相似原理及模型试验简介.ppt

推论：牛顿数相等表示原型与模型流动中作用力的分力与位移惯性力比值相等设作用于水流的力重力G阻力T表面张力S压力P弹性力E01作用力的分力与位移惯性力比值相等02推论：牛顿数相等表示原型与模型流动中重力阻力弹性力表面张力压力惯性力1重力代入则2阻力2阻力紊流阻力平方区2阻力紊流阻力平方区层流区A紊流阻力平方区层流区B2阻力第十四章相似原理及模型试验简介1概述2相似的基本概念4相似准则工程流体力学、水力学的问题大都较为复杂，不能单纯依靠解析法、数值计算求解，必须通过理论分析、数值计算与模型实验相结合的方法加以解决。壹贰14.1概述模型试验在几何尺寸缩小的模型上，观测流态、量测运动要素，再后把模型实验中的实测数据引伸到原型。0102答案因此，产生了下列问题如何设计模型，使原型与模型流动相似？如何把模型中测量的物理量换算到原型？相似原理和模型试验基础14.1概述14.4相似准则14.2相似的基本概念14.2相似的基本概念几何相似两个系统：原型和模型几何尺寸中，对应长度均保持一个固定的比例，把模型中任一长度尺寸乘比例尺，便得到原型的相应长度。BDACE模型和原型水流如何达到流动相似？循水流运动学和动力学规律。似、运动相似和动力相似。水流是在一定时间和空间中进行的，它遵因此，两个系统的流动相似要求几何相流动相似r:ratioP:prototypeM:model为便于讨论，规定：物理量的下标r表示其物理量的比尺物理量下标P、M表示原型量和模型量式中，Lr为长度比尺指原型和模型几何形状和几何尺寸相似，即原型和模型的对应线性长度之比均保持一个定值。几何相似：几何相似长度比尺：体积比尺：面积比尺：14.2.3运动相似加速度比尺：时间比尺：运动相似：原型和模型对应点的流速、加速度向量相似流速比尺：14.2.4动力相似例如：原型流动中作用有：重力、阻力、表面张力，则模型流动中对应点上也应存在这三种力，，并且各同名力矢量方向平行、比值保持相等。动力相似：原型与模型中对应点上作用的各同名力矢量互相平行，且其大小具有同一比值。01一般作用在水流中的力有：02重力G粘滞力T03压力P表面张力S弹性力如果作用于质点的合外力F≠0，将此力视为惯性力I，则所有的力（包括惯性力）构成一个平衡力系，并组成一个封闭的力多01边形。02动力相似：原型与模型中对应点上作用的各同名力矢量互相平行，且均具有同一比值。动力相似：原型与模型中任意对应点的力多边形相似，对应边（即同名力）成比例模型原型14.2.4边界条件和初始条件相似边界条件和初始条件相似水流运动受到边界条件和初始条件的影响和制约，要做到其流动相似，必须使两个系统的边界条件和初始条件相似。例如，原型：自由表面模型：自由表面固体边壁固体边壁给定瞬时tP的流速vP对应瞬时tP的流速vM14.2.5流动相似logo1流动相似：原型与模型几何相似、运动相似，动力相似几何相似、运动相似，动力相似是流动相似的重要特征它们互相联系、互为条件几何相似是运动相似、动力相似的前提条件动力相似是是决定流动相似的主导因素运动相似是几何相似和动力相似的表现它们是一个统一的整体，缺一不可。14.1概述14.4相似准则14.2相似的基本概念模型：式中：F、m、u、t为的合力、质量、流速和时间原型：原型与模型尺度不同，但两者水流运动遵循同一规律－牛顿第二定律牛顿数相似准则相似系统中存在下列比尺关系原型从中可见，相似系统中物量的相似比尺相互约束，四个相似比尺中三个可自由选取，剩余一个由上述比尺关系确定。因此，对于相似的原型与模型流动，则01将各比尺代入02则由比尺定义，则把无因次数称牛顿数，用Ne表示，则NeP=NeM两个流动相似的系统中牛顿数相等－牛顿相似准则牛顿数是作用力的合力与惯性力之比值牛顿数相等表示原型与模型流动中作用力合力与惯性力比值相等牛顿准则是判断两个系统流动相似的一般准则NeP=NeM