《工程流体力学》课程教学资源（实验指导书）多功能附面层实验

天煌教仪 www.tianhuang.cn THXFM-1型多功能附面层实验装置 目录 第一节《THXFM-1型多功能附面层实验装置》概述 2 一、装置组成 .2 二、装置工艺流程 3 三、装置参数 4 四、装置主要器件说明」 第二节平板附面层速度分布测定实验 .5 一、实验目的. 5 二、实验装置与流程 5 三、实验原理和方法 5 四、实验操作步骤和注意事项 7 五、实验数据记录 8 六、实验报告 8 七、思考题 .8 第三节绕流圆柱体表面压力分布测定实验 9 一、实验目的 .9 二、实验装置与流程 …9 三、实验原理和方法 .9 四、实验操作步骤和注意事项 11 五、实验数据记录 11 六、实验报告 12 七、思考题. 12 第四节绕流机翼表面压力分布测定实验 13 一、实验目的 13 二、实验装置与流程 13 三、实验原理和方法 .14 四、实验操作步骤和注意事项 14 五、实验数据记录 15 六、实验报告 .16 七、思考题. 16 附录 …16 天煌料技 -1- 天煌教仪

THXFM-1 型 多功能附面层实验装置 天煌科技 - 1 - 天煌教仪 目 录 第一节《THXFM-1 型 多功能附面层实验装置》概述........................................................................ 2 一、装置组成.....................................................................................................................................2 二、装置工艺流程.............................................................................................................................3 三、装置参数.....................................................................................................................................4 四、装置主要器件说明.....................................................................................................................4 第二节 平板附面层速度分布测定实验...................................................................................................5 一、实验目的.....................................................................................................................................5 二、实验装置与流程.........................................................................................................................5 三、实验原理和方法.........................................................................................................................5 四、实验操作步骤和注意事项.........................................................................................................7 五、实验数据记录.............................................................................................................................8 六、实验报告.....................................................................................................................................8 七、思考题.........................................................................................................................................8 第三节 绕流圆柱体表面压力分布测定实验.......................................................................................... 9 一、实验目的.....................................................................................................................................9 二、实验装置与流程.........................................................................................................................9 三、实验原理和方法.........................................................................................................................9 四、实验操作步骤和注意事项.......................................................................................................11 五、实验数据记录...........................................................................................................................11 六、实验报告...................................................................................................................................12 七、思考题.......................................................................................................................................12 第四节 绕流机翼表面压力分布测定实验.............................................................................................13 一、实验目的...................................................................................................................................13 二、实验装置与流程.......................................................................................................................13 三、实验原理和方法.......................................................................................................................14 四、实验操作步骤和注意事项.......................................................................................................14 五、实验数据记录...........................................................................................................................15 六、实验报告...................................................................................................................................16 七、思考题.......................................................................................................................................16 附录........................................................................................................................................................... 16

天煌教仪 www.tianhuang.cn THXFM-1型多功能附面层实验装置 第一节《THXFM-1型多功能附面层实验装置》概述 在许多不同的工业领域内，都涉及到空气动力学，如：飞行器的气动力特性测试、高层建筑 物及大跨度结构物的风力载荷测试、交通工具的气动阻力及稳定性测试、流体机械叶轮机的性能 测试、环保工程的污染源扩散测试、计量工程的各种测速仪器的校验测试等。 本设备为一直流式低速风洞，可利用该风洞进行平板附面层、圆柱、机翼等模型的空气动力 学实验。 风门 收敛段 实验段 多管测压计 过波 风机 图11装置图片 图1-2模型效果图 一、装置组成 本实验装置由实验对象和电控箱组成。实验对象由实验风道（收敛段、实验段、过渡段）、 实验件、速度测针、附面层探针、座标器、导轨、风机、风门、多管测压计、实验台等组成。电 天煌料技 -2- 天煌教仪

THXFM-1 型 多功能附面层实验装置 天煌科技 - 2 - 天煌教仪 第一节《THXFM-1 型 多功能附面层实验装置》概述 在许多不同的工业领域内，都涉及到空气动力学，如：飞行器的气动力特性测试、高层建筑 物及大跨度结构物的风力载荷测试、交通工具的气动阻力及稳定性测试、流体机械叶轮机的性能 测试、环保工程的污染源扩散测试、计量工程的各种测速仪器的校验测试等。 本设备为一直流式低速风洞，可利用该风洞进行平板附面层、圆柱、机翼等模型的空气动力 学实验。 图 1-1 装置图片 图 1-2 模型效果图 一、装置组成 本实验装置由实验对象和电控箱组成。实验对象由实验风道（收敛段、实验段、过渡段）、 实验件、速度测针、附面层探针、座标器、导轨、风机、风门、多管测压计、实验台等组成。电

天煌教仪 www.tianhuang.cn THXFM-1型多功能附面层实验装置 控箱由漏电保护器、电源开关、 电源指示灯等组成。 二、装置工艺流程 实验台是一个吸气式风洞，空气经收敛段、实验段、过渡段，最后通过风机排入大气。在实 验段内，可以得到一平行均匀的气流。调节风机出口的风门，可以改变气流的速度。在实验段内 安设不同的测试件和相应的测试装置，可进行不同的实验。装置结构如图1-3、1-4、1-5所示。 1一收敛段、2一实验段、3一过渡段、4一离心通风机、5一测速毕托管、6一座标器、7一附面层 速度探针（毕托管）、8一导轨、9一卷尺盒、10一电池盒 图13装置结构示意图 12%机翼 8机 21机现 1一12%机翼模型、2一8%机翼模型、3一21%机翼模型、4一圆柱模型 图1-4实验试件模型示意图 天煌料技 3- 天煌教仪

THXFM-1 型 多功能附面层实验装置 天煌科技 - 3 - 天煌教仪 控箱由漏电保护器、电源开关、电源指示灯等组成。 二、装置工艺流程 实验台是一个吸气式风洞，空气经收敛段、实验段、过渡段，最后通过风机排入大气。在实 验段内，可以得到一平行均匀的气流。调节风机出口的风门，可以改变气流的速度。在实验段内 安设不同的测试件和相应的测试装置，可进行不同的实验。装置结构如图 1-3、1-4、1-5 所示。 1 2 3 4 5 7 9 6 8 10 9 1—收敛段、2—实验段、3—过渡段、4—离心通风机、5—测速毕托管、6—座标器、7—附面层 速度探针（毕托管）、8—导轨、9—卷尺盒、10—电池盒 图 1-3 装置结构示意图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 12%机翼 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 8 8%机翼 21%机翼 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 圆柱体 1 2 8 9 10 16 1—12%机翼模型、2—8%机翼模型、3—21%机翼模型、4—圆柱模型 图 1-4 实验试件模型示意图

@ 天煌教仪 www.tianhuang.cn THXFM-1型多功能附面层实验装置 1一测压管、2一U型压差计、3一支架、4一连通管、5一输水管、6一小水箱、7一通气孔 图15测压系统结构示意图 三、装置参数 装置外形尺寸：1500mm×600mm×1200mm。 平板模型：500mm×60mm。 圆柱体模型：￠60mm×60mm,在圆柱体上沿圆周表面均匀地开有16个测压小孔，并在端 部引出测压管。 机翼模型1：厚弦比为8%，在机翼上下表面均匀分布有15个取压孔，并在端部引出测压管。 机翼模型2：厚弦比为12%，在机翼上下表面均匀分布有16个取压孔，并在端部引出测压 管。 机翼模型3：厚弦比为21%，在机翼上下表面均匀分布有16个取压孔，并在端部引出测压 管。 测压系统：测压板上固定有2个U型管和17根测压管，17根测压管均与测压板背面的小水 箱相连，小水箱高度可以上下任意调节。 四、装置主要器件说明 1.离心通风机的使用说明 开启离心通风机后，风机出口风门应出风。如若进风，请改变电机的相序，在拆下电机接线 盒前，必须先切断电源。 2.测压系统的使用说明 多管测压计，设有可改变角度的测压排管及调平装置，当测取某点压强（表压）时取该点测 压管与大气测压管读数之差，即为该测压点的压强（表压）。 天煌料技 -4 天煌教仪

THXFM-1 型 多功能附面层实验装置 天煌科技 - 4 - 天煌教仪 2 1 3 4 7 6 5 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1—测压管、2—U 型压差计、3—支架、4—连通管、5—输水管、6—小水箱、7—通气孔 图 1-5 测压系统结构示意图 三、装置参数 装置外形尺寸：1500mm×600mm×1200mm。 平板模型：500mm×60mm。 圆柱体模型：￠60mm×60mm，在圆柱体上沿圆周表面均匀地开有 16 个测压小孔，并在端 部引出测压管。 机翼模型 1：厚弦比为 8%，在机翼上下表面均匀分布有 15 个取压孔，并在端部引出测压管。 机翼模型 2：厚弦比为 12%，在机翼上下表面均匀分布有 16 个取压孔，并在端部引出测压 管。 机翼模型 3：厚弦比为 21%，在机翼上下表面均匀分布有 16 个取压孔，并在端部引出测压 管。 测压系统：测压板上固定有 2 个 U 型管和 17 根测压管，17 根测压管均与测压板背面的小水 箱相连，小水箱高度可以上下任意调节。 四、装置主要器件说明 1．离心通风机的使用说明 开启离心通风机后，风机出口风门应出风。如若进风，请改变电机的相序，在拆下电机接线 盒前，必须先切断电源。 2．测压系统的使用说明 多管测压计，设有可改变角度的测压排管及调平装置，当测取某点压强（表压）时取该点测 压管与大气测压管读数之差，即为该测压点的压强（表压）

0 天煌教仪 www.tianhuang.cn THXFM-1型多功能附面层实验装置 第二节平板附面层速度分布测定实验 一、实验目的 1.通过实验证实：当粘性流体绕物体流动时，靠近物体壁面处确有“附面层”存在。从而 加深对“附面层”基本特征的理解。 2.测定平板附面层的速度分布。 3.测定平板附面层厚度沿流动方向的变化。 4.掌握毕托管和测压计的测速原理和测量技能。 二、实验装置与流程 速度探针 附面层测针 座标器 导轨 图2-1平板附面层速度分布装置示意图 如图2-1所示，实验时在风洞的实验段内装入一块带有尖劈的光滑平板，平板与上壁面平行。 在实验段上壁面处安设导轨，由千分尺改制的座标器可在导轨上沿实验段作轴向移动。一支附面 层速度测针装在座标器上，此速度测针可在实验段内上下、前后移动，其空间位置(x,y)可在 标尺上读出。 三、实验原理和方法 1.平板边界层的流速分布 实际流体因存在粘性，紧贴壁面的流体将粘附于固体表面，其相对速度为零，沿壁面法向随 着与壁面距离的增加，流体的速度逐渐增大，当距离为时，其速度达到未受扰动的主流流速， 这个厚度为的薄层称为边界层，通常规定从壁面到4，=0.990处的距离作为边界层的厚度。 边界层的厚度沿平板长度方向是顺流渐增的，在平板迎流的前段是层流边界层，如果平板足 够长，则边界层可以过渡到紊流，表示转变的特征参数是临界雷诺数Rx,如图2-2所示。 天煌料技 5- 天煌教仪

THXFM-1 型 多功能附面层实验装置 天煌科技 - 5 - 天煌教仪 第二节 平板附面层速度分布测定实验 一、实验目的 1．通过实验证实：当粘性流体绕物体流动时，靠近物体壁面处确有“附面层”存在。从而 加深对“附面层”基本特征的理解。 2．测定平板附面层的速度分布。 3．测定平板附面层厚度沿流动方向的变化。 4．掌握毕托管和测压计的测速原理和测量技能。 二、实验装置与流程 速度探针 附面层测针 座标器 导轨 x 图 2-1 平板附面层速度分布装置示意图 如图 2-1 所示，实验时在风洞的实验段内装入一块带有尖劈的光滑平板，平板与上壁面平行。 在实验段上壁面处安设导轨，由千分尺改制的座标器可在导轨上沿实验段作轴向移动。一支附面 层速度测针装在座标器上，此速度测针可在实验段内上下、前后移动，其空间位置（x，y）可在 标尺上读出。 三、实验原理和方法 1．平板边界层的流速分布 实际流体因存在粘性，紧贴壁面的流体将粘附于固体表面，其相对速度为零，沿壁面法向随 着与壁面距离的增加，流体的速度逐渐增大，当距离为δ时，其速度达到未受扰动的主流流速 u0， 这个厚度为δ的薄层称为边界层，通常规定从壁面到 ux=0.99 u0处的距离作为边界层的厚度。 边界层的厚度沿平板长度方向是顺流渐增的，在平板迎流的前段是层流边界层，如果平板足 够长，则边界层可以过渡到紊流，表示转变的特征参数是临界雷诺数 Rex，如图 2-2 所示