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专利名称：竖直液柱表面毛细波动演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种竖直液柱表面毛细波动演示仪，用于对竖直下落液柱表面毛细波相关性质的演示研究。
背景技术：
竖直液柱表面毛细波动现象极细水流从水龙头中竖直流下(只考虑稳定流动阶段)，用手指在下方截住水流，并缓慢向上抬；当手指距离水龙头口约2 - 3cm时，可以看到竖直液柱表面出现稳定波形，如同“驻波”形式。手指继续上抬，液柱底部的波形逐渐变大，波数减少，最后液柱还可能在临界条件下的“波节”处断裂。竖直射流液柱在前进方向遇到 阻碍面，表面激起稳定的毛细波纹，产生类似现象。细液柱竖直下落过程中，受到阻碍面扰动，液柱表面激起稳定毛细波形式。通过控制调节影响液柱表面波形的相关参数，分析验证竖直液柱表面波形的形成及变化规律，讨论毛细波形式的理论模型。过去研究中不能稳定控制相关实验条件，需要辅助仪器简陋组装调节装置，缺乏可靠性和易操作性。故，需要一种新的竖直液柱表面毛细波动演示仪以解决上述问题。

实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足，提供一套完整的竖直液柱表面毛细波动演示仪，用于对竖直下落液柱表面毛细波相关性质的演示研究。为实现上述发明目的，本实用新型竖直液柱表面毛细波动演示仪可采用如下技术方案—种竖直液柱表面毛细波动演示仪，包括以下装置第一容器、第二容器、流量计、长直管、第三容器、高度及竖直调节装置、背景屏以及虹吸导管，所述第一容器的底部与所述第二容器的底部连通，所述第二容器的开口高度低于所述第一容器的开口高度，所述虹吸导管连接所述流量计的进口和所述第三容器，所述虹吸导管从所述第三容器的开口伸入所述第三容器，所述第三容器的开口高于所述长直管，所述流量计的出口连接所述长直管，所述长直管位于所述第一容器的正上方，所述背景屏位于所述长直管的一侧，所述长直管装配在所述高度及竖直调节装置上。发明原理I、架高第三容器保证稳定液压。根据虹吸原理，用导管连接第三容器与流量计进口，及流量计出口与长直管，当长直管高度不变时，第三容器出口与长直管口高度差不变，水压也就不变，这样得到了相当稳定的水源；2、利用大小不同的两个相连容器来获得高度一定且稳定的液面。第一容器下方用导管连通第二容器，可通过调节第二容器高度使水从第二容器中溢出，第一容器的液面就始终恒定在小容器溢出的高度，这样既调节了第一容器的液面高度，也不会因水面张力作用使第一容器液面凸起造成液面不稳定；[0011]3、为长直管装配高度及竖直调节装置，保证了射流的垂直性。有益效果与背景技术相比，本实用新型竖直液柱表面毛细波动演示仪，可用于对竖直下落液柱表面毛细波相关性质的演示研究，具有可调性和稳定性。可显示液体表面张力系数的细微变化，估测不同液体间表面张力系数差。优选的，还包括一个第四容器，所述第一容器、所述第二容器、所述流量计、所述长直管、所述第三容器、所述高度及竖直调节装置、所述背景屏以及所述虹吸导管均位于所述第四容器中。所述第四容器上设置有固定板，所述固定板(13)上设置有竖直槽孔，螺母固定所述第二容器和固定板。可通过螺母松紧来调节第二容器高度使水从第二容器中溢出，第一容器容器的液面就始终恒定在第二容器溢出的高度。所述高度及竖直调节装置固定在所述第四容器上。所述背景屏固定在所述第四容器上。上述设计保证了竖直液柱表面毛细波动演示仪的一体性，更加便于调节控制。 优选的，所述第四容器上设置有平板，设置有两排孔，所述高度及竖直调节装置固定在所述平板上。第四容器上设置有平板，平板上设置两排孔，用来调节高度及竖直调节装置6的前后位置，便于拍照观察。优选的，还包括位于所述第四容器中的潜水泵，导管连接所述潜水泵与所述第三容器。第四容器中放有潜水泵，将溢出的水抽入量筒中，使水可以循环使用，节约水资源，同时不会造成第一容器液面不稳定。优选的，所述高度及竖直调节装置包括螺旋装置、游标卡尺、横杆以及可旋转的固定装置，所述螺旋装置竖直固定，所述游标卡尺竖直固定在所述螺旋装置上，所述横杆的一端固定在所述螺旋装置上，所述可旋转的固定装置固定在所述横杆的另一端。还包括标尺，所述标尺固定在所述可旋转的固定装置上。可用竖直固定的游标卡尺调节竖直液柱下落高度。横杆一端插入高度调节装置孔中，可旋转，另一端装有可旋转的固定长直管的装置，保证了射流的竖直性，并附带毫米尺作为测距标准，可进行定量拍照实验。优选的，还包括位于所述背景屏对面的(XD。利用CXD记录稳定的液柱表面波动，使用Matlab程序按时间序列均匀地记录数据图片，并批量处理。软件程序的利用不仅极大的提高了实验的效率和精度，同时可能为进一步对流体模型的理论分析提供帮助。优选的，包括灯管，所述灯管位于所述背景屏的背面。背景屏屏后装有一排灯管，可以为拍照做定量实验提供良好的光线环境。优选的，所述流量计与所述第三容器之间设置有节流阀。可以随时控制液体的流出，方便控制实验过程，还可以精确控制流量，达到实验所需。。所述第一容器与所述第三容器之间设置有节流阀。第四容器上设置有节流阀，便于实验完成后将整个仪器中的液体排出。流量计与第三容器间的节流阀还可以精确控制流量，达到实验所需。

图I是本实用新型竖直液柱表面毛细波动演示仪的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。请参阅图I所示，本实用新型竖直液柱表面毛细波动演示仪，包括以下装置 第一容器I、第二容器2、流量计4、位于第一容器正上方的长直管5、第三容器3、高度及竖直调节装置6、位于长直管一侧的背景屏7，虹吸导管8。第一容器I的底部与第二容器2的底部连通且第一容器I的开口高度低于第二容器2的开口高度。利用大小不同的两个相连容器来获得高度一定且稳定的液面。第一容器下方用导管连通第二容器，可通过调节第二容器高度使水从第二容器中溢出，第一容器的液面就始终恒定在第二容器溢出的高度，这样既调节了主容器的液面高度，也不会因水面张力作用使第一容器液面凸起造成液面不稳定。虹吸导管8连接流量计4的进口和第三容器3，虹吸导管8从第三容器3的开口伸入第三容器3，第三容器3的开口高于长直管5。架高第三容器保证稳定液压。根据虹吸原理，用导管连接第三容器3与流量计4的进口，及流量计4的出口与长直管5，当长直管5高度不变时，第三容器3出口与长直管5 口高度差不变，水压也就不变，这样得到了相当稳定的 水源。流量计4的出口连接长直管5，长直管5装配在高度及竖直调节装置6上，为长直管5装配高度及竖直调节装置6，保证了射流的垂直性。流量计4与第三容器3之间设置有节流阀11。可以随时控制液体的流出，方便控制实验过程，还可以精确控制流量，达到实验所需。第一容器I和第二容器2之间设置有节流阀。还包括一个第四容器12，第一容器I、第二容器2、流量计4、长直管5、第三容器3、高度及竖直调节装置6、所述背景屏7以及虹吸导管8均位于第四容器12中。第四容器上设置有平板，通过螺丝将高度及竖直调节装置6固定在第四容器12上。平板上设置两排孔，用来调节高度及竖直调节装置6的前后位置，便于拍照观察。第四容器12上设置有固定板13，固定板13上设置有竖直槽孔，螺母固定第二容器2和固定板13。可通过螺母松紧来调节第二容器2高度使水从第二容器2中溢出，第一容器I的液面就始终恒定在第二容器2溢出的高度。背景屏7固定在第四容器12上。上述设计保证了竖直液柱表面毛细波动演示仪的一体性，更加便于调节控制。第四容器上设置有节流阀，便于实验完成后将整个仪器中的液体排出。高度及竖直调节装置6包括高度控制装置60、游标卡尺61、横杆62以及可旋转的固定装置63，游标卡尺61竖直固定在高度控制装置60上，横杆62的一端安装在高度控制装置60上，横杆62的另一端设置有可旋转的固定装置63。高度控制装置60为螺旋装置。可旋转的固定装置63包括转盘，长直管5固定在转盘上。还包括标尺64，标尺64固定在可旋转的固定装置63上。利用高度调节装置60可调节横杆62高度，附带有游标卡尺61，可以精确至0. I毫米，调节范围可达7cm。高度调节装置60可以是螺旋装置。横杆62右端插入高度调节装置60孔中，可旋转，左端装有可旋转的固定长直管5的装置，保证了射流的垂直性，并附带毫米尺，可进行定量拍照实验。背景屏7后装有灯管，可以为拍照做定量实验提供良好的光线环境。背景屏7对面设置有CCD9。利用CCD记录稳定的液柱表面波动，使用Matlab程序按时间序列均匀地记录数据图片，并批量处理。软件程序的利用不仅极大的提高了实验的效率和精度，同时可能为进一步对流体模型的理论分析提供帮助。请再参阅图I所示，稳定水源即为第三容器3，优选的，第三容器3为架高满溢大量筒，用导管将节流阀11、流量计4、长直管5相连，优选的，长直管5可以为滴管。液体从滴管口射出与水面作用形成的波形即为演示观察部分，通过与竖直标尺64比对可进行拍照定量实验。滴管的固定装置可通过螺旋调微器调节。第一容器I的底部和第二容器2的底部通过导管相连，通过调节第二容器2高度来调节第一容器I中的液面高度。导管一端伸入第三容器3中，再依次与节流阀2、流量计3、竖直液管4相连。高度调节装置6可调节横杆62高度。横杆62可旋转,使竖直液管5前后转动。在横杆62上设置有转盘,竖直液管4固定在转盘上，可使竖直液管4左右转动，标尺64固定在转盘上。第一容器I与第二容器2通过导管相连，第二容器2用螺母固定在后板上，可以通过松紧螺母调节第二容器2高度。背景屏7与背景屏后的灯管保证了观察的光线效果。潜水泵10将水重新抽回第三容器3中。如上所述，本实用新型的竖直液柱表面毛细波动演示仪与背景技术相比，综合考虑对实验现象有明显影响的相关因素，设计整合实验装置，保证实验相关条件的稳定性和可调性。同时优化测量环境及手段，提高实验研究的可靠性和实用性，具有一体性、高精度 可调性以及稳定性。不仅可稳定演示相关实验现象，并可做定量研究实验。采用灵活环保的设计，同时为探究实验提供了先进的实验条件和处理手段。仪器装置稳定可靠且成本低廉
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权利要求1.一种竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于包括以下装置第一容器(I)、第二容器(2)、流量计(4)、长直管(5)、第三容器(3)、高度及竖直调节装置(6)、背景屏(7)以及虹吸导管(8)，所述第一容器(I)的底部与所述第二容器(2)的底部连通，所述第二容器(2)的开口高度低于所述第一容器(I)的开口高度，所述虹吸导管(8)连接所述流量计(4)的进口和所述第三容器(3 )，所述虹吸导管(8 )从所述第三容器(3 )的开口伸入所述第三容器(3 )，所述第三容器(3 )的开口高于所述长直管(5 )，所述流量计(4 )的出口连接所述长直管(5)，所述长直管(5)位于所述第一容器(I)的正上方，所述背景屏(7)位于所述长直管(5 )的一侧，所述长直管(5 )装配在所述高度及竖直调节装置(6 )上。
2.如权利要求I所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于还包括一个第四容器(12)，所述第一容器(I)、所述第二容器(2)、所述流量计(4)、所述长直管(5)、所述第三容器(3 )、所述高度及竖直调节装置(6 )、所述背景屏(7 )以及所述虹吸导管(8 )均位于所述第四容器(12)中，所述高度及竖直调节装置(6)固定在所述第四容器(12)上，所述第四容器(12)上设置有固定板(13)，所述固定板(13)上设置有竖直槽孔，所述第二容器(2)固定在所述固定板(13 )上，所述背景屏(7 )固定在所述第四容器(12 )上。
3.如权利要求2所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于所述第四容器(12)上设置有平板，设置有两排孔，所述高度及竖直调节装置(6)固定在所述平板上。
4.如权利要求2所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于还包括位于所述第四容器(12 )中的潜水泵(10 )，导管连接所述潜水泵(10 )与所述第三容器(3 )。
5.如权利要求I所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于所述高度及竖直调节装置(6)包括高度控制装置(60)、游标卡尺(61)、横杆￠2)以及可旋转的固定装置(63)，所述游标卡尺￠1)竖直固定在所述高度控制装置￠0)上，所述横杆￠2)的一端安装在所述高度控制装置￠0)上，所述横杆￠2)的另一端设置有所述可旋转的固定装置(63)，所述可旋转的固定装置(63 )包括转盘，所述长直管(5 )固定在所述转盘上。
6.如权利要求5所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于还包括标尺(64)，所述标尺(64)固定在所述可旋转的固定装置￠3)上。
7.如权利要求5所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于所述高度控制装置(60)为螺旋装置。
8.如权利要求I所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于还包括灯管，所述灯管位于所述背景屏(7)的背面。
9.如权利要求I或2所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于还包括位于所述背景屏(7)对面的CXD (9)。
10.如权利要求I所述的竖直液柱表面毛细波动演示仪，其特征在于所述流量计与所述第三容器之间设置有节流阀(11)。
专利摘要本实用新型公开了一种竖直液柱表面毛细波动演示仪，包括以下装置第一容器、第二容器、流量计、长直管、第三容器、高度及竖直调节装置、背景屏以及虹吸导管，第一容器的底部与所述第二容器的底部连通且第二容器开口低于第一容器开口，虹吸导管连接流量计的进口和第三容器，虹吸导管从第三容器的开口伸入第三容器且开口高于长直管，流量计的出口连接长直管，背景屏位于长直管的一侧，长直管位于第一容器的正上方，长直管装配在高度及竖直调节装置上。本实用新型竖直液柱表面毛细波动演示仪，可用于对竖直下落液柱表面毛细波相关性质的演示研究，具有一体性，可调性和稳定性。可显示液体表面张力系数的细微变化，估测不同液体间表面张力系数差。
文档编号G01N13/00GK202512779SQ20122011497
公开日2012年10月31日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者巩欣亚, 张永战, 张煜, 沈宏 申请人:南京大学