自循环流谱流线演示仪说明书

一、自循环流谱流线演示仪说明书-仪器简介
本仪器采用电化学法显示流线，用狭缝式流道组成过流面（图一）。流动过程采用封闭自循环形式。水泵开启，工作液体流动并自动染色。只要有市电220V电源就可使用。它具有体积小、重量轻、演示内容丰富、图像清晰直观、有效显示面积比大、操作方便、无污染、节能等优点。

图一流谱流线显示

该仪器配有三种不同工件（圆柱体、机翼、突扩突缩）。有机玻璃显示盘、小水泵、直流供电装置等部件组成。实验台整体安装，带有移动脚轮。总耗电功率≤55W，仪器装水重约为28㎏，体积为1070×460×1150[mm3]。
二、使用方法
1.配液
初始使用时，先要配制显示液和对仪器充液。配液时，取试剂酚酞约0.6g，倒入150mml烧杯内，加入约40～80ml酒精，使药粉充分溶解，然后将此溶液倒入25—28升蒸馏水中搅匀，加入100g氯化钠，接着在该水溶液中加入数滴氢氧化钠水溶液，使之由淡黄色变为粉红色。若颜色偏红（会导致流线不清晰），可加入稀盐酸使之微红，处于临界状态。氢氧化钠溶液浓度应小于2g/l；稀盐酸的浓度以0.01～0.001mol/l之间（即每100mol蒸馏水中滴入3～5滴浓盐酸）为宜。
2.充液
打开水箱盖板，往进水孔中注入工作液，注完液后盖上水箱盖板，防止工作液体蒸发。工作液体在保证纯净、无块状沉淀前提下，可以延继工作2～3年不必更换。
3.启动
完成充液后，即可将仪器投入正常使用。插上220V市电电源。打开水泵开关、电源开关及流速调节阀，随着流道内工作液体流动，调节电压旋钮，就逐渐会显示出红色与黄色相间的流线，并沿流延伸。
4.调试
流速快慢对流线的清晰度有一定影响。为达到最佳显示效果，流速不宜太快亦不宜太慢，太快流线不清晰，太慢则会造成流线歪扭倾倒，调节流速调节阀，一般将流道内流速调节至0.5～1.0m/s，再调节面板上电压旋钮。（电极电压可由万用表在两石墨电极测得），调节极间电压至合适位置。（电压偏低，流线颜色淡，电压偏高，产生氢气泡干扰流场）
5.故障及其排除方法

故障现象	故障原因	排除方法
泵不动	1.初用或日久未用； 2.电机电路不通。	1.反复开/关几次； 2.接通电路并稍稍转动泵盖。
流线颜色浅	1.流道流速大. 2.极间电压低； 3.溶液碱性不足。	1.调节流速调节阀； 2.调节面板对比度旋钮； 3.加入适量的NaOH溶液。
无流线出现	1.电解电极断路； 2.流速调节阀未开。	1.给电极通电； 2.打开流速调节阀。
流线颜色上下浓淡不一	1.新配溶液碱性不足，颜色太浅； 2.日久未用，溶液颜色变黄。	1.向水箱滴入适量的NaOH溶液至颜色适当； 2.同上。
日光灯不亮	1.插座松动或灯管或启辉器有损。	1.修复或更换。

6.系统电路布置图
系统电路布置图如下图二所示，若仪器存在电路上的问题，可依据该电路图逐级检查。

图二系统电路布置图

三、实验指导
该设备分别用以演示机翼绕流，园柱绕流和突扩突缩，实验指导提要如下：
1.演示
外包线曲率较大）流线较密，由连续方程和能量方程知，流线密，表明流速大，压强低；而在机翼向地侧，流线较疏，压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。
2.演示圆柱绕流
因为流速较低（约为0.5～1.0cm/s），能量损失极小，可略。故其流动可视为势流。因此所显示的流谱上下流几乎完全对称。这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致；园柱两侧转点趋于重合，零流线（沿园柱表面的流线）在前驻点分为左右2支，经90°点（μ＝μ_max），而后在背滞点处二者又合二为一了。这是由于绕流液体是理想液体（势流必备条件之一），由伯诺里方程知，圆柱绕流在前驻点（μ＝μ₀）势能最大，90°点（μ＝μ_max），势能最小，而到达后滞点（μ＝μ₀），动能又全转化为势能，势能又最大。故其流线又复原到驻点前的形状。驻滞点的流线为何可分又可合，这与流线的性质是否矛盾呢？不矛盾。因为在驻滞点上流速为零，而静止液体中同一点的任意方向都可能是流体的流动方向。
然而，当适当增大流速，Re数增大，流动由势流变成涡流后，流线的对称性就不复存在。此时虽园柱上游流流谱不变，但下游原合二为一的染色线被分开，尾流出现。由此可知，势流与涡流是性质完全不同的两种流动（涡流流谱参见流动演示仪）。
3.渐缩和突然扩大、突然缩小
演示是在小Re数下进行，液体在流经这些管段时，有扩有缩。若适当提高流动的雷诺数，经过一定的流动起始时段后，就会在突然扩大拐角处流线脱离边界，形成旋涡，从而显示实际液体的总体流动图谱。
利用该流线仪，还可说明均匀流、渐变流、急变流的流线特征。如直管段流线平行，为均匀流。文丘里的喉管段，流线的切线大致平行，为渐变线。突缩、突扩处，流线夹角大或曲率大，为急变流。
应强调指出，上述各类仪器，其流道中的流动均为恒定流。因此，所显示的染色线既是流线，又是迹线和色线（脉线）。因此据定义：流线是一瞬时的曲线，线上任一点的切线方向与该点的流速方向相同；迹线是某一质点在某一时段内的运动轨迹线；色线是源于同一点的所有质点在同一瞬间的连线。固定在流场的起始段上的电极，所释放的颜色流过显示面后，会自动消色。放色—消色对流谱的显示均无任何干扰。另外应注意的是，由于所显示的流线太稳定，以致有可能被误认为是人工绘制的。为消除此误会，演示时可将泵关闭一下在重新开启，由流线上各质点流动方向变化即可识别。

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