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平板附面層速度分布的實(shí)驗(yàn)

點(diǎn)擊次數(shù):8938更新時(shí)間:2015-07-15

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>

1、測(cè)出平板上不同點(diǎn)處,在某一雷諾數(shù)下的附面層內(nèi)的流速分布及附面層厚度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解層流和紊流附面層的特征。

2、熟用儀器、設(shè)備、掌握測(cè)量方法。

二、試驗(yàn)設(shè)備


上圖是實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器的簡(jiǎn)圖。在風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)段垂直于兩側(cè)壁面安裝一塊長(zhǎng)600mm,寬200mm 帶尖劈的光滑平板。在試驗(yàn)段上部安放導(dǎo)軌。坐標(biāo)儀可以沿試驗(yàn)段作軸向滑動(dòng),滑動(dòng)距離X由導(dǎo)軌上的刻度指示。附面層測(cè)針固定在坐標(biāo)儀上,當(dāng)測(cè)針升降的距離,由坐標(biāo)儀的螺旋微器的刻度指示,分辨率0.01mm 。用來(lái)測(cè)附面層速度分布的測(cè)針,其直徑為0.8mm。所測(cè)總壓p和靜壓p1引入微壓計(jì)。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

2、調(diào)好微壓計(jì)。將測(cè)針固定在坐標(biāo)儀上,測(cè)針上的總壓和靜壓分別與微壓計(jì)“+"、“-"端相連。

3、啟動(dòng)風(fēng)洞,實(shí)驗(yàn)段風(fēng)速約20m/s.

4、記錄測(cè)針與板面接觸時(shí)測(cè)微器的讀數(shù),在距平板前緣x=9mm處測(cè)點(diǎn)密些,每次調(diào)整0.5mm,在距平板前緣x=350mm處測(cè)點(diǎn)可稀些,每次調(diào)整1mm取一次讀數(shù),直到再次增加距離時(shí)動(dòng)壓沒(méi)有顯著的變化為止。

四、基本原理及計(jì)算公式

由實(shí)驗(yàn)證實(shí),對(duì)于實(shí)際的粘性流體繞物體表面流動(dòng),而在較大雷諾數(shù)時(shí),緊貼物體表面為一薄流層,該薄流層的速度梯度較大,在此薄流層內(nèi),速度由零值逐漸增大到層外勢(shì)流的速度V,我們稱此薄流層為附面層。

氣流繞平直的光滑板作定常流動(dòng)時(shí),附面層沿平板逐漸增厚,對(duì)放在氣流中的兩維平板來(lái)說(shuō),通常前面部分是層流附面層,后面部分是紊流附面層,兩者之間存在一個(gè)過(guò)渡區(qū)。過(guò)渡區(qū)相對(duì)其特征長(zhǎng)度而言,一般是很小的,通常假定轉(zhuǎn)換是在某一點(diǎn)發(fā)生,稱該點(diǎn)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

對(duì)于平板,層流附面層的速度分布接近于拋物線規(guī)律,而紊流附面層的速度分布為指數(shù)曲線規(guī)律,在壁面具有更大的速度梯度,兩種流速分布差別較明顯。

若測(cè)針距平板表面保持同一高度,沿流動(dòng)方向來(lái)測(cè)流速,無(wú)論是管流附面層還是紊流附面層區(qū)域,速度是沿著流向方向降低的,但在轉(zhuǎn)折區(qū),因?yàn)檫@里的層流附面層反而變薄了,所以速度將突然發(fā)生回升的趨勢(shì),見圖3。通常把曲線中部速度達(dá)到zui小值所對(duì)應(yīng)的值作為轉(zhuǎn)折區(qū)開始點(diǎn),速度達(dá)到zui大值x2所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)折區(qū)終點(diǎn)。定義:當(dāng)所對(duì)應(yīng)的位置xT為轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置。

附面層內(nèi)某一點(diǎn)(x,y)處的速度的計(jì)算公式如下:

式中ρ——空氣的密度kg/m3

——測(cè)針位于某一高度y時(shí)對(duì)應(yīng)的微壓計(jì)讀數(shù)。

9.81——由mmH2O換成N/m2應(yīng)乘的系數(shù)。

y——測(cè)量點(diǎn)距平板表面的垂直距離。

K ——微壓計(jì)放大倍數(shù)。

ξ——附面層測(cè)針校正系數(shù)。

在附面層上邊界(x,δ)處的速度公式如下:

式中ρ, K , ξ——同上

——測(cè)針在附面層上邊界()時(shí)對(duì)應(yīng)的微壓計(jì)讀數(shù)。

由上兩式得到:

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及要求

將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果列入表1中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按10:1比例作出在不同x處的速度分布曲線,確定附面層厚度δ的數(shù)值,并與近似計(jì)算公式比較(層流,紊流)。

六、實(shí)驗(yàn)分析與討論

1、實(shí)驗(yàn)作出了不同x處的速度分布線,如何確定該處的附面層厚度?

2、在測(cè)量附面層內(nèi)動(dòng)壓過(guò)程中,怎樣從測(cè)微壓計(jì)上直接讀出附面層的厚度?

3、當(dāng)流體繞流實(shí)驗(yàn)平板時(shí),由層流變?yōu)槲闪鞯霓D(zhuǎn)折取決于哪些因素?

4、試述實(shí)驗(yàn)收獲。

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