实验四空气纵掠平板时流动边界层和热边界层的测量一、试验目的1、了解流体流过热固体
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面时形成流动边界层和热边界层的特性。2、了解流体的流速和固体表面温度对流动边界层和热边界层的影响。二、实验原理当实际流体流过固体表面时，在接触表面的地方因为粘性作用的缘故，其速度为零，离开表面处，速度逐渐增加，至一定厚度以后，其速度不再增加，即与主流速度相等，这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的簿层称之为流动边界层（又称速度边界层）其厚度记为0。根据流体的雷诺准数不同，形成的边界层可分为层流边界层和紊流边界层，边界层的厚度定义为流体速度等于99%主流速度处至固体表面速度为零处的厚度。在对流换热条件下，主流与壁面之间存在着温度差。实验观察同样发现，在壁面附近的一个簿层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈的变化，而在此簿层之外，流体的温度梯度几乎等于零。流动边界层的概念可以推广到对流换热中去，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一簿层称为温度边界层或热边界层，其厚度记为0。对于纵掠平板的对流t换热，一般也以过余温度为来流过余温度的99%处定义为0的外边界，而且除液态金属及t高粘性的流体外，热边界层的厚度0在数量级上是个与运动边界层厚度0相当的小量。t在测量平板局部换热系数后，仍保持平板相同的热状态不变,可以利用边界层速度分布、温度分布测量机构，即用全压探头测量边界层内全压的变化，以及用测温探头测量边界层内温度的变化。最后测出流动边界层厚度0和温度边界层厚度0。t三、实验设备测量流动边界层厚度0和温度边界层厚度0的装置见图4—1。测温探头3与4和测压t探头5一同固定在位移机构6上,由于边界层的厚度很小，用千分表来精确测量二探头的位移。位移机构上固定探头处有一微调件，可以调节探头的伸出距离，使二探头处于对平板壁面有同样的相对位置。探头接触平板壁的初始位置由一电回路上的指示灯来确定。边界层速度分布、温度分布测量机构是装压在试验风道出口处，所测边界层截面位置紧靠空气流射流出口，因此全压管所反映的即为气流的动压。测温热电偶的参考点温度采用气流温度f即冷端4伸在气流中。761-平板试件2-风道3-测温热偶探头4-热偶冷端5-全压探头6-位移机构7-千分表图4—1边界层速度分布、温度分布测量机构四、实验步骤1、将测量流动边界层厚度&和温度边界层厚度&的装置装在风道上。t2、用乳胶管将全压测管与倾斜式微压计“+”极相连接。(倾斜式微压计上个实验已调好)。3、将测温热电偶的二根导线接到转换开关输入接线柱上。(电位差计上个实验已调好)。4、旋转位移机构固定探头上的微调件，前后调节探头的伸出距离，使二探头处于对平板壁面有同样的相对位置。将探头向平板移动，同时注意二指示灯，当二指示灯同时忽亮忽暗时，表明二个探头刚刚与平板接触，探头离壁面距离为零，这时通过微压计读出全压探头测得的空气动压Ah,通过电位差计读出测温探头测得的热电势差E(t—tf),测量从探头触及板表面处开始，离开板表面向后每移动0.2或0.25mm测量一次。同时由千分表读出位移值。直至△h不再升高，维持不变，以及热电势差E(t—tf)趋近零为止。这时各自探头离壁面的距离即为所测边界层厚度。表4-1和表4-2为测试边界层内速度分布和温度分布的原始数据记录及试验条件记录。五、实验数据及计算表4-1空气纵掠平板时流动边界层内速度分布序号千分表读数mm离壁面距离mm微压计读数△hmm水柱速度Vm/sV/Vcoy/612345表4-2空气纵掠平板时热边界层内温度分布序号千分表读数mm离壁面距离ymm热电势E(t-tf)t-tftt—tf—t—twft—tw-t—tfwL5t12345:试验日期：试验条件：空气流速V=电压v=co空气温度tf=电流上距离X=来流动压4h=壁温t=热边界层厚度6=wt雷诺数Rex=流动边界层厚度6=绘制边界层内速度分布y/6—V/Vo关系曲线及热边界层内y/6t—(t-tw)/(tf-tw)温度分布曲线。WW六、注意事项1、一定要调到二指示灯同时忽亮忽暗时，表明二个探头刚刚与平板接触，才能从平板表面开始测量。2、旋转位移机构上的微调件移动探头时，只能向一个方向旋转，千万不能左右旋转。七、思考题1、所测出的流动边界层厚度6与热边界层厚度6t与关系式6/6尸P1/3是否基本相符。ttt
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