[实用新型]一种演示空气黏性力及其影响因素的装置

说明书

本实用新型公开了一种演示空气黏性力及其影响因素的装置，包括：支架、内含发热电阻的上圆盘、工作台、底座、传动轴、下圆盘，所述支架上部悬挂上圆盘，支架下部固定于工作台上，底座固定于工作台上，内部可调速电机与传动轴相连，传动轴上部“十”字型凸起插入下圆盘圆心处“十”字型凹槽，与下圆盘可靠连接。通过该装置可直观地观察到空气黏性力的存在，改变上下圆盘之间的空气温度、调节下圆盘转速、更换不同直径下圆盘后，上圆盘从静止到开始转动所需时间发生变化，可以直观地演示空气温度、相邻空气层速度梯度、相邻空气层接触面积对空气黏性力大小的影响。该装置具有观测方便，演示效果好，成本低，操作简单，携行性好等优点。

技术领域

本实用新型属于飞机空气动力学教学领域，涉及到飞机空气动力学教学研究的重要手段——实验演示，具体涉及一种演示空气黏性力及其影响因素的装置。

背景技术

实验演示是一种增强学员直观感性认识的重要教学手段。由于客观原因，飞行学员课堂教学无法将飞机空气动力学中的一些重要现象、重要原理、重要概念进行形象描述，观看视频又缺乏代入感，而实验演示可以对一些重要的空气动力学现象、气流特性，结合课堂授课即时教学。在流体力学发展过程中每一次理论上的突破及其工程中的应用，几乎都是从对流动现象的实验观察开始。如1880年的雷诺转捩实验，1888年的马赫激波现象实验，1904年普朗特提出边界层的概念，1912年冯﹒卡门对圆柱体绕流涡街分析等，无一不是以实验为基础。黏性是空气的固有属性，导致了边界层的产生和分离。对于实际飞行而言，飞机迎角超过一定角度后，机翼上会出现大面积的边界层气流分离，进而导致飞机失速，严重威胁飞行安全，甚至造成飞行事故，此外，飞机飞行时产生的压差阻力、摩擦阻力等都与空气黏性密切相关。空气黏性的物理本质是流速不同的相邻空气层分子进行动量交换而使得空气层之间产生了相互牵扯的作用，这种相互牵扯的作用力即为空气的黏性力。由于空气黏性力的产生和影响因素涉及到空气分子间的动量交换这一微观层面，难以直观展示，因此传统的课堂授课，学员只能通过理论讲解和原理示意图了解空气黏性力的存在及影响空气黏性力大小的因素，难以有直观的认识，教学效果也较差。

鉴于此，如何设计一种现实可行、简洁方便易用、效果及方法良好的演示空气黏性力及其影响因素的装置具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种演示空气黏性力及其影响因素的装置，该装置不仅适用于课堂演示教学，而且对于科普教学等也具有参考、借鉴实用价值。

为了解决传统飞机空气动力学课堂授课中存在的气流特性单纯依赖理论讲解的问题，本实用新型提出了一种演示空气黏性力及其影响因素的装置，该装置包括：支架、内含发热电阻的上圆盘、工作台、底座、传动轴、下圆盘，所述底座内部安装有电机，电机与传动轴相连，接通电源后电机带动传动轴转动，传动轴带动可拆卸下圆盘转动。

优选的，支架为中空式。支架中空，不仅便于在其内部布置为发热电阻供电的电路，而且可以减轻装置整体重量，便于携带。

优选的，上圆盘为轻薄金属材质制成。上圆盘为轻薄金属材质制成，导热性好，便于将发热电阻热量扩散到空气中，使该装置可以便捷地演示温度对空气黏性力的影响。

优选的，底座内部电机为可调速的。电机转速可调使该装置可以便捷地演示相邻空气层速度梯度变化时空气黏性力的变化规律，使得一套装置可进行多种工况条件下的演示。采用小型或微型电机，一方面可以有效降低成本，另外还考虑到作为教具使用时的便携性。

优选的，工作台带有发热电阻开关。可以改变上、下圆盘之间的局部空气温度，便捷地演示空气温度变化时空气黏性力的变化规律。

优选的，工作台带有电机转速旋钮，可以便捷的控制下圆盘转速，便捷地演示相邻空气层速度梯度变化时空气黏性力的变化规律。

优选的，下圆盘可拆卸，可以快速更换不同直径下圆盘，便捷地演示相邻空气层接触面积变化时空气黏性力的变化规律。