二維圓柱低速繞流靜壓分布測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、圓柱表面低速氣流壓強(qiáng)分布測(cè)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(cè)量低速實(shí)驗(yàn)段出口氣流速度，掌握皮托管測(cè)速的基本原理和方法。2測(cè)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(cè)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(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)書和教材、書籍等有關(guān)資料，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃矸椒?、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

2、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(cè)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(guò)物體時(shí)的物理特性，如何判斷

3、流動(dòng)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(lái)間接推算出作用在機(jī)翼上的升力或力矩。測(cè)定壓強(qiáng)分布的模型構(gòu)造是：在物體表面上各測(cè)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(guò)細(xì)皮管與多管壓力計(jì)上各測(cè)管相接，各測(cè)壓孔與多管壓力計(jì)上各測(cè)管都編有號(hào)碼，于是根據(jù)各測(cè)管內(nèi)液柱液面的升降高度，就可以處理得出各測(cè)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(gè)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(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)和圓柱體

4、測(cè)壓模型本實(shí)驗(yàn)是在小型立式開(kāi)口低速氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)臺(tái)上來(lái)進(jìn)行的。圖1（a）是實(shí)驗(yàn)臺(tái)構(gòu)成示意，風(fēng)機(jī)將氣流壓入穩(wěn)壓箱，氣流經(jīng)過(guò)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(tái)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(cè)量裝置為了測(cè)量圓柱體表面繞流壓強(qiáng)分布，在其表面開(kāi)設(shè)一個(gè)測(cè)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(dòng)。導(dǎo)管的出口在圓柱體的軸線上，在此用軟管將測(cè)點(diǎn)壓強(qiáng)引至外部測(cè)壓管，見(jiàn)圖1（c）。借此通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體到不同角度位置，分別進(jìn)行氣流壓強(qiáng)測(cè)量，就能夠測(cè)出整個(gè)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(cè)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(shì)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(lái)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(cè)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(duì)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(cè)點(diǎn)，在某一個(gè)風(fēng)速下，即可逐次測(cè)出圓柱體表面的

6、壓強(qiáng)值。是測(cè)點(diǎn)位置的圓周角度，且從前駐點(diǎn)位置開(kāi)始算起。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)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(cè)點(diǎn)（）。 四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1記錄實(shí)驗(yàn)臺(tái)編號(hào)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(jiàn)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(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備編號(hào)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(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，編號(hào) 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(cè)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(cè)壓管調(diào)到適當(dāng)角度，通常在20°50°范圍內(nèi)某個(gè)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(huì)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(cè)壓計(jì)的測(cè)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(duì)應(yīng)的管路編號(hào)，并填入表2。5打開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌面的方形孔蓋和底板圓形孔蓋，啟動(dòng)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(dòng)開(kāi)關(guān)!6將電壓調(diào)到100V，穩(wěn)定1分鐘，開(kāi)始進(jìn)行該電壓下實(shí)驗(yàn)段

8、進(jìn)口風(fēng)速測(cè)量。當(dāng)多管壓力計(jì)液柱穩(wěn)定后，分別記錄測(cè)壓管、測(cè)壓管液面長(zhǎng)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(cè)量，記錄測(cè)壓管、測(cè)壓管液面長(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)度單位用m。表2 實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口風(fēng)速測(cè)量記錄表測(cè)壓管管路號(hào)測(cè)壓管管路號(hào)測(cè)壓管傾斜角度（°）序號(hào)電壓值（V）測(cè)壓管液面長(zhǎng)度讀數(shù)l0 （）測(cè)壓管液面長(zhǎng)度讀數(shù)l （）實(shí)驗(yàn)段進(jìn)口風(fēng)速測(cè)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(lái)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(cè)壓管至適當(dāng)角度（建議=45°左右），記下測(cè)壓管所對(duì)應(yīng)的管路編號(hào)及測(cè)壓管所對(duì)應(yīng)的管路編號(hào)，填入表3。11將圓柱模型測(cè)點(diǎn)的圓周角度調(diào)至0°位置。12開(kāi)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(cè)點(diǎn)為0°位置情況下，進(jìn)行圓柱表面第1個(gè)測(cè)點(diǎn)壓強(qiáng)的測(cè)量。當(dāng)多管壓力計(jì)液柱穩(wěn)定之后，分別記錄和測(cè)壓管液面長(zhǎng)度的讀數(shù)值l和l，填入表3中.14改變測(cè)點(diǎn)的角度到下一個(gè)值，進(jìn)行新測(cè)點(diǎn)的壓強(qiáng)測(cè)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(zhǎng)度單位要化為m：pp=-W（l-l）sin 表3 圓柱繞流模型表面測(cè)壓記錄表測(cè)壓管管路號(hào)測(cè)壓管管路號(hào)測(cè)壓管傾斜角度（°）風(fēng)機(jī)電壓值（V）測(cè)點(diǎn)角度值i（°）p測(cè)壓管液面長(zhǎng)度讀數(shù)l （）測(cè)壓管液面長(zhǎng)度讀數(shù)l （）液面長(zhǎng)度讀數(shù)差l-l （）壓強(qiáng)差計(jì)算值（Pa）051015202530354045505560657075809010012015017018015測(cè)量全部結(jié)束，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查測(cè)量數(shù)據(jù)后，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。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(hào)；實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)簡(jiǎn)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(guò)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)