流体机械原理3.ppt

《流体机械原理3.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第三章流体机械的相似第一节流体机械流动的相似内容及应用1）流体机械内的流动复杂，认识规律，完善设计方法，仍需借助实验。2）原型上做试验，测量困难，开支大，有时不能实现。3）利用模型试验来研究原型的性质，利用模型数据推算原型的有关数据。数值试验：用流动分析软件在计算机上可对流体机械内部流动进行数值模拟，对不同设计参数组合的机器进行计算，提出最优设计方案，予估性能—数值仿真试验。1物理模型试验的必要性：由于理论上的不完善，数值试验不能完全代替试验。计算和计算的结果要用实验验证。正确进行物理模型试验的两个基本问题：1）如何设计模型和如何进行模型试

2、验。2）如何将模型试验结果用到原型上。相似理论就是回答这两个问题的。一、相似流动的内容：由流体力学相似理论，两个相似的流动过程必然要几何相似、时间相似、运动相似、动力相似、热力相似和物性相似。21.几何相似：几何相似即流动空间几何相似，即任意相应两线夹角相同，对应线段保持一定比例。图3－1中，θp=θmDp/Dm=Lp/Lm=Kl相应面积比：Ap/Am=Kl2体积比：Vp/Vm=Kl3几何相似是力学相似的前提：即原型和模型相似→互相对应的几何要素→对应的力学量→相应的流动参数。图3－1两相似的流管（3－1）32.时间相似时间相似—流动中各参数对

3、时间的变化过程相似，亦即完成一个特定的流动过程所用的时间成比例。图3－2中，对应的时间成比例。（3－2）图3－2时间相似43.运动相似运动相似—两流动的相应流线几何相似，相应的点的速度大小成比例，方向相同。Kc—速度比例常数。对于两个流动相似的叶轮机械来说：运动相似→速度三角形相似→绝对及相对流动角相似→相似工况称等角工况。（3－3）比例常数之间的关系：（3－4）5加速度时间常数：（自证）（3－5）说明速度和时间相似，加速度也必然相似，反之亦然。4.动力相似动力相似—指作用于流体质点上的力为同名力，且大小成比例。同名力—指同一物理性质的力：

4、如重力、粘性力、压力、弹力、惯性力等。6惯性力粘性力压力重力弹性力5．热力相似流体机械试验，略去热传导，主要指温度场相似。温度比例常数：（3－6）（3－7）76.物性相似指相应点上的介质的物性参数ρ、μ（粘性系数）Cp（质量热容）成比例：二、流体机械的相似准则上述中两个流动完全相似，则六种相似同时成立。实际上难做。8从另一角度来说∶两个流动，给定相应的初始条件，边界条件及物性条件，且满足同样的微分方程，则可以保证它们的相似性。现以不可压缩流体为例加以说明。将有量纲的N—S方程和连续方程引入时间比尺T、长度比尺L0、速度比尺C0、压力比尺P0、F＝

5、g（质量力只考虑重力）后可写成如下无量纲N－S方程：9其中：—斯特劳哈尔数，是当时速度和位移速度之比。—欧拉数，表示压差力与惯性力的比值。—雷诺数，惯性力与粘性力的比值。—弗劳德数，表示惯性力与重力之比，g0重力加速度比尺。101.要使该无量纲方程有确定的唯一解，则必须给定初始条件和边界条件初始条件：初始时刻方程的解。边界条件：介质之间的界面及进出口的条件。初始条件是对非定常流动来说的。边界条件对流体机械来说：1）壁面条件，Cf＝Cw，Cf粘性流体速度，Cw固壁运动速度，静止壁面上Cf＝0。2）流体和大气的分界面上，Cf1＝Cf2，Pf1＝Pf2，

6、速度压力连续。3）进出口断面给定流量（或压力）。112.无因次N－S方程即给定初始条件和边界条件下，要使流体动力学相似的充分和必要条件是：流场几何相似，无因次参数相等，即两个流动无因次量的解必须相同。而要做到这一点，两液流的Sh、Eu、Fr、Re等常数相等。即Sh＝ConstEu＝ConstFr＝ConstRe＝Const这就是相似准则。这四个常数称相似判据数。对可压缩流体Ma和K0为常数。由此可以知道两个流体机械在满足几何相似的条件下，要流动相似则要保证上述相似准则对应相等。Srp＝SrmRep＝RemEup＝EumMap＝MamFrp＝

7、Frm(K0)p＝(K0)m12三、实际模型的不完全相似性1.要模拟真机的流动过程，试验设计应满足相似条件，满足全部相似条件实际上较难。举两个例子：1）Lp/Lm=10Re相等→Cp/Cm=0.1Fr相等→Cp/Cm=100.5用水试验，两者矛盾不能同时满足。2）三峡转轮Dp=10Hp=100Dm=0.5m用水试验Dp/Dm=20Re相等→Cp/Cm=1/20＝0.05Hm=400*100=40000m在实际中很难做到。13相似准则的物理意义可知，它们（除K外），各表示某一性质的力与惯性力之关系。如果某种力在流动中起的作用不大，就可不必满足相应的

8、准则，所以满足工程需要，并不需要严格满足所有的相似准则。1）Sr（斯特劳哈尔数）有限叶片数，绝对运动呈周期性，是非定常的，