转载 | 王洪伟分享的流体力学之流动测量原理与实例解析，干货...

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写在文前：大家好，我是王洪伟，很高兴在仿真秀平台跟大家见面了！我将在这里开启一段新的流体力学科普视频《流动测量—原理与实例解析》。原计划主办方希望我来讲授流体力学基础理论和科普，但这些内容我在仿真秀发布《流体力学基础21讲》都有详细讲解，不再累述，如果有感兴趣的朋友可以自行观看。而本期科普讲座，我希望面向工程应用流动测量问题进行科普。由于是涉及的内容比较多，与主办方协商后，流动测量问题分两期直播，分别在3月4日和3月17日直播，且支持反复观看。大家在观看直播过程中可以给我留言，我已经安排了互动时间和大家交流。最后，再次感谢大家支持。

现在的我

一、我与流体力学结缘

我是1992年开始在北航的动力系（现在叫能源与动力工程学院）读书。当时对专业是一无所知，经过了新生教育才知道是飞机发动机系。后来就学了很多围绕着发动机的专业课。那时候本科在大三分专业，有几个方向：原理、结构强度、传热、燃烧和控制。原理方向对应的是流体力学，结构强度方向对应的是固体力学等等。

这几个专业之间绝大多数课程是一样的，只有几门不同。我选择的是结构强度，所以上了弹性力学、断裂力学、有限元等几门固体力学方面的课。相应的原理方向的课气体动力学2，计算流体力学等本科阶段就没学。不过从本科毕设开始，我就转到原理方向，做的都是流体相关的事了。原因是我的本科生导师是流体方向的。

二、学子生涯的流体力学

我的本科毕业设计是搭建一个校准探针用的风洞。实际上我的导师在之前基本已经设计好框架了，我主要计算一些定量的尺寸，买材料和部件，和工人师傅一起加工装配，建好后测试风洞品质等等。这个工作实际上成了我之后很多工作的基础，现在的很多对流体力学的认识也是从那个时候开始的。所以说，知识不能只是上课学，要真正应用的时候才能深入理解。

风洞剖面示意图

毕业设计的收获还是挺大的，一开始我连最基本的流动问题都不会算，算出的射流风洞出口速度都是超声速的，而气源只是一个普通的民用离心风机。我当然也是不敢相信我的计算结果，一问老师露了怯。原来我只是用风机的流量来算速度，没有考虑到射流速度是由风机的压头决定的。不过这也算我的贡献，说明风洞的射流出口尺寸和风机特性不匹配，于是又临时加工了一个面积大一倍的喷口。

硕士的课题研制一种同时测量总温和总压的高频探针。其实这是当初一个MIT的博士论文已经做出来的东西，我们在其基础上有一些改动，把里面的两根热线换成了一根热线，使这种探针更适合压气机这种周期性非定常流场的测量。基本都是从零做起，小型热风洞、测量仪器系统、探针的设计和加工等等，最后做出的探针标定起来也很麻烦。因为和调节速度的风洞不同，热风洞的温度调节比较复杂，整个风洞的热惯性很大，当时都是手动调节，稳定每一个温度都需要两三个小时。最后的硕士论文我自己觉得也就是合格的水平，创新性和深度都较为一般。

硕士课题做得很一般的一个原因是水平有限，更主要的是没有全心全意地做。一大半精力用于考托福GRE了，俞敏洪的课就上了很多节。不过结果也算好，硕士毕业后就去美国留学了，在VirginiaTech 继续读博。

在VT的这一段学习和生活挺丢人的，总之就是没好好学习。课程成绩还好，主要靠吃老本，研究课题进展就不行了。因为原来在北航做过很多实验，所以一开始工作起来还算得心应手。也做了一些实验，得到了一些阶段性的结果。独立完成的一个项目是测量V-22鱼鹰飞机的螺旋桨叶片表面的边界层分布，还是颇费了一番功夫的。在北航我就很熟悉了LabView，在VT课题组用的是HP Vee，其实大同小异，所以我也成了课题组除导师外最擅长修改和编写测试软件的人，不过除此之外就一无是处了，而且越来越差。因为不用心，就不可能有创新，只做些常规的实验怎么可能胜任博士工作呢？结果是不到两年就读不下去了，我就打算不读了，回国算了。我的导师也觉着我没戏了，以我那时的状态，是不可能通过一年后的博士资格考试的。但他说我已经做的工作可以写硕士论文，以硕士毕业。于是我就写了硕士论文，转了硕士，答辩毕业，回国了。

三、我在北航从事的流体力学

回国后找工作，也没什么想法。这时我北航的硕士导师跟我说，那就回北航来呗。那时硕士生进北航还是有可能的，当然，其实是要课题组极力推荐才有可能。于是我就进入了北航，成了一个北航老师，并且在2004年开始在职读了北航的博士，2009年末毕业的。在北航的科研工作基本上是围绕着压气机的实验和设计展开的，一直到现在。博士是在职读的，所以博士论文的主要内容也是和工作内容相关的。

刚一工作的时候，我就被要求改建我本科毕设设计的那个风洞，尺寸加大，速度提升，从原来的最高速度100m/s提升到高亚声速 (Ma=0.8)。受条件限制，没有高压头的气源，仍然用的是民用风机，最高压头15kPa左右。怎么达到那么高的马赫数呢？用的是收扩形式，试验段是喉部，后面扩张后再排入大气。这样的探针标定就是闭式的了，位移机构等也比原来复杂了。实际效果还是不错的，这个风洞一直用到前年实验室拆迁的时候，支撑了很多实验工作。研制压力探针也是日常的一部分工作，各种五孔针、三孔针、单孔针等等，给自己做，有时也给外面单位做。

在发展基础测量手段的同时，更多的工作是压气机的测量任务。多数这类工作都是外场试验，要跑几个发动机研究所和工厂，这些年的几种型号发动机也有所参与。从测量项目上来说，外场的实验比自己实验室的实验要简单得多，但条件差一些，需要的可靠性高，对人员的要求也高。我们经常是到现场，一小时内拆箱准备实验，然后就开始测量工作，晚上处理出结果，第二天就回北京。多年的外场试验也积攒了一些工程经验，虽然跟研究所的人还是没法比，但作为高校教师应该还是扩宽了自己的眼界。这些工作也加深了我对流体力学和流体测量的理解，对工程项目也有了更深的认识，起码和工程师们对话有共同语言了吧。

我在北航也是偶然的机会，加入了本科生的“工程流体力学”教学团队，然后就一直教这门课到了现在，后来还讲授了研究生的课程“粘性流体力学”。我的书《我所理解的流体力学》和《画说流体力学》就是在教这两门课的基础上总结写成的，后来还做了视频课“流体力学基础21讲”，在仿真秀官网可以查看。

四、我的流动测量公开课

总体来说，我无论是教学还是科研，教的和做的都不是很前沿的问题，也没有什么成果可言。要说有所贡献，主要还是教学方面，包括狭义的课堂教学和广义的社会教学。能跟大家分享我所理解的知识，有人能够获益，是我的动力所在。我所能分享的，除了流体力学知识，就是流动测量的经验了。

3月4日20时（周五），我受邀在仿真秀主办的“力学与有限元学习月”分享《流动测量—原理与实例解析》，感兴趣的朋友可以提前报名，以下是我的课程安排：

来源：仿真秀App微信公众号（ID：fangzhenxiu2018），作者：王洪伟 北京航空航天大学副教授。