气流模型试验设备

气流模型试验的专门设备是风洞。全世界为各种目的建成的风洞至今已超过300座。风洞的大小不等，大的可以使飞机、兵器、车辆、风力机械等原型实物直接置于风洞内进行试验，小的则可以将风洞置放于一张写字台上。依据风洞内可达到的气流速度（即风速）大小，有高速风洞与低速风洞之分。低速风洞常指马赫数（指气流速度与气体中音速之比数）小于0.3或0.4的风洞，也称作亚音速风洞，高速风洞常指马赫数大于0.4的风洞。在低速风洞中气流的压缩性一般不影响分析。高速风洞主要用于超音速飞机、高速飞行器、兵器等的试验研究。低速风洞主要用于航窄器、风力机械、高层建筑、水上海上建筑结构、跨江跨海桥梁等涉及空气动力学问题的研究，以及城市建筑规划、矿区布置、污染源随大气紊流扩散等环境问题的试验研究。因此，低速风洞常按其主要用途被称之为航窄风洞、建筑风洞、环境风洞等。用于水力学试验研究用的气流模型试验设备也是一种低速风洞，模型试验段的风速一般不大于60m/s。为了模拟静水或运动水流的作用，风洞内的流体除生成气流的空气外还有静止或流动的水。

风洞结构一般可分为进口段、模型试验段（或称工作段）和出口段三部分。进口段包括空气进入模型的喇叭形进口及其后的整流装置。模型试验段用以置放被试模型及进一步调节气流特性的装置。出口段由管道、抽风机、气流流量计、控制阀等组成。航空风洞工作段断面常为圆形、正方形或高宽接近的矩形，建筑风洞及环境风洞工作段的尺寸常较大，断面多为矩形或宽度较高度大得多的扁平矩形。河道气流模型试验段都为扁平形，用玻璃板下表面代表水面，使明渠河道成为压力流的模型。为了模拟地面风速梯度及气流紊动，建筑风洞和环境风洞常在模型试验段的前部调整气流和加糙，图2是这类风洞工作段的典型布置。

气流模型试验可以用于研究气流的基本特性，如流场的流态、压力、流速分布和气流内部的紊动结构等，也可用于研究气流与固体物与其他流体（如水）间的相互作用。由于空气与水同属流体，在流动的基本特性方面有许多相同和相似之处，故在研究水工水力学或河流动力学的某些问题时，可以用气流代替水流来研究不同边界条下的水力特性，借以对河道整治、河道分流等工程布置方案等进行优选，其优点是气流模型可以做的更小、观测简便、省时、经济。在进行水工或海工建筑结构的风震、风流等直接与气流有关问题的试验研究时，采用气流模型试验更是理所当然。水工水力学方面的有些问题，如建筑物体型设计、泥沙问题等仍须通过水流模型试验才能解决。

单纯气流模型的设计，是依据相似准则保证模型和原型的欧拉数Eu相等。除正态模型外，为满足小比尺河道模型的动力相似，可采用变态模型。先确定平面长度比尺和深度比尺，在试验中测得模型气流量与原体设计流量的关系，有欧拉相似准则可得流速比尺和时间比尺。

当研究弹性结构的气动力学问题，即气弹性问题时，气流模型的设计除考虑原型和模型欧拉数相同外，尚需考虑气流内部紊动和结构动力相似，模型的设计显然较单纯气流模型复杂，若同时要考虑水弹性问题，气流模型的设计将更为复杂和困难。

一：、什么叫做气流？

简单地说，气流就是空气的上下运动，向上运动的空气叫做上升气流，向下运动的空气叫做下降气流。上升气流又分为动力气流和热力气流、山岳波等多种类型，滑翔伞一般利用动力上升气流和热力上升气流两种来完成滞空、盘升和长距离越野飞行。（气流和风的区别）气流是气象学的学术用语,风是我们的生活用语,其实无论空气是水平运动还是垂直运动都可以叫气流。但是空气垂直运动我们不能感受到,只能感受得到水平气流,所以生活中所说的风只能是指水平气流.

二、气流的生成

气流的生成，非常复杂，热力气流的生成受各种天气、温度、湿度，空气温度递减率、地表温差、气压、等数据影响。一般来说，空气温度递减率越大、日照越充足、空气越干燥，热力气流的形成就越好。

三：气流的特点：

1、 气流的惰性

气流往往走的是最短最近的途径。它是有惰性的，在参差不齐的山上，一直依赖于一个依托物爬升，如果是平地，没有激发物，它就趴着，向水平方向运动。

2、 气流的释放点

在水平运动状态的气流如果遇到激发物，就沿着障碍物爬升，一直走到障碍物的最顶端，依赖于山的最高点，所以一段山形最高点的上方空域（山额），往往是气流的释放点。我们如果把山比做一个不规则的冰块，把冰块倒过来，水滴下来的位置是冰块最尖点，倒转回来，这就是气流的释放点。因而起飞前先要仔细判断山形，根据山体的起伏形态找到气流的激发点来制定飞行航线，这种方法可以使飞行员在越野过程中找到接续气流的点，利用它盘升高度，然后继续飞行。

3、 根据场地判断气流

在群山环抱的场地中，气流出现的情况一般整幅连绵的山体来得复杂，所以起飞前一定 根据不同的场地仔细判断。

对于山窝里的气流，一般来说，正迎风的情况下，气流在山窝里流速会比沟外的强，如果风力稳定持续的话，这样的动力气流可以利用；但是千万注意，在侧风的情况下，要防止假风和山窝里的回旋气流，这时的山沟里就绝对不能去。 因为侧风的情况下山窝里会产生假象的上升气流和风力回旋，表面上高度表报告进入上升气流，但那有可能是风力回旋造成的假性上升，附近马上就会有一个向下的力，容易产生折翼等危险。

在整个山系有不同落差或风层走廊的情况下，要特别注意切力风层的出现。有时在某段高度内有时会出现两个速度不等、方向不同的切风，导致整个伞翼旋转或拍击，在这个情况下，如果高度足够的话，应尽快逃离；或主动失去一部分高度，脱离风层切面。

四：热力气流和动力气流的区别

A：动力上升气流，就是水平运动的风在遇到山或者障碍物激发时，改变运动方向而形成的向上运动的气流，它的强弱大小受障碍物的大小以及风力大小的影响。

动力气流的特点是：

1：在迎风的山坡，风力稳定持续的话，动力气流应该是一样持续稳定的。

2：障碍激发物（山体）越高、坡度越陡、风力越大、动力上升气流就越强，上升区域就会增加；

3：完整山体的宽度越大，上升的速度和动力气流的幅面也越大；

4：动力上升气流的高度是有限的，它的高度一般可以超过山的高度的三分之一左右。

利用动力上升气流可以使滑翔伞达到滞空和盘升的目的。寻找动力气流，要在坡度比较陡、山形完整的的迎风面，这样的情况上升速率是一样的。

B： 热力上升气流，是受日照、气压、温度、风力等气象条件和地形条件的影响形成的上升气流，它的高度可以从几百米到几千米，它的速率可以从几米至几十米/秒，所以在同一个场地，而天气条件下不一样的情况下，飞行所遇到的热力上升气流也不一样。在气象条件比较好的情况下滑翔伞可以利用上升速率在10米/秒的热力上升气流飞得很高很远。

由于地表热容量的不同，吸收热量的不同，热力气流就不同。举例来说，砂石吸收的热量最少，最容易饱和，但这时候日照还是继续，于是把多余的热量辐射给周围的空气，把周围的空气加热，所以沙漠、山石、裸露在阳光下的干燥地表等上空形成热力气流的机会很大；而有水、草地、湿润的地区受阳光照射后形成热力气流则比较慢，因为需要的热量很大，周围的空气都是冷的，它需要热量来蒸发水分，热力气流向上走的时候，两边的气流来不足，对它造成压力，从而形成相对意义上的下降气流； 还有一种黄昏时的特殊热力回吐气流（俗称傻瓜气流），由于水面吸收了一天的阳光照射，在黄昏太阳落山前后，岩石等干燥地表迅速失温，而水面蕴涵的热力却依然强 盛，热容比相对比较大，造成水面上是上升气流，而干燥的岩石地面上空却是下降气流的奇特现象

地质力学模型试验是岩石力学研究领域的重要手段，尤其是在理论尚不完备、非连续数值模拟技术尚未成熟的现阶段，地质力学模型试验在深部岩体力学研究中占据重要地位。

地质力学模型试验最早由格恩库兹涅佐夫于1936年提出，是仿照真实结构并按照一定比例关系复制而成的试验代表物，它具有原型结构的全部或部分特征。地质力学模型试验根据相似理论，用适当的比例尺和相似材料制成与原型相似的试验对象，再现原型结构的实际工作状态，最后按照相似判据整理试验结果，推算原型结构的实际状态。地质力学模型试验的科学性取决于模型与原型具有相同物理性质的变化过程，要满足物理现象的单值相似条件，还要求对应的相似判据相等。

地质力学模型试验能形象、直观地模拟工程结构的受力、变形及破坏的全过程，可以比较全面、真实地模拟复杂的地质构造，揭示可控影响因素对人们关心的工程灾变孕育演化过程的影响，为建立新的理论和数学模型提供依据，从而为避免和防控工程灾害提供技术支持。

从20世纪70年代开始，清华大学、山东大学、中国矿业大学、长江科学院等高校和院所，结合水利、采矿、交通、国防等工程中的岩石力学问题，开展了大量的模型试验研究，取得了系列创新成果，为岩石力学的发展做出了重要贡献。如，清华大学李仲奎 等研制了离散化多主应力面加载和控制系统，成功地解决了复杂三维初始地应力场的模拟问题，提出基于击实功复合作用系数以及密度随填筑深度非线性逆向控制的模型制作方法，提高了模型材料力学性质的稳定性；山东大学张强勇等在试验台架研制、相似材料制备、试验数据采集等方面开展了大量的工作，也取得了丰硕的成果。

地质力学模型试验在大模型制作、控制加载、监测量测、相似材料制备等方面得到了全面发展，逐步实现了模型由平面到立体、应力状态由平面到真三轴、加载边界由刚性到柔性、监测量测由概略到精细、材料性质相似由粗放到严格的转变。但是，在部分深部特有问题模拟上，如深部岩体的含能状态、初始状态、边界条件以及与时间相关的变形破坏过程等，仍存在一些值得商榷之处。 2100433B

1．可逆性原理

物体在静止的空气中运动或气流流过静止的物体,如果两者相对速度相等,物体上 所受的空气动力完全相等。

一般在研究、分析和实验时,采用气流流过物体的方法较为直观和简单。根据此原理只要相对速度相等,它的结果与物体在空气中运动时所受的空气动力就一样。

2．连续性定理

这是描述流速与气流截面关系的定理。气流稳定地流过直径变化的管子时,图 1—1—2,每秒流入多少空气,也流出等量的空气。所以管径粗处的气流速度较小,而管径细处较大。可用下式表示：

S1V1=S2V2=常数

式中:

S—管子截面积;V—流速。

3．伯努利定理

是能量不灭定理在空气动力学中的应用,它描述空气动压、静压和总压之间的关系。

1/2ρv12 p1=1/2ρv22 p2=p0(常数)

式中:

1/2ρv2—动压;p—静压;p0—总压。

流体在截面较大处(Ⅰ)仍流速较小,动压较小,静压较大,而 在截面较小处(Ⅱ)流速较大,动压较大,静压较小