流体力学实验指导书（2012春） - 386105077 - 图文

流体力学实验一

水洞、水槽流动显示实验

一、实验目的

1． 在水洞中观察飞机模型周围流谱及流速与脉线形状的关系；

2． 通过调节水槽中水流速度、观察不同绕流物体周围流形变化，进一步了解层流流动

与湍流流动的区别、卡门涡街的产生、流动分离现象等流体流动规律； 3． 学习设计流动显示方法。 二、实验装置及用品

1． 水洞水槽联合实验台（水洞及水槽部分示意图分别如下）

2． 飞机模型及绕流物体

本实验所用绕流物体主要是为利于灌装染色液的内部空心的物体，外形为单一圆柱体、组合圆柱体、三角断面柱体、矩形断面柱体、翼型等。 3． 实验用品

本实验所用物品主要是固体高锰酸钾、溶解杯、注射针头等。 三、实验步骤

1． 将适量高锰酸钾颗粒放入溶解杯中，加入适量清水，搅拌成为高锰酸钾水溶液，并将其

中部分溶液注入水洞实验染色液瓶中。 2． 开启系统水泵。

3． 首先在水洞中观察飞机模型绕流现象。 4． 改变水洞实验段流速，观察绕流现象的变化。 5． 将其中一种实验用绕流物体放入水槽实验段。

6． 将高锰酸钾水溶液注入中空绕流物体中或绕流物体上游，观察绕流现象。 7． 改变水槽中流动状态，使其从层流到湍流变化，观察绕流现象的变化。 8． 更换不同绕流物体重复第5-8步。 四、实验报告填写内容

1． 绘制不同绕流物体及流谱简图(至少三种)。 2． 简述上述实验现象，并进行分析和解释。

3． 该实验可否对水槽中流动速度做定量测量、如何测量？ 4． 你了解的其它流动显示方式有哪些？

五、基于实验一的同学自己感兴趣的任选课余拓展实验内容建议

1． 设计新型绕流物体以在水洞、水槽中观察及分析其流谱与预计形状的异同及其原因。模

型可自行设计加工，也可绘图后联系加工单位。

2． 作为与本实验染色剂法的比较，设计、制作氢气泡流动显示实验台。首先完成实验台及

实验模型设计、给出原材料及配套设备购置清单。加工制作可全部自行完成，也可部分委托其它加工单位。

3． 其它你认为可行的实验内容……

流体力学实验二

动量法测定机翼阻力

一、 实验目的

研究二元机翼尾迹中的流速分布，并根据动量定理确定翼型的阻力系数，从而掌握一种测定型阻的方法。 二、 实验原理

气流流过机翼表面时，由于粘性作用，在机翼壁面上形成边界层，在机翼后面形成尾迹旋涡。根据动量定理，可以确定气流流过二元机翼时单位展向长度机翼上受到的阻力。

如图所示，在流场中作控制面，该控制面由两部分组成：一是远离机翼的矩形面ABCD，其中BC与AD平行于来流方向，其间距为h，AB和CD与来流方向垂直；控制面的另一部分取在二元机翼表面上。设AB截面上气流参数为未扰动的来流参数p，p0，ρ，v，CD截面上的气流参数为p'，p'0，ρ'，u'。此处按不可压缩流体考虑，有ρ=ρ'。由于尾迹中气流速度明显地低于来流速度，因此可知必有一部分流体质量通过BC与AD流出上述控制面，该部分气流的质量为：

h2h?2m??vh???u'dy'

这部分流量带出的x方向的动量近似地为：

h2h?2mv?(?vh???u'dy')v

单位时间内净流出控制面ABCD的流体所具有的在x方向的动量

h2h?2??u'2dy'?mv??v2hh2h?2

????u'(v?u')dy'应等于作用在控制体内流体上的外力在x方向的分量，如忽略流体的质量力，则

h2h?2(P?P)h?FX????u'(v?u')dy'?FX?(P?P')h???u'(v?u')dy'这里FX是单位长度模型作用在气流上的力，其方向与来流相反，它的反作用力就是单位长度模型受到气流的阻力。

如果控制面CD位于机翼后很远，则P'很接近于P，因而可认为P'=P，于是阻力

h2h?2'h2h?2

FX???u'(v?u')dy'

在尾迹以外u'=v，所以上式只要在尾迹中积分就可以了。为了量测方便，一般不取CD，而取较靠近机翼(如距离机翼后缘

3弦长)的EF面为控制面。因为流体在机翼后，只受到粘性4力的作用，速度梯度不大时，粘性力的作用也不大，可以近似地认为沿尾迹内同一流束上的

总压不变，即：P0?P0

1－低速风洞 2－二元对称机翼模型 3－微型总压管 4－数控精密二维洞内坐标架

5、6－倾斜微压计 7－四自由度洞外坐标架

'‘’在CD与EF间取一宽度为单位长的流束，由连续方程，有：

u''?dy''???u'?dy'??

dy''故u?u 'dy'\伯努力方程为： P0?P?''''1''211?u?P'??u'2?P??u'2 2221'2?u?P0''?P 21'''' ?u''2?P0?P

2即有 所以 u?'''2?2(P0''?P)

u?在AB截面上有

?(P0''?P'')

1P0＝P＋?v2

2故 v?阻力系数Cx定义为

Cx?而阻力 Fx?将以上各量代入得

2?(P0?P)

Fx 212?v?b?1'EF?CD?u(v?u)dy???u\(v?u')dy\

P0''?P)dy''

P0?P''2EP0''?P''(1? Cx??FbP0?P其中

P0”?P“?P0?PP0\?P0?P0?P?P?P\

P0?PP0?P“P?P”0?1??

P0?PP0－PP0”－PP“P0－P0”0－P0＋P0－P＝＝1－

P0－PP0－PP0－PP0?P“P0?P“2EP?P”00?(1?1?)dy'' 所以 Cx??1?bFP0?PP0－PP0?P式中(P－P)表示来流与尾迹内的静压差，实验表明此差值甚小，本实验中小于1毫米水柱，可以忽略，于是阻力系数简化为：

”

2ECx??bF''P0?P“P0?P0”“01?(1?1?)dy

P0－PP0－PP0?P0”P0－P0”(1?1?) 令 ?(y)?1?P0－PP0－P则 Cx?2E'''' ?(y)dy?Fb