升华法

风洞中流态观察方法

丝线法是风洞中流态观察方法之一，属于示踪法。

基本信息

试验时，将挥发性的液体或容易升华的固体喷涂在模型表面，依据涂料从模型上散失的速度与边界层状态有关的原理(在湍流边界层内由于气流的不规则运动导致该处蒸发量或升华量大于层流处)来区分边界层状态，确定过渡点的位置。

升华

升华（sublimation）指物质从固态不经过液态直接变成气态的相变过程。

在相图中，温度和压强低于三相点的部分中，有气相和固相的交界线。凡是从气相越过这条交界线变为固相的过程，都是升华。相反的过程，即从固相越过这条交界线变为气相的过程，叫凝华。大部分物质在升华为蒸气后还能凝华成为和升华前一样的固体，但是某些固体会在升华又凝华后形成另一种结构的固体，比如红磷在升华之后再凝华就成为白磷了。

升华是吸热过程，升华所吸收的焓叫升华焓（enthalpy of sublimation）或升华热（heat of sublimation）。同一物质的升华热永远比蒸发热的数值要大。

在一定的大气压强下，固体物质的蒸气压与外压相等时的温度，称为该物质在这个压强下的升华点。在升华点时，不但在固体表面，而且在其内部也发生了升华，作用很剧烈。

相关测量

在实际流动分析中，人们关心的一个关键问题是流动为层流还是湍流，因此作为两种流态的中间过程—转捩研究得到了人们的重视，因为转捩对流动的摩擦阻力、热交换、流动的分离位置及边界层的增长等都有很大的影响。在应用风洞实验测量流动转捩过程中，对转捩位置的显示与测量就显的尤为重要。在以前的实验中曾采用组合热膜法、液晶显示与图像处理法、激光片光源与烟流显示法、热脉冲人工转挨控制与内声激振人工转捩控制法等测量和控制流动转捩。但这些方法对设备精度和实验成本等要求很高。升华法却具有一定优点。

升华法是根据边界层的层流区和湍流区流态存在差别来判断边界层转挨的一种测量方法。其具体方法是先将固态物质禁与丙酮溶剂配制成浓度为10%的溶液，用喷壶均匀地喷洒在模型表面，使模型表面呈现出一层均匀的薄薄的白色粉状禁晶体(此时丙酮已挥发);再把模型表面的颗粒状的禁晶体及杂物颗粒清理干净，否则这些颗粒会引起楔形的湍流区，不利于实验的观察。准备完毕后吹风实验，当气流流过模型表面时，由于模型湍流区气流的脉动速度大于层流区，扩散速率增大使得湍流区表面的禁层很快升华掉，而层流区尚未完成升华，导致层流区、湍流区交界处(转挨区)存在明显的分界线。这也是升华法测量机翼表面流动转挨的机理。

其他观察方法

风洞中流态观察方法大致为分两类:第一类是示踪方法;第二类是光学方法。

示踪方法

在流场中添加物质，如有色液体、烟、丝线和固体粒子等，通过照相或肉眼观察添加物随流体运动的图形。只要添加物足够小，而且比重和流动介质接近，显示出来的添加物运动的图形就表示出气流的运动。这是一种间接显示法，特别适合于显示定常流动。常用的除升华法外，还有烟流法、油流法、丝线法、蒸汽屏法和液晶显示法等5种:

①烟流法用风洞中特制烟管或模型上放出的烟流显示气体绕模型的流动图形。这是一种很好的观测方法。世界各国建设了不少烟风洞。通常是在风洞外把不易点燃的矿物油用金属丝通电加热而产生的烟引入风洞;也有将涂有油的不锈钢或钨丝放在模型前，实验时通电将钨丝加热,产生细密的烟雾。为了保证烟束清晰不散,必须采用大收缩比的收缩段、稳定段或风洞入口加装抗湍流网和采用吸振性能好的材料制造洞壁等措施，保持烟流为层流状态。烟流法除用于观察绕模型的流动，还可用来测量边界层过渡点位置和研究涡流结构。

②油流法在粘性的油中掺进适量指示剂(如炭黑)并滴入油酸，配制成糊状液态物，均匀地涂在模型表面。实验时通过指示剂颗粒沿流向形成的纹理结构，显示出模型表面的流动图形。如果油中加入少量荧光染料，则在紫外线照射下可以显现出荧光条纹图，称为荧光油流图。它可以显示模型表面气流流动方向、边界层过渡点位置、气流分离区、激波与边界层相互干扰等流动现象。

③丝线法将丝线、羊毛等纤维粘贴在要观察的模型表面或模型后的网格上,由丝线的运动(丝线转动、抖动或倒转) 可以判明气流的方向和分离区的位置以及空间涡的位置、转向等。又发展到用比丝线更细的尼龙丝，有时细到连肉眼都看不清。将尼龙丝用荧光染料处理后再粘在模型上。这种丝线在紫外线照射下显示出来，并且可以拍摄下来。粘丝很细，对模型没有影响，可同时进行测力实验。此法称为荧光丝线法。

④蒸汽屏法在风洞中形成过饱和的蒸汽，在需要观察的截面，垂直气流方向射入一道平行光，气流经过光面时，由于离心力的作用，旋涡内外蒸汽的含量是不同的,光的折射率因此不同,便能显示出涡核的位置。此法多用来观察大攻角脱体涡的位置。

⑤液晶显示法利用液晶颜色随温度而改变的特性来识别层流、湍流边界层和激波。液晶是一种油状有机物,温度较低时，无色透明,随着温度上升，便以红、黄、绿、蓝、无色的顺序改变，能鉴别有微小温差的层流和湍流边界层流动以及激波前后的温差。它适用于高速和超声速流态观察。液晶的涂法与漆类似，先稀释，再喷涂。液晶对污物杂质敏感，喷涂时，模型表面必须干净。

光学方法

根据光束在气体中的折射率随气流密度不同而改变的原理制造出来的光学仪器，如阴影仪、纹影仪、干涉仪(见风洞测试仪器)和全息照相装置等，都可用来观察气体流动图形。这种方法不在流场中添加其他物质，不会干扰气体流动，而且可以在短时间内采集大量的空间数据。它是一种直接显示方法，特别适合于观察可压缩流动和非定常流动，如激波、尾流和边界层过渡等。

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