全文摘要
本实用新型公开了一种沿程减阻实验仪，它有两部分构成，分别是液体计量混合装置和减阻测量装置。液体计量混合装置由高压水泵、量具、真空气液混合器、吸水管、计量水箱等组成。其中真空气液混合器设有真空室，真空室内设置喷嘴与扩散段，真空室外设有真空表与带有计量阀门的吸水管。减阻测量装置则由自循环供水器、吸水泵、变频调速器、稳流水箱、实验管道、压力仪、流量仪、流量调节阀、回水装置、回水管、带塞排水孔、废水池等组成。其中稳流水箱内设有阻流板、溢流管，稳流板；稳流板侧向开有稳水孔。本实验仪结合了混合装置与测量装置，能够简便的探求减阻剂的浓度和减阻效果的关系，实验仪器简单直观，符合现代教学要求。
主设计要求
1.一种沿程减阻实验仪，其特征在于，其包括液体计量混合装置和减阻测量装置；所述液体计量混合装置包括敞口的计量水箱(10)和真空气液混合器(5)；计量水箱(10)内设有搅拌器(9)；所述计量水箱(10)与高压水泵(1)入口相连接；所述真空气液混合器(5)内设有真空室(5-1)；所述真空室(5-1)顶端连有真空表(5-2)；所述真空室(5-1)内还设置喷嘴(5-4)与扩散段(5-3)；所述扩散段(5-3)位于喷嘴(5-4)的延长线上；而且，喷嘴(5-4)的尖嘴出口与扩散段(5-3)的广口入口相对设置，其间距小于10mm；所述真空室(5-1)还与吸水管(7)相连，且吸水管(7)与真空室(5-1)的连接口正对喷嘴(5-4)与扩散段(5-3)之间的缝隙；高压水泵(1)出口通过入水管(2)与真空气液混合器(5)内的喷嘴(5-4)相连；所述喷嘴(5-4)的入口通过入水管(2)与高压水泵(1)的出口相连；所述吸水管(7)上设有计量阀门(6)，且吸水管(7)进水口置于量具(4)内；所述量具(4)置于电子秤(3)的称量平台上；所述扩散段(5-3)的出口连有出水管(8)，出水管(8)的出水口位于所述计量水箱(10)内；所述计量水箱(10)还通过底部过带有阀门(11)的管道(12)与减阻测量装置的自循环供水器(13)相连接；在自循环供水器(13)内设有吸水泵(14)；所述减阻测量装置还包括置于实验台(31)上的稳流水箱(17)，所述稳流水箱(17)底面水平高度高于自循环供水器(13)的顶面；所述稳流水箱(17)内设有竖直平行设置的溢流板(19)及稳水板(20)，且稳水板(20)高于溢流板(19)；溢流板(19)及稳水板(20)与稳流水箱(17)的侧壁及底面紧密连接，且将稳流水箱(17)分为溢流区、恒压区和稳水区三个区；其中溢流板(19)位于溢流区与稳水区之间，稳水板(20)位于稳水区与恒压区之间；所述稳水板(20)侧向开有稳水孔以连通稳水区与恒压区；所述稳流水箱(17)顶部通过上水管(16)与吸水泵(14)的出口相连，且上水管(16)位于稳流水箱(17)顶部的出水口正对所述稳水区；所述溢流区底部与溢流管(18)上端相连；所述溢流管(18)下端连于自循环供水器(13)的顶部；恒压区的下方侧壁上设有稳水口(21)；稳水口(21)连接置于实验台面上的水平实验管道(23)进口；实验管道(23)上设有若干测压点(24)；测压点(24)均与压力仪(22)连接；实验管道(23)出口一端还设有测流点(26)，所述测流点(26)与流量仪(25)连接；实验管道(23)出口通过流量调节阀(27)与出水弯头(28)的进口相连；出水弯头(28)出口向下，且出水弯头(28)出口下方设有敞口的回水装置(29)；回水装置(29)置于实验台(31)侧面，且回水装置(29)底面的水平高度高于自循环供水器(13)顶部；回水装置(29)底面上连接回水管(30)入口，回水管(30)出口连于自循环供水器(13)顶部。
设计方案
1.一种沿程减阻实验仪，其特征在于，其包括液体计量混合装置和减阻测量装置；
所述液体计量混合装置包括敞口的计量水箱(10)和真空气液混合器(5)；计量水箱(10)内设有搅拌器(9)；所述计量水箱(10)与高压水泵(1)入口相连接；所述真空气液混合器(5)内设有真空室(5-1)；所述真空室(5-1)顶端连有真空表(5-2)；所述真空室(5-1)内还设置喷嘴(5-4)与扩散段(5-3)；所述扩散段(5-3)位于喷嘴(5-4)的延长线上；而且，喷嘴(5-4)的尖嘴出口与扩散段(5-3)的广口入口相对设置，其间距小于10mm；所述真空室(5-1)还与吸水管(7)相连，且吸水管(7)与真空室(5-1)的连接口正对喷嘴(5-4)与扩散段(5-3)之间的缝隙；高压水泵(1)出口通过入水管(2)与真空气液混合器(5)内的喷嘴(5-4)相连；所述喷嘴(5-4)的入口通过入水管(2)与高压水泵(1)的出口相连；所述吸水管(7)上设有计量阀门(6)，且吸水管(7)进水口置于量具(4)内；所述量具(4)置于电子秤(3)的称量平台上；所述扩散段(5-3)的出口连有出水管(8)，出水管(8)的出水口位于所述计量水箱(10)内；
所述计量水箱(10)还通过底部过带有阀门(11)的管道(12)与减阻测量装置的自循环供水器(13)相连接；在自循环供水器(13)内设有吸水泵(14)；所述减阻测量装置还包括置于实验台(31)上的稳流水箱(17)，所述稳流水箱(17)底面水平高度高于自循环供水器(13)的顶面；所述稳流水箱(17)内设有竖直平行设置的溢流板(19)及稳水板(20)，且稳水板(20)高于溢流板(19)；溢流板(19)及稳水板(20)与稳流水箱(17)的侧壁及底面紧密连接，且将稳流水箱(17)分为溢流区、恒压区和稳水区三个区；其中溢流板(19)位于溢流区与稳水区之间，稳水板(20)位于稳水区与恒压区之间；所述稳水板(20)侧向开有稳水孔以连通稳水区与恒压区；所述稳流水箱(17)顶部通过上水管(16)与吸水泵(14)的出口相连，且上水管(16)位于稳流水箱(17)顶部的出水口正对所述稳水区；所述溢流区底部与溢流管(18)上端相连；所述溢流管(18)下端连于自循环供水器(13)的顶部；恒压区的下方侧壁上设有稳水口(21)；稳水口(21)连接置于实验台面上的水平实验管道(23)进口；实验管道(23)上设有若干测压点(24)；测压点(24)均与压力仪(22)连接；实验管道(23)出口一端还设有测流点(26)，所述测流点(26)与流量仪(25)连接；实验管道(23)出口通过流量调节阀(27)与出水弯头(28)的进口相连；出水弯头(28)出口向下，且出水弯头(28)出口下方设有敞口的回水装置(29)；回水装置(29)置于实验台(31)侧面，且回水装置(29)底面的水平高度高于自循环供水器(13)顶部；回水装置(29)底面上连接回水管(30)入口，回水管(30)出口连于自循环供水器(13)顶部。
2.如权利要求1所述沿程减阻实验仪，其特征在于，所述自循环供水器(13)下方设有敞口的废水池(32)；自循环供水器(13)底部还设有一个带塞排水孔(33)，且带塞排水孔(33)位于废水池(32)上方。
3.如权利要求1所述的沿程减阻实验仪，其特征在于，所述吸水泵(14)的供电线与变频调速器(15)相连。
4.如权利要求1所述的沿程减阻实验仪，其特征在于，所述测压点(24)的数量为2个，分别位于实验管道(23)进口一端的侧壁及出口一端的侧壁。
5.如权利要求1所述的沿程减阻实验仪，其特征在于，所述压力仪(22)为数显压力仪；所述流量仪(25)为数显流量仪。
6.如权利要求1所述沿程减阻实验仪，其特征在于，所述搅拌器(9)为机械旋叶搅拌器。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于化工实验仪器领域，尤其涉及一种沿程减阻实验仪。
背景技术
沿程水头损失是指在固体边界平直的水道中，单位重量的液体自一断面流至另一断面所损失的机械能。
沿程阻力存在在生活的方方面面，无论是生活的自来水管道或者是燃油等液体的运输，沿程阻力总扮演着一个重要的角色，Toms在1948年发现高分子聚合物稀溶液的湍流摩擦阻力比纯溶剂的阻力明显减小，这个异常现象称为湍流减阻现象或Toms效应。由于Toms效应可降低流体机械和流体输送过程的能量消耗，因此研究减阻是现在的一个热门课题。
但现有程减阻实验仪存在诸多缺陷。例如水体压力波动大，流速不可调节，且并未设置水体循环系统。此外，现有的实验仪未考虑设置简便的液体计量混合装置，使每次均需要通过人工进行配置减阻剂溶液，十分不方便。
发明内容
本实用新型的目的克服现有技术缺陷，并提供一种沿程减阻实验仪器。
其具体技术方案为：
一种沿程减阻实验仪，包括液体计量混合装置和减阻测量装置；
所述液体计量混合装置包括敞口的计量水箱和真空气液混合器；计量水箱内设有搅拌器；所述计量水箱与高压水泵入口相连接；所述真空气液混合器内设有真空室；所述真空室顶端连有真空表；所述真空室内还设置喷嘴与扩散段；所述扩散段位于喷嘴的延长线上；而且，喷嘴的尖嘴出口与扩散段的广口入口相对设置，其间距小于10mm；所述真空室还与吸水管相连，且吸水管与真空室的连接口正对喷嘴与扩散段之间的缝隙；高压水泵出口通过入水管与真空气液混合器内的喷嘴相连；所述喷嘴的入口通过入水管与高压水泵的出口相连；所述吸水管上设有计量阀门，且吸水管进水口置于量具内；所述量具置于电子秤的称量平台上；所述扩散段的出口连有出水管，出水管的出水口位于所述计量水箱内；
所述计量水箱还通过底部过带有阀门的管道与减阻测量装置的自循环供水器相连接；在自循环供水器内设有吸水泵；所述减阻测量装置还包括置于实验台上的稳流水箱，所述稳流水箱底面水平高度高于自循环供水器的顶面；所述稳流水箱内设有竖直平行设置的溢流板及稳水板，且稳水板高于溢流板；溢流板及稳水板与稳流水箱的侧壁及底面紧密连接，且将稳流水箱分为溢流区、恒压区和稳水区三个区；其中溢流板位于溢流区与稳水区之间，稳水板位于稳水区与恒压区之间；所述稳水板侧向开有稳水孔以连通稳水区与恒压区；所述稳流水箱顶部通过上水管与吸水泵的出口相连，且上水管位于稳流水箱顶部的出水口正对所述稳水区；所述溢流区底部与溢流管上端相连；所述溢流管下端连于自循环供水器的顶部；恒压区的下方侧壁上设有稳水口；稳水口连接置于实验台面上的水平实验管道进口；实验管道上设有若干测压点；测压点均与压力仪连接；实验管道出口一端还设有测流点，所述测流点与流量仪连接；实验管道出口通过流量调节阀与出水弯头的进口相连；出水弯头出口向下，且出水弯头出口下方设有敞口的回水装置；回水装置置于实验台侧面，且回水装置底面的水平高度高于自循环供水器顶部；回水装置底面上连接回水管入口，回水管出口连于自循环供水器顶部。
上述的液体计量混合装置主要是为了便于配置减阻剂溶液；当需要改变减阻剂浓度时，可关闭计量阀门，并将之前已经使用过的减阻剂通过带塞排水孔，排至废水池中。然后再打开阀门根据需求改变减阻剂的浓度，再进行实验。此外，计量水箱内置刻度，便于度数。
作为优选，所述自循环供水器下方设有敞口的废水池；自循环供水器底部还设有一个带塞排水孔，且带塞排水孔位于废水池上方。
作为优选，所述吸水泵的供电线与变频调速器相连。
作为优选，所述测压点的数量为2个，分别位于实验管道进口一端的侧壁及出口一端的侧壁。
作为优选，所述压力仪为数显压力仪；所述流量仪为数显流量仪。
作为优选，所述搅拌器为机械旋叶搅拌器。
本实用新型的优点：
1)本实用新型既能定性及定量地探究不同种及不同剂量的减阻剂对沿程阻力的影响；
2)本实用新型设计了多重稳压的稳流水箱，可以有效降低水体压力波动，提高实验精度。
3)实验仪内还设置了变频调速器，可直接调节吸水泵的功率，使实验更加稳定可控。
4)真空气液混合器和液体搅拌器能够均匀混合减阻剂与水体，使实验更加精确。
5)计量水箱内置刻度，方便读取液体体积。
6)采用了自循环供水系统，重复利用实验水体，节约资源。
附图说明
图1为液体计量混合装置的结构示意图；
图2为减阻测量装置的结构示意图；
图3为真空气液混合器的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示为本实用新型一较佳实施例。其包括液体计量混合装置和减阻测量装置。
所述液体计量混合装置包括敞口的计量水箱10和真空气液混合器5。计量水箱10内设有搅拌器9，搅拌器9为机械旋叶搅拌器。所述计量水箱10与高压水泵1入口相连接。所述真空气液混合器5内设有真空室5-1。所述真空室5-1顶端连有真空表5-2。所述真空室5-1内还设置喷嘴5-4与扩散段5-3。所述扩散段5-3位于喷嘴5-4的延长线上。而且，喷嘴5-4的尖嘴出口与扩散段5-3的广口入口相对设置，其间距小于10mm。所述真空室5-1还与吸水管7相连，且吸水管7与真空室5-1的连接口正对喷嘴5-4与扩散段5-3之间的缝隙。高压水泵1出口通过入水管2与真空气液混合器5内的喷嘴5-4相连。所述喷嘴5-4的入口通过入水管2与高压水泵1的出口相连。所述吸水管7上设有计量阀门6，且吸水管7进水口置于量具4内。所述量具4装有减阻剂。所述量具4置于电子秤3的称量平台上。所述扩散段5-3的出口连有出水管8，出水管8的出水口位于所述计量水箱10内。
所述计量水箱10还通过底部过带有阀门11的管道12与减阻测量装置的自循环供水器13相连接。在自循环供水器13内设有吸水泵14。吸水泵14的供电线与变频调速器15相连。所述自循环供水器13下方设有敞口的废水池32。自循环供水器13底部还设有一个带塞排水孔33，且带塞排水孔33位于废水池32上方。所述减阻测量装置还包括置于实验台31上的稳流水箱17，所述稳流水箱17底面水平高度高于自循环供水器13的顶面。所述稳流水箱17内设有竖直平行设置的溢流板19及稳水板20，且稳水板20高于溢流板19。溢流板19及稳水板20与稳流水箱17的侧壁及底面紧密连接，且将稳流水箱17分为溢流区、恒压区和稳水区三个区。其中溢流板19位于溢流区与稳水区之间，稳水板20位于稳水区与恒压区之间。所述稳水板20侧向开有稳水孔以连通稳水区与恒压区。所述稳流水箱17顶部通过上水管16与吸水泵14的出口相连，且上水管16位于稳流水箱17顶部的出水口正对所述稳水区。所述溢流区底部与溢流管18上端相连。所述溢流管18下端连于自循环供水器13的顶部。恒压区的下方侧壁上设有稳水口21。稳水口21连接置于实验台面上的水平实验管道23进口。
实验管道23上设有测压点24的数量为2个，分别位于实验管道23进口一端的侧壁及出口一端的侧壁。测压点24均与压力仪22连接。实验管道23出口一端还设有测流点26，所述测流点26与流量仪25连接。述压力仪22为数显压力仪。所述流量仪25为数显流量仪。实验管道23出口通过流量调节阀27与出水弯头28的进口相连。出水弯头28出口向下，且出水弯头28出口下方设有敞口的回水装置29。回水装置29置于实验台31侧面，且回水装置29底面的水平高度高于自循环供水器13顶部。回水装置29底面上连接回水管30入口，回水管30出口连于自循环供水器13顶部。
上述的液体计量混合装置主要是为了便于配置减阻剂溶液。当需要改变减阻剂浓度时，可关闭计量阀门6，并将之前已经使用过的减阻剂通过带塞排水孔33，排至废水池32中。然后再打开阀门11根据需求改变减阻剂的浓度，再进行实验。此外，计量水箱内置刻度，便于读数。
本实用新型的使用方法为：
首先通过计算得出所要配置减阻溶液的浓度，在量具4内放入初始量的减阻剂，在计量水箱10内放入定量的水。然后打开高压水泵1，水体通过高压水泵1进过入水管2至真空气液混合器5。利用高速液体产生的真空从吸水管7吸入减阻剂进行初步混合，混合溶液通过出水管8至计量水箱10。此时，打开搅拌器9。混匀期间需要循环多次，直至减阻剂吸出量达到计算值，然后关闭计量阀门6。最后搅拌至溶液均匀后再关闭高压水泵1。
之后，打开阀门11，减阻溶液通过管道12至自循环供水器13。待溶液完全进入后关闭阀门11。然后接通电源开启吸水泵14，调节变频调速器15以改变流速。水体通过上水管16进入稳流水箱17。水体在经过多重稳定后进入实验管道23，最后通过实验管道23、回水装置29及回水管30返回自循环供水器13。在此期间记录压差计22和流量仪25相关数据，并通过相关数据计算水头损失。
实验原理为：
对于直径不变的圆管稳定水流，达西公式给出
式中：
λ—为沿程水头损失因素；
l—测量点之间的管段长度；
d—为管道直径；
v—为断面平均流速。
实验可测得沿程水头损失hf<\/sub>和平均断面流速v，可直接得到沿程水头损失因素λ
k＝π2<\/sup>gd5<\/sup>\/8l
有伯努利方程可得
沿程水头损失hf<\/sub>即为测压计读数。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920057489.4
申请日:2019-01-14
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:86(杭州)
授权编号:CN209729213U
授权时间:20191203
主分类号:G09B23/12
专利分类号:G09B23/12
范畴分类:15E;
申请人:杭州育泽科技有限公司
第一申请人:杭州育泽科技有限公司
申请人地址:311122 浙江省杭州市余杭区闲林街道工业园区嘉企路3#4号楼4楼4016-4020室
发明人:章庆军;卢国光;胡之炎;姜俊美;朱雪丰
第一发明人:章庆军
当前权利人:杭州育泽科技有限公司
代理人:傅朝栋;张法高
代理机构:33200
代理机构编号:杭州求是专利事务所有限公司 33200
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：变频调速器论文;