西安交通大学流体力学边界层测定实验报告

实验数据处理及计算：
150mm截面数据
250mm截面数据
数据结果分析：
1.由雷诺数判断流态：
临界雷诺数Re=3∗10
流态判断：150mm截面为层流流动
250mm截面为层流向紊流过度区域2.根据边界层的速度分布判断流态：
由绘制的曲线分析，实测曲线均与紊流理论曲线吻合较好。

判断结果为：150mm截面、250mm截面均为紊流流态
3.根据边界层厚度判断流态：
层流：δ=5∗√υx
V
紊流：δ=0.37*υ1
5*x
由以上数据判断结果为：150mm截面流态为：紊流250mm截面流态为：紊流
实验总结与思考：
通过如上三种方法认为，通过实验，该平板模型在实验流场中，150mm截面处与250mm界面处均为紊流流态。

原因可能是风洞中流速过快，以及1截面选择过于靠后，因而测不到或测得层流流态。

建议下次试验对100mm截面进行测试。

思考题：
1.流体的流动状态受到哪些因素的影响？
答：Re=LVρ/μ,影响因素有特征长度L，,流速u,流体密度ρ,流体粘度μ.而温度会影响流体的粘度和密度。

2.为何层流和紊流呈现不同的速度分布规律？
答：两种状态和流动的雷诺数雷诺数小,意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位,流体各质点平行于管路内壁有规则地流动,呈层流流动状态.雷诺数大,意味着惯性力占主要地位,流体呈紊流流动状态。

流体力学实验流体力学是研究流体运动规律以及与固体的相互作用的学科，是力学的一个重要分支。

为了更好地理解和应用流体力学理论，进行流体力学实验是必不可少的。

本文将介绍流体力学实验的基本内容、实验室设备和实验方法，以及进行实验时需要注意的事项。

一、实验内容流体力学实验内容丰富多样，既包括基础的实验，也包括高级的研究性实验。

在基础实验中，可以研究流体的压力、速度、黏性、流量等基本性质，并探索流体在不同条件下的变化规律。

在研究性实验中，可以考察流体的层流、湍流、边界层以及流动稳定性等问题，进一步深入了解流体力学的复杂现象。

二、实验室设备进行流体力学实验需要较为复杂的设备，包括流体实验台、流量计、压力计、速度计、水槽等。

其中，流体实验台是实验的主要设备，可以提供不同流体条件下的实验环境，用于控制流体的流速、压力和波动等参数。

流量计、压力计和速度计则用于测量流体的流量、压力和速度等物理量。

水槽则用于容纳流体，模拟流体力学实验中的场景。

三、实验方法进行流体力学实验时，需要依照一定的实验方法进行操作。

首先，确定实验的目的和预期结果，并设计好实验方案。

其次，准备好实验所需的设备和实验材料，并对实验环境进行准备。

然后，按照实验方案进行实验操作，记录实验数据并进行分析。

最后，根据实验结果进行结论和总结。

在实验过程中，还需要注意以下几点：1. 实验操作要准确细致，确保实验数据的准确性和可靠性。

2. 实验前要对实验设备进行检查和校准，确保设备和仪器的正常工作。

3. 定期对实验设备进行维护和保养，保证设备的稳定性和长期可用性。

4. 实验时要注意人身安全，遵守实验室安全操作规程，佩戴好安全装备。

5. 在实验结束后，及时清洁实验设备和实验现场，保持实验环境的整洁和卫生。

四、实验应用流体力学实验在学术研究和工程应用中具有广泛的应用价值。

通过实验可以验证流体力学理论模型的准确性，促进流体力学理论的发展。

同时，流体力学实验可以为工程设计和实际应用提供科学依据，帮助改善工程结构的流体性能，提高工程的安全性和可靠性。

）之外的流体速度就形成：润湿→附着→内摩擦力→减速→梯度
边界层内：沿板面法向的速度梯度很边界层外：不存在速度梯度或速度梯度
流体在平板上流动时的边界层：
流动边界层：存在着较大速度梯度的流体层区域，即流速降为主体流速的99％以内的区域。

边界层厚度：边界层外缘与壁面间的垂直距离。

层流边界层：在平板的前段，边界层内的流型为层流。

湍流边界层：离平板前沿一段距离后，边界层内的流
直管内：流体须经一定的距离才能形成稳定的边界层。

由于总流量不变，中心流速增加。

边界层占据整个管截面。

与物体的长度相比，边界层的厚度很小；边界层内沿边界层厚度的速度变化非常急边界层沿着流体流动的方向逐渐增厚；
边界层中各截面上的压强等于同一截面上在边界层内粘滞力和惯性力是同一数量级边界层内流体的流动存在层流和紊流两种
圆柱后部：猫眼
扩张管（上壁有抽吸）
B
S′
A
涡，这种旋涡具有一定的脱落频率，称为卡门涡街.
湍流产生的原因：
湍动强度
在模型实验中，模拟湍流，要求雷诺数和湍动强边界层的转变、分离以及热量和质量传递系数等
依微分方程的个数：零方程模型、一方
FLUENT软件在化学处理领域主要可应用 于：
燃烧 干燥 过滤 传热和传质 材料处理 混合 反应 分离 蒸馏 喷射控制 成型 焚化 测量/控制 聚合 沉淀 通风



















。

. . 实验报告课程名称： 过程工程原理实验 指导老师： 成绩：_________________ 实验名称： 流体力学综合实验 实验类型：___ __同组学生： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得Ⅰ、流体流动阻力测定一、实验目的⑴掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。

⑵测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区λ与Re 的关系曲线。

⑶测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数ξ。

⑷识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、基本原理⑴直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：2122ff p p p l u h d λρρ∆-=== ⑴即 22fd p lu λρ∆=⑵Re du ρμ=⑶采用涡轮流量计测流量V2900Vu d π=⑷用压差传感器测量流体流经直管的压力降f p ∆。

根据实验装置结构参数l 、d ，流体温度T （查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V 、压力降 ΔPf，求取Re 和λ，再将Re 和λ标绘在双对数坐标图上。

⑵局部阻力系数ζ的测定流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径流动时平均动能的某一倍数，这种方法称为阻力倍数法。

即：'2'2ffp u h g gζρ∆== ⑸ 专业： 化学工程与工艺姓名：学号：日期：2013/9/29地点：教十1208装订线故'22fpuζρ∆=⑹根据连接管件或阀门两端管径中小管的直径d，流体温度T（查流体物性ρ、μ），及实验时测定的流量V、压力降ΔPf ’，通过式⑸或⑹，求取管件（阀门）的局部阻力系数ζ。

三、实验装置与流程实验装置如下图所示：1、水箱2、离心泵3、压差传感器4、温度计5、涡轮流量计6、流量计7、转子流量计8、转子流量计9、压差传感器 10、压差传感器 11、压差传感器 12、粗糙管实验段 13、光滑管实验段 14、层流管实验段 15、压差传感器 16、压差传感器 17、局部阻力 18、局部阻力图1 实验装置流程图装置参数：名称材质管径/mm 测量段长度/mm光滑管不锈钢管21 1000粗糙管镀锌铁管22 1000局部阻力闸阀22 640局部阻力截止阀21 620四、实验步骤⑴首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀，打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。

流体力学实验报告书编者xxxxx班级学号姓名指导老师xxxxxx建筑环境与设备工程实验室二O一O年六月流体力学实验报告书目录实验一静水压强特性实验 (2)实验二伯努利方程实验 (3)实验三文丘里流量计流量系数测定实验 (5)实验四动量定律实验 (7)实验五雷诺数实验 (9)实验六毕托管测流速实验 (10)实验七沿程水头损失实验 (11)实验八局部阻力损失实验 (14)实验一 静水压强特性实验实验时间 指导老师 组号一、实验数据记录及计算实验装置编号 数据记录计算用表见表1 表1 单位：mm实验条件序号水箱液面高度▽0开口管液面高度 ▽H静压强水头测压管水头o h ∆W h ∆w owO h h γγ∆∆=A H AP ∇-∇=γBH BP ∇-∇=γZ A + γAPZ B +γBPP=0 1 P>01 2 P<01 2注：表中基准面选在 ，A ∇＝ ，B ∇＝ 。

二、思考题1． 如果测压管（U 形管）管径太细，对测压管液面读数有何影响？2． 当P O <0时，试根据实测数据确定水箱的真空区域？实验二 伯努利方程实验实验时间 指导老师 组号一、试验数据记录与整理1、记录有关度数 实验装置编号No d 1= ㎝，d 2= ㎝，d 3= ㎝，d 4= ㎝2、测读记录Z+γP值表表1 Z+γP（单位：cm ）值表 流量(cm 3/s) 基准线选在序号 测点编号 流量 Ⅰ ⅡⅢⅣ1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 23、速度水头值计算表 表2 速度水头计算表 管径cm Q= cm 3/s Q= cm 3/sQ= cm 3/sd 1A cm 2vcm/s v 2/(2g) cm Acm 2 vcm/s v 2/(2g) cm Acm 2 vcm/s v 2/(2g)cm d 2 d 3 d 44、总水头Z+γP＋gav 22值计算表表3 总水头Z+ P＋gav 22值计算表序号 测点编号 流量 ⅠⅡⅢⅣ1 2 3二、思考题1、流量增大，测压管水头线有何变化？为什么？2、毕托管所测试的总水头线与实测（体积法测流）的总水头线，一般略有差异，试分析其原因。

浙江大学化学实验报告课程名称：过程工程原理实验甲实验名称：流体力学综合实验指导教师：专业班级：姓名：学号：同组学生：实验日期：实验地点：Ⅰ流体流动阻力的测定一、实验目的1）掌握测定流体流经直管、管件（阀门）时阻力损失的一般实验方法。

2）测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系，验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。

3）测定流体流经管件（阀门）时的局部阻力系数ξ。

4）识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。

二、试验流程与装置图 1 流体力学综合实验流程示意图三、基本原理1.流量计校核通过计时称重对涡轮流量计读数进行校核。

2.雷诺数求解Re=ρudμ (1)u=V900πd2 (2)式中：V----流体流量，m3ℎ⁄3.直管阻力摩擦系数λ的测定流体水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：ℎf=Δp fρ=λldu22 (3)即λ=2dΔp fρlu2 (4)式中：Δp f----直管长度为l的压降，Pa4.局部阻力系数ξ的测定阻力系数法：流体通过某一管件（阀门）时的机械能损失可表示为流体在管径内流动时平均动能的某一倍数，即：ℎf′=Δp f′ρg=ξu22g (5)即ξ=2Δp f′ρu2 (6)式中：Δp f′----局部阻力压力降，Pa局部阻力压力降的测量方法：测量管件及管件两端直管（总长度为l′）总的压降为∑Δp，减去其直管段的压降，该直管段的压降可由直管阻力Δp f（长度为l）实验结果求取，即Δp f′=∑Δp−l′lΔp f (7)四、实验步骤1）离心泵灌水，关闭出口阀（23），打开电源，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀（23）缓缓开到最大；2）对压差传感器进行排气，完成后关闭排气口阀，使压差传感器处于测量状态；3）开启旁路阀（24），选定自最小到最大若干流量，对流量计做流量校核试验；4）开启流量调节阀（21），先调至最大流量，然后在最小流量1m3ℎ⁄之间再连续取8组等比数据，每次改变流量，待流量稳定后，，记录压差、流量、温度等数据；5）实验结束，关闭出口阀（23），停止水泵电机，清理装置。

一、实训目的本次流体力学综合实训旨在通过实际操作和实验，加深对流体力学基本理论的理解，掌握流体力学实验的基本方法和技能，提高分析问题和解决问题的能力。

通过实训，使学生能够熟练运用流体力学原理解决实际问题，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

二、实训内容1. 流体力学基本实验（1）流体静力学实验：通过测量不同深度下的液体压强，验证流体静力学基本公式。

（2）流体运动学实验：通过测量不同位置的流速和流线，研究流体运动规律。

（3）流体动力学实验：通过测量不同形状的物体在流体中的阻力，分析流体动力学特性。

2. 流体力学综合实验（1）流体流动可视化实验：通过实验观察流体流动状态，分析流动特点。

（2）管道流动实验：通过测量管道内流体流动参数，研究管道流动特性。

（3）湍流流动实验：通过测量湍流流动参数，研究湍流流动特性。

三、实训过程1. 流体静力学实验（1）实验原理：根据流体静力学基本公式，测量不同深度下的液体压强，验证公式。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将液体注入实验装置；③在不同深度处测量液体压强；④记录实验数据。

（3）实验结果分析：通过对比理论值和实验值，验证流体静力学基本公式。

2. 流体运动学实验（1）实验原理：通过测量不同位置的流速和流线，研究流体运动规律。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将液体注入实验装置；③在不同位置测量流速；④绘制流线。

（3）实验结果分析：通过对比理论值和实验值，研究流体运动规律。

3. 流体动力学实验（1）实验原理：通过测量不同形状的物体在流体中的阻力，分析流体动力学特性。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将物体放入实验装置；③测量物体在不同流速下的阻力；④记录实验数据。

（3）实验结果分析：通过对比理论值和实验值，分析流体动力学特性。

4. 流体流动可视化实验（1）实验原理：通过实验观察流体流动状态，分析流动特点。

（2）实验步骤：①将实验装置组装好；②将液体注入实验装置；③观察流体流动状态；④记录实验现象。

实验报告课程名称：________过程工程原理实验____________指导老师：__叶向群____成绩：__________________ 实验名称：___空气纵掠平板时流动边界层、热边界层的测量___实验类型：__________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求1. 了解实验装置的原理、测量系统及测试方法。

2. 掌握流动边界层内速度分布和热边界层内温度分布的规律，加深对边界层理论中各概念的理解。

3. 了解动量传递与热量传递间的类比关系。

二、实验内容和原理图1 平板附近形成的流动边界层和热边界层示意图如图1所示，平板表面具有恒定的热流密度0q ，当温度为∞T 的空气以均匀来流∞u 掠过平板时，在平板附近形成流动边界层和热边界层。

记δ、T δ为平板流动边界层及热边界层厚，则δ、T δ仅为x 的函数，且T δδ/为常数。

δ、T δ与x 的关系可通过测量不同x 处气流的速度分布()y ux、温度分布()y T x 来确定。

实验中，用热电偶可得到温差；用毕托管可测得气体流速。

具体如下：热电偶A 、B 均为铜—康铜热电偶，以空气来流作为参考温度，热端、冷端每度温差的热电偶输出可近似取为C mv ︒/043.0，因此专业：__化工1101___ 姓名：_____梁昊_____学号：___3110000442__ 日期：________________ 地点：________________()C T T E T T W W ︒-=-∞∞043.0/ (1)()C T T E T T ︒-=-∞∞043.0/ (2)其中E 为温差所对应的热电势。

用毕托管测得的u 按下式计算：ρp u ∆=2 (g KR p 0ρ=∆) (3)由此可以得到边界层内外的空气速度。

边界层分离综述西安交通大学化工31班陈光2131502008摘要：当流体流过物体时，由于流体本身黏性作用，会在物体表面形成边界层。

而在某些情况下，如物体表面曲率较大时，常常会出现边界层在某个位置开始脱离物面，并在物面附近出现与主流方向相反的回流，流体力学中称这种现象为边界层分离现象。

本文就边界层分离机理、边界层分离发生条件、边界层分离的控制及边界层分离应用等方面对其作出系统介绍。

关键词：边界层分离；发生机理；控制；卡门涡街引言当流体流经曲面物体或化工流体输送过程中流体流经管件、阀门、管路突然扩大或突然缩小以及管路的进出口等局部地方，都会出现边界层的分离现象。

边界层分离理论在化工流体输送和流体力学的研究应用方面具有重要的意义。

1.边界层分离发生的机理1)边界层分离概述边界层是一个薄层，它紧靠物面，沿壁面法线方向存在着很大的速度梯度和旋度的流动区域。

粘性应力对边界层的流体来说是阻力，所以随着流体沿物面向后流动，边界层内流体流速会减小，压力增加。

由于流体流动的连续性，边界层会变厚，以在同一时间内流过更多的低速流体。

因此边界层内存在着逆压梯度，流动在逆压梯度作用下，会进一步减速，最后整个边界层内的流体的动能都不足以长久的维持流动一直向下游进行，以致在物体表面某处其速度会与势流的速度方向相反，即产生逆流。

该逆流会把边界层向势流中排挤，造成边界层突然变厚或分离。

边界层分离之后，它将从紧靠物面的地方抬起进入主流，与主流发生参混，结果是整个参混区域的压力趋于一致。

2)模型分析现以黏性流体绕过一无限长圆柱体的流动为例，从边界层的形成和变化过程来说明曲面边界层的分离现象。

如图a所示：图a 黏性流体流过圆柱体表面情况当流体到达A点（驻点）时，流速为零，流体的压力p最大。

由于流体是不可压缩的，后继流体质点在A点处，流体高压力作用下，只好将部分压力作用转化为动能，沿圆柱体继续向下游流动。

又由于流体黏性作用，沿柱体表面的法线上将建立起速度边界层，且沿流动方向逐渐加厚。

基本实验一（物理概念类）：平板边界层实验
通过本实验认识固壁上存在流动边界层，理解边界层内的速度分布特点。

当实际流体以较大的速度U 绕物体表面流动时，直接与固壁接触的流体速度为零，然后以一定的速度梯度增加，逐步过渡到层外势流速度U , 这一流体剪切层叫边界层。

气体绕平板作定常流动时，边界层沿流动方向在平板上的变化如下图所示。

边界层沿平板渐增厚，开始是层流，经过一段距离后层流转变成湍流。

当地雷诺数是决定流态和流态转换的一个无量纲参数 Re x Ux ν
= （1）
上式中x 为从平板前缘点算起的位置坐标，ν为流体的运动粘度。

从层流转变为湍流的临界
雷诺数一般是在5×105 ~ 3×106 范围内。

1. 边界层厚度
(1) 名义厚度δ定义为在边界层的外边界流速达到外部势流速度U 的99%时的厚度。

对平板层流边界层和湍流边界层（5Re 10x ≤），其名义厚度分别为 1/54/55.0
0.382l t x x U
U ννδδ⎛⎫== ⎪⎝⎭ （2） (2) 位移厚度δ*设平板边界层内速度分布为()u y ，位移厚度定义为
0(1)d u y U δδ*=-⎰ （3）
(3) 动量损失厚度θ
0(1)d u u y U U δθ=-⎰ （4）。

工程流体力学实验报告实验一流体静力学实验实验原理在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程或(1.1)式中：z被测点在基准面的相对位置高度；p被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；p0水箱中液面的表面压强；γ液体容重；h被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）U型测管，应用等压面可得油的比重S0有下列关系：(1.2)据此可用仪器（不用另外尺）直接测得S0。

实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。

测压管水头线指测压管液面的连线。

实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。

<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。

2.当PB，相应容器的真空区域包括以下三部分：(1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。

(2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。

(3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。

这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。

3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。

4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。

常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。

水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。

于是有(h、d单位为mm)一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。

平板边界层实验（一）（一）实验目的1．测定平板边界层内的流速分布，从而确定流速分布指数规律、边界层名义厚度δ、位移厚度1δ、动量厚度2δ、能量厚度3δ。

2．掌握毕托管和测压计的测速原理和量测技能。

（二）DQS 系列空气动力学多功能实验装置：该装置相当于小型风洞，为组装式结构。

由主机和多种易更换实验段组成，流量可以控制。

风机提供气流，在压出段设有流量调节阀门，气流通过风道进稳压箱流速减慢进入阻尼网，阻尼网由二层细密钢丝网构成，可将流体较大尺度的旋涡破碎，使气流均匀地进入收缩段，经过收缩段可将收缩段进口的速度不均匀度缩小n 2倍，n 为收缩比，本收缩段的收缩比较大。

收缩曲线应用波兰人维托辛斯基曲线。

收缩段出口接各种实验段，实验排放的气流由实验台面的孔口进吸音箱回到风机入口，如图1所示。

多管测压计，设有可改变角度的测压排管及调平设置，当测某点压强时取与大气连通的测压管与该点测压管的读数差，即为测点的压强水头，如图2所示。

1.稳压箱1.测压管2.收缩段 2.角度盘3.风道 3.支架4.调节阀门4.联通管5.通风机 5.输液管6.吸音箱 6.酒精库7.阻尼网 7.通气管图 1 图 2 （三）实验段简图稳压箱内的气流经过阻尼网及收缩段均匀进入实验段，在实验段轴心位置安装一块一面光滑一面粗糙的平板，平板可沿轴线滑动，在实验段的出口装有精致的鸭咀形毕托管，其头部厚度仅有0.3㎜,并配有千分卡尺，灯光显示设置和多管测压计，见图1-1。

（三）实验原理及计算式1．平板紊流边界层的流速分布实际流体因存在粘性，紧贴壁面的流体将粘附于固体表面，其相对速度为零，沿壁面法向随着与壁面距离的增加，流体的速度逐渐增大，当距离为δ时，其速度达到未受扰动的主流流速∞u ，这个厚度为δ的薄层称为边界层，通常规定从壁面到∞=u u x 99.0处的距离作为边界层的厚度。

边界层的厚度沿平板长度方向是顺流渐增的，在平板迎流的前段是层流边界层，如果平板足够长，则边界层可以过渡到紊流，判别过渡位置的特征值是雷诺数x Re ，如图1-2所示。

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。

（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<Pa,u x<V无穷）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/25.任一点的速度：ux=(2*g*⊿h(ρ水-ρ)/ρ)^0.56.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5 56 182 93 99 35 91159 8 8.4526.3221.3120.9998 21.4271.00420.6110.96620.8570.9771 0 99.4525.621.3411.0008 21.4271.00421.2450.99621.1930.993图一X为150毫米时的速度分布曲线图二X为250mm时的速度分布曲线图三X为250mm时的速度分布曲线图四X为250mm时的速度分布曲线。

实验一边界层流动测量实验摘要：边界层，又称为流动边界、附面层，它是流体流动过程中，紧贴壁面的粘性阻力不可忽略的一层薄薄的流体，它对主要流体运动的影响很大。

自普朗特提出该概念起，边界层研究就一直是流体力学研究中一个焦点和难点课题。

本实验通过热线风速仪测量距离凹口平板前缘不同位置点流体的速度分布情况，并对实验数据加以分析处理，从而确定出在不同工况中的边界层的厚度、位移厚度，以及避免粘性力等参数，最终分析边界层的特性。

关键词：边界层，热线风速仪，粘性力，雷诺数，拟合，标定1.实验简介此次实验是在一个开口式风洞中进行的，该风洞试验段截面尺寸为：500mm*500mm。

设置风洞风机的运行频率为20Hz和30Hz、，利用热线风速仪测量凹槽分离点20mm的边界层上的速度分布。

然后用两种不同的方法拟合热线风速仪实验前后标定曲线，得出标定误差值，从而分析比较这两种拟合方法的优缺点，并分析出实验中热线性能的稳定性。

2.实验步骤1)将皮托管固定在风洞试验段，轴线和来流速度方向平行。

记录皮托管标定系数k。

皮托管静压连接到压力传感器负压接口，皮托管总压连接到压力传感器通道1；2)热线风速仪探头安装在二位坐标架上，连接热线探头与恒温控制器输入、输出。

此时热线恒温控制器切勿通电！将热线探头移至和皮托管同一高度；3)热线输出连接到数据采集卡AI0，皮托管输出连接到数据采集卡AI1；4)将热线恒温控制器通电，打开MATLAB热线风速仪标定程序“hw calibration.m”，改变文件名运行程序；5)将热线移动至测量点（距离凹腔分离点X=20mm）上方自由来流中，调整风洞风速，风机运行频率f=30Hz, MATLAB运行热线速度分布测量程序“hw measurement.m”改变文件存储名称。

改变风洞风速，风机运行频率f=20Hz,重复步骤4；6)打开MATLAB热线风速仪标定程序’hw calibration.m’，改变标定参数存储文件名，重新运行标定程序。

实验三边界层仪演示实验一．演示目的1．使学生能生动实际地观察到流体流经固体壁面时，所产生的边界层的形状，以及边界层的分离现象。

2．观察流体流动对边界层的影响。

二．基本原理流体流经固体壁面或者固体在静止的流体中运动时，由于流体本身的粘性作用，在紧贴固体的壁面处，必然留有一层贴附固体壁面而停滞不动的流体，这层流体就称作边界层，边界层厚度虽然不大，但由于它不流动，因而对传热、传质等都有重要的影响。

实验装置的基本原理是根据光线通过不同密度的空气时会产生不同的折射率制做成的，主要有三个部份，即：点光源、热固模、投影屏，如图4-10所示。

图4-10 热边界层实验装置工艺简图1—点光源；2—热固模；3—投影屏当固体模型“2”受热时，其壁面周围的空气因受热产生自下而上的空气流，由此形成流体流经固体壁面的运动，于是在固体模型“2”的壁面处就形成了边界层。

由于边界层紧贴壁面停滞不动，其空气的温度必然也近于固体模的温度。

这样，当光线从远处的点光源“1”，以很小的入射角i投射到固体模型“2”的壁面边界层时，如果光线不偏折，它以投影到“b”点。

但由于热边界层的存在，层内气体温度远高于周围空气温度，从而使边界层内外空气的密度产生差异，因而对投射来的光线的折射率也不同，造成出射角“γ”大于入射角“i”，使出射光线偏折到投影屏“3”的“a”点处，和原来已有的背景投射光相重叠，形成明显的亮点，这样，由无数个亮点汇集成的图形，就反映出了边界层的形状。

对比之下，原折射位置（b点）因为得不到投射光线，显得较暗形成暗区，这暗区也是边界层折射现象引起的，其代表了边界层的暗影图形。

图4-11 演示装置原理示意图注：虚线为不偏折时的出射线，i代表小角、γ代表大角三．实验装置热边界层实验装置是由点光源、遮光筒、热固模型和投影屏组成。

点光源是由电影机的专用灯泡发出，发光面积小，亮度大。

热固模型是由圆柱状的铜质壳体内装电阻丝构成。

投影屏是由砺砂玻璃和收光筒构成。

演示实验4.边界层仪演示实验一、表演目的通过观察流体流经固体壁面所产生的边界层分离的现象，加强对边界层的感性认识。

二、利用折光法观察热边界层的原理边界层仪由点光源、热模型和屏组成（见图4-1）。

模型被加热后就有自下而上的空气对流运动，模型壁面上存在着层流边界层，因为边界层几乎不流动，传热情况很差，层内温度远高于周围空气的温度而接近模型壁面温度，用热电偶测出模型面温度有350℃。

气体对光的折射率有下列关系：式中n----气体折射率；ρ----气体密度。

图4-1 ZRB-1型边界仪1-点光源；2-模型；3-屏。

由于边界层内气体的密度边界层外的气体密度不同，则折射率也不同，利用折射率的差异可以观察边界层。

点光灯泡的光线从离模型几米远的地方射向模型，它以很小的入射角i射入边界层（见图4-2）。

如果光线不偏折，它应投到b点，但现在由于高温空气折射率不同，光线产生偏折，出射角大于入射角。

射出光线在离开边层时再产生一些偏折后投到a点，在a点上原来已经有背景的投射光，加上偏折的折射光后就显得特别明亮，无数亮点组成图形，就反映到边界层的形状之外，原投射位置（b点）因为得不到氢射光线，甩以显和得较暗，形成暗区，这个暗区也是边界层折射现象引起的，因此也代表边界层的形状。

图4-2 光线折射图从边界层仪可以清楚地表现出流体流经圆柱体的边界层现象，圆柱底部由于气流动压的影响，边界层最薄。

越往上部，边界层越厚，最后产生边界层分离，形成旋涡。

仪器还可以表演边界层的厚度随流体速度的增加而减薄的现象，我们对模型吹气，就会看到迎风一侧边界层影像的没退到模型壁上，表示边界层厚度减薄（见图4-3和图4-4）。

图4-3 层流边界层现象图4-4 迎风一侧边界层减薄。