لماذا تصور التدفق ?

ميكانيكا الموائع هي موضوع تكون فيه الظواهر الحرجة مثل التدفق الصفحي، والتدفق المضطرب، وفصل الطبقة الحدودية، وتشكيل الدوامة غالبًا ما تظل غير مرئية للطلاب في إعداد المحاضرة القياسية. سعت كلية الهندسة في جامعة بكين إلى الحصول على جهاز تعليمي مدمج يمكنه جعل أنماط التدفق المجردة هذه قابلة للملاحظة مباشرة في مختبر الفصل الدراسي. قدمت شركة MicroNewton الجهاز التجريبي لتصور مجال التدفق H012، وهو نظام قناة مائية ذاتية الدوران يستخدم طريقة فقاعة الهيدروجين لجعل الخطوط الانسيابية ومناطق الفصل وهياكل الدوامة مرئية للعين المجردة.

كيف يعمل؟ ?

يوجد في قلب الجهاز خزان مياه صغير يدور ذاتيًا بقياس 900 × 300 × 300 ملم، مزود بمضخة مياه متغيرة السرعة فائقة الهدوء توفر تدفقًا أقصى يبلغ 40 لترًا في الدقيقة مع تعديل دقيق للسرعة. تنتج آلية المعدل في اتجاه المنبع مجال تدفق مستقر منخفض الاضطراب. يتم تحقيق التصور من خلال التحليل الكهربائي: يقوم مصدر الطاقة النبضي بتردد من 0 إلى 150 كيلو هرتز وعرض النبض من 1 إلى 100 بالمائة بتوليد فقاعات هيدروجين دقيقة عند سلك الكاثود البلاتيني في أعلى نموذج الاختبار. تتبع هذه الفقاعات التدفق، وتنتج الإضاءة الخلفية LED صورًا عالية التباين تجعل الانفصال وتكوين الدوامة مرئيًا بوضوح. يشتمل النظام على وحدة تحكم بقياس 330 × 220 × 170 ملم، ونماذج قابلة للتبديل بما في ذلك الأشكال الأسطوانية والمستطيلة وجنيح NACA2412 والمغزل على شكل S والانكماش، ويعمل بقدرة 200 واط.

ما الذي يمكن للطلاب رؤيته وتعلمه ?

يدعم الجهاز أربع تجارب تصورية أساسية. في تجربة فصل الطبقة الحدودية، يضع الطلاب الجنيح NACA2412 في التدفق ويلاحظون كيف تنفصل الطبقة الحدودية عن السطح مع زيادة السرعة، مما يربط الظاهرة مباشرة بتوقف الطائرة. في تجربة شارع كارمان الدوامة، يكشف نموذج أسطواني عن تساقط دوامة متناوبة بشكل دوري في اتجاه مجرى النهر، موضحًا كيف يؤثر رقم رينولدز على تكوين الدوامة وتطبيقه في أجهزة قياس التدفق الدوامي. في تجربة تصور التدفق ثنائي الأبعاد، يقوم الطلاب بالتبديل بين النماذج المستطيلة، وعلى شكل حرف S، والتوسع المفاجئ، والانكماش المفاجئ، ونماذج القنوات المتوازية لملاحظة كيف تغير الهندسة أنماط التدفق. في تجربة التدفق الصفحي والمضطرب، يقوم الطلاب بضبط السرعة لمراقبة الانتقال من التدفق الصفحي ذي الطبقات السلسة إلى التدفق المضطرب الفوضوي، مما يؤدي إلى بناء حدس لعدد رينولدز ونظام التدفق. في جميع التجارب، يتعلم الطلاب أيضًا مبادئ التحليل الكهربائي، والعلاقة بين تركيز المنحل بالكهرباء والتوصيل، والتشابه بين تدفق الماء والهواء بناءً على تشابه رقم رينولدز.

بالإضافة إلى مفاهيم ميكانيكا الموائع المحددة، يمنح الجهاز التجريبي لتصور مجال التدفق للطلاب القدرة على ربط المعادلات النظرية بالأدلة المرئية الملموسة. لا يتطلب تصميم سطح المكتب المدمج أي مرافق إضافية ويمكن إعداده على مكتب عادي للفصل الدراسي، مما يجعله في متناول مختبرات التدريس الصغيرة. بالنسبة لكلية الهندسة بجامعة بكين، أصبح الجهاز أداة أساسية لتعليم ميكانيكا الموائع، مما يسمح للطلاب برؤية العالم غير المرئي لحركة السوائل والتساؤل عنه وفهمه.

استكشف الجهاز التجريبي لتصور مجال التدفق MicroNewton وغيره من معدات تدريس ميكانيكا الموائع. اتصل بنا لمناقشة متطلبات المختبر الخاصة بك.