三角翼烟流显示实验.doc

三角翼烟流显示实验实验指导书空气动力学与风洞实验室2007年6月三角翼烟流显示实验一概述 烟流显示分烟管法和烟线法。烟管法是利用油受热蒸发的原理，设计一个烟雾发生器，将烟雾引入风洞进行流动显示。烟线法是在风洞模型的上游横放一根与来流垂直的金属电阻丝线，或在模型特定位置固定金属电阻丝线，试验前在金属电阻丝线上涂上一层油，试验时，通电使金属电阻丝线发热，油受热发烟，形成白色烟雾，随气流向下游流去。该方法是一种三维立体显示复杂流动（如分离流动和旋涡流动）的非常简便有效的手段。其技术特点是可以在风洞中比较方便和迅速地获得模型的空间流态。可以直观的了解流体绕过模型表面发生分离的位置、分离方式和特点以及旋涡的空间演化过程。二试验设备简介：1） 风洞：是产生人工气流的设备，本次实验所用风洞为开口回流式风洞，如下图所示。其主要组成部分为实验段、扩压段、拐角和导流片，稳定段、收缩段以及动力段。实验段截面为椭圆面，其入口长轴为102cm，短轴为76cm，出口处长轴为107cm，短轴为81cm；实验段全长2m；实验段的最大流速为40m/s；紊流度为0.3%；实验段模型安装区内，速压不均匀度3%。其上游收缩段的收缩比为8.4。2） D1风洞采用可控硅控制无级调速；配置有尾撑式ab机构及内式六分量应变天平和外式四分量天平。3） 机翼模型：本实验采用后掠角为70、45的三角翼模型。翼弦b=0.4米，翼展l=0.29米。三烟线流动显示的试验原理：烟流显示的烟线技术是利用电阻丝加热的原理，当使一根0.1mm的金属电阻丝表面均匀涂抹上发烟油时，由于油的表面张力，这些油在电阻丝上会形成一系列小油珠。当电阻丝通电加热时，油滴因受热气化而形成油蒸气，并随气流离开电阻丝后，在常温的气流中又立即凝结成十分细小的油雾滴（该雾滴属于蒸汽冷凝的气溶胶，是直径约为1mm的微小液态粒子）。这些雾微粒跟随气流流动而显示可见的绕流形态，所以烟线显示实质上是以油的雾滴为示踪粒子的流动显示方法。烟线显示试验用的发烟油应以发烟白、浓密、无毒、无腐蚀性且有足够的粘性，通常风洞烟线显示试验选择甘油和石蜡油。这些油的表面张力很大，在1cm长的电阻丝上可凝结成约8个小油珠，加热后将产生8条烟线。三烟线流动显示的基本方法：烟线技术就是使电阻丝通电受热，使油蒸发产生烟雾，但这种方法产生的烟雾量少、时间短，要想获得理想的流动显示照片（图像）必须掌握好拍摄的时机，并对相机、光源以及发烟装置进行同步控制。发烟用的电阻丝宜采用电阻率大、强度高、韧性好的材料，如铂丝、钨丝及镍铬丝。丝径的选择，按以电阻丝直径d为特征长度的雷诺数40为准则选取。电阻丝的通电电源为直流电源，且电源电压是可调的，通常调节范围为几十伏300V。发烟油宜选择粘度大的油品（甘油和石蜡油）。发烟浓度的改变是靠调节烟线两端的电压来获取的，当风洞试验段流场中的风速提高时，为了保证清晰的烟流迹线须提高电阻丝线的发烟量，为此应提高烟线的端电压。实际试验中电压的选取是通过调试来确定的。只要试验段气流中烟流迹线清晰可辨，就可认为电压调节满足要求。用烟线法显示的流动图像需利用照相机或摄像机进行图像记录。但由于烟流迹线在试验过程中延续的时间很短，给照相（或摄像）带来较大困难为此，可设计专门的时间同步控制电路来保证能拍摄到清晰的烟流迹线流谱。另外图像的清晰程度和反差的好坏还取决于光源的安排。烟流显示图像记录对光源的基本要求是应具有足够的均匀照度，以便得到较强的迹线流谱散射光。对于摄像通常使用（1000W3000W）新闻灯作为连续光源。而单幅摄影课使用高亮度的闪光灯。布置光源时应尽量减少物体背影的反射光，通常拍摄背景应取成黑色。四 试验步骤 1） 将电阻丝线放置在与三角翼前缘平行的下表面，离前缘稍后的位置上，由于三角翼材质为金属，因此需使用橡胶垫块等绝缘材料固定电阻丝线，避免三角翼与电阻丝线直接接触而发生短路。2） 将三角翼模型安装于试验支架上。对机翼调水平。并将机翼的攻角a调整到0、侧滑角调整为0。3） 将电阻丝线与发烟控制线路连接，并检查线路连接是否安全准确。4） 调整拍摄光源位置直至满