[实用新型]工程流体力学3D流型演示装置

说明书

本实用新型公开了一种工程流体力学3D流型演示装置，包括液相循环输送系统、控制与显示系统、实验演示及标定系统。其中液相循环输送系统包括固定实验操作台、循环储水箱、离心泵、电磁流量计、不锈钢输水管、以及主路阀门；控制与显示系统包括实验控制箱、差压变送器；所述实验演示及标定系统包括气泡发生器、文丘里流量计、孔板流量计、突缩和突扩、支路阀门以及旁路结构。本实用新型能够真实直观的演示流体流经复杂管路时的流动状态以及标定流量计流量系数，具有价格低廉、操作稳定的特点。

技术领域

本实用新型属于本科实验教学领域，尤其是一种流体流经节流式流量计及复杂管路系统时流型变化的工程流体力学3D流型演示装置。

背景技术

在中学时代基本建立的动量、能量守恒概念基础上，本科生需要在工程流体力学中通过对流体流动结构的剖析，建立速度分层和动压与静压能相互转换的思想。然而流体输运方程晦涩难懂，推导过程繁杂冗长一直是制约本科生深入理解流体力学基本原理的难题。虽然在自然界中普遍存在边界层分离现象，如水绕流岩石形成的漩涡、汽车行驶时尾部形成尾涡等，但要将偏微分的动量输运方程转变为可以形象认知的实验现象，进而让学生掌握可定量验证的动能与压能转换公式，实现管道中流量的测量，仍需要体验度更高的教学工具的辅助。

目前本科实验教学中常见的流型演示仪仅为2D结构，不能真实再现管路系统中流体的流动特征，亦容易给学生3D结构均可以进行2D简化的误导。通过设计全尺寸3D透明材质的标准管道器件，观察其中流场变化，能够将理论知识由枯燥的公式推导转变为动态的演示过程，更加直观反映流体流过节流式流量计与其他管件时的流型变化。同时，大学生双创活动的推进也要求我们的实验装置不能仅停留于简单的流型演示。在理解边界层分离和动能、压能转换现象的基础上，通过学生按化工标准自行设计、制作并标定节流式流量计，引导学生规范化的创新实践活动是本实用新型的核心功能目标。

本实用新型以过程装备与控制专业实验“工程流体流动”为基础，对流体流经文丘里、孔板、突扩、突缩时的流型变化进行三维动态演示。项目兼顾实验仪器的多功能性特征，学生根据经验公式自主设计并通过3D打印制作节流式流量计组件，且使用本实验装置可对节流式流量计的流量系数进行准确标定。该项目实施后，有助于学生从直观的三维流型结构表象中抽象出边界层分离概念，理解并掌握两种流量计的理论计算公式，锻炼了学生的动手能力，从理论与实践两方面对两种流量计的工作原理进行更深入的了解，实现工程流体力学理论知识和实践知识的提高。

实用新型内容

本申请的实用新型目的在于克服2D流型演示仪不能真实反映流体流经复杂管路后流型变化的问题，发展了一种可以真实直观演示流体状态以及能够标定流量计流量系数的工程流体力学3D流型演示装置。

本实用新型通过如下技术方案实现。