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1、3.14圆柱绕流阻力实验（压强分布法）一、实验目的 圆柱绕流实验是研究外流问题和形状阻力的典型实验。通过测量圆柱表面的压强分布， 认识实际流体绕圆柱流动时表面压强分布规律，并与理想流体相比较，理解形状阻力产生的原 因及测量、计算方法。二、实验原理理想流体均流对二维圆柱作无环量绕流时，圆柱表面任一点的速度分量为V = 0, V = 2V sin0reg(1)式中V为来流速度。圆柱表面任一点的压强p.与来流压强p的关系满足伯努利方程ipV2pV2Pg2gpg2g(2)式中P为流体密度。以压强系数C表达流体压强的分布PC P-PC i1P V 221-4sin20(3)由于压强分布沿圆柱面前后对称，
2、压强合力为零，称为达朗贝尔佯缪。实际流体绕圆柱流动时，由于粘性得影响压强分布前后不对称；特别是当流动达到一定雷诺数后，粘性边界层在圆柱后部发生分离，形成漩涡。从分离点开始圆柱体后部的压强大致接近分离点压强，不能恢复到前部的压强，破坏了前后压强分布的对称性，形成压差阻力FD。由于圆柱表面的摩擦阻力相对于压差阻力小得多，可忽略不计，阻力系数可表为cocosede(4)式中A为圆柱的迎风特征面积，压强系数C由（3）式确定。实验中由多管压力计分别测P量p -p和1 pV2i 2p -p P g(h -h )1 mipV 2 k pg(h -h)2 m 0(5)(6)co式中h为测点的静压水头高，h来流
3、的总压水头高, i0h 为来流的静压水头高， p 测压计m中液体密度，k为测压系统损失修正系数。这样(4)式中压强系数可表为h hC = ipk (h h )0g测定Cp后代入式求出CD，并计算圆柱阻力化。三、实验设备本实验是在多功能实验台上进行的，如下图示。气流由风管(1)送入稳压箱(2)经收缩段(3)流向试验段(4)，圆柱体(5)安装在试验段里，圆柱体轴线与来流方向垂直，表面上有一测 压孔，用穿过与圆柱体相垂直的试验段壁的管子将测压孔压力引向测压计(6)。圆柱体可绕 中轴转动，测压点位置角度他刻度盘上的指针读取。1.风管2稳压箱3.收缩段4.实验段5.模型6.测压管四、实验步骤1. 调整测
4、压计水平，将测压计中液面调到适中。将稳压箱、收缩段出口及圆柱体上测压管 分别联到多管测压计上，检查00时测压孔是否对准来流。2. 接通电源，开机。分别测出来流总压，来流静压及00时压力值。3. 依次转动圆柱体，在前半圆每隔50，后半圆每隔100读取压力值。注意来流总压和静压有 无变化，若有变化应取其平均值。4. 测试完毕停机断电。五、数据记录气体温度匸oc； 圆柱直径d=mm； 运动粘度=m2/s；圆柱长度1=mm ；多管测压计倾角 =0； 损失系数公=测压计液体密度卩=1m_ PV 2 =k pg(h-h )=2 go gN/m3；来流总压力=oN/m2；来流静压g.mm液体柱高；mm 液体
5、柱高。0h.CPCpcos0005010 015 020 025 030 035 040 045 050 055 060 065 070 075 080 085 090 095 0100 01100120 0130 0140 0150 0160 0170 0180 00h.CPCpcos0-0 0-5 0-100-15 0-20 0-25 0-30 0-35 0-40 0-45 0-50 0-55 0-60 0-65 0-70 0-75 0-80 0-85 0-90 0-95 0-100 0-1100-120 0-130 0-140 0-150 0-160 0-170 0-180 0六、数据整理与分析1 根据测得数据按(12)式算出Cp及Cpcos0值来。2 用方格纸绘制以戸为纵坐标9为横坐标的p分布图(参考图3)图33,绘制以Cpcose为纵坐标0为横坐标的Cpcos0#图(参考图4)。图44, 按图4积分代入(4)式计算CD,亦可用已编程序直接上机计算。5, 由图3看出Cp在9=70。左右达最低值而后略有回升，后半圆压强相当均匀。6, 讨论影响绕流阻力的各种因素。
圆柱绕流阻力实验
