化工流线(轨线)演示实验装置：实践教学中的流体流动实际应用与创新成果

在化工类专业的实习实践教学中，理论知识的学习固然重要，但在实际操作中观察和分析实验结果的能力同样不可或缺。为了帮助学生更好地理解流体流动过程并培养实际操作和问题解决能力，我们研发了一款先进的流线(轨线)演示实验装置。

一、实验目的

1.了解流体流动过程中的流线和轨线概念。

2.观察流体在定态流动时，流过不同结构体的流线(轨线)情况，并进行边界层分离现象的初步分析。

二、实验原理

轨线是某一流体质点的运动轨迹，它采用拉格朗日法考察流体的运动。而流线则是某一瞬间流体内各流体质点的速度和方向，采用的是欧拉法。在定态流动时，流线和轨线重合。由于在流体内的同一点某一时刻只有一个速度，所以各流线不会相交。当流体流动方向和流道面积发生变化时，会导致流速的改变，从而形成边界层的脱体和大量的旋涡(死区)。本实验装置通过让流体流过不同构件，观察其内流线的情况。

三、实验装置设计

实验装置包括5个透明有机玻璃制成的长方形通道，每个通道内都安置了不同构件进行比较。这些构件组合具有可比性，通过观察流体在不同构件组合中的流动情况，进行流场的比较，从而解释实际应用和工业设计中的现象和构思。

每个通道前都安装了平行栅板整流设施，以确保流入构件时的流体为平行均匀流动。具体构件组合如下：

A1、突缩突扩及转子流量计

A2、孔板和文丘里模型

A3、圆型及带尾翼圆形

A4、换热器内的圆环形折流板和弓形折流板

A5、列管换热器列管的正三角叉排和正方形顺排

实验装置使用循环水作为工作流体，流道前装有文丘里喷射吸气器。在水流入流道前，文丘里喷射吸气器会吸入空气，并使空气由于摩擦而破碎成细小的小气泡，随水一起流入流道内。通过观察小气泡的运动情况，我们可以代替流线(轨线)来观察流体在不同构件组合中的流动情况。

四、实验应用及成果

这款流线(轨线)演示实验装置在化工类专业的实习实践教学中具有广泛的应用价值。它能够帮助学生巩固理论知识，加深对流体流动过程的理解。通过实际操作和观察，学生能够将学到的理论知识应用到实际中，提高实际操作能力和问题解决能力。

通过观察不同构件组合的流动情况，学生可以了解到不同构件对流动的影响。这对于实际应用和工业设计具有重要参考价值，可以帮助学生更好地理解在实际工程中流体流动的特性并提出相应的改进和优化方案。

此外，实验装置还能让学生初步了解边界层分离现象的形成原理。边界层分离是流体流动中常见的现象，了解其原理对于设计和优化流体流动过程具有重要意义。

通过对这款流线(轨线)演示实验装置的实际应用，学生可以获得丰富的实习实践经验，并培养实际操作和问题解决的能力。这对于他们未来的专业发展和职业竞争具有重要的意义。

总之，我们的流线(轨线)演示实验装置是一款在化工类专业实习实践教学中非常有用的设备。通过观察流体在不同构件组合中的流动情况，学生能够更深入地理解流体流动过程。同时，实验装置的应用还能为实际工程和工业设计提供重要的参考依据。通过实际操作和观察，学生能够提高自己的实际操作能力和问题解决能力，为未来的工作做好充分准备。