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

0∞-==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

22220∞∞+=+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

221

∞

∞

-=

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

2

21∞

=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p 0与静压p ∞之差p 0 - 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。

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）

⎰=π

θθ20

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？

)105cos(36

2)

(81.9135

21i 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= ）

表 3（Re= ）

*式中 0()/()p c h h h h ∞∞=--

2.根据实测数据画出表1曲线图,并对实验所得压力分布曲线进行分析。

六、思考题

在测量h 0,h ∞和h i (i =0—19)时,采用什么措施能够尽可能地提高测量精度?