自由邊界水電比擬裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種自由邊界水電比擬裝置，包括可變電源銅極、可調(diào)節(jié)支座、水平泡、高頻交流信號(hào)源、可變模型測(cè)試域、高精度電壓表、電壓基點(diǎn)、測(cè)量點(diǎn)、可變電阻、測(cè)試平臺(tái)邊界；可變模型測(cè)試域由測(cè)試平臺(tái)邊界圍成，可變電源銅極與測(cè)試平臺(tái)邊界相連，所述的裝置設(shè)有多個(gè)可調(diào)節(jié)支座，多個(gè)水平泡，用于調(diào)節(jié)所述的裝置至水平，高頻交流信號(hào)源通過可變電阻與各可變電源銅極相連接，高精度電壓連接至可變電源銅極的一極作為電壓基點(diǎn)，另一極的端部為測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)在可變模型測(cè)試域內(nèi)可任意移動(dòng)測(cè)量。本實(shí)用新型可以在根據(jù)研究對(duì)象，任意布置流場(chǎng)源和復(fù)雜邊界，可測(cè)量流場(chǎng)中的任一點(diǎn)，從而能測(cè)量不同邊界和源流下的層流或近似層流的流場(chǎng)。
【專利說(shuō)明】自由邊界水電比擬裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種自由邊界水電比擬裝置，可測(cè)量近似層流的流場(chǎng)中，在一定邊界和障礙物下，流場(chǎng)中的各點(diǎn)流速，可分析流場(chǎng)的等勢(shì)圖和流速圖。
【背景技術(shù)】
[0002]水電比擬是流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究中，分析層流流場(chǎng)的重要內(nèi)容，層流運(yùn)動(dòng)和電流在導(dǎo)電介質(zhì)中流動(dòng)，兩者之間存在物理和數(shù)學(xué)上的相似性。等厚均電阻率導(dǎo)電層中電場(chǎng)電位勢(shì)函數(shù)和電流函數(shù)及理想流體平面無(wú)旋流動(dòng)勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程，說(shuō)明可用等厚均勻電阻率導(dǎo)電層中電場(chǎng)來(lái)比擬理想流體平面無(wú)旋流的流場(chǎng)。所以，在一定的邊界條件下，可用電模型的絕緣邊模擬流體邊界，導(dǎo)電邊界模擬等水頭邊界，導(dǎo)電介質(zhì)模擬流體。通過水電比擬實(shí)驗(yàn)可測(cè)定電模型中各等電位點(diǎn)，即可得到等電位線，由等電位線分析得出模擬流場(chǎng)。當(dāng)水面面積與水深相比極其廣闊，底面較平緩，流速小的情況下，水面近似地看作平面流動(dòng)且流速很低，梯度很小，可忽略粘性作用?？梢詫⒃撉闆r看成是理想流體平面無(wú)旋流，采用水電比擬實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬。
[0003]然而，在目前水電比擬常見的實(shí)驗(yàn)裝置，使用方法單一，其存在很多的不足。實(shí)驗(yàn)工序復(fù)雜，調(diào)試和布置需要大量時(shí)間；流場(chǎng)源不可調(diào)節(jié)且單一；數(shù)據(jù)測(cè)量往往根據(jù)水槽中固定測(cè)點(diǎn)上的探針來(lái)獲得分布的電信號(hào)所得電壓值；實(shí)驗(yàn)的人為操作因素較多，造成實(shí)驗(yàn)誤差相對(duì)較大，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度與精確度難以保證。所以，實(shí)驗(yàn)總體效果不佳，大大制約了該儀器的功能和應(yīng)用研究范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了 一種自由邊界水電比擬裝置及比擬方法。通過該裝置，流場(chǎng)邊界能任意自由改動(dòng)，可測(cè)量流場(chǎng)中的任意點(diǎn)，從而能得到可靠詳盡的數(shù)據(jù)，能夠適應(yīng)不同的研究對(duì)象。
[0005]一種自由邊界水電比擬裝置，包括可變電源銅極、可調(diào)節(jié)支座、水平泡、高頻交流信號(hào)源、可變模型測(cè)試域、高精度電壓表、電壓基點(diǎn)、測(cè)量點(diǎn)、可變電阻、測(cè)試平臺(tái)邊界；可變模型測(cè)試域由測(cè)試平臺(tái)邊界圍成，可變電源銅極與測(cè)試平臺(tái)邊界相連，所述的裝置設(shè)有多個(gè)可調(diào)節(jié)支座，多個(gè)水平泡，用于調(diào)節(jié)所述的裝置至水平，高頻交流信號(hào)源通過可變電阻與各可變電源銅極相連接，高精度電壓連接至可變電源銅極的一極作為電壓基點(diǎn)，另一極的端部為測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)在可變模型測(cè)試域內(nèi)可任意移動(dòng)測(cè)量。
[0006]優(yōu)選地，所述的測(cè)試平臺(tái)邊界采用有機(jī)玻璃和橡皮泥制成。
[0007]優(yōu)選地，所述的可變模型測(cè)試域在有機(jī)玻璃底板上，可用橡皮泥任意設(shè)置制作。
[0008]優(yōu)選地，所述的可變模型測(cè)試域的底部進(jìn)一步設(shè)有坐標(biāo)紙。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是，可以在根據(jù)研究對(duì)象，任意布置流場(chǎng)源和復(fù)雜邊界，可測(cè)量流場(chǎng)中的任一點(diǎn)，從而能測(cè)量不同邊界和源流下的層流或近似層流的流場(chǎng)。當(dāng)研究對(duì)象為水面面積與水深相比極其廣闊，底面較平緩，流速小的情況下，水面可近似地看作平面流動(dòng)且流速很低，流速梯度很小，可忽略粘性作用。研究中可將該情況看成是理想流體平面無(wú)旋流，可以采用水電比擬方法實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬該流場(chǎng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中，可變電源銅極1、可調(diào)節(jié)支座2、水平泡3、高頻交流信號(hào)源4、可變模型測(cè)試域5、高精度電壓表6、電壓基點(diǎn)7、測(cè)量點(diǎn)8、可變電阻9、測(cè)試平臺(tái)邊界10。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，一種自由邊界水電比擬裝置，包括可變電源銅極1、可調(diào)節(jié)支座2、水平泡3、高頻交流信號(hào)源4、可變模型測(cè)試域5、高精度電壓表6、電壓基點(diǎn)7、測(cè)量點(diǎn)8、可變電阻9、測(cè)試平臺(tái)邊界10 ;可變模型測(cè)試域5由測(cè)試平臺(tái)邊界10圍成，可變電源銅極I與測(cè)試平臺(tái)邊界10相連，所述的裝置設(shè)有多個(gè)可調(diào)節(jié)支座2，多個(gè)水平泡3，用于調(diào)節(jié)所述的裝置至水平，高頻交流信號(hào)源4通過可變電阻9與各可變電源銅極I相連接，交流電源頻率建議選在1500Hz附近。高精度電壓6連接至可變電源銅極I的一極作為電壓基點(diǎn)7，另一極的端部為測(cè)量點(diǎn)8，測(cè)量點(diǎn)8在可變模型測(cè)試域5內(nèi)可任意移動(dòng)測(cè)量?？勺冸娫淬~極I可拆卸，數(shù)量可變，也可結(jié)合橡皮泥做成不規(guī)則邊界。在可變模型測(cè)試域5中放2%濃度的鹽水作為模型區(qū)域內(nèi)部的導(dǎo)電材料。
[0014]優(yōu)選地，所述的測(cè)試平臺(tái)邊界10采用有機(jī)玻璃和橡皮泥制成。
[0015]優(yōu)選地，所述的可變模型測(cè)試域5在有機(jī)玻璃底板上，可用橡皮泥任意設(shè)置制作。
[0016]優(yōu)選地，所述的可變模型測(cè)試域5的底部進(jìn)一步設(shè)有坐標(biāo)紙，可設(shè)置試驗(yàn)對(duì)象的邊界和障礙物，也可定位測(cè)量點(diǎn)8的坐標(biāo)。
[0017]變化模型測(cè)試域5內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)位置，測(cè)量各點(diǎn)電位值，并標(biāo)于對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)紙上。最后按描圖法描繪流場(chǎng)，得出流場(chǎng)可分析流場(chǎng)的等勢(shì)圖和流速圖。
[0018]一種自由邊界水電比擬方法，流程如下:
[0019]I)熟悉自由邊界水電比擬裝置，了解各部件功能；
[0020]2)制作需模擬的電擬邊界，檢查接線，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的交流電源；
[0021]3)通過調(diào)節(jié)底座調(diào)平電擬平臺(tái)，倒入濃度2%的鹽水；
[0022]4)將高精度壓力表調(diào)至電壓測(cè)量200 mV擋，以負(fù)銅極為基準(zhǔn)電壓，測(cè)量電位點(diǎn)，并描繪于方格紙上；
[0023]5)依次測(cè)量各點(diǎn)的電壓值,并標(biāo)于對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)紙上；
[0024]6)最后按描圖法描繪流場(chǎng)；
[0025]7)變化各種流場(chǎng)和邊界狀態(tài)，按上述過程測(cè)量其流場(chǎng)分布；也可以通過Kriging插值、surfer軟件繪圖軟件等手段繪制出電場(chǎng)等勢(shì)線。
[0026]本實(shí)用新型的原理如下:
[0027]1、理想流體平面無(wú)旋流動(dòng)流場(chǎng)模擬
[0028]電流密度分量匕和與電位函數(shù)U及電流函數(shù)IT間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系和理想平面無(wú)旋流動(dòng)流速分量U和13與勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)供間存在的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系一致，用數(shù)學(xué)函數(shù)可以統(tǒng)一表達(dá)成
【權(quán)利要求】
1.一種自由邊界水電比擬裝置，其特征在于，包括可變電源銅極(I)、可調(diào)節(jié)支座(2)、水平泡(3 )、高頻交流信號(hào)源(4 )、可變模型測(cè)試域(5 )、高精度電壓表(6 )、電壓基點(diǎn)(7 )、測(cè)量點(diǎn)(8)、可變電阻(9)、測(cè)試平臺(tái)邊界(10);可變模型測(cè)試域(5)由測(cè)試平臺(tái)邊界(10)圍成，可變電源銅極(I)與測(cè)試平臺(tái)邊界(10)相連，所述的裝置設(shè)有多個(gè)可調(diào)節(jié)支座(2)，多個(gè)水平泡(3)，用于調(diào)節(jié)所述的裝置至水平，高頻交流信號(hào)源(4)通過可變電阻(9)與各可變電源銅極(I)相連接，高精度電壓(6)連接至可變電源銅極(I)的一極作為電壓基點(diǎn)(7)，另一極的端部為測(cè)量點(diǎn)(8)，測(cè)量點(diǎn)(8)在可變模型測(cè)試域(5)內(nèi)可任意移動(dòng)測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的測(cè)試平臺(tái)邊界(10)采用有機(jī)玻璃和橡皮泥制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的可變模型測(cè)試域(5)在有機(jī)玻璃底板上，可用橡皮泥任意設(shè)置制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的可變模型測(cè)試域(5)的底部進(jìn)一步設(shè)有坐標(biāo)紙。
【文檔編號(hào)】G09B23/12GK203588528SQ201320727277
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】章軍軍, 祝麗麗 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)