二維圓柱低速繞流靜壓分布測量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、圓柱表面低速氣流壓強(qiáng)分布測量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程實(shí)驗(yàn)中心一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用皮托管測量低速實(shí)驗(yàn)段出口氣流速度，掌握皮托管測速的基本原理和方法。2測量二維圓柱體表面不同位置氣流的壓強(qiáng)分布，加深理解圓柱體表面低速粘性繞流特性，掌握物體繞流表面壓強(qiáng)分布測量的基本原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)通用規(guī)范1按時(shí)按地點(diǎn)參加實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，愛護(hù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)前，各組學(xué)生必須認(rèn)真預(yù)習(xí)，閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和教材、書籍等有關(guān)資料，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理方法、操作步驟及注意事項(xiàng)。3實(shí)驗(yàn)開始前，服從實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的安排，認(rèn)真聽講，仔細(xì)了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的

2、操作方法和注意事項(xiàng)，確定組長及組內(nèi)人員實(shí)驗(yàn)分工。4實(shí)驗(yàn)中，嚴(yán)格按照相應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，集中精力，有條不紊，認(rèn)真操作，如實(shí)觀察和記錄各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，初步進(jìn)行一定數(shù)據(jù)處理和分析。5實(shí)驗(yàn)過程，如出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)向指導(dǎo)教師匯報(bào)。6實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)交指導(dǎo)教師檢查，并按要求將實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備裝置復(fù)位。7在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按要求編寫完成并上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，注意報(bào)告除原始記錄數(shù)據(jù)外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析等內(nèi)容不得相互抄襲。三、實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)原理1 物體表面壓強(qiáng)分布測定的意義首先有了壓強(qiáng)分布圖，就知道了物體上各部分的載荷分布，這是強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)的基本數(shù)據(jù)；其次，這又有助于了解氣流繞過物體時(shí)的物理特性，如何判斷

3、流動分離點(diǎn)位置等。在某些風(fēng)洞中（如在二維風(fēng)洞中，模型緊夾在兩壁間而不便裝天平），全靠壓強(qiáng)分布圖來間接推算出作用在機(jī)翼上的升力或力矩。測定壓強(qiáng)分布的模型構(gòu)造是：在物體表面上各測點(diǎn)垂直鉆一小孔，小孔底與埋置在模型內(nèi)部的細(xì)金屬管相通，小管的一端伸出物體外，然后再通過細(xì)皮管與多管壓力計(jì)上各測管相接，各測壓孔與多管壓力計(jì)上各測管都編有號碼，于是根據(jù)各測管內(nèi)液柱液面的升降高度，就可以處理得出各測點(diǎn)的壓強(qiáng)值分布了。至于多管壓力計(jì)的原理與普通壓力計(jì)的原理相同，只是把多個管子裝在同一架子上而已，這樣就可同時(shí)看出很多點(diǎn)的壓強(qiáng)分布情況了；并且，為提高量度的準(zhǔn)確性，排管架的傾斜度可任意改變。2 小型氣動實(shí)驗(yàn)臺和圓柱體

4、測壓模型本實(shí)驗(yàn)是在小型立式開口低速氣動力實(shí)驗(yàn)臺上來進(jìn)行的。圖1（a）是實(shí)驗(yàn)臺構(gòu)成示意，風(fēng)機(jī)將氣流壓入穩(wěn)壓箱，氣流經(jīng)過穩(wěn)壓箱與收縮段，使低速氣流射入實(shí)驗(yàn)段。試驗(yàn)段風(fēng)口截面40×160，實(shí)驗(yàn)段氣流常用速度1520m/s。圖1（b）是實(shí)驗(yàn)臺的實(shí)驗(yàn)段，二維圓柱體即安裝在實(shí)驗(yàn)段的中部。圖1 圓柱表面氣流壓強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)測量裝置為了測量圓柱體表面繞流壓強(qiáng)分布，在其表面開設(shè)一個測壓孔并用導(dǎo)管將此氣流壓強(qiáng)引出。圓柱體可以繞其中心軸連續(xù)轉(zhuǎn)動。導(dǎo)管的出口在圓柱體的軸線上，在此用軟管將測點(diǎn)壓強(qiáng)引至外部測壓管，見圖1（c）。借此通過轉(zhuǎn)動圓柱體到不同角度位置，分別進(jìn)行氣流壓強(qiáng)測量，就能夠測出整個圓柱體表面的壓強(qiáng)分

5、布了。3 實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口氣流速度的測定先將皮托管伸進(jìn)實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口處，也即收縮段出口截面處。低速不可壓氣流從穩(wěn)壓箱進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段，按理想流體應(yīng)用伯努利方程并不計(jì)氣流重力勢能影響，則有： 式中，p0是穩(wěn)壓箱氣流的總壓，p和v分別是收縮段出口均勻氣流靜壓和流速，為空氣來流的密度。 由此，可得經(jīng)修正后的風(fēng)速公式：。是皮托管校正修正系數(shù)（1），通常接近于1，本實(shí)驗(yàn)取為1。4 二維圓柱體模型表面氣流測壓將二維圓柱體模型安裝在實(shí)驗(yàn)段的中部。實(shí)際氣流有粘性，邊界層內(nèi)的氣流順流而下，將形成尾流區(qū)而破壞圓柱體理想壓強(qiáng)的對稱性并形成壓差阻力。在圓柱表面上圓周角=的范圍內(nèi)，選擇若干測點(diǎn)，在某一個風(fēng)速下，即可逐次測出圓柱體表面的

6、壓強(qiáng)值。是測點(diǎn)位置的圓周角度，且從前駐點(diǎn)位置開始算起。一般來說，測點(diǎn)數(shù)N須大于30，10°，在0°-90°之間的壓強(qiáng)變化比較大宜多布置測點(diǎn)（）。 四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1記錄實(shí)驗(yàn)臺編號和有關(guān)實(shí)驗(yàn)常數(shù), 填入表1，其中傾斜液柱多管壓力計(jì)參見圖2。 圖3傾斜式多管液柱差壓計(jì)表1 實(shí)驗(yàn)條件常數(shù)記錄表實(shí)驗(yàn)條件常數(shù)氣動實(shí)驗(yàn)臺設(shè)備編號圓柱模型直徑d ()大氣溫度（讀氣溫計(jì)）()大氣壓強(qiáng)（讀氣壓計(jì)）(Pa)小型立式低速氣動實(shí)驗(yàn)臺，編號 35大氣密度計(jì)算值（）空氣粘性系數(shù)a （Pa.s）空氣氣體常數(shù)R 測壓管水液體重度(N/m3) 287061000×9.812將傾斜液柱多

7、管微壓計(jì)的測壓管調(diào)到適當(dāng)角度，通常在20°50°范圍內(nèi)某個角度 即可，若有氣泡將氣泡吸出。檢查多管壓力計(jì)液柱的高低基準(zhǔn)，會用游標(biāo)卡尺精確讀取液柱高度數(shù)值。 3將皮托管伸進(jìn)收縮段出口截面附近，并固定好。4將多管測壓計(jì)的測壓管調(diào)至適當(dāng)角度（建議=35°45°），檢查塑料傳壓軟管連接情況，記下總壓和靜壓所對應(yīng)的管路編號，并填入表2。5打開實(shí)驗(yàn)臺桌面的方形孔蓋和底板圓形孔蓋，啟動風(fēng)洞使電壓達(dá)到125V，穩(wěn)定2分鐘,注意傳壓軟皮管接口不能漏氣。本實(shí)驗(yàn)使用調(diào)速電機(jī)，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)小心操作，防止觸電，不要隨意撥動開關(guān)!6將電壓調(diào)到100V，穩(wěn)定1分鐘，開始進(jìn)行該電壓下實(shí)驗(yàn)段

8、進(jìn)口風(fēng)速測量。當(dāng)多管壓力計(jì)液柱穩(wěn)定后，分別記錄測壓管、測壓管液面長度讀數(shù)l0、 l， 填入表2。7逐次增大電壓值，每次穩(wěn)定1分鐘，分別進(jìn)行此電壓下實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口風(fēng)速的測量，記錄測壓管、測壓管液面長度的讀數(shù)l0、 l 分別填入表2中。本實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)段來流速度值（單位: m/s）用下式進(jìn)行計(jì)算：式中，為空氣流密度，為壓力計(jì)液體重度, 長度單位用m。表2 實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口風(fēng)速測量記錄表測壓管管路號測壓管管路號測壓管傾斜角度（°）序號電壓值（V）測壓管液面長度讀數(shù)l0 （）測壓管液面長度讀數(shù)l （）實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口風(fēng)速測定值（m/s）雷諾數(shù)Re=aVd/a1100212531504175520062258將風(fēng)

9、機(jī)電壓降低為零，風(fēng)洞停車。9將皮托管從收縮段移走，并固定到原來位置。10安裝圓柱體模型于試驗(yàn)段插口上，檢查傾斜液柱多管微壓計(jì)液柱及連接軟管情況，調(diào)測壓管至適當(dāng)角度（建議=45°左右），記下測壓管所對應(yīng)的管路編號及測壓管所對應(yīng)的管路編號，填入表3。11將圓柱模型測點(diǎn)的圓周角度調(diào)至0°位置。12開啟風(fēng)洞，并建議將電壓調(diào)到125V或150V。13在固定的電壓下，在圓柱模型測點(diǎn)為0°位置情況下，進(jìn)行圓柱表面第1個測點(diǎn)壓強(qiáng)的測量。當(dāng)多管壓力計(jì)液柱穩(wěn)定之后，分別記錄和測壓管液面長度的讀數(shù)值l和l，填入表3中.14改變測點(diǎn)的角度到下一個值，進(jìn)行新測點(diǎn)的壓強(qiáng)測量和記錄，填入表3中

10、。應(yīng)用下式計(jì)算壓強(qiáng)差（單位：Pa），注意公式中長度單位要化為m：pp=-W（l-l）sin 表3 圓柱繞流模型表面測壓記錄表測壓管管路號測壓管管路號測壓管傾斜角度（°）風(fēng)機(jī)電壓值（V）測點(diǎn)角度值i（°）p測壓管液面長度讀數(shù)l （）測壓管液面長度讀數(shù)l （）液面長度讀數(shù)差l-l （）壓強(qiáng)差計(jì)算值（Pa）051015202530354045505560657075809010012015017018015測量全部結(jié)束，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查測量數(shù)據(jù)后，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，整理實(shí)驗(yàn)臺。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和分析1計(jì)算各電壓下的進(jìn)口風(fēng)速值V和Re=aVd/a，繪制風(fēng)速隨電壓值的變化曲線，分析其變化特點(diǎn)。2計(jì)算圓柱表面各點(diǎn)氣流壓強(qiáng)差pp ，填入表3中，計(jì)算實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)，繪制壓強(qiáng)差在圓柱體表面上的分布曲線，分析其變化特點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)考核方法實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容一般包括實(shí)驗(yàn)名稱、目的、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。其中，實(shí)驗(yàn)儀器需注明儀器名稱及型號；實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)簡單清楚；所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，其單位換算以及可疑數(shù)據(jù)的剔除應(yīng)放在數(shù)據(jù)處理的過程中；實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象及所學(xué)