平板边界层测量

1、、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 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

2、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

3、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P0P 对应的气流速度作为来流速度。4

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 uy 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， 为气体密度。相对速度为当 uy / 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1 u dy0U边界层位移厚度可写为11 dy0以为纵坐标，以 u / U 为横坐标作出实验曲线。那么

5、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0U1 dyU以为纵坐标，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5.0x/ Rex * 1.72x/ Rex * 0.664x/ Rex湍流边界层（按 1/7 幂次速度剖面）0.37x/ 5 Rex * 0.046x/ 5 Rex * 0.664x/5 Rex、速度剖面曲线、求出边界层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）5 实验报告厚度、 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。姓名：室温： 湿度：大气压：实验名称：日期： 年 月 日压力扫描仪初读数：平板边界层x = mm,p01 - p = pa, V = m/s序号 i高度 y（ mm）压力 p (pa)速度 v（ m/s）V / V12345678910x = mm,p01 - p = pa, V = m/s序号 i高度 y（ mm）压力 p (pa)速度 v（ m/s）V /