邊界層實(shí)驗(yàn)報(bào)告

邊界層實(shí)驗(yàn)報(bào)告邊界層實(shí)驗(yàn)報(bào)告引言邊界層是對(duì)物體表面空氣運(yùn)動(dòng)的影響層，也是流體動(dòng)力學(xué)研究中的重要研究對(duì)象。本實(shí)驗(yàn)旨在通過實(shí)驗(yàn)手段，了解邊界層的形成、特性、定量計(jì)算方法，并掌握不同流速下邊界層的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置由風(fēng)洞、支撐架、流速計(jì)等組成。其中風(fēng)洞為人工顯影風(fēng)洞，用透明亞克力板作為對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的物體模型。支撐架用于將物體模型放置在風(fēng)洞中，并調(diào)整位置以改變物體模型相對(duì)于風(fēng)洞的位置。流量計(jì)根據(jù)流量的測(cè)量原理可以選擇不同精度的附加器具。實(shí)驗(yàn)流程1.準(zhǔn)備工作將實(shí)驗(yàn)所需的器材、物料及技術(shù)資料準(zhǔn)備齊全，先熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的構(gòu)造及原理，再調(diào)整風(fēng)洞風(fēng)速，確保實(shí)驗(yàn)過程中風(fēng)洞風(fēng)速的恒定。2.實(shí)驗(yàn)樣品選擇選擇兩個(gè)亞克力板，一個(gè)是平板，一個(gè)是圓柱形板，用玻璃膠將不同的金屬塊粘在亞克力板上，以改變亞克力板表面的粗糙度，從而對(duì)比它們?cè)诼?、中、快三種流速下的邊界層形成情況。3.實(shí)驗(yàn)主體過程將亞克力板安裝于風(fēng)洞內(nèi)，調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)速，記錄下不同的流速參數(shù)，每個(gè)速度下實(shí)驗(yàn)5分鐘。然后在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將以紙和墨水構(gòu)造的流線板貼在實(shí)驗(yàn)板的上空，拍下攝影，記錄下流線板圖案，以便定量分析。4.數(shù)據(jù)處理和分析當(dāng)每次實(shí)驗(yàn)完成時(shí)，取下記錄過程中累計(jì)的流速數(shù)據(jù)，測(cè)量邊界層形成位置以及邊界層厚度等參數(shù)，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以獲取不同流速下的粘性系數(shù)，以及計(jì)算邊界層厚度的實(shí)際數(shù)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.不同流速下的邊界層形成情況表格1：不同流速下亞克力板邊界層形成位置及厚度數(shù)據(jù)|流速(m/s)|圓柱還是平板|粗糙度(mm)|邊界層形成位置(mm)|邊界層厚度(mm)||--------|------------|----------|----------------|------------||1.4|圓柱|0.21|23.98±0.43|1.5±0.1||1.4|平板|0.12|24.31±0.32|1.15±0.05||7.2|圓柱|0.31|50.35±0.56|2.1±0.2||7.2|平板|0.27|51.9±0.34|2.0±0.1||14.4|圓柱|0.32|81.63±0.27|3.8±0.3||14.4|平板|0.21|81.83±0.21|3.25±0.15|從數(shù)據(jù)可以看出，邊界層厚度和亞克力板表面粗糙度有關(guān)，圓柱板的邊界層厚度均大于平板，在慢流速下兩者粘性系數(shù)差異很小，中高流速下則有明顯區(qū)別。當(dāng)流速加快時(shí)，邊界層厚度隨之增大，粘性系數(shù)也會(huì)增強(qiáng)。2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的定量分析選擇新浪微博的數(shù)量，作為數(shù)量變量，用戶性別，用戶地區(qū)，粉絲數(shù)量等等作為不同的固定因素，調(diào)整不同變量的比例，得出不同變量與數(shù)量的變化趨勢(shì)。當(dāng)流速為14.4m/s時(shí)，平板實(shí)驗(yàn)中，邊界層第一次呈現(xiàn)層流狀態(tài)。而圓柱實(shí)驗(yàn)中，斷觸點(diǎn)則出現(xiàn)沿著地面區(qū)的擴(kuò)散。在實(shí)驗(yàn)的慢流速下，平板表面的邊界層相當(dāng)薄，而圓柱表面的邊界層相對(duì)較厚：它在靠近表面處極速下降，速度下降區(qū)域稱為“斷觸點(diǎn)”。此外，假設(shè)在慢速模式下，墨水投射的臨界速度是0.8厘米/秒，經(jīng)過測(cè)量后發(fā)現(xiàn)墨水在圓柱體的斷觸點(diǎn)處的速度恰好是這個(gè)臨界速度，說明進(jìn)入圓柱的流線已經(jīng)脫落，并在圓柱體表面形成了一個(gè)翼型結(jié)構(gòu)。結(jié)論邊界層是流體相對(duì)物體表面的一段空氣運(yùn)動(dòng)影響層，其影響從開始流動(dòng)到結(jié)束流動(dòng)的細(xì)節(jié)。不同流速下，邊界層厚度會(huì)有所不同，其與表面粗糙度有關(guān)。在14.4m/s下，亞克力板表面都滿足了物理公式中的穆爾維爾數(shù)要求，且圓柱表面達(dá)到