煙流法

煙流法是風洞中流態觀察方法。

用風洞中特製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。世界各國建設了不少煙風洞。通常是在風洞外把不易點燃的礦物油用金屬絲通電加熱而產生的煙引入風洞；也有將塗有油的不鏽鋼或鎢絲放在模型前，實驗時通電將鎢絲加熱,產生細密的煙霧。為了保證煙束清晰不散,必須採用大收縮比的收縮段、穩定段或風洞入口加裝抗湍流網和採用吸振性能好的材料製造洞壁等措施，保持煙流為層流狀態。煙流法除用於觀察繞模型的流動，還可用來測量邊界層過渡點位置和研究渦流結構。

基本介紹

• 中文名：煙流法
• 外文名：The smoke flow method
• 使用情況：風洞試驗
• 特點：利用煙流顯示圖形
• 風洞觀察法：示蹤方法、光學方法
• 目的：用於風洞中的流態觀察

簡介

煙流法是風洞中流態觀察方法之一。

用風洞中特製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。世界各國建設了不少煙風洞。通常是在風洞外把不易點燃的礦物油用金屬絲通電加熱而產生的煙引入風洞；也有將塗有油的不鏽鋼或鎢絲放在模型前，實驗時通電將鎢絲加熱,產生細密的煙霧。為了保證煙束清晰不散,必須採用大收縮比的收縮段、穩定段或風洞入口加裝抗湍流網和採用吸振性能好的材料製造洞壁等措施，保持煙流為層流狀態。煙流法除用於觀察繞模型的流動，還可用來測量邊界層過渡點位置和研究渦流結構。

風洞實驗

空氣動力學實驗分實物實驗和模型實驗兩大類 。實物實驗如飛機飛行實驗和飛彈實彈發射實驗等，不會發生模型和環境等模擬失真問題，一直是鑑定飛行器氣動性能和校準其他實驗結果的最終手段，這類實驗的費用昂貴，條件也難控制，而且不可能在產品研製的初始階段進行，故空氣動力學實驗一般多指模型實驗。空氣動力學實驗按空氣(或其他氣體)與模型(或實物)產生相對運動的方式不同可分為3類:①空氣運動，模型不動，如風洞實驗 。②空氣靜止，物體或模型運動，如飛行實驗、模型自由飛實驗(有動力或無動力飛行器模型在空氣中飛行而進行實驗)、火箭橇實驗(用火箭推進的在軌道上高速行駛的滑車攜帶模型進行實驗)、旋臂實驗(旋臂機攜帶模型旋轉而進行實驗)等。③空氣和模型都運動，如風洞自由飛實驗(相對風洞氣流投射模型而進行實驗)、尾旋實驗(在尾旋風洞上升氣流中投入模型，並使其進入尾旋狀態而進行實驗)等。進行模型實驗時，應保證模型流場與真實流場之間的相似，即除保證模型與實物幾何相似以外，還應使兩個流場有關的相似準數，如雷諾數、馬赫數、普朗特數等對應相等(見流體力學相似準數)。

實際上，在一般模型實驗(如風洞實驗)條件下，很難保證這些相似準數全部相等，只能根據具體情況使主要相似準數相等或達到自準範圍。例如涉及粘性或阻力的實驗應使雷諾數相等;對於可壓縮流動的實驗，必須保證馬赫數相等，等等。應該滿足而未能滿足相似準數相等而導致的實驗誤差，有時也可通過數據修正予以消除，如雷諾數修正。洞壁和模型支架對流場的干擾也應修正。空氣動力學實驗主要測量氣流參數，觀測流動現象和狀態，測定作用在模型上的氣動力等。實驗結果一般都整理成無量綱的相似準數，以便從模型推廣到實物。

風洞一般稱之為風洞試驗。簡單地講，就是依據運動的相對性原理，將飛行器的模型或實物固定在地面人工環境中，人為製造氣流流過，以此模擬空中各種複雜的飛行狀態，獲取試驗數據。這是現代飛機、飛彈、火箭等研製定型和生產的"綠色通道"。簡單的說，風洞就是在地面上人為地創造一個"天空"。至於我們國家的風洞為什麼會選擇建在大山深處，那是歷史原因造成的。

其他觀察方法

風洞中流態觀察方法大致為分兩類:第一類是示蹤方法;第二類是光學方法。

示蹤方法

在流場中添加物質，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，特別適合於顯示定常流動。常用的除煙流法外，還有絲線法、油流法、升華法、蒸汽屏法和液晶顯示法等5種:

①絲線法 將絲線、羊毛等纖維貼上在要觀察的模型表面或模型後的格線上,由絲線的運動(絲線轉動、抖動或倒轉) 可以判明氣流的方向和分離區的位置以及空間渦的位置、轉向等。圖6為一個模型實驗時機翼的絲線顯示氣體流動圖。現在又發展到用比絲線更細的尼龍絲，有時細到連肉眼都看不清。將尼龍絲用螢光染料處理後再粘在模型上。這種絲線在紫外線照射下顯示出來，並且可以拍攝下來。粘絲很細，對模型沒有影響，可同時進行測力實驗。此法稱為螢光絲線法。

②油流法 在粘性的油中摻進適量指示劑(如炭黑)並滴入油酸，配製成糊狀液態物，均勻地塗在模型表面。實驗時通過指示劑顆粒沿流向形成的紋理結構，顯示出模型表面的流動圖形。如果油中加入少量螢光染料，則在紫外線照射下可以顯現出螢光條紋圖，稱為螢光油流圖。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、激波與邊界層相互干擾等流動現象。

③升華法 將揮發性的液體或容易升華的固體噴塗在模型表面，依據塗料從模型上散失的速度與邊界層狀態有關的原理(在湍流邊界層內由於氣流的不規則運動導致該處蒸發量或升華量大於層流處)來區分邊界層狀態，確定過渡點的位置。

④蒸汽屏法 在風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，氣流經過光面時，由於離心力的作用，旋渦內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。

⑤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、無色的順序改變，能鑑別有微小溫差的層流和湍流邊界層流動以及激波前後的溫差。它適用於高速和超聲速流態觀察。液晶的塗法與漆類似，先稀釋，再噴塗。液晶對污物雜質敏感，噴塗時，模型表面必須乾淨。

光學方法

根據光束在氣體中的折射率隨氣流密度不同而改變的原理製造出來的光學儀器，如陰影儀、紋影儀、干涉儀(見風洞測試儀器)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，不會干擾氣體流動，而且可以在短時間內採集大量的空間數據。它是一種直接顯示方法，特別適合於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。