平板边界层实验.doc

平板边界层实验（一） （一）实验目的 1．测定平板边界层内的流速分布，从而确定流速分布指数规律、边界层名义厚度、位移厚度、动量厚度、能量厚度。 2．掌握毕托管和测压计的测速原理和量测技能。 （二）DQS系列空气动力学多功能实验装置： 该装置相当于小型风洞，为组装式结构。由主机和多种易更换实验段组成，流量可以控制。风机提供气流，在压出段设有流量调节阀门，气流通过风道进稳压箱流速减慢进入阻尼网，阻尼网由二层细密钢丝网构成，可将流体较大尺度的旋涡破碎，使气流均匀地进入收缩段，经过收缩段可将收缩段进口的速度不均匀度缩小n2倍，n为收缩比，本收缩段的收缩比较大。收缩曲线应用波兰人维托辛斯基曲线。收缩段出口接各种实验段，实验排放的气流由实验台面的孔口进吸音箱回到风机入口，如图1所示。 多管测压计，设有可改变角度的测压排管及调平设置，当测某点压强时取与大气连通的测压管与该点测压管的读数差，即为测点的压强水头，如图2所示。 1.稳压箱 1.测压管 2.收缩段 2.角度盘 3.风道 3.支架 4.调节阀门 4.联通管 5.通风机 5.输液管 6.吸音箱 6.酒精库 7.阻尼网 7.通气管 图 1 图 2 （三）实验段简图 稳压箱内的气流经过阻尼网及收缩段均匀进入实验段，在实验段轴心位置安装一块一面光滑一面粗糙的平板，平板可沿轴线滑动，在实验段的出口装有精致的鸭咀形毕托管，其头部厚度仅有0.3㎜,并配有千分卡尺，灯光显示设置和多管测压计，见图1-1。 （三）实验原理及计算式 1．平板紊流边界层的流速分布 实际流体因存在粘性，紧贴壁面的流体将粘附于固体表面，其相对速度为零，沿壁面法向随着与壁面距离的增加，流体的速度逐渐增大，当距离为时，其速度达到未受扰动的主流流速，这个厚度为的薄层称为边界层，通常规定从壁面到处的距离作为边界层的厚度。 边界层的厚度沿平板长度方向是顺流渐增的，在平板迎流的前段是层流边界层，如果平板足够长，则边界层可以过渡到紊流，判别过渡位置的特征值是雷诺数，如图1-2所示。 若量测断面坐标为，则该断面为 (本装置用代表) ( 1－1 ) 其中为空气运动粘滞系数， 为动力粘滞系数，为空气密度。 °Ｋ时， 90°K＜T＜300°K时，n取8/9，代入 紊流边界层内的流速分布用指数律表示为 图 1 - 1 　　　 ( 1－2 ) 式( 1－1 ) 、( 1－2 )中 　量测断面纵向坐标 　量测点的横向坐标 　测点流速 　量测断面处的边界层厚度（即处的值）　　　　　图　 1－2 　量测断面处的边界层外主流流速 通过对该断面流速分布的量测，以及对实验数据的处理，并绘制双对数图，可确定指数n值的大小。根据资料介绍为时，其光滑壁面的n值约为7。可根据n值计算、、。 亦可在已知速度剖面的条件下计算各种厚度，二者的计算式分别为： 边界层位移厚度 　 　 ( 1－3 ) ( 1－3 )’ 边界层动量损失厚度 ( 1－4 ) ( 1－4 )’ 边界层能量损失厚度 ( 1－5 ) ( 1－5 )’ 2．毕托管与多管测压计的测速原理 根据元流能量方程，毕托管处的驻点压强为 ( 1－6 ) 为空气容重，为大气压强，测点流速为 ( 1－7 ) 用测压计测定，根据静压基本方程为 ( 1－8 ) 为测压管内流体的容重，为垂直的液柱高，即大气连通测压管与测点测压管的读数差，当测压排管与垂线的夹角为时。值为,(为测压计斜管读数),其，代入式( 1－7) ( 1－9 ) 式( 1－9)中，