多排可移动叶栅流场实验装置的制作方法

本发明属于流体力学技术领域，具体涉及一种多排可移动叶栅流场实验装置。

背景技术：

目前流场试验装置采用电解水产生气泡的形式，通过叶片扰流，进行流场显示，或者采用油墨显示的方法。电解产生气泡有两个缺点，一是气泡量较少、气泡尺寸不规则，不易观测；二是气泡速度较快；难以实现显示叶片表面流场细节，更难以实现叶片运动或安装状态变化导致的流场改变的量化测试实验。油墨显示局限于观测效果不佳，难以实现叶片运动或安装状态变化导致的流场改变的量化测试实验。同时，现有装置中的叶片不能运动，无法观测动态情况下的流场变化；叶片不能调整进流角度，没有实现多排叶栅共同流动，不能观测上游叶片尾迹对下游叶片的影响效果。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种结构简单、流场观测效果好的多排可移动叶栅流场实验装置。

本发明采用的技术方案是：一种多排可移动叶栅流场实验装置，包括试验箱和蓄液箱，所述蓄液箱高度低于试验箱高度，所述试验箱内根据液体流向分为稳水区、扰流区和回水区，所述回水区底部通过管道与蓄液箱连通，所述试验箱内设置导流液，所述导流液为酸碱试剂，所述稳水区与扰流区之间的试验箱底部设有用于电解导流液使导流液变色的发色电机，所述蓄液箱内设置驱动设备，所述驱动设备用于将蓄液箱内的导流液输送至稳水区，所述扰流区内设置用于使导流液形成流场的扰流设备。

进一步地，所述稳水区内设置有稳水球。

进一步地，所述稳水区深度与扰流区的深度比为3:1-5:1。

进一步地，所述扰流设备包括多个安装板，所述多个安装板沿液体流向方向间隔平铺于扰流区底部，安装板上设置多个扰流用的叶片，多个叶片沿垂直于液体流向方向间隔布置，相邻安装板上的叶片的扰流方向相反，相邻安装板上的叶片错位布置。

进一步地，所述相邻安装板(12)之间的间距为20-30mm，所述安装板(12)上相邻叶片(13)的安装点之间的间距为40-60mm。

进一步地，还包括驱动装置，所述驱动装置的输出杆分别与多个安装板连接，所述驱动装置用于调整相邻安装板之间间距及相邻安装板交错距离。

进一步地，所述叶片包括依次连接的首端、中间段和尾端，所述首端、中间段和尾端宽度依次减小，所述首端旋转固定于安装板上，所述首端、中间段和尾端的一侧边缘连接形成内凹的第一曲线，所述首端、中间段和尾端的另一侧边缘连接形成外凸的第二曲线，所述第一曲线迎向液体流向方向。

更进一步地，所述回水区内沿液体流动方向设有两个导流板，导流板的板面垂直于回水区底部，两个导流板的首端之间宽度大于尾端之间的宽度，所述导流板的尾端设置回水槽，所述回水槽底部通过管道连通蓄液箱。

本发明的有益效果是：

一、通过利用电解的原理，成本低，方便操作，没有安全隐患，绿色环保，对酸碱试剂进行电解后，产生小范围局部ph变化，使得在此小范围内酸碱试剂由于酸碱度变化而产生了颜色的变化，通过控制叶片角度、液体流速与浓度，产生可控的低速流场。

二、利用设计的多排叶片结构，配合流场的流动特性，将部分叶片利用驱动设备进行低速移动，对于先前较难观测到的气流附面层分离、逆压梯度分布较好地进行展示，便于观测叶片流场演变的动态效果。

三、实现了多排叶片的共同作用，得到了不同叶片排之间的相互作用效果，观测到了上游叶栅产生的尾迹对下游叶栅进流效果的影响。通过改变叶片角度、转动速度、叶片数目可以对不同状态先的流场情况进行改变，试验效果更好。

附图说明

图1为本发明试验箱的俯视图。

图2为本发明安装板及叶片的布置示意图。

图3为本发明的正视图。

图中：1-试验箱；2-蓄液箱；3-稳水区；4-扰流区；5-回水区；6-管道；7-稳水球；8-扰流设备；9-导流板；10-发色电机；11-驱动设备；12-安装板；13-叶片；14-驱动装置；15-回水槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1-3所示，本发明提供一种多排可移动叶栅流场实验装置，包括试验箱1和蓄液箱2，所述蓄液箱2高度低于试验箱1高度，所述试验箱1内根据液体流向分为稳水区3、扰流区4和回水区5，稳水区3底部设置进水口通过管道连通驱动设备11，所述回水区5底部设置出水口通过管道6与蓄液箱2连通，两个管道上均可设置阀门，以便于控制液体流量，所述试验箱1内设置导流液，所述导流液为酸碱试剂，所述稳水区3与扰流区4之间的试验箱底部设有用于电解导流液使导流液变色的发色电机10，所述蓄液箱2内设置驱动设备11，所述驱动设备11用于将蓄液箱2内的导流液输送至稳水区3，驱动设备11具体可选择水泵，所述扰流区4内设置用于使导流液形成流场的扰流设备8。

上述方案中，稳水区3内设置有稳水球7，稳水球7为玻璃珠或其他结构，起稳水作用，用于稳定驱动设备输送过来的导流液。

上述方案中，所述稳水区3深度h1与扰流区4的深度h2比为3:1-5:1，优选为4:1。

上述方案中，扰流设备7包括多个安装板12，所述多个安装板12沿液体流向方向(即图中箭头a方向)间隔平铺于扰流区4底部，可以在试验箱底部设置磁铁，安装板通过磁铁吸附的方式固定于试验箱底部，便于移动，安装板并不限于此种安装方式。相邻安装板12之间的间距l1为20-30mm，优选为25mm，根据实验效果调整该距离。安装板12上设置多个扰流用的叶片13，叶片13在安装板12上能够旋转角度，即同一安装板上的多个叶片的角度可以相同，也不相同。多个叶片13沿垂直于液体流向方向间隔布置，相邻安装板12上的叶片13的扰流方向相反，即相邻安装板12上的叶片13的内凹的第一曲线布置方向不同，相邻安装板12上的叶片错位布置。同一安装板上相邻叶片的安装点之间的间距l2为40-60mm，优选为50mm，根据实验效果调整该距离。安装板的个数及每个安装板上的叶片的个数根据实际需要可以调整。

上述方案中，还包括驱动装置14，所述驱动装置14的输出杆分别与多个安装板12连接(图中未显示全部连接)，所述驱动装置14用于调整相邻安装板12之间间距及相邻安装板12交错距离，通过驱动装,14能够沿液体流动方向调整安装板12位置，及沿垂直于液体流动方向调整安装板12位置，从而控制叶片13位置变化。驱动装置由电机、调速器等结构组成。

上述方案中，叶片13包括依次连接的首端13.1、中间段13.2和尾端13.3，所述首端13.1、中间段13.2和尾端13.3宽度依次减小，所述首端13.1通过螺钉可旋转的固定于安装板12上，拧松螺钉时可以旋转叶片角度，拧紧螺钉时将叶片固定使其不随液体流动而动作。所述首端13.1、中间段13.2和尾端13.3的一侧边缘连接形成内凹的第一曲线13.4，所述首端13.1、中间段13.2和尾端13.3的另一侧边缘连接形成外凸的第二曲线13.5，第一曲线13.4和第二曲线13.5可以是圆滑的曲线，也可以是多条线段连接形成的曲线，所述第一曲线13.4迎向液体流向方向，实现对液体的扰流，形成可观测的流场。

上述方案中，回水区5内沿液体流动方向设有两个导流板9，导流板9的板面垂直于回水区底部，两个导流板9的首端9.1之间宽度大于尾端9.2之间的宽度，所述回水区5的导流板9的尾端9.2设置回水槽15，所述回水槽15底部通过管道6连通蓄液箱2，回水槽15深度大于扰流区4深度。

本发明工作原理为：通过驱动设备11形成循环的流场；发色电机10电解试剂产生可观测的流线；驱动装置14产生可移动的移动叶片；扰流设备8与导流板9产生稳定可靠的流动。通过利用电解的原理，对酸碱试剂进行电解后，产生小范围局部ph变化，使得在此小范围内酸碱试剂由于酸碱度变化而产生了颜色的变化，通过控制叶片角度、流速与试剂浓度，产生可控的低速流场。为便于观察，可以在扰流区的底部设置不同于试剂颜色的观测板。流场流线移动到叶片排后，在叶片的作用下，叶片表面会产生流动分离，叶片下游产生尾迹，并继续通过下一排叶片。这种特殊的流动现象一是可以进行观测，二是通过改变叶片角度、转动速度、叶片数目可以对不同状态先的流场情况进行改变。

采用本发明试验装置进行试验的过程为：

1、配液：初始使用时，先要配制显示液和对仪器充液。

配液时，取naoh颗粒0.1克溶于50ml蒸馏水中制成naoh溶液，取药粉一包(约0.3g)，倒入naoh溶液内，充分搅拌，使药粉溶解，然后将此溶液倒入3000ml蒸馏水中搅匀，接着在该水溶液中加入几滴0.1％醋酸稀溶液，使之由淡黄色变为微红色。若颜色偏红(会导致流线不清晰)，可继续加入稀盐酸使之微红，处于临界状态，若颜色偏黄，滴入0.1％的稀氢氧化钠溶液。

2、安装

a.将水泵软管接试验槽进液口(即稳水区进口)，水泵置于蓄液箱内，回水槽出水口接软管，软管出口置于蓄液箱，在稳水区内放置适量玻璃珠，用于稳水；

b.扰动区中间安放安装板，通过驱动装置调整到预期位置，并调整叶片到一定角度；

c.将调制好的显示液倒入蓄液箱内。

安装完毕。

3、启动：完成充液后，即可将仪器投入正常使用，插上220v市电电源。

a.全开进水阀、出水阀；

b.打开电源总开关；

c.开启水泵，开启灯光，待流道内充满液体之后，微开进水阀，使流道内出现薄层连续液流，此时，随着流道内工作液体流动，就逐渐会显示出红色与黄色相间的流线，并沿流延伸。

4、调试

流速快慢对流线的清晰度有一定影响。为达到最佳显示效果，流速不宜太快亦不宜太慢，太快流线不清晰，太慢则会造成流线歪扭倾倒，调节流速可以通过调节进水阀开度来控制流量，也可通过调节试验箱坡度来控制，一般将流道内流速调节至0.5～1.0m/s，再调节面板上电压，使流线对比度达到最佳效果，调节极间电压至合适位置。(电压偏低，流线颜色淡，电压偏高，产生氢气泡干扰流场)

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。