利用浮动平面测量湍流边界层壁面剪切应力的测力天平研究

发布时间：2021-09-29 07:51

　　对流动的认识深刻影响今天的航空、桥梁和工业设计。壁面剪切力的测量是流体研究中非常重要的一部分,它是认识流动、减小阻力的关键。本文对一种新型的利用刀锋支撑的通过浮动元件测量湍流壁面剪切力的测力天平进行研究和改进。文中首先确定了影响测力天平的扰动来源并采取措施减弱扰动的引入。利用实验系统探究测力天平各构成部分——测力元件、支撑平台、力臂、质量对测力天平测量稳定性的影响。采用多种指标对测力天平的稳定性、重复性进行衡量。对测力天平进行运动建模,分析测力天平实验中表现的原因以及改进方向,并明确这种测力天平的测量范围与特性。利用刀片的测力天平的扰动来源有流向的压力梯度、浮动平面与流动壁面的共面程度以及浮动平面与流动壁面间的缝隙对流动的影响。这些扰动可以被减弱但不能被消除。通过实验对比不同测力传感器、支撑平台。发现采用称重传感器这类响应频率较高的测力元件、稳定性较强的铝型材自制支撑平台能够使测力天平达到较好的测量稳定性。实验对比了不同力臂、不同质量下测力天平的性能,发现在力臂为15倍左右、测力天平质量较低的情况下测力天平重复性较好。通过对比不同风速下的测量误差得出测力天平的重复性误差不超过4%。对测... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

经典湍流边界层分层模型[6]

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-15-第2章实验设备2.1引言湍流壁面剪切力测力天平作为一种测力装置本身就是一种实验设备。为研究其组成、测量规律，需要对其进行实验探究。实验设备及测量检测技术是获得实验结果的基矗本章将介绍实验所用到的设备，测力天平的组成构件以及衡量测力天平性能的参数。2.2实验主要设备2.2.1风洞本课题全部实验在哈尔滨工业大学（深圳）流固耦合研究所风洞实验室的低速回流式风洞进行，如图2-1所示。该风洞实验段长5.6m，宽0.8m，高1m，实验段轴线距地面大约2m。为保证实验段风速均匀稳定，风洞实验段呈渐扩形状，内壁成一定的小倾角。该风洞的来流气体由一个交流机带动叶片产生，可以通过调节变频器的频率改变风速。本次实验在风洞的实验段与集气嘴之间安装阻尼网，阻尼网保证了风洞实验段在低风速下的稳定性。风洞中的风速调节范围为2-50m/s，湍流度小于0.5%。图2-1哈尔滨工业大学（深圳）风洞实验室风洞

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-17-图2-2湍流边界层壁面（单位为mm）2.2.3压力调节板压力梯度是湍流边界层壁面剪切力测力天平的测量误差来源之一。因此实验要在零压梯度下进行。大平板后缘可调角度板即为调整压力梯度而设计。风洞实验室现有在整个实验段可调角度的压力调节板。可以进行准确度更高的压力梯度调节。压力调节板由导流前缘，中间可调角度板和尾板组成，如图2-3。前缘设计为圆弧形状，作用为将风洞来流平稳导入到实验段。中间段调节板利用5组丝杠调节与风洞上壁距离，从而调节测试段的流动区域高度，此段确保实验段保持零压梯度。尾板利用一组丝杠调节角度，并将流动平稳导出，其角度调节范围更大。图2-3压力调节板安装示意图（单位为mm）

【参考文献】：
期刊论文
[1]边界层控制法减阻技术研究进展[J]. 郭杰,耿兴国,高鹏,欧修龙.  鱼雷技术. 2008(01)

硕士论文
[1]通过不同长度流向狭缝周期性吹气实现湍流边界层减阻[D]. 闫燕飞.哈尔滨工业大学 2018



本文编号：3413341