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自循环流谱流线演示仪说明书
编辑:admin   时间:2018-05-12 16:33

一、仪器简介
本仪器采用电化学法显示流线,用狭缝式流道组成过流面(图一)。流动过程采用封闭自循环形式。水泵开启,工作液体流动并自动染色。只要有市电220V电源就可使用。它具有体积小、重量轻、演示内容丰富、图像清晰直观、有效显示面积比大、操作方便、无污染、节能等优点。

图一流谱流线显示
该仪器配有三种不同工件(圆柱体、机翼、突扩突缩)。有机玻璃显示盘、小水泵、直流供电装置等部件组成。实验台整体安装,带有移动脚轮。总耗电功率≤55W,仪器装水重约为28㎏,体积为1070×460×1150[mm3]。

二、使用方法
1.配液
初始使用时,先要配制显示液和对仪器充液。配液时,取试剂酚酞约0.6g,倒入150mml烧杯内,加入约40~80ml酒精,使药粉充分溶解,然后将此溶液倒入25—28升蒸馏水中搅匀,加入100g氯化钠,接着在该水溶液中加入数滴氢氧化钠水溶液,使之由淡黄色变为粉红色。若颜色偏红(会导致流线不清晰),可加入稀盐酸使之微红,处于临界状态。氢氧化钠溶液浓度应小于2g/l;稀盐酸的浓度以0.01~0.001mol/l之间(即每100mol蒸馏水中滴入3~5滴浓盐酸)为宜。

2.充液
打开水箱盖板,往进水孔中注入工作液,注完液后盖上水箱盖板,防止工作液体蒸发。工作液体在保证纯净、无块状沉淀前提下,可以延继工作2~3年不必更换。

3.启动
完成充液后,即可将仪器投入正常使用。插上220V市电电源。打开水泵开关、电源开关及流速调节阀,随着流道内工作液体流动,调节电压旋钮,就逐渐会显示出红色与黄色相间的流线,并沿流延伸。

4.调试
流速快慢对流线的清晰度有一定影响。为达到最佳显示效果,流速不宜太快亦不宜太慢,太快流线不清晰,太慢则会造成流线歪扭倾倒,调节流速调节阀,一般将流道内流速调节至0.5~1.0m/s,再调节面板上电压旋钮。(电极电压可由万用表在两石墨电极测得),调节极间电压至合适位置。(电压偏低,流线颜色淡,电压偏高,产生氢气泡干扰流场)

5.故障及其排除方法

故障现象 故障原因 排除方法
泵不动 1.初用或日久未用;
2.电机电路不通。
1.反复开/关几次;
2.接通电路并稍稍转动泵盖。
流线颜色浅


 
1.流道流速大.
2.极间电压低;
3.溶液碱性不足。
1.调节流速调节阀;
2.调节面板对比度旋钮;
3.加入适量的NaOH溶液。
无流线出现 1.电解电极断路;
2.流速调节阀未开。
1.给电极通电;
2.打开流速调节阀。
流线颜色上下浓淡不一 1.新配溶液碱性不足,颜色太浅;
2.日久未用,溶液颜色变黄。
1.向水箱滴入适量的NaOH溶液至颜色适当;
2.同上。
日光灯不亮 1.插座松动或灯管或启辉器有损。 1.修复或更换。
 

6.系统电路布置图
系统电路布置图如下图二所示,若仪器存在电路上的问题,可依据该电路图逐级检查。

图二系统电路布置图

三、实验指导
该设备分别用以演示机翼绕流,园柱绕流和突扩突缩,实验指导提要如下:
1.演示
外包线曲率较大)流线较密,由连续方程和能量方程知,流线密,表明流速大,压强低;而在机翼向地侧,流线较疏,压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力,该力被称为升力。

2.演示圆柱绕流
因为流速较低(约为0.5~1.0cm/s),能量损失极小,可略。故其流动可视为势流。因此所显示的流谱上下流几乎完全对称。这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致;园柱两侧转点趋于重合,零流线(沿园柱表面的流线)在前驻点分为左右2支,经90°点(μ=μmax),而后在背滞点处二者又合二为一了。这是由于绕流液体是理想液体(势流必备条件之一),由伯诺里方程知,圆柱绕流在前驻点(μ=μ0)势能最大,90°点(μ=μmax),势能最小,而到达后滞点(μ=μ0),动能又全转化为势能,势能又最大。故其流线又复原到驻点前的形状。驻滞点的流线为何可分又可合,这与流线的性质是否矛盾呢?不矛盾。因为在驻滞点上流速为零,而静止液体中同一点的任意方向都可能是流体的流动方向。
然而,当适当增大流速,Re数增大,流动由势流变成涡流后,流线的对称性就不复存在。此时虽园柱上游流流谱不变,但下游原合二为一的染色线被分开,尾流出现。由此可知,势流与涡流是性质完全不同的两种流动(涡流流谱参见流动演示仪)。

3.渐缩和突然扩大、突然缩小
演示是在小Re数下进行,液体在流经这些管段时,有扩有缩。若适当提高流动的雷诺数,经过一定的流动起始时段后,就会在突然扩大拐角处流线脱离边界,形成旋涡,从而显示实际液体的总体流动图谱。
利用该流线仪,还可说明均匀流、渐变流、急变流的流线特征。如直管段流线平行,为均匀流。文丘里的喉管段,流线的切线大致平行,为渐变线。突缩、突扩处,流线夹角大或曲率大,为急变流。
应强调指出,上述各类仪器,其流道中的流动均为恒定流。因此,所显示的染色线既是流线,又是迹线和色线(脉线)。因此据定义:流线是一瞬时的曲线,线上任一点的切线方向与该点的流速方向相同;迹线是某一质点在某一时段内的运动轨迹线;色线是源于同一点的所有质点在同一瞬间的连线。固定在流场的起始段上的电极,所释放的颜色流过显示面后,会自动消色。放色—消色对流谱的显示均无任何干扰。另外应注意的是,由于所显示的流线太稳定,以致有可能被误认为是人工绘制的。为消除此误会,演示时可将泵关闭一下在重新开启,由流线上各质点流动方向变化即可识别。


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