低速氣流平板邊界層速度分布測量試驗指導書

鄭州航空工業(yè)管理學院航空工程試驗中心

一、試驗目的

1.測量低速氣流在平板上形成的邊界層速度分布，加深相識氣流的粘

性特征和粘性作用強弱范圍。

2.熟識皮托管結(jié)構(gòu)，駕馭其測速方法。

3.熟識傾斜測壓計結(jié)構(gòu)，駕馭其測壓方法，能夠正確運用千分尺。

二、試驗通用規(guī)范

1.按時按地點參與試驗，試驗分組進行，愛惜試驗室試驗儀器和設備,

不準碰撞或隨意移動儀器或設備，不許亂跑亂動和大聲喧嘩。

2.試驗前，各組學生必需細致預習，閱讀試驗指導書和教材、書籍等

有關(guān)資料，了解試驗目的、原理方法、操作步驟與留意事項。

3.試驗起先前，聽從試驗指導老師的支配，細致聽講，細致了解試驗

設備和儀器的操作方法和留意事項，確定組長與組內(nèi)人員試驗分工。

4.試驗中，嚴格根據(jù)相應試驗操作規(guī)程，集中精力，有條不紊，細致

操作，照實視察和記錄各種試驗數(shù)據(jù)和有關(guān)試驗現(xiàn)象，初步進行肯定數(shù)據(jù)

處理和分析。

5.試驗過程，如出現(xiàn)異樣狀況，應與時向指導老師匯報。

6.試驗后，試驗記錄數(shù)據(jù)交指導老師檢查，并按要求將試驗儀器設備

裝置復位。

7.在規(guī)定時間內(nèi)，按要求編寫完成并上交試驗報告，留意報告除原始

記錄數(shù)據(jù)外，試驗數(shù)據(jù)的處理和分析等內(nèi)容不得相互抄襲。

三、平板流體邊界層概念

當勻直氣流流向平板時，由于粘性作用使緊貼平板表面處的流速

為零，離開板面速度漸漸增大，最終復原到相當于無粘勢流的速度，對平

板來說即等于前方來流的速度抬了，見圖1。由于空氣粘性很小，只要來

流速度不是很小時，流速變更大的區(qū)域只局限在靠近板面很薄的氣流層

內(nèi)，層中粘性切應力對流淌影響不能忽視，這一薄層氣流通常叫作邊界層

或附面層氣流。自板面起沿著它的法線方向，至達到99%無粘流速度必處

的距離，人為規(guī)定為邊界層厚度(6)。

圖1平板流淌邊界層

增加來流勢流的湍流度或板面的粗糙度，將會變更板而上邊界層的形

成和分布特性。對于沿光滑平板迎角為零的紊流邊界層，其速度分布與法

向坐標y的閱歷關(guān)系之一為：

由此得出的邊界層厚度結(jié)果是：

當空氣運動粘度i/=15xl(r6時，在產(chǎn)0.2m、〃。=30m/s狀況下，計算

出邊界層厚度6二5小口，可見氣流邊界層一般是很薄的。

四、試驗裝置與測量原理

邊界層試驗是在小型多功能氣動力學試驗臺上進行的，圖2是試驗臺

和邊界層測量裝置示意。經(jīng)風機加功增壓后，氣流進入穩(wěn)壓箱，經(jīng)收縮段

流入試驗段。沿試驗段中心軸線上，安裝一塊試驗平板。試驗段側(cè)面固定

裝有畢托管，此畢托管可沿水平方向移動，位移量用千分尺測量。借此可

測量不同y坐標的邊界層速度〃(y)。平板可以沿著試驗段的滑槽移動，從

而變更畢托管口與平板起端的距離必借此可以測量若干個斷面的邊界層

速度分布。

邊界層畢托管口為鴨嘴形扁平口，其寬度約為0.3nimo畢托管口中心與

平板的距離用千分尺測量，方法是：

漸漸轉(zhuǎn)動千分尺的旋鈕，使畢托管漸漸靠近平板。當畢托管的管口抵

達平板時，此時千分尺讀數(shù)為起始讀數(shù)，這時畢托管管口中心與平板的距

離約為0.15mm。當移動畢托管到新位置時，登記千分尺的讀數(shù)，此讀數(shù)與

起始讀數(shù)相減，再加上0.15mm,就得到畢托管口中心與平板的距離。留意:

千分尺讀數(shù)精度為0.01mm。千分尺旋鈕每轉(zhuǎn)一格，畢托管移動0.01mm；

旋鈕旋轉(zhuǎn)一圈，畢托管移動0.5皿人

畢托管事實上是一根L形總壓管，以測量氣流的總壓值R。因邊界層

氣流測量處已暴露于四周大氣中，此處壓強值近似保持為當?shù)卮髿鈮褐祬^(qū)。

在不行壓低速流場中，每一點處的氣流總壓巳等于該點處的靜壓和動壓

之和，這樣用畢托管測定各點的流速的計算式可寫為：

穩(wěn)壓箱

0

位移千分尺

CT

實L

驗畢托省一

鋁

平

板

平板邊界層實晚裝置」

圖2試驗臺和測量裝

置

因此要測平板上氣流邊界層速度分布，只須要測出沿平板法線（y）

上各點氣流總壓值即可。試驗時，采納多管傾斜壓力計進行壓強測量，見

示意圖3o

這樣邊界層內(nèi)各測點處的氣流速度值為：

式中，兒——多管傾斜壓力計所運用的水液重度

A/,.——各測點總壓管與外界大氣壓的液柱高度差

p一一空氣的密度（試驗時依據(jù)當時室溫柔大氣壓計算得

出）

0——多管傾斜壓力計的傾角

五、試驗測量步驟

本試驗測量3人斷面的速度分布。斷面位置大致為奸150廊，200mm,

250mmo試驗風速大小依靠調(diào)速電機電壓來實現(xiàn)，電機應按規(guī)定操作，不

要亂摸亂動，防止觸電。

（1）視察試驗裝置，了解各種部件構(gòu)造和作用。旋轉(zhuǎn)千分尺旋鈕，千

分尺移動順暢。熟識千分尺讀數(shù)，旋鈕每轉(zhuǎn)一格，畢托管位移O.Olnrni。

（2）松開固定平板的螺絲，移動平板，使畢托管管口與平板前端口的

距離約為150mm,并登記實際測出的距離數(shù)。

（3）將傾斜液柱多管微壓計的測壓管調(diào)到適當角度，通常在30。~

50°范圍內(nèi)某個角度。即可。若有氣泡，將氣泡吸出。檢查多管壓力計

液柱凹凸基準，熟識其上游標卡尺讀取液柱高度值方法。

（4）填寫有關(guān)試驗常數(shù)于表1中。

（5）打開試驗臺桌面的方形孔蓋和底板圓形孔蓋，啟動風機使電壓

達到120V-150V某個值，穩(wěn)定2分鐘，登記電壓值于表1中，試驗中保持

此電壓值不變。留意傳壓軟皮管接口不能漏氣。

（6）輕輕移動畢托管，當畢托管抵達平板，確認千分尺的起始讀數(shù)，

并填入表2中。

（7）第一點測量結(jié)束后，移動畢托管，進行下一個點的測量。

在最初的幾個測點，測點間距約為0.03飛.05mm；隨離平板變遠，測

點間距可漸漸增加為0.TO.5mm；當發(fā)覺連續(xù)三個測點其傾斜測壓管的讀

數(shù)基本不再變更時，即認為測量位置已達層外勢流區(qū)，本斷面測量結(jié)束，

并將這三點流速值的平均值近似作為層外勢流的流速值為。測量中，按表

2規(guī)定的內(nèi)容分別填寫記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（8）移動平板，對新的斷面用以上方法進行測量，將試驗數(shù)據(jù)填寫于

表2中。

（9）三個斷面的測量全部結(jié)束后，關(guān)閉風機，整理臺面，結(jié)束試驗。

六、試驗記錄和數(shù)據(jù)處理表

試驗記錄和數(shù)據(jù)處理表見表1和表2o

表1試驗條件常數(shù)記錄表

大氣溫度（溫大氣壓強（氣氣流密度（計氣流粘性系

度計讀數(shù)）壓計讀數(shù)）算值）P數(shù)〃（Pas）

試驗(℃)(Pa)(依//)

條件

常數(shù)

用平板光面測壓管水液體測壓管傾斜風機電壓值

或用粗糙面重度角度6(°)(V)

Y*(N/m3)

1000X9.81

設備名小型多功能氣動力學試驗臺，臺號____。

稱，臺號

表2試驗數(shù)據(jù)和處理記耒表

測千各測點各測點距總壓對應大氣壓讀數(shù)差測點速

量分千分尺板面的高的對應的度

截尺讀數(shù)度距離yk測壓管讀測壓管(mm)計算值

面初y'i(y'i-y'chu)數(shù)讀數(shù)/i

位讀(mm)+0.15(m/s)

置數(shù)(mm)(mm)(mm)

Xychu

((mm

mm)

)

七、試驗報告要求

按時按要求提交試驗報告，用A4紙并有封面，正文內(nèi)容要求為:

（1）寫出試驗目的。

（2）寫出試驗裝置與測量原理。

（3）給出試驗原始記錄與數(shù)據(jù)處理結(jié)果，在坐標紙上畫出速度分布曲

線