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流动显示

流体力学实验室郭明旻编写

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流体力学实验 I —— 流动显示

内容提要

从几个有关流动的问题说起

什么叫流动显示

常用的流动显示方法

流动显示的应用

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§1 从几个有关流动的问题说起 飞机的机翼为什么具有向上的升力？ 钝体的阻力为什么比流线体的阻力大？ 大风中的电线为什么通常在横风向而不在顺风向发 生振动？

为什么关于管道阻力的两个不同实验结果都正确？ v 泊肃叶（ 1840 ）与哈根（ 1839 ）测得阻力与速度成正 比； v 达西（ 1857 ）测得阻力与速度的平方成正比。

• 为什么管道截面积变化或改变方向会增大流动阻 力？

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§2 什么叫流动显示

• 使水或空气的流动变为肉眼可见，又称流场显示或 流动可视化。

• 能直观地观察各种流动现象，是研究流体运动规律 的重要手段。

色线：源于一点的很多流体质点在同一瞬时的连 线，又称标记线或脉线。 v 色线可通过流动显示方法获得。

v 定常流动时迹线、流线和色线互相重合，不定常流动时一 般不会重合。

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§2 什么叫流动显示 一个流动显示的例子

机翼上表面的流线较密，表明流速大，压力低；下表面流线 较稀疏，流速小，压力高 。 机翼上下表面的压力差，使机翼受到 向上的合力 —— 升力的作用 。

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§3 常用的流动显示方法

• 染色法

• 电化学法

• 氢泡法

• 空气泡法

• 烟流法

• 光学法

• 油膜法

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§3-1 染色法 在水流中引入有色液体或染料来显示流动。

• 最有名的流动显示实验 — 雷诺实验（ 1883 年）

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§3-1 染色法 显示模型表面附近的流动图案

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§3-2 电化学法

原理 v 含化学指示剂的显示液，酸度不同时 显示不同颜色。 v 配置显示液到临界状态，刚好呈现酸 性；当显示液中插入电极通电时，水 电解使流过负极附近的显示液呈现碱 性而变色，形成彩色条纹。 v 仅适用于极低速度下流动显示。 常用试剂：百里酚兰、酚酞、甲基 红等。

流谱流线显示仪结构原理图

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§3-2 电化学法

管道 机翼 圆柱

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