基本原理

染色线流动显示属液体示踪粒子流动显示，多用于水洞或水槽中。其基本原理是在被测的流场中设置若于点，在这些点上不断释放某种颜色的液体，它随流过该点的流体微团一起往下游流法，这样，流经该点的所有流体微团都被染上颜色。这些流体微团组成了可视的染色线，用以显示流动特性。1

根据迹线、流线和脉线的定义，染色线即脉线，在。时刻通过流体某点的脉线或染色线是在该点处染上色的所有流体微团组织的一条看得见的线。按着这个定义，在‘时刻流场中的脉线实际上是通过某点的所有迹线在，时刻其端点的连线。在定常流中，染色线和流场中的流线或迹线是重合的，这样染色线就显示了流场中的流线；但是在非定常流中所显示的染色线既不是流线也不是迹线，且难以直接建立它们之间的转化关系。因此，很难利用染色线来分析和解释各种复杂的流动现象。然而，.如果将这些染色点设置在绕流物体的分离点或分离线处，则那些染过色的带有涡量的流体微团都将随自由剪切层(或称自由涡层)进人旋涡中，从而使流场中的旋涡被显示出来。所以，染色线流动显示技术是显示旋涡运动的流动结构和涡运动中的各种流动现象的有力工具:在水洞和水槽中染色线显示技术依然是研究复杂流动的重要手段。图为74度/40度。双三角翼在迎角a=20度时染色线流动显示照片，释放染色液的孔设置在机翼前缘，因为前缘涡形成的起始分离线就位于机翼的尖前缘处，由此可见其前缘分离涡。

试验装置染色线法的试验装置十分简单。首先需要一个可盛装染色液的罐，该罐安装在可上下自由移动的支架上，利用塑料导管将染色液罐与模型上的小孔连接，这样可将罐中的染色液通过塑料导管和模型上的小孔释放到流场中。

还可以通过细塑料管或钢管，利用注射管直接将染色液置放到流场中所需观察的位置。例如，为了将染色液置放在物面的分离点和分离线上，这种位置在试验前是难以精确确定的，所以难以在模型加上时给出正确的染色液注人孔;此外，随着来流条件和模刮姿态的变化，分离线在物面上的位置也随之改变，固定在模型上的开孔难以满足始终在分离线上注入染色液的要求。用注射管根据需要在不同位置注人染色液的方式能够解决这一问题。但要注意应使管子对所研究的流动状态干扰减到最小。

方法基本要点（1）选用的染色材料应使染色线扩一散慢、稳定性好、无毒。常用的染料有墨水、高锰酸钾、牛奶、食用颜料和苯胺染料等。利用荧光颜料与适当的灯光照明配合，可以增强染色线的可见度。

（2）染色液应当与水的密度基本相同，以避免染色线由于在水中上浮或下沉引起的轨迹偏差。必要时可以在染色液中混人适量的酒精或某些适当密度的液体。在染色液中加人适量的牛奶，可提高染色线的可.见度和稳定性。

（3）当将染色液注人水中时，应使注人速度与当地水流速度基本相等，以避免由于射流不稳定所引起的染色线的脉动。为了使染色液注人的速度保持不变，装染色液的罐应有足够的容积。

（4）为了使记录染色线流谱的照相或录像更清晰，选用染料的颜色和流场背景应形成强的反差。通常在水槽的透明壁外放置涂有白色无光漆的壁板。利用荧光染料也是提高染色线可.见度的重要方法。

应用如图是利用染色线显示在旋涡发生器中形成的旋涡流动。它是利用注射器将染色液注人到旋涡中形成的。可以看到在旋涡破裂之前，涡核以柱状形态稳定地流动，破裂时涡核突然扩张成泡状破裂。用染色线显示技术可以十分简便地显示出旋涡的破裂位置。

如图分别给出了74度/40度双三角翼身组合体在迎角为8度/26度时的染色线流动显示图画。从中可以看，机头涡和双三角翼前缘脱体涡的情况，在a=8度，双三角翼的前缘脱体涡已经形成出，特别是内翼前缘脱体涡和机头涡缠绕在一起。在a=26度，双三角翼的前缘脱体涡在翼面上已经破裂，机头涡在翼面中部也已经破裂。

染色线与片光组合可以清晰地显示空间断面状态。如图为锥柱体模型在迎角叨。用染色线与片光组合显示的头部脱体涡，片光位于头部锥和柱体结合部，可以清楚地看出涡核的位置。

用染色线与片光组合显示的双三角翼上翼面断面流态见图。由图a可见，在迎角为24度时，在该断面(位于双三角翼折点处)由74度内翼形成的前缘脱体涡尚未破裂。图b表明，在同一断面处，当迎角增加到30度时，旋涡已经破裂。2