空气动力学的实验研究与数值模拟

空气动力学的实验研究与数值模拟

空气动力学是研究空气在物体表面流动现象的学科，是航空、航天、汽车、能源等领域不可或缺的基础学科。在空气动力学研究方面，实验研究和数值模拟是两种常用的手段，它们有着各自的特点和优劣势。

一、实验研究

实验研究是指在实验室中制造出物理模型或者真实图形的缩小模型，通过测量实验数据来研究空气在物体表面流动现象。

实验研究的优点在于直观、真实，能够观察空气流动的情况，能够提供精确的实验数据和一些直觉性的结论，有助于深化对物理现象的认识和理解。在空气动力学领域中，实验研究主要应用于大型模型或者高精度实验研究，如飞行器试飞、大型空气动力学循环水洗设备等。

但是实验研究也有着一些限制，例如实验室条件必须恰当，实验数据采集、处理和分析需要精细地操作，实验时间和费用都相对较高。同时，实验中难以模拟一些特殊情况或特殊流动现象，有时还会因人为操作因素而产生误差。

二、数值模拟

数值模拟是通过计算机将空气动力学流动的方程组转化为数值算法，模拟出空气流动的情况，通过计算结果来研究物体表面流动现象的。

相对于实验研究，数值模拟具有以下优势：

1.便捷：数值模拟无需实验室条件，只需要计算机和数值分析软件就可以进行模拟计算，成本相对较低。

2.可控性强：数值模拟可以精确的控制模拟实验的条件，例如速度、温度、湍流程度等。

3.灵活度高：数值模拟可以针对不同情况进行模拟，如二维、三维、非定常流

动等，容易进行扩展和改进。

数值模拟在目前空气动力学研究中扮演了越来越重要的角色，随着计算机性能

的提升和数值方法的不断优化，数值模拟能够提供更加精确的模拟结果，已经成为空气动力学研究的重要手段之一。

然而数值模拟也存在一些限制，就是数值模拟仍然无法完全代替实验研究。主

要原因在于，空气动力学现象的复杂性，还有需要处理的非线性方程组的数量庞大和复杂性等问题。同时，数值模拟后的结果需要被验证，也就是需要进行实验测试。

结论

实验研究和数值模拟在空气动力学的研究中，都有着各自的优劣势，并且实验

和数值模拟不是相互排斥的，而是相互依赖的。实验可以验证计算结果的准确性，数值模拟可以对实验研究的结果进行验证和修正，使研究成果更加精确可靠。因此，在空气动力学的研究中，综合使用实验和数值模拟是最为理想的方法。