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奔流特推出自循環(huán)明渠水力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)儀,自循環(huán)明渠水力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)儀是公司傾情打造,浙江大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)器發(fā)展到現(xiàn)在為什么還要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)?浙江大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)器發(fā)展到現(xiàn)在為什么還要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)?風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)芙鉀Q哪些理論計算解決不了的問題?浙江大學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)器發(fā)展到現(xiàn)在為什么還要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)?一句話來回答:因?yàn)橥牧鳌≡捳f著名理論物理學(xué)家海森堡(搞量子力學(xué)那個)臨去世前說,他要去問上帝兩個問題:相對論和湍流,他估計上帝能回答他第一個問題。 [1] 按海森堡的意思,估計上帝也不知道湍流這個怪物怎么回事?!?. 什么是湍流 想像一個水平的管子,里面平靜的流著很慢很慢的水,流動是穩(wěn)定又容易預(yù)測的,這時的情況叫層流。比如打點(diǎn)滴,你大概可以想像出來水是怎么流動的,在每一個位置,每一個時刻,水的流動都是平靜又有序的?;氐侥歉降墓茏?,我們讓里面的液體流的更快一些,也容易想像,水流的特別特別快時候,流著流著就亂了。不再是均勻的往一個方向流,而是有些地方出現(xiàn)了大大小小的漩渦,大的漩渦又會套著小漩渦。也不再是平靜的了,漩渦會自己產(chǎn)生又自己消失。不同的位置,不同的時間,水的流動看起來又有些相似,又完全不一樣。這種時候就是發(fā)生湍流(Turbulence)了,也有人叫紊流,取紊亂的意思。按我老師的說法,湍流是沒有公認(rèn)的嚴(yán)格的定義的(從中你可以看出來問題的復(fù)雜性)。一種比較流行的說法是:湍流是隨機(jī)的三維非定常有旋流動?!?. 為什么湍流很麻煩 大家應(yīng)該很熟悉三體問題,湍流和三體問題很像,是個混沌的問題(不過還沒有嚴(yán)格證明)。簡單的說就是你不能總結(jié)一個什么公式,往里一帶就能知道流動是什么樣的。只要有湍流的存在,就沒有什么解析的解了。所以想顯式的求出流動的解析解是不可能的,所以理論的方法不能用了?!〖热粵]有理論解法,那數(shù)值方法呢?行,但是不夠好。為什么說行呢,因?yàn)橹苯幼鲭x散化,求解NS方程,其實(shí)確實(shí)可以模擬出湍流的過程。那怎么個不夠好法呢,一是時間上的問題,湍流的產(chǎn)生、發(fā)展、消失是很快很快的,如果直接求解,時間步長上必然需要足夠的精細(xì)。這個時間步長又是和湍流的強(qiáng)度有關(guān)系的,流速越快,越容易有湍流,越需要更短的時間步長,計算量越大。就目前來講,想完整的模擬出湍流的細(xì)節(jié)計算量太大,沒有任何一個超級計算機(jī)可以應(yīng)付的來。二是空間上的問題,流動問題一個特點(diǎn)是局部的細(xì)節(jié)會嚴(yán)重的影響整個流動,舉個例子,高爾夫球上的小坑相對球來講算是很小的了,但是會嚴(yán)重的影響球在飛行中的阻力,有坑的球和沒坑的相比,阻力系數(shù)可以差4~5倍,同樣是有坑的球,即使只有0.0025厘米這么小的差異,也可以對軌跡和飛行距離造成很大的影響。所以在空間離散上也必須要求足夠精細(xì),或者說網(wǎng)格必須夠小夠多。時間上的復(fù)雜性和空間上的復(fù)雜性,都使得數(shù)值模擬隨便一個問題的計算量的大到無法接受。 所以說,現(xiàn)在的模擬都是采用了平均的方法,簡單說就是不管湍流的細(xì)節(jié),從總體上做一個平均的估計,從而在較長時間較大尺度下,得到一個平均的值。具體平均的方法,只能是靠實(shí)驗(yàn) 經(jīng)驗(yàn)公式。*而且,即使是在這些經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬依然計算量很大,而且并不十分準(zhǔn)確。以上內(nèi)容只是自循環(huán)明渠水力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)儀的部分信息,想要了解全部信息,或?qū)ふ腋嗟恼憬髮W(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器,請來電咨詢或登錄公司官網(wǎng)。
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產(chǎn)品詳情展示:浙江大學(xué)流體力實(shí)驗(yàn)儀器學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在為什么還要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)【二】?1. 為什么風(fēng)洞能解決問題 風(fēng)洞試驗(yàn)也分好幾種,最簡單的就是把造好的東西扔里面看看能不能用,能用就用。這種風(fēng)洞試驗(yàn)當(dāng)然能解決問題。 還有一種,是所謂“相似性”的方法。直接試驗(yàn)成本太高了,那么可以做一個較小的模型,在較小的風(fēng)速下試驗(yàn)。如果試驗(yàn)參數(shù)和實(shí)際工作參數(shù)在物理上滿足相似性,那么我們認(rèn)為流動是相似的。這樣做出的實(shí)驗(yàn),其實(shí)可得到的是一種流動情況下的結(jié)果,對于所有“相似”的流動,我們認(rèn)為它們都符合同一種規(guī)律。有很大一部分的風(fēng)洞試驗(yàn)都是用了這種相似性原理?!∫?yàn)橛辛讼嗨菩栽?,風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)論可以在相似的條件下應(yīng)用,所以不需要每次都重新試驗(yàn)?!×硗猓枰M(jìn)行流動設(shè)計的工程一般都不缺錢,飛機(jī)、導(dǎo)彈、潛艇、賽車。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)雖然成本高,但是人家有錢?!?. 為什么這么多年,理論和數(shù)值方法還是不能解決問題 首先先說,在自然科學(xué)里,數(shù)值方法再高端,也不能完全替代實(shí)驗(yàn)。這是科學(xué)方法和哲學(xué)上的問題 然后說在工程設(shè)計里,為什么理論方法和數(shù)值方法發(fā)展了這么多年,還是不夠看。一是這個問題很難很難,幾代人的發(fā)展都不夠。二是計算流體力學(xué)其實(shí)發(fā)展歷史并不是很長,不過三四十年的歷史。三是這個領(lǐng)域(我指的是計算流體力學(xué)),還沒有真正的大家出現(xiàn)。做實(shí)驗(yàn)工程上能用,問題又這么平凡(不像理論物理那樣揭示世界的本質(zhì)),所以這個領(lǐng)域沒有吸引到最頂尖的那群人。3. 總結(jié) 由于流體運(yùn)動中有湍流的現(xiàn)象,使得流動問題根本沒有解析的理論解。而數(shù)值又因?yàn)橥牧髯兓?、尺度小、影響大,?dǎo)致計算量過大,目前的計算能力不能直接數(shù)值模擬。平均的數(shù)值方法速度依然很慢、準(zhǔn)確程度也不夠。而實(shí)驗(yàn)的方法盡管成本高,但是由于流動的相似性,使得實(shí)驗(yàn)有很大的科學(xué)和工程價值。因此,目前工程設(shè)計中仍大量使用試驗(yàn)方法。
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