实验流体力学论文

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1、实验流体力学总结论文论文题目：实验流体力学现状及总体发展趋势授课老师：刘艾明学生姓名：杨超学院名称：交通学院专业班级：14级结构学硕实验流体力学现状及总体发展趋势杨超（武汉理工大学交通学院武汉430063）摘要：实验流体力学的主要研究内容包括数据处理技术、流动显示技术、测力技术、流动参数（速度、压力）测量技术等。随着电子技术、计©机技术和信息技术的快速发展，并且应用到实验流体力学中，使得上面各项技术也有了质的提升，大大的促进了实验流体力学的发展。本文将针对实验流体力学研宄的各项技术的现状进行介绍，并且对实验流体力学的总体发展趋势进行分析。关键词：数据处理技术；流动显示技术；测力技术；流

2、动参数测量0引言流体力学理论体系的形成和发展是与实验研究紧密相连的，这些实验研究过程中依据的体系就是实验流体力学，它包括最基础的理论支撑、测试系统及苏方法、数据处理和误差分析等。它的研究贯穿着流体力学的各个领域，在流体力学的发展历史中，起到了关键性的作用。一方面，它用精细的观察和测量手段揭示流动过程中在流场各处的流态和流动特征；另一方而，通过流动参数的直接测量提供丫各种特定流动的物理模型。实验流体力学是和理论流体力学、计算流体力学并列的流体力学三大分支之一，也是实验力学的重要组成部分。1数据处理技术数据处理技术的核心思想就是信号处理与分析。当代实验流体力学的研究己深入到各个工程领域，在

3、紊流、振动和噪声等领域的许多物理现象中，经常会涉及到这样的一些物理量，例如速度、加速度与压力等，以上的数据随时间的变化往往不能重复进行实验，每次实验所得到的数据彼此不同，不可能精确再现，这些现象称为随机现象，所测得的相应的信号或数据称为随机信号或随机数据。这类数据不能用熟悉的处理数据的方法来进行处理，随着数字技术的发展，为了用计算机来处理信号，首先需利用A/D转换器将采集到的模拟信号转换为数字信号，该过程包括采集、量化和截断，还可以对数字信号进行滤波，再利用计算机进行信号处理，如果需要，再由D/A转换器将其转换为模拟信号。得到数据信号后要对其进行分析，目前工程屮最常用的分析方法有相关函

4、数分析、谱密度函数分析、快速傅立叶变换（FFT）频谱分析以及条件采样和平均技术等。调节参数得到一系列图谱，最后对于得到的图谱进行分析比较，得到相应的实验结果。2流动显示技术流动的显示技术包括两大类，第一类是比较常规的显示方法，包括壁面显示法，丝线法，示踪粒子法和光学法这四种方法，它们也可以进行进一步具体的划分，壁面显示法屮壁面可以选择液体膜、热敏涂层、可溶性化学膜等；丝线法包括表面丝线、丝网阵、荧光微丝；示踪粒子法可采用固液气各种粒子以及氢气泡、烟线等；光学法则有阴影、纹影、干涉、全息照相和液晶法。它们分别适应于不同速度范围。流动显示研究的一个重耍目标是不断的向速度范围的两端（较高速度

5、和较低速度）扩展。这类方法比较明显的优点就是能够直观的观察到流体的运动轨迹和特点，能够做一些定性的分析。第二类是以计算机辅助技术作为基础支撑的，即采用流动显示与计算机图像处理相结合的方法，具体的方法有粒子图像测速（PIV）,激光诱发荧光（LIF）,激光分子测速（L1V），压敏涂层测压（PSP）等。它们一般兼具有定性显示和定量测量的能力，在显示流体流动特点的同时，能够定量的测出流体的流动参数（速度、压力），有的己经实现了对非定常复杂流动的空间结构的瞬态显示与测量，从而对复杂流动的研宄取得了重大进展。3测力技术测力的主要方法是使用天平。使用普通的机械式或应变式天平，不可避免地要使用模型支

6、架。为了消除风洞实验中支架的干扰，使模型在接近于自由飞行的条件下进行实验，人们研宄出一种新型天平一一磁悬式天平。磁悬式天平由悬浮于试验段中的模型、位于试验段壁而外侧的若干个电磁线圈和专用的光学装置三部分组成。模型由软铁制成，或者在非磁材料模型屮间镶嵌磁铁。当风速为0时，电磁线圈所产生的磁场力与模型的重力相平衡，使模型保持为一定的位置和姿态：当风速增加时，磁场力要与模型受到的空气动力相平衡。测量风洞吹风前、后各电磁线圈中电流的变化，即可确定模型所受到的空气动力。光学装置发出的若干束光通过实验段射入光电管。当模型处于某一位置和姿态时，模型恰好遮去每束光的一半。模型的位置和姿态在空气动力的作

7、用下发生了变化后，引起光电管接受的光通量发生变化，经光电管转换为电压变化，再经过反馈系统来控制电磁线圈内电流的大小，以改变磁场力，使模型恢复到原来的位置和姿态。因此，只要测量通过电磁线圈的电流变化，或测量磁场强度的变化，即可测量各空气动力分量。总之，在磁悬式天平屮，模型的位置、模型姿态的固定和改变、模型的空气动力的测量，都要依靠电磁线圈内电流的控制和测量。磁悬式天平的最大优点是可消除风洞实验时的支架干扰，因此在动导数、大迎角、喷流、马格努斯力等