空气绕圆柱体流动压力分布测定

空气绕圆柱体流动压力分布测定

空气绕圆柱体流动压力分布测定

一 实验目的

学习固体表面压力的测量方法

结合流体力学,进一步了解平行无环流绕流圆柱体的特点

*(较高要求) 与教材给出的理论压力分布比较,了解实际物体所受的形状阻力的来源 二 实验原理

理想流体平行流绕流圆柱体作无环量流动时，圆柱表面速度分布

θ

θsin 20

∞-==u u u

(1)

圆柱表面任一点的压力p 根据Bernoulli 方程

g u p g u p

222

2

0∞∞+=+γγ

(2)

引入无量纲压力系数 c p 来表征物体上任一点的压力分布

2

21∞

∞

-=u p p c p ρ

（3）

实际流体具有粘性，Re 超过某数值，圆柱后产生涡流，出现尾涡区，破坏圆柱前后压力的对称分布，造成压差阻力。

流动动压∞

-p p 0

22

1∞

=u ρ

)(81.90

∞

-=h h

(4)

式中h 0h ∞分别为来流总压与静压水头。

圆柱表面一点的压力p

)(81.9∞

∞

-=-h h p p

(5)

对应的压力系数 ∞

∞∞

∞

--=

--=h h h h p p p p c p

00

(6)

实验中的空气发生比较低速的流动，可认为空气不可压，密度不变；又空气经过均流段后流经圆柱，可认为平行定常流。实验流动的雷诺数

ν

D u ∞

=

Re 式中D 为圆柱外直径。

三 实验设备

实验系统仍利用箱式风洞，圆柱体置于实验段。圆柱表面有一测压孔，压力信号从与圆柱体相垂直的方向上引出，圆柱能够绕自深轴线转动。压力引出的位置由相对来流前驻点的角度θ表示。从圆形刻度盘读数。圆柱体的上游来流截面架设皮托管，以测量来流总压（流速）。

四实验步骤

1 安装皮托管

2 开启风机，测量来流总压p0与静压p∞之差p0 - p∞

3 转动圆柱体，每隔10º记录一次圆柱表面压力与来流静压之差p-p

∞

4 调节来流速度，测量不同Re数时的压力分布

（说明：本装置仅可测试Re≤5×105的亚临界流动）

5 实验结束，停止风机

图1 实验装置示意

1 箱式风洞

2 实验段

3 圆柱体

4 测压孔

5 倾斜式微压计

6 皮托管

7 调节风门

五 数据记录与处理

室温t a 大气压强p a 空气运动粘度 m 2/s

圆柱直径m D=48×10-3

m 来流动压压头 来流静压压头 mmH 2O

a

a

t p

+=27346

.0ρ h u ∆ρ

81.92⨯=∞

ν

D u ∞=

Re

填入下面的表格，画出压力系数随角度变化的图线，如图2所示。 θº h-h ∞ c p θº h-h ∞ c p 0 180 10

190

20 200

30 210

40 220

50 230

60 240

70 250

80 260

90 270

100 280

110 290

120 300

130 310

140 320

150 330

160 340

170 350

六思考

1 如何固定皮托管的尖端对准来流？如何检查？

2 已知表面的压力分布，可以计算圆柱体单位长度受到的压差阻力（形状阻力）

⎰=πθθ20

cos d pR F p

R 为圆柱半径。但该式不能直接应用，因为p=f(θ)很难用简单函数表达。通常用数值方法求，下式是否正确？ )105

cos(36

2)(81.91

35

2

1i h

h R F i i

i p

++∑=+=π

3 测量来流动、静压和表面压差，想一想如何提高测量精度？

图 2 平行流绕圆柱压

力系数

1——理论压力系数

2——亚临界流动时的压力系数 3——超临界流动时的压力系数

绕圆柱体压力分布的测定

一、实验目的

二、实验原理

1.理想流体平行绕流圆柱体作无环量流动

(1)圆柱体表面的速度分布规律：

圆柱体表面上任一点的压力p，

(2)无因次的压力系数c p

2.实际流体平行绕流圆柱体作无环量流动(1)实际流体动压

（2）圆柱体表面任一点压力与来流压力之差压力系数

三、实验设备

四、实验步骤

1.了解实验风洞。

2.安装皮托管。

3.开启风洞，测量来流的总压p 0与静压p ∞的差值(h 0-h ∞)，mmH 2O 。

4.转动圆柱体，每间隔10°测量一次圆柱体表面压力p 与来流静压p ∞的差值，mmH 2O ，共计19次。

5.调整风洞的速度，重复3、4步骤，测得不同雷诺数下的另一组压力分布。

6.停机。 五、实验报告

1.记录以下数据,计算亚临界情况下的u ∞和Re,并用实测数据计算出的c p 值数列入表1。

室温t a ＝ ℃ 大气压力p ＝ mmHg

圆柱体直径D ＝ m 空气运动粘度ν ＝ m 2

/s

亚临界:h 0 - h ∞＝ mmH 2O

a

a

t p +=27346

.0ρkg/m 3

，)

(81

.920∞∞

-⨯=

h h u

ρ

m/s ，νD u ∞

=Re

表 1（Re= ）

θ0 h-h ∞ c p θ0 h-h ∞ c p 0 180 10 190 20 200