平板边界层测试实验

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1、3.15平板边界层测试实验一、实验目的：1，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。∗2．计算边界层厚度δ、位移厚度δ、动量厚度θ。2，掌握总压管和微压计测压技术和测速原理。二、实验原理1，壁面流动边界层当实际流体以较大的速度U沿物体壁面流动时，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，形成速度梯度较大的剪切薄层，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。边界层沿平板逐渐增厚，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。x图一平板边界层示意图UxRe=xν(1)式中x为

2、从平板前缘点算起的距离，ν为流体运动粘度。转捩雷诺数由多种因素决定，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。平板边界层转捩的下临界雷诺数约为5Re=×3.210xcr,2，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来流速度的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δ和动量厚度θ，定义如下，δu∗δ=−∫(1)dy0U（2）δuuθ=−∫(1)dy0UU（3）式中uy()为边界层内速度分布函数。u如果测得了边界层的速度分布曲线uy()，就可以分别画出(1−)y和Uuu∗(1−)y曲线，并能

3、计算曲线下面的面积，即（2）、（3）式的积分值，从而得到δ和UUθ值。3，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下（推导过程省略）层流边界层（布拉修斯解）δ=5.0/Rexx(4)∗δ=1.721/Rexx(5)θ=0.664/Rexx(6)湍流边界层湍流边界层尚无通用的理论解。对沿光滑平壁的湍流边界层，流速分布可表示成幂函数形式1uy=()nUδ(7)36常取n=58。取n=7时(410×<<×Re3.210)湍流边界层厚度公式为δ=0.37/x5Rex（8）δ∗=0.046/Rex5x(9)θ=0.036/Rex5x(10)三、实验设备

4、简介实验装置如下图所示123451.收缩段;2.平板;3.实验段;4.螺旋测微器;5.总压管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，一面光滑一面粗糙。平板能沿轴线上下移动，以便选择不同的测量截面。在实验段出口装有一小型总压管，连接一个螺旋测微器，用以调节总压管的横向位置。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，使微压计处于水平，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。2，检查实验平板位置是否与实验段轴线重合。3，测

5、量并记录空气温度和大气压，及其相应的实验平板长度L，总压管管口高度b，总压管修正系数ϕ，微压计常数因子K。4，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y。05，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置，流动稳定后，记录测点的微压计读数Δh。6，逆时针旋转螺旋测微器提高测点位置。每转一圈增加0.5mm，每一格则增加0.01mm。靠近平板的区域布点要密，间距为0.02~0.03mm。随纵坐标y的增加,间距可逐渐增

6、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V。每测一点记录纵坐标值y′及相应的微压计读数Δh，各0b点距平板的距离为y=(y′−y)+。026，如测量平板边界层厚度的变化（即δ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x值处，用同样方法测量。五、实验要求与成果分析1，记录有关常数，将测得y′值和Δh记录在表格中。2，根据测量计算uuUu,/,(1/)/−uUU。如果是层流边界层还计算η=yUvx/，湍流边界层计算y/δ。∗3，绘制以y为纵坐标，以uUu/,(1/)/−uUU为

7、横坐标的关系图，借助计算机求出δ,θ并与理论值作比较。4，层流边界层绘制以为uU/、为纵坐标，以η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。5，湍流边界层用双对数纸绘制以y/δ为纵坐标，以uU/为横坐标的关系图，从而可以看出其速度分布的幂函数规律，并且求出幂次n值。六、数据记录1，有关常数大气压强p=----------------------空气温度T=--------------------------------a总压管修正系数ϕ=-------------------空气粘度μ=---------------------