流態(tài)觀察方法

1、風(fēng)洞中流態(tài)觀察方法大致為分兩類：第一類是示蹤方法；第二類是光學(xué)方法。示蹤方法在流場中添加物質(zhì)，如有色液體、煙、絲線和固體粒子等，通過照相或肉眼觀察添加物隨流體運動的圖形。只要添加物足夠小，而且比重和流動介質(zhì)接近，顯示出來的添加物運動的圖形就表示出氣流的運動。這是一種間接顯示法，特別適合于顯示定常流動。常用的有絲線法、煙流法、油流法、升華法、蒸汽屏法和液晶顯示法等六種：絲線法將絲線、羊毛等纖維粘貼在要觀察的模型表面或模型后的網(wǎng)格上,由絲線的運動（絲線轉(zhuǎn)動、抖動或倒轉(zhuǎn)）可以判明氣流的方向和分離區(qū)的位置以及空間渦的位置、轉(zhuǎn)向等。圖6模型的絲線顯示流動圖個模型實驗時機翼的絲線顯示氣體流動圖。現(xiàn)在又發(fā)展

2、到用比絲線更細(xì)的尼龍絲，有時細(xì)到連肉眼都看不清。將尼龍絲用熒光染料處理后再粘在模型上。這種絲線在紫外線照射下顯示出來，并且可以拍攝下來。粘絲很細(xì)，對模型沒有影響，可同時進行測力實驗。此法稱為熒光絲線法。煙流法用風(fēng)洞中特制煙管或模型上放出的煙流顯示氣體繞模型的流動圖形。這是一種很好的觀測方法。世界各國建設(shè)了不少煙風(fēng)洞。通常是在風(fēng)洞外把不易點燃的礦物油用金屬絲通電加熱而產(chǎn)生的煙引入風(fēng)洞；也有將涂有油的不銹鋼或鎢絲放在模型前，實驗時通電將鎢絲加熱，產(chǎn)生細(xì)密的煙霧。為了保證煙束清晰不散,必須采用大收縮比的收縮段、穩(wěn)定段或風(fēng)洞入口加裝抗湍流網(wǎng)和采用吸振性能好的材料制造洞壁等措施，保持煙流為層流狀態(tài)。煙流

3、法除用于觀察繞模型的流動，還可用來測量邊界層過渡點位置和研究渦流結(jié)構(gòu)。圖m平也機置在畑HL同中實驗時的畑硫圖C側(cè)視圖）b鴨式飛機模型在畑尺侗中實驗時的咽疣辺t頂視目）7模型煙流實驗照片為模型煙流實驗中拍攝的照片。油流法在粘性的油中摻進適量指示劑（如炭黑）并滴入油酸,配制成糊狀液態(tài)物，均勻地涂在模型表面。實驗時通過指示劑顆粒沿流向形成的紋理結(jié)構(gòu)，顯示出模型表面的流動圖形。如果油中加入少量熒光染料，則在紫外線照射下可以顯現(xiàn)出熒光條紋圖，稱為熒光油流圖。它可以顯示模型表面氣流流動方向、邊界層過渡點位置、氣流分離區(qū)、激波與邊界層相互干擾等流動現(xiàn)象。圖8鴨式飛機模型油流實驗的照散失的速度與邊界層狀態(tài)有關(guān)

4、的原理（在湍流邊界層內(nèi)由于氣流的不規(guī)則運動導(dǎo)致該處蒸發(fā)量或升華量大于層流處）來區(qū)分邊界層狀態(tài)，確定過渡點的位置。蒸汽屏法在風(fēng)洞中形成過飽和的蒸汽，在需要觀察的截面，垂直氣流方向射入一道平行光，氣流經(jīng)過光面時，由于離心力的作用，旋渦內(nèi)外蒸汽的含量是不同的,光的折射率因此不同，便能顯示出渦核的位置。此法多用來觀察大攻角脫體渦的位置。液晶顯示法利用液晶顏色隨溫度而改變的特性來識別層流、湍流邊界層和激波。液晶是一種油狀有機物，溫度較低時，無色透明，隨著溫度上升，便以紅、黃、綠、藍(lán)、無色的順序改變，能鑒別有微小溫差的層流和湍流邊界層流動以及激波前后的溫差。它適用于高速和超聲速流態(tài)觀察。液晶的涂法與漆類似

5、，先稀釋，再噴涂。液晶對污物雜質(zhì)敏感，噴涂時，模型表面必須干凈。光學(xué)方法根據(jù)光束在氣體中的折射率隨氣流密度不同而改變的原理制造出來的光學(xué)儀器，如陰影儀、紋影儀、干涉儀（見風(fēng)洞測試儀器）和全息照相裝置等，都可用來觀察氣體流動圖形。這種方法不在流場中添加其他物質(zhì)，不會干擾氣體流動，而且可以在短時間內(nèi)采集大量的空間數(shù)據(jù)。它是一種直接顯示方法，特別適合于觀察可壓縮流動和非定常流動，如激波、尾流和邊界層過渡等。除了以上兩大類方法外，還有一種向流場中注入能量的方法。如在低密度風(fēng)洞中向氣流發(fā)射電子束，使氣體分子激發(fā)出熒光，熒光的光通量與氣流密度大小有關(guān)。根據(jù)光通量的變化，就可以顯示出氣流密度的變化，這種方法

6、可以顯示高超聲速稀薄氣體流動的激波位置和形狀以及用于定量測量流場密度。70年代后期，發(fā)展出一種彩色照相圖示流態(tài)觀察技術(shù)。它用總壓探管在所測流場區(qū)域掃描，并將感受的壓力轉(zhuǎn)換成電壓值。根據(jù)不同的電壓觸發(fā)不同顏色的光，在照相機上曝光。通過多種顏色信號光記錄的流場等壓線圖，可以清晰地看到渦旋分布和飛機模型后的渦流圖像。這項技術(shù)最近發(fā)展成為直接把傳感器感受的壓力信號記錄在磁帶上，并輸入計算機處理。傳感器探頭可以用壓力探頭也可以用熱絲或熱膜或其他探頭。處理后的數(shù)據(jù)可由彩色電視顯示。因為不用照相裝置，而代之以計算機，這就帶來了很大的方便：可以一次處理很多數(shù)據(jù)（可以是一個也可以是好幾個探頭感受的數(shù)據(jù)）；顯示的

7、顏色可多達(dá)4096種（但由于人眼分辨率的限制，常用的也只有2030種）；對于特別有興趣的區(qū)域可以放大和增加顏色詳細(xì)顯示；此外，還可以根據(jù)需要，旋轉(zhuǎn)顯示的數(shù)據(jù)平面，以得到從不同角度觀察的流場彩色顯示圖像。例如，可以在垂直風(fēng)洞軸線的平面觀察，也可以在平行風(fēng)洞軸線的平面或其他任意平面觀察。高分辨率的彩色電視屏幕可以用顏色和箭頭表示流動方向。參考書目艾倫波普等著,彭錫銘等譯：低速風(fēng)洞試驗，國防工業(yè)出版社，北京，1977。（A.PopeandJ.J.Harper,LowSpeedWindTunnelTesti由，JohnWiley&Sons,NewYork，1966.A.博普等著，鄧振瀛等譯：高速風(fēng)洞試驗，科學(xué)出版社，北京，1