相似理论与模型试验(第一讲)剖析.ppt
文本预览下载声明
2、相似理论 说明自然界和工程中各相似现象相似原理的学说。 相似理论主要应用于指导模型试验,确定“模型”与“原型”的相似程度、等级等。随着计算机技术的进步,相似理论不但成为物理模型试验的理论而继续存在,而且进一步扩大应用范围和领域,成为计算机“仿真”等领域指导性理论。 3、相似方法 一种可以把个别现象的研究结果,推广到所有相似现象中去的科学方法。它是相似理论为指导,一种具体研究自然界和工程中各种相似现象的新方法。 4、模型 模型是指用于表示或自然现象的物理实体或数学概念。工程界常指的模型是与物理系统密切有关的物理装置,即所谓的物理模型。通过对它的观察或试验,可在需要的方面精确地预测系统的性能。 所谓密切有关即为与原型的形态、工作规律或信息传递规律相似,被预测的系统为原型。 5、模拟与仿真 广义的“模拟”是指对自然现象的一种人为的相似比拟技术;狭义的“模拟”是指不同物理体系间的相似比拟技术,也称为异类模拟。“仿真”常指不同物理体系间的相似比拟技术,现今常指采用数学手段,利用计算机数值分析方法对工程现象进行研究的一项技术,故也称为“数值模拟”。 第一节 各种物理量的相似 为使模型流动能表现出实型流动的主要现象和特性,并从模型流动上预测出实型流动的结果,就必须使两者在流动上相似,即两个互为相似流动的对应部位上对应物理量都有一定的比例关系。 具体来说,两相似流动应几何相似(Geometrical Similarity) 、运动相似( Kinematic Similarity )、 动力相似(Dynamic Similarity)。 一 几何相似(空间相似) 定义: 两流动的对应边长成同一比例,对应角相等。 引入尺度比例系数 进而,面积比例系数 体积比例系数 几何相似 二 运动相似(时间相似) 定义:两流动的对应点上的流体速度矢 成同一比例。 引入速度比例系数 由于 因此 运动相似建立在几何相似基础上,那么 运动相似只需确定时间比例系数 就可以 了。运动相似也就被称之为时间相似。 运动学物理量的比例系数都可以表示为尺度比例系数和时间比例系数的不同组合形式。 如:kv=klkt-1 ka=klkt-2 k?=kt-1 k?=kl2kt-1 kq=kl3kt-1 Kinematic Similarity 三 动力相似(受力相似) 定义:两流动的对应部位上同名力矢成 同一比例。引入力比例系数 也可写成 力学物理量的比例系数可以表示为密度、尺度、速度比例系数的不同组合形式,如: 力矩M 压强p 功率N 动力粘度? Dynamic Similarity 综上所述,要使模型流动和原型流动相 似,需要两者在时空相似的条件下受力相 似。 动力相似(受力相似)用相似准则(相 似准数)的形式来表示,即:要使模型流 动和原型流动动力相似,需要这两个流动 在时空相似的条件下各相似准则都相等。 第二节 相似准则 描述流体运动和受力关系的是流体运动微分方程,两流动要满足相似条件就必须同时满足该方程,下面是模型流动和原型流动不可压缩流动的运动微分方程在x方向上的分量形式: (1) (2) 所有的同类物理量均具有各自的同一比例系数,有如下关系式: xm=xpkl ym=ypkl zm=zpkl vxm=vxpkv vym=vypkv vzm=vzpkv tm=tpkt ?m=?pk? ?m=?pk? pm=ppkp fm=fpkf 1 Strouhal 相似准数 Sr=l/vt 表示时变惯性力和位变惯性力之比,反映了流体运动随时间变化的情况 2 Froude 相似准数 Fr=v2/gl 表示惯性力和重力之比,反映了流体流动中重力所起的影响程度 3 Euler 相似准数 Eu=p/?v2 表示压力和惯性力的比值 4 Renolds 相似准数 Re=vl/?= ?vl/? 表示惯性力和粘
显示全部