一、目的与任务
1、观察层流、紊流流态及其转换特征。
2、测定临界雷诺数,掌握圆管流态判别准则。
3、学习古典流体力学中应用无量钢参数进行实验研究的方法,并了解其实用意义。
4、本实验配备多媒体实验课件,可进行模拟实验演示、模拟测试、问题讨论等。
二、内容、要求与安排方式
1、实验内容与要求:演示雷诺实验全过程,测定临界雷诺数。
2、实验安排方式:观看CAI电化教学片;观看实验演示;测读数据。
三、实验步骤、
1、检查有水箱5中特制颜水水位,如水量不足应予补充。
2、开启供水电源开关并调整无级调速器达适当流量。刚旋开开关时流量最大,顺时针逐渐减小。(注意:邵峰晶调速器不能长时停留在最大流量位置,这样易损坏可控硅器件)
3、调节颜水软管上的水止,使颜水流束适宜。
4夜光蝾螺、慢慢调节实验流量调节阀9,使实验管道重复产生层、紊流态,并认真观察过度过程,
5、实验结束前关紧颜水软管上的水止,然后关闭电源开关。
6、如需测试临界雷诺数,可用尾部重量法测流装置依次测定流量。
四、设备
1、雷诺实验仪1套;多媒体计算机及CAI电化教学片软件一套。
2、消耗性器材:蒸馏水、特制颜水、量筒、可控硅调速器及零件等。
五、实验装置、
1、 自循环供水器;小夜曲托斯蒂2、实验台; 3、可控硅无级调速器; 4、恒压水箱; 5、有水水管;
6、稳水孔板;2061计划 7、溢流板; 8、实验管道; 9、实验流量调节阀。
七、实验报告要求、
1、 根据实测记录,计算临界雷诺数。
2、 试说明对本实验的认识及对实验现象的理解。
一 实验目的:
1.熟悉多管压差计测量圆柱体压强分布的方法;
2.了解利用压力传感器、数据采集系统测量绕流圆柱表面压强分布的方法; 二 实验装置:
1. 小型风洞或气动台;
2. 多管压差计;
3. 压力传感器,数据采集模块及其系统。
三 实验原理:
1. 小型风洞或气动台经风机产生的气流经过稳压箱,收缩段,进入实验段。圆柱体安装在实验段的中部。气动台稳压箱的气流速度近似为零,其压强可认为是驻点压强p0。小型风洞在试验段上部设置了一个正对来流方向的导管,为驻点压强p0。实验段中分布比较均匀的气流,速度为V∞,压强为p∞。气流绕圆柱体流动时,流动变得复杂起来。本实验为了测量圆柱体表面各点的压强分布,在圆柱体表面开设一个测压孔,测压孔通过一个细针管接出与多管压差计或压力传感器相连,细针管垂直方向装有指针,当转动圆柱时其转角通过角度盘指针的读数来表示,因而随着测压孔位置的改变,即可将绕圆柱体整个壁面上的压强分布测出。
图2.2.1 圆柱表面压强分布实验装置
2. 多管压差计的方法测量原理:
在流体力学中,绕流阻力即流体绕物体流动而作用于物体上的阻力,由摩擦阻力和压强阻力构成,其相对于小得多,在本实验中可忽略不计。其压强用无量纲的参数——压强系数CP来表示:
由伯努利方程
推导得到各个不同角度测点的压强系数
( 2-2-1 )
式中为圆柱体不同测点压强。为稳压箱压强(或称驻点压强,总压),P由收缩段出口测得(或来流压强,静压),为流体密度、V为来流流速,为圆柱体测点在多管压差计上的读数,为静压读数,为总压读数。
对无环量理想流体绕流圆柱体的压强阻力系数的理论解为
( 2-2-2 )
对多管压差计实验装置,来流动压为
( 2-2-3 )
式中为稳压箱压强,为收缩段压强。来流流速为
( 2-2-4 )
式中为空气的容重、为测压计内液体的容重、为测压计排管与垂线的夹角,为总压与静压压差计上的差值。
物体的阻力包括粘性阻力和压差阻力,粘性阻力很小,可以忽略不计,因此阻力FD和阻力系数CD可以表示为
(2-2-5)
(2-2-6)
式中,是测点位置的圆周角度,从前驻点起算。
本实验在的范围内布置N个测点,于是动物的象征意义
(2-2-7)
通常,N=37,,但也可以不受此限制,实验者可以自己选定N和Δθ。
式中为测点法线方向与来流流体的夹角。
雷诺数 ( 2-2-8)
式中为圆柱体的直径、为流体的运动粘滞系数。
3 利用压力传感器以及数据采集系统方法:
本实验使用的压力传感器属于压阻型,承压元件是一块单晶硅膜片,膜片上台阶有4个应变电阻丝(是用集成电路工艺的扩散法制成的),膜片受压面发生变形时,电阻丝也也随之变形,电阻值发生改变。电阻的变化用电桥测量,电桥的输出电压E与膜片上、下表面的压强差成线性关系。在本章节2.1实验中已经测出这种线性关系,已知电压E就容易求得压差。
压力传感器的输出电压E由数据采集系统自动读取。本实验使用7017引江济淮工程型8路A/D转换板卡。压力传感器有两个接口,一个接高压(H),另一个接低压(L)。在本实验中,总压p0最高,因此将其引至高压接口,压力传感器的低压接口上连接一个三通开关,可以轮流切换至或P的接口。当阀门把手与气管轴线同向时,阀门开启。当阀门把手与气管轴成垂直时,阀门关闭。压力传感器在稳压直流电源下工作。