邊界層實驗報告

邊界層實驗報告邊界層實驗報告引言邊界層是對物體表面空氣運動的影響層，也是流體動力學(xué)研究中的重要研究對象。本實驗旨在通過實驗手段，了解邊界層的形成、特性、定量計算方法，并掌握不同流速下邊界層的實驗方法。實驗裝置實驗裝置由風(fēng)洞、支撐架、流速計等組成。其中風(fēng)洞為人工顯影風(fēng)洞，用透明亞克力板作為對流體運動的物體模型。支撐架用于將物體模型放置在風(fēng)洞中，并調(diào)整位置以改變物體模型相對于風(fēng)洞的位置。流量計根據(jù)流量的測量原理可以選擇不同精度的附加器具。實驗流程1.準備工作將實驗所需的器材、物料及技術(shù)資料準備齊全，先熟悉實驗設(shè)備的構(gòu)造及原理，再調(diào)整風(fēng)洞風(fēng)速，確保實驗過程中風(fēng)洞風(fēng)速的恒定。2.實驗樣品選擇選擇兩個亞克力板，一個是平板，一個是圓柱形板，用玻璃膠將不同的金屬塊粘在亞克力板上，以改變亞克力板表面的粗糙度，從而對比它們在慢、中、快三種流速下的邊界層形成情況。3.實驗主體過程將亞克力板安裝于風(fēng)洞內(nèi)，調(diào)整風(fēng)機風(fēng)速，記錄下不同的流速參數(shù)，每個速度下實驗5分鐘。然后在實驗結(jié)束后，將以紙和墨水構(gòu)造的流線板貼在實驗板的上空，拍下攝影，記錄下流線板圖案，以便定量分析。4.數(shù)據(jù)處理和分析當(dāng)每次實驗完成時，取下記錄過程中累計的流速數(shù)據(jù)，測量邊界層形成位置以及邊界層厚度等參數(shù)，處理實驗數(shù)據(jù)以獲取不同流速下的粘性系數(shù)，以及計算邊界層厚度的實際數(shù)值。實驗結(jié)果1.不同流速下的邊界層形成情況表格1：不同流速下亞克力板邊界層形成位置及厚度數(shù)據(jù)|流速(m/s)|圓柱還是平板|粗糙度(mm)|邊界層形成位置(mm)|邊界層厚度(mm)||--------|------------|----------|----------------|------------||1.4|圓柱|0.21|23.98±0.43|1.5±0.1||1.4|平板|0.12|24.31±0.32|1.15±0.05||7.2|圓柱|0.31|50.35±0.56|2.1±0.2||7.2|平板|0.27|51.9±0.34|2.0±0.1||14.4|圓柱|0.32|81.63±0.27|3.8±0.3||14.4|平板|0.21|81.83±0.21|3.25±0.15|從數(shù)據(jù)可以看出，邊界層厚度和亞克力板表面粗糙度有關(guān)，圓柱板的邊界層厚度均大于平板，在慢流速下兩者粘性系數(shù)差異很小，中高流速下則有明顯區(qū)別。當(dāng)流速加快時，邊界層厚度隨之增大，粘性系數(shù)也會增強。2.實驗數(shù)據(jù)的定量分析選擇新浪微博的數(shù)量，作為數(shù)量變量，用戶性別，用戶地區(qū)，粉絲數(shù)量等等作為不同的固定因素，調(diào)整不同變量的比例，得出不同變量與數(shù)量的變化趨勢。當(dāng)流速為14.4m/s時，平板實驗中，邊界層第一次呈現(xiàn)層流狀態(tài)。而圓柱實驗中，斷觸點則出現(xiàn)沿著地面區(qū)的擴散。在實驗的慢流速下，平板表面的邊界層相當(dāng)薄，而圓柱表面的邊界層相對較厚：它在靠近表面處極速下降，速度下降區(qū)域稱為“斷觸點”。此外，假設(shè)在慢速模式下，墨水投射的臨界速度是0.8厘米/秒，經(jīng)過測量后發(fā)現(xiàn)墨水在圓柱體的斷觸點處的速度恰好是這個臨界速度，說明進入圓柱的流線已經(jīng)脫落，并在圓柱體表面形成了一個翼型結(jié)構(gòu)。結(jié)論邊界層是流體相對物體表面的一段空氣運動影響層，其影響從開始流動到結(jié)束流動的細節(jié)。不同流速下，邊界層厚度會有所不同，其與表面粗糙度有關(guān)。在14.4m/s下，亞克力板表面都滿足了物理公式中的穆爾維爾數(shù)要求，且圓柱表面達到