流体力学实验.doc

《流体力学实验.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、演示实验三流谱流线显示实验（一）(一)实验目的要求演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流的定常流动，运用电化学法显示流场，使同学们对这些基本流动有一个直观了解。(二)实验装置本实验的装置如图I-3-1所示。图I-3-1流谱流线显示仪1．显示盘；2．机翼；3．孔道；4．圆柱；5．孔板；6．闸板；7．文丘里管；8．突扩和突缩；9．侧板；10．泵开关；11．对比度调解开关；12．电源开关；13.电极电压测点；14．流速调节阀；15.放空阀。（14、15内置于侧板内）本实验装置配备有：流线显示盘、前后罩壳、照

2、明灯、小水泵、直流供电装置。(三)实验原理现有的三种流谱仪，分别用于演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流。1、Ⅰ型单流道，演示机翼绕流的流线分布。由图可见，机翼向天侧（外包线曲率较大）流线较密，由连续方程和能量方程知，流线密，表明流速大，压强低：而在机翼向地侧，流线较疏，压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。实验中为了显示升力方向，在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来

3、，染色液体流动的方向，即为升力方向。此外，在流道出口端（上端）还可观察到流线汇集到一处，并无交叉，从而验证流线不会重合的特性。2、Ⅱ型单流道，演示圆柱绕流。因为流速很低（约为0.5～1.0cm/s），这是小雷诺数的无分离流动。因此所显示的流谱上下游几乎完全对称。这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致；零流线（沿圆柱表面的流线）在前驻点分为左右两支，经900点（u＝umax），而后在背滞点处二者又合二为一。驻点的流线为何可分可合，这与流线的定义是否矛盾呢？这是不矛盾的。因为在驻点上流速为零，方向是不确定

4、的。然而，当适当增大流速，Re数增大，此时虽圆柱上游流谱不变，但下游原合二为一的染色线被分开，尾流出现。3、Ⅲ型双流道。演示文丘里管、孔板、渐缩和突然扩大、突然缩小、明渠闸板等流段纵剖面上的流谱。演示是在小Re数下进行，液体在流经这些管段时，有扩有缩。由于边界本身亦是一条流线，通过在边界上特别布设的电极，该流线亦能得以演示。同上，若适当提高流动的雷诺数，经过一定的流动起始时段后，就会在突然扩大拐角处流线脱离边界，形成漩涡，从而显示实际流体的总体流动图谱。利用该流线仪，还可说明均匀流、渐变流、急变

5、流的流线特征。如直管段流线平行，为均匀流。文丘里管的喉管段，流线的切线大致平行，为渐变流。突缩、突扩处，流线夹角大或曲率大，为急变流。特别强调的是，上述实验中，其流道中的流动均为恒定流。因此，所显示的染色线既是流线，又是迹线和脉线（染色线）。因为流线是某一瞬时的曲线，线上任一点的切线方向与该点的流速方向相同；迹线是某一质点在某一时段内的运动轨迹线；脉线是源于同一点的所有质点在同一时刻的连线。固定在流场的起始段上的电极，所释放的颜色流过显示面后，会自动消色。放色——消色对流谱的显示均无任何干扰。另

6、外，在演示中如将泵关闭一下再重新开启的话，还可看到流线上各质点流动方向的变化。演示实验四流谱流线显示实验（二）(一)实验目的要求演示流体在多种不同形状流道中的非定常流动图案，鲜明地显示不同边界流场的迹线、边界层分离、尾流、涡旋等流动图谱，便于学生们直观理解流体非定常流动的基本特征及其产生机理。(二)实验装置本实验的装置如图I-4-1所示。图I-4-1显示面过流道示意图(三)实验指导各实验仪演示内容及实验指导提要如下：ZL—1型（图I-4-1、1）用以显示逐渐扩大、逐渐收缩、突然扩大、突然收缩、壁

7、面冲击、直角弯道等平面上的流动图像，模拟串联管道纵剖面流谱。在逐渐扩散段可看到由边界层分离而形成的旋涡，且靠近上游喉颈处，流速越大，涡旋尺度越小，紊动强度越高；而在逐渐收缩段，无分离，流线均匀收缩，亦无漩涡，由此可知，逐渐扩散段局部水头损失大于逐渐收缩段。在突然扩大段出现较大的漩涡区，而在突然收缩段只在死角处和收缩断面的进口附近出现较小的漩涡区。表明突扩段比突缩段有较大的局部损失，而且突缩段的水头损失主要发生在突缩断面后部。同时由于本仪器突缩段较短，故流谱亦可视为直角进口管嘴的流动图像。在管嘴进

8、口附近，流线明显收缩，并有涡旋产生，致使有效过流断面减小，流速增大，从而在收缩断面上出现真空。在直角弯道和壁面冲击段，也有多处漩涡区出现。尤其在弯道流中，流线弯曲更剧烈，越靠近弯道内侧，流速越小。近内壁处，出现明显的回流，形成的回流范围较大，将此与ZL－2型中圆角转弯流动对比，直角弯道涡旋大，回流更加明显。ZL—2型（图I-4-1、2）显示文丘里流量计、孔板流量计、圆弧进口管嘴流量计以及壁面冲击、圆弧形弯道等串联流道纵剖面上的流动图像。由显示可见，文丘里流量计的过流顺畅，流线顺直，无边界层分离和