H9 Hele-Shaw-Apparat, Hydrodynamik, Laborausrüstung, Lehrausrüstung
HELE-SHAW-GERÄT
Der Hele-Shaw-Apparat erzeugt Stromlinien in einer laminaren, gleichmäßigen Strömung. Es ermöglicht den Schülern, verschiedene Quellen- und Senkenanordnungen zu studieren und die Strömung um eine unbegrenzte Vielfalt unterschiedlich geformter Modelle herum zu betrachten. Das Gerät kann das Eindringen von Wasser durch Feststoffe darstellen und jeden Prozess, der die Laplace-Gleichung erfüllt, in zwei Dimensionen simulieren. Damit können Dozenten damit auch Strömungen in anderen Bereichen der Ingenieurwissenschaften darstellen, beispielsweise in der Aerodynamik oder in der Strom- und Wärmeströmung.
Das Gerät arbeitet mit einer gleichmäßigen, luftfreien Wasserversorgung und einem geeigneten Abfluss. Die Ausrüstung besteht aus einem Kanal, der zwischen zwei Platten gebildet wird. Wasser fließt mit einer niedrigen Reynolds-Zahl entlang des Kanals, sodass die Trägheitskräfte keine Rolle spielen.
Ein Farbstoff, der durch mehrere kleine Löcher am stromaufwärtigen Ende fließt, erzeugt Stromlinien. Die abnehmbare obere Glasplatte verfügt über Gitterlinien, die die Analyse der Strömungsmuster erleichtern. Im Lieferumfang des Geräts ist eine Gummiplatte enthalten, aus der sich verschiedene Modellformen ausschneiden lassen. Wenn sie zwischen den beiden Platten platziert werden, können die Schüler die Stromlinienmuster sehen, die um die Modelle herumfließen. Außerdem ermöglichen Ventile und eine Vakuumpumpe den Schülern, zwei Quellen und zwei Senken (oder eine beliebige Kombination aus beiden) zu verbinden.
Um Experimente durchzuführen, starten die Schüler den Wasserfluss und öffnen ein Färbeventil gerade so weit, dass gut sichtbare Stromlinien entstehen. Anschließend verwenden sie Ventile, damit das Wasser von einem Quellpunkt fließen oder zu einem Senkenpunkt oder zu verschiedenen Kombinationen von Fließ- oder Senkenpunkten abfließen kann. Die Vakuumpumpe stärkt die Einfallstellen.
Um Modelle in den freien Strom des Geräts einzubinden und die Auswirkung auf Stromlinien zu untersuchen, schneiden die Schüler die benötigten Formen aus der Gummiplatte (mitgeliefert). Anschließend legen sie das Modell zwischen die beiden Platten des Geräts und starten den Durchfluss.
Um eine konstante Druckhöhe und einen gleichmäßigen, luftfreien Fluss aus Ihrer Wasserversorgung zu gewährleisten, bietet der optionale Ausgleichsbehälter (H9a) an.
LERNERFOLGE
Verschiedene Strömungsvisualisierungsexperimente in zwei Dimensionen, einschließlich Senken- und Quellpunkten und Strömungsmodellen, zum Beispiel:
• Quellen und Senken in einem einheitlichen Strom
• Dublett in einem gleichmäßigen Strom
• Umströmung eines Zylinders (Scheibe) und einer Tragfläche
• Strömung durch eine Öffnung und einen Diffusor
• Durchströmung eines Wärmetauschers
• Die Impulsgleichung
• Laminare Strömungsbeziehung für Strömung zwischen zwei parallelen Platten
• Gleichungen der mittleren Geschwindigkeit (einschließlich Versickerung in Böden)
• Mögliche Flussbeziehungen
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untersuchung.
