一种验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及流体力学测量文丘里管内部压力分布的实验设备技术领域，特别涉及一种验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置。


背景技术：

2.伯努利定理是流体力学学习的重要基础内容，其表述为在不可压、理想流体沿流管作定常流动时，流动速度增加，流体的静压将减小；反之，流动速度减小，流体的静压将增加。但是流体的静压和动压之和，称为总压始终保持不变。伯努利定理在水力学和应用流体力学中有着广泛的应用。而且由于它是有限关系式，常用它来代替运动微分方程，因此在流体力学的理论研究中也有非常重要的意义。
3.文丘里管是测量流体压差的一种装置，是意大利物理学家文丘里发明，文丘里管是先收缩而后逐渐扩大的管道。测出其入口截面和最小截面处的压力差，与流量的关系相对应即可验证伯努利定理。
4.但是现有的实验演示装置通常体积较为庞大，不方便移动，且安装复杂，操作繁琐，不易于批量加工，变截面流动过程压力分布变化的观察较为困难。


技术实现要素：

5.为了实现上述实用新型目的，针对上述技术问题，本实用新型提供一种验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置。
6.其技术方案为，包括提供水循环水箱的水箱部分和反应连续流流体在流经变截面区域时流体内部的压力变化的文丘里管部分；
7.所述水箱部分包括水箱箱体，所述水箱箱体内部设置实验槽，所述实验槽底部一侧设置有进水口一，另一侧设置有出水口一，水箱箱体底部一侧设置有排水口，所述实验槽内固定连接有板堰，水箱箱体外壁上设置有控制区域，所述控制区域一侧设置有箱体开关，水箱箱体外壁上设置液位计；
8.所述文丘里管部分包括设置在支撑板上的文丘里管，所述文丘里管的一端设置有进水口二，另一端设置有出水口二，所述支撑板上表面一端设置有背板，所述背板一侧设置有压力管，所述压力管顶部设置有联排，背板顶部一侧设置有手动空气泵，所述文丘里管内上游、喉部、下游均设置有均匀分布的压力测点，压力测点通过管路与所述压力管相连；
9.所述文丘里管下游设置有流量调节阀。压力管通过水位高度反应测量截面的压力值；手动空气泵可以控制实验开始时的基准液位高度。
10.所述实验槽设置有两个区域，其中一个区域的截面大于另一个区域的截面。
11.所述实验槽两个区域交界处设置有u形的连接板，所述板堰通过螺栓与所述连接板固定连接。
12.所述控制区域设置有显示屏幕，所述显示屏幕一侧分别设置有流量旋钮和电源开关。
13.所述水箱箱体底部设置有万向轮。
14.所述文丘里管内部设置有变截面通道。
15.所述水箱箱体内部设置有水泵。
16.实验台整体包括两部分，一部分为水箱部分用以提供稳定可控的水循环，一部分为设计过的文丘里管部分，用以反应连续流流体在流经变截面区域时流体内部的压力变化，并通过水位高度直观反应，水位的基准高度可以通过手动空气泵调节。
17.过程中的水流速可以通过安装在文丘里管下游的流量调节阀调节。在实际测量过程中文丘里管变截面部分等距分布有9个压力测点，以测量文丘里管内部变截面上的连续流压力分布。
18.水箱部分有两种连接方式，一种用以为文丘里管部分供水，一种用以自身完成实验。
19.文丘里管部分实验段为一维变截面流动，可以观察动压与静压的关系；
20.在实验装置工作时，水流由进水口一进入实验槽，水箱箱体侧面有液位计控制箱内水位高度，水箱箱体内设置有水泵可以使水由进水口一抽入实验槽中；
21.在出水口一未连接软管为其他设备供水时，实验槽具备实验功能，此时实验槽可以演示水流经堰结构即板堰时的流动状态与水头损失，水经板堰重新进入进水口一返回水箱，完成闭合水循环。
22.在出水口一连接软管为其他设备供水时，实验槽不具备实验功能，该装置仅用作水源供应设备并提供参数调控。参数调控由控制区域进行，由电源开关、显示屏幕与流量旋钮构成，可以调节出水口一的水流量、流速并显示在显示屏幕上，在使用完毕后，水流可以经排水口排空；
23.水流经进水口二进入文丘里管的变截面通道，过程中由于总水头保持不变，所以在通过不同截面积时内部的流速与压力均不同，其内部的截面压力通过软管连接在背板的压力管上，通过压力管内的水位变化反应测量截面的静压力的改变，背板上设置有1mm尺度的刻度，可以精确的反应因为流速改变而引起的连续流静水头变化，背板的压力管与手动空气泵相连，可以在实验开始前手动调整初始液位高度。流量调节阀设置在文丘里管的下游部分，使得在调节水流量时不会引起文丘里管内部的紊流度变化影响实验现象，实验结束后水流经出水口二离开文丘里管重新回到水箱部分。
24.文丘里管内部在设置有多个压力测点，其中在变截面部分等距设置有9个压力测点，上下游各设置一个压力测点监测进出口压力值，共计11个压力测点。
25.本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本方案提供一种集成多种功能和参数调试的文丘里管内流体压力分布测量装置，主要用于验证流体力学基础中伯努利定理的教学实验，学习一维变截面流动中连续流流体压力变化；实验台整体包括两部分，一部分为水箱部分用以提供稳定可控的水循环，一部分为设计过的文丘里管部分，用以反应连续流流体在流经变截面区域时流体内部的压力变化，并通过水位高度直观反应，水位的基准高度可以通过手动空气泵调节；可以实时便捷观察连续流流经一维变截面管道时不同截面的压力值变化，并通过对比流量与压力值的变化验证伯努利定理，伯努利定理的验证更为简便，设备整体结构简单、操作易学、为小型实验室提供了实验演示条件，装置整体材料工艺具有可重复性，安装方便且易于批量加工，可以实现大规模生产；
26.相比于目前市场上现有的伯努利定理验证实验装置，本装置可以提供更稳定精确的水流循环，并且通过多个压力测点将内部的静压力变化转化为压力管的水位变化，使得连续流流经变截面的能量转化更为直观。
附图说明
27.图1为本实用新型实施例水箱部分的结构示意图一。
28.图2为本实用新型实施例水箱部分的结构示意图二。
29.图3为本实用新型实施例水箱部分的结构示意图三。
30.图4为本实用新型实施例水箱部分的结构示意图四。
31.图5为本实用新型实施例文丘里管部分的结构示意图一。
32.图6为本实用新型实施例文丘里管部分的结构示意图二。
33.图7为本实用新型实施例文丘里管11个测点的原理图。
34.其中，附图标记为：1、实验槽；2、出水口一；3、水箱箱体；4、万向轮；5、板堰；6、进水口一；7、箱体开关；8、控制区域；9、电源开关；10、显示屏幕；11、流量旋钮；12、排水口；13、液位计；
35.21、手动空气泵；22、背板；23、进水口二；24、压力测点；25、文丘里管；26、支撑板；27、出水口二；28、流量调节阀；29、压力管；30、联排。
具体实施方式
36.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型创造和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
39.在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。
40.实施例1
41.参见图1至图7，本实用新型提供一种验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实
验装置，包括提供水循环水箱的水箱部分和反应连续流流体在流经变截面区域时流体内部的压力变化的文丘里管部分；
42.水箱部分包括水箱箱体3，水箱箱体3内部设置实验槽1，实验槽1底部一侧设置有进水口一6，另一侧设置有出水口一2，水箱箱体3底部一侧设置有排水口12，实验槽1内固定连接有板堰5，水箱箱体3外壁上设置有控制区域8，控制区域8一侧设置有箱体开关7，水箱箱体3外壁上设置液位计13；
43.文丘里管部分包括设置在支撑板26上的文丘里管25，文丘里管25的一端设置有进水口二23，另一端设置有出水口二27，支撑板26上表面一端设置有背板22，背板22一侧设置有压力管29，压力管29顶部设置有联排30，背板22顶部一侧设置有手动空气泵21，文丘里管25内上游、喉部、下游均设置有均匀分布的压力测点24，压力测点24通过管路与压力管29相连；
44.文丘里管25下游设置有流量调节阀28。压力管29通过水位高度反应测量截面的压力值；手动空气泵21可以控制实验开始时的基准液位高度。
45.实验槽1设置有两个区域，其中一个区域的截面大于另一个区域的截面。
46.实验槽1两个区域交界处设置有u形的连接板，板堰5通过螺栓与连接板固定连接。
47.控制区域8设置有显示屏幕10，显示屏幕10一侧分别设置有流量旋钮11和电源开关9。
48.水箱箱体3底部设置有万向轮4。
49.文丘里管25内部设置有变截面通道。
50.水箱箱体3内部设置有水泵。
51.实验台整体包括两部分，一部分为水箱部分用以提供稳定可控的水循环，一部分为设计过的文丘里管部分，用以反应连续流流体在流经变截面区域时流体内部的压力变化，并通过水位高度直观反应，水位的基准高度可以通过手动空气泵21调节。
52.过程中的水流速可以通过安装在文丘里管25下游的流量调节阀28调节。在实际测量过程中文丘里管25变截面部分等距分布有9个压力测点24，以测量文丘里管25内部变截面上的连续流压力分布。
53.水箱部分有两种连接方式，一种用以为文丘里管部分供水，一种用以自身完成实验。
54.文丘里管部分实验段为一维变截面流动，可以观察动压与静压的关系；
55.在实验装置工作时，水流由进水口一6进入实验槽1，水箱箱体3侧面有液位计13控制箱内水位高度，水箱箱体3内设置有水泵可以使水由进水口一6抽入实验槽1中；
56.在出水口一2未连接软管为其他设备供水时，实验槽1具备实验功能，此时实验槽1可以演示水流经堰结构即板堰5时的流动状态与水头损失，水经板堰5重新进入进水口一6返回水箱，完成闭合水循环。
57.在出水口一2连接软管为其他设备供水时，实验槽不具备实验功能，该装置仅用作水源供应设备并提供参数调控。参数调控由控制区域8进行，由电源开关9、显示屏幕10与流量旋钮11构成，可以调节出水口一2的水流量、流速并显示在显示屏幕10上，在使用完毕后，水流可以经排水口12排空；
58.水流经进水口二23进入文丘里管25的变截面通道，过程中由于总水头保持不变，
所以在通过不同截面积时内部的流速与压力均不同，其内部的截面压力通过软管连接在背板22的压力管29上，通过压力管29内的水位变化反应测量截面的静压力的改变，背板22上设置有1mm尺度的刻度，可以精确的反应因为流速改变而引起的连续流静水头变化，背板22的压力管29与手动空气泵21相连，可以在实验开始前手动调整初始液位高度。流量调节阀28设置在文丘里管25的下游部分，使得在调节水流量时不会引起文丘里管25内部的紊流度变化影响实验现象，实验结束后水流经出水口二27离开文丘里管25重新回到水箱部分。
59.文丘里管25内部在设置有多个压力测点24，其中在变截面部分等距设置有9个压力测点24，上下游各设置一个压力测点24监测进出口压力值，共计11个压力测点24。
60.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，其特征在于，包括提供水循环水箱的水箱部分和反应连续流流体在流经变截面区域时流体内部的压力变化的文丘里管部分；所述水箱部分包括水箱箱体(3)，所述水箱箱体(3)内部设置实验槽(1)，所述实验槽(1)底部一侧设置有进水口一(6)，另一侧设置有出水口一(2)，水箱箱体(3)底部一侧设置有排水口(12)，所述实验槽(1)内固定连接有板堰(5)，水箱箱体(3)外壁上设置有控制区域(8)，所述控制区域(8)一侧设置有箱体开关(7)，水箱箱体(3)外壁上设置液位计(13)；所述文丘里管部分包括设置在支撑板(26)上的文丘里管(25)，所述文丘里管(25)的一端设置有进水口二(23)，另一端设置有出水口二(27)，所述支撑板(26)上表面一端设置有背板(22)，所述背板(22)一侧设置有压力管(29)，所述压力管(29)顶部设置有联排(30)，背板(22)顶部一侧设置有手动空气泵(21)，所述文丘里管(25)内上游、喉部、下游均设置有均匀分布的压力测点(24)，压力测点(24)通过管路与所述压力管(29)相连；所述文丘里管(25)下游设置有流量调节阀(28)。2.根据权利要求1所述的验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，其特征在于，所述实验槽(1)设置有两个区域，其中一个区域的截面大于另一个区域的截面。3.根据权利要求2所述的验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，其特征在于，所述实验槽(1)两个区域交界处设置有u形的连接板，所述板堰(5)通过螺栓与所述连接板固定连接。4.根据权利要求1所述的验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，其特征在于，所述控制区域(8)设置有显示屏幕(10)，所述显示屏幕(10)一侧分别设置有流量旋钮(11)和电源开关(9)。5.根据权利要求1所述的验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，其特征在于，所述水箱箱体(3)底部设置有万向轮(4)。6.根据权利要求1所述的验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，其特征在于，所述文丘里管(25)内部设置有变截面通道。7.根据权利要求1所述的验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，其特征在于，所述水箱箱体(3)内部设置有水泵。

技术总结
本实用新型公开了一种验证伯努利定理的流体内部压力分布测量实验装置，涉及流体力学测量文丘里管内部压力分布的实验设备技术领域，技术方案为，包括提供水循环水箱的水箱部分和反应连续流流体在流经变截面区域时流体内部的压力变化的文丘里管部分；水箱部分包括水箱箱体，水箱箱体内部设置实验槽，实验槽内固定连接有板堰，文丘里管部分包括设置在支撑板上的文丘里管。本实用新型的有益效果是：本方案提供一种集成多种功能和参数调试的文丘里管内流体压力分布测量装置，主要用于验证流体力学基础中伯努利定理的教学实验，学习一维变截面流动中连续流流体压力变化。变截面流动中连续流流体压力变化。变截面流动中连续流流体压力变化。


技术研发人员：王嘉繁 张伟 周勇
受保护的技术使用者：微牛顿(山东)科技开发有限公司
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/7/14