低速氣流平板邊界層速度分布測量實驗指導(dǎo)書鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程實驗中心一、實驗?zāi)康?.測量低速氣流在平板上形成的邊界層速度分布，加深認(rèn)識氣流的粘性特征和粘性作用強弱范圍。2.熟悉皮托管結(jié)構(gòu)，掌握其測速方法。3.熟悉傾斜測壓計結(jié)構(gòu)，掌握其測壓方法，能夠正確使用千分尺。二、實驗通用規(guī)范1．按時按地點參加實驗，實驗分組進行，愛護實驗室實驗儀器和設(shè)備，不準(zhǔn)碰撞或任意移動儀器或設(shè)備，不許亂跑亂動和大聲喧嘩。2．實驗前，各組學(xué)生必須認(rèn)真預(yù)習(xí)，閱讀實驗指導(dǎo)書和教材、書籍等有關(guān)資料，了解實驗?zāi)康?、原理方法、操作步驟及注意事項。3．實驗開始前，服從實驗指導(dǎo)教師的安排，認(rèn)真聽講，仔細了解實驗設(shè)備和儀器的操作方法和注意事項，確定組長及組內(nèi)人員實驗分工。4．實驗中，嚴(yán)格按照相應(yīng)實驗操作規(guī)程，集中精力，有條不紊，認(rèn)真操作，如實觀察和記錄各種實驗數(shù)據(jù)和有關(guān)實驗現(xiàn)象，初步進行一定數(shù)據(jù)處理和分析。5．實驗過程，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時向指導(dǎo)教師匯報。6．實驗后，實驗記錄數(shù)據(jù)交指導(dǎo)教師檢查，并按要求將實驗儀器設(shè)備裝置復(fù)位。7．在規(guī)定時間內(nèi)，按要求編寫完成并上交實驗報告，注意報告除原始記錄數(shù)據(jù)外，實驗數(shù)據(jù)的處理和分析等內(nèi)容不得相互抄襲。三、平板流體邊界層概念當(dāng)勻直氣流u0流向平板時，由于粘性作用使緊貼平板表面處的流速為零，離開板面速度逐漸增大，最后恢復(fù)到相當(dāng)于無粘勢流的速度，對平板來說即等于前方來流的速度u0了，見圖1。由于空氣粘性很小，只要來流速度不是很小時，流速變化大的區(qū)域只局限在靠近板面很薄的氣流層內(nèi)，層中粘性切應(yīng)力對流動影響不能忽略，這一薄層氣流通常叫作邊界層或附面層氣流。自板面起沿著它的法線方向，至達到99%無粘流速度u0處的距離，人為規(guī)定為邊界層厚度（δ）。圖1平板流動邊界層增加來流勢流的湍流度或板面的粗糙度，將會改變板面上邊界層的形成和分布特性。對于沿光滑平板迎角為零的紊流邊界層，其速度分布與法向坐標(biāo)y的經(jīng)驗關(guān)系之一為：由此得出的邊界層厚度結(jié)果是：當(dāng)空氣運動粘度時，在x=0.2m、u0=30m/s情況下，計算出邊界層厚度δ=5mm，可見氣流邊界層一般是很薄的。四、實驗裝置與測量原理邊界層實驗是在小型多功能氣動力學(xué)實驗臺上進行的，圖2是實驗臺和邊界層測量裝置示意。經(jīng)風(fēng)機加功增壓后，氣流進入穩(wěn)壓箱，經(jīng)收縮段流入實驗段。沿實驗段中心軸線上，安裝一塊實驗平板。實驗段側(cè)面固定裝有畢托管，此畢托管可沿水平方向移動，位移量用千分尺測量。借此可測量不同y坐標(biāo)的邊界層速度u(y)。平板可以沿著實驗段的滑槽移動，從而改變畢托管口與平板起端的距離x，借此可以測量若干個斷面的邊界層速度分布。邊界層畢托管口為鴨嘴形扁平口，其寬度約為0.3mm。畢托管口中心與平板的距離用千分尺測量，方法是：慢慢轉(zhuǎn)動千分尺的旋鈕，使畢托管慢慢靠近平板。當(dāng)畢托管的管口抵達平板時，此時千分尺讀數(shù)為起始讀數(shù)，這時畢托管管口中心與平板的距離約為0.15mm。當(dāng)移動畢托管到新位置時，記下千分尺的讀數(shù)，此讀數(shù)與起始讀數(shù)相減，再加上0.15mm，就得到畢托管口中心與平板的距離。注意：千分尺讀數(shù)精度為0.01mm。千分尺旋鈕每轉(zhuǎn)一格，畢托管移動0.01mm；旋鈕旋轉(zhuǎn)一圈，畢托管移動0.5mm。畢托管實際上是一根L形總壓管，以測量氣流的總壓值p0。因邊界層氣流測量處已暴露于周圍大氣中，此處壓強值近似保持為當(dāng)?shù)卮髿鈮褐祊a。在不可壓低速流場中，每一點處表1實驗條件常數(shù)記錄表實驗條件常數(shù)大氣溫度(溫度計讀數(shù))（℃）大氣壓強（氣壓計讀數(shù)）（Pa）氣流密度（計算值）（氣流粘性系數(shù)（用平板光面或用粗糙面測壓管水液體重度γW（N/m3）測壓管傾斜角度φ（°）風(fēng)機電壓值（V）1000×9.81設(shè)備名稱，臺號小型多功能氣動力學(xué)實驗臺，臺號。表2實驗數(shù)據(jù)和處理記錄表測量截面位置x(㎜)千分尺初讀數(shù)y,chu(㎜)各測點千分尺讀數(shù)y,i(㎜)各測點距板面的高度距離yi=(y,i-y,chu)+0.15(㎜)總壓對應(yīng)的測壓管讀數(shù)（㎜）大氣壓對應(yīng)的測壓管讀數(shù)（㎜）讀數(shù)差（㎜）測點速度計算值i(m/s)實驗報告要求按時按要求提交實驗報告，用A4紙并有封面，正文內(nèi)容要求為：寫出實驗?zāi)康?。寫出實驗裝置與測量原理。給出實驗原始記錄及數(shù)據(jù)處理結(jié)果，在坐標(biāo)紙上畫出速度分布曲線（類似圖4），計算三個測量截面的特征雷諾數(shù)，對實驗結(jié)果及測量誤差進行討論分析。圖4平板邊界層氣流速度分布示