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流场

流场是指在一个流场里,速度、压强等都会发生变化。在飞行的情况下,是由飞行器的运动造成的;在风洞实验里,则是因为在均匀直线气流里放进了模型,模型对气流产生扰动所造成的。是用欧拉法描述的流体质点运动,其流速、压强等函数定义在时间和空间点坐标场上的流速场、压强场等的统称。 某一时刻气流运动的空间分布。

表述:

某一时刻气流运动的空间分布。

流场型式:

一般有3种基本的流场形式:

①相对均匀的气流、略有弯曲的流线组成的气流。

②奇异线。常有风向不连续的间断线和分支或汇合的渐近线。

③奇异点。即流场中风速为零的静风点。

表述:

运动流体所占有的空间区域。

常规高超声速风洞流场校测,可测量得到风洞的实际性能,以了解风洞的马赫数、温度分布均匀性和流向角大小等流场品质和试验数据的精准度,检验是否达到各项设计指标及相关标准或规范的要求,便于分析可能的未达标因素、提供改进的依据;而风洞投入使用后,也通常需要定期进行流场校测和标模试验,以检验其指标是否发生变化。同时,积累的流场校测数据、标模试验数据可以为风洞试验数据的分析和故障排查提供依据或参考数据。

流场校测的目的是全面详细地测量风洞的流场状况及其品质,获得不同运行条件下的马赫数、温度场均匀性和流向角等流场特性参数,以及用于确定风洞的最佳运行参数。

流场校测应在风洞各系统均运行正常的条件下,在确定的运行参数条件(主要是总温、总压)下开展。风洞流场校测试验的基本流程是:

(1)确定的风洞运行状态。

(2)完成校测试验装置与测量系统准备。

(3)将校测装置安装调整到待校测流场截面。

(4)风洞运行,测量并获得压力、温度等有效数据。

(5)风洞运行结束。

必要时,需要记录相关的环境条件参数,如大气环境压力、环境温
  度等。

对于流场特性分析,常涉及到涡的概念。对于流场的涡分析中,涡常包含涡量场和涡旋两个方面,从涡形态上可以认为:涡量场指涡量的空间分布,涡旋指涡量集聚的涡结构,也常用涡指流场流线图中的漩涡形态(比如旋翼涡环形态)。涡量场通常和粘性流动存在着对应关系。流体粘性应力的大小由应变速率决定,尤其是剪切应变速率的大小。而涡量和应变速率都是由流场的速度梯度造成的,速度梯度越大,应变速率和涡量一般也越大。

涡量常可理解为流体微团绕其中心作刚体旋转的角速度的2倍。但涡量并不代表流体微团表现出旋转,比如边界层中的涡量,主要表现在剪切率上。当流体微团有旋转时,从其物理意义上可以理解为:微团绕其流线轨迹的曲率中心的旋转角速度和绕微团本身中心的旋转角速度的叠加。

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