[发明专利]一种二维流动显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体力学中流场显示设备，尤其是涉及一种二维流动显示装置。

背景技术

在自然界中存在许多错综复杂的流动，而这些流动在工程领域、工业生产以及与天文、生物、化学、气象、海洋及物理等相关领域中的应用都是非常重要的，但是由于流动现象复杂多变且不易捕捉，如何观察到流体的运动，并对流体的运动展开研究成为了人们不断探索的问题。

在流体力学中，绝大多数重要的概念和原理都源于实验，而利用流动显示的方法使流体力学的研究成为了可能。为了能够通过流动显示观察和研究流体的流动特性，人们不断探索发展新型的流体研究设备。目前比较成熟的设备就是传统的水洞（风洞），但是一套高品质的水洞（风洞）不仅造价高昂，同时为了确保流场的品质，水洞（风洞）所需要的占地面积巨大，实验成本过高，不利于流体力学实验的推广普及。

因此在众多类型的流体研究设备发展的今天，人们依然在不断探索新型流体研究实验装置和设备。为了研究问题的简便，人们提出了多种多样的简化模型，二维流动就是其中之一。很多流动现象，如大气流动、洋流、大展弦比机翼绕流等，都可近似作为二维流动来处理。正是因为这一简化，流体力学才在理论分析、实验研究和数值计算等方面取得了长足的发展。

近年来，二维流动显示的研究变得越来越重要，对二维流动的研究也越来越深入。对于二维流动显示的研究，肥皂膜水洞这一独特设备引起了研究人员的极大兴趣，其核心思想就是用一张流动的肥皂膜来模拟二维流动。而连续流动式肥皂膜水洞是一种新型而经济的实验设备，它是利用肥皂膜很薄的特性（约1～10μm）来制造理想的二维流。由于肥皂膜的厚度会受流场及重力的影响而有些许的变化，因此使得肥皂膜呈现五彩缤纷的干涉条纹，这提供了我们观察流场最自然且最直接的方法。此二维肥皂膜流动显示装置不仅可作为一种生动活泼的教学工具，更可成为学术研究的利器。测试结果及所得流场观测照片都显示出此装置在研究二维流问题上的直观性与有效性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维流动显示装置。

本发明设有整体框架、液压回路与流动显示控制机构；

所述液压回路设在整体框架上，实现肥皂液薄膜的循环流动，当薄膜流经实验模型时，模型后部的流场分布将在薄膜上直接显示出来。

所述整体框架设有下底板、上端板、左侧板、右侧板和实验台；左侧板和右侧板垂直固定在下底板两侧，上端板水平固定在左侧板和右侧板顶部，实验台水平固定在左侧板和右侧板中间；实验模型安置在实验台中间并垂直通过肥皂薄膜，在左侧板和右侧板中下部分别固定一根钢尺。

所述液压回路设有下水箱、液压泵、单向阀、输水管、上水箱、节流阀、出水管和溢流管，所述下水箱的出水口接液压泵的入口，液压泵的出口经输水管和单向阀接上水箱，上水箱的肥皂液出口经出水管和导流线接下水箱，构成一个循环的液压回路，所述节流阀设在出水管的出口处，控制出水管的水流流量与速度；设在上水箱上部的溢流口通过溢流管与下水箱的下部连通；单向阀设在液压泵上部，以防止水流倒流。

所述流动显示控制机构设有导流线、拉线和砝码。从出水管流出的水柱，经过导流线的扩张段后，渐渐的被拉伸为一平面，形成肥皂液薄膜，经过导流线上的平行段，该薄膜平面中的水流趋于稳定，形成均匀稳定的流场。当薄膜中的水流流过实验模型，如实验圆柱后，圆柱后面卡门涡街的分布将导致薄膜局部厚度的变化，由于光的干涉作用，肥皂薄膜上将产生明暗相间的条纹，此时圆柱后面的流场信息就被直观的反映在薄膜上。

所述拉线的一端系在导流线上，拉线的另一端与磁铁固接，所述砝码悬挂在导流线下端。

肥皂液薄膜宽度的变化方式为：拉线一端系在导流线上，另一端与一磁铁固定。磁铁由于磁力作用被吸附在钢尺上，同时改变磁铁在钢尺上的吸附点即可改变拉线之间的宽度，进而改变了肥皂薄膜的宽度。所述砝码悬挂在导流线下端，用于保证导流线始终垂直向下，进而确保了肥皂液薄膜的稳定性。

本发明中使用的肥皂液采用肥皂与水均匀混合的方式，也可采用洗洁剂、洗手液等与水进行配制。

本发明的突出优点在于：

1、与传统意义上的水洞（风洞）相比，本发明制作简单方便，成本较低，占用空间小，方便移动。

2、采用垂直循环流动的肥皂液薄膜作为显示平台，能将实验物体的二维流场信息直观的显示出来。

3、肥皂液薄膜的宽度可调。

4、出水口处水流的流量速度可调。