本發(fā)明涉及一種基于工程流體力學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，更確切地說，本發(fā)明涉及一種測(cè)定流動(dòng)狀態(tài)下流體的雷諾數(shù)的雷諾實(shí)驗(yàn)儀。

背景技術(shù)：

雷諾實(shí)驗(yàn)儀是一種用來測(cè)定流體雷諾數(shù)的儀器。由《工程流體力學(xué)》中關(guān)于無量綱數(shù)雷諾數(shù)Re的定義可知，

d—導(dǎo)管直徑，m；

ρ—流體密度，kg/m³；

v—流體速度，m/s；

μ—流體動(dòng)力粘度，pa.s

雷諾實(shí)驗(yàn)儀就是利用以上公式算得雷諾數(shù)Re。當(dāng)流體的密度、動(dòng)力黏度、流過的管徑一定時(shí)，流速不同雷諾數(shù)就不同，且變化是線性的。雷諾實(shí)驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)主要由穩(wěn)壓溢流水槽、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管兩大部分構(gòu)成，其功能是通過調(diào)節(jié)流量來測(cè)得流速，進(jìn)而計(jì)算出雷諾數(shù)Re。

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室使用的雷諾實(shí)驗(yàn)儀所需的實(shí)驗(yàn)的給水量不僅大而且是一次性的，做完一次實(shí)驗(yàn)就要換水，浪費(fèi)大量的水資源和人力。其次，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室使用的裝置其外形是由金屬構(gòu)成的，常年放置在實(shí)驗(yàn)室易受腐蝕，并且裝置本身占地面積大移動(dòng)不靈活，不便于維護(hù)和使用。最后，采用的有色液體容易污染實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置的耗水量大、外形容易受腐蝕、移動(dòng)不靈活與有色液體污染實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的問題，提供了一種新型的雷諾實(shí)驗(yàn)儀。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀包括穩(wěn)壓溢流水槽、分液漏斗、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、下方水槽、水泵、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、流量調(diào)節(jié)閥、橡膠管與溫度計(jì)。

所述的穩(wěn)壓溢流水槽安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的頂端，溫度計(jì)安裝在穩(wěn)壓溢流水槽內(nèi)，分液漏斗采用支架安裝在穩(wěn)壓溢流水槽中，下方水槽安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底壁的右側(cè)，水泵安裝在下方水槽的左下角處。

所述的分液漏斗的下端排液管插入穩(wěn)壓溢流水槽的槽底圓通孔即出口中并插入實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的上端，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管下端與流量調(diào)節(jié)閥的上端管路連接，流量調(diào)節(jié)閥下端采用第一段橡膠管與轉(zhuǎn)子流量計(jì)的下端連接，轉(zhuǎn)子流量計(jì)的上端采用第二段橡膠管與下方水槽連接，放置在下方水槽中的水泵的出口采用第三段橡膠管與穩(wěn)壓溢流水槽連接。

技術(shù)方案中所述的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管為透明有機(jī)玻璃管，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的直徑與穩(wěn)壓溢流水槽的槽底圓通孔即出口的直徑相同，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的上端采用三氯甲烷與穩(wěn)壓溢流水槽的槽底圓通孔即出口密封連接，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管與穩(wěn)壓溢流水槽的槽底垂直，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管與穩(wěn)壓溢流水槽的槽底圓通孔即出口的回轉(zhuǎn)軸線共線。

技術(shù)方案中所述的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管下端與流量調(diào)節(jié)閥的上端管路連接，流量調(diào)節(jié)閥下端采用第一段橡膠管與轉(zhuǎn)子流量計(jì)的下端連接是指：所述的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管下端采用一段一端帶內(nèi)螺紋、直徑為40mm～50mm的塑料管與流量調(diào)節(jié)閥上端連接，即塑料管與導(dǎo)管的連接為過盈連接，塑料管與流量調(diào)節(jié)閥上端的連接為螺紋連接，第一段橡膠管的兩端和流量調(diào)節(jié)閥的下端與轉(zhuǎn)子流量計(jì)的下端的連接為過盈連接。

技術(shù)方案中所述的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的內(nèi)徑為20mm～30mm；分液漏斗為球形分液漏斗,分液漏斗采用型號(hào)為125ml的標(biāo)準(zhǔn)件，分液漏斗的下端排液管的直徑小于實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的內(nèi)徑。

技術(shù)方案中所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)由厚度為10mm～12mm的聚乙烯板材制成的長(zhǎng)方體式箱體結(jié)構(gòu)件；所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的前后兩端為敞開非封閉，即實(shí)驗(yàn)臺(tái)由頂壁、底壁、左壁、右壁組成；實(shí)驗(yàn)臺(tái)的頂壁中心處設(shè)置有一個(gè)頂壁圓通孔，頂壁圓通孔的直徑與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管的外徑相同；實(shí)驗(yàn)臺(tái)的底壁的左右兩端設(shè)置有板足；底壁上設(shè)置有一個(gè)尺寸與頂壁圓通孔直徑相同的底壁圓通孔，并且頂壁圓通孔與底壁圓通孔的回轉(zhuǎn)中心線和同一鉛垂線共線；距離底壁圓通孔中心100mm的右側(cè)處設(shè)置有一個(gè)安裝橡膠管的直徑為40mm的1號(hào)膠管通孔；在右壁的縱向軸線上且距離頂壁50～60mm處設(shè)置有一個(gè)2號(hào)膠管通孔，2號(hào)膠管通孔直徑與橡膠管的外徑相同，實(shí)驗(yàn)臺(tái)相鄰兩垂直的聚乙烯壁板之間采用粘接工藝連接。

技術(shù)方案中所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)底壁的左右長(zhǎng)度大于頂壁的左右長(zhǎng)度，頂壁的長(zhǎng)度為500mm～600mm，底壁的長(zhǎng)度為900mm～1000mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的前后寬度為500mm～600mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的高度為700mm～800mm，底壁距離地基或工作臺(tái)面的高度為100mm～120mm。

技術(shù)方案中所述的托架包括有一個(gè)不銹鋼筋圓環(huán)與四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿，不銹鋼筋圓環(huán)的內(nèi)徑小于分液漏斗的球體部分的直徑，四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿均勻地分布在不銹鋼筋圓環(huán)的底面上，四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿的頂端與不銹鋼筋圓環(huán)的底面采用焊接方式相連接，四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿的底端與穩(wěn)壓溢流水槽的槽底接觸連接，任何相鄰兩個(gè)不銹鋼筋支腿之間的夾角相等,四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿和不銹鋼筋圓環(huán)所在平面的夾角相等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀增加了動(dòng)力裝置水泵，可以為整個(gè)回路提供動(dòng)力而循環(huán)，節(jié)省了大量的水資源，現(xiàn)在一次實(shí)驗(yàn)只需要一次給水量。

2.本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀采用聚乙烯材料代替金屬材料做實(shí)驗(yàn)裝置的外形，避免了長(zhǎng)時(shí)間裸露在外面的金屬材料的腐蝕，并且同樣體積的聚乙烯比金屬材料質(zhì)量要小得多，移動(dòng)也較為靈活，便于維護(hù)和使用。

3.本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀采用了入水后一段時(shí)間將褪色的有色液體做示蹤劑，較之前普通的有色液體相比，現(xiàn)在不會(huì)污染實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管，流體在流動(dòng)過程中依然呈現(xiàn)澄清的狀態(tài)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)組成的示意圖；

圖2-1為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的穩(wěn)壓溢流水槽的左視圖；

圖2-2為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的穩(wěn)壓溢流水槽的主視圖；

圖2-3為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的穩(wěn)壓溢流水槽的俯視圖；

圖3-1為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的左視圖；

圖3-2為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主視圖；

圖3-3為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的俯視圖；

圖4-1為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的托架的左視圖；

圖4-2為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的托架的主視圖；

圖4-3為本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀所采用的托架的俯視圖；

圖中：1.穩(wěn)壓溢流水槽，2.分液漏斗，3.實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管，4.轉(zhuǎn)子流量計(jì)，5.下方水槽，6.水泵，7.實(shí)驗(yàn)臺(tái)，8.流量調(diào)節(jié)閥，9.橡膠管，10.溫度計(jì)，11.溢流板，12托架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

本發(fā)明所述的一種雷諾實(shí)驗(yàn)儀包括穩(wěn)壓溢流水槽1、分液漏斗2、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3、轉(zhuǎn)子流量計(jì)4、下方水槽5、水泵6、實(shí)驗(yàn)臺(tái)7、流量調(diào)節(jié)閥8、橡膠管9、溫度計(jì)10與12托架。

參閱圖2，所述的穩(wěn)壓溢流水槽1為容積是邊長(zhǎng)為300mm～500mm的立方體，頂端為敞開非封閉結(jié)構(gòu)，是一個(gè)儲(chǔ)存流體的容器，用厚度為6mm～8mm的聚乙烯板材料制成，兩垂直的聚乙烯板之間采用粘接工藝連接并保持密封，內(nèi)部設(shè)置有溢流板11，其厚度為10mm～12mm，目的是使流體流經(jīng)整個(gè)裝置時(shí)液面都不隨時(shí)間發(fā)生變化，保證為定常流動(dòng)。穩(wěn)壓溢流水槽1槽底的中心處設(shè)置有一直徑與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3外徑相同的槽底圓通孔即出口。

分液漏斗2為球形分液漏斗,分液漏斗2采用型號(hào)為125ml的標(biāo)準(zhǔn)件，內(nèi)部放置有色液體，整體置于穩(wěn)壓溢流水槽1中。

實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3的內(nèi)徑為20～30mm，材料為透明有機(jī)玻璃管，可清晰觀察到流體的流型。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)4采用型號(hào)為10～100L/H的標(biāo)準(zhǔn)件,測(cè)定流體的流量。

下方水槽5是邊長(zhǎng)為300mm～500mm的立方體，頂端也是敞開非封閉結(jié)構(gòu)，是一個(gè)儲(chǔ)存流體的容器，用厚度為6mm～8mm的聚乙烯板材料制成，相鄰兩垂直的聚乙烯壁板之間采用粘接工藝連接并保持密封。

水泵6采用型號(hào)為40～100W功率的潛水泵，其作用是將下方水槽5中的水抽至穩(wěn)壓溢流水槽1中。

參閱圖3，實(shí)驗(yàn)臺(tái)7由厚度為10mm～12mm的聚乙烯板材制成的長(zhǎng)方體式箱體件。

所述的實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的前后兩端為敞開非封閉結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)7是由上、下、左、右面共4個(gè)箱壁構(gòu)成，即實(shí)驗(yàn)臺(tái)7由頂壁、底壁、左壁、右壁組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)7底壁的左右長(zhǎng)度大于頂壁的左右長(zhǎng)度，即頂壁的長(zhǎng)度為500mm～600mm，底壁的長(zhǎng)度為900mm～1000mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的前后寬度為500mm～600mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的高度為700mm～800mm。實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的頂壁中心處設(shè)置有一個(gè)頂壁圓通孔，頂壁圓通孔的直徑與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3的外徑相同；底壁距離地面(地基)為100mm～120mm，即實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的底壁的左右兩端設(shè)置有板足；底壁上設(shè)置有一個(gè)尺寸與頂壁上的頂壁圓通孔直徑相同的底壁圓通孔，并且穩(wěn)壓溢流水槽1上的槽底圓通孔、實(shí)驗(yàn)臺(tái)7上的頂壁圓通孔與實(shí)驗(yàn)臺(tái)7上的底壁圓通孔的回轉(zhuǎn)中心線和同一鉛垂線共線；距離底壁圓通孔中心80mm～120mm的右側(cè)處設(shè)置有一個(gè)安裝橡膠管9的直徑為40mm的1號(hào)膠管通孔；在右壁的縱向軸線上且距離頂壁50mm～60mm處設(shè)置有一個(gè)2號(hào)膠管通孔，2號(hào)膠管通孔直徑與橡膠管9的外徑相同。實(shí)驗(yàn)臺(tái)7相鄰兩垂直的聚乙烯壁板之間采用粘接工藝連接，保持較強(qiáng)的密封性，實(shí)驗(yàn)臺(tái)7用于承載和固定整個(gè)裝置。

流量調(diào)節(jié)閥8采用型號(hào)為Q11F的銅螺紋球閥，流量調(diào)節(jié)閥8與導(dǎo)管3之間的連接采用帶螺紋的塑料管連接，用來調(diào)節(jié)流體的流動(dòng)速度。

橡膠管9的內(nèi)徑為20mm～30mm，3段結(jié)構(gòu)相同的橡膠管9將流量調(diào)節(jié)閥8、轉(zhuǎn)子流量計(jì)4、下方水槽5、水泵6與穩(wěn)壓溢流水槽1串聯(lián)起來，組成一個(gè)流體循環(huán)回路。

溫度計(jì)10用來測(cè)定雷諾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)的溫度，具體位置為豎直放置在穩(wěn)壓溢流水槽1內(nèi)部任意位置,采用電子式或者刻度式的均可，其最大量程不超過50℃。

參閱圖4，托架12是采用直徑為10～12mm的不銹鋼(或玻璃)筋制作的，目的是起到支撐和固定作用。

所述的托架12包括有一個(gè)不銹鋼筋圓環(huán)與四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿，不銹鋼筋圓環(huán)的內(nèi)徑小于分液漏斗2的球體部分的直徑，四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿均勻地分布在不銹鋼筋圓環(huán)的底面上，四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿的頂端與不銹鋼筋圓環(huán)的底面采用焊接方式相連接，四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿的底端與穩(wěn)壓溢流水槽1的槽底接觸連接，任何相鄰兩個(gè)不銹鋼筋支腿之間的夾角相等,四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的不銹鋼筋支腿和不銹鋼筋圓環(huán)所在平面的夾角相等。

所述的穩(wěn)壓溢流水槽1安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的頂壁上，穩(wěn)壓溢流水槽1的出口即位于槽底的中心處的槽底圓通孔和實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的頂壁中心處的頂壁圓通孔對(duì)正，槽底圓通孔、頂壁圓通孔的直徑與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3的外徑相同，采用三氯甲烷做密封劑將穩(wěn)壓溢流水槽1上的槽底圓通孔、實(shí)驗(yàn)臺(tái)7上的頂壁圓通孔與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3上端口的外圓柱面密封連接，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3和穩(wěn)壓溢流水槽1的槽底與實(shí)驗(yàn)臺(tái)7的頂壁垂直，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3和穩(wěn)壓溢流水槽1槽底上的出口即槽底圓通孔與實(shí)驗(yàn)臺(tái)7上的頂壁圓通孔的回轉(zhuǎn)軸線共線；將分液漏斗2的下端排液管同軸地插入導(dǎo)管3的上端，分液漏斗2的下端排液管的直徑小于實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3的內(nèi)徑，因此，分液漏斗2的下端排液管與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3之間留有可供穩(wěn)壓溢流水槽1中的水流出的間隙。分液漏斗2的主體位于穩(wěn)壓溢流水槽1內(nèi)，具體說是采用托架12來固定分液漏斗，即托架12放在穩(wěn)壓溢流水槽1的槽底上，分液漏斗2的球體部分放置在托架12的圓環(huán)上；實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3插入實(shí)驗(yàn)臺(tái)7頂壁上的頂壁圓通孔中，采用一段一端帶內(nèi)螺紋、直徑為40mm～50mm的塑料管將導(dǎo)管3下端與流量調(diào)節(jié)閥8上端連接，塑料管與導(dǎo)管3下端的連接為過盈連接，塑料管與流量調(diào)節(jié)閥8上端的連接為螺紋連接；用第一段短橡膠管9將流量調(diào)節(jié)閥8下端與轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的下端連接，此段橡膠管兩端的連接為過盈連接(以下所有橡膠管9與其它管口的連接均為過盈連接，不再說明)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的上端與第二段橡膠管9初始端連接，第二段橡膠管9末端進(jìn)入到下方水槽5的入口，下方水槽5中的水泵出水口與第三段橡膠管9的初始端連接，第三段橡膠管9的末端進(jìn)入到穩(wěn)壓溢流水槽1的入口，形成回路。

本發(fā)明工作原理為：

整個(gè)實(shí)驗(yàn)在溫度計(jì)10所示數(shù)下進(jìn)行。流體從穩(wěn)壓溢流水槽1中流出并流入實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3，流體從實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3下端流出并流入流量調(diào)節(jié)閥8，再從流量調(diào)節(jié)閥8流出并流入轉(zhuǎn)子流量計(jì)4，從轉(zhuǎn)子流量計(jì)4流出并流入到下方水槽中5，下方水槽中5內(nèi)部安裝的動(dòng)力裝置——水泵6，水泵6將流體從下方水槽中5經(jīng)水泵出口與橡膠管9抽至穩(wěn)壓溢流水槽1內(nèi)，這個(gè)串聯(lián)的整體使水循環(huán)起來，而有色液體放置在穩(wěn)壓溢流水槽1中的分液漏斗2中與流體一起流向?qū)嶒?yàn)導(dǎo)管3。當(dāng)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥8時(shí)流速發(fā)生變化，若流速由小到大變化則流體會(huì)由層流向紊流變化，具體表現(xiàn)為有色液體會(huì)由細(xì)線狀過渡到紊亂。讀取轉(zhuǎn)子流量計(jì)4的示數(shù)Q,測(cè)定實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管3的管徑d，查閱資料得知ρ與μ，利用公式計(jì)算得到此時(shí)的雷諾數(shù)，當(dāng)流型發(fā)生變化時(shí)算得的雷諾數(shù)為臨界雷諾數(shù)。