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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)。流動過程采用封閉自循環(huán)形式。水泵開啟,工作液體流動并自動染色。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、無污染、節(jié)能等優(yōu)點。

圖一流譜流線顯示
該儀器配有三種不同工件(圓柱體、機翼、突擴突縮)。有機玻璃顯示盤、小水泵、直流供電裝置等部件組成。實驗臺整體安裝,帶有移動腳輪。總耗電功率≤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,先要配制顯示液和對儀器充液。配液時,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、無塊狀沉淀前提下,可以延繼工作2~3年不必更換。
3.啟動
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,調(diào)節(jié)電壓旋鈕,就逐漸會顯示出紅色與黃色相間的流線,并沿流延伸。
4.調(diào)試
流速快慢對流線的清晰度有一定影響。為達到最佳顯示效果,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。(電極電壓可由萬用表在兩石墨電極測得),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)
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 1.初用或日久未用;
2.電機電路不通。
1.反復(fù)開/關(guān)幾次;
2.接通電路并稍稍轉(zhuǎn)動泵蓋。
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)面板對比度旋鈕;
3.加入適量的NaOH溶液。
無流線出現(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;
2.同上。
日光燈不亮 1.插座松動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)該電路圖逐級檢查。

圖二系統(tǒng)電路布置圖
三、實驗指導(dǎo)
該設(shè)備分別用以演示機翼繞流,園柱繞流和突擴突縮,實驗指導(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,壓強低;而在機翼向地側(cè),流線較疏,壓強較高。這表明整個機翼受到一個向上的合力,該力被稱為升力。
2.演示圓柱繞流
因為流速較低(約為0.5~1.0cm/s),能量損失極小,可略。故其流動可視為勢流。因此所顯示的流譜上下流幾乎完全對稱。這與圓柱繞流勢流理論流譜基本一致;園柱兩側(cè)轉(zhuǎn)點趨于重合,零流線(沿園柱表面的流線)在前駐點分為左右2支,經(jīng)90°點(μ=μmax),而后在背滯點處二者又合二為一了。這是由于繞流液體是理想液體(勢流必備條件之一),由伯諾里方程知,圓柱繞流在前駐點(μ=μ0)勢能最大,90°點(μ=μmax),勢能最小,而到達后滯點(μ=μ0),動能又全轉(zhuǎn)化為勢能,勢能又最大。故其流線又復(fù)原到駐點前的形狀。駐滯點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。因為在駐滯點上流速為零,而靜止液體中同一點的任意方向都可能是流體的流動方向。
然而,當適當增大流速,Re數(shù)增大,流動由勢流變成渦流后,流線的對稱性就不復(fù)存在。此時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,勢流與渦流是性質(zhì)完全不同的兩種流動(渦流流譜參見流動演示儀)。
3.漸縮和突然擴大、突然縮小
演示是在小Re數(shù)下進行,液體在流經(jīng)這些管段時,有擴有縮。若適當提高流動的雷諾數(shù),經(jīng)過一定的流動起始時段后,就會在突然擴大拐角處流線脫離邊界,形成旋渦,從而顯示實際液體的總體流動圖譜。
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、突擴處,流線夾角大或曲率大,為急變流。
應(yīng)強調(diào)指出,上述各類儀器,其流道中的流動均為恒定流。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:流線是一瞬時的曲線,線上任一點的切線方向與該點的流速方向相同;跡線是某一質(zhì)點在某一時段內(nèi)的運動軌跡線;色線是源于同一點的所有質(zhì)點在同一瞬間的連線。固定在流場的起始段上的電極,所釋放的顏色流過顯示面后,會自動消色。放色—消色對流譜的顯示均無任何干擾。另外應(yīng)注意的是,由于所顯示的流線太穩(wěn)定,以致有可能被誤認為是人工繪制的。為消除此誤會,演示時可將泵關(guān)閉一下在重新開啟,由流線上各質(zhì)點流動方向變化即可識別。


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