?；瘜?shí)驗(yàn)理論簡(jiǎn)介

研究如何保證模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能應(yīng)用于原型的理論。

?；碚撌墙⒃谙嗨茰?zhǔn)則的基礎(chǔ)上的。相似準(zhǔn)則是由物理量組合成的無(wú)因次量群，其具體形式可以由因次分析法或方程分析法從原型的物理方程導(dǎo)出。對(duì)于單相流體，由質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程可以導(dǎo)出下列常見(jiàn)的相似準(zhǔn)則：幾何相似準(zhǔn)則；雷諾準(zhǔn)則；努塞爾特準(zhǔn)則；弗勞德準(zhǔn)則；葛拉曉夫準(zhǔn)則；歐拉準(zhǔn)則 ；普朗特準(zhǔn)則；畢渥準(zhǔn)則；傅立葉準(zhǔn)則。2100433B

Found 在實(shí)驗(yàn)中要求被試搜索一個(gè)紅色的傾斜條，干擾項(xiàng)特征有三個(gè)維度表征：顏色、方向和大小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在相關(guān)條件下的搜索要比不相關(guān)條件下的搜索效率高。依據(jù)相似性原理，相關(guān)條件下，以大小為基礎(chǔ)的組群會(huì)強(qiáng)化顏色組群和方向組群。在不相關(guān)條件下，大小組群與顏色組群和方向組群沖突。因?yàn)楦蓴_之間的組群越強(qiáng)，搜索效率越高，所以相似性理論模型認(rèn)為相關(guān)條件下的搜索要比不相關(guān)條件下的搜索效率高，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。2100433B

水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)理論 　水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)理論包括力學(xué)過(guò)程的模擬、實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化、測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等問(wèn)題。以下只論述第一個(gè)問(wèn)題。力學(xué)過(guò)程的模擬理論（又稱模型理論）是模型實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)。模型實(shí)驗(yàn)的正確提法，模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)用到原型上去，都是以量綱分析和相似律為基礎(chǔ)的。

水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要涉及慣性力（見(jiàn)達(dá)朗伯原理)、重力和粘性力。假定所考慮的問(wèn)題可用特征長(zhǎng)度L、特征速度U、流體密度ρ、重力加速度g和流體的動(dòng)力粘性系數(shù)μ來(lái)表征， 則上述三種力的數(shù)量級(jí)就分別為

根據(jù)量綱分析，在具有獨(dú)立量綱的物理參量的數(shù)目為5的情況下，可組成兩個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱參數(shù)。在以上所考慮的問(wèn)題中，兩個(gè)獨(dú)立的無(wú)量綱參數(shù)是弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)（其前者代表慣性力同重力量級(jí)之比，后者代表慣性力同粘性力量級(jí)之比。根據(jù)相似理論，若兩個(gè)流動(dòng)是相似的，則兩者的所有無(wú)量綱參數(shù)的值對(duì)應(yīng)相等。反之，若兩個(gè)流動(dòng)中的所有無(wú)量綱參數(shù)值，包括邊界幾何參數(shù)的比值，都對(duì)應(yīng)相等，則此兩個(gè)流動(dòng)是相似的。在只考慮慣性力、重力和粘性力的具有幾何相似邊界的兩個(gè)流動(dòng)中，若一個(gè)流動(dòng)的弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)分別等于另一個(gè)流動(dòng)的弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)，且兩個(gè)流動(dòng)都是定常的（對(duì)于非定常流動(dòng)，則要考慮另一個(gè)代表非定常特性的無(wú)量綱參數(shù)，如斯特勞哈爾數(shù)，它在流動(dòng)中的值也應(yīng)相等)，則其他各無(wú)量綱參數(shù)，如壓力系

在水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，除了考慮上述三個(gè)主要力以外，有時(shí)還要考慮其他參量，例如表面張力和聲速。在液體和氣體（或固體）的交界面上有表面張力作用在液體上。表面張力作用在液面上的壓力為：

式中γ為表面張力（0～30℃范圍內(nèi)水和空氣交界的自由面上的γ值從0.076牛頓/米到0.071牛頓/米）；

為了減小表面張力不相似的影響，水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂s比不能過(guò)小。

水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中另一個(gè)相似數(shù)馬赫數(shù)是反映流體的彈性或可壓縮性的無(wú)量綱參數(shù)，定義為：Ma=v/c，式中v為流動(dòng)速度；c為流體中的聲速。水中聲速約為1500米/秒，水動(dòng)力學(xué)中經(jīng)常遇到的流速比此值小很多，因此，水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是不考慮馬赫數(shù)的。

當(dāng)流速比較高或壓力比較低以致流場(chǎng)中有氣泡存在時(shí)（如入水、出水時(shí)），水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中還要引進(jìn)代表空泡內(nèi)外壓力差（p-pc)的無(wú)量綱數(shù)，即空化數(shù)：

式中p為流場(chǎng)內(nèi)的特征壓強(qiáng)；

模型實(shí)驗(yàn)一般步驟

（1）先根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、模型制作和測(cè)量條件定出長(zhǎng)度比尺；

（2）以選定的比尺縮小或放大原型的幾何尺寸，得出模型的幾何邊界；

（3）根據(jù)對(duì)流動(dòng)受力情況的分析，滿足對(duì)流動(dòng)起主要作用的力相似，選擇模型律；

（4）按選用的模型律，確定流速比尺及模型的流量。

模型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分為兩大類：一類是無(wú)量綱的量，由于模型與原型流動(dòng)相似，模型值與原型值對(duì)應(yīng)相等，不必進(jìn)行換算；一類是有量綱的量，如流動(dòng)阻力、壓強(qiáng)、流速分布等，則需要按照所選擇的相似準(zhǔn)則得出的比尺關(guān)系進(jìn)行換算。素進(jìn)行獨(dú)立控制。與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相比，可進(jìn)行方案的前期優(yōu)化，具有省時(shí)、省力的優(yōu)點(diǎn)。

模型實(shí)驗(yàn)各種研究方法的比較

（1）理論分析法——有時(shí)不同的理論方法得到的解析解不同，有時(shí)又難以求解。

（2）數(shù)值計(jì)算一仿真分析——由于很多工程中的一些不確定因素，輸入?yún)?shù)難以精確，還有模型簡(jiǎn)化等問(wèn)題，存在一定局限性。

（3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)——只有在工程施工過(guò)程中進(jìn)行，投入較大，周期長(zhǎng)。

（4）模型實(shí)驗(yàn)——可使工程中發(fā)生的現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)室中再現(xiàn)出來(lái)，而且還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)中主要原因。