一种多重嵌套式高速实验水洞的制作方法

本发明涉及水动力学实验技术研究领域，更具体地，涉及一种多重嵌套式高速实验水洞。

背景技术：

水洞是水动力学实验的一种设备，可用来研究边界层现象、湍流空化及水弹性等现象，还可以用来研究水流与实验物体之间的作用力。因此，水洞的建设对于水动力学研究具有很高的价值。

现有的高速水洞空化现象严重，当将物模置入水洞内进行物模实验时，高速来流会在实验段产生大量空泡，致使来流不平稳，进而影响物模实验的顺利开展。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多重嵌套式高速实验水洞，水高速流动时能消除试验段的空泡，获取平稳的来流，为物模实验创造优质的实验环境。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种多重嵌套式高速实验水洞，包括大型实验水池、主水道管、多个控制水道管及多个水泵；多个控制水道管依次嵌套于主水道管的外部，且相邻管之间设有间隙；主水道管及各个控制水道管的两端分别设有出口及入口，各个出口分别连接不同的水泵；主水道管与多个控制水道管组装后浸入大型实验水池内。

上述方案中，通过将主水道管及多个控制水道管嵌套设置，并将主水道管及各个控制水道管的出口分别连接不同的水泵，使得水从出口被泵入水泵内继而从水泵出水口流出与大型实验水池内的水混合，由此形成自循环系统，在水泵泵水时能分别调节主水道管及各个控制水道管中的流量，以消除由于端口效应在主水道管内水高速流动产生的空泡，当将物模置于主水道管内进行物模实验时能获取平稳的来流，为物模实验创造优质的实验环境。

优选地，还包括连接结构，相邻管之间通过连接结构连接，且管与管连接时水能在管内流通。这样设置使得相邻管之间能牢固连接，防止水高速流动时管与管发生相对位移，影响空泡的消除效果，进而影响来流的平稳性。进一步优选地，所述连接结构包括螺柱、设于内层管外壁上的螺母及设于外层管内壁上的螺孔；将螺柱安装在螺母及螺孔内，即实现相邻管的连接。

优选地，还包括高度能调节的支架，所述支架设于大型实验水池内并用于支撑多个控制水道管及主水道管。支架的设置便于调节控制水道管及主水道管的高度，使其浸入大型实验水池内不同深度，以测试自由面对该多重嵌套式高速实验水洞的影响。自由面为大型实验水池内水的水平面。

优选地，控制水道管包括第一控制水道管及第二控制水道管。具体实验时，可根据实际需要设置控制水道管的数量，以满足不同实验的需求。

优选地，各个控制水道管的长度均小于主水道管的长度，且各个控制水道管的出口与主水道管的出口位于不同位置。这样设置能进一步控制由于端口效应产生的空泡传入主水道管内，影响主水道管内来流的平稳性。

优选地，主水道管及各个控制水道管的轴位于同一轴线上。

优选地，出口的直径小于入口的直径。这样设置便于获取高速的水流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种多重嵌套式高速实验水洞，通过将主水道管及多个控制水道管嵌套设置，并将主水道管及各个控制水道管的出口分别连接不同的水泵，使得水从出口被泵入水泵内继而从水泵出水口流出与大型实验水池内的水混合，由此形成自循环系统，在水泵泵水时能分别调节主水道管及各个控制水道管中的流量，以消除由于端口效应在主水道管内水高速流动产生的空泡，当将物模置于主水道管内进行物模实验时能获取平稳的来流，为物模实验创造优质的实验环境；通过设置连接结构，并用连接结构连接相邻管，且管与管连接时水能在管内流通，使得相邻管之间能牢固连接，防止水高速流动时管与管发生相对位移，影响空泡的消除效果，进而影响来流的平稳性；通过设置高度能调节的支架，并将支架设于大型实验水池内以支撑多个控制水道管及主水道管，这样设置便于调节控制水道管及主水道管的高度，使其浸入大型实验水池内不同深度，以测试自由面对该多重嵌套式高速实验水洞的影响。

附图说明

图1为本发明一种多重嵌套式高速实验水洞的结构示意图。

图2为传统的只有单个管时，管内的空泡模拟效果图。

图3为本发明采用多个控制水道管套设于主水道管外侧时，主水道管内的空泡模拟效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

本实施例一种多重嵌套式高速实验水洞的示意图如图1所示，包括大型实验水池1、主水道管3、多个控制水道管及多个水泵；多个控制水道管依次嵌套于主水道管3的外部，且相邻管之间设有间隙；主水道管3及各个控制水道管的两端分别设有出口10及入口，各个出口10分别连接不同的水泵；主水道管3与多个控制水道管组装后浸入大型实验水池1内。

相邻管之间的间隙大小与出口10的形状、管的直径及物模实验时实验段的长度有关，可根据具体的实验具体设置。

本发明通过将主水道管3及多个控制水道管嵌套设置，并将主水道管3及各个控制水道管的出口10分别连接不同的水泵，使得水从出口10被泵入水泵内继而从水泵出水口流出与大型实验水池1内的水混合，由此形成自循环系统，在水泵泵水时能分别调节主水道管3及各个控制水道管中的流量，以消除由于端口效应在主水道管3内水高速流动产生的空泡，当将物模置于主水道管3内进行物模实验时能获取平稳的来流，为物模实验创造优质的实验环境。

其中，还包括连接结构9，相邻管之间通过连接结构9连接，且管与管连接时水能在管内流通。这样设置使得相邻管之间能牢固连接，防止水高速流动时管与管发生相对位移，影响空泡的消除效果，进而影响来流的平稳性。本实施例中，所述连接结构9包括螺柱、设于内层管外壁上的螺母及设于外层管内壁上的螺孔；将螺柱安装在螺母及螺孔内，即实现相邻管的连接。

另外，还包括高度能调节的支架2，所述支架2设于大型实验水池1内并用于支撑多个控制水道管及主水道管3。支架2的设置便于调节控制水道管及主水道管3的高度，使其浸入大型实验水池1内不同深度，以测试自由面对该多重嵌套式高速实验水洞的影响。自由面为大型实验水池1内水的水平面。

其中，控制水道管包括第一控制水道管4及第二控制水道管5。具体实验时，可根据实际需要设置控制水道管的数量，以满足不同实验的需求。

另外，各个控制水道管的长度均小于主水道管3的长度，且各个控制水道管的出口10与主水道管3的出口可位于不同位置。这样设置能进一步有效控制水道管入口产生的空泡传入主水道管3内，影响主水道管3内来流的平稳性。

其中，主水道管3及各个控制水道管的轴位于同一轴线上。

另外，出口10的直径小于入口的直径。这样设置便于获取高速的水流。

使用该多重嵌套式高速实验水洞时，将主水道管3、第一控制水道管4及第二控制水道管5组装后放入大型实验水池1内，通过调节支架2的高度以将组装好的管浸入大型实验水池内不同深度，将物模置于主水道管3内，开启水泵，水从出口10被泵入水泵内继而从水泵出水口流出与大型实验水池1内的水混合，由此形成自循环系统，在水泵泵水时分别调节主水道管3、第一控制水道管4及第二控制水道管5中的流量，以消除由于端口效应在主水道管3内水高速流动产生的空泡，获取平稳的来流，为物模实验创造优质的实验环境。不使用时可将支架2、主水道管3、第一控制水道管4及第二控制水道管5拿出大型实验水池1，防止大型实验水池1内的水对管及支架2进行腐蚀，减少使用寿命。

从图2和图3的数值模拟结果表明，当主水道管3外不套设控制水道管时，主水道管3的端口诱发的空化将充斥水道下游，如图2所示，这严重影响水道的造流质量。而在主水道管3外套设控制水道管后，如图3所示，空化水气混合流体将通过由控制水道管形成的环形套筒被大功率水汽泵排出，以消除主水道管3内水高速流动产生的空泡。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。