圆柱绕流阻力实验_实验指导书
流体阻力测定实验报告
流体阻力测定实验报告流体阻力测定实验报告引言：流体力学是研究流体在运动中的力学性质和规律的学科。
流体阻力是流体运动中的一个重要现象，对于理解流体运动及其应用具有重要意义。
本实验旨在通过测定不同物体在流体中的运动速度和受到的阻力，探究流体阻力的特性和影响因素。
实验器材和方法：实验器材包括流体阻力测定装置、不同形状的物体、计时器等。
首先，将流体阻力测定装置放置在水槽中，调整好水流速度。
然后，选取不同形状的物体，如圆柱体、平板等，分别放入流体中，记录物体在流体中的运动速度和受到的阻力。
实验过程中，注意保持实验环境的稳定和准确测量。
实验结果：通过实验测量，得到了不同形状物体在流体中的运动速度和受到的阻力数据。
根据数据分析，发现不同形状的物体受到的阻力大小存在差异。
圆柱体在流体中受到的阻力相对较小，而平板受到的阻力较大。
这是因为圆柱体的形状对流体的流动产生较小的阻力，而平板的形状则会导致流体流动时产生较大的阻力。
讨论：流体阻力的大小与物体的形状密切相关。
在流体中运动的物体，其形状越流线型，阻力越小。
这是因为流体在物体表面形成的流动层越光滑，阻力就越小。
而对于平板形状的物体，由于其边缘会产生较大的涡流，导致阻力增大。
因此，在设计流体运动的装置时，应尽量减小物体的阻力，提高流体的运动效率。
此外，流体阻力还与流体的黏性、流速和物体表面粗糙度等因素有关。
当流体黏性较大时，阻力也会增大。
流速越大，流体对物体的冲击力也越大，从而增加阻力。
物体表面越粗糙，流体对其的阻力也会增加。
因此，在实际应用中，需要考虑这些因素对流体阻力的影响，以便准确预测和控制流体运动的阻力。
结论：通过流体阻力测定实验，我们深入了解了流体阻力的特性和影响因素。
实验结果表明，物体的形状、流体的黏性、流速和物体表面粗糙度等因素都会对流体阻力产生影响。
在实际应用中，我们应根据具体情况选择合适的物体形状和流体条件，以减小阻力，提高流体运动的效率。
参考文献：[1] 王某某. 流体力学实验[M]. 北京：科学出版社，2010.[2] 张某某. 流体阻力的研究进展[J]. 流体力学杂志，2015，28(2): 34-45.。
流体力学实验指导书
流体力学实验指导书(新版)(总24页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《水力学》实验教学指导书及报告姓名：班级：学号：唐山学院土木工程系序言水力学是应用性较强的专业技术基础课。
从学科的发展来看，水力学属于技术基础学科，实验方法和实验技术是促进其发展的重要研究手段。
由于流体运动的复杂性，水力学的研究及应用就更加离不开科学实验，其发展很大程度上取决于实验技术的进步。
因此，水力学实验是巩固和加深理论知识的学习、探求流体运动规律、解决工程实际问题的重要环节，通过实验教学，掌握各种实验方法，规范操作，提高实验技能。
一、实验教学目的：（1）观察流动现象，增强感性认识，提高实验分析能力。
（2）根据实测资料验证水力学基本理论，以加强和巩筑理论知识的学习。
（3）学会使用基本的测量仪器，掌握测量技术。
（4）培养分析实验数据，整理实验成果和编写实验报告的能力。
（5）培养严谨踏实的科学态度和合作精神，为未来进行研究和实际工作打下基础。
二、实验教学要求：（1）每次实验前，预习教材中有关内容及实验指导书，了解本次实验的目的、原理、步骤和所要验证的理论。
（2）认真听取指导教师讲解，弄清实验方法和步骤后，方能动手实验。
（3）实验中，应注意观察实验现象，细心读取实验数据，并做相应的记录，原始数据不得任意修改。
（4）实验小组内每位学生亲自动手、相互配合、共同完成实验。
（5）实验态度严肃、方法严密，一丝不苟进行操作。
（6）实验完毕应清理设备及实验室，实验设备摆放整齐。
三、实验报告要求：（1）实验报告是实验资料的总结、是实验的成果。
通过完成实验报告，可以提高分析问题的能力，要求必须独立完成并按规定时间交给指导教师。
（2）实验报告一般包括以下几项内容：①班级、姓名、同组人及实验日期。
②实验名称及实验目的。
③实验原理。
④实验装置简图及仪器。
⑤流动现象的描述及实验原始记录。
⑥计算实验结果。
流体力学实验指导书（I）
流体力学实验指导书（Ｉ） 实验设备简介 实验一 流体静压强测定试验 实验二 流体粘性效应显示实验 实验三 流体的相对平衡实验 实验四 烟风洞流谱显示实验 实验五 流体流动状态判别实验 实验六 伯努利能量守恒实验 实验七 毕托管测速实验 实验八 流体动量定律实验 实验九 直管沿程水头损失测定实验 实验十 机翼表面压强分布测定实验 实验十一 激光多普勒测速对比实验 实验十二 平面狭缝流动的流场显示（海雷肖试验） 实验十三 旋涡仪流谱显示实验 实验十四 圆柱绕流压力分布实验 实验十五 平板附面层实验 实验十六 大流量校验实验 流体力学设备简介 一． 风洞实验设备简介 １． 风洞实验的基本原理 风洞实验的依据是流动的相对性和相似性，相适性教科书以叙述，流动的相对性原就是： 当物体以一定的速度在空气中向前运动时，物体所受到的气动力与物体保持不动，空气以同样的速度反方向吹过物体时，物体所受到的气动力完全相同。
正是从这些原理出发，人们设计了风洞，风洞实际上就是人们专门设计的一种管道，采用适当的动力装置在管道中人为的造成空气流动，用来进行各种类型的空气动力学实验。
２． 风洞的分类 Ａ：低速风洞：实验段中气流速度一般小于１００ｍ／ｓ，有回流式 直流式两种。
Ｂ：高亚音速风洞：气流的Ｍ数的范围是０．３〈Ｍ＜０．８，从外观上看它与低速风洞没有很大区别，基本上是回流式，大多采用两级以上轴流式风扇． Ｃ：跨音速风洞：气流的Ｍ数范围为０．８＜Ｍ＜１．５，其显著特点是不是工作段必须是双层的，外层与大气隔绝，内外层间的压力可以调节，另外内层壁面上开有孔或槽，一方面消除模型在跨音速时所产生的激波反射现象，另一方面用来防止在低超音速时被模型壅塞而不能工作。
Ｄ：超音速风洞：Ｍ数的范围在１．５＜Ｍ＜４．５，为节省动力，一般为暂冲式，采用下冲或抽吸的方法造成较高的压力比，结构见下图。
１． 安定段； ２．整流段； ３．总压段； ４．收缩段； ５．拉瓦尔喷管； ６．工作段； ７．模型； ８． 第二喉道； ９．亚音速扩压段； １０．激波； １１．压力计； １２．调压阀 Ｅ．高超音速风洞：Ｍ数的范围在４．５＜Ｍ＜１０，这类风洞需要高压气源和真空罐，由于气流在加速过程中膨胀的极为厉害，使试验段气流的静温极低，需要装有空气加热器，预先提高收缩段的气体温度，以防止空气液化。
《流体力学》课程实验(上机)指导书及实验报告格式
《流体力学》课程实验指导书袁守利编汽车工程学院2005年9月前言1.实验总体目标、任务与要求1)学生在学习了《流体力学》基本理论的基础上，通过伯努利方程实验、雷诺实验、阻力综合实验和动量方程实验，实现对基本理论的验证。
2）通过实验，使学生对水柱（水银柱）、U型压差计、毕托管、孔板流量计、文丘里流量计等流体力学常用的测压、测流量装置的结构、原理和使用有基本认识。
2.适用专业热能与动力工程3.先修课程《流体力学》相关章节。
4.实验项目与学时分配5. 实验改革与特色根据实验内容和现有实验条件，在实验过程中，采取学生自己动手和教师演示相结合的方法，力求达到较好的实验效果。
实验一阻力综合实验一、实验目的1．观察和测试流体稳定地在等直管道中流动及通过阀门时的能量损失情况；2．掌握管道沿程阻力系数和局部阻力系数的测定方法；3．熟悉流量的测量和测定文丘里及孔板流量计的流量系数；4．熟悉毕托管的使用。
二、实验条件阻力综合实验台三、实验原理1．实验装置：图一阻力综合实验台结构示意图1.水泵电机2.水泵3.循环储水箱4.计量水箱5.孔板及比托管实验管段进水阀6.阀门阻力实验管段进水阀7. D=14mm沿程阻力实验管段进水阀8.D=14mm沿程阻力实验管段9. 阀门阻力实验管段10.孔板流量计11. 比托管12. 测阻阀门13.测压管及测压管固定板14. D=14mm沿程阻力实验管段出水阀15阀门阻力实验管段出水阀16. 孔板及比托管实验管段出水阀17.文丘里实验管段出水阀18. D=10mm沿程阻力实验管段出水阀19.管支架20. D=10mm沿程阻力实验管段21. 文丘里流量计22排水阀门2.工作原理阻力综合实验台为多用途实验装置，利用这种实验台可进行下列实验：A 、阻力实验。
1）. 两种不同直径管路的沿程阻力实验。
2）.阀门局部阻力实验。
B 、孔板流量计流量系数和文丘里流量计流量系数的测定方法。
C 、皮托管测流速和流量的方法。
二维圆柱低速绕流静压分布测量实验指导书汇总
圆柱表面低速气流压强分布测量实验指导书郑州航空工业管理学院航空工程实验中心一、实验目的1 •用皮托管测量低速实验段出口气流速度，掌握皮托管测速的基本原理和方法。
2.测量二维圆柱体表面不同位置气流的压强分布，加深理解圆柱体表面低速粘性绕流特性，掌握物体绕流表面压强分布测量的基本原理和方法。
二、实验通用规范1•按时按地点参加实验，实验分组进行，爱护实验室实验仪器和设备，不准碰撞或任意移动仪器或设备，不许乱跑乱动和大声喧哗。
2 •实验前，各组学生必须认真预习，阅读实验指导书和教材、书籍等有关资料，了解实验目的、原理方法、操作步骤及注意事项。
3 •实验开始前，服从实验指导教师的安排，认真听讲，仔细了解实验设备和仪器的操作方法和注意事项，确定组长及组内人员实验分工。
4 •实验中，严格按照相应实验操作规程，集中精力，有条不紊，认真操作，如实观察和记录各种实验数据和有关实验现象，初步进行一定数据处理和分析。
5•实验过程，如出现异常情况，应及时向指导教师汇报。
6 •实验后，实验记录数据交指导教师检查，并按要求将实验仪器设备装置复位。
7•在规定时间内，按要求编写完成并上交实验报告，注意报告除原始记录数据外，实验数据的处理和分析等内容不得相互抄袭。
三、实验装置与实验原理1物体表面压强分布测定的意义首先有了压强分布图，就知道了物体上各部分的载荷分布，这是强度设计时的基本数据；其次，这又有助于了解气流绕过物体时的物理特性，如何判断流动分离点位置等。
在某些风洞中（如在二维风洞中，模型紧夹在两壁间而不便装天平），全靠压强分布图来间接推算出作用在机翼上的升力或力矩。
测定压强分布的模型构造是：在物体表面上各测点垂直钻一小孔，小孔底与埋置在模型内部的细金属管相通，小管的一端伸出物体外，然后再通过细皮管与多管压力计上各测管相接，各测压孔与多管压力计上各测管都编有号码， 于是根据各测管内液柱液面的升降 高度，就可以处理得出各测点的压强值分布了。
绕圆柱体表面压力分布实验
实验八 绕圆柱体表面压力分布实验一、 实验目的1. 学习掌握测量被绕流物体表面压力分布的方面及压力分布情况。
2. 通过实验测得的压力分布与理论压力分布相比较，了解实际流体绕物体流动时，物体所受形状阻力的来源。
二、 实验原理理想流体平行流绕援助作无环量流动时，圆柱体表面的速度分布规律是：0=r V （1）θδsin 2∞−=V V （2）而圆柱体表面上任一点的压力，可由伯努利方程得出：P 2222P V P V g g g ρρg∞∞+=+ （3） 式中：——无穷远处流体的压力；∞P ——无穷远处流体的流速。
∞V 工程上习惯于用无因次的压力系数来表示液体作用在物体上的任一点压力。
由上两式可得到绕圆柱体流动的理论压力系数：P C 2214s i n12pP P CV θρ∞∞−==− （4）实际流体具有粘性，达到某一雷诺数后，在圆柱体后面便产生旋涡区，形成尾涡区。
从而 破环了前后压力分布的对称，形成压差阻力。
实际的压力系数分布可由实测得到，其中动压：[]2002/)(8.92m N h h P P v ∞∞∞−=−=ρ （5）式中： ——来流总压值0h []o mmH P 20（取稳压箱压强值）;——来流静压值∞h []o mmH P 2∞（退收缩段下端直管上测得的压强值）； 9.81——由换成应乘的系数。
圆柱体表面任一点压力与来流压力差2[]mmH O 2[/]N m 29.81()[/]P P h h N ∞∞−=−m ] （6）式中： ——圆柱体表面任一点压力P 的值。
这样压力系数。
h 2[mmH O 209.81()19.81()2p P P h h C h h V ρ∞∞∞∞−−==− （7）因为流速时低速的，所以可以认为流体时不可压缩的，即流体密度ρ=常数。
实验条件下的雷诺数为：e V DR ν∞=式中：——圆柱直径，D R D 2=。
三、 实验设备图2-1为实验设备简图，即空气动力学多功能的实验装备。
圆柱图绕流实验
圆柱绕流阻力实验一实验目的：1．熟悉多管压差计测量圆柱体压强分布的方法；2．了解利用压力传感器、数据采集系统测量绕流圆柱表面压强分布的方法；3 绘制压强分布图，并计算图柱体的阻力系数。
二实验装置：1. 小型风洞或气动台；2. 多管压差计；3. 压力传感器，数据采集模块及其系统。
三实验原理：1. 小型风洞或气动台经风机产生的气流经过稳压箱，收缩段，进入实验段。
圆柱体安装在实验段的中部。
气动台稳压箱的气流速度近似为零，其压强可认为是驻点压强p0。
小型风洞在试验段上部设置了一个正对来流方向的导管，为驻点压强p0。
实验段中分布比较均匀的气流，速度为V∞，压强为p∞。
气流绕圆柱体流动时，流动变得复杂起来。
本实验为了测量圆柱体表面各点的压强分布，在圆柱体表面开设一个测压孔，测压孔通过一个细针管接出与多管压差计或压力传感器相连，细针管垂直方向装有指针，当转动圆柱时其转角通过角度盘指针的读数来表示，因而随着测压孔位置的改变，即可将绕圆柱体整个壁面上的压强分布测出。
图2.2.1 圆柱表面压强分布实验装置2. 多管压差计的方法测量原理：在流体力学中，绕流阻力即流体绕物体流动而作用于物体上的阻力，由摩擦阻力f D 和压强阻力p D 构成，其f D 相对于p D 小得多，在本实验中可忽略不计。
其压强用无量纲的参数——压强系数C P 来表示：由伯努利方程2202121V p V p p ρρ+=+=∞∞推导得到各个不同角度测点的压强系数Cp∞∞∞∞∞--=--=-=l l l l p p p p V p p Cp 00221ρ ( 2-2-1 )式中p 为圆柱体不同测点压强。
0p 为稳压箱压强（或称驻点压强，总压），P ∞由收缩段出口测得(或来流压强，静压)，ρ为流体密度、V 为来流流速，l 为圆柱体测点在多管压差计上的读数， ∞l 为静压读数， 0l 为总压读数。
对无环量理想流体绕流圆柱体的压强阻力系数的理论解为θρsin 412120-=-=∞V p p C p ( 2-2-2 )对多管压差计实验装置，来流动压为e h p p V γρ∆=-=∞0221 ( 2-2-3 ) 式中0p 为稳压箱压强，∞p 为收缩段压强。
流体经典教学案例之圆柱绕流仿真分析
流体经典教学案例之圆柱绕流仿真分析1. 摘要圆柱低速定常绕流的流型只与Re数有关。
在Re≤1时，流场中的惯性力与粘性力相比居次要地位，圆柱上下游的流线前后对称，阻力系数近似与Re成反比(阻力系数为10~60)，此Re数范围的绕流称为斯托克斯区；随着Re的增大，圆柱上下游的流线逐渐失去对称性。
当Re>4时，沿圆柱表面流动的流体在到达圆柱顶点（90度）附近就离开了壁面，分离后的流体在圆柱下游形成一对固定不动的对称漩涡（附着涡），涡内流体自成封闭回路而成为“死水区”（阻力系数2～4）；随着Re的增大，死水区逐渐拉长圆柱前后流场的非对称性逐渐明显，此Re数范围称为对称尾流区。
Re>40以后，附着涡瓦解，圆柱下游流场不再是定常的，圆柱后缘上下两侧有涡周期性地轮流脱落，形成规则排列的涡阵，这种涡阵称为卡门涡街；此Re数范围称为卡门涡街区（阻力系数1～2）。
Re>300以后，圆柱后的“涡街”逐渐失去规则性和周期性，但分离点（约82度）前圆柱壁面附近仍为层流边界层，分离点后为层流尾流。
当Re*>200000~400000时，层流边界层随时有可能转涙为湍流，分离点后移至100度以后，湍流时绕流尾迹宽度减小，阻力系数骤减（从1减到0.2）。
2. 物理模型介绍在一定条件下的来流绕过一些物体是，物体两侧会周期性地脱落处旋转方向相反，并排列成有规则的双列涡旋。
为研究这一具有明显流动特征的流动，现以ANSYS18.0作为计算平台，并将圆柱作为绕流流动结构研究的物理模型进行研究。
本案例所模拟的是低雷诺数圆柱绕流。
图1是模型示意图，模型中圆柱直径10mm，计算域X*Y*Z为100mm*200mm*1mm。
图1 模型示意图3. 前处理采用ICEM对圆柱绕流计算域进行结构化网格划分，距离圆柱面第一层网格尺寸为0.1D（为充分捕捉近壁区流动结构，近壁区网格尺寸为特征长度的0.1倍），如图2所示。
图2 计算域网格将模型边界分别命名为进口inlet、出口outlet、圆柱面Cylinder、上下壁面wall以及对称面Sym，如图2所示。
圆柱绕流、激波形成与干扰、水下航行体运动特性实验
圆柱绕流、激波形成与干扰、水下航行体运动特性实验《实验指导书》哈尔滨工业大学推进理论与技术研究所2012年12月一、实验目的1、了解、熟悉测量圆柱体表面压强的方法；2、了解应用自动测试、数据采集及摄像系统获得航行体运动过程参数的方法；3、学会应用CFD 方法计算、分析激波的形成与干扰等流动问题；4、学会利用测得数据绘制压强、速度分布曲线，并计算相关系数的方法。
二、实验装置1、小型水洞、计算机及小型水槽；2、压力测试仪器、数据采集及摄像系统。
三、实验原理1、圆柱绕流实验（1）如图1所示，速度已知（V ∞）、均匀、稳定的流体进入实验段后，在实验段的中心附近正对来流方向设置压力探针，测得的压强即为来流总压p 0，在实验段的壁面处开设测压孔，测得的压强即为来流静压p ∞。
实验段中部安装半径为R 的圆柱体，均匀流体遇到圆柱体并绕流流过，流动变得复杂，其表面不同位置处的压强不同。
为了测量圆柱体表面的压强分布，在圆柱体上开设一个测压孔，并将其与压力测量系统连通，则可感知压强p i 大小。
实验中按要求转动圆柱体至不同角度θi ，测压孔感知的就是圆柱体表面不同位置处的压强，这样就可以将圆柱体整个表面上的压强分布测出。
（2）气体动力学中，绕流阻力即流体绕物体流动时而作用在物体上的阻力，它是由摩擦阻力D f 、压差阻力D p 构成。
由于流体低速运动时的D f 远小于D p ，实验中不予考虑。
根据伯努利方程可知2201122p p V p V ρρ∞∞=+=+ 于是，圆柱体表面不同位置处的压强系数为C pi 可表示为 2012i i pi p p p p C p p V ρ∞∞∞∞--==- 上式右端中的各参数均是测量得到的。
圆柱体受到的阻力F D 及阻力系数C D 可表示为()()()()()()20202201111cos cos 2cos 2212cos cos 2D DD p Ni i i i p i p i i F p p Rd p p Rd F C C d V R V R C C πππθθθθθθρρθθθθ∞∞∞∞+++==--===⎡⎤=+-⎢⎥⎣⎦⎰⎰⎰∑图1 理想流体绕圆柱流动上式右端中的各参数也均是测量得到的。
第五章 圆柱阻力系数
圆柱阻力系数EFD.V5 可以用于研究物体周围的流动和确定由于流动所造成物体上的升力和牵引阻力。
在这个例子中我们利用 EFD.V5 确定一个浸没在均匀流体中的圆柱体阻力系数。
这个圆柱的轴线与流体流向垂直。
在雷诺数 1、1000、105 三种情况下进行计算，R e UD ρμ=，D 圆柱的直径， U 流体的速度，ρ 是密度，μ 是动力粘度。
圆柱体的阻力系数如下式定义：212DD F C U DL ρ=此处 D F 是沿流动方向上作用在圆柱体直径D 和长度L 上总的力。
这个仿真的目的是通过 EFD.V5 来获取圆柱体阻力系数并且与 Ref.1 中的实验数据进行比较。
复制 Tutorial 2 - Drag Coefficient 文件夹到你的工作目录，此外由于 EFD.V5 在运行时会对其输入的数据进行存储，所以必须确保文件处于非只读状态。
运行 EFD.V5。
创建一个新的EFD.V5 product。
点击Insert, Existing Component并且点击模型树的根目录项。
在File Selection对话框，浏览Tutorial 2 - Drag Coefficient\cylinder 0.01m文件夹找到Cylinder0.01m.CATPart 组件并且点击Open。
并且以EFD.CATProduct文件名进行保存。
这个Cylinder分析是了一个典型的EFD.V5 External分析。
外部流体分析主要是处理流体在物体上流过的问题，诸如流体经过飞行器，汽车，建筑等。
对于外部分析远场才是计算域的边界。
你可以在EFD.V5 项目中求解一个既有内部分析又包括外部分析的流动问题（例如，流体掠过和通过一个建筑）。
如果分析的问题同时包括了内部和外部分析，则你必须定义分析的类型为外部。
首先创建一个新的EFD.V5 项目。
创建项目1. 点击Insert, Wizard。
这个项目向导会指导你一步一步完成整个项目的特性定义。
圆柱绕流问题实验报告
圆柱绕流问题实验报告结构01 赵东伟10175021一、物理问题描述求解圆柱绕流问题（均匀来流），利用相关流体力学软件做出针对雷诺数Re分别在5,20,200情况下圆柱绕流的流线图。
选择合适的网格图，并对三种不同情况下的流动现象进行比较分析。
二、控制方程（无量纲）N-S方程组：∂u ∂x +ðvðy=0∂u ∂t +u∂u∂x+uðuðy=−1ρ∂p∂x+ν(ð2uðx2+ð2uðy2)∂v ∂t +u∂v∂x+uðvðy=−1ρ∂p∂x+ν(ð2vðx2+ð2vðy2)无量纲化：∂U ∂X +ðUðY=0∂U ∂t +U∂U∂X+VðUðY=∂P∂X+1Re(ð2UðX2+ð2UðY2)∂U ∂t +U∂V∂X+VðVðY=∂P∂X+1Re(ð2VðX2+ð2VðY2)三、条件设定（网格数，边界条件，求解方法选取，对流项离散格式等）网格数：7662边界条件：{入口边界：U=1,V=0柱体壁面：U=0,V=0出口边界：∂U∂X =0，ðVðX=0上下边界：U=1,V=0求解方法：Re=5,20,200情况下，流动为层流状态，采用SIMPLEC 算法，避免压力项离散产生震荡解对流项离散格式：二阶迎风格式四、计算结果用流体力学软件FLUENT进行模拟计算，GAMBIT生成网格图及计算所得结果图如下：1、网格图2、流线、迹线图Re=5流线Re=5迹线Re=20流线Re=20迹线Re=200流线Re=200迹线五、结果分析由计算结果图可以看出：Re=5时，流动没有分离；Re=20时，流动出现分离，圆柱后产生对称的涡；Re=200时，流动分离加剧，出现脱离的涡。
圆柱绕流升阻力
圆柱绕流升阻力
圆柱绕流是流体力学中的经典问题，从单一的物理现象得到了广泛的应用和研究。
圆柱绕流问题中最核心的问题是圆柱的升力和阻力特性，研究这些特性在可以帮助我们更好地理解流体流动的本质，并且可以指导对圆柱绕流问题的工程应用，例如建筑设计、风力发电等领域。
在圆柱绕流问题中，当流体绕过圆柱时，会产生压力差导致圆柱的向上升力和向后阻力。
就惯性-定常流动而言，在一定条件下，圆柱上游区域的流速大于圆柱下游区域的流速，从而导致圆柱表面附着的流体下游速度降低，上游速度增加。
这种流动形式会使周期性流体涡或叫卡门涡形成和脱落，这些涡对圆柱上升力和阻力的大小和周期有着举足轻重的影响。
在各种圆柱绕流实验中，都发现了六个不同的区域，套线区、分离尾迹区、对流卡门区、无序涡区、锋锐分界区和恒定区，以及不断生成涡的现象。
上述现象都与圆柱表面的压力分布和涡的产生、演化息息相关。
关于圆柱绕流问题的研究，透过流动本身的理解可知，圆柱绕流的升力和阻力问题都是十分复杂的。
从升力来看，由于存在于锋锐分界区的压力的波动，会导致升力的高频和低频变化。
而对于阻力则与表面的气流摩擦和涡流的脱落有关，以及卡门涡尺度与泡层厚度之比的大小也会影响阻力大小的估值。
对于圆柱绕流中的升力和阻力问题，在工程应用中可以通过相应的改变了解圆柱在不同时刻的受力变化情况，从而使设计更加应用化、理性化。
例如在石油天然气钻井平台，塔筒就是圆柱形的，如果我们能够设计出更小的升力和阻力特性，就能够增加这些平台的稳定性和耐风能力，提高其危险等级。
总体来说，在圆柱绕流问题的研究中，我们对流体流动的本质有了更深层次的了解和认识，从而为圆柱绕流问题的应用领域提供了更多的理论指导和科学依据。
圆柱绕流阻力实验(压强分布法)
3.14 圆柱绕流阻力实验(压强分布法)一、实验目的圆柱绕流实验是研究外流问题和形状阻力的典型实验。
通过测量圆柱表面的压强分布，认识实际流体绕圆柱流动时表面压强分布规律，并与理想流体相比较，理解形状阻力产生的原因及测量、计算方法。
二、实验原理理想流体均流对二维圆柱作无环量绕流时，圆柱表面任一点的速度分量为0,2sin r V V V θθ∞== (1)式中∞V 为来流速度。
圆柱表面任一点的压强i p 与来流压强p ∞的关系满足伯努利方程2222i p V p V g g g gθρρ∞∞+=+ (2) 式中ρ为流体密度。
以压强系数P C 表达流体压强的分布 2214sin 12i P p p C V θρ∞∞−==− (3)由于压强分布沿圆柱面前后对称，压强合力为零，称为达朗贝尔佯缪。
实际流体绕圆柱流动时，由于粘性得影响压强分布前后不对称；特别是当流动达到一定雷诺数后，粘性边界层在圆柱后部发生分离，形成漩涡。
从分离点开始圆柱体后部的压强大致接近分离点压强，不能恢复到前部的压强，破坏了前后压强分布的对称性，形成压差阻力D F 。
由于圆柱表面的摩擦阻力相对于压差阻力小得多，可忽略不计，阻力系数可表为20cos 12D D P F C C d V A πθθρ∞==∫ (4)式中A 为圆柱的迎风特征面积，压强系数P C 由（3）式确定。
实验中由多管压力计分别测量i p p ∞−和212V ρ∞ ()i m i p p g h h ρ∞∞−=− (5)201()2m V k g h h ρρ∞∞=− (6) 式中i h 为测点的静压水头高，0h 来流的总压水头高，∞h 为来流的静压水头高，m ρ测压计中液体密度，k 为测压系统损失修正系数。
这样（4）式中压强系数可表为 0()i p h h C k h h ∞∞−=− (7)测定P C 后代入(4)式求出D C ，并计算圆柱阻力D F 。
三、实验设备本实验是在多功能实验台上进行的，如下图示。
绕流圆柱实验报告
绕流圆柱实验报告引言绕流圆柱实验是流体力学中的经典实验之一，通过实验可以研究圆柱绕流现象以及流体在高速通过圆柱时所产生的力学特性。
本实验旨在探究绕流圆柱的流速分布、压差分布以及阻力系数等相关问题，为进一步研究流体动力学提供基础数据和实验依据。
实验装置和方法实验装置实验装置由水槽、圆柱、压力传感器、流速计、数显电压表、数据采集系统等组成。
实验方法1. 在水槽中放置圆柱，通过水泵将水注入水槽中；2. 打开水泵，调节水流速度，使其保持稳定，记录进水流量；3. 通过改变水泵转速，调节流量，记录不同流速下的数据；4. 采集并记录圆柱前后的压差数据；5. 根据实验所需的其他数据要求进行记录。
实验结果与分析流速分布在实验中，我们记录了不同位置处的流速，并绘制了流速分布曲线。
结果显示，在靠近圆柱表面的地方，流速较慢，而在离圆柱较远的地方，流速较快。
这符合我们对圆柱绕流的认识。
压差分布通过实验测得的圆柱前后的压差数据，我们得到了圆柱表面的压差分布情况。
结果显示，在圆柱前端的压差较小，而在圆柱后端的压差较大。
这是由于流体在经过圆柱时产生了流动分离现象，导致后方形成了一个较大的压力区域。
阻力系数的测定根据实验测得的数据，我们可以计算圆柱的阻力系数。
阻力系数是描述流体阻力大小的一个重要参数，其数值越大，则说明物体所受到的阻力越大。
通过实验测量得到的阻力系数可以与理论值进行比较，从而验证实验的准确性。
实验结论通过绕流圆柱实验，我们得到了圆柱绕流的流速分布、压差分布以及阻力系数等相关数据。
结果表明，在流体通过圆柱时，流速分布和压差分布不均匀，同时圆柱会受到一定的阻力。
实验结果与理论预期相符，并且阻力系数的测定结果与理论值吻合较好，实验结果具有较高的可靠性和准确性。
实验总结绕流圆柱实验是一项经典的实验，通过实验可以研究流体在绕流圆柱时的流动规律。
本次实验得到了流速分布、压差分布和阻力系数等数据，结果与之前的理论预期相符。
绕流圆柱实验具有较高的实用性和科学性，在流体力学研究中具有重要的参考价值。
绕流圆柱实验
绕流圆柱试验(总 4 页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以依据需求调整适宜字体及大小--一、试验目的绕流圆柱体外表压力分布测定（1） 学习测量流体绕流物体时物体外表压力分布的方法。
（2） 通过试验了解实际流体绕圆柱体流淌时，其外表压力分布的状况并与抱负流体的压力分布相比较。
二、试验原理抱负流体平行流绕圆柱体流淌时，圆柱体外表的速度分布规律是V r =0 V =－2V sin θθ ∞ 由伯努利方程，圆柱体外表上任一点的压力 P 可写为P V 2P V 2由此可得+ θ = ρ 2 ∞ + ∞2P - P = 1 ρV V 2 2 (1 - θ ) = 1 ρV 2 (1 - 4sin 2 θ)∞ 2 我们定义无因次压力系数C ρ 为 对于抱负流体绕圆柱体流淌，其无因次压力系数 ∞ V 2 2 ∞∞C ρ = C ρ = 1 - 4sin 2θ而对于实际气体由于粘性的存在，当其绕圆柱体流淌时，气流不能完全同抱负流体那样贴附在圆柱外表，气流在圆柱体后面将发生 分别和产生旋涡，形成旋涡区。
这样，破坏了圆柱体前后压力分布的对称性，形成了压差阻力。
实际气体的压力分布可以通过试验测得。
其压力系数P - P P - P h -hC ρ = = 1 ∞= 1 ∞P - P h - h 其中：V ∞ — 无穷远处流体速度 [m/s] V =∞ 0 ∞ 0 ∞h0 ─ 气流来流总压 P 0 测量值〔表压〕 [Pa]h ─ 气流来流静压 P ∞ 测量值〔表压〕 [Pa] ∞ρ V 2P - P∞2 ∞1 ρ V 2∞ ∞ 2 2(h - h ) ρ0 ∞ ρh 1 ─圆柱体外表上某一点压力P1的测量值〔表压〕[Pa]ρ─气体的密度[kg/m3]试验条件下的雷诺数为R =V∞De ν 其中：D─圆柱体直径[m]ν─气流运动粘性系数[m/s]ν=μ／ρ对空气μ=×10-5〔1+〕[ t为气流温度[℃] 三、试验设备N ⋅S m 2]四、试验步骤（1）生疏试验设备各局部的作用与调整方法，登记有关数据。
圆柱绕流阻力测定（测压强分布法）
实验八圆柱绕流阻力测定(测压强分布法)(一)实验目的1、熟悉测量圆柱体压强分布的方法。
2、通过实验了解圆柱体压强分布规律。
(二)实验设备流体由集流箱经阻尼进入收缩段，到达试验段，如下图所示。
线转动，转动角度由固定在手轮上的指针及刻度盘读出，由于圆柱体上的测压孔直接通往压力传感器，因此转动手轮就可以测出围绕圆柱体轴线转动360度时各角度上的压力分布。
(三)实验原理把一个圆柱体放在静止的流体中,然后考虑来流速度为U∞，来流压强为P∞，相当于是无穷远处的平行流，从与圆柱体轴垂直的方向绕过一半径为R的无限长圆柱。
由于流体具有粘性，因此在圆柱表面产生阻力。
这种阻力是由流体绕圆柱所引起的压强差和摩擦应力造成的，一般地说压强差是起主导作用的。
圆柱体上取某一微元面积dA ，在单位长度上由压强差P 和摩擦切应力τ引起的微元阻力为：()S D P δθτθδsin cos +=θθδδδ2d R S ==绕整个封闭曲线积分得到()dSP D ⎰+=θτθsin cos以无量纲形势表示，dS U U P dS U P d U D ⎰⎰⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=∞∞∞∞∞θρτθρρρsin 21cos 2121212222或()dS C C d C f P D ⎰+=θθsin cos 1其中221∞∞-=U P P C P ρ为压强系数，221∞=U C f ρτ为表面摩擦系数由于τ造成的阻力很小可以忽略不计，则θθd d C d C P D ⎰⎪⎭⎫⎝⎛=2cos 1 θθπd C C P D ⎰=20cos 21因此，只要测出圆柱体不同角度的P 值就可以确定阻力系数C D ，从而求得流体所受到的阻力：DD C U d F 22∞=ρ应该注意到，来流的动压强：∞∞-=P P U 0221ρ式中P 0为滞止压强，即θ=0时的压强。
因此，压力系数又可表示为：∞∞--=P P P P C P 0式中P 为圆柱上各测点的压强。
流动参数综合测量技术与圆柱绕流实验实验指导书
流动参数综合测量技术与圆柱绕流实验实验指导书流动参数综合测量技术与圆柱绕流实验一、实验目的1、了解皮托管的测速原理，基本掌握皮托管测速的使用方法；2、了解热线风速仪的测速原理，掌握热线风速仪的测速方法；3、了解涡街流量计的测速原理，通过压力波动频率计算流体速度；4、了解孔板流量计的测速原理，测量节流圈不同雷诺数下的阻力系数。
二、实验装置及仪器1、风洞本实验采用内径φ350mm的风洞，测试一段长度600mm，出口接内径φ80mm 圆管，测试二段长度1000mm。
图1 风洞装置2、风机风机型号：CF72 500A风量：1400m3/h全压：2900Pa功率5.5kW风机转速采用变频控制。
3、 皮托管图2 皮托管4、热线风速仪：热线风速仪型号：9565-P-NB5、压力变送器：TRYB-3000，测量量程：0-8000Pa 。
三、实验原理1、皮托管的测速原理皮托管测速理论依据就是伯努利方程。
皮托管测量的是流场中与其头部总压孔对应的那一点的流速。
为保证皮托管感受的静压也是流场中其头部对应点的静压，所以皮托管的静压孔位置选取非常关键。
图3 皮托管结构示意图设总压孔测得的总压为p 0，静压孔测得的静压为p s ，由于总压孔的流速为0，则根据伯努利定理，两测孔处满足2012s p V p ρ=+ 其中，ρ为密度，V 为静压孔处的流速。
由此，可得V =在实际应用中，需考虑两测孔间的流动损失，一般会引入校正系数K ，则校正后的流速计算公式为V =2、孔板流量计的测量原理孔板流量计工作原理是采用节流装置，在节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压降低，从而在节流件前后产生压力差，通过测量该压力差得到流道的流量或平均流速。
设节流前流速和截面积分别为A 1和V 1，节流件处的流速和截面积分别为A 2和V 2，根据质量守恒和伯努利定理，可得如下等式：1122AV A V =2211221122V p V p ρρ+=+ 其中，p 1和p 2分别为两处的静压。
三、圆柱压力分布和阻力测量实验力学实验指导书
实验七、圆柱压力分布和阻力测量1 实验目的：（1）测量圆柱表面压力分布，与理论值比较。
并由压力分布计算圆柱阻力。
（2）用动量法测量圆柱阻力。
（3）两种方法测量的阻力系数与理论值比较。
（4）用镜像法进行洞壁干扰修正。
2 实验装置：（1）圆柱：在二维小风洞侧壁上安装一个直径50毫米的圆柱，圆柱上有一个小孔。
（2）风速管：用于测量气流速度和压力。
（3）坐标架：安装在风洞外部，用于调节风速管位置。
（4）倾斜压力计：用于测量压差。
使用事需注意压力计系数。
3实验步骤：（1）安装好圆柱，并使其测压孔对准风洞轴线。
安装好风速管，使其对准气流方向。
（2）将风速管、静压孔分别与倾斜压力计相连。
（3）记录当天大气压和温度。
（4）启动风洞，调整到设定风速（事先需计算实验所需的雷诺数，估计实验风速）。
（5）每隔100转动圆柱一次，记录压力计读数，直至圆柱旋转3600。
（6）安装另一个风速管在坐标架上，并与倾斜压力计相连。
在II —II 截面内改变风速管位置，记录数据。
（7）检查实验数据，确认无误后，风洞停车。
（8）整理实验数据，按照要求完成实验报告。
倾斜压力计4数据处理：（1）计算圆柱压力分布和阻力系数用角度为横坐标，压力系数为纵坐标画出理论的和实验的圆柱压力分布曲线。
对实验数据积分，求出圆柱阻力系数（具体方法见讲义）。
（2）用动量法计算圆柱阻力系数计算II—II截面内各点相对速度u2 / u1 （u2是II—II截面内各点速度，u1是I—I截面速度）。
用y / h 为横坐标，u2 / u1为纵坐标画出II—II截面内速度剖面图。
用数值积分求出圆柱阻力系数和实验Re数。
（3）用镜像法进行洞壁干扰修正求出修正后的速度、动压、阻力系数和Re数。
5实验报告（自行设计表格和曲线）。
圆柱绕流的阻力系数
圆柱绕流的阻力系数1. 引言圆柱绕流是流体力学中的一个经典问题，研究圆柱绕流的阻力系数对于理解流体运动和设计流体力学相关设备具有重要意义。
本文将介绍圆柱绕流的阻力系数的定义、计算方法以及影响因素等内容。
2. 圆柱绕流的阻力系数定义圆柱绕流的阻力系数是指流体在绕过圆柱体时所产生的阻力与流体动压力的比值。
阻力系数的计算可以帮助我们评估圆柱体在流体中的阻力大小，从而对流体力学系统进行优化设计。
阻力系数可以用以下公式表示：C D=F D 12ρU2A其中，C D为阻力系数，F D为圆柱体所受到的阻力力，ρ为流体密度，U为流体速度，A为圆柱体横截面积。
3. 圆柱绕流的阻力系数计算方法圆柱绕流的阻力系数可以通过实验测量和数值模拟两种方法进行计算。
3.1 实验测量方法实验测量方法是通过在实验室中建立模型进行流体力学实验来获取圆柱绕流的阻力系数。
常用的实验方法包括风洞试验和水槽试验。
在风洞试验中，可以通过将圆柱体放置在风洞中，测量圆柱体所受到的阻力力以及流体速度等参数，从而计算得到阻力系数。
在水槽试验中，可以将圆柱体放置在水槽中，测量圆柱体所受到的阻力力以及流体速度等参数，进而计算得到阻力系数。
3.2 数值模拟方法数值模拟方法是通过计算流体力学软件进行模拟，利用数值方法求解流体力学方程，从而得到圆柱绕流的阻力系数。
常用的数值模拟方法包括有限元方法和有限体积方法。
数值模拟方法的优势在于可以快速获得圆柱绕流的阻力系数，并且可以对不同参数进行敏感性分析，从而优化设计。
4. 影响圆柱绕流阻力系数的因素圆柱绕流的阻力系数受到多种因素的影响，下面将介绍几个主要因素：4.1 圆柱体形状圆柱体的形状对绕流阻力系数有很大影响。
通常情况下，圆柱体的圆周形状越光滑，阻力系数越小。
4.2 流体速度流体速度对绕流阻力系数也有很大影响。
一般来说，流体速度越大，阻力系数越大。
4.3 流体密度流体密度对绕流阻力系数的影响也是显著的。
流体密度越大，阻力系数越大。
圆柱绕流阻力系数
圆柱绕流阻力系数1. 引言圆柱绕流阻力系数是描述流体在绕过圆柱时所产生的阻力大小的一个参数。
圆柱绕流是一种常见的流体力学问题，涉及到许多工程应用和科学研究领域，如建筑物抗风设计、汽车空气动力学、船舶设计等。
了解和计算圆柱绕流阻力系数对于这些领域的研究和应用具有重要意义。
2. 圆柱绕流现象当一个无限长的圆柱放置在无限大的静止流体中时，会发生一种称为“德拉塞尔漩涡街”的现象。
这是由于来流速度较高时，流体会在圆柱后面形成旋转的漩涡。
这些漩涡交替地脱离圆柱并向下游移动，形成了一种规律的街道状结构。
3. 绕流阻力系数定义绕流阻力系数（Drag Coefficient）是描述物体受到阻力大小的一个参数。
对于圆柱绕流问题，绕流阻力系数可以定义为：C D=F D 12ρU2A其中，C D为绕流阻力系数，F D为物体受到的阻力大小，ρ为流体的密度，U为来流速度，A为物体的参考面积。
4. 影响绕流阻力系数的因素4.1 圆柱直径和长度圆柱直径和长度是影响绕流阻力系数的重要因素。
直径较大的圆柱会产生更大的绕流阻力，而长度较短的圆柱则会减小绕流阻力。
4.2 流体密度和来流速度流体密度和来流速度也会对绕流阻力系数产生影响。
密度越大、来流速度越高，绕流阻力系数就会增加。
4.3 圆柱表面粗糙度圆柱表面粗糙度对绕流阻力系数也有一定影响。
表面越光滑的圆柱会产生较小的绕流阻力。
5. 绕流阻力系数计算方法5.1 实验测量法实验测量法是一种常用的计算绕流阻力系数的方法。
通过在实验室中建立相应的实验装置，可以测量圆柱在不同流速下受到的阻力大小，从而计算出绕流阻力系数。
5.2 数值模拟法数值模拟法是一种通过计算流体动力学（CFD）方法来模拟圆柱绕流现象并计算绕流阻力系数的方法。
通过建立圆柱和流体的几何模型，并利用数值方法求解相关的方程组，可以得到圆柱绕流阻力系数的近似解。
6. 应用领域圆柱绕流阻力系数在许多工程应用和科学研究领域具有重要应用价值。
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1 3.14圆柱绕流阻力实验(压强分布法)
一、实验目的
圆柱绕流实验是研究外流问题和形状阻力的典型实验。
通过测量圆柱表面的压强分布，认识实际流体绕圆柱流动时表面压强分布规律，并与理想流体相比较，理解形状阻力产生的原因及测量、计算方法。
二、实验原理
理想流体均流对二维圆柱作无环量绕流时，圆柱表面任一点的速度分量为
V r = 0, V θ= 2V ∞sin θ
(1)
式中V ∞为来流速度。
圆柱表面任一点的压强p i 与来流压强p ∞的关系满足伯努利方程
p V 2 p
V 2 i +θ=∞+∞ (2)
ρg 2g
ρg
2g
式中ρ为流体密度。
以压强系数C P 表达流体压强的分布
C =p i -p ∞ =1-4sin 2θ (3)
P
1ρ 2
2
V ∞
由于压强分布沿圆柱面前后对称，压强合力为零，称为达朗贝尔佯缪。
实际流体绕圆柱流动时，由于粘性得影响压强分布前后不对称；特别是当流动达到一定雷诺数后，粘性边界层在圆柱后部发生分离，形成漩涡。
从分离点开始圆柱体后部的压强大致接近分离点压强，不能恢复到前部的压强，破坏了前后压强分布的对称性，形成压差阻力
F D 。
由于圆柱表面的摩擦阻力相对于压差阻力小得多，可忽略不计，阻力系数可表为
C D =1
2π
C P cos θd θ (4)
2
ρV ∞A 式中A 为圆柱的迎风特征面积，压强系数C P 由（3）式确定。
实验中由多管压力计分别测
量p -p 和
ρV 2 i
∞
2 ∞
p i -p ∞=ρm g (h i -h ∞)
(5)
1 ρV 2
=k ρg (h -h )
(6)
2 ∞
m 0
∞
式中h i 为测点的静压水头高，h 0 来流的总压水头高，h ∞为来流的静压水头高，ρm 测压计
⎰ F D =
中液体密度，k 为测压系统损失修正系数。
这样（4）式中压强系数可表为
C = h i -h ∞
(7)
k (h 0 -h ∞)
测定C P 后代入(4)式求出C D ，并计算圆柱阻力F D 。
三、实验设备
本实验是在多功能实验台上进行的，如下图示。
气流由风管(1)送入稳压箱(2)经收缩段
(3) 流向试验段(4)，圆柱体(5)安装在试验段里，圆柱体轴线与来流方向垂直，表面上有一测
压孔，用穿过与圆柱体相垂直的试验段壁的管子将测压孔压力引向测压计(6)。
圆柱体可绕中轴转动，测压点位置角度θ由刻度盘上的指针读取。
1
1. 风管2稳压箱3.收缩段4.实验段5.模型6.测压管
四、实验步骤 1. 调整测压计水平，将测压计中液面调到适中。
将稳压箱、收缩段出口及圆柱体上测压管分别联到多管测压计上，检查00时测压孔是否对准来流。
2. 接通电源，开机。
分别测出来流总压，来流静压及00时压力值。
3. 依次转动圆柱体，在前半圆每隔50，后半圆每隔100读取压力值。
注意来流总压和静压有无变化，若有变化应取其平均值。
4.
测试完毕停机断电。
五、数据记录
p
m
气体温度t= 0
C ； 圆柱直径d=
mm ； 运动粘度ν= m 2/s ；圆柱长度L= mm ；多管测压计倾角 =
； 损失系数k =
；
测压计液体密度ρ= N/m 3；来流总压h = mm 液体柱高；
1
ρV 2 =k ρg (h
-h ) =
N/m 2； 来流静压h =
mm 液体柱高。
∞
∞
∞
六、数据整理与分析 1. 根据测得数据按(12)式算出C P 及C P cos θ值来。
2. 用方格纸绘制以C P 为纵坐标θ为横坐标的C P 分布图（参考图3）。
图 3
3, 绘制以C P cosθ为纵坐标θ为横坐标的C P cosθ--------- θ图（参考图4）。
Array C
cosθ
p
-0.5
-1.0
图 4
4, 按图4积分代入(4)式计算C D，亦可用已编程序直接上机计算。
5, 由图3看出C P在θ=700左右达最低值而后略有回升，后半圆压强相当均匀。
6, 讨论影响绕流阻力的各种因素。