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圆柱﹑机翼等物体的绕流流动显示观察 Nanjing, China 本科生教学课程 梵高 《星夜》 流动显示的示例 子弹头部的激波 流动显示的示例 机翼的启动涡 流动显示的应用示例 汽车工程中应用流动显示技术研究绕流汽车的流场，力求提高速度、减阻节能。 环保工程中用染色法或烟线法研究烟囱的烟气扩散规律， 合理选择烟囱的位置和高度。 实际地形 均匀流 分层流 流动显示的应用示例 观察流体绕不同物体流动时的各种流动现象，由绕流图象定性说明绕流特性。 实验目的 1.绕圆柱体的流动。 2.绕机翼 的流动。 3.观察流体流过 等流段纵剖面上的流线。 流动显示的意义 在教学上，可以辅助观察流动现象，认识流动规律，理解基本概念； 在科研上，发现新的流动现象，建立、改进和验证理论模型； 在工程上，解决实际问题。 实验原理 染色法 电化学法 氢泡法 空气泡法 烟流法 光学法 油膜法 本实验采用最先进的 电化学法 显示流线 常用的流动显示方法： 实验原理 电化学法 原理 含化学指示剂的显示液，酸度不同时显示不同颜色。 配置显示液到临界状态，刚好呈现酸性；当显示液中插入电极通电时，水电解使流过负极附近的显示液呈现碱性而变色，形成彩色条纹。 仅适用于极低速度下流动显示。 常用试剂：百里酚兰、酚酞、甲基红等。 流谱流线显示仪结构原理图（机翼） 实验设备 流动过程采取封闭自循环形式。 1.水泵开起，工作液体流动，在电极的作用下，工作液体形成电解并产生数十条色线，这些色线可看成是一条条流线。 2.当物体被置于流场中时，其尾部的流线将产生扰动，扰动所形成的色线图形即为该物体的绕流图象。 实验效果 机翼 圆柱 管道 电化学法流动显示示例 有没有 分离？ 文 丘 里 孔板 闸板 突扩 突缩 实验步骤 打开电源开关和泵开关，稍等片刻，流线仪即可显示流线。 本实验所用流线显示仪共有三种，分别用以演示 机翼绕流 圆柱绕流 管渠过流 各种演示看完后，关闭流线演示仪泵开关和电源开关，并整理好实验现场。 1 2 3 观察实验演示 演示机翼绕流的流线分布 1.机翼向天侧（外包线曲率较大）流线较密，表明流速大，压强低； 2.机翼向地侧，流线较疏，压强较高。 说明： 1.整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。 2.在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。 3.在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来。 4.在流道出口端（上端）还可观察到流线汇集到一处，并无交叉，从而验证流线不会重合的特性。 演示圆柱绕流 说明： 圆柱两侧转捩点趋于重合，零流线（沿圆柱表面的流线）在前驻点分成左右2支，经90°点（u＝umax）后在背滞点处又合二为一了。 这是由于绕流液体是理想液体（势流必备条件之一），由伯努里方程知，圆柱绕流在前驻点（u＝0）势能最大，90°点（u＝umax）,势能最小，而到达后滞点（u＝0），动能又全转换为势能，势能又最大。故其流线又复原到驻点前的形状。 流速很低（0.5～1.0㎝／s），能量损失可忽略。其流动可视为势流。 观察实验演示 演示 等流段纵剖面上的流谱 说明： 1.演示是在小Re数下进行，液体在流经这些管段时，有扩有缩。 2.由于边界本身亦是一条流线，通过在边界上特布设的电极，该流线亦能得以演示。 文丘里管 突然扩大和突然缩小 明渠闸板 孔板 观察实验演示 思考题 驻滞点的流线为何可分又可合？ 这与流线的性质是否矛盾？ 实验时间、地点及分组 时间：第9周开始 分组：1个大组（8人= 2人×4小组）作为选 择实验时间的基本单元。 选择实验时间的方法 地点：热工基础实验室（机械动力实验平台3层） 各班级先将各分组（大组）名单(第一位为该组负责人) 编号(第6周前完成)，然后以班级或大组为单位自由选择实验时间。 实验一 空气定压比热容的测定 实验二 空气绝热指数的测定 实验三 喷管特性实验 实验四 管道沿程阻力测定 实验五 圆柱、机翼等物体的绕流流动显示观察 实验六 绕圆柱体压力分布的测定 实验九 空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定 实验七 稳态双平板法测定非金属材料的导热系数 实验八 恒热流准稳态平板法测定材料热物性 实验十 辐射换热角系数的测定 实验十一材料表面法