)、過濾水箱(11)、水管(12)和實驗臺(13)；
2.根據權利要求1所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，所述恒壓水箱(4)外部固定有清洗水槽(41)、示蹤劑調速器(42)、示蹤劑盒(44)及用于沖洗的針管(43)；恒壓水箱(4)內部由三塊高度不同的溢流板45隔開，中間的溢流板是透水的洞洞板，其余兩塊溢流板的是沒有洞的擋板。
3.根據權利要求2所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，其特征在于，所述觀測管道(5)包括管道(51)，管道(51)材質為透明有機玻璃的壓力管道，其外部一段套有放大鏡(52)，放大鏡(52)安裝在放大鏡支座(54)上；
4.根據權利要求3所述的便于觀察實驗現象的雷諾實驗裝置，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：燕琴，胡文強，王澤龍，廖石丹，陳瑞，
申請(專利權)人：南昌工學院，
類型：發明
國別省市：
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