圆柱绕流阻力实验(压强分布法)

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0,2sinrVVVθθ∞==(1)式中∞V为来流速度。圆柱表面任一点的压强ip与来流压强p∞的关系满足伯努利方程2222ipVpVggggθρρ∞∞+=+(2)式中ρ为流体密度。以压强系数PC表达流体压强的分布2214sin12iPppCVθρ∞∞−==−(3)由于压强分布沿圆柱面前后对称，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DF。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20cos12DDPFCCdVAπθθρ∞==∫(4)式中A为圆柱的迎风特征面积，压强系数PC由（3）式确定。实验中由多管压力计分别测量ipp∞−和212Vρ∞()imippghhρ∞∞−=−(5)201()2mVkghhρρ∞∞=−(6)式中ih为测点的静压水头高，0h来流的总压水头高，∞h为来流的静压水头高，mρ测压计中液体密度，k为测压系统损失修正系数。这样（4）式中压强系数可表为0()iphhCkhh∞∞−=−(7)测定PC后代入(4)式求出DC，并计算圆柱阻力DF。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θ由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123456气体温度t=________0C；圆柱直径d=_________mm；运动粘度ν=________m2/s；圆柱长度L=________mm；多管测压计倾角α=______0；损失系数k=____________；测压计液体密度mρ=__________N/m3；来流总压0h=____________mm液体柱高；201()2Vkghhρρ∞∞=−=_______N/m2；来流静压∞h=____________mm液体柱高。θhiCPCPcosθθhiCPCPcosθ00-0050-50100-100150-150200-200250-250300-300350-350400-400450-450500-500550-550600-600650-650700-700750-750800-800850-850900-900950-9501000-10001100-11001200-12001300-13001400-14001500-15001600-16001700-17001800-1800六、数据整理与分析1．根据测得数据按(12)式算出CP及CPcosθ值来。2．用方格纸绘制以CP为纵坐标θ为横坐标的CP分布图（参考图3）。图33,绘制以CPcosθ为纵坐标θ为横坐标的CPcosθ-----θ图（参考图4）。4,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θ=700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。θcospC1.00.50-0.5-1.00306090120150180θ图4