基于DISLab的多功能流体探究仪的创新设计与实验

2017-06-27林芹平

物理教师 2017年6期

关键词：挡风风阻风洞

林芹平

(福建省莆田市教师进修学院，福建莆田 351100)

·物理实验·

基于DISLab的多功能流体探究仪的创新设计与实验

林芹平

(福建省莆田市教师进修学院，福建莆田 351100)

基于DISLab设计一套多功能流体探究仪,用以研究流体力学中流速与过流断面横截面积的关系、压强与流速的关系、机翼升力与流速的关系、风阻与挡风物形状的关系及风阻与风速的关系等问题．

流体;压强传感器;力传感器;风洞;流速

1 课题选定

课堂演示“压强与流速的关系”实验中,需要先向学生解释流速与过流断面的关系,通常教师采用的方法是理论推导,即根据各处流量相等得出流速与横截面积的关系．对于初中的学生,上述方法较为枯燥,且不好理解．为了能够让学生在课堂上对这个问题有一个更为直观的、感性的认识,亟须设计一套研究流速与过流断面横截面积大小关系的演示仪,该演示仪用在真实的课堂教学实践中,能收到直观的、降低难度的预期效果,基于此,设计了本“多功能流体探究仪”,该探究仪在具体实践中,很好得解决了上述问题,除此之外,本探究仪还可以用来研究有关流体运动现象的其他问题,如:压强与流速的关系、飞机机翼升力与流速的关系、风阻与挡风物的形状关系等问题．

2 项目设计(研究)基本思路

(1) 利用有机玻璃制成长宽高分别为90cm×10cm×10cm的风洞体,选购150FLJ7 330W小型工频离心风机做为风洞驱动系统;

(2) 将GM8990测风速仪改装成风洞风速测量装置;

(3) 采用组合法将DIS力传感器及压强传感器等应用于流体测量以实现定量研究;

(4) 设计多种不同形状的挡风物(挡风截面相同),用力传感器分别测出它们在气流中受到的阻力,再利用风洞风速测量装置测量气流的速度,以此探究: (1) 风速一定时,风阻与挡风物形状的关系; (2) 挡风物形状一定时,风阻与风速的定量关系等．

3 项目简介

(1) 主要制作材料.

90cm×25cm L型木板组合一块、150FLJ7 330W小型工频离心风机、调压电路、有机玻璃若干、KT板若干、GM8990测风速仪、力传感器、压强传感器、采集器、计算机、不同形状的机翼模型等．

(2) 制作说明.

利用有机玻璃制成长宽高分别为90cm×10cm×10cm的风洞体,选购150FLJ7 33W小型工频离心风机做为风洞驱动系统;

利用KT板拼接设计成可调节过流断面横截面积大小的装置,用以灵活控制过流断面的大小;

将GM8990测风速仪改装成风洞风速简易测量装置,叶轮与主体分离,以减少测量风速时测速仪占用风洞空间影响数据的准确性;

采用组合法将DIS力传感器及压强传感器等应用在流体测量中以实现定量研究;

利用有机玻璃制作“风洞细出口”,设计多种不同形状的挡风物(挡风截面相同),在力传感器下挂上其中的一种,将该挡风物置于“风洞细出口”处,控制气体的流速一定,分别测出不同形状的挡风物在气流中受到的阻力,探究风速一定时,风阻与挡风物形状的关系;再利用简易风洞测量装置测量风速,探究挡风物形状一定时,风阻与风速的定量关系,根据探究结果可求出不同形状物体的相对阻力系数;侧面固定压强传感器,测量宽窄过流断面处的压强,可验证小型风洞测速原理．