平板附面層速度分布的實驗

一、實驗目的

1、測出平板上不同點處，在某一雷諾數下的附面層內的流速分布及附面層厚度。通過實驗進一步了解層流和紊流附面層的特征。

2、熟用儀器、設備、掌握測量方法。

二、試驗設備

上圖是實驗設備儀器的簡圖。在風洞的實驗段垂直于兩側壁面安裝一塊長600mm，寬200mm 帶尖劈的光滑平板。在試驗段上部安放導軌。坐標儀可以沿試驗段作軸向滑動，滑動距離X由導軌上的刻度指示。附面層測針固定在坐標儀上，當測針升降的距離，由坐標儀的螺旋微器的刻度指示,分辨率0.01mm 。用來測附面層速度分布的測針，其直徑為0.8mm。所測總壓p和靜壓p1引入微壓計。

三、實驗步驟

1、熟悉實驗設備及儀器

2、調好微壓計。將測針固定在坐標儀上，測針上的總壓和靜壓分別與微壓計“+"、“-"端相連。

3、啟動風洞，實驗段風速約20m/s.

4、記錄測針與板面接觸時測微器的讀數，在距平板前緣x=9mm處測點密些，每次調整0.5mm，在距平板前緣x=350mm處測點可稀些，每次調整1mm取一次讀數，直到再次增加距離時動壓沒有顯著的變化為止。

四、基本原理及計算公式

由實驗證實，對于實際的粘性流體繞物體表面流動，而在較大雷諾數時，緊貼物體表面為一薄流層，該薄流層的速度梯度較大，在此薄流層內，速度由零值逐漸增大到層外勢流的速度V，我們稱此薄流層為附面層。

氣流繞平直的光滑板作定常流動時，附面層沿平板逐漸增厚，對放在氣流中的兩維平板來說，通常前面部分是層流附面層，后面部分是紊流附面層，兩者之間存在一個過渡區。過渡區相對其特征長度而言，一般是很小的，通常假定轉換是在某一點發生，稱該點為轉折點。

對于平板，層流附面層的速度分布接近于拋物線規律，而紊流附面層的速度分布為指數曲線規律，在壁面具有更大的速度梯度，兩種流速分布差別較明顯。

若測針距平板表面保持同一高度，沿流動方向來測流速，無論是管流附面層還是紊流附面層區域，速度是沿著流向方向降低的，但在轉折區，因為這里的層流附面層反而變薄了，所以速度將突然發生回升的趨勢，見圖3。通常把曲線中部速度達到zui小值所對應的值作為轉折區開始點，速度達到zui大值x2所對應的轉折區終點。定義：當所對應的位置xT為轉折點的位置。

附面層內某一點（x,y）處的速度的計算公式如下：

式中ρ——空氣的密度kg/m3

——測針位于某一高度y時對應的微壓計讀數。

9.81——由mmH2O換成N/m2應乘的系數。

y——測量點距平板表面的垂直距離。

K ——微壓計放大倍數。

ξ——附面層測針校正系數。

在附面層上邊界（x,δ）處的速度公式如下：

式中ρ, K , ξ——同上

——測針在附面層上邊界（）時對應的微壓計讀數。

由上兩式得到：

五、實驗結果及要求

將實測數據及計算結果列入表1中。根據實驗數據按10：1比例作出在不同x處的速度分布曲線，確定附面層厚度δ的數值，并與近似計算公式比較（層流，紊流）。

六、實驗分析與討論

1、實驗作出了不同x處的速度分布線，如何確定該處的附面層厚度？

2、在測量附面層內動壓過程中，怎樣從測微壓計上直接讀出附面層的厚度？

3、當流體繞流實驗平板時，由層流變為紊流的轉折取決于哪些因素？

4、試述實驗收獲。