人們根據部分觀測，構想研究對象的大體輪廓。從而提出一個模型，它在某方因反應了對象的特徵，然而這個模型是否真的近乎實際，還有待於更多實驗來檢驗。這類實驗就是模型實驗。1910年，盧瑟福等人以a粒子束注射金屬時發現，有些粒子軌道發生大角度散射，因而悟出了可能有原核的存在，於是提出了原核的行星系模型，然後用數學方法散射所應遵循定律，並發現沿一定角度散射的粒子數目應同散射箔的厚度、同原子核電荷平方成正比，同速度的四次方成反比。
基本介紹
- 中文名：模型實驗
- 外文名：model experiment
- 關鍵要素：相似準則的選擇、模型設計
- 側重點：再現流動現象的物理本質
- 前提：保證模型和原型物理本質相同
- 套用學科：工程流體力學
定義,模型實驗設計,一般步驟,模型實驗數據,各種研究方法的比較,主要載入方式,集中力加荷,面力載入,體力載入,預應力載入,動力載入,意義,
定義
模型實驗就是依據相似原理，製成與原型相似但縮小了尺度的模型進行實驗研究，並根據實驗結果換算到原型，以預測原型將會發生的流動現象，模型實驗的側重點是再現流動現象的物理本質。只有保證模型實驗和原型中流動現象的物理本質相同，模型實驗才是有價值的。因此，進行模型實驗必須解決兩方面的問題，即相似準則的選擇和模型設計。
用鐵粉、磁鐵礦或直流載流線圈等，依據磁性體的形狀、磁性大小和方向等參數，做成磁性體的模型，用小型磁力儀測量模型的磁場的實驗方法。任意不規則形體的磁異常理論計算是很繁複的，在實驗條件具備的情況下，用模型實驗代替理論計算是簡便有效的。
模型實驗設計
一般步驟
（1）先根據實驗場地、模型製作和測量條件定出長度比尺；
（2）以選定的比尺縮小或放大原型的幾何尺寸，得出模型的幾何邊界；
（3）根據對流動受力情況的分析，滿足對流動起主要作用的力相似，選擇模型律；
（4）按選用的模型律，確定流速比尺及模型的流量。
模型實驗數據
模型實驗數據可以分為兩大類：一類是無量綱的量，由於模型與原型流動相似，模型值與原型值對應相等，不必進行換算；一類是有量綱的量，如流動阻力、壓強、流速分布等，則需要按照所選擇的相似準則得出的比尺關係進行換算。素進行獨立控制。與現場實測相比，可進行方案的前期最佳化，具有省時、省力的優點。
各種研究方法的比較
（1）理論分析法——有時不同的理論方法得到的解析解不同，有時又難以求解。
（2）數值計算一仿真分析——由於很多工程中的一些不確定因素，輸入參數難以精確，還有模型簡化等問題，存在一定局限性。
（3）現場實測——只有在工程施工過程中進行，投入較大，周期長。
（4）模型實驗——可使工程中發生的現象在實驗室中再現出來，而且還可以對實驗中主要原因。
主要載入方式
集中力加荷
（1）掛重法的優點是數值穩定、載荷值不自動下降，其缺點是能產生的載荷值較小，一般不大於200kg，加、卸載不方便。
（2）千斤頂的優點是方便、數值大小可調，缺點是設備較貴。
面力載入
面力載入方法有重堆堆載、掛載、液壓載入、千斤頂載入等。液壓多用水和水銀，用液壓載入可利用液壓作用力沿高度呈三角形分布的特點來模擬水壓力。
體力載入
在結構模型實驗中，體力是一項重要的荷載，它是指結構、基礎結構及其地基岩石的自重。通常施加體力的方法有以下幾種：
（1）用分散集中載荷代替自重；
（2）用面力代替體力的方法；
（3）選高密度、低強度模型材料。
預應力載入
對於預應力結構，預應力產生的載荷在模型施加的方法一般有兩種：
（1）採用錨頭和張拉設備；
（1）採用錨頭和張拉設備；
（2）施加外載，但應在彈性範圍內。
動力載入
（1）激振法：尺寸模型的激振可採用聲波（揚聲器）或壓電晶體激振模型，強迫模型振動的激振，；大尺寸模型可以採用衝撞形式施加；
（2）電磁振動法：電磁振動台是結構模型實驗中常用的載入方法；
（3）電液伺服法：這時比較先進的動力載入方法，優點是精度高。
意義
模型實驗的意義，可從五個方面加以說明：
（1）模型實驗作為一種研究手段，可以嚴格控制實驗對象的主要參數而不受外界條件和自然條件的限制，做到結果準確。
（2）模型實驗有利於在複雜的實驗過程中突出主要矛盾，便於把握、發現現象的內在聯繫，有時還可用來對原型所得結論進行校驗。
（3）由於模型與原型相比，尺寸一般都是按比例縮小的，故製造加工方便，節省資金、人力和時間。
（4）模型實驗能預測尚未建造出來的實物對象或根本不能直接研究的實物對象的性能。
（5）當其他各種分析方法不可能採用時，模型實驗就成了現象相似性問題單一的和更為重要的研究手段。
