空气动力学试验指导书

空气动力学实验指导书

零质量射流形成机理实验

一实验目的

1）学习和了解零质量射流的流场结构和形成机理

2）学习和掌握粒子图像激光测速仪的测试技术

二实验仪器和设备

1）零质量射流发生装置

由信号发生器、功率放大器、扬声器或压电陶瓷片、共振空腔和射流出口组成，实验中可研究驱动信号的波形、频率、射流出口形状对零质量射流形成的影响等。信号发生器具有波形任意给定，相位、频率、幅值精确可调的特点，输出信号经功率放大器放大来驱动扬声器振动膜或压电陶瓷片产生有规律的振动，将共振空腔内的空气吸入和挤出射流出口形成一系列涡环，从而产生单方向的射流。共振空腔和射流出口的几何参数设计和振动膜振动的规律决定了零质量射流的流场特性。可针对不同的教学目的设计制作两到三种形式的零质量射流发生器，以期获得最佳的实验效果。

2）二维粒子图像激光测速仪

由高分辨率的PIV-CCD（1K×1K）、图象采集板、同步器、50mJ的双脉冲激光器、片光发生组件、激光传输导臂、基于Windows NT操作平台的控制和测试软件组成。为了使该测速仪适合测试零质量射流流场，需要更换和购置的设备有：消球差变焦光学MICRO-CCD镜头（F-Mount）；数字示波器用来实时监视和测量驱动信号波形和相位并配合同步器进行锁相位流场测试实验；激光传输导臂可以灵活的传输和改变激光片光的入射点以及片光的扩散角，并可空间旋转片光平面以满足瞬态流场测试的需要。

三实验原理与方法

应用现代先进的瞬态流场测试技术粒子图像激光测速系统（PIV）可以在极短的时间内（可小于1个微秒）“冻结”流场结构；测得零质量射流的非定常瞬态流场，以及不同时刻流场的发展和演化过程。验证和演示零质量射流由一系列涡环组成，涡环之间的相互诱导作用是形成零质量射流的机理。

四实验步骤

1）开启零质量射流激振器；

2）开启脉冲激光器，调整激光片光平面在射流出口的中心位置上；

3）在射流出口附近播撒烟雾粒子；

4）调整CCD相机的聚焦平面在激光平面上以得到清晰的粒子图像；

5） 在计算机上操作INSIGHT 软件，采集粒子图像，处理得到二维速度矢量场矢量图。

五 实验数据处理

根据下列公式计算涡量，利用绘图软件绘制涡量分布图。 涡量计算公式：z

V y V y z x ∂∂-∂∂=ω 六 实验结果分析