平板边界层实验报告.docx

流体力学实验平板边界层实验报告班 级 姓 名 实验日期 指导教师 北京航空航天大学流体力学研究所流体力学实验平板边 界层实 验报告一、 实验目的测定平板边界层内的流速分布，并比较层流边界层及紊流边界层的速度分布的差别二、 实验设备本实验使用的是一个二维开路闭口低速风洞在该风洞实验段中装有两块平板，以分 别测量层流及紊流边界层的速度分布为测量速度分布，在平板板面上安装有总压排管及 静压管这些测压管分别用橡皮管连接到多管压力计上，通过测量多管压力计液柱高度推 算出速度来，具体原理见后为测出实验段风速，在实验段侧壁上装有风速管，风速管的 总压孔及静压孔也分别用橡皮管连接于多管压力计上，装备情况见图lo图1三、实验原理当气流流过平板时由于粘性作用使紧贴平板表面处的流速为零，离开板面速度就逐渐 增大，最后达到相当于无粘时的气流速度对平板来说，就等于来流速度了由于空气粘 性很小，只要来流速度不是很小时，流速变化大的区域只局限在靠近板面很薄的一层气流内，这一薄层气流通常叫作边界层人为地规定，自板面起，沿着它的法线方向，至达到 99%无粘时的速度处的距离，称为边界层厚度8不可压流场中，每一点处的总压P。

等于该点处的静压和动压|/7V2之和1 2Po = P +尹广则 咋户户 ⑴因此只需测出边界层内务点处的静压S总压Po,就可计算出各点的速度来但考虑 到垂直平板方向的静压梯度等于零（即Zp / Gy = 0）,我们只需在平板表面开一静压孔,所测的静压就等于该点所在的平板法线方向上各点的静压要测边界层内的速度分布就只 要测出沿平板法线上各点的总压即可Poi 为各测点的总压P,—为各测点的静压5 —为各测点的速度Y —为多管压力计所使用的液体重度（公斤/米3）A/7,—为各测点总压管与静压管的液柱高度差p —为空气的密度，实验时可依据当时室温及大气压强由表查出一为多管压力计的倾斜角根据（1）式，边界层内各测点处的速度为(2)2 , ,Vi =—/ M sin© P通常边界层内的速度分布用无量纲的形式表示为T ='（京 □1 O北为各测点至板面的高度，5为边界层厚度，％为边界层外边界上的速度，对平板 来说即为来流速度七可通过风速管的静压管和总压管在多管压力计上的液柱高度差△九，由下式算出:[2U] = / △/?] sin （3）由（2）式和（3）式，可得测量总压用的排管是由一组很细的空心钢管组成。

为了能同时测量较多的点，乂避免 各总压管之间过分接近，产生相互间的干扰，所以将总压排管倾斜安装在平板上，并用橡 皮管连到多管压力计上总压排管倾斜后，各测点就不在平板同一法线上考虑到二维流 动的特点，这仍可视为同一法线上所测的结果总压排管各测量点的），j值用高度尺量出V. V.根据（4）式，求出各N.点的j值后，用线性插值求出;=处所对应的v值，即为边V. V.界层厚度5最后画出）的曲线，如图2所示vi a四、实验步骤1. 记录两个总压排管离开平板前缘的距离x层和x索测量出务总压管离板面的高度月2. 检查各总压排管及静压孔、风速管和多管压力计的连接是否合适橡皮管是否有闭塞 或漏气现象3. 记录多管压力计的倾斜角04. 测量多管压力计的液柱重度记下当日大气压及室温，由表和曲线查出空气密度Q 及运动粘性系数5. 调整多管压力计液柱的高度，记下初读数/7初6. 开风洞调到所需风速测层流边界层时风速要比较小；测紊流边界层时风速要比较大7. 当多管压力计稳定后，记下末读数*末8. 关闭风洞，整理实验场地将记录交给老师检查9. 整理实验数据，写好实验报告五.实验数据记录及处理1.实验数据记录多管压力计倾斜角 大气压强室 温空气密度运动粘性系数S =10P = 156.SlmtnHgt = 22.5°Cp = 0.1212千克•秒2/米4u =1.518x10-5 米 2/秒V XRe,. =-^ = 83096.18层 u风速管数据风速管静压风速管总压M =五静-人总11=V12 ,—/ △/?] sin0h初102966h末13610234h=h末-h初34628多管压力计液体重度尸=800千克/米 2.层流边界层实验数据记录及计算结果：X 层=340/77/77由己知：I、= y AZ/j siii = J。

jnX 800 x 0.028 x sin 10 =8.01 m/sRe层=3.71x0.3401.518x10—5v= 83096.18静压管总压管总压管序号i12345678910hi初98979498969710010110210097加末132130125126118116115113110110104川=川末・川初3433312822191512877△hi = ・川013612151922262727Vi :Ahi vi J Ahi0总压管距板 面高度y,0yd 60使用以上的数据，用Matlab采用多项式拟合的方式，得到在如图区间范围内的曲线方程为：y=0013698 ? - 0. 021543 X； + 0.11433 X3 - 0. 24356 / + 0. 38344 x令y=得：实数解：虚数解：+ i,+ i,-L-i结合如图曲线观察，取解X=1.8-拟台曲登•原姓数据3 .紊流边界层实验数据记录及计算结果表:风速管数据风速管静压风速管总压△加=11% — /?"1 W 忌11=』12 ,—/ △/?] sin0h初102966h末17310766h=h末・h初711160X素=1105次刀vi =2—/ A/?1 sill 8 =V.X^Rj = = = 853863.64V2 x 800 x 0.060 x sin 10 0.1212» u/紊 11.73x1.105.Re 妾== 「= 833863.64u 1.518x10-5静压管总压管总压管序号i12345678910111213141516hi初9710010010110210099969798100999699999999he173162150146146138134127123122119117114116116116116hphi f 初7662504544383531262419181817171717Ahj =膈・hi014263132384145505257585859595959vi _ |Ah>vi jAhi0总压管距板而 高度y,0Yd 601.8使用以上的数据，用Matlab采用多项是拟合的方式，得到在如图区间范围内的曲线方程为：y= 0. 0000092981 / - 0. 00052154 / + 0. 010693 ? - 0. 098296 ? + 0.41639 0.13217令¥=得：实数解：13., 16., 19.虚数解：+ i, - i结合如图曲线观察，取解X=19.2. 实验曲线：V V（自备坐标纸画出二=f（壬）曲线）□1 OV.1. 计算出各y,点处的二，并求出为，外。

V1V V2. 在坐标纸上画出工= /（%）,用曲线板连成光滑曲线，并比较层流边界层和紊流边Vj O界层速度分布的差别层流边界层速度分布:yi71.20.80.60.40.2紊流边界层速度分布:■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■-■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■-■ ■■■■■■■■ mmmm=■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■II-■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■II-■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■IB■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■IM■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■iiiisssQsaiiiuiiiiassir nsiisnsnsasiinis■ ■■■■ —— [■■■■■■■■■BaiiiiiBisiniiiiiiiiiHiBiriiiiuiiininin—. 一—. 一 ―—一 ■一一 ■一一 ■一—. 一——- 一■ ■ ■ ■■ ■■■■■■laiiiimiiasnisasusiii .■■■■■■ .......IIIIISIKinillllllllKI■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■・■■■■■■■■■■・■■■■・■■・・■■■・■■・・ ■•:!::!!::!!::!!:::!:::!:::!:::!:::!:::!:::!:::!::8!::8I::S!::S!::S!::8!::8!::B! ■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■・■■■■■■■・■■■■■■■・■■■・■■■■■■■■ 5SS。