流体力学的实验研究方法有实物实验、比拟实验和模型实验三大类。实物实验是直接以原型系统为对象进行相关实验测试与分析,这对于较小的原型系统比较适用,对于大型系统诸如飞机、轮船、大坝等与流体间相互作用的研究就很难实施了。比拟实验是利用电场、磁场等来模拟流场,实施起来也受到诸多限制。模型实验是实验流体力学最常用的研究方法,实验中用的是将原型按一定规则缩小后的模型,实验中有可能需要改变流体性质和流动条件,以使得实验结果能满足科学研究和工程设计的需要。
在两个几何相似的空间流动系统中,若对应点的同名物理量之间有一定的比例关系,则这两个流动系统是相似的。只要找出这种比例关系,就可以通过了解一个系统的流场去认识另一个流动相似系统的流场。流动相似包括几何相似、运动相似和动力相似三个方面。
几何相似指模型流动的边界形状与原型相似,即在流场中,模型与原型流动边界的对应边要成一定比例。自然界或工程实际中的流动系统称为原型,为进行实验研究所设计的流动系统称为模型。通常,模型尺度的选择依实验条件而定,越接近原型越能反映实际流动情况。
运动相似是指几何相似的两个流动系统中的对应流线形状也相似。由于流动边界将影响流线形状,故运动相似还意味着几何相似,反之则不然。若两个流动系统运动相似,则选定了速度、长度和时间三个比尺中的任意两个,另一个比尺也就确定了,不能再选了。
动力相似是指在两个几何相似、运动相似的流动系统中,对应点处作用的相同性质的力的方向相同、大小成一定比例。显然,要使模型中的流动和原型相似,除了满足几何相似、运动相似和动力相似外,还必须使两个流动系统的边界条件和初始条件相似。例如,若原型是固定管束绕流,模型也应是固定管束绕流。
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