two dimensional model，對(duì)研究對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，如果過程為定態(tài)的，各變量將不隨時(shí)間而變。此時(shí)，如果設(shè)備是軸對(duì)稱的，并考慮徑向的變量變化，則變量的變化是二維的。在此基礎(chǔ)上建立的數(shù)學(xué)模型稱為二維模型。因此采用二維模型的必要性使用前必須充分考慮。

中文名

二維模型

外文名

two dimensional model

分類

模型

定義

數(shù)學(xué)模型

二維模型實(shí)驗(yàn)

二維模型試驗(yàn)是指利用二維模型，在風(fēng)洞中測(cè)量模型（如翼型）空氣動(dòng)力特性的試驗(yàn)。

風(fēng)洞試驗(yàn)

流體力學(xué)方面的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)指在風(fēng)洞中安置飛行器或其他物體模型，研究氣體流動(dòng)及其與模型的相互作用，以了解實(shí)際飛行器或其他物體的空氣動(dòng)力學(xué)特性的一種空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)方法。

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是飛行器研制工作中的一個(gè)不可缺少的組成部分。它不僅在航空和航天工程的研究和發(fā)展中起著重要作用，隨著工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，在交通運(yùn)輸、房屋建筑、風(fēng)能利用等領(lǐng)域更是不可或缺的。這種實(shí)驗(yàn)方法，流動(dòng)條件容易控制。實(shí)驗(yàn)時(shí)，常將模型或?qū)嵨锕潭ㄔ陲L(fēng)洞中進(jìn)行反復(fù)吹風(fēng)，通過測(cè)控儀器和設(shè)備取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)時(shí)的流動(dòng)必須與實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)相似，即必須滿足相似律的要求。但由于風(fēng)洞尺寸和動(dòng)力的限制，在一個(gè)風(fēng)洞中同時(shí)模擬所有的相似參數(shù)是很困難的，通常是按所要研究的課題，選擇一些影響最大的相似參數(shù)進(jìn)行模擬。

此外，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段的流場(chǎng)品質(zhì)，如氣流速度分布均勻度、平均氣流方向偏離風(fēng)洞軸線的大小、沿風(fēng)洞軸線方向的壓力梯度、截面溫度分布的均勻度、氣流的湍流度和噪聲級(jí)等必須符合一定的標(biāo)準(zhǔn)，并定期進(jìn)行檢查測(cè)定。

二維翼型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)

在二維翼型實(shí)驗(yàn)中，風(fēng)洞側(cè)壁邊界層的存在對(duì)翼型繞流情況會(huì)產(chǎn)生不利的影響。主要表現(xiàn)在隨著迎角增大，出現(xiàn)模型和側(cè)壁相交處的邊界層分離區(qū)會(huì)沿展向約以45度角向模型中間擴(kuò)展，影響翼型的繞流特性。為減少側(cè)壁邊界層的影響，國(guó)內(nèi)外翼型風(fēng)洞曾采用了許多控制方法。風(fēng)洞側(cè)壁邊界層吹除法以對(duì)吹除位置不敏感的特點(diǎn)，作為常規(guī)翼型實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有的高壓儲(chǔ)氣設(shè)備，NF-3風(fēng)洞采用該方法對(duì)側(cè)壁附面層進(jìn)行控制。

附面層吹氣法的基本原理是在模型區(qū)布置吹氣縫，通過給模型區(qū)主氣流中增加切向的、可調(diào)節(jié)壓力的均勻氣流，使流經(jīng)風(fēng)洞沿程所形成的較厚邊界層得到減薄，從而提高翼型實(shí)驗(yàn)，尤其是帶有增升裝置的多段翼型實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

解亞軍介紹了NF-3風(fēng)洞二元實(shí)驗(yàn)段側(cè)壁邊界層吹除控制系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法，以GAW-1翼型為例，給出了不同吹氣系數(shù)對(duì)風(fēng)洞邊界層的控制效果，研究了附面層吹除法對(duì)單段翼型和多段翼型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響規(guī)律。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能有效地改善翼型表面的流動(dòng)特性。

粗粒土組構(gòu)二維模型試驗(yàn)

粗粒土二維模型試驗(yàn)是在自行改裝設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置上開展的，側(cè)向壓力和軸向壓力均采用S－SY型手動(dòng)試壓泵加油壓推動(dòng)千斤頂來施加。

本試驗(yàn)的側(cè)向兩邊各采用3個(gè)千斤頂推動(dòng)3塊厚10mm的鋼板來施加側(cè)向壓力，每塊鋼板可以相互獨(dú)立、自由地前進(jìn)或后退，在一定程度上模擬粗粒土在常規(guī)三軸試驗(yàn)中橡皮膜所作用的側(cè)向柔性約束。軸向兩邊各采用2個(gè)千斤頂施加推力推動(dòng)一塊厚10mm的鋼板來施加軸向壓力。在試樣的側(cè)向的每塊鋼板上各安裝1個(gè)百分表，軸向每邊鋼板上對(duì)稱安裝2個(gè)百分表，以測(cè)量各邊在二維模型試驗(yàn)過程中相應(yīng)的位移量。

為了便于和常規(guī)三軸試驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比，軸向應(yīng)力用σ1表示，側(cè)向應(yīng)力用σ3表示，試樣厚度方向上應(yīng)力為0，以此來研究處于平面應(yīng)力狀態(tài)下粗粒土的受力變形特征，試驗(yàn)裝置如圖所示。

二維模型

本試驗(yàn)所用的巖石材料為花崗巖，通過高壓水槍切割成高40mm的多邊形棱柱體顆粒，顆粒形狀主要為四邊形，另外有少量的三角形和五邊形顆粒，顆粒形狀各不相同，大小也不一，顆粒長(zhǎng)軸長(zhǎng)度一般為30～60mm，用大小不等、形狀不一的棱柱體顆粒所組成顆粒集合體來模擬粗粒土，以便研究顆粒在受力變形過程中組構(gòu)的變化規(guī)律。裝填試樣時(shí)隨機(jī)裝填多邊形棱柱體顆粒，二維模型試驗(yàn)試樣尺寸軸向X側(cè)向?yàn)?00mm × 600mm，試樣厚40mm。為保證試驗(yàn)成果的合理性和可比性，每次裝填試樣時(shí)試樣的孔隙率控制在0.18 ± 0.01范圍內(nèi)。

試驗(yàn)步驟和方案為：

①在準(zhǔn)備好的容器內(nèi)隨機(jī)裝填多邊形粗粒土顆粒試樣；

②在軸向和側(cè)向上施加圍壓各向等壓壓縮至0.4 MPa，至試樣變形穩(wěn)定；

③保持側(cè)向應(yīng)力不變，逐級(jí)施加軸向壓力直至試樣剪切破壞；

④重復(fù)步驟①至③，開展3次平行試驗(yàn)。分級(jí)加載時(shí)應(yīng)緩慢施加壓力，等顆粒調(diào)整穩(wěn)定后再讀取百分表讀數(shù)，并用固定在試樣正上方的相機(jī)拍照以便研究試樣在受力變形的過程中顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。