空氣繞圓柱體流動(dòng)壓力分布測(cè)定

1、空氣繞圓柱體流動(dòng)壓力分布測(cè)定一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)固體表面壓力的測(cè)量方法結(jié)合流體力學(xué),進(jìn)一步了解平行無(wú)環(huán)流繞流圓柱體的特點(diǎn)*(較高要求) 與教材給出的理論壓力分布比較,了解實(shí)際物體所受的形狀阻力的來(lái)源二 實(shí)驗(yàn)原理理想流體平行流繞流圓柱體作無(wú)環(huán)量流動(dòng)時(shí)，圓柱表面速度分布 (1) 圓柱表面任一點(diǎn)的壓力p根據(jù)Bernoulli方程 (2)引入無(wú)量綱壓力系數(shù) cp來(lái)表征物體上任一點(diǎn)的壓力分布 （3）實(shí)際流體具有粘性，Re超過(guò)某數(shù)值，圓柱后產(chǎn)生渦流，出現(xiàn)尾渦區(qū)，破壞圓柱前后壓力的對(duì)稱分布，造成壓差阻力。流動(dòng)動(dòng)壓 (4)式中h0h分別為來(lái)流總壓與靜壓水頭。圓柱表面一點(diǎn)的壓力p (5) 對(duì)應(yīng)的壓力系數(shù) (6)實(shí)驗(yàn)

2、中的空氣發(fā)生比較低速的流動(dòng)，可認(rèn)為空氣不可壓，密度不變；又空氣經(jīng)過(guò)均流段后流經(jīng)圓柱，可認(rèn)為平行定常流。實(shí)驗(yàn)流動(dòng)的雷諾數(shù)式中D為圓柱外直徑。三 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仍利用箱式風(fēng)洞，圓柱體置于實(shí)驗(yàn)段。圓柱表面有一測(cè)壓孔，壓力信號(hào)從與圓柱體相垂直的方向上引出，圓柱能夠繞自深軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。壓力引出的位置由相對(duì)來(lái)流前駐點(diǎn)的角度表示。從圓形刻度盤讀數(shù)。圓柱體的上游來(lái)流截面架設(shè)皮托管，以測(cè)量來(lái)流總壓（流速）。四 實(shí)驗(yàn)步驟1 安裝皮托管2 開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，測(cè)量來(lái)流總壓p0與靜壓p之差p0 - p3 轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體，每隔10º記錄一次圓柱表面壓力與來(lái)流靜壓之差p-p4 調(diào)節(jié)來(lái)流速度，測(cè)量不同Re數(shù)時(shí)的壓力分布 （說(shuō)明

3、：本裝置僅可測(cè)試Re5×105的亞臨界流動(dòng)） 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，停止風(fēng)機(jī) 圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意1 箱式風(fēng)洞 2 實(shí)驗(yàn)段3 圓柱體 4 測(cè)壓孔 5 傾斜式微壓計(jì) 6 皮托管 7 調(diào)節(jié)風(fēng)門五 數(shù)據(jù)記錄與處理室溫ta 大氣壓強(qiáng)pa 空氣運(yùn)動(dòng)粘度 m2/s圓柱直徑m D=48×10-3m 來(lái)流動(dòng)壓壓頭 來(lái)流靜壓壓頭 mmH2O 填入下面的表格，畫出壓力系數(shù)隨角度變化的圖線，如圖2所示。ºh-hcpºh-hcp018010190202003021040220502306024070250802609027010028011029012030013031014032015

4、0330160340170350六 思考1 如何固定皮托管的尖端對(duì)準(zhǔn)來(lái)流？如何檢查？2 已知表面的壓力分布，可以計(jì)算圓柱體單位長(zhǎng)度受到的壓差阻力（形狀阻力） R為圓柱半徑。但該式不能直接應(yīng)用，因?yàn)閜=f()很難用簡(jiǎn)單函數(shù)表達(dá)。通常用數(shù)值方法求，下式是否正確？ 3 測(cè)量來(lái)流動(dòng)、靜壓和表面壓差，想一想如何提高測(cè)量精度？ 圖2 平行流繞圓柱壓力系數(shù)1理論壓力系數(shù)2亞臨界流動(dòng)時(shí)的壓力系數(shù)3超臨界流動(dòng)時(shí)的壓力系數(shù)繞圓柱體壓力分布的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)原理1.理想流體平行繞流圓柱體作無(wú)環(huán)量流動(dòng)(1)圓柱體表面的速度分布規(guī)律：圓柱體表面上任一點(diǎn)的壓力p， (2)無(wú)因次的壓力系數(shù)cp2.實(shí)際流體平行繞流圓

5、柱體作無(wú)環(huán)量流動(dòng)(1)實(shí)際流體動(dòng)壓 （2）圓柱體表面任一點(diǎn)壓力與來(lái)流壓力之差壓力系數(shù)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備四、實(shí)驗(yàn)步驟1.了解實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞。2.安裝皮托管。3.開(kāi)啟風(fēng)洞，測(cè)量來(lái)流的總壓p0與靜壓p的差值(h0-h)，mmH2O。4.轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體，每間隔10°測(cè)量一次圓柱體表面壓力p與來(lái)流靜壓p的差值，mmH2O，共計(jì)19次。5.調(diào)整風(fēng)洞的速度，重復(fù)3、4步驟，測(cè)得不同雷諾數(shù)下的另一組壓力分布。6.停機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.記錄以下數(shù)據(jù),計(jì)算亞臨界情況下的u和Re,并用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的cp值數(shù)列入表1。室溫ta 大氣壓力p mmHg圓柱體直徑D m 空氣運(yùn)動(dòng)粘度 m2/s亞臨界:h0 - h mmH2O

6、kg/m3，m/s，表 1（Re= ）0h-hcp0h-hcp0180101902020030210402205023060240702508026090270100280110290120300130310140320150330160340170350表 2（Re= ）0h-hcp0h-hcp0180101902020030210402205023060240702508026090270100280110290120300130310140320150330160340170350表 3（Re= ）0h-hcp0h-hcp01801019020200302104022050230602407025080260902701002801102901203001303101403201