流体力学发展到现在为什么还要进行风洞试验？
首先，流体力学难在哪儿？其实流体力学的精髓就在于求解N-S方程，全称叫做Navier-Stokes方程。方程的表达式如下：↑N-S方程↑不要看这个方程表达形式很简单，但是这跟普通人理解的方程（也就是我们在初高中看到的那些方程）是完全不一样的。因为这是一个偏微分方程。偏微分方程的意思就是，这个方程有好多个变量，并且我们已知的东西是方程的因变量对这些变量的导数，同时我们知道的关系都是局部的一个点的性质。
所以即便我们很容易把一个多元函数的偏导数求出来——这个对于一个学过高数的人绰绰有余，但是反过来通过一个函数的偏导数来求解原来的函数，是非常困难的。举个例子，我手上有一片山区的3D地图，我可以指出来那个地方是山峰、哪个地方是山谷，哪个地方的地形是什么样的，但是如果我现在走在山里，我可以知道每个地方的地形，但是很难画出来整个山区的3D地图。
这些所有的困难加到一起，就构成了求解这个方程的困难。事实上，对于绝大部分的偏微分方程都没有解析解——也就是我们可以写成公式的解。但是，我们有一些简化的解法实际上，我们不需要非常准确的、可以写成表达式的解就可以设计出很好的飞机，于是所谓的数值解法就被提出了，比如说对于固体力学的有限元法，还有针对流体力学的计算流体力学。
↑计算流体力学↑这些方法其实求出来的都不是准确解，而是近似解。对于很多情况下，这些解可以反应真实情况。并且，这些计算结果看起来真的很酷。↑火箭飞行过程中的流体力学仿真↑简化的解法存在巨大的“隐患”只要是简化的解法，都是跟现实有差距的。而对于流体力学，这个现象尤其明显。比如说我们原来上大学物理课的时候，物理老师说他原先还没有戒烟、学校也不完全是禁烟区的时候，讲到流体的性质的时候都会拿出来一个烟点上，随着烟气的上升，很快烟的形状就由平滑变得紊乱，而且就算你完全不动，烟的形状也不是稳定。
这个东西就叫做“紊流”。↑烟气产生的“紊流”↑紊流的意思就是，这种流动是紊乱的、复杂的，而且是及其敏感的，即便是人眼看不到的一点点的变化都会让整个流体流动的形状发生巨大的改变。所以对于计算流体力学来说，相关的研究人员都会在心里打鼓：你怎么知道你做的那些简化不会引起结果的天翻地覆的变化？试验是必须的，一方面是验证，一方面是研究所以说试验在流体力学中几乎是必须的。
一方面，你要通过试验验证你的计算结果是不是对的。另一方面，你在计算流体力学中做出来的一些简化是需要你去用试验来标定的，也就是确定你的简化方法中的一些常数。从而保证你的计算结果跟现实是相符的。↑风洞试验↑↑中国的超音速风洞↑那么，既然要做试验，为什么还要计算呢？这个问题问的很好，我觉得可以分成两个层次：1，计算是为了可以不用做那么多的试验；飞机的形状是可以千变万化的，但是哪一种才是最好的？要知道，一次超音速风洞试验，耗费的资源和资金都是天价（有些风洞，仅仅风洞的耗电量就需要一个葛洲坝水电站提供），甚至于两位数的试验次数都是奢侈至极，所以我们就需要先通过计算来得到一个我们认为比较好的结果，然后再做试验，如果计算结果跟试验结果差不多，那太好了，我们甚至于都不用做第二次试验了，如果差得多，那么我们可以修正计算用的模型，争取第二次、第三次成功。
2，做试验是为了做更少的、甚至于不做试验。我们可以通过试验来确定一种计算模型，并且可以通过试验来修正计算模型、来让一个计算模型变得更准确，一旦试验证明，这种计算方法是有道理的、能反映真实的情况的，那么就太好了。比如说一个飞机我们设计机翼的角度，于是我提出来一个计算模型，然后通过一两次试验分别验证机翼是30°和60°情况下的飞机周边气体的流动情况，并且根据试验结果修正这个计算模型。
然后下面就方便了，我们可以随便在计算模型里面调整机翼的角度，35、45、55……随便调，反正是用电脑算，肯定比真正地做试验便宜太多了，然后算出来，47.5°的时候飞机性能最好，那么我再做一次试验，发现果然性能跟我预测的一样，那么我一共用三次试验就得到了最优解，而如果我没有这个计算方法，只是靠试验，我要做多少次试验？所以你说划算不划算？↑计算流体力学和试验都是研究流体力学的手段↑。
文章TAG：风洞试验 风洞 测试
