平板边界层测试实验

1、3.15平板边界层测试实验一、实验目的：通过测定平板边界层内的流速剖面加深对边界层概念的认识。计算边界层厚度5、位移厚度5=动量厚度0。掌握总压管和微压计测压技术和测速原理。二、实验原理壁面流动边界层当实际流体以较人的速度U沿物体壁而流动时，壁面上满足不滑移条件。在壁面附近垂直方向来流速度从UV迅速跌落为零，形成速度梯度较人的剪切薄层，称为边界层。实验气体绕平板作定常流动时，边界层沿流动方向的变化如图（1）所示。边界层沿平板逐渐増厚，开始是层流，经过一段时间后转变成湍流。流态转变由当地雷诺数Re决定。图一平板边界层示意图“UxRe,式中x为从平板前缘点算起的距离，v为流体运动粘度。转按雷诺数由

2、多种因素决定，如来流湍流度、壁面粗糙度等，因此转换雷诺数值有一定的范围。平板边界层转按的卜临界雷诺数约为R=3.2x10边界层厚度定义习惯上，边界层厚度定义为边界层外边界流速达到來流速度的99%时的厚度。这是带有人为因素的概念，称为名义厚度。较为客观的厚度概念有位移厚度F和动鼠厚度0,定(9)义如F(2)(3)式中u(y)为边界层内速度分布函数。如果测得了边界层的速度分布曲线撅刃，就可以分别画出(1-为)口y和#(1#)y曲线，并能计算曲线卜面的面积，即(2)、(3)式的积分值，从而得到$和&值。几种厚度的理论计算值为了与实测值进行比较，几种厚度理论公式介绍如卜(推导过程省略)层流边界层(布拉

3、修斯解)8=5.0 x/jRe(4)=1.72Lr/7(5)=0.664%/Re(6)湍流边界层湍流边界层尚无通用的理论解。対沿光滑平壁的湍流边界层，流速分布可表示成幕函数形式f=(F常取=58。取=7时(4x10vRev3.2x106)湍流边界层厚度公式为8=0.37x/#Re(8)=0.046a7/Re70=0.036%/Rev(10)三、实验设备简介实验装置如卜图所示气体由风机吹入稳压箱，经收缩段后进入实验段。在实验段中心轴线位置安装一铝质平板，长L=300mm,而光滑一面粗糙。平板能沿轴线上下移动，以便选择不同的测鼠截面。在实验段出II装有一小型总压管，连接一个螺旋测微器，用以调节总压

4、管的横向位置。将总压管接触到平板时的位置作为测量的起始点，此时指示灯发亮。四、实验步骤1，调节水平泡，使微压计处水平，固定斜管的倾斜位置。调整零位调节阀使斜管液面指零，并使总压管与微压计多项接头的“+”接通。检査实验平板位置是否与实验段轴线重合。测崑并记录空气温度和人气压，及其相应的实验平板长度厶，总压管管II高度b,总压管修正系数0,微压计常数因子K。将指示灯电线的一端接到实验板上，另一端接到总压管上，顺时针转动螺旋测微器使总压管与平板接触，此时指示灯会发亮。接近板时要小心，以免损坏总压管。并记录相应螺旋测微器读数，作为初始坐标值y0接通电源，取走实验台上的活动板，开启风道中的调节阀到最大位

5、置，流动稳定后，记录测点的微压计读数/?。逆时针旋转螺旋测微器提高测点位置。每转一圈増加0.5mm,每一格则増加0.01mm。靠近平板的区域布点要密，间距为0.020.03mm。随纵坐标y的增加，间距可逐渐增加为0.05,0.3甚至1mm,直到微压计读数基本保持不变，说明已到达外流区。在外流区中任意测三点流速取平均值，作为外流流速。每测一点记录纵坐标值及和应的微压计读数各点距平板的距离为y=(y-y0)+-。6,如测最平板边界层厚度的变化(即5随x的变化规律)可移动实验板的位置，使总压管位于不同的A-值处，用同样方法测量。五、实验要求与成果分析记录有关常数，将测得值和/?记录在表格中。根据测量计算U,u/U,u(l-u/U)/Uo如果是层流边界层还计算=yjufvx,湍流边界层计算y/5。绘制以y为纵坐标，以u/U,u(l-it/U)/U为横坐标的关系图，借助计算机求出并与理论值作比较。层流边界层绘制以为为纵坐标，以为横坐标的关系图，在此图上绘出实测曲线并与布拉修斯理论曲线比较。湍流边界层用双対数纸绘制以y/5为纵坐标，以/”为横坐标的关系图，从而可以看出其速度分布的幕函数规律，并且求出幕次值。六、数据记录1,有关常数人气压强化=空气温度T=总压管修正系数卩=空气密度=空气运动粘度=压力计常数因子n=2，