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。

（9）风洞停车。

（10）整理实验数据，按照要求完成实验报告。

注：将总压管处于边界层外均匀区时测得的P0－P对应的气流速度作为来流速度。

4数据处理：

（1）计算边界层内速度分布，速度边界层厚度。

由于边界层速度剖面是以无量纲形式画出的，不需要计算出每一点的速度，只要计算出相对速度就可以了。设y处的速度u y为

边界层外缘的速度U为

其中p0为总压管测得的压力，p为静压孔测得的压力，（p0一p）y是边界层内测得的读数。（p0一p）表示气流均匀区测得的读数，ρ为气体密度。相对速度为

当u y / U =0.99 时, 总压管的高度就是该处平板边界层的厚度。

(2) 计算边界层位移厚度及动量厚度.

边界层位移厚度定义是

边界层位移厚度可写为

以η为纵坐标，以u / U 为横坐标作出实验曲线。那么曲线下方的面积就是上式中的积分。计算积分后，乘以边界层厚度就得到位移厚度。 边界层动量厚度定义是

以η为纵坐标，以u / U 为横坐标作出实验曲线。积分后算出动量厚度。

（3）计算理论值

Blasius 解给出，层流边界层

湍流边界层（按1/7幂次速度剖面）

（4）实验报告要求

要求每个速度剖面列出实验条件、数据表格（自行设计）、速度剖面曲线、求出边界层

dy U u ⎰⎪⎭

⎫ ⎝

⎛-

=*

δδ01η

δ

=y

()ηϕ=U

u

()[]dy

⋅-=⎰*

1

1ηϕδδdy U u U u ⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎰

*

*11

δ

x

x x x x x Re /664.0Re /72.1Re /0.5***===δδδ5**5*5Re /664.0Re /046.0Re /37.0x

x x x x x ===δδδ

厚度、边界层位移厚度和边界层动量厚度，并与理论值比较。画出沿平板的层流边界层厚度曲线，并标出您的实验点位置。 5 实验报告

压力扫描仪初读数：

平板边界层