平板边界层的测定
平板边界层速度剖面的测定讲义2
2009年04月20~22日平板附面层速度剖面与厚度的测定一、实验目的：1．熟悉附面层速度分布和厚度的测量方法。
2．具体测定平板附面层层流与湍流附面层的速度分布及其厚度。
3．把实验结果与理论计算结果进行比较，分析其差异产生的原因。
二、实验原理：粘性匀质不可压缩流体，测量边界层内的速度，仍利用风速管（皮托管）测风速的原理，即测出某点的总压P0和静压P后再换算成该点的速度，因为边界层很薄，其厚度往往只有几mm到十几mm，因而只能用极细的探针去探测边界层内的压力。
由于在边界层内部满足∂(P)/∂(Y)=0，即静压P沿着平板的法线方向不变，因此，可以用壁面上的静压P来表示边界层内法线上所有不同高度的静压。
于是，本实验将一根微总压管装在一标架上，使微总压管以很小的间距上下移动，测出不同高度处的总压P0(y)后，即可算出法线上离壁面y处的速度。
实验时，把总压管由壁面逐步往上移动，则测出的总压越来越大。
当移动到某一高度以后，再继续往上移动几个间距，这时所测到的总压已不再随高度的变化而变化。
记录下数据，经软件分析后可得速度边界层厚度和速度剖面，并与理论曲线对照。
理论分析中总是假定从平板（或物体）的前缘（或驻点）就开始形成层流或湍流边界层。
实际上绕流体的运动常常是组合边界层问题，即在物体的前部分首先形成层流边界层，在它的后部分形成湍流边界层，在它们之间还有一个过渡段。
过渡段从层流的失稳点（层流不稳定点）开始直到流动成为完全湍流之点（湍流过渡点）结束。
性质介于两者之间。
为了读出压力的微小变化,本实验采用压力传感器,采用总压和静压之差，将其采集的压力信号转换成电信号，再通过放大器进行信号放大后，输入A/D转换器，由计算机直接计算出速度值。
由于速度剖面是以无量纲形式画成的，因此，不需要计算一点的速度，只要计算出速度的相对值就可以了。
计算各高度上的u y/v和y/δ的值，以y/δ为纵坐标，u y/v为横坐标作图（其中v是边界层δ处所对应的边界层外缘处的速度，相当于来流速度），从流速分布图上判断各测点处是层流还是湍流边界层。
平板边界层实验指导1213
平板边界层实验指导一．实验目的1）测量平板边界层流速剖面，加深对边界层概念的认识；了解层流和湍流边界层的差异。
2）掌握热线风速仪和皮托管测速技术。
二．实验原理U 大Re 数绕平板流动，在平板边界附近有一个薄层，流速从平板处的零值，经过该层迅速增大到接近来流速度U ，此薄层被称为边界层。
通常定义0.99u =处到平板的距离为边界层厚度。
在平板的前段，边界层内流动呈层流状态，即层流边界层。
建立直角坐标系如图1，原点在平板前端，x 轴沿来流方向，轴垂直平板。
定义局地雷诺数y Re x Uxν=，ν为流体的运动学粘性系数。
从平板前端向后，在某个x 位置以后，Re x 足够大，边界层内流动变得不稳定；继续向后，当Re x 超过临界值Re xc 后，边界层内流动发展为湍流。
Re xc 被称为转捩雷诺数，其大小受多种因素影响，包括来流湍流度、平板粗糙度和其他扰动等。
对光滑平板边界层的观测研究表明，在低湍流度风洞中（湍流度低于1%），Re xc 可达；对于较大的来流湍流度，Re 610xc 也可以低至几千甚至几百。
在层流边界层中，粘性力与惯性力同量级。
除平板前端外（Re 100x <），层流边界层流速剖面满足Blasius 解，即()u Uf η′=，f满足200,0,1f ff f f f ηη′′′′′+=⎧⎪′===⎨⎪′=∞=⎩--------------------(1)其中η=该速度剖面如图2所示。
相应地，层流边界层厚度c δ≈从固壁向外，湍流边界层可分为粘性底层、过渡区和湍流核心区。
在粘性底层内，分子粘性应力远大于湍应力，流速呈线性分布。
在湍流核心区，情况正好相反，分子粘性可略，流速呈对数分布。
设u u u +∗=，yu y ν∗+=，其中u为脉动平均流速，u ∗=为摩擦风速，wτ为壁面上的切应力，ρ为流体密度。
在粘性底层u y +=+，-------（2-1） 在湍流核心区1ln u y κ++=C +，-------（2-2）常数和由实验确定。
平板边界层实验报告
平板边界层实验报告引言平板边界层实验是一种常见的流体力学实验方法，用于研究在流体与固体界面发生的各种现象和特性。
通过实验可以获取边界层厚度、速度剖面、摩擦系数等参数，对于理解流体边界层的特性具有重要意义。
本实验报告将详细介绍平板边界层实验的原理、实验装置、实验过程和实验结果，并对实验结果进行分析和讨论。
实验原理在实验中，我们使用平板边界层实验装置对流体的边界层进行研究。
其原理基于以下几点：1.边界层理论：边界层是指流体流动过程中处于流体与固体物体之间的一层流动区域，其特点是速度梯度较大、流动剪切应力较高。
边界层的特性对于流体的运动、传热和传质等过程具有重要影响。
2.平板边界层：平板边界层是指位于平板表面附近的边界层，它是边界层研究中最常见的情况之一。
通过对平板边界层的研究，可以深入理解边界层的结构、特性及其对流体流动的影响。
3.流动速度剖面：边界层中流体的速度随距离平板表面的距离而变化，一般呈现一定的速度剖面形态。
通过测量流体速度剖面，可以确定边界层的厚度和速度分布特性。
实验装置实验装置由以下几个主要部分组成：1.平板：平板用于产生平板边界层。
通常采用光滑的表面，材质多为金属或塑料。
2.流体：实验中常使用空气或水作为流体介质。
流体通过输送装置注入到实验装置中。
3.流量计：流量计用于精确测量流体的流量，以保证实验条件的准确性。
4.速度测量装置：速度测量装置用于测量流体在平板边界层中的速度。
常见的测量方法包括热线法、激光多普勒测速法等。
5.数据记录系统：数据记录系统用于记录实验过程中获得的各项数据，包括流体流量、速度剖面等。
实验步骤本实验的具体步骤如下：1.准备工作：清洁实验装置，确保平板表面光滑且无杂质。
2.实验装置搭建：按照实验要求搭建实验装置，包括安装平板、连接流体输送装置和速度测量装置。
3.流体注入：启动流体输送装置，将流体注入实验装置中，并调节流量控制阀以控制流体的流量。
4.测速：使用速度测量装置对流体在平板边界层中的速度进行测量。
平板边界层速度分布测量
平板边界层速度分布测量实验指导书实验目的：通过零迎角平板流动的流速测量，获取流速沿物面法向分布。
学习总压管测速。
实验装置和仪器：（1）风洞：回流开口小型风洞，试验段见右图，矩形有机玻璃管道中夹放一金属板，来流沿管道被该板分开，从出口流出。
出口截面的静压为大气压。
（2）偏平总压探针头：偏平总压探针头顶可在出口截面内水平移动，移动量由微分尺控制。
（3）酒精斜管压力计：斜角θ=30º，系数K=1.0,一头通大气，另一头接总压探头。
实验原理：测量原理，就是伯努利定理：不计重力，气流的动压和静压之和为总压。
设总压为P 0，则 )(])()([21)(220y P y v y u y P ++=ρ （1） y 为探头中心距平板的距离，u 、v 分别为平行于平板的流速和平板法向的流速， p 为当地静压，ρ为气流的密度。
因为 a P y P ≡)( ， u v <<由（1）可得ρ])([2)(0a P y P y u -= （2）实验步骤:图 风洞试验段示意图（1）实验室大气参数读取和记录；（2）探头零位确定；（3）压力计底座水平调解，测压管液面零刻度调节；（4）风洞开车；（5）调节好探头距平板的距离y ，从压力计读取并记录相应的压力值Po-Pa实验要求:测压时，每移动探头至新位置，应等待几秒钟，在压力平衡后再读取数据。
测量中，观察随探头离开平板距离的增大，压力的变化趋势。
实验报告要求：（1）实验参数：大气压P a （毫米汞柱） ，大气温度t (︒C ) ，大气密度 )(15.273)(464.0C t mmHg P o a +⨯=ρ （公斤/米3） 。
测量为之举平板前缘的距离X ；（2）测压原始数据，及由（2）是换算成流速，给出曲线y y u -)(；（3）找出不随距离y 而变的速度值，记为U 1，并找出满足u(y)= U 1的最小的y值作为δ，给出曲线δ//)(1y U y u -。
二维不可压缩定常流动(平板)边界层方程
二维不可压缩定常流动(平板)边界层方程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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边界层测定_-_副本
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1. 了解实验装置的原理、测量系统及测试方法。
2. 掌握流动边界层内速度分布和热边界层内温度分布的规律，加深对边界层理论中各概念的理解。
3. 了解动量传递与热量传递间的类比关系。
二、实验内容和原理图1 平板附近形成的流动边界层和热边界层示意图如图1所示，平板表面具有恒定的热流密度0q ，当温度为∞T 的空气以均匀来流∞u 掠过平板时，在平板附近形成流动边界层和热边界层。
记δ、T δ为平板流动边界层及热边界层厚，则δ、T δ仅为x 的函数，且T δδ/为常数。
δ、T δ与x 的关系可通过测量不同x 处气流的速度分布()y ux、温度分布()y T x 来确定。
实验中，用热电偶可得到温差；用毕托管可测得气体流速。
具体如下：热电偶A 、B 均为铜—康铜热电偶，以空气来流作为参考温度，热端、冷端每度温差的热电偶实验报告课程名称： 过程工程原理实验（甲）指导老师： 叶向群 成绩：实验名称： 空气纵掠平板时流动边界层、热边界层的测量实验类型：同组学生姓名： 周恒 周冰洁专业： 化学工程与工艺姓名： 高子岳学号：3110101849 日期：2013.9.18 地点：教十3203输出可近似取为C mv ︒/043.0，因此()C T T E T T W W ︒-=-∞∞043.0/ (1)()C T T E T T ︒-=-∞∞043.0/ (2)其中E 为温差所对应的热电势。
用毕托管测得的u 按下式计算：ρp u ∆=2 (g KR p 0ρ=∆) (3)由此可以得到边界层内外的空气速度。
其中：u ——空气速度，s m /；0ρ——倾斜式微压计指示液密度，3/m kg ；ρ——空气密度，3/m kg ；R ——倾斜式微压计读数，mm ； g ——重力加速度，9.18m /s 2Κ——倾斜式微压计倾斜常数。
二、平板边界层测量
二、平板边界层速度剖面测量1实验目的：了解平板边界层特性，学习测量平板边界层速度剖面的方法。
在离平板前缘不同位置处，测量平板边界层内速度分布，确定边界层厚度，并和理论值进行比较。
2实验装置：图 1 实验装置示意图图 2 平板边界层测量原理（1）平板：在三维小风洞中安装一块宽240毫米、长750毫米的尖前缘平板。
平板表面光滑，零攻角安装。
沿平板中线有若干静压孔（见上图）。
（2）总压管：头部直径1毫米的总压管，用于测量边界层内总压分布。
总压管安装在坐标架上，总压管前端与静压孔齐平，小孔对准气流轴线且与平板平行。
（3）坐标架：安装在风洞上方，用于调节总压管位置。
（4）压力扫描测试仪：用于测量压差。
使用时需注意仪表初始读数，以便对测量值进行修正。
仪表拨盘位置与平板上测点相对应。
3实验步骤：（1）安装好平板，并使其表面与风洞轴线平行。
安装好总压管，使其对准气流方向并与平板平行。
（2）将总压管、静压孔分别与压力扫描测试仪相连。
（3）记录当天大气压和温度和仪表初读数。
（4）将总压管降到刚好与平板表面接触（必须反复调整总压管数次，以求找到最佳位置）。
这时总压管中心离平板表面的高度为y1=h/2 (h为总压管，外径=1mm)，此时坐标架的位置高度应为0.5毫米。
（5）启动风洞，调整到设定风速（变频器频率植）。
记录仪表读数。
（6）上下移动坐标架，改变总压管位置，重复测量边界层内压力分布和总压管高度。
由于总压管较细、管道较长，压力平衡需要一定时间。
实验中要等到压力平衡后再读数。
总压管上下移动步长为1mm。
（7）重复步骤（6），直到压力计读数不再随总压管位置不同而改变为止。
这时表明总压管已经到达边界层外面。
由于接近边界层外边界时速度变化很小，所以必须再要往上移动总压管若干次，确认总压管已经到达边界层外部。
（8）改变总压管水平位置，同时转动压力扫描测试仪拨盘，使指针指向对应静压孔位置。
重复上述步骤，测量3-5个边界层速度剖面。
最新西安交通大学流体力学边界层测定实验报告
实验数据处理及计算：
150mm 截面数据
250mm 截面数据
数据结果分析：
1.由雷诺数判断流态：
流态判断：150mm截面为层流流动
250mm截面为层流向紊流过度区域
2.根据边界层的速度分布判断流态：
由绘制的曲线分析，实测曲线均与紊流理论曲线吻合较好。
判断结果为：150mm截面、250mm截面均为紊流流态
3.根据边界层厚度判断流态：
层流：
紊流：δ=0.37**x
由以上数据判断结果为： 150mm截面流态为：紊流 250mm截面流态为：紊流
实验总结与思考：
通过如上三种方法认为，通过实验，该平板模型在实验流场中，
150mm截面处与250mm界面处均为紊流流态。
原因可能是风洞中流速过快，以及1截面选择过于靠后，因而测不到或测得层流流态。
建议下次试验对100mm截面进行测试。
思考题：
1.流体的流动状态受到哪些因素的影响？
答：Re=LVρ/μ,影响因素有特征长度L，,流速u,流体密度ρ,流体粘度μ.而温度会影响流体的粘度和密度。
2.为何层流和紊流呈现不同的速度分布规律？
答：两种状态和流动的雷诺数雷诺数小,意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位,流体各质点平行于管路内壁有规则地流动,呈层流流动状态.雷诺数大,意味着惯性力占主要地位,流体呈紊流流动状态。
平板边界层实验报告
X 层= 340mm
Re层
v1x层
83096.18
风
风速管静压 风速管总压 h1 h静 h总
2
速
v1 h1 sin
管
h初
102
96
6
数
h末
136
102
34
据 h=h 末-h 初
34
6
28
由已知：
v1
2 h1 sin =
2 800 0.028 sin10 =8.01m/s 0.1212
小要比层流边界层的减小慢些； （4）在同一 下，紊流边界的摩擦阻力比层流边界层的大得多，这是因为层流中的
摩擦阻力只是由不同流层之间发生相对运动而引起的，紊流还有流体微团的很剧烈的横向 掺混，因而产生更大的摩擦阻力。
3． 用边界层厚度的经验公式求出δ层和δ紊 ，再与实验求得的δ层和δ紊作比较，分析产
生误差的原因。
2．实验曲线：
（自备坐标纸画出 vi f ( yi ) 曲线）
v1
1．
计算出各
yi 点处的
vi v1
，并求出δ层，δ紊。
2． 在坐标纸上画出 vi v1
f ( yi ) ，用曲线板连成光滑曲线，并比较层流边界层和紊流边
界层速度分布的差别。
层流边界层速度分布： 紊流边界层速度分布：
通过上面两图的比较，我们结合所学知识发现层流边界层和紊流边界层速度分布的差别： （1）紊流边界层沿平板壁面法向截面上的速度比层流边界层的速度增加得快，也即
答：因为垂直于板面方向的静压梯度等于零，即 p 0 ，所以只需在平板表面开一 y
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。
总压排管
平板边界层实验报告
平板边界层实验报告一、实验目的本次实验旨在通过测量平板边界层的速度分布、压力分布和阻力系数等参数，了解平板边界层的特性及其对流体运动的影响。
二、实验原理平板边界层是指流体在与固体表面接触时，由于黏性作用而形成的一层极薄的流动区域。
在平板上方，流体速度逐渐增大，而在靠近平板表面处，由于黏性作用，流体速度减小并趋于零。
因此，在平板表面附近会形成一个速度梯度很大的区域，即平板边界层。
本次实验采用热线法测量平板边界层速度分布，并利用静压法测量压力分布。
根据这些数据可以计算出阻力系数等参数。
三、实验装置本次实验所使用的装置如下：1. 平板：宽300mm，长600mm，厚10mm。
2. 电源：直流电源。
3. 流量计：利用热线法测量气流速度。
4. 压力传感器：利用静压法测量气流压力。
5. 数据采集系统：将测得的数据传输到计算机上进行处理。
四、实验步骤1. 将平板放置在风洞中央，并调整风洞风速为指定值。
2. 开始测量速度分布。
将热线传感器插入平板上，并通过电源对其加热，使其温度高于周围空气。
当气流通过热线时，由于黏性作用，会导致热线周围的空气速度发生变化。
通过测量热线电阻的变化，可以计算出气流速度。
3. 测量压力分布。
将静压传感器插入平板上，并记录不同位置处的静压值。
4. 根据测得的数据计算出阻力系数等参数。
五、实验结果及分析1. 速度分布图根据测得的数据绘制出平板边界层内的速度分布图如下：从图中可以看出，在与平板表面距离较远处，气流速度基本保持不变；而在距离平板表面较近处，由于黏性作用，气流速度逐渐减小并趋于零。
因此，在平板表面附近会形成一个速度梯度很大的区域，即平板边界层。
2. 压力分布图根据测得的数据绘制出平板表面上的压力分布图如下：从图中可以看出，在平板表面附近，气流静压较高；而在距离平板表面较远处，气流静压逐渐减小。
这是由于在平板表面附近，由于黏性作用，气流速度减小，因此气流静压会增大。
3. 阻力系数计算根据测得的数据可以计算出阻力系数等参数。
微尺度射流、平板边界层及叶栅流动实验研究
南京航空航天大学硕士学位论文微尺度射流、平板边界层及叶栅流动实验研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：航空宇航推进理论与工程指导教师：梁德旺;黄国平20060101南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文以某型微型涡轮喷气发动机研制为背景，以认识微尺度下粘性流体流动状态及其机理和微涡轮叶栅通道内部流动特性为目的，设计并搭建了除本实验外还可供其他流体力学实验使用的微型风洞，并在该微型风洞基础上进行了微尺度射流实验、微尺度壁面边界层实验和微尺度涡轮叶栅实验。
微射流实验在出口宽度固定为20mm情况下，选取了3种不同出口高度：2mm，3mm和5mm，并通过改变速度使出口高度雷诺数在约20000到约55000之间改变，实验得到了流动图谱和微射流数学模型。
实验发现微射流中内外层流体微团之间的动量交换较常规大尺度下减弱，掺混变得相对缓慢，射流特征半厚度相对减小，从而初始段扩张角和基本段极角都有所减小。
该实验还同时研究了下游较远处射流流动情形，发现其掺混强度在微尺度二维平面射流和常规三维射流之间。
微尺度平板边界层实验选取从总长度为15mm的微平板前缘8mm到14mm之间的7个站位，4种马赫数，13个不同雷诺数（从35000到150000）的实验状态，发现了该尺度下边界层流动的一些新的特点，如形状因子比常规大尺寸下充分发展湍流状态的形状因子更小等。
微尺度叶栅实验使用弦长5.64mm的VKI-1叶型，选取了4种安装角度，3种叶尖间隙，4种出口主流马赫数状态的实验，得到了叶栅出口的总损失分布云图，发现微尺度叶栅栅后高损失区域与栅距的比例较常规大尺度下明显增大；同时对叶栅出口流动损失进行了分析，发现为了提高涡轮的效率，需要尽可能减小叶尖间隙并选择合适的安装角度（针对本实验中叶栅，最佳安装角为45～50度）。
关键词微流动微射流平板边界层流动涡轮叶栅Experimental Research on Micro Jet Flow , Flat Plate Boundary Layer Flow & Turbine Cascades FlowAbstractThis dissertation has on the research and design of a Micro Turbine Engine as background and it is for the purpose of comprehending viscous flow behaviors in micro scaled conditions and that in the mini-turbine cascades. A mini wind tunnel is designed and set up which also can be used in other micro flow experiments. On the basis of this mini wind tunnel, three mini flow experiments, including micro jet experiment, micro boundary layer experiment and mini-turbine cascades experiment, have been carried out.The micro jet experiment is under conditions of 3 different heights, 2mm, 3mm and 5mm of 2D (2 dimensional) rectangle jet outlet and the width of each is same, 20mm. 5 Reynolds numbers vary from 20,000 to 55,000.The experiment characters tell that compared with that of the normal scaled jet flow, the dilution power of this micro jet becomes weaker. Furthermore, the flow in the far down stream are also researched. The diluting power of the flow within this area is between that of 2D micro jets and normal scale 3D jets.The micro boundary layer experiment is carried out from 8mm to 14mm of a 15mm-long micro plane. Re numbers vary from 35,000 to 150,000 and 4 different Mach numbers are selected. Some new characters are discovered, such as velocity curve factor is smaller than that of well developed normal scale turbulence Boundary Layer.VKI-1 cascade with 5.64mm chord is adopted in mini-turbine cascades experiment. 4 assembly angles, 3 different blade tip clearances and 4 Mach number statuses are chosed as status variables. From 12 total pressure distribution maps, a conclusion is formed that ratio of high-loss area to full width of cascades period is large that that of normal scaled cascedes. Based on effiociency analysis,it has been found that narrower blade tip clearance and right assembly angle lead to utmost efficience. (e.g. 45~50 degree for this micro VKI-1 cascades)Keywords: Micro Flow, Micro Fluid, Micro jet(s), Flat Plate Boundary Layer Flow, Turbinary Cascades.承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
空气动力学：平板边界层实验报告1
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1。
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δ。
不可压流场中，每一点处的总压P 0，等于该点处的静压和动压122ρv 之和。
p p v 0212=+ρ 则 v p p =-20()ρ（1）因此只需测出边界层内各点处的静压p ，总压p 0，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∂∂p y /=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。
p i 0──为各测点的总压。
p i ──为各测点的静压。
v i ──为各测点的速度。
γ ──为多管压力计所使用的液体重度（公斤/米3）。
∆h i ──为各测点总压管与静压管的液柱高度差。
ρ ──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。
二维不可压缩定常流动(平板)边界层方程
二维不可压缩定常流动(平板)边界层方程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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流体力学平板边界层内的流速分布实验报告电子版
平板边界层内的流速分布实验实验日期 2011-5-21 小组成员：李超，郭静文（93班）等 报告人 周楠 能动95 09031125实验目的1） 测量离平板前缘任意截面边界层内的速度分布； 2） 根据速度分布确定边界层厚度； 3） 了解风洞结构及测量仪器。
仪器设备吸入式风洞、大气压强计、温度计、微压计、U 型测压管、平板模型、总压探针及三维坐标架。
其中仪器的重要参数包括：(1)吸入式低速风洞P max =P a , 工作截面尺寸300mm ×300mm;(2)风洞的气体流速u max <25m/s, M<0.3,所以风洞内气体流动可以看成二维不可压缩流动即ρ=ρa(3)平板尺寸325mm ×200mm (4)总压探针头部直径：d=0.9mm实验原理1 流体在大雷诺数下绕物体流动时，由于流体粘性的作用，与物体表面接触的流体速度为零，然后沿法向很快增至主流速度，这层贴近物体表面，沿着法向有很大速度梯度的流动薄层，称为边界层；2 在边界层内，速度梯度很大，不能忽略流体的粘性，因此流动作实际流动u x 和p o 都在变化且u x <v ∞,p o <p a ；而在边界层外，流体粘性对流动的影响很小，可作理想流体分析，即总压p o =p a ,来流速度v ∞不变；3 对于平板而言，各点静压相同；4 对平板模型解N-S 方程可得总压与静压之关系22x o j u p p ρ=+5 任意点速度为x u =其中Δh 为总压与静压的压差水柱高度,本次实验中采用电测法测量静压和总压的压差Δp ，所以x u =6 边界层的厚度由下列条件确定，在该点边界层的流速与主流速相差1%时规定为边界层的边界，该点距平板的距离为边界层的厚度δ。
7 空气的密度ρ可以根据理想气体状态方程以及测量得到的实验室温度和大气压可得,pM RT ρ=。
实验步骤1 调整U型测压管和微压计，使管内两液面保持水平。
平板边界层试验
平板边界层实验（一）（一）实验目的1 .测定平板边界层内的流速分布，从而确定流速分布指数规律、边界层名义厚度3、 位移厚度3 ］、动量厚度32、能量厚度3 3。
2 .掌握毕托管和测压计的测速原理和量测技能。
（二）DQS 系列空气动力学多功能实验装置：该装置相当于小型风洞，为组装式结构。
由主机和多种易更换实验段组成，流量可以控 制。
风机提供气流，在压出段设有流量调节阀门，气流通过风道进稳压箱流速减慢进入阻尼 网，阻尼网由二层细密钢丝网构成，可将流体较大尺度的旋涡破碎，使气流均匀地进入收缩 段，经过收缩段可将收缩段进口的速度不均匀度缩小n 2倍，n 为收缩比，本收缩段的收缩比 较大。
收缩曲线应用波兰人维托辛斯基曲线。
收缩段出口接各种实验段，实验排放的气流由 实验台面的孔□进吸音箱回到风机入口，如图1所示。
多管测压计，设有可改变角度的测压排管及调平设置，当测某点压强时取与大气连通7.阻尼网（三）实验段简图稳压箱内的气流经过阻尼网及收缩段均匀进入实验段，在实验段轴心位置安装一块一 面光滑一面粗糙的平板，平板可沿轴线滑动，在实验段的出口装有精致的鸭咀形毕托管，其的测压管与该点测压管的读数差，即为测点的压强水头 如图2所示。
1. 4.联通管 5.通风机 5.输液管 6.吸音箱6.酒精库7.通气管1.测压2.收缩2.角度3.风3.支4.调节阀式(1 — 1 )、( 1-2 )中头部厚度仅有0.3 mm,并配有千分卡尺，灯光显示设置和多管测压计，见图1-1。
（三）实验原理及计算式1 .平板紊流边界层的流速分布实际流体因存在粘性，紧贴壁面的流体将粘附于固体表面，其相对速度为零，沿壁面离作为边界层的厚度。
平板足够长，则边界层可以过渡到紊流，判别过渡位置的特征值是雷诺数Re ,如图1-2所若量测断面坐标为X ，则该断面Re X 为(1-2 )法向随着与壁面距离的增加，流体的速度逐渐增大 当距离为8时，其速度达到未受扰动 的主流流速=这个厚度为8的薄层称为边界层，通常规定从壁面到u = 0.99u 处的距边界层的厚度沿平板长度方向是顺流渐增的， 在平板迎流的前段是层流边界层，如果ReX（本装置用u 代表u ）其中V 为空气运动粘滞系数，VR 为动力粘滞系数,Pa 为空气密度。
边界层 --《水力学》第四章
1．平板边界层
✧平板上满足无滑移条件，u=0;
✧沿平板法线方向，流速很快增大到来流速度U0;
✧平板以上存在两个性质不同的流动区域：必须考虑粘性的
边界层；粘性可以忽略，相当于理想液体的边界层外的流动；
✧边界层在平板前缘处厚度为零，随流动距离增加而增加；
✧随着流速梯度由大边小，边界层内也存在层流和紊流两种
流态，在紊流区同样存在层流底层（粘性底层）；
✧管道进口段的边界层
2．曲面边界层及其分离现象
圆柱面上
DE段：加速减压，压能向动能转化并克服摩阻力做功；
E点之后：减速加压，动能转化为压能并继续克服摩阻力做功；
S点：由于摩阻耗能和逆压的双重作用，此处流速为零。
由于连续性，质点立即被外侧流动所带走，边界层在此分离；SF段：形成回流并发展成旋涡，消耗大量能量；
F点：压强小于D点压强。
✧压差阻力：
摩阻耗能和旋涡耗能使得尾流区（边界层下游形成的旋涡区）物体表面的压强低于来流压强，形成压差阻力，因与物体形状有很大关系，也称形状阻力。
分离点越靠近下游，或尾流区越小，压差阻力就越小。
✧卡门涡街：
尾流的形态变化主要取决于来流的雷诺数，见下图：
雷诺数达到一定数值时，旋涡从物体下游两侧交替脱落，排成两列带往下游，称之卡门涡街。
卡门涡街使物体受到交替变向的横向力。
当雷诺数继续增大，规则的卡门涡街消失代之以随机的紊流运动。