流動現象（xiàng）演示儀說明書

一、流動現象演示儀說明書-實驗目的
⒈觀察各種幾何邊界條件下產生（shēng）的旋渦現象（xiàng），搞清旋渦產生（shēng）的原因與條件。
⒉通過對各種邊界下旋渦強弱的（de）觀察，分析比較局部損失（shī）的大小。
⒊觀（guān）察繞流現象、分離點及卡（kǎ）門渦街（jiē）現象。
4. 清晰、鮮明的顯示出流體在特定邊界（jiè）流（liú）場中流動的多種（zhǒng）流（liú）動圖（tú）譜，為了解（jiě）、設計、改進流道和設計流體元器件提供直接（jiē）根據。
二、實驗原理
流經固體邊界的水流，當達到一定雷諾數時，由於固體邊（biān）界（jiè）的形狀大小突（tū）然發生變化，在慣性（xìng）的作用下，就會出現主流與邊（biān）界分離而產生旋渦的現象，如突然縮小、突然擴大、孔板（bǎn）等。水流在（zài）這些突變的邊界處（chù）形成（chéng）局部水流阻力，能（néng）量損失較大。在旋渦範圍內，水流常表現為高度紊亂並伴隨有劇烈摩擦、分裂和（hé）撞擊作用，部分水流運（yùn）動的連續性遭受破壞，出現明顯的主流與固體邊界脫離，從而（ér）導致（zhì）大尺度旋渦的產生。

三、實驗裝（zhuāng）置與內容
該演示儀是以空氣氣（qì）泡（pào）為示蹤介質，以狹縫（féng）過流道為特定邊界流場，用以顯示內流、外流等多種流（liú）動圖譜。水在半（bàn）封（fēng）閉狀態下受水泵的驅（qū）動自蓄水箱經摻氣後（hòu）流經顯示板，形成無（wú）數小氣（qì）泡，小氣泡相對水流流動的跟隨性達到（dào）一致。儀器內日光燈照（zhào）射到顯示板上（shàng），使小氣泡發出明亮的折射光，在後蓋（gài）底板襯托下，清楚的（de）顯示（shì）出小氣泡隨水流流動的跡象。
Ⅰ型：用以（yǐ）顯（xiǎn）示逐（zhú）漸（jiàn）擴散、逐漸收（shōu）縮、突然擴大、突然收（shōu）縮、壁麵衝擊、直角彎道等平麵上的（de）流動圖像。在逐漸擴散可看到（dào）由邊界層（céng）分離而形成（chéng）的強烈旋渦，且越是靠近上遊喉頸處，流速越大，渦旋尺度越小，紊動（dòng）強度越高；而在逐漸收縮段（duàn），無分離，流線均勻收縮，亦無旋（xuán）渦，由此可知，逐漸擴散（sàn）段局部水頭損失大於逐漸收縮段。
在突然擴大段出（chū）現較大的旋渦區，而（ér）突然收（shōu）縮段隻在死角（jiǎo）處（chù）和收（shōu）縮斷麵後的（de）進口（kǒu）附近出現（xiàn）較小的（de）旋渦區。表明突（tū）擴段比突縮段有較大的局部（bù）水頭損失(縮擴的直徑比大於0.7時（shí）例外)，而且突縮段的水頭（tóu）損失主要發（fā）生在突縮斷麵後部。
在直角彎道和壁麵衝擊段，也有多處旋（xuán）渦區出現。尤其在彎道流中，流（liú）線彎曲更劇，越（yuè）靠近彎道內側，流（liú）速越小。且近內壁處，出現明顯的回流，所形成的（de）回流範圍較大，將此與圓角轉彎流動（dòng）對（duì）比，直角彎道旋（xuán）渦大，回流更加（jiā）明顯。
Ⅱ型：顯示文（wén）丘裏流（liú）量計、孔板流量計、圓弧進口管嘴流量計以及壁麵衝擊、圓弧形彎道（dào）等串聯（lián）流道縱剖麵上的流動圖像。
由顯示可見（jiàn），文丘裏（lǐ）流量計的過（guò）流順暢，流線順直，無邊界層分離和旋渦產生。孔板流量計的過流阻力較大，在孔板前，流線（xiàn）逐漸收縮，匯集於孔板的孔口處，隻在拐角處有小旋渦出現，孔板後的（de）水流逐漸擴散，並在主（zhǔ）流區的周（zhōu）圍形成較大的旋渦（wō）區。由此（cǐ）可知，孔板流量計的過流阻力較大；圓弧進口管（guǎn）嘴流（liú）量（liàng）計入流順暢，管嘴過流段上無邊界層分離和旋渦產生；在圓形彎道段，流線較順暢，與直角彎道比較，旋（xuán）渦發生少。在彎道的內側，邊界層分離及分（fèn）離點清晰可見。邊界層分離後（hòu），產生回流（liú）形成旋渦。
Ⅲ型（xíng）：顯示30°彎頭、直角圓弧彎（wān）頭、直（zhí）角彎頭，45°彎頭以及非自由射流等流段縱剖麵（miàn）上的流動圖像。
由顯（xiǎn）示可見，在每一轉彎（wān）的後麵，都因邊界層分離而產生旋渦。轉彎角度不同（tóng），旋渦大小、形狀（zhuàng）各異。在圓（yuán）弧轉彎段，流（liú）線較順暢，該串聯管道上，還顯示了局部水頭損失疊加影響的圖譜，流動形態錯綜複雜。在非自由射流（liú）段，射流離開噴口後，不斷卷吸周圍的流體，形成（chéng）射流的紊動擴（kuò）散。在此（cǐ）流（liú）段上還可看到射流的“附壁效應”現象。
Ⅳ型：顯示30°彎（wān）頭、分流、合流、45°彎頭、YF溢流閥、流段（duàn）縱剖麵上的流動圖譜。
由顯示可見，在轉彎、分流、合流等過流（liú）段上，有不同形態的旋渦出（chū）現。合流渦旋（xuán）較（jiào）為典型，明顯（xiǎn）幹擾主流，使主流（liú）受阻。
YF－溢流閥廣泛的用於液壓（yā）傳動係統。其流動介質通常是油。閥門前後壓差可達315bar，閥（fá）道處的流速每秒可高達二百多米，本裝置流動介質是水，為了與實際閥門的流動相似（Re相同），在閥（fá）門前加一減壓分流（liú）。該（gāi）裝置能十分清晰的顯（xiǎn）示閥門前後的流動形態；高速流體經閥（fá）口噴出後，在閥芯的大反圓弧段發生邊界層分離，出現一圓旋渦帶，在射流和閥（fá）座的出口處，便產生以較大的（de）旋渦環帶，在射（shè）流和閥座的出口處也產生一較大的旋渦帶，在閥門（mén）的後部，尾跡（jì）區大而複雜，產生不規則（zé）的隨機的卡門渦（wō）街，經閥芯芯（xīn）部流過的小（xiǎo）股流（liú）體也在尾跡區產生不規則的左右擾（rǎo）動，調節過（guò）流量，旋渦（wō）的形態仍（réng）然不（bú）變。
Ⅴ型：顯示明渠逐漸擴散，單圓柱繞流、多圓柱繞流（liú）及直（zhí）角彎道（dào）等流段的（de）流動圖像（xiàng）。圓柱繞（rào）流是該型演示儀（yí）的特征流譜（pǔ）。
該儀器顯示可見：單圓柱繞流時的邊（biān）界層（céng）分離狀況（kuàng），分離點位置，卡門渦街的產生與（yǔ）發展過程（chéng）以及多圓柱繞流時的流體混合、擴散、組合旋渦等流譜圖像。
Ⅵ型：顯示明渠漸擴、橋墩形鈍體（tǐ）繞流、機翼型繞流、直角（jiǎo）彎道和正、反流線體繞流（liú）等流段上的流動圖譜。
橋墩形繞流體為圓頭方尾的純體。水流脫離橋（qiáo）墩後，形成一個旋渦區尾流。在紊流區不斷交（jiāo）替在二（èr）側產生旋轉方向相反的旋渦，即卡門渦街。（可與圓柱體繞流比較）。
機翼型繞流是繞流體的（de）最好形式，其流體暢通，形體阻力最小，故流線體一般是是圓頭尖尾形。
Ⅶ型：顯示流體進入圓弧集流器與圓錐集流器時的流動情況，集流器多按（àn）裝於風洞進口，使流體收（shōu）斂、均勻進（jìn）入風洞，並可利用其形狀的變化引起的前後壓（yā）差的變化，作進（jìn）口流量的測量（liàng）。集流器（qì）的外型（xíng）幾何尺寸已經列入了國家標準，設計及製造時均（jun1）有參照。
四、演示方法與（yǔ）步驟（zhòu）
1.將注（zhù）水管插進（jìn）每個設（shè）備旁側（cè）的加水孔注水，觀察前部的水位，到刻度（dù）處（chù），不要太多或太少，否（fǒu）則將影響正常（cháng）演示時的氣泡效果。
2.加水後，將電源接通，水泵上水，光源（yuán）點亮。等整個設備運行穩定後，就可以清晰的觀察流體（tǐ）流經各（gè）類邊界（jiè）時所形成的流線所形成（chéng）的流譜了。
五、思考（kǎo）題
1.談談（tán）文丘裏流量計，孔板流量計及圓弧進口管嘴流量計各自特點（diǎn）及（jí）其用途。
2.為什麽（me）急（jí）變（biàn）流段測壓管水（shuǐ）頭不按靜水壓強規律分布（bù）？
3.短管局部水頭損失是否等於各單個局部水頭損失之和？為什麽？
4.處於流場中（zhōng）的繞流體為何會產生振動？為什（shí）麽振動（dòng）方向和（hé）來流方向垂直？
5.為什（shí）麽圓柱（zhù）繞流頻率可（kě）由公式（shì）計算而非圓柱繞流頻率一般不能計算？

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