油膜干涉法测量壁面摩擦应力实验报告-周鑫(2)

一、实验目的

1. 掌握油膜干涉法测量壁面摩擦应力的基本原理、应用方法和测量过程中应注意的

技术问题。

2. 以不同攻角下平板边界层流动为观测对象，学会利用油膜干涉法测量不同边界层

性态下（层流和湍流）的壁面摩擦应力，了解层流和湍流边界层表面摩擦应力差别；并学会如何利用这种方法去观测表面流动的典型复杂现象，如判定边界层转捩位置、流动分离和再附及分离泡等，对这种方法能够用来解决哪些流体力学问题有一个直接全面的了解。

二、基本原理

油膜干涉法是基于薄油膜在剪切应力作用下表现出的特性，原理如图1所示。首先将油凃于模型表面形成薄油膜，当有流体流过，油膜变薄。利用干涉法测量油膜厚度随时间和壁面位置的变化，通过薄油膜方程可以确定当地

壁面剪切应力。油膜干涉法积分形式的壁面摩擦应力（亦称剪切应力）系数计算公式：

Cf

2nocos x

t2

N dt

t1 (t)

其中：n0为硅油的折射率，在硅油的规格说明上可以找到；θ为光线折射角，先测量入射角θi再计算得到；λ为实验选用单色光的波长；q∞ (t)为来流动压； x为实验干涉图像中N级条纹的总宽度，如图1所示；μ为硅油动力粘性系数；t为时间，吹风时间t1到t2。

三、实验设备和实验装置

2.1 水洞设备

北航 D-1 低速风洞为三元回流式开口风洞，见图2。实验段截面呈椭圆，尺寸为 1.02 米×0.76 米，长 1.45 米。最大风速40m/s，本次实验风速可设定为30m/s。

2.2 实验模型

实验采用平板模型，如图3a所示，弦长400mm，展长560mm，厚20mm。头部采用1：3半椭圆形状。为保证流动二维性，侧面采用两块直径为600mm、厚20mm的端板，端板边缘加工成圆弧用于整流。模型安装时，转轴穿将平板模型和两端板连接起来，转轴位于端板中心。实验时，两端板固联于风洞，模型可转动。根据实验攻角变化间隔和范围，在端板上加工一组定位销孔，通过销钉与模型上削钉孔分别对应，实现攻角变化。可变攻角范围α= 0°～20°，间隔 α=2°。 2.3.实验装置和观测系统

实验装置和测试系统如图3b所示。包括照明灯具，模型表面处理，硅油和图像记录设备。

照明灯具：选用欧司朗牌高压钠灯，波长589nm，功率200W。

模型表面处理：模型表面要求可反射光，表面粗糙度低，折射率高。固需在测量区域粘贴聚酯薄膜（Mylar 膜），然后熨斗熨烫，保证薄膜贴附平整牢靠，避免起皱、