• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种流体力学实验装置，包括水泵、水箱、管组、流体压力检测部和层流部。管组包括至少一个管件，管件上设有开/闭单元，管组中的管件并联设置；水箱、水泵和管组依次串联连通并形成回路。流体压力检测部包括与管件一一对应的至少一个检测组，检测组包括两个检测端，两个检测端分别设于对应管件的上游检测点和下游检测点，用于检测检测端处管件中的流体压力。层流部与管组并联，层流部包括沿水流方向依次设置的高位水箱、层流管和计量水箱，层流管上并联有差压检测器，差压检测器用于检测层流管上的流体压力差。本实用新型提供的流体力学实验装置，通过流体压力检测部能够实现管件特性的检测，通过层流部能够实现层流管特性的检测。
    公开号:CN214336078U
    申请号:CN202023272912.4U
    申请日:2020-12-30
    公开日:2021-10-01
    发明作者:王庚；蔡亮斌；袁继军；刘世龙；雷继红
    申请人:Zhejiang Supcon Scientific Instrument Co ltd；
    IPC主号:G09B23-12
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型属于教学仪器领域，尤其涉及一种流体力学实验装置。
    [n0002] 在流体力学实验领域，人们所采用的实验装置是针对特定的实验类型进行设计的，一种实验装置，只可进行一种或者两种特定实验，功能单一，用户需进行多种流体实验时，需在不同的装置上进行，不同装置、不同检测仪器频繁更换，给研究人员带来很大的不便，且层流实验由于检测流量小，受动力设备的干扰极大，实验结果误差极大。
    [n0003] 本实用新型的目的在于提供一种流体力学实验装置，以解决现有技术中流体力学实验装置功能单一的问题。
    [n0004] 本实用新型的技术方案为：
    [n0005] 一种流体力学实验装置，包括：机架和设置在所述机架上的水泵、水箱、管组、流体压力检测部、层流部；
    [n0006] 所述管组包括至少一个管件，所述管件上设有开/闭单元，所述管组中的所述管件并联设置；所述水箱、所述水泵和所述管组依次串联连通并形成回路，所述水泵的输出端和所述管组之间设有流量检测器，用于检测进入所述管组的流体流量；
    [n0007] 所述流体压力检测部包括与所述管件一一对应的至少一个检测组，所述检测组包括两个检测端，两个所述检测端分别设于对应所述管件的上游检测点和下游检测点，用于检测所述检测端处所述管件中的流体压力；
    [n0008] 所述层流部与所述管组并联，所述层流部包括沿水流方向依次设置的高位水箱、层流管和计量水箱，所述层流管上并联有差压检测器，所述差压检测器用于检测所述层流管上的流体压力差。
    [n0009] 优选地，所述管组包括四个管件，分别为异型管、粗糙管、光滑管和局部阻力管，所述局部阻力管内设有具有多个开度的球阀。
    [n0010] 优选地，所述球阀设于所述局部阻力管上的所述上游检测点和所述下游检测点之间。
    [n0011] 优选地，每一所述开/闭单元设于对应的两个所述检测端的水流上游。
    [n0012] 优选地，所述水泵为转速和功率可控的离心泵，所述离心泵的抽取端与所述水箱连通。
    [n0013] 优选地，所述水泵为转速和功率可控的离心泵，所述离心泵和所述水箱之间还连通有离心泵管，所述离心泵管与所述管组和所述层流部并联，所述离心泵管上设有开/闭单元；所述离心泵的抽取端设有泵进口压力器，所述离心泵的输出端设有泵出口压力器。
    [n0014] 优选地，还包括设于所述机架上的恒温水箱和温度计，所述恒温水箱与所述管组、所述层流部并联，用于保持水温的恒定，所述温度计设于所述水泵和所述恒温水箱之间，所述水泵、所述温度计、所述恒温水箱和所述水箱形成串联回路。
    [n0015] 优选地，所述恒温水箱内设有密度计和粘度计，用于检测流体的密度和粘度。
    [n0016] 优选地，所述流量检测器为电磁流量计，所述差压检测器为倒U型差压计。
    [n0017] 优选地，所述流体压力检测部为两台压差变送器，两台所述压差变送器分别为上游压差变送器和下游压差变送器，所述上游压差变送器的检测端设于所述管件的上游检测点，所述下游压差变送器的检测端设于所述管件的下游检测点，同一所述管件上的所述上游压差变送器的检测端与所述下游压差变送器的检测端组成一个所述检测组。
    [n0018] 本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
    [n0019] (1)本实用新型提供的流体力学实验装置，通过管件的截面、管件内流体的流量(流量检测器)和差压(流体压力检测部)检测能够实现管件特性的检测(计算得到管件的阻力系数以及各种管件间阻力的差别，并与教科书上的内容进行比对)，通过层流部能够实现层流管特性(层流的雷诺数以及测流阻力系数)的检测，因此本实用新型一台实验装置不仅能够进行管件特性实验，还能够进行层流管特性实验，解决了现有技术中流体力学实验装置功能单一的问题。
    [n0020] (2)层流是流量很小时的流动，基本流量在50L/h以下，所以水泵的振动会影响流量，同时层流流量太小，难以直接测定，因此水泵对层流实验影响很大。本实用新型提供的流体力学实验装置，在水泵和层流管之间设置高位水箱，流体经过高位水箱进入调节水泵出口流量，控制高位水箱液位稳定，调节层流管内水流流至计量槽，记录时间、差压(通过压差检测器)和计量槽内的体积。高位槽内有溢流，多余水返回水箱。此实验可避免泵的振动，对层流的影响。
    [n0021] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。
    [n0022] 图1为本实用新型的一种流体力学实验装置的结构示意图；
    [n0023] 图2为本实用新型的一种流体力学实验装置的示意图。
    [n0024] 附图标记说明：
    [n0025] 1：水泵；2：水箱；3：压差变送器；4：异型管；5：粗糙管；6：光滑管；7：局部阻力管；8：球阀；9：层流管；10：高位水箱；11：计量水箱；12：倒U型差压计；13：密度计；14：粘度计；15：恒温水箱；16：泵进口压力器；17：泵出口压力器；18：温度计；19：离心泵管；20：针型阀；21：电磁流量计。
    [n0026] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
    [n0027] 为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
    [n0028] 参看图1，本实施例提供一种流体力学实验装置，包括水泵1、水箱2、管组、流体压力检测部和层流部。
    [n0029] 管组包括至少一个管件，管件上设有开/闭单元，管组中的管件并联设置；水箱2、水泵1和管组依次串联连通并形成回路。流体压力检测部包括与管件一一对应的至少一个检测组，检测组包括两个检测端，两个检测端分别设于对应管件的上游检测点和下游检测点，用于检测检测端处管件中的流体压力，所述水泵1的输出端和所述管组之间设有流量检测器，用于检测进入所述管组的流体流量。
    [n0030] 层流部与管组并联，层流部包括沿水流方向依次设置的高位水箱10、层流管9和计量水箱11，层流管9上并联有差压检测器，差压检测器用于检测层流管9上的流体压力差。
    [n0031] 本实施例提供的流体力学实验装置，管件允许流量通过的截面面积是可以直接得到的，在局部阻力管7内球阀8的开度也是已知的，通过流量检测器和流体压力检测部能够实现管件特性的检测，具体为通过检测得到的数据计算进行管件的阻力系数的测定，以及得到各种管件间阻力的差别；通过层流部能够实现层流管9特性的检测，具体为通过检测得到的数据得到雷诺数和管件阻力系数。因此本实施例一台实验装置不仅能够进行管件特性实验，还能够进行层流管9特性实验，能解决现有技术中流体力学实验装置功能单一的问题。
    [n0032] 同时，层流是流量很小时的流动，基本流量在50L/h以下，所以水泵1的振动会影响流量，同时层流流量太小，难以直接测定，因此水泵1对层流实验影响很大。本实施例提供的流体力学实验装置，在水泵1和层流管9之间设置高位水箱10，流体经过高位水箱10进入调节水泵1出口流量，控制高位水箱10液位稳定，调节层流管9内水流流至计量槽，记录时间、差压(通过压差检测器)和计量槽内的体积。高位槽内有溢流，多余水返回水箱2。此实验可避免泵的振动，对层流的影响。
    [n0033] 现对本实施例的结构进行说明。
    [n0034] 在本实施例中，管组同时包括异型管4、粗糙管5、光滑管6和局部阻力管7，这四个管件均水平放置。其中，局部阻力管7内设有具有多个开度的球阀8。管件上的开/闭单元均设置在对应的两个检测端的水流上游，这四个管件的输出端均连通一个输出端管路，经输出端管路连通至水箱2，在输出端管路上可以在设置一个开/闭单元。局部阻力管7上的球阀8可以设置在局部阻力管7上的上游检测点和下游检测点之间，在做不同实验时，将阀门开度调整到制定位置即可。在本实施例中，开/闭单元均可以是手动阀门或电磁阀等。
    [n0035] 流体压力检测部可以是两台压差变送器3，两台所述压差变送器3分别为上游压差变送器和下游压差变送器，所述上游压差变送器的检测端设于所述管件的上游检测点，所述下游压差变送器的检测端设于所述管件的下游检测点，同一所述管件上的所述上游压差变送器的检测端与所述下游压差变送器的检测端组成一个所述检测组。
    [n0036] 在层流部中，层流管和计量水箱之间可以设置针型阀20，从而精确控制层流的流量；差压检测器可以选择倒U型差压计12。流体添加进水箱2，通过水泵1流经流体力学实验装置中的各个管路部件。水泵1可以选择转速和功率可控的离心泵，离心泵和水箱2之间还连通有离心泵管19，离心泵管19与管组和层流部并联，且离心泵管19上设有开/闭单元。离心泵的抽取端连通水箱2，离心泵的抽取端设有泵进口压力器16，离心泵的输出端设有泵出口压力器16。其中，泵进口压力器16和泵出口压力器16都可以是压力表，可以采用远传压力变送器向外输送测得的数据。离心泵的功率可以通过功率变送器远传变送显示，转速可以采用编码器远传显示转速，所以离心泵的转速和功率都可以直接得到；而流体的流量可以由流量检测器得到，具体可以是电磁流量计21。进一步地，离心泵可以采用轻型卧式多级不锈钢离心泵。
    [n0037] 本实施例还包括设于机架上的恒温水箱15和温度计18，恒温水箱15与管组、层流部并联，用于保持水温的恒定，温度计18设于水泵1和恒温水箱15之间，水泵1、温度计18、恒温水箱15和水箱2形成串联回路。其中，温度采用PT100检测。在恒温水箱15内设有密度计13和粘度计14，用于检测流体的密度和粘度。在恒温水箱15和计量水箱11与水箱2的连接管路上均设有排净阀，用于在需要的时候对整个管道的流体进行排干净设置。
    [n0038] 本实施例可以进行离心泵特性、四种管路流体特性，同时实现了在线密度(密度计13)和粘度(粘度计14)的检测，且流量范围可以控制在0.2～7.2m3/h、压差范围控制在0.02～500kPa，克服了现有流体力学实验设备功能单一的缺点。基于本实施例提供的流体力学实验装置，下面对该装置上所进行的5种不同的实验流程进行介绍：
    [n0039] 离心泵特性实验：轻型卧式多级不锈钢离心泵，扬程37.5m，流量范围0～7m3/h；实验前，首先灌泵，待泵出口管有水溢出后，关闭灌泵阀；启动离心泵，打开泵出口阀，打开离心泵管19上的开/闭单元，调节泵出口流量，记录泵的进出口压力(压力表)、转速(离心泵直接得出)、功率(离心泵直接得出)以及流体的流量(流量计)和温度(温度计18)。
    [n0040] 光滑管6特性实验：打开光滑管6上的开/闭单元，启动离心泵，调节泵后流量0～5m3/h，观察管路压差，压差大于5kPa时，选用检测范围为0～500kPa的压差变送器；压差小于等于5kPa时，选用检测范围为0～5kPa的压差变送器。压差变化通过流体压力检测部体现，从而测得光滑管6的阻力系数的测定。
    [n0041] 粗糙管5特性、异型管4管路特性的操作同光滑管6。
    [n0042] 局部阻力管7：研究不同阀门开度的球阀8特性，可以选择1/4、1/2、3/4开度的，研究球阀8的不同开度下的阻力系数。得到各种管件之间的阻力系数后，可以对比各种管件之间阻力的差别。
    [n0043] 层流管9特性：调节泵出口流量至3L/min，控制高位水槽液位稳定，调节层流流量至计量水箱11，记录时间(可以实验人员自行记录时间或者在本实施例中添加一计时器)、差压(倒U型差压计12)和计量水箱11内的体积。通过本实施例提供的流体力学实验装置进行的层流管9特性实验可避免泵的振动对层流的影响。
    [n0044] 本实施例的流量范围为0.2～7.2m3/h，压差范围为0.02～500kPa，因此，本实施例具有宽流量、宽压差范围，操作范围大。
    [n0045] 进一步地，可以将物联网技术融入到装置中，使装置与时代接轨，设置一智慧实训室管控一体化平台软件。在该平台软件上实现下述功能：
    [n0046] (1)APP功能：
    [n0047] ①登陆管理：登录者通过输入用户名、密码进入，如果用户名、密码正确可以进入，否则无权进入；同时系统根据登录者的权限提供具有相应功能的界面；
    [n0048] ②预约功能：教师可申请装置开放预约时间段，管理员通过后，学生可在APP中进行装置预约；
    [n0049] ③实训教室可视化：在APP中设置实训教室功能模块，在该模块中能查看每套装置的实时视频监控画面、流程图(含实时数据)、装置点位信息(含每个点位数据，包括点位控制功能)；
    [n0050] ④学习资源：学习资源能在后台添加，有文档、视频和课件三种类型学习资源，点击学习详情可以查看学习资源详情，可在手机APP中进行查看。
    [n0051] (2)管理后台功能：
    [n0052] ①登录后地图引导进入学校管理后台；
    [n0053] ②设备综合管理：能对设备进行生命周期管理，有备件管理、设备报修、设备使用率、设备二维码下载功能；
    [n0054] ③操作记录统计：后台可查看设备操作记录，可按开关机时间进行搜索；
    [n0055] ④设备历史数据：可在后台查看设备历史参数的数据，可按周、月、年进行筛选，可导出数据报表，可查看数据图表；
    [n0056] ⑤设备能耗管理：根据关键字和时间查看设备能耗数据，可以查看设备、实验和实验室三种类型，点击旁边的数据视图按钮，条形统计图展示转换成数据视图展示。
    [n0057] 与现有技术相比，本实施例提供的流体力学实验装置，包含进行多种管路特性和机泵特性，有宽的流量和差压范围，可通过切换该装置中的各个开/闭单元使进行该特定实验所需要的组成部件处于连通状态，从而实现进行特定实验的目的。同时，本实施例将物联网技术融于其中，操作智能化，更便捷和实在。
    [n0058] 本实施例面向化工工程与工艺、应用化学、电气工程、通信工程以及测控技术等工科专业的本科学生研究需要，建立流体力学实验装置，通过物联网与实体设备有机结合的方式，构建科技最前沿的高智能实验系统。
    [n0059] 上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.一种流体力学实验装置，其特征在于，包括：机架和设置在所述机架上的水泵、水箱、管组、流体压力检测部、层流部；
    所述管组包括至少一个管件，所述管件上设有开/闭单元，所述管组中的所述管件并联设置；所述水箱、所述水泵和所述管组依次串联连通并形成回路，所述水泵的输出端和所述管组之间设有流量检测器，用于检测进入所述管组的流体流量；
    所述流体压力检测部包括与所述管件一一对应的至少一个检测组，所述检测组包括两个检测端，两个所述检测端分别设于对应所述管件的上游检测点和下游检测点，用于检测所述检测端处所述管件中的流体压力；
    所述层流部与所述管组并联，所述层流部包括沿水流方向依次设置的高位水箱、层流管和计量水箱，所述层流管上并联有差压检测器，所述差压检测器用于检测所述层流管上的流体压力差。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的流体力学实验装置，其特征在于，所述管组包括四个管件，分别为异型管、粗糙管、光滑管和局部阻力管，所述局部阻力管内设有具有多个开度的球阀。
    [0003] 3.根据权利要求2所述的流体力学实验装置，其特征在于，所述球阀设于所述局部阻力管上的所述上游检测点和所述下游检测点之间。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的流体力学实验装置，其特征在于，每一所述开/闭单元设于对应的两个所述检测端的水流上游。
    [0005] 5.根据权利要求1至4任意一项所述的流体力学实验装置，其特征在于，所述水泵为转速和功率可控的离心泵，所述离心泵的抽取端与所述水箱连通。
    [0006] 6.根据权利要求1所述的流体力学实验装置，其特征在于，所述水泵为转速和功率可控的离心泵，所述离心泵和所述水箱之间还连通有离心泵管，所述离心泵管与所述管组和所述层流部并联，所述离心泵管上设有开/闭单元；所述离心泵的抽取端设有泵进口压力器，所述离心泵的输出端设有泵出口压力器。
    [0007] 7.根据权利要求1、2、3、4、6任意一项所述的流体力学实验装置，其特征在于，还包括设于所述机架上的恒温水箱和温度计，所述恒温水箱与所述管组、所述层流部并联，用于保持水温的恒定，所述温度计设于所述水泵和所述恒温水箱之间，所述水泵、所述温度计、所述恒温水箱和所述水箱形成串联回路。
    [0008] 8.根据权利要求7所述的流体力学实验装置，其特征在于，所述恒温水箱内设有密度计和粘度计，用于检测流体的密度和粘度。
    [0009] 9.根据权利要求1所述的流体力学实验装置，其特征在于，所述流量检测器为电磁流量计，所述差压检测器为倒U型差压计。
    [0010] 10.根据权利要求1所述的流体力学实验装置，其特征在于，所述流体压力检测部为两台压差变送器，两台所述压差变送器分别为上游压差变送器和下游压差变送器，所述上游压差变送器的检测端设于所述管件的上游检测点，所述下游压差变送器的检测端设于所述管件的下游检测点，同一所述管件上的所述上游压差变送器的检测端与所述下游压差变送器的检测端组成一个所述检测组。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    CN203658217U|2014-06-18|一种渗流启动压力梯度测试实验装置
    CN201117133Y|2008-09-17|多功能流体力学实验装置
    Bahrami et al.2019|Estimation of flow rates of individual phases in an oil-gas-water multiphase flow system using neural network approach and pressure signal analysis
    CN105784707A|2016-07-20|一种基于高速摄影技术的气液两相流测量方法和装置
    CN214336078U|2021-10-01|流体力学实验装置
    CN105675444B|2019-05-28|一种三管混联式塑性流体漏斗黏度在线测量方法
    CN200979430Y|2007-11-21|气、水、油两相三介质流量测量装置
    CN104865161A|2015-08-26|一种用毛细管测量液体粘度的方法以及用于该方法的装置
    Nedeljkovic et al.2018|Virtual instruments and experiments in engineering education lab setup with hydraulic pump
    Skinner et al.2009|Evaluation of a warm-thermistor flow sensor for use in automatic seepage meters
    Fyrippi et al.2004|Flowmetering of non-Newtonian liquids
    CN101387531A|2009-03-18|液体体积计量装置
    CN204514393U|2015-07-29|一种基于作用水头的流量测量装置
    Xu et al.2014|Flow characteristics of the raw sewage for the design of sewage-source heat pump systems
    CN207907994U|2018-09-25|液位测量装置
    Morrison et al.1990|The flow field inside an orifice flow meter
    CN214750394U|2021-11-16|一种流速流量仪标定装置
    Harrouz et al.2015|Control information and analyzing of metering gas system based of orifice plate
    CN214897187U|2021-11-26|多功能流体力学综合实验台
    CN212933900U|2021-04-09|可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置
    CN212516251U|2021-02-09|可电脑操控的局部损失实验装置
    Wang et al.2020|A new method of measuring the oil–air–water three-phase flow rate
    CN212933895U|2021-04-09|可电脑操控的文丘里流量计实验装置
    Nedeljkovic et al.2018|Poster: Remote Engineering Education Set-Up of Hydraulic Pump and System
    CN211452469U|2020-09-08|流量测试教学装置
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN202023272912.4U|CN214336078U|2020-12-30|2020-12-30|流体力学实验装置|CN202023272912.4U| CN214336078U|2020-12-30|2020-12-30|流体力学实验装置|
    [返回顶部]