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1、教学实验 2010小型气动力学装置指导书哈尔滨市鸿润教学试验设备厂电话：0451-55100010 网址： 邮箱：实验一 绕流圆柱体表面压力分布测定 一、实验目的 （1）学习测量流体绕流物体时物体表面压力分布的方法。 （2）通过实验了解实际流体绕圆柱体流动时，其表面压力分布的情况并与理想流体的压力分布相比较。 二、实验原理 理想流体平行流绕圆柱体流动时，圆柱体表面的速度分布规律是Vr=0V=2Vsin由伯努利方程，圆柱体表面上任一点的压力P可写为由此可得我们定义无因次压力系数为对于理想流体绕圆柱体流动，其无因次压力系数 而对于实际气体由于粘性的存在，当其绕圆柱体流动时，气流不能完全同理想流体那
2、样贴附在圆柱表面，气流在圆柱体后面将发生分离和产生旋涡，形成旋涡区。这样，破坏了圆柱体前后压力分布的对称性，形成了压差阻力。 实际气体的压力分布可以通过实验测得。其压力系数其中： 无穷远处流体速度 m/s 气流来流总压P0测量值（表压） Pa 气流来流静压P测量值（表压） Pa 圆柱体表面上某一点压力P1的测量值（表压） Pa 气体的密度 kg/m3 实验条件下的雷诺数为其中：D圆柱体直径 m 气流运动粘性系数 m/s = 对空气 =1.7210-5（1+0.0028t-0.00005t2） t为气流温度 三、实验设备 图一、绕流圆柱体实验装置简图（测压计未示出） 实验风洞为吸气式风洞。它是由
3、一台风机将空气经过收敛段、工作段、过渡段，最后通过风机排入大气。在工作段内可得到平行均匀的气流。调节风机出口的风门，可以改变气流速度。 在工作段内装有速度测针一根，可以测得h0和h（或h0h和h）。 实验时，将实验用的圆柱体装入工作段内。在此圆柱体上沿圆周表面开有24个测压小孔，并在端部引出其测压管。将测压管与多管倾斜压力计相连，就可测得圆柱体表面的压力分布。 四、实验步骤 （1）熟悉实验设备各部分的作用与调节方法，记下有关数据。 （2）将多管压力计的水平泡调到中心位置。检查各压力管内有否气泡，应排出气泡使各压力管的液柱高度齐平。将单管倾斜压力计的水平泡调到中心，并使液面为零。 （3）将速度测
4、针的测静压的接管通过三通，一端与多管压力计的一支管相连，以测得来流静压h；另一端与单管倾斜压力计的（）端相接，而测针测总压的接管与单管倾斜压力计的（+）端相连，这样测得来流动压（h0h）。（4）开启风机，记下（h0h）、h和h1各值，同时记下多管压力计中通大气管的液面值。（参考零位值）。h和h1与此零位值得差值即为h和h1。（5）改变风机的风量，再次测量此风量下的h0h和h1值。需注意的是，风量应逐渐增加，不要使测压管内水面超过管顶，以免引起测压管内产生气泡而影响正常实验。（6）记下大气压力和温度。（7）实验完毕后，关闭风机。五、实验报告（1）实验数据整理（表1）（2）画出=f()曲线图，并与
5、理想流体的压力系数曲线相比较。实验数据整理 实验段长= m； 大气压力P0= N/m2； 圆柱体直径D= m实验段宽= m； 室 温t= ； 空气运动粘度= m/s实验段高= m； 气体密度= kg/m3 表一序号h1hh1h123456789101112131415161718192021222324实验二 绕流机翼表面的压力分布测定一、实验目的 （1）学习测量流体绕流机翼时机翼表面压力分布的方法。 （2）测定在不同冲角下机翼的表面压力分布。二、实验原理将机翼置于均匀定常的气流中，在机翼的表面可以测得其压力分布。测定实际流体绕机翼的压力分布具有很大的实际意义，因为压力分布反映了机翼的真实绕流
6、特性。由压力分布曲线可以得到此机翼的升力系数和机翼表面的速度分布。机翼表面力分布常用无因次压力系数来表示。即其中：无穷远处流体速度 m/s 气流来流总压P0测量值（表压） Pa 气流来流静压P测量值（表压） Pa 机翼表面上某一点压力P1的测量值（表压） Pa 气体的密度 kg/m3 实验条件下的雷诺数为其中：b机翼的弦长 m 气流运动粘性系数 m/s = 对空气 =1.7210-5（1+0.0028t-0.00005t2） t为气流温度 三、实验设备 图二、绕流机翼实验装置简图（测压计未示出） 实验风洞为吸气式风洞。它是由一台风机将空气经过收敛段、工作段、过渡段，最后通过风机排入大气。在工作
7、段内可得到平行均匀的气流。调节风机出口的风门，可以改变气流速度。 在工作段内装有速度测针一根，可以测得h0和h（或h0h和h）。 实验时，将实验用的机翼模型装入工作段内。在此机翼上沿翼型表面开有24个测压小孔，并在端部引出其测压接管。将这些测压接管与多管倾斜压力计相连，就可测得翼型表面的压力分布。 机翼是NACA-4412型线。其型线坐标是序号123456789101112131415161718x02.551015203040506080100120140160180190200y上04.886.789.4611.5213.1815.7817.6018.8219.5219.618.3816.
8、2813.389.785.422.940y下0-2.86-3.9-4.98-5.48-5.72-5.76-5.48-5.0-4.52-3.6-2.4-2.0-1.3-0.78-0.44-0.320 图三、机翼测点位置图 机翼表面24个测点的位置是：测点12345678910111213X06142230456285108118127136143测点1415161718192021222324X1391301221149369853022146 四、实验步骤 （1）熟悉实验设备各部分的作用与调节方法，记下有关数据。 （2）将多管压力计的水平泡调到中心位置。检查各压力管内有否气泡，应排出气泡使各压
9、力管的液柱高度齐平。将单管倾斜压力计的水平泡调到中心，并使液面为零。 （3）将速度测针的测静压的接管通过三通，一端与多管压力计的一支管相连，测得来流静压h；另一端与单管倾斜压力计的（）端相接，而测针测总压的接管与单管倾斜压力计的（+）端相连，这样测得来流动压（h0h）。 （4）将机翼24个测点的测压接管顺次与多管倾斜压力计相接。（5）开启风机，记下（h0h）、h和h1各值，同时记下多管压力计中通大气管得液面值。（参考零位值）。H和h1与此零位值得差值即为h和h1。（6）暂时停机，改变机翼的冲角。（7）启动风机，再次测量在冲角下的机翼表面压力分布。（8）实验完毕后，关闭风机。五、实验报告（1）实
10、验数据整理见（表1）（2）画出为纵坐标，XL为横坐标，做出在不同冲角下的=f(XL)的分布曲线。实验数据整理 实验段长= m； 大气压力P0= N/m2； 圆柱体直径D= m实验段宽= m； 室 温t= ； 空气运动粘度= m/s实验段高= m； 气体密度= kg/m3 表二序号h1hh1h123456789101112131415161718192021222324实验三 平板附面层速度分布测定一、实验目的 （1）通过实验证实：当粘性流体绕流体流动时，靠近物体壁面处确有“附面层”存在。从而进一步加深对“附面层”基本特性的理解。 （2）测定平板附面层的速度分布。 （2）测定平板附面层厚度沿流动
11、方向的变化。二、实验原理由实验证实，当实际粘性流体绕物体表面流动而雷诺数较大时，直接与表面接触的流体的速度为零，通过速度梯度较大的一层很薄的流体层，流体的速度u增加到层外势流的速度V，这一层流体层叫附面层。气流绕平直光滑板作定常流动时，附面层沿流动方向在平板上的变化如下图所示。附面层沿平板逐渐增厚，开始是层流，经过一段距离之后，层流变为紊流。表示转变的特征参数是临界雷诺数，即式中：X从平板前缘点算起的距离。 图四、平板附面层速度分布实验证明，Rec不是一个唯一的数，它与层外势流紊流度和平板粗糙度等有关，对平板大约为51053106。 把附面层各个横断面上的速度为主流速度V的99%的点的连线定义
12、为边界层。从壁面到边界层的厚度为附面层厚度，用表示。 更实用的厚度是位移厚度1和动量损失厚度2，它们是通过实验可以测得物体壁面上某点的附面层分布曲线，从而可以作出和曲线，并可量得曲线下得面积而得到1和2。在距平板前缘点不同的X处，测得其速度分布曲线，就可看到附面层厚度是随X增加而增厚。三、实验设备 图五、 平板附面层实验装置简图（测压计未示出） 实验风洞为吸气式风洞。它是由一台风机将空气经过收敛段、工作段、过渡段，最后通过风机排入大气。在工作段内可得到平行均匀的气流。调节风机出口的风门，可以改变气流速度。 在工作段内装有速度测针一根，可以测得h0和hs（或h0hs和hs）。 实验时，在风洞的工
13、段内装入一块带有尖劈的光滑平板，其长度l=600mm。平板与上壁面平行。在工作段上壁面处安设导轨，由高度尺改制的座标器可在导轨上沿工作段作轴向移动。一支附面层速度测针装在座标器上，这样，此速度测针可以在工作段内上下、左右移动，它的空间位置X、Y可以在带有刻度的标尺上读出。 附面层速度测针是由两根测压管组合而成。由于附面层厚度很小，为了减小测针对原流场的影响，所以将总压测管做成扁平状，将此速度测针的P0和P的值引入到倾斜微压计，就可测得离平板表面某一距离y处得速度u式中：气体的密度 kg/m3； 倾斜微压计读数 mmH2O； K倾斜微压计的倾斜系数； 9.81由mmH2O换成Pa的系数。 四、实
14、验步骤 （1）熟悉实验设备各部分的作用与调节方法。 （2）将测压针的水泡调到中心位置。检查各测压管内有否气泡，若有气泡应予排出。 （3）将速度测针和附面层速度测针分别与倾斜压力计的两端相连。这样可测得来流速度和附面层内气流速度u。（4）开启风机，将来流风速调整到30m/s左右。 （5）移动座标器，使测得点距平板前缘点的距离为X=3%，慢慢地移动高度尺使测针轻轻地与平板接触，记下初始高度位置，并记下各测压管读数。然后将测针逐渐升高。每隔0.10.5mm测量一次（附面层较薄时，取每隔0.1mm，附面层较厚时距离间隔可取大些），直到附面层测针的读数值达到最大且不变。（6）分别将附面层测针调到X=6%
15、、X=10%、X=20%、X=40% 和X=60%处，重复步骤5。一共测得沿X有六条速度分布曲线。（7）实验完毕后，关闭风机。五、实验报告（1）实验数据整理（表1）（2）在六个不同X处，根据实验结果画出速度分布曲线。（3）根据附面层厚度的定义确定的值。并连成变化曲线。（4）从曲线图上量出代表的面积，即为位移厚度1。12实 验 数 据 整 理 表一X=3%X=6%X=10%X=20%X=40%X=60%测点yuyuyuyuyuyu1234567891011121314V=V=V=V=V=Re=Re=Re=1=1=1=1=1=1=2=2=2=2=2=2=大气压力：Pa= Pa 平板长度： = m室 温： t = 空气运动粘度：= m2/s空气密度：= kg/m3 微压计倾斜系数k=