阎良航空科技馆

流态万千

大家好，欢迎参观四川科技馆航空航天展区，现在我们看到的展品叫做流态万千。它通

过低速稳定的纯净水流，巧妙地配入一定流量和压力的空气，使流体中始终保持可调大小的

稳定气泡流，逼真地模拟出流体在高速流动中绕过物体时产生的附面层、层流、紊流、涡旋

等现象，以及不同形状的物体所产生的不同流态和阻力。

也许大家会奇怪这样一件展品为什么要放在航空航天展区。其实，这里展示的附面层、

层流、紊流等现象都是流体力学中的重要现象。比如层流就是指流体在管内的直线流动；而

紊流就是指流体从一种稳定状态向另一种稳定状态变化过程中的一种无序状态。流体力学实

际上是力学的一个重要分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体

界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律，以及其在生活、环保、科学技术及工程中具

有重要的应用价值。而与航天航空相关的空气动力学又是流体力学中一个重要的分支。

自20世纪初，世界上第一架飞机出现以后，飞机和其他各种飞行器得到迅速发

展。到了20世纪50年代开始的航天飞行，使人类的活动范围扩展到外太空。航空航

天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧

密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。

我们现在再来看看眼前这件展品，它实际为我们演示的是流体力学中的绕流，也就是流

体绕过置于无限流体中的物体的流动。大家请看这个，在这个流体中是三个圆柱体，它可以

模拟河水绕过桥墩的流动，或者是空气绕过高大的烟囱的流动。我们可以看到流体在绕过圆

柱体后，在其后形成了两个漩涡，并且在后面的流体中出现了一系列的非对称的，有一些规

则的，旋转方向相反的漩涡，这些漩涡叫做卡门涡街。出现卡门涡街的时候，流体会对物体

产生一个周期性的交变横向作用力。这个力的频率如果和物体的固有频率相接近，就会产生

共振，甚至破坏物体。比如，卡门涡街曾使潜水艇的潜望镜失去观察能力，又或者毁坏了海

峡大桥。所以，我们研究这些流体力学现象，并利用这些现象的原理和性质，为我们的生产

生活提供便利。又或者，你可以通过观察这些物体对水流速度影响的大小中发现：为什么汽

车、机翼或者船舶要设计成流线型了。