《水力学第12章-相似理论-2015分解优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水力学第12章-相似理论-2015分解优秀PPT.ppt（34页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第1313章章 水力相像与模型试验基本原理水力相像与模型试验基本原理 在自然界中有些流淌规律还不能用完整的理论去在自然界中有些流淌规律还不能用完整的理论去描述，必需通过试验去找寻这些规律。而试验所需描述，必需通过试验去找寻这些规律。而试验所需的模型与实型不确定相同，需按确定的规律制作模的模型与实型不确定相同，需按确定的规律制作模型，才能将试验得到的规律换算到实型上。这些规型，才能将试验得到的规律换算到实型上。这些规律称为相像要求。律称为相像要求。水力模型试验水力模型试验:在模型中重演（或预演）与原型相像的水在模型中重演（或预演）与原型相像的水 流现象以观测分析探讨水流运动规律的手段流现象以观
2、测分析探讨水流运动规律的手段湖北均县丹江口水利枢纽闸墩振动试验湖北均县丹江口水利枢纽闸墩振动试验 长江三峡水利枢纽总体布置模型长江三峡水利枢纽总体布置模型长江三峡水库变动回水区铜锣峡河段泥沙模型长江三峡水库变动回水区铜锣峡河段泥沙模型4 表示其原型量和模型量的比尺表示其原型量和模型量的比尺 p p 原型（原型（PrototypePrototype）m m 模型（模型（modelmodel）13.3 13.3 水力相像基本原理水力相像基本原理几何相像几何相像运动相像运动相像动力相像动力相像边界条件和初始条件相像边界条件和初始条件相像1、流淌相像、流淌相像 （1 1）几何相像）几何相像两流场对应长
3、度成比例，对应角度相等。两流场对应长度成比例，对应角度相等。引出：引出：长度比尺长度比尺面积比尺面积比尺体积比尺体积比尺（2 2）运动相像）运动相像 两流场对应点速度大小成比例，方向相同。两流场对应点速度大小成比例，方向相同。引出：引出：时间比尺时间比尺加速度比尺加速度比尺速度比尺速度比尺（3 3）动力相像）动力相像两流场对应点上作用力的大小成比例，方向相同。两流场对应点上作用力的大小成比例，方向相同。引出：引出：力的比尺力的比尺104、边界条件和初始条件相似、边界条件和初始条件相似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水流运动受到边界条件和初始条件
4、的影响和制约，要做到其流动相似，必须使两个系统的边和制约，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。界条件和初始条件相似。例如，原型：自由表面例如，原型：自由表面 模型：自由表面模型：自由表面 固体边壁固体边壁 固体边壁固体边壁 给定瞬时给定瞬时t tP P的流速的流速v vP P 对应瞬时对应瞬时t tP P的流速的流速v vM M几何相似、运动相似，动力相似是流动相似的重要特征几何相似、运动相似，动力相似是流动相似的重要特征它们互相联系、互为条件它们互相联系、互为条件 几何相似是几何相似是运动相似、动力相似的运动相似、动力相似的前提条件前提条件动力相似动力相似是决定流动相似
5、的是决定流动相似的主导因素主导因素运动相似运动相似是几何相似和动力相似的是几何相似和动力相似的表现形式表现形式它们是一个统一的整体，缺一不可它们是一个统一的整体，缺一不可。2 2 相像准数及相像原理相像准数及相像原理（1 1）.牛顿数牛顿数NeNe及牛顿相像定律及牛顿相像定律牛顿数牛顿数=外力外力/位移惯性力位移惯性力惯性力：惯性力：外力：外力：F F依据动力相像条件：依据动力相像条件：两个流淌相像，牛顿数相等；两个流淌相像，牛顿数相等；牛顿数相等，两个流淌相像。牛顿数相等，两个流淌相像。称为牛顿相像定律称为牛顿相像定律（i)重力相像准则(弗劳德数相像准则）重力起主要作用时：重力起主要作用时：
6、两重力相像的流场，弗汝德数两重力相像的流场，弗汝德数FrFr必需相等。反之，必需相等。反之，弗汝德数弗汝德数FrFr相等的流场必是重力相像流场。相等的流场必是重力相像流场。（2 2）相像准则）相像准则重力相像准则的比尺判据：重力相像准则的比尺判据：（i i）.粘性力相像准则（雷诺相像准则）粘性力相像准则（雷诺相像准则）当流场中主要是粘性力和惯性力起主要作用当流场中主要是粘性力和惯性力起主要作用化简两流场要保证粘性力相像，则雷诺数必需相等。反之两流场要保证粘性力相像，则雷诺数必需相等。反之成立。成立。粘性力相像准则粘性力相像准则 正态长、宽、高为同一比尺；变态长、宽、高不是同一比尺 （如水深比尺
7、大）。明渠、水上飞行器、船舶阻力试验以明渠、水上飞行器、船舶阻力试验以 Fr Fr数为主。数为主。有压管流、液压油流、低速绕流有压管流、液压油流、低速绕流 Re Re 数为主数为主在实际状况中，两流场不行能全部相像准则数全部满足，只可能让起主导作用的相像准则数满足。例如：在几何相像前提下，既要满足例如：在几何相像前提下，既要满足 Fr Fr数又要满足数又要满足 ReRe数，就有数，就有和在同一地点，用不同种流体做试验在同一地点，用不同种流体做试验由此可见，要同时满足两种准则数，对原型和模型的由此可见，要同时满足两种准则数，对原型和模型的几何尺寸要求不同。几何尺寸要求不同。若要速度比尺相等，则若
8、要速度比尺相等，则如取：如取：则则即即即使配方得到，试验成本很高。因此，要分析什么即使配方得到，试验成本很高。因此，要分析什么力起主导作用，保证其相像准则相等，其次略去。力起主导作用，保证其相像准则相等，其次略去。试验用流体很难得到试验用流体很难得到怎样判别哪些是确定性准则呢？可用定理来确定。怎样判别哪些是确定性准则呢？可用定理来确定。或由阅历确定。或由阅历确定。明渠、水上飞行器、船舶阻力试验以明渠、水上飞行器、船舶阻力试验以 Fr Fr数为主。数为主。有压管流、液压油流、低速绕流有压管流、液压油流、低速绕流 Re Re 数为主数为主132 量纲分析法1.1.量纲、无量纲量量纲、无量纲量单位单
9、位量度物理量数值大小的标准量度物理量数值大小的标准,这是物理量的量的特征。这是物理量的量的特征。量纲表示物理量的类别，是物理量的质的特征。量纲表示物理量的类别，是物理量的质的特征。基本量纲具有独立性基本量纲具有独立性基本量纲基本量纲诱导量纲诱导量纲 量纲量纲 诱导量纲可由量纲公式通过基本量纲导出诱导量纲可由量纲公式通过基本量纲导出运动粘性系数运动粘性系数动力粘性系数动力粘性系数：长长度度L、时时间间t和和质质量量M 诱导量纲可由量纲公式通过基本量纲导出诱导量纲可由量纲公式通过基本量纲导出称为量纲指数称为量纲指数则则 x 为几何学的量为几何学的量则则 x 为动力学的量为动力学的量则则 x 为运动
10、学的量为运动学的量如如动力粘性系数动力粘性系数 无量纲（量纲为一）量无量纲（量纲为一）量相同量纲量的比值相同量纲量的比值 几个有量纲量通过乘除组合而成几个有量纲量通过乘除组合而成 定义：定义：物理量的物理量的全部量纲全部量纲指数为零指数为零如雷诺数如雷诺数 正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲相同。正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲相同。2.2.量纲和谐原理量纲和谐原理图为志向液体孔口出流，试用瑞利法导出以液体密度，孔口直径d及压强差表示的孔口流量Q的表达式解：例3.3.量纲分析法量纲分析法瑞利法瑞利法.定理定理 物理现象涉及物理现象涉及 n 个物理量个物理量m 个个相相互互独独立立的的物物理理量量，物物理理现现象象可可用用 n-m 个个无无量量纲纲量量 数数所所表表达达新新的的函函数数关关系系式式 用定理推求水同等直径有压管内压强差的表达式。已知影响压强差的物理量有管长l、管径d、管壁确定粗糙度、流速v、液体密度、动力粘滞系数及重力加速度g。解：例n-m=7-3=4个 数数以以 为例为例 应用应用 定理要点（也是难点）在于：确定物理过程涉及的物定理要点（也是难点）在于：确定物理过程涉及的物理量时，既不能遗漏，也不要多列。理量时，既不能遗漏，也不要多列。