二維圓柱低速繞流靜壓分布測量實驗指導書

1、圓柱表面低速氣流壓強分布測量實驗指導書鄭州航空工業(yè)管理學院航空工程實驗中心一、實驗目的1用皮托管測量低速實驗段出口氣流速度，掌握皮托管測速的基本原理和方法。2測量二維圓柱體表面不同位置氣流的壓強分布，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分布測量的基本原理和方法。二、實驗通用規(guī)范1按時按地點參加實驗，實驗分組進行，愛護實驗室實驗儀器和設(shè)備，不準碰撞或任意移動儀器或設(shè)備，不許亂跑亂動和大聲喧嘩。2實驗前，各組學生必須認真預習，閱讀實驗指導書和教材、書籍等有關(guān)資料，了解實驗目的、原理方法、操作步驟及注意事項。3實驗開始前，服從實驗指導教師的安排，認真聽講，仔細了解實驗設(shè)備和儀器的

2、操作方法和注意事項，確定組長及組內(nèi)人員實驗分工。4實驗中，嚴格按照相應實驗操作規(guī)程，集中精力，有條不紊，認真操作，如實觀察和記錄各種實驗數(shù)據(jù)和有關(guān)實驗現(xiàn)象，初步進行一定數(shù)據(jù)處理和分析。5實驗過程，如出現(xiàn)異常情況，應及時向指導教師匯報。6實驗后，實驗記錄數(shù)據(jù)交指導教師檢查，并按要求將實驗儀器設(shè)備裝置復位。7在規(guī)定時間內(nèi)，按要求編寫完成并上交實驗報告，注意報告除原始記錄數(shù)據(jù)外，實驗數(shù)據(jù)的處理和分析等內(nèi)容不得相互抄襲。三、實驗裝置與實驗原理1 物體表面壓強分布測定的意義首先有了壓強分布圖，就知道了物體上各部分的載荷分布，這是強度設(shè)計時的基本數(shù)據(jù)；其次，這又有助于了解氣流繞過物體時的物理特性，如何判斷

3、流動分離點位置等。在某些風洞中（如在二維風洞中，模型緊夾在兩壁間而不便裝天平），全靠壓強分布圖來間接推算出作用在機翼上的升力或力矩。測定壓強分布的模型構(gòu)造是：在物體表面上各測點垂直鉆一小孔，小孔底與埋置在模型內(nèi)部的細金屬管相通，小管的一端伸出物體外，然后再通過細皮管與多管壓力計上各測管相接，各測壓孔與多管壓力計上各測管都編有號碼，于是根據(jù)各測管內(nèi)液柱液面的升降高度，就可以處理得出各測點的壓強值分布了。至于多管壓力計的原理與普通壓力計的原理相同，只是把多個管子裝在同一架子上而已，這樣就可同時看出很多點的壓強分布情況了；并且，為提高量度的準確性，排管架的傾斜度可任意改變。2 小型氣動實驗臺和圓柱體

4、測壓模型本實驗是在小型立式開口低速氣動力實驗臺上來進行的。圖1（a）是實驗臺構(gòu)成示意，風機將氣流壓入穩(wěn)壓箱，氣流經(jīng)過穩(wěn)壓箱與收縮段，使低速氣流射入實驗段。試驗段風口截面40×160，實驗段氣流常用速度1520m/s。圖1（b）是實驗臺的實驗段，二維圓柱體即安裝在實驗段的中部。圖1 圓柱表面氣流壓強分布實驗測量裝置為了測量圓柱體表面繞流壓強分布，在其表面開設(shè)一個測壓孔并用導管將此氣流壓強引出。圓柱體可以繞其中心軸連續(xù)轉(zhuǎn)動。導管的出口在圓柱體的軸線上，在此用軟管將測點壓強引至外部測壓管，見圖1（c）。借此通過轉(zhuǎn)動圓柱體到不同角度位置，分別進行氣流壓強測量，就能夠測出整個圓柱體表面的壓強分

5、布了。3 實驗段進口氣流速度的測定先將皮托管伸進實驗段進口處，也即收縮段出口截面處。低速不可壓氣流從穩(wěn)壓箱進入實驗段，按理想流體應用伯努利方程并不計氣流重力勢能影響，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，為空氣來流的密度。 由此，可得經(jīng)修正后的風速公式：。是皮托管校正修正系數(shù)（1），通常接近于1，本實驗取為1。4 二維圓柱體模型表面氣流測壓將二維圓柱體模型安裝在實驗段的中部。實際氣流有粘性，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的對稱性并形成壓差阻力。在圓柱表面上圓周角=的范圍內(nèi)，選擇若干測點，在某一個風速下，即可逐次測出圓柱體表面的

6、壓強值。是測點位置的圓周角度，且從前駐點位置開始算起。一般來說，測點數(shù)N須大于30，10°，在0°-90°之間的壓強變化比較大宜多布置測點（）。 四、實驗方法和步驟1記錄實驗臺編號和有關(guān)實驗常數(shù), 填入表1，其中傾斜液柱多管壓力計參見圖2。 圖3傾斜式多管液柱差壓計表1 實驗條件常數(shù)記錄表實驗條件常數(shù)氣動實驗臺設(shè)備編號圓柱模型直徑d ()大氣溫度（讀氣溫計）()大氣壓強（讀氣壓計）(Pa)小型立式低速氣動實驗臺，編號 35大氣密度計算值（）空氣粘性系數(shù)a （Pa.s）空氣氣體常數(shù)R 測壓管水液體重度(N/m3) 287061000×9.812將傾斜液柱多

7、管微壓計的測壓管調(diào)到適當角度，通常在20°50°范圍內(nèi)某個角度 即可，若有氣泡將氣泡吸出。檢查多管壓力計液柱的高低基準，會用游標卡尺精確讀取液柱高度數(shù)值。 3將皮托管伸進收縮段出口截面附近，并固定好。4將多管測壓計的測壓管調(diào)至適當角度（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應的管路編號，并填入表2。5打開實驗臺桌面的方形孔蓋和底板圓形孔蓋，啟動風洞使電壓達到125V，穩(wěn)定2分鐘,注意傳壓軟皮管接口不能漏氣。本實驗使用調(diào)速電機，實驗時應小心操作，防止觸電，不要隨意撥動開關(guān)!6將電壓調(diào)到100V，穩(wěn)定1分鐘，開始進行該電壓下實驗段

8、進口風速測量。當多管壓力計液柱穩(wěn)定后，分別記錄測壓管、測壓管液面長度讀數(shù)l0、 l， 填入表2。7逐次增大電壓值，每次穩(wěn)定1分鐘，分別進行此電壓下實驗段進口風速的測量，記錄測壓管、測壓管液面長度的讀數(shù)l0、 l 分別填入表2中。本實驗，實驗段來流速度值（單位: m/s）用下式進行計算：式中，為空氣流密度，為壓力計液體重度, 長度單位用m。表2 實驗段進口風速測量記錄表測壓管管路號測壓管管路號測壓管傾斜角度（°）序號電壓值（V）測壓管液面長度讀數(shù)l0 （）測壓管液面長度讀數(shù)l （）實驗段進口風速測定值（m/s）雷諾數(shù)Re=aVd/a1100212531504175520062258將風

9、機電壓降低為零，風洞停車。9將皮托管從收縮段移走，并固定到原來位置。10安裝圓柱體模型于試驗段插口上，檢查傾斜液柱多管微壓計液柱及連接軟管情況，調(diào)測壓管至適當角度（建議=45°左右），記下測壓管所對應的管路編號及測壓管所對應的管路編號，填入表3。11將圓柱模型測點的圓周角度調(diào)至0°位置。12開啟風洞，并建議將電壓調(diào)到125V或150V。13在固定的電壓下，在圓柱模型測點為0°位置情況下，進行圓柱表面第1個測點壓強的測量。當多管壓力計液柱穩(wěn)定之后，分別記錄和測壓管液面長度的讀數(shù)值l和l，填入表3中.14改變測點的角度到下一個值，進行新測點的壓強測量和記錄，填入表3中

10、。應用下式計算壓強差（單位：Pa），注意公式中長度單位要化為m：pp=-W（l-l）sin 表3 圓柱繞流模型表面測壓記錄表測壓管管路號測壓管管路號測壓管傾斜角度（°）風機電壓值（V）測點角度值i（°）p測壓管液面長度讀數(shù)l （）測壓管液面長度讀數(shù)l （）液面長度讀數(shù)差l-l （）壓強差計算值（Pa）051015202530354045505560657075809010012015017018015測量全部結(jié)束，經(jīng)指導教師檢查測量數(shù)據(jù)后，關(guān)閉風機，整理實驗臺。五、實驗結(jié)果處理和分析1計算各電壓下的進口風速值V和Re=aVd/a，繪制風速隨電壓值的變化曲線，分析其變化特點。2計算圓柱表面各點氣流壓強差pp ，填入表3中，計算實驗雷諾數(shù)，繪制壓強差在圓柱體表面上的分布曲線，分析其變化特點。六、實驗考核方法實驗報告內(nèi)容一般包括實驗名稱、目的、實驗儀器、實驗原理、實驗系統(tǒng)框圖、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)處理、實驗結(jié)果分析。其中，實驗儀器需注明儀器名稱及型號；實驗原理及實驗步驟應簡單清楚；所記錄的實驗數(shù)據(jù)應該是實驗原始數(shù)據(jù)，其單位換算以及可疑數(shù)據(jù)的剔除應放在數(shù)據(jù)處理的過程中；實驗結(jié)果分析應結(jié)合實驗目的、實驗中的現(xiàn)象及所學