空氣動力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺實(shí)驗(yàn)原理
、平板邊界層實(shí)驗(yàn)
1．平板紊流邊界層的流速分布
實(shí)際流體因存在粘性，緊貼壁面的流體將粘附于固體表面，其相對速度為零，沿壁面法向隨著與壁面距離的增加，流體的速度逐漸增大，當(dāng)距離為時，其速度達(dá)到未受擾動的主流流速，這個厚度為的薄層稱為邊界層，通常規(guī)定從壁面到處的距離作為邊界層的厚度。
邊界層的厚度沿平板長度方向是順流漸增的，在平板迎流的前段是層流邊界層，如果平板足夠長，則邊界層可以過渡到紊流，判別過渡位置的征值是雷諾數(shù)，如圖1-2所示 若量測斷面坐標(biāo)為x，則該斷面為 其中V為空氣運(yùn)動粘滯系數(shù)，
為空氣運(yùn)動粘滯系數(shù)， 為空氣密度。
x量測斷面縱向坐標(biāo)
y量測點(diǎn)的橫向坐標(biāo)
通過對該斷面流速分布的量測，以及對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，并繪制雙對數(shù)圖，可確定指數(shù)n值的大小。根據(jù)資料介紹為10^5時，其光滑壁面的n值約為7�？筛鶕�(jù)n值計算、、。
亦可在已知速度剖面的條件下計算各種厚度，二者的計算式分別為：

二、圓柱繞流阻力實(shí)驗(yàn)
繞流阻力即流體繞物體流動而作用于物體上的阻力，由摩擦阻力和壓強(qiáng)阻力構(gòu)成，其相對于小得多，可忽略不計。其壓強(qiáng)系數(shù)的表達(dá)式為 式中p為圓柱體不同測點(diǎn)壓強(qiáng)。為來流流體壓強(qiáng)，由收縮段出口測得，p為流體密度、為來流流速。
對無環(huán)量理想流體繞流圓柱體的壓強(qiáng)阻力系數(shù)的理論解為
本實(shí)驗(yàn)裝置來流動壓為
三、氣體紊流射流實(shí)驗(yàn)
1．氣體紊動射流斷面流速分布 式中u為測點(diǎn)流速、為量測斷面軸心大流速、y為測點(diǎn)距軸心的距離、為射流半寬度。
2．流速測量
根據(jù)元流能量方程，畢托管處的駐點(diǎn)壓強(qiáng)為
四、矩形彎管壓強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)
由于管道的彎曲，迫使流體質(zhì)點(diǎn)由直線運(yùn)動變?yōu)榍�線運(yùn)動，流體質(zhì)點(diǎn)除受重力和粘滯力的作用外，還要受到離心力的作用，而管道壁面存在邊界層，使流動結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。圖4-2為矩形斷面的彎管，由于離心力的作用，則管壁外側(cè)A的壓強(qiáng)于內(nèi)側(cè)B的壓強(qiáng)，在此壓強(qiáng)梯度的作用下，形成圖中矩形橫斷面A－B上的二次流動疊加在主流上。因此從彎管流出的流體呈對彼此反向旋轉(zhuǎn)的螺旋形流動。其強(qiáng)度取決于彎管曲率半徑的大小和邊界層的厚度。

空氣動力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺實(shí)驗(yàn)步驟：
、平板邊界層實(shí)驗(yàn)
1．按圖1-1所示裝好實(shí)驗(yàn)段。調(diào)多管測壓計底座使其水平，調(diào)酒精庫使管液位在160㎜左右，排管與垂線夾角。酒精庫內(nèi)液位在管子的中部，取走實(shí)驗(yàn)臺面的活動板。將指示燈電線端接到實(shí)驗(yàn)板上，另端接到畢托管上。順時針旋轉(zhuǎn)千分尺使畢托管向?qū)嶒?yàn)板靠近，定要緩慢旋轉(zhuǎn)，以免碰壞畢托管，當(dāng)指示燈發(fā)出微光時停止旋轉(zhuǎn)（注意不要將畢托管與實(shí)驗(yàn)板頂?shù)锰�緊），此點(diǎn)為第二個測點(diǎn)，其值為畢托管頭部厚度的半即，第個測點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)板壁面。將指示燈的二根電線移出實(shí)驗(yàn)段，以免干擾氣流。
2．接通電源，慢慢打開調(diào)節(jié)閥門至大開度，待測壓管液位不再變化時，讀畢托管及與大氣連通測壓管的讀數(shù)，取液位波動的平均值并記錄。逆時針旋轉(zhuǎn)千分尺，使畢托管離開實(shí)驗(yàn)板，每轉(zhuǎn)格其間距為0.01㎜，前5個測點(diǎn)的間距取3格。其后的3個測點(diǎn)的間距取5格，后面的測點(diǎn)間距可放大到15格、30格、50格等。測點(diǎn)總數(shù)在20個左右，記錄千分卡尺旋轉(zhuǎn)距離和對應(yīng)的測壓管讀數(shù)值，當(dāng)測壓管讀數(shù)值不再繼續(xù)變化時，即達(dá)主流區(qū)，其流速為，計算出處的測壓計讀數(shù)，（測點(diǎn)的值即為邊界層的厚度)。再順時針慢慢旋轉(zhuǎn)千分卡尺并仔細(xì)觀察測壓計，當(dāng)其讀數(shù)等于時停止旋轉(zhuǎn)，在順時針旋千分尺時定要慢旋并記錄旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，用逆時針旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)扣除順時針旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。其值即為該斷面邊界層的厚度。尚可測量不同斷面不同流量時的邊界層厚度，即下滑實(shí)驗(yàn)板，調(diào)小流量，實(shí)驗(yàn)方法相同。
3．記錄有關(guān)常數(shù)，測量溫度及大氣壓。
4．注意事項(xiàng)：整個實(shí)驗(yàn)過程不得干擾氣流，如用手阻止氣流，記錄紙進(jìn)入實(shí)驗(yàn)臺面的孔口，移動調(diào)節(jié)閥門等。實(shí)驗(yàn)完畢斷電停風(fēng)。
二、圓柱繞流阻力實(shí)驗(yàn)
1．按圖2-1所示裝好實(shí)驗(yàn)段，調(diào)多管測壓計使其水平， 調(diào)酒精庫使排管液位在95㎜左右，排管與垂線夾角°，取走實(shí)驗(yàn)臺面上的活動板，將指針轉(zhuǎn)到70°角處。
2．接通電源，慢慢打開調(diào)節(jié)閥門，當(dāng)70°角處測壓管液位達(dá)160㎜左右時停止，再將指針轉(zhuǎn)到0°角，待測壓管液位不再變化時讀穩(wěn)壓箱、收縮段及測點(diǎn)的測壓管讀數(shù)，取液位波動時的平均值。測點(diǎn)間隔，0°～90°范圍取5°、90°～180°取10°，整個測量過程注意穩(wěn)壓箱及收縮段的測壓管讀數(shù)是否有變化并記錄變化值，計算時取平均值。用同樣方法可測出180°～360°的數(shù)據(jù)。
3．測量空氣溫度和大氣壓，記錄有關(guān)常數(shù)值。
4．注意事項(xiàng)：　酒精庫的液位在管子中心處。整個實(shí)驗(yàn)過程不得對氣流進(jìn)行干擾，如用手阻止氣流，記錄紙進(jìn)入實(shí)驗(yàn)臺面的孔口，移動調(diào)節(jié)閥門等。實(shí)驗(yàn)完畢斷電停機(jī)。 三、氣體紊流射流實(shí)驗(yàn)
1．按圖3-1所示裝好實(shí)驗(yàn)段，調(diào)多管測壓計使其水平。調(diào)酒精庫使排管液位在150㎜左右，排管與垂線夾角°（酒精庫的液位在管子中部）。取走實(shí)驗(yàn)臺面上的活動板。用定位塊確定噴咀中心點(diǎn)坐標(biāo)。
2．每個實(shí)驗(yàn)小組測兩個斷面。①噴咀出口斷面，測7個點(diǎn)，測點(diǎn)間距為0.4㎝;②流核外斷面，測15個點(diǎn)。用式(3-2)計算量測斷面的值，根據(jù)噴咀中心坐標(biāo)及值計算每個測點(diǎn)標(biāo)尺坐標(biāo)，即測點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，并寫在記錄表中。
3．接通電源，將畢托管調(diào)到噴咀出口中心，慢慢開啟調(diào)節(jié)閥，使畢托管全壓與靜壓管的讀數(shù)差值在80㎜左右，按測點(diǎn)標(biāo)尺坐標(biāo)測量，讀數(shù)時取液位波動的平均值，記錄量測結(jié)果。然后將測尺下移15㎝，按記錄表中每個測點(diǎn)標(biāo)尺坐標(biāo)測量并記錄。測量完畢觀察起始斷面流速分布，即將測尺上移，滑動標(biāo)尺，可以看到流核區(qū)內(nèi)的測壓計讀數(shù)基本不變，核外邊層逐漸變小。測量空氣溫度及大氣壓，記錄有關(guān)常數(shù)。
4．注意事項(xiàng)：整個實(shí)驗(yàn)過程不得對氣流進(jìn)行干擾，如用手阻止氣流，記錄紙進(jìn)入實(shí)驗(yàn)臺面的孔口，移動調(diào)節(jié)閥門等。實(shí)驗(yàn)完畢斷電停機(jī)。
四、矩形彎管壓強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)
調(diào)多管測壓計使水平泡居中，根據(jù)測壓范圍，用酒精庫的升降機(jī)構(gòu)調(diào)好測壓排管中酒精液面的度，當(dāng)測彎管外側(cè)壓強(qiáng)時，酒精液面應(yīng)些；當(dāng)測內(nèi)側(cè)壁面壓強(qiáng)時，酒精液面應(yīng)低些；找個合適的度使二者能滿足要求。多管測壓計的傾斜角在10°～30°之間。然后將穩(wěn)壓箱、參考孔及外側(cè)壁面的測壓管連到多管測壓計上。
接通電源，慢慢開啟風(fēng)道上的調(diào)節(jié)閥門，為了留有調(diào)整余量，閥門先不必開到大。待氣流穩(wěn)定后，記錄穩(wěn)壓箱、參考孔以及外側(cè)壁面各測壓管讀數(shù)。然后將外側(cè)壁面測壓管換至內(nèi)側(cè)壁面上進(jìn)行量測，此時應(yīng)注意觀察穩(wěn)壓箱的測管讀數(shù)是否有變化　，有變化時調(diào)整閥門開度，使穩(wěn)壓箱測管的讀數(shù)不變，氣流穩(wěn)定后記錄內(nèi)側(cè)壁　面各測壓管讀數(shù)。用同樣方法測量與記錄徑向截面測壓管讀數(shù)。
實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)電停機(jī)。

空氣動力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺實(shí)驗(yàn)記錄：
、平板邊界層實(shí)驗(yàn)
1．常數(shù)
設(shè)備編號
測壓管與垂線的夾角α=°　
畢托管頭部寬度b=0.3㎜
空氣溫度t=℃　　　
大氣壓力表讀數(shù) ㎜Hg
通大氣測壓管讀數(shù) ㎜
2．記錄表
二、圓柱繞流阻力實(shí)驗(yàn)
1．常數(shù)
圓柱體直徑 d=14 ㎜
圓柱體長度 L=50 ㎜　
空氣溫度　t= ℃
測壓計排管與垂線的夾角α =°　
穩(wěn)壓箱測壓管讀數(shù) ㎜
收縮段測壓管讀數(shù) ㎜
通大氣測壓管讀數(shù)　㎜Hg
2．記錄表
三、氣體紊流射流實(shí)驗(yàn)
1．常數(shù)
設(shè)備編號
空氣溫度t=℃
大氣壓表讀數(shù)　㎜Hg
擴(kuò)散角 θ≈10.5
畢托管的修正系數(shù) φ=1
2．記錄表格
噴咀中心點(diǎn)坐標(biāo)　　　　㎝
四、矩形彎管壓強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)
1.常數(shù)
設(shè)備編號
測壓計與垂線的夾角α＝ °　　　　　　　　　
大氣壓力表讀數(shù)　　㎜Hg
穩(wěn)壓箱測壓管讀數(shù)　 ㎜　
參考測壓管讀數(shù) ㎜
與大氣連通測壓管讀數(shù)　　 ㎜

空氣動力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺成果要求：
、平板邊界層實(shí)驗(yàn)
1．繪制的關(guān)系曲線，確定指數(shù)n值。注意連線要分段，用式(1-3)、式(1-4)、式(1-5)式計算邊界層的各種厚度。
2．繪制y與三條關(guān)系曲線，用式(1-3)’、式(1-4)’、式(1-5)’計算邊界層的各種厚度。
二、圓柱繞流阻力實(shí)驗(yàn)
1．算出壓強(qiáng)系數(shù)
2．用方格紙繪出以為縱坐標(biāo)，以角為橫坐標(biāo)的關(guān)系圖。積分此曲線下的面積算出阻力系數(shù)值。
3.用方格紙繪出以為縱坐標(biāo)，以角為橫坐標(biāo)的關(guān)系圖。
三、氣體紊流射流實(shí)驗(yàn)
1．計算測點(diǎn)流速u，繪制二個測量斷面的流速分布圖。
2．繪制主體斷面的無量綱流速和無量綱坐標(biāo)的分布圖，并與半經(jīng)驗(yàn)公式繪制的圖形進(jìn)行比較。
四、矩形彎管壓強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)
1、記錄有關(guān)常數(shù)，將外側(cè)、內(nèi)側(cè)壁面及徑向截面上所有測壓管讀數(shù)記入記錄表。
2、計算彎管外側(cè)和內(nèi)側(cè)各測點(diǎn)的壓強(qiáng)系數(shù)值；計算徑向截面上各測點(diǎn)的值，并與實(shí)測值進(jìn)行比較；然后計算彎管的壓強(qiáng)損失系數(shù)值。
3、用方格紙先畫好彎管輪廓圖，然后按相應(yīng)比例繪上外側(cè)與內(nèi)側(cè)壁面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)系數(shù)值分布圖（如圖4－3所示），用以分析沿彎管外、內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)分布情況，同時將徑向截面的壓強(qiáng)系數(shù)實(shí)測值與計算值也繪于圖上，并進(jìn)行比較和分析。

空氣動力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺實(shí)驗(yàn)段簡圖：
、平板邊界層實(shí)驗(yàn)
穩(wěn)壓箱內(nèi)的氣流經(jīng)過阻尼網(wǎng)及收縮段均勻進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段，在實(shí)驗(yàn)段軸心位置安裝塊面光滑面粗糙的平板，平板可沿軸線滑動，在實(shí)驗(yàn)段的出口裝有精致的鴨咀形畢托管，其頭部厚度僅有0.3㎜,并配有千分卡尺，燈光顯示設(shè)置和多管測壓計，見圖1-1。
二、圓柱繞流阻力實(shí)驗(yàn)
穩(wěn)壓箱內(nèi)的氣流經(jīng)過阻尼網(wǎng)及收縮段均勻進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段。為使流道無干擾，在實(shí)驗(yàn)圓柱體上設(shè)有個測壓孔，測壓孔通過個細(xì)針管接出與測壓計相連，細(xì)針管垂直方向裝有指針，當(dāng)轉(zhuǎn)動圓柱時其轉(zhuǎn)角通過角度盤指針的讀數(shù)來表示，因測壓孔的位置可以改變，故繞圓柱體整個壁面上的壓強(qiáng)分布可以測出，見圖2-1。
三、氣體紊流射流實(shí)驗(yàn)
為增大射流空間，將噴咀置于穩(wěn)壓箱底部。見圖3－1。

四、矩形彎管壓強(qiáng)分布實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)在空氣動力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行。經(jīng)過整流的氣體以均勻速度進(jìn)入實(shí)驗(yàn)彎管。在彎管的內(nèi)側(cè)和外側(cè)壁面上各設(shè)測壓孔，在徑向截面上等距離設(shè)測壓孔，在進(jìn)口端設(shè)1個參考測壓孔與多管測壓計連接。

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