平板流動(dòng)粘性附面層測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

低速氣流平板邊界層速度分布測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)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?.測(cè)量低速氣流在平板上形成的邊界層速度分布，加深認(rèn)識(shí)氣流的粘性特征和粘性作用強(qiáng)弱范圍。2.熟悉皮托管結(jié)構(gòu)，掌握其測(cè)速方法。3.熟悉傾斜測(cè)壓計(jì)結(jié)構(gòu)，掌握其測(cè)壓方法，能夠正確使用千分尺。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(ài)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(dòng)儀器或設(shè)備，不許亂跑亂動(dòng)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(shū)和教材、書(shū)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(kāi)始前，服從實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的安排，認(rèn)真聽(tīng)講，仔細(xì)了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的操作方法和注意事項(xiàng)，確定組長(zhǎng)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(guò)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(xiě)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、平板流體邊界層概念當(dāng)勻直氣流u0流向平板時(shí)，由于粘性作用使緊貼平板表面處的流速為零，離開(kāi)板面速度逐漸增大，最后恢復(fù)到相當(dāng)于無(wú)粘勢(shì)流的速度，對(duì)平板來(lái)說(shuō)即等于前方來(lái)流的速度u0了，見(jiàn)圖1。由于空氣粘性很小，只要來(lái)流速度不是很小時(shí)，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(duì)流動(dòng)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(dá)到99%無(wú)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(dòng)邊界層增加來(lái)流勢(shì)流的湍流度或板面的粗糙度，將會(huì)改變板面上邊界層的形成和分布特性。對(duì)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(yàn)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(yùn)動(dòng)粘度時(shí)，在x=0.2m、u0=30m/s情況下，計(jì)算出邊界層厚度δ=5mm，可見(jiàn)氣流邊界層一般是很薄的。四、實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量原理邊界層實(shí)驗(yàn)是在小型多功能氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的，圖2是實(shí)驗(yàn)臺(tái)和邊界層測(cè)量裝置示意。經(jīng)風(fēng)機(jī)加功增壓后，氣流進(jìn)入穩(wěn)壓箱，經(jīng)收縮段流入實(shí)驗(yàn)段。沿實(shí)驗(yàn)段中心軸線上，安裝一塊實(shí)驗(yàn)平板。實(shí)驗(yàn)段側(cè)面固定裝有畢托管，此畢托管可沿水平方向移動(dòng)，位移量用千分尺測(cè)量。借此可測(cè)量不同y坐標(biāo)的邊界層速度u(y)。平板可以沿著實(shí)驗(yàn)段的滑槽移動(dòng)，從而改變畢托管口與平板起端的距離x，借此可以測(cè)量若干個(gè)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(cè)量，方法是：慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)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(dá)平板時(shí)，此時(shí)千分尺讀數(shù)為起始讀數(shù)，這時(shí)畢托管管口中心與平板的距離約為0.15mm。當(dāng)移動(dòng)畢托管到新位置時(shí)，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(dòng)0.01mm；旋鈕旋轉(zhuǎn)一圈，畢托管移動(dòng)0.5mm。畢托管實(shí)際上是一根L形總壓管，以測(cè)量氣流的總壓值p0。因邊界層氣流測(cè)量處已暴露于周圍大氣中，此處壓強(qiáng)值近似保持為當(dāng)?shù)卮髿鈮褐祊a。在不可壓低速流場(chǎng)中，每一點(diǎn)處實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按時(shí)按要求提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，用A4紙并有封面，正文內(nèi)容要求為：寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?xiě)出實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)量原理。給出實(shí)驗(yàn)原始記錄及數(shù)據(jù)處理結(jié)果，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出速度分布曲線（類似圖4），計(jì)算三個(gè)測(cè)量截面的特征雷諾數(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及測(cè)量誤差進(jìn)行討論分析。圖4平板邊界層氣流速度分布示意圖八、參考資料（1）工程