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    自循環(huán)流譜流線演示儀說明書

    一、自循環(huán)流譜流線演示儀說明書-儀器簡(jiǎn)介
    本儀器采用電化學(xué)法顯示流線,用狹縫式流道組成過流面(圖一)。流動(dòng)過程采用封閉自循環(huán)形式。水泵開啟,工作液體流動(dòng)并自動(dòng)染色。只要有市電220V電源就可使用。它具有體積小、重量輕、演示內(nèi)容豐富、圖像清晰直觀、有效顯示面積比大、操作方便、無(wú)污染、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

    圖一流譜流線顯示
    該儀器配有三種不同工件(圓柱體、機(jī)翼、突擴(kuò)突縮)。有機(jī)玻璃顯示盤、小水泵、直流供電裝置等部件組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體安裝,帶有移動(dòng)腳輪?偤碾姽β≤55W,儀器裝水重約為28㎏,體積為1070×460×1150[mm3]。
    二、使用方法
    1.配液
    初始使用時(shí),先要配制顯示液和對(duì)儀器充液。配液時(shí),取試劑酚酞約0.6g,倒入150mml燒杯內(nèi),加入約40~80ml酒精,使藥粉充分溶解,然后將此溶液倒入25—28升蒸餾水中攪勻,加入100g氯化鈉,接著在該水溶液中加入數(shù)滴氫氧化鈉水溶液,使之由淡黃色變?yōu)榉奂t色。若顏色偏紅(會(huì)導(dǎo)致流線不清晰),可加入稀鹽酸使之微紅,處于臨界狀態(tài)。氫氧化鈉溶液濃度應(yīng)小于2g/l;稀鹽酸的濃度以0.01~0.001mol/l之間(即每100mol蒸餾水中滴入3~5滴濃鹽酸)為宜。
    2.充液
    打開水箱蓋板,往進(jìn)水孔中注入工作液,注完液后蓋上水箱蓋板,防止工作液體蒸發(fā)。工作液體在保證純凈、無(wú)塊狀沉淀前提下,可以延繼工作2~3年不必更換。
    3.啟動(dòng)
    完成充液后,即可將儀器投入正常使用。插上220V市電電源。打開水泵開關(guān)、電源開關(guān)及流速調(diào)節(jié)閥,隨著流道內(nèi)工作液體流動(dòng),調(diào)節(jié)電壓旋鈕,就逐漸會(huì)顯示出紅色與黃色相間的流線,并沿流延伸。
    4.調(diào)試
    流速快慢對(duì)流線的清晰度有一定影響。為達(dá)到最佳顯示效果,流速不宜太快亦不宜太慢,太快流線不清晰,太慢則會(huì)造成流線歪扭傾倒,調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥,一般將流道內(nèi)流速調(diào)節(jié)至0.5~1.0m/s,再調(diào)節(jié)面板上電壓旋鈕。(電極電壓可由萬(wàn)用表在兩石墨電極測(cè)得),調(diào)節(jié)極間電壓至合適位置。(電壓偏低,流線顏色淡,電壓偏高,產(chǎn)生氫氣泡干擾流場(chǎng))
    5.故障及其排除方法

    故障現(xiàn)象 故障原因 排除方法
    泵不動(dòng) 1.初用或日久未用;
    2.電機(jī)電路不通。
    1.反復(fù)開/關(guān)幾次;
    2.接通電路并稍稍轉(zhuǎn)動(dòng)泵蓋。
    流線顏色淺 1.流道流速大.
    2.極間電壓低;
    3.溶液堿性不足。
    1.調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)閥;
    2.調(diào)節(jié)面板對(duì)比度旋鈕;
    3.加入適量的NaOH溶液。
    無(wú)流線出現(xiàn) 1.電解電極斷路;
    2.流速調(diào)節(jié)閥未開。
    1.給電極通電;
    2.打開流速調(diào)節(jié)閥。
    流線顏色上下濃淡不一 1.新配溶液堿性不足,顏色太淺;
    2.日久未用,溶液顏色變黃。
    1.向水箱滴入適量的NaOH溶液至顏色適當(dāng);
    2.同上。
    日光燈不亮 1.插座松動(dòng)或燈管或啟輝器有損。 1.修復(fù)或更換。
    6.系統(tǒng)電路布置圖
    系統(tǒng)電路布置圖如下圖二所示,若儀器存在電路上的問題,可依據(jù)該電路圖逐級(jí)檢查。

    圖二系統(tǒng)電路布置圖
    三、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)
    該設(shè)備分別用以演示機(jī)翼繞流,園柱繞流和突擴(kuò)突縮,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)提要如下:
    1.演示
    外包線曲率較大)流線較密,由連續(xù)方程和能量方程知,流線密,表明流速大,壓強(qiáng)低;而在機(jī)翼向地側(cè),流線較疏,壓強(qiáng)較高。這表明整個(gè)機(jī)翼受到一個(gè)向上的合力,該力被稱為升力。
    2.演示圓柱繞流
    因?yàn)榱魉佥^低(約為0.5~1.0cm/s),能量損失極小,可略。故其流動(dòng)可視為勢(shì)流。因此所顯示的流譜上下流幾乎完全對(duì)稱。這與圓柱繞流勢(shì)流理論流譜基本一致;園柱兩側(cè)轉(zhuǎn)點(diǎn)趨于重合,零流線(沿園柱表面的流線)在前駐點(diǎn)分為左右2支,經(jīng)90°點(diǎn)(μ=μmax),而后在背滯點(diǎn)處二者又合二為一了。這是由于繞流液體是理想液體(勢(shì)流必備條件之一),由伯諾里方程知,圓柱繞流在前駐點(diǎn)(μ=μ0)勢(shì)能最大,90°點(diǎn)(μ=μmax),勢(shì)能最小,而到達(dá)后滯點(diǎn)(μ=μ0),動(dòng)能又全轉(zhuǎn)化為勢(shì)能,勢(shì)能又最大。故其流線又復(fù)原到駐點(diǎn)前的形狀。駐滯點(diǎn)的流線為何可分又可合,這與流線的性質(zhì)是否矛盾呢?不矛盾。因?yàn)樵隈v滯點(diǎn)上流速為零,而靜止液體中同一點(diǎn)的任意方向都可能是流體的流動(dòng)方向。
    然而,當(dāng)適當(dāng)增大流速,Re數(shù)增大,流動(dòng)由勢(shì)流變成渦流后,流線的對(duì)稱性就不復(fù)存在。此時(shí)雖園柱上游流流譜不變,但下游原合二為一的染色線被分開,尾流出現(xiàn)。由此可知,勢(shì)流與渦流是性質(zhì)完全不同的兩種流動(dòng)(渦流流譜參見流動(dòng)演示儀)。
    3.漸縮和突然擴(kuò)大、突然縮小
    演示是在小Re數(shù)下進(jìn)行,液體在流經(jīng)這些管段時(shí),有擴(kuò)有縮。若適當(dāng)提高流動(dòng)的雷諾數(shù),經(jīng)過一定的流動(dòng)起始時(shí)段后,就會(huì)在突然擴(kuò)大拐角處流線脫離邊界,形成旋渦,從而顯示實(shí)際液體的總體流動(dòng)圖譜。
    利用該流線儀,還可說明均勻流、漸變流、急變流的流線特征。如直管段流線平行,為均勻流。文丘里的喉管段,流線的切線大致平行,為漸變線。突縮、突擴(kuò)處,流線夾角大或曲率大,為急變流。
    應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出,上述各類儀器,其流道中的流動(dòng)均為恒定流。因此,所顯示的染色線既是流線,又是跡線和色線(脈線)。因此據(jù)定義:流線是一瞬時(shí)的曲線,線上任一點(diǎn)的切線方向與該點(diǎn)的流速方向相同;跡線是某一質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡線;色線是源于同一點(diǎn)的所有質(zhì)點(diǎn)在同一瞬間的連線。固定在流場(chǎng)的起始段上的電極,所釋放的顏色流過顯示面后,會(huì)自動(dòng)消色。放色—消色對(duì)流譜的顯示均無(wú)任何干擾。另外應(yīng)注意的是,由于所顯示的流線太穩(wěn)定,以致有可能被誤認(rèn)為是人工繪制的。為消除此誤會(huì),演示時(shí)可將泵關(guān)閉一下在重新開啟,由流線上各質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)方向變化即可識(shí)別。


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