流体力学实验讲义.pdf

上海交通大学流体力学实验 流体力学实验 指导书 （I） 实验设备简介 实验一 流体静压强测定试验 实验二 流体粘性效应显示实验 实验三 流体的相对平衡实验 实验四 烟风洞流谱显示实验 实验五 流体流动状态判别实验 实验六 伯努利能量守恒实验 实验七 毕托管测速实验 实验八 流体动量定律实验 实验九 直管沿程水头损失测定实验 实验十 机翼表面压强分布测定实验 实验十一 激光多普勒测速对比实验 实验十二 平面狭缝流动的流场显示 （海雷肖试验） 实验十三 旋涡仪流谱显示实验 实验十四 圆柱绕流压力分布实验 实验十五 平板附面层实验 实验十六 大流量校验实验 1 上海交通大学流体力学实验 流体力学设备简介 一.风洞实验设备简介 1.风洞实验的基本原理 风洞实验的依据是流动的相对性和相似性，相适性教科书以叙述，流动 的相对性原就是:当物体以一定的速度在空气中向前运动时，物体所受到的气 动力与物体保持不动，空气以同样的速度反方向吹过物体时,物体所受到的气动 力完全相同。 正是从这些原理出发,人们设计了风洞，风洞实际上就是人们专门设计的 一种管道,采用适当的动力装置在管道中人为的造成空气流动，用来进行各种类 型的空气动力学实验。 2.风洞的分类 ：低速风洞A :实验段中气流速度一般小于100m/s,有回流式 直流式两种。 ：高亚音速风洞B ：气流的 M数的范围是 0.3〈M0.8，从外观上看它与低 速风洞没有很大区别,基本上是回流式,大多采用两级以上轴流式风扇. C：跨音速风洞:气流的M数范围为0.8M1.5,其显著特点是不是工作段必 须是双层的，外层与大气隔绝，内外层间的压力可以调节，另外内层壁面上开有 孔或槽，一方面消除模型在跨音速时所产生的激波反射现象，另一方面用来防止 在低超音速时被模型壅塞而不能工作。 D：超音速风洞：M数的范围在1.5M4.5，为节省动力，一般为暂冲式， 采用下冲或抽吸的方法造成较高的压力比，结构见下图。 1.安定段; 2.整流段; 3.总压段; 4.收缩段; 5.拉瓦尔喷管; 6.工作段; 7.模型; 8.第二喉道; 9.亚音速扩压段; 10.激波; 11.压力计; 12.调压阀 E．高超音速风洞：M数的范围在4.5M10,这类风洞需要高压气源和真空 罐，由于气流在加速过程中膨胀的极为厉害，使试验段气流的静温极低,需要装 有空气加热器，预先提高收缩段的气体温度，以防止空气液化。 F．气流M数大于10，其利用氧氢燃烧产生高压来压缩空气而产生激波， 激波后的高温高压气体再经拉瓦尔喷管膨胀加速后产生极高速的气流。这类风洞 M数高达20，但试验段空气极为稀薄，相当于极高速的洲际导弹在高空飞行状态。 次外，按风洞的特殊用途可分成低湍流风洞、变密度风洞、叶珊风洞、 2 上海交通大学流体力学实验 环境风洞、计量风洞、烟风洞等。工作方式有连续式和暂冲式，试验段的构造可 分为二元的和三元的、开口的和闭口的。 ．3回流式低速风洞的构造原理 1.安定段; 2.蜂窝器; 3.阻尼网; 4.收缩段; 5.模型; 6.天平; 7.试验段; 8.压力平衡孔;9.扩压 段; 10.电动机; 11风扇; 12.反扭导流片; 13.整流体; 14.回流段; 15.拐角; 16.导流片; 低速风洞的速度小于100米/秒，M数小于0.3，空气仍然可当作不可压缩 的，目前已发展得比较完善，其形式很多，而使用最广泛的是回流式风洞，下 面就分段介绍其结构和功用。 A. 实验段：实验段是安装模型的地方，要求流速最快最均匀，风洞的设计首先 要保证试验段的流速和一个均匀的、湍流度较低的流场。实验段有开口闭口 之分