一种开放式空气流动局部阻力测量教学实验装置 【技术领域】
本发明涉及一种空气流动局部阻力测量的实验装置。
背景技术
以空气为介质的气体输送广泛存在于生产与生活中，输送过程要消耗能量以克服流动过程的阻力。减阻技术对节省能源、降低噪音、保护生态环境等都有着重要的意义。流体输送过程产生的阻力分沿程阻力和局部阻力，减少沿程阻力比较困难，而大部分局部阻力可通过采取减阻措施将其减小。流体输送过程中流通通道形状、几何尺寸的突然改变，会引发流体的扰动、改变原有的流动状态，突缩、突扩、转弯、流体的分流与和流等典型工况是常见的引发局部阻力产生的工况；以往的教学实验台仅仅能测量流体流动过程中流动阻力及流速变化关系，而没有研究流动过程中流动阻力随流道改变的变化关系。现有技术中没能提供一种用于测量空气流动过程中流动阻力随流速及流道的多种变化关系的实验装置。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种开放式空气流动局部阻力测量教学实验装置，以用于测量流动(空气为介质的流动)过程中局部流动阻力随流道几何尺寸改变及流速改变的变化关系，进而得到某一具体工况条件下流动阻力最小的流道结构来减少局部阻力；用于大学生开展开放式实验教学。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明所述的一种开放式空气流动局部阻力测量教学实验装置包括变频调速引风机、收缩段管、两个测量段管、实验段、进风段管、两个毕托管、两个电子微压计、两组管路和用于测量压差的电子微压计；所述变频调速引风机与收缩段管的小端连通，所述实验段设置在两个测量段管之间并与二者的各自一端可拆卸连通，收缩段管的大端与两个测量段管中的一个的另一端连通，两个测量段管中的另一个的另一端与进风段管的一端连通，每个测量段管上安装有一个毕托管，每个毕托管连接有一个电子微压计，在每个测量段管侧壁的中部开有至少两个取压孔，两个测量段管上的取压孔分别通过管路与用于测量压差的电子微压计连接。
本本发明专利的有益效果是：本发明所述的实验装置是一个开放的装置，可通过改变实验段的不同结构来研究以空气为介质的流动在流动过程中流动局部阻力随流道改变及流速改变的变化关系，以得到一种在相同风速下流动阻力最小的流道结构，及减少局部阻力的方法。由于流动过程阻力减小，使得驱动该流动的风机功率大大降低，直接效果是耗电量降低、节约能源。本发明所述的实验装置是一个开放的装置，可为大学生提供一种新型教学实验设备，用于进行开放实验教学，培养学生专业知识及科研创新能力。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图(主视图)，图2是图1的右视图，图3是图1的左视图；图4是具体实施方式二所述实验段7的主视图，图5是图4的左视图，图6是图4的右视图；图7是具体实施方式三所述实验段7的主视图，图8是图7的左视图；图9是具体实施方式四所述实验段7的主视图，图10是图9的左视图；图11～图14是具体实施方式五所述实验段7的左视图的四种形式；图15是通过本发明测得的流动(空气为介质的流动)过程中流动阻力随流道改变的变化关系曲线图。
【具体实施方式】
具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式所述一种开放式空气流动局部阻力测量教学实验装置包括变频调速引风机14、收缩段管9、两个测量段管6、实验段7、进风段管5、两个毕托管10、两个电子微压计11、两组管路13和用于测量压差的电子微压计12；所述变频调速引风机14与收缩段管9的小端连通，所述实验段7设置在两个测量段管6之间并与二者的各自一端可拆卸连通，收缩段管9的大端与两个测量段管6中的一个的另一端连通，两个测量段管6中地另一个的另一端与进风段管5的一端连通，每个测量段管6上安装有一个毕托管10，每个毕托管10连接有一个电子微压计11，在每个测量段管6侧壁的中部开有至少两个取压孔6-1，两个测量段管6上的取压孔6-1分别通过管路13与用于测量压差的电子微压计12连接。所述实验装置相当于由本体部分与实验段两部分构成。变频调速引风机14、收缩段管9、两个测量段管6、进风段管5、两个毕托管10、两个电子微压计11、两组管路13和用于测量压差的电子微压计12构成了所述实验装置的本体部分，即实验装置的公共平台。实验段虽然在附图1中仅为一个部件(实验段7)，但它是实现测量空气流动过程中局部流动阻力随流速及流道的多种变化关系的核心。本发明给出了突缩、突扩、缩扩等典型工况，学生通过完成上述典型实验工况，获得流动阻力测量及减阻的基础知识，针对某一具有实际意义的特定工况(突缩、突扩、转弯、流体的分流与和流)通过重新设计相应的实验段，完成开放教学实验。本发明所述的“开放式”是指实验段7可选用多种不同的流道结构形式。
本实施方式所述实验段7与其两端的测量段管6、收缩段管9与测量段管6以及测量段管6与进风段管5之间可采用法兰8连接。每对法兰盘之间设有垫片3且每对法兰盘通过多个螺栓4固接。两个测量段管6的横截面可采用正方形结构。
具体实施方式二：如图4～6所示，本实施方式所述实验段7是横截面呈正方形且渐缩的筒体或横截面浙缩的四棱形筒体。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图7～8所示，本实施方式所述实验段7是由两段横截面呈正方形且渐缩的筒体7-2构成，所述两段横截面呈正方形且渐缩的筒体7-2的小端连通在一起。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图9～10所示，本实施方式所述实验段7是横截面呈正方形的筒体。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式二～四给出了实验段7的不同结构。在变频调速引风机14提供的压强、两个测量段管6和进风段管5的几何结构形状不变的条件下，通过改变实验段7的流道结构，来测量不同速度下，阻力的变化曲线。
具体实施方式五：如图11～14所示，本实施方式所述实验段7是正方形板体，沿所述正方形板体的厚度方向开有矩形通孔7-1。从图11～图14可看出，矩形通孔7-1的内何中心线与测量段管6的内何中心线可重合或平行，以构筑不同的流道结构。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：如图1～3所示，本实施方式所述实验装置还包括格栅1和过滤网2，所述格栅1和过滤网2由内向外依次安装在测量段管6与进风段管5的连接处。设置过滤网2是为了滤除空气中的杂质，设置格栅1为了均匀配分配经由进风段管5进入从测量段管6内的空气。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
本发明不仅限于上述具体实施方式，凡是本领域技术人员根据本发明的技术启示而得到的等同变换或者是等效替换的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
工作原理：两个毕托管10及两个电子微压计11用于测量两个测量段管6内部空气的流通速度，一般取两个电子微压计11的平均值作为测量结果，而且设有两个毕托管10及两个电子微压计11还可用于相互校验；用于测量压差的电子微压计12用来测量实验段7两端的测量段管6之间的压差值，压差值大小用来评价实验段7产生的阻力大小。如图15所示，横坐标v表示空气的流通速度，纵坐标Δp表示压差值，五条曲线表示五个结构不同的实验段7的空气的流通速度和压差值之间的关系。