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平板边界层内的流速分布实验

平板边界层内的流速分布实验

(一).实验目的

测定平板上离前缘某一定点处边界层内的流速分布及其厚度。

(二)仪器设备

吸入式风洞~大气压强计~温度计~微压计~U形测压管~平板模型~总压探针及三维坐标架。

平板边界层内的流速分布实验

平板边界层内的流速分布实验

(三)实验原理

1.边界层外为理想流体(总压P0=P a和速度V无穷不变)。

2.边界层内为实际流体(P0和u x都在变化,Po

3.对平板而言:⊿P/⊿x=0,⊿P/⊿y=0,各点静压相同)

4.任一点的总压,静压,速度之间的关系为:P o=P j+u x^2*ρ/2

5.任一点的速度:ux=(2*g*⊿h(ρ水-ρ)/ρ)^0.5

6.边界层厚度δ的定义:在外边界上的速度ux与来流速度V无穷相差1%的点,该点据平板壁面的垂直距离为边界层厚度)

(四)数据处理

(1)当x=150mm时,Re=2.031*10^5,可以认为是层流,当X=250mm时,Re=3.38*10^5,为紊流

(2)在图一和图二中,X=150mm,实际曲线与紊流理论曲线更接近,因此为紊流在图二和图三中,X=250mm,实际曲线与紊流理论曲线更接近,因此为紊流

(3)计算得X=150mm时,层流边界层为14.35mm,紊流边界层为2.125mm

根据实验数据分析得实际边界层厚度约5.15mm,接近紊流

X=250mm时,层流边界层厚度为18.527mm,紊流边界层为3.92mm,实验得实际边界层厚度约6.80mm,接近紊流。

(4)数据记录及分析如下

表一. X为150mm的速度分布记录表

N O 坐

L(

mm

)

y

mm

)

Pa

u(m

/s)

速度

u1/V

U形

管读

h/0.3

(mmH2

O)

边界

层内

u2(m

/s)

速度

u2/V

理论

层流

速度

u(m/

s)

理论

紊流

u(m/

s)

紊流速

1 0 0.

45

164

.32

14.

789

0.692 50

15.7

80

0.732

1.44

0.

06

7

13.7

18

0.642

2 1 1.

45

118

.36

17.

238

0.807 36

17.8

62

0.829

4.61

1

0.

21

6

16.2

14

0.759

3 2 2.

45

82.

24

18.

941

0.887 25

19.3

41

0.898

7.68

9

0.

36

17.4

76

0.818

4 3 3.

45

54.

68

20.

145

0.943 16

20.4

71

0.950

10.6

10

0.

49

7

18.3

52

0.859

5 4 4.

45

37.

80

20.

847

0.976 10

21.1

92

0.984

13.3

10

0.

62

3

19.0

31

0.891

6 5 5.

45

28.

24

21.

235

0.994 8

21.4

27

0.995

15.7

26

0.

73

6

19.5

90

0.917

7 6 6.

45

26.

40

21.

309

0.997 7

21.5

43

1.000

17.7

92

0.

83

3

20.0

68

0.939

8 7 7.

45

25.

80

21.

333

0.999 7

21.5

43

1.000

19.4

45

0.

91

20.4

85

0.959

9 8 8.

45

25.

00

21.

365

1.000 7

21.5

43

1.000

20.6

20

0.

96

5

20.8

57

0.976

1 0 9

9.

45

25.

28

21.

354

0.999 7

21.5

43

1.000

21.2

55

0.

99

5

21.1

93

0.992

表二X为250mm时的速度分布记录表

N O 坐

L(m

m)

y(m

m)

Pa

u(m

/s)

u1/

V

U形管

读数

h/0.3

(mmH2

O)

边界层

内流

u2(m/s

)

u2/

V

理论

层流

速度

u(m/

s)

理论

紊流

u(m/s

)

紊流

速度

1 0 0.4

5

186

.6

13.

442

0.6

30

54 15.133

0.7

09

1.43

9

0.

06

7

13.71

8

0.643

2 1 1.4

5

145

.92

15.

815

0.7

41

43 16.853

0.7

90

4.60

9

0.

21

6

16.21

4

0.760

3 2 2.4

5

115

.92

17.

358

0.8

13

35 18.001

0.8

44

7.68

6

0.

36

17.47

6

0.819

4 3 3.4

5

90.

28

18.

576

0.8

70

28 18.949

0.8

88

10.6

05

0.

49

7

18.35

2

0.860

5 4 4.4

5

68.

32

19.

558

0.9

17

21 19.851

0.9

30

13.3

04

0.

62

3

19.03

1

0.892

6 5 5.4

5

48.

92

20.

387

0.9

55

15 20.593

0.9

65

15.7

18

0.

73

7

19.59

0.918

7 6 6.4

5

35.

96

20.

922

0.9

80

11 21.073

0.9

88

17.7

83

0.

83

3

20.06

8

0.940

8 7 7.429.21.0.99 21.309 0.919.40.20.480.960

5 5

6 182 93

99

35 91

1 5

9

8

8.45 26.32 21.312 0.999 8 21.427 1.004 20.611 0.

966 20.85

7

0.977

10

9

9.45 25.6 21.341 1.000

8 21.427 1.004 21.245 0.

996

21.19

3

0.993

图一 X 为150毫米时的速度分布曲线

平板边界层内的流速分布实验

图二 X 为250mm 时的速度分布曲线

平板边界层内的流速分布实验

图三X为250mm时的速度分布曲线

平板边界层内的流速分布实验

图四X为250mm时的速度分布曲线

平板边界层内的流速分布实验