彩人间

一、儀器簡介
本儀器采用電化學法顯示流線，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、節能等優點。

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，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滴氫氧化鈉水溶液，使之由淡黃色變為粉紅色。若顏色偏紅（會導致流線不清晰），可加入稀鹽酸使之微紅，處于臨界狀態。氫氧化鈉溶液濃度應小于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。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、電源開關及流速調節閥，隨著流道內工作液體流動，調節電壓旋鈕，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，調節流速調節閥，一般將流道內流速調節至0.5～1.0m/s，再調節面板上電壓旋鈕。（電極電壓可由萬用表在兩石墨電極測得），調節極間電壓至合適位置。（電壓偏低，流線顏色淡，電壓偏高，產生氫氣泡干擾流場）

5.故障及其排除方法

故障現象	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.反復開/關幾次； 2.接通電路并稍稍轉動泵蓋。
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.調節流速調節閥； 2.調節面板對比度旋鈕； 3.加入適量的NaOH溶液。
無流線出現	1.電解電極斷路； 2.流速調節閥未開。	1.給電極通電； 2.打開流速調節閥。
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.修復或更換。

 

6.系統電路布置圖
系統電路布置圖如下圖二所示，若儀器存在電路上的問題，可依據該電路圖逐級檢查。

圖二系統電路布置圖

三、實驗指導
該設備分別用以演示機翼繞流，園柱繞流和突擴突縮，實驗指導提要如下：
1.演示
外包線曲率較大）流線較密，由連續方程和能量方程知，流線密，表明流速大，壓強低；而在機翼向地側，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；園柱兩側轉點趨于重合，零流線（沿園柱表面的流線）在前駐點分為左右2支，經90°點（μ＝μ_max），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＝μ_max），勢能最小，而到達后滯點（μ＝μ₀），動能又全轉化為勢能，勢能又最大。故其流線又復原到駐點前的形狀。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數增大，流動由勢流變成渦流后，流線的對稱性就不復存在。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。由此可知，勢流與渦流是性質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數下進行，液體在流經這些管段時，有擴有縮。若適當提高流動的雷諾數，經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。
應強調指出，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；跡線是某一質點在某一時段內的運動軌跡線；色線是源于同一點的所有質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。另外應注意的是，由于所顯示的流線太穩定，以致有可能被誤認為是人工繪制的。為消除此誤會，演示時可將泵關閉一下在重新開啟，由流線上各質點流動方向變化即可識別。