二维圆柱低速绕流静压分布测量实验指导书

1、圆柱表面低速气流压强分布测量实验指导书郑州航空工业管理学院航空工程实验中心一、实验目的1用皮托管测量低速实验段出口气流速度，掌握皮托管测速的基本原理和方法。2测量二维圆柱体表面不同位置气流的压强分布，加深理解圆柱体表面低速粘性绕流特性，掌握物体绕流表面压强分布测量的基本原理和方法。二、实验通用规范1按时按地点参加实验，实验分组进行，爱护实验室实验仪器和设备，不准碰撞或任意移动仪器或设备，不许乱跑乱动和大声喧哗。2实验前，各组学生必须认真预习，阅读实验指导书和教材、书籍等有关资料，了解实验目的、原理方法、操作步骤及注意事项。3实验开始前，服从实验指导教师的安排，认真听讲，仔细了解实验设备和仪器的

2、操作方法和注意事项，确定组长及组内人员实验分工。4实验中，严格按照相应实验操作规程，集中精力，有条不紊，认真操作，如实观察和记录各种实验数据和有关实验现象，初步进行一定数据处理和分析。5实验过程，如出现异常情况，应及时向指导教师汇报。6实验后，实验记录数据交指导教师检查，并按要求将实验仪器设备装置复位。7在规定时间内，按要求编写完成并上交实验报告，注意报告除原始记录数据外，实验数据的处理和分析等内容不得相互抄袭。三、实验装置与实验原理1 物体表面压强分布测定的意义首先有了压强分布图，就知道了物体上各部分的载荷分布，这是强度设计时的基本数据；其次，这又有助于了解气流绕过物体时的物理特性，如何判断

3、流动分离点位置等。在某些风洞中（如在二维风洞中，模型紧夹在两壁间而不便装天平），全靠压强分布图来间接推算出作用在机翼上的升力或力矩。测定压强分布的模型构造是：在物体表面上各测点垂直钻一小孔，小孔底与埋置在模型内部的细金属管相通，小管的一端伸出物体外，然后再通过细皮管与多管压力计上各测管相接，各测压孔与多管压力计上各测管都编有号码，于是根据各测管内液柱液面的升降高度，就可以处理得出各测点的压强值分布了。至于多管压力计的原理与普通压力计的原理相同，只是把多个管子装在同一架子上而已，这样就可同时看出很多点的压强分布情况了；并且，为提高量度的准确性，排管架的倾斜度可任意改变。2 小型气动实验台和圆柱体

4、测压模型本实验是在小型立式开口低速气动力实验台上来进行的。图1（a）是实验台构成示意，风机将气流压入稳压箱，气流经过稳压箱与收缩段，使低速气流射入实验段。试验段风口截面40×160，实验段气流常用速度1520m/s。图1（b）是实验台的实验段，二维圆柱体即安装在实验段的中部。图1 圆柱表面气流压强分布实验测量装置为了测量圆柱体表面绕流压强分布，在其表面开设一个测压孔并用导管将此气流压强引出。圆柱体可以绕其中心轴连续转动。导管的出口在圆柱体的轴线上，在此用软管将测点压强引至外部测压管，见图1（c）。借此通过转动圆柱体到不同角度位置，分别进行气流压强测量，就能够测出整个圆柱体表面的压强分

5、布了。3 实验段进口气流速度的测定先将皮托管伸进实验段进口处，也即收缩段出口截面处。低速不可压气流从稳压箱进入实验段，按理想流体应用伯努利方程并不计气流重力势能影响，则有： 式中，p0是稳压箱气流的总压，p和v分别是收缩段出口均匀气流静压和流速，为空气来流的密度。 由此，可得经修正后的风速公式：。是皮托管校正修正系数（1），通常接近于1，本实验取为1。4 二维圆柱体模型表面气流测压将二维圆柱体模型安装在实验段的中部。实际气流有粘性，边界层内的气流顺流而下，将形成尾流区而破坏圆柱体理想压强的对称性并形成压差阻力。在圆柱表面上圆周角=的范围内，选择若干测点，在某一个风速下，即可逐次测出圆柱体表面的

6、压强值。是测点位置的圆周角度，且从前驻点位置开始算起。一般来说，测点数N须大于30，10°，在0°-90°之间的压强变化比较大宜多布置测点（）。 四、实验方法和步骤1记录实验台编号和有关实验常数, 填入表1，其中倾斜液柱多管压力计参见图2。 图3倾斜式多管液柱差压计表1 实验条件常数记录表实验条件常数气动实验台设备编号圆柱模型直径d ()大气温度（读气温计）()大气压强（读气压计）(Pa)小型立式低速气动实验台，编号 35大气密度计算值（）空气粘性系数a （Pa.s）空气气体常数R 测压管水液体重度(N/m3) 287061000×9.812将倾斜液柱多

7、管微压计的测压管调到适当角度，通常在20°50°范围内某个角度 即可，若有气泡将气泡吸出。检查多管压力计液柱的高低基准，会用游标卡尺精确读取液柱高度数值。 3将皮托管伸进收缩段出口截面附近，并固定好。4将多管测压计的测压管调至适当角度（建议=35°45°），检查塑料传压软管连接情况，记下总压和静压所对应的管路编号，并填入表2。5打开实验台桌面的方形孔盖和底板圆形孔盖，启动风洞使电压达到125V，稳定2分钟,注意传压软皮管接口不能漏气。本实验使用调速电机，实验时应小心操作，防止触电，不要随意拨动开关!6将电压调到100V，稳定1分钟，开始进行该电压下实验段

8、进口风速测量。当多管压力计液柱稳定后，分别记录测压管、测压管液面长度读数l0、 l， 填入表2。7逐次增大电压值，每次稳定1分钟，分别进行此电压下实验段进口风速的测量，记录测压管、测压管液面长度的读数l0、 l 分别填入表2中。本实验，实验段来流速度值（单位: m/s）用下式进行计算：式中，为空气流密度，为压力计液体重度, 长度单位用m。表2 实验段进口风速测量记录表测压管管路号测压管管路号测压管倾斜角度（°）序号电压值（V）测压管液面长度读数l0 （）测压管液面长度读数l （）实验段进口风速测定值（m/s）雷诺数Re=aVd/a1100212531504175520062258将风

9、机电压降低为零，风洞停车。9将皮托管从收缩段移走，并固定到原来位置。10安装圆柱体模型于试验段插口上，检查倾斜液柱多管微压计液柱及连接软管情况，调测压管至适当角度（建议=45°左右），记下测压管所对应的管路编号及测压管所对应的管路编号，填入表3。11将圆柱模型测点的圆周角度调至0°位置。12开启风洞，并建议将电压调到125V或150V。13在固定的电压下，在圆柱模型测点为0°位置情况下，进行圆柱表面第1个测点压强的测量。当多管压力计液柱稳定之后，分别记录和测压管液面长度的读数值l和l，填入表3中.14改变测点的角度到下一个值，进行新测点的压强测量和记录，填入表3中

10、。应用下式计算压强差（单位：Pa），注意公式中长度单位要化为m：pp=-W（l-l）sin 表3 圆柱绕流模型表面测压记录表测压管管路号测压管管路号测压管倾斜角度（°）风机电压值（V）测点角度值i（°）p测压管液面长度读数l （）测压管液面长度读数l （）液面长度读数差l-l （）压强差计算值（Pa）051015202530354045505560657075809010012015017018015测量全部结束，经指导教师检查测量数据后，关闭风机，整理实验台。五、实验结果处理和分析1计算各电压下的进口风速值V和Re=aVd/a，绘制风速随电压值的变化曲线，分析其变化特点。2计算圆柱表面各点气流压强差pp ，填入表3中，计算实验雷诺数，绘制压强差在圆柱体表面上的分布曲线，分析其变化特点。六、实验考核方法实验报告内容一般包括实验名称、目的、实验仪器、实验原理、实验系统框图、实验步骤、实验数据的记录、数据处理、实验结果分析。其中，实验仪器需注明仪器名称及型号；实验原理及实验步骤应简单清楚；所记录的实验数据应该是实验原始数据，其单位换算以及可疑数据的剔除应放在数据处理的过程中；实验结果分析应结合实验目的、实验中的现象及所学