空气阻力系数测试仪-千韵仪器.pdfVIP

QY-KZ-I 型 空气阻力系数测试仪 使用说明书 南京千韵电子科技有限公司 2014.12. 空气阻力系数测试实验 【实验目的】 1. 研究风阻产生的原理及风阻与物体形状和风速的关系。 2. 学习用孔板法测流体速度的方法和力传感器的使用方法。 3. 实际测定圆柱、单头圆锥、双头圆锥、球型和流线体相对于平板体的空 气阻力系数。 【实验原理】 当一个物体与空气的气流发生相对运动时，气流会对物体产生一种阻力，这 种气流对物体的阻力可简称为流阻（或风阻）。对于在迎着气流方向上同样的横 截面情况下，不同的形状的物体所受流阻是不相同的。这种不同形状物体所受流 阻的系数就是本实验要研究的主要内容。在工程上，通过实验来研究不同形状物 体的阻力系数，对建筑设计、航空和汽车设计、高速列车设计等与气流速度密切 相关的行业都有很现实的意义。 1. 空气流阻产生的原理 研究空气流阻产生的原理可先用一个简化模型来分析：设图1 中有一个横截 面积为A 的平板在气流中以相对速度v 运动，则在Δt 时间内，在平板前方 有Av Δt 体积的流体被排开。（见图1 所示），这 些流体得到的动能为： (1) 其中 ，ρ为流体的密度。根据动能 原理，被排开流体的动能可以认为是平板施加 于流体的力对流体做功的结果。所做功为： (2) 由 得到： (3) 一般来说，空气的流阻与物体的形状和表面光滑程度有关，流阻的符号若用 1 R 表示，则流阻可写为： （4 ） （4 ）式中：C 称为阻力系数。对于不同形状的物体，由于在排开流体时的状 况不同，阻力系数C 是不同的，见图2 所示，图中以同样迎风截面积的三种 物体为例，（a ）为平板的情况，在迎着气流时不但正前方会受到气流的压力， 在平板的后方，由于气流的局部真空，还会产生涡流，这也会对平板形成向 后方的拉力，所以平板在气流中所受阻力最大。（b）为单圆锥的情况，虽然 迎风面的气流压力被圆锥的斜面在较大程度地化解，但圆锥背风的一面仍然 存在气流的涡旋，还会有明显的风阻。（c ）为水滴的流线体情况，从图中可 以看见由于流线体后面尾锥的存在，使前两种情况中的涡流情况基本消除了， 故流线形物体在气流中的流阻最小。其它形状的物体的流阻情况也可照此分 析。 在本实验中比较相同截面积的各种测试物在同样流速下的风阻，可以定 量地测得各种测试物的阻力系数。 2. 孔板法测气体流速的方法 要测量气体的流速，常用 的一种方法是孔板法测流速。 图3 给出了孔板法的测量原理 图。在图3 中，设一个大圆筒 A 的顶端有一个开孔 B，大圆 S 筒的横截面积为 ，开孔处的 A 截面积为 。图中P 、P 为 S B A B 2 A、B 两点的压强。对于流管上的 A、B 两点，由流体力学中的伯努利方程可 知有如下关系： 1 2 1 2 P  v gh P  v gh A A A B