DQS系列空气动力学多功能实验装置.doc

水力学及流体力学实验仪系列产品
DQS系列空气动力学多功能实验装置
DQS系列空气动力学多功能实验装置
简介
该装置相当于小型风洞,为组装式结构。由主机和多种易更换实验段组成,流量可以控制。专家鉴定评价“仪器属国内首创,填补了我国成套流体力学实验装置的空白,主要性能指标达到”。获北京市科研成果叁等奖及清华大学优秀新产品奖。
该装置已有100多所高校购买,并销售到国外。在清华大学及兄弟院校应用20多年的基础上,又对稳压箱、收缩段、风道及测量仪器等进行了改进,使工作段流体更加稳定、便于量测。并将实验台前后面板改为活动面板,采用组装式吸音箱,使其易于安装及维修保养。
主机的基本构件及功能,风机提供气流,在压出段设有流量调节阀门,气流通过风道进稳压箱流速减慢进入阻尼网,阻尼网由二层细密钢丝网构成,可将流体较大尺度的旋涡破碎,使气流均匀地进入收缩段,经过收缩段可将收缩段进口的速度不均匀度缩小n2倍,n为收缩比,本收缩段的收缩比较大。收缩曲线应用波兰人维托辛斯基曲线。收缩段出口接各种实验段,实验排放的气流由实验台面的孔口进吸音箱回到风机入口,如图1所示。
多管测压计,设有可改变角度的测压排管及调平设置,当测某点压强时取与大气连通的测压管与该点测压管的读数差,即为测点的压强水头,如图2所示。







图 1 图 2
实验项目及其实验指导书
实验项目设平板边界层、圆柱绕流阻力、紊动射流、矩形弯道压强分布等4项实验。
一)、平板边界层实验
(一)实验目的
,从而确定流速分布指数规律、边界层名义厚度、位移厚度、动量厚度
、能量厚度。
。
(二)实验段简图
稳压箱内的气流经过阻尼网及收缩段均匀进入实验段,在实验段轴心位置安装一块一面光滑一面粗糙的平板,平板可沿轴线滑动,在实验段的出口装有精致的鸭咀形毕托管,㎜,并配有千分卡尺,灯光显示设置和多管测压计,见图1-1。
(三)实验原理及计算式

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,判别过渡位置的特征值是雷诺数,如图1-2所示。
若量测断面坐标为,则该断面为
(本装置用代表) ( 1-1 )
其中为空气运动粘滞系数,
为动力粘滞系数,为空气密度。
°K时,
90°K<T<300°K时,n取8/9,代入

紊流边界层内的流速分布用指数律表示为图 1 - 1
( 1-2 )

式( 1-1 ) 、( 1-2 )中
量测断面纵向坐标
量测点的横向坐标
测点流速
量测断面处的边界层厚度(即处的值) 图 1-2
量测断面处的边界层外主流流速
通过对该断面流速分布的量测,以及对实验数据的处理,并绘制双对数图,可确定指数n值的大小。根据资料介绍为时,其光滑壁面的n值约为7。可根据n值计算、、。
亦可在已知速度剖面的条件下计算各种厚度,二者的计算式分别为:
边界层位移厚度( 1-3 ) ( 1-3 )’
边界层动量损失厚度( 1-4 ) ( 1-4 )’
边界层能量损失厚度( 1-5 ) ( 1-5 )’

根据元流能量方程,毕托管处的驻点压强为
( 1-6 )
为空气容重,为大气压强,测点流速为
( 1-7 )
用测压计测定,根据静压基本方程为
( 1-8 )
为测压管内流体的容重,为垂直的液柱高,即大气连通测压管与测点测压管的读数差,当测压排管与垂线的夹角为时。值为,(为测压计斜管读数),其,代入式( 1-7)
( 1-9 )
式( 1-9)中,
( 1-10 )
式( 1-10)中为大气压。1㎜Hg=
为气体常数(焦耳/千克·绝对温度)
为绝对温度值
(四)实验步骤
-1所示装好实验段。调多管测压计底座使其水平,调酒精库使管液位在160㎜左右,排管与垂线夹角。酒精库内液位在管子的中部,取走实验台面的活动板。将指示灯电线一端接到实验板上,另一端接到毕托管上。顺时针旋转千分尺使毕托管向实验板靠近,一定要缓慢旋转,以免碰坏毕