空气动力学实验设备简介幻灯片

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1、二、空气动力学设备系列产品目录,F100 空气动力学基本实验台 F110 压力测试实验台 F300 可压缩流动基本实验台 F860 单级压缩机 F865 双级压缩机,F100 空气动力学基本实验台,F100 空气动力学基本实验台,设备简介： 这是一台可用于研究空气动力学基础以及一些简单的空气动力学实验的实验设备 该设备主要由三部分构成，分别是：可锁定脚轮的工作台、可调节风速的高压离心风扇、进口和出口连接器 该设备具有十分良好的可扩展性和选择性，它包括10个可选组件（模块化设计），可提供一系列空气动力学相关实验供学习研究,F100 实验功能,在应用所有配件的情况下，该设备所能进行的实验研究包括：

2、 伯努利方程 空气流对各种形状的拖曳力研究 湍流射流研究 边界层研究 弯头内部压力分布 风扇特性曲线研究 附壁效应（康达效应） 圆柱绕流压力分布 翼型绕流压力分布 可视化流动研究,F100 设备特点,设备特点（希尔顿）： 模块化设计，共有10个模块，分别提供不同的实验研究，具有十分灵活的选择性 可用于空气流动、动力学和传热学的基础学习和研究 安全性高，在学生操作实验设备时无需额外监督 系统参数改变时可快速响应，节省实验用时，提高效率 操作简单，维护方便 2年质保,F100 10个可选组件（实验模块）,F100基本实验台可搭配10种可选组件分别完成10种不同的实验，具体如下： F100A 多管压

3、力计实验模块 F100B 伯努利方程实验模块 F100C 边界层分析实验模块 F100D 圆管湍流实验模块 F100E 方形弯管流动实验模块 F100F 附壁效应实验模块 F100G 拖曳力分析实验模块 F100H 可视化流动实验模块 F100K 压力损失分析实验模块 F100M 风机测试实验模块,F100 空气动力学基本实验台,尺寸和重量： 高度：44cm 深度：44cm 宽度：65cm 重量：20Kg 配件： 实验操作指导书和用户手册(英语/法语/西班牙语) 2年质保，随时供应配件 可进一步咨询的事项： 更详细的零件配置清单 实验指导手册副本 满足5年运行的推荐备件清单,技术参数： 电气接

4、口： 220240V，单相，50Hz，接地 110120V，单相，60Hz，接地 运输尺寸和重量： 毛重：50Kg 体积：0.52m3 订购信息： 订购名称：空气动力学基本实验台F100,F100A 多管压力计实验模块,设备简介： 这只一种用于测量气体压力的多管式压力计，可在同一平面内展示多点之间的压力值，直观清楚，方便对比 它包括一个公用的储液罐和16根独立的压力管，可以最多监测16个点的气压值，也可测量正压、负压和差压 可使设备上的压力管相对水平面倾斜一个角度以获得较高的测量精度 如果实验室中没有类似的压力测量设备，推荐该组件作为该实验台的必备配件，因为后面的很多模块都会用到 缺少封液种类

5、、精度范围和压力测量范围等信息,F100A 液柱式压力计原理,工作原理：液柱式压力计是利用一定高度的液柱所产生的压力平衡被测压力，而用相应的液柱式高度去显示被测压力的。 特点：结构简单，显示直观，精度较高、价格便宜，测压上限不高，携带不便 具体结构：一个宽容器、一只肘管（带刻度）、封液等，根据流体静力学： 因为h2h1，所以P2=P1-gh1，据此就可算出被测压力 倾斜肘管，主要是为了扩大封液的水平面积，防止因被测压力不稳定造成的液面抖动、读数不准，从而提高测量精度，,F100B 伯努利方程实验模块,设备简介： 这是一个验证伯努利方程的实验模块 它本身是一个半透明的方形管道，内部组成包括一个收

6、缩-扩张流道和一个可沿流道轴向移动的皮托管（用以测量气流的总压和静压），通过出口联接器连接至F100基本实验台上 另外该模块需要与组件F100A同时使用，观察所测量各点的静压变化 通过皮托管所测量的轴线上各点的总压和静压比较，验证理想伯努利方程,F100B 伯努利方程简介,伯努利方程是理想流体定常流动的动力学方程，意为流体在忽略粘性损失的流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与重力势能之和保持不变，方程为： 式中p、v分别为流体的压强、密度和线性速度；h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量。上式各项分别表示单位体积流体的压力能、动能和重力势能，在运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。上式对于

7、气体，因气体密度很小，可忽略重力影响。方程变为： p+ v2/2=c 各项分别称为静压、动压和总压，显然 ，流动中速度增大，压强就减小；速度减小， 压强就增大。 伯努利方程揭示流体在重力场中流动时的能量守恒,F100C 边界层分析实验模块,设备简介： 这是一台用于研究不同表面粗糙度对边界层的厚度和速度分布影响的实验模块 模块本身是一个半透明的方形通道，通道中间的平板可自由翻转，其中一面光滑、另一面为人造粗糙面，通道的上下两端布置的白色剖面板可左右翻转，可在来流方向上形成上升或下降的压力梯度 设备附带一个微型皮托管，用千分尺控制其在竖直方向的位移，可测量出边界层在板上沿流动方向上的厚度分布，同时

8、根据伯努利方程，根据测量的总压和静压，可计算出边界层内的速度分布,13,F100C 边界层理论,边界层（boundary layer）是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层，又称流动边界层、附面层。这个概念由近代流体力学的奠基人，普朗特于1904年首先提出。 边界层产生的原因是由于流体的分子之间、流体和壁面的分子之间的引力、摩擦力导致流体完全粘附在壁面上，与壁面的相对速度为0，而由壁面向外，流体的速度则又迅速增大到当地自由流的速度。,边界层是指贴近固壁附近的一部分流动区域，在这部分区域中，沿着固壁面切向速度由固壁处的0速度发展到接近来流的速度，一般定义为在边界处的流速达到来流流速的

9、99%。在这部分区域中，由于厚度很小，故速度急剧变化，速度梯度很大，流体的粘性效应也主要体现在这一区域中。,F100D 圆管湍流实验模块,设备简介： 这是一台用以研究圆管中所发生的湍流的实验模块 设备本身包括一段直管，直管内置有锐边排气口以形成湍流，测量框架上安装有皮托管，可以在圆管内部沿水平和竖直方向移动，可测量流场内部的总压和静压，绘制流场内部的速度剖面线，计算压力损失等,F100D 湍流理论,湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为紊流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流

10、速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。,流态变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。 流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。一般管道雷诺数Re4000为湍流状态,F100E 方形弯管流动实验模块,设备简介： 这是一台用于研究气流通

11、过弯曲流道时流动状态的实验模块 该模块由一个截面积不变的90弯曲方形管通过出口联接器连接到F100基本实验台 沿着管道的外径布置了很多测压点，当与模块F100A连接时，可测量在不同的风速下，沿着弯曲管道内径的静态压力分布图，并据此计算弯管的压力损失和阻力系数,F100E 弯管流动形态,在实际工程中（水利水电、给排水、石油天然气输送），我们经常会遇到弯头或弯管，对于这种弯头或弯管的流动特性，前苏联学者伊杰里奇克进行了深入研究，结果表明：流体经过弯头时，由于离心惯性力的作用，外壁压力升高，内壁压力降低；外壁处的流速相应较小，内壁则较大。又由于此离心惯性力的作用，流体在弯头中力图向外壁面方向流动，因

12、此加强了水流对内壁的脱离，在内壁附近形成旋涡区，并作三维扩散，致使主流的有效断面减小。此外，由于离心惯性力和边界层的作用，弯头中还会产生二次流，与主流相叠加形成螺旋流，并且在很长的距离上极缓慢地消失。 伊杰里奇克的研究还表明：弯头的阻力系数不仅与雷诺数有关，而且与弯头的几何参数（转角、曲率半径、进出口面积比）有关。内壁涡流区和二次流是弯头能量损失的主要来源，并且决定了出口流速场的特性。,F100F 附壁效应实验模块,设备简介： 这是一台用于研究附壁效应的实验模块 该模块由一个半透明的矩形通道，通过出口联接器连接至F100基本实验台，矩形通道内置一个Y型的的流道，其中可改变Y型流道的开口大小以及

13、正中的平板的轴向位置 通过该装置可研究气流的附壁效应（康达效应）,F100F 附壁效应,附壁效应也称康达效应(Coanda Effect)或柯恩达效应。这种作用是以罗马发明家亨利康达为名。当流体（水流或气流）有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体流动的倾向，流体与它流过的物体表面之间存在面摩擦，这时流体的流速会减慢。只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。 附壁作用是大部分飞机机翼的主要运作原理，利用 Coanda 效应，可以有意识地诱导空气气流，在机翼上表面产生比飞机和空气相对速度更大的气流速度，提高升力。附壁作用的突然消失是飞机

14、失速的主要原因。,F100G 拖曳力分析实验模块,设备简介： 这是一台用于研究绕流拖曳力的实验模块 该模块由一个半透明的矩形短通道，通过出口联接器连接至F100基本实验台，通道中放置绕流样本，可以测量在各种风速下的绕流拖曳力 绕流样本包括机翼模型、圆柱体和平板，其中圆柱体在径向方向上分布有压力测量点，可研究圆柱体的压力分布,F100G 拖曳力简介,定义：当定常均匀气流以速度V流过物体时，沿流动方向作用在物体上的力称为绕流拖曳力，一般是由摩擦拖曳力和压差拖曳力两部分组成 摩擦拖曳力是由流体的粘滞性而在物体表面形成边界层，在边界层范围内，流体的速度梯度很大，摩擦力效应显著。流体作用在物体表面各点的

15、摩擦切应力在流动方向上的投影总和为作用在圆柱体上的摩擦拖曳力 压差拖曳力是由于边界层在物体表面某点处分离，在物体后部形成很强的旋涡尾流，使物体后部的压强大大低于前部的压强，就形成了物体前后部的压力差，它在流动方向产生了一个力。流体作用在物体表面各点的法向压应力在流动方向上的投影总和为作用在物体上的压差拖曳力,F100H 可视化流动实验模块,设备简介： 这是一台用于将空气流动进行可视化的实验模块 该模块由一个半透明的矩形通道，通过出口联接器连接至F100基本实验台，通道中可放置各种绕流样本，包括平板、机翼模型、圆柱体和三角形。另外，设备包括一个烟气发生器，产生可见的油烟，跟随空气流过各种 绕流样

16、本，可以清楚地观察到气体的流动状态和附壁效应,F100K 压力损失分析实验模块,设备简介： 这是一个用于研究管道内压力损失的实验模块 设备包括一系列直管、弯管以及不同形状入口的管道，管道的两端均设置有静态压力计，可以测量在不同风速下由于管内摩擦、流向突然改变等带来的压力损失 设备需连接至F100基本实验台配合使用,F100K 压力损失简介,实际粘性液体在流动时存在阻力，为了克服阻力就要消耗一部分能量，这样就有了能量损失。在实际系统中，能量损失的主要表现为压力损失（少部分能量损失转化为流体的内能） 实际系统中的压力损失分为两类，分别是沿程压力损失和局部压力损失 沿程压力损失：指流体沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损失是由流体流动时的内、外摩擦力所引起的压力损失 局部压力损失：指流体流经局部障碍（如弯头、接头、变截面管道等）时，由于流体的方向和速度的突然变化，在局部形成漩涡引起的流体质点间，以及质点与固体避免间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失,F100M 风机测试实验模块,设备简介： 这是一台用以研究风机性能的实验模块 利用一个节流孔板来控制F100中高