5.2.2大型冷模试验研究的理论基础 大型冷模试验的研究目的是用“模型”试验获得的传递规律和现象去认识、推测“原型” 的行为。这是一种间接认识，遵循的是相似理论。 (1)相似理论与模型试验 相似理论是说明自然界和工程科学中各种相似现象的学说。其理论基础是关于相似的三个 定律，即相似第一定律（相似正定律）、相似第二定律（Π定理）与相似第三定律（相似逆定理）。所 谓相似就是一种可以将个别现象的研究结果，推广到所有相似的现象上去的科学方法。因此， 相似方法同时也是现象模拟方法的基础。现在，相似方法已为人们所广泛接受，并被公认是当 今科技界的五大研究方法之一。它与其余四种研究方法（即经验法、半经验法、理论解析法、 数学仿真法)相比，其显著特点是照顾到了理论和实际的两个方面，使之相辅相成) 模拟，在多数情况下是指同类事物的模拟，而同类事物的模拟是指在实验室条件下，用模 型来进行现象的研究。这样就引出了“模型试验”的概念。模拟试验是构成相似方法的重要环 节，在近代科学研究和设计工作中，起着十分重要的作用。按照相似理论，模型是与物理系统 密切有关的装置，通过对模型的观察或试验，可以在需要的方面精确地预测系统的性能，这个 被预测的物理系统，通常就叫做“原型”。根据这个定义，为了利用一个模型，当然有必要在 模型和原型间满足某种关系。这种关系通常称之为模型设计条件，或系统的相似性要求。 由此可见，相似理论与模型试验的关系十分密切，是整个问题的两个组成部分。在人类长 期、广泛的实践活动中，二者常常是相辅相成、相得益彰。 而模型试验的意义，可以从以下方面来说明：模型试验作为一种研究手段，可以严格控 制试验对象的主要参量而不受外界条件或自然条件的限制，做到结果准确：b模型试验有利于 在复杂的试验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的本质特征和内在联系：c由于模型 与原型相比，尺寸一般都是按比例缩小的，或者尺寸虽然相同，但选用易于制造的、能观察内 部流动情况的透明有机玻璃等廉价材质，故制造容易、装卸方便、试验人员少，与采用原型相 比，能节省大量的资金、人力、时间和空间。 (2)现象相似与物理量相似的关系 物理量蕴于现象之中。现象的相似无疑是通过各种物理量的相似来表现的。由于用来表示 现象特征的各种物理量，一般说来不是孤立的、互不关联的，而是处在自然规律所决定的一定 关系之中，所以各种相似常数的大小，是不能随意选择的。在许多情况下，这种关系表现为数 学方程的形式，并且当现象相似时，这些方程又具有同一的形式，因而决定了在各形式常数间 必定存在着某种数学上的约束关系，或称数学关系。 显然，这种数学联系也必定存在于方程尚未发现，但各种相似常数必定存在着相互间约束 关系的一切物理现象之中。 例如，热力设备中的各种现象，如流体的运动、热量的交换等，都伴随有许多物理量（如 温度、压力、速度、密度、粘度、时间等)的变化。对于这种伴随有许多物理量变化的现象， 相似是指表述此种现象的所有物理量在空间相对应的各点及时间上相对应的各瞬间各自互成一 定的比例关系，并且被约束在一定的数学关系之中。 (3)相似准则的导出方法 目前相似准则的导出方法主要有三，即定律分析法、方程分析法和量纲分析法。从理论上 说，三种方法可以得出同样的结果，只是用不同的方法来对物理现象（或过程）作数学上的描述。 但在实际运用上，却有各自不同的特点、限制和要求。 定律分析法这种方法要求人们对所研究的现象必须充分运用己经掌握的全部物理定律， 并能辨别其主次。一旦这个要求得到满足，问题的解决并不困难。这种方法的缺点是：①易 于就事论事，看不出现象的变化过程和内在联系，故作为一种方法，缺乏典型意义：②由于 必须找出全部物理定律，所以对于未能全部掌握其机理的，较为复杂的物理现象，运用这种方 法是不可能的，甚至于无法找到它的近似解：③常常会有一些物理定律，对于所讨论的问题 表面看上去关系并不密切，但又不宜妄加别除，需要通过实验去找出各个定律间的制约关系，5.2.2 大型冷模试验研究的理论基础 大型冷模试验的研究目的是用“模型”试验获得的传递规律和现象去认识、推测“原型” 的行为。这是一种间接认识，遵循的是相似理论。 （1） 相似理论与模型试验 相似理论是说明自然界和工程科学中各种相似现象的学说。其理论基础是关于相似的三个 定律，即相似第一定律(相似正定律)、相似第二定律(П定理)与相似第三定律(相似逆定理)。所 谓相似就是一种可以将个别现象的研究结果，推广到所有相似的现象上去的科学方法。因此， 相似方法同时也是现象模拟方法的基础。现在，相似方法已为人们所广泛接受，并被公认是当 今科技界的五大研究方法之一。它与其余四种研究方法(即经验法、半经验法、理论解析法、 数学仿真法)相比，其显著特点是照顾到了理论和实际的两个方面，使之相辅相成[2]。 模拟，在多数情况下是指同类事物的模拟，而同类事物的模拟是指在实验室条件下，用模 型来进行现象的研究。这样就引出了“模型试验”的概念。模拟试验是构成相似方法的重要环 节，在近代科学研究和设计工作中，起着十分重要的作用。按照相似理论，模型是与物理系统 密切有关的装置，通过对模型的观察或试验，可以在需要的方面精确地预测系统的性能，这个 被预测的物理系统，通常就叫做“原型”。根据这个定义，为了利用一个模型，当然有必要在 模型和原型间满足某种关系。这种关系通常称之为模型设计条件，或系统的相似性要求。 由此可见，相似理论与模型试验的关系十分密切，是整个问题的两个组成部分。在人类长 期、广泛的实践活动中，二者常常是相辅相成、相得益彰。 而模型试验的意义，可以从以下方面来说明：a 模型试验作为一种研究手段，可以严格控 制试验对象的主要参量而不受外界条件或自然条件的限制，做到结果准确；b 模型试验有利于 在复杂的试验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的本质特征和内在联系；c 由于模型 与原型相比，尺寸一般都是按比例缩小的，或者尺寸虽然相同，但选用易于制造的、能观察内 部流动情况的透明有机玻璃等廉价材质，故制造容易、装卸方便、试验人员少，与采用原型相 比，能节省大量的资金、人力、时间和空间。 （2） 现象相似与物理量相似的关系 物理量蕴于现象之中。现象的相似无疑是通过各种物理量的相似来表现的。由于用来表示 现象特征的各种物理量，一般说来不是孤立的、互不关联的，而是处在自然规律所决定的一定 关系之中，所以各种相似常数的大小，是不能随意选择的。在许多情况下，这种关系表现为数 学方程的形式，并且当现象相似时，这些方程又具有同一的形式，因而决定了在各形式常数间 必定存在着某种数学上的约束关系，或称数学关系。 显然，这种数学联系也必定存在于方程尚未发现，但各种相似常数必定存在着相互间约束 关系的一切物理现象之中。 例如，热力设备中的各种现象，如流体的运动、热量的交换等，都伴随有许多物理量(如 温度、压力、速度、密度、粘度、时间等)的变化。对于这种伴随有许多物理量变化的现象， 相似是指表述此种现象的所有物理量在空间相对应的各点及时间上相对应的各瞬间各自互成一 定的比例关系，并且被约束在一定的数学关系之中。 （3） 相似准则的导出方法 目前相似准则的导出方法主要有三，即定律分析法、方程分析法和量纲分析法。从理论上 说，三种方法可以得出同样的结果，只是用不同的方法来对物理现象(或过程)作数学上的描述。 但在实际运用上，却有各自不同的特点、限制和要求。 定律分析法 这种方法要求人们对所研究的现象必须充分运用已经掌握的全部物理定律， 并能辨别其主次。一旦这个要求得到满足，问题的解决并不困难。这种方法的缺点是：① 易 于就事论事，看不出现象的变化过程和内在联系，故作为一种方法，缺乏典型意义；② 由于 必须找出全部物理定律，所以对于未能全部掌握其机理的，较为复杂的物理现象，运用这种方 法是不可能的，甚至于无法找到它的近似解；③ 常常会有一些物理定律，对于所讨论的问题 表面看上去关系并不密切，但又不宜妄加剔除，需要通过实验去找出各个定律间的制约关系