平板流动粘性附面层测定实验指导书

低速气流平板边界层速度分布测量试验指导书郑州航空工业管理学院航空工程试验中心

一、试验目的

1.测量低速气流在平板上形成的边界层速度分布，加深认识气流的粘性特性和粘性作用强弱范围

2.熟悉皮托管构造，掌握其测速措施

3.熟悉倾斜测压计构造，掌握其测压措施，可以对日勺使用千分尺

二、试验通用规范

1.准时按地点参与试验，试验分组进行，爱惜试验室试验仪器和设备，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.试验前，各组学生必须认真预习，阅读试验指导书和教材、书籍等有关资料，理解试验目的I、原理措施、操作环节及注意事项

3.试验开始前，服从试验指导教师的安排，认真听讲，仔细理解试验设备和仪器日勺操作措施和注意事项，确定组长及组内人员试验分工

4.试验中，严格按摄影应试验操作规程，集中精力，有条不紊，认真操作，如实观测和记录多种试验数据和有关试验现象，初步进行一定数据处理和分析

5.试验过程，如出现异常状况，应及时向指导教师汇报

6.试验后，试验记录数据交指导教师检查，并按规定将试验仪器设备装置复位

7.在规定期间内，按规定编写完毕并上交试验汇报，注意汇报除原始记录数据外，试验数据的处理和分析等内容不得互相抄袭

三、平板流体边界层概念当匀直气流流向平板时，由于粘性作用使紧贴平板表uO面处的流速为零，离开板面速度逐渐增大，最终恢复到相称于无粘势流的速度,对平板来说即等于前方来流的速度了，见图由于空气粘性很小，只要来流速度不是很uO1小时，流速变化大日勺区域只局限在靠近板面很薄的气流I层内，层中粘性切应力对流动影响不能忽视，这一薄层气流一般叫作边界层或附面层气流自板面起沿着它的法线方向，至到达无粘流速度处的距离，人为规定为边99%uO界层厚度6图1平板流动边界层增长来流势流的湍流度或板面的I粗糙度，将会变化板面上边界层的形成和分布特性对于沿光滑平板迎角为零的紊流边界层，其速度分布与法向坐标丫的经验关系之一为O由此得出的边界层厚度成果是:1/5S=

0.37x—\u xo当空气运动粘度时，在x=

0.2m u0=30m/s状况下，计算出边界层厚度5=5mm,可见气流边界层一般是很薄日勺

四、试验装置与测量原理边界层试验是在小型多功能气动力学试验台上进行H勺，图2是试验台和边界层测量装置示意经风机加功增压后，气流进入稳压箱，经收缩段流入试验段沿试验段中心轴线上,安装一块试验平板试验段侧面固定装有毕托管，此毕托管可沿水平方向移动，位移量用千分尺测量借此可测量不一样y坐标的I边界层速度uy平板可以沿着试验段的滑槽移动，从而变化毕托管口与平板起端的距离x,借此可以测量若干个断面的边界层速度分布边界层毕托管口为鸭嘴形扁平口，其宽度约为

0.3mm毕托管口中心与平板的距离用千分尺测量，措施是慢慢转动千分尺的I旋钮，使毕托管慢慢靠近平板当毕托管的管口抵达平板时，此时千分尺读数为起始读数，这时毕托管管口中心与平板的距离约为

0.15mm当移动毕托管到新位置时，记下千分尺的读数，此读数与起始读数相减，再加上

0.15mm,就得到毕托管口中心与平板的I距离注意千分尺读数精度为

0.01mm千分尺旋钮每转一格，毕托管移动

0.01mm；旋钮旋转一圈，毕托管移动

0.5mm毕托管实际上是一根L形总压管，以测量气流区I总压值pO因边界层气流测量处已暴露于周围大气中，此处压强值近似保持为当地大气压值pa在不可压低速流场中，每一点处日勺气流总压POi等于该点处日勺静压和动压之和，这样用毕托管测定各点的流速的计算式可写为%二-Pa）稳压箱位移千分尺czn二~毕托管因此要测平板上气流边界层速度分布，只需要测出沿平板法线（y）上各点气流总压值即可试验时，采用多管倾斜压实蛉铝平极U LJ平板边界层实嗡装置〃图2试验台和测量装置力计进行压强测量，见示意图3这样边界层内各测点处的气流速度值为:图3倾斜式多管液柱差压计式中，——多管倾斜压力计所使用日勺水液重度——各测点总压管与外界大气压的液柱高度差p——空气的密度（试验时根据当时室温和大气压计算得出），——多管倾斜压力计日勺倾角

五、试验测量环节本试验测量3个断面叫速度分布断面位置大体为x=150mm,200mm,250mmo试验风速大小依托调速电机电压来实现，电机应按规定操作，不要乱摸乱动，防止触电

（1）观测试验装置，理解多种部件构造和作用旋转千分尺旋钮，千分尺移动顺畅熟悉千分尺读数，旋钮每转一格，毕托管位移

0.01mm

（2）松开固定平板日勺螺丝，移动平板，使毕托管管□与平板前端口的距离约为150mm,并记下实际测出时距离数

（3）将倾斜液柱多管微压计的测压管调到合适角度，一般在30〜50范围内某个角度6即可若有气泡，将气泡吸出检查多管压力计液柱高下基准，熟悉其上游标卡尺读取液柱高度值措施

（4）填写有关试验常数于表1中5打开试验台桌面H勺方形孔盖和底板圆形孔盖，启动风机使电压到达120V-150V某个值，稳定2分钟，记下电压值于表1中，试验中保持此电压值不变注意传压软皮管接口不能漏气6轻轻移动毕托管，当毕托管抵达平板，确认千分尺时起始读数，并填入表2中7第一点测量结束后，移动毕托管，进行下一种点日勺测量9在最初的几种测点，测点间距约为

0.03〜

0.05mm；随离平板变远，测点间距可逐渐增长为

0.1〜

0.5mm；当发现持续三个测点其倾斜测压管的读数基本不再变化时，即认为测量位置已达层外势流区，本断面测量结束，并将这三点流速值的平均值近似作为层外势流的I流速值u0测量中，按表2规定时内容分别填写记录有关数据8移动平板，对新日勺断面用以上措施进行测量，将试验数据填写于表2中三个断面的测量所有结束后，关闭风机，整顿台面，结束试验六试验记录和数据处理表试验记录和数据处理表见表1和表2表试验条件常数登记表1大气温度温度计大气压强气压计气流粘性系数气流密度计算值p读数℃读数Pa jnPa.s kgln}试验条件常数测压管水液体测压管倾斜风机电压值用平板光面或用粗重度糙面角度@°VV wN/m31000X

9.81小型多功能气动力学试验台，台号设备名称,台号表试验数据和处理登记表2大气压对应各测点千读数差测点速度千分尺各测点距板面总压对应日勺的测压管读测量AZ初读数分尺读数的高度距离yi测压管读数z计算值截面数位y chuyi二mm/i4置mm mmy i-y chu1m/sX mmmm+

0.15mmmm

七、试验汇报规定

（1）准时按规定提交试验汇报，用A4纸并有封面，正文内容规定为:3写出试验装置与测量原理

（2）写出试验目的J给出试验原始记录及数据处理成果，在坐标纸上画出速度分布曲线（类似图4）,计算三个测量截面的特性雷诺数，对试验成果及测量误差进行讨论分析图4平板边界层气流速度分布示意图

八、参照资料

（1）工程流体力学试验，莫乃榕编著，华中科大出版社，2023年版

（2）流体力学试验指导书，北京航空航天大学,2023年汇编

（3）流体力学试验指导书，上海交通大学,2023年汇编。