流体机械相似理论讲义.pptx

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1、流体机械相似理论第三章流体机械相似理论华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论第一节流体机械的流动相似准则一、流动相似的条件几何相似运动相似动力相似以上三条是流体机械工况相似的必要和充分条件华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论二、流体机械的流动相似准则流体力学的相似理论指出,在满足几何相似和物性相似的条件下,只要使两个流动的若干无量纲数对应相等,即可保证二者相似,这些无量纲数称为相似准则。这些相似准则代表某一种作用力与惯性力的比值。

2、华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论斯特劳哈尔数Sr表示在非定常流动中,当地加速度与位移加速度的比值欧拉数Eu表示压差力与惯性力的比值华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论弗劳德数Fr表示惯性力与重力之比雷诺数Re表示惯性力与粘性力的比值华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论其他相似准则:表征液流弹性力相似的柯西数表征液流表面张力相似的韦伯数华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-8754

3、3728流体机械相似理论三、不完全相似相似准则说明:模型试验要正确模拟真机的流动过程,除了要满足几何相似外,还必须遵循相应的相似准则。在工程实践中,严格满足全部相似准则的要求是不可能的。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论例:如果原型与模型的尺寸之比为10,二者的工作介质相同,那么为了使二者的雷诺数相等,原型的速度应该是模型的十分之一;但为使二者的弗劳德数相等,原型的流速则应为模型的倍,显然,同时满足这两个条件是不可能的。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-8

4、7543728流体机械相似理论例长江三峡工程的水轮机转轮直径约为10m,水头约100m,如果在试验室中用直径0.5m的转轮进行试验,为保证二者的雷诺数相等,模型的流速应为原型的20倍。由于水头与流速平方成正比,故模型水头必须达到40000m才能使速度满足要求。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论工程实际的需要,其实并不需要严格满足所有的相似准则。相似准则的物理意义可以知道,它们各表示某一性质的力与惯性力之比,如果这种力在流动中所起的作用不大,也就不必满足相应的准则。华

5、中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论斯特劳哈尔数Sr表示非定常运动中当地加速度和迁移加速度之比。在稳定工况下,流体机械中的相对运动是定常的,但绝对运动是非定常的。由于叶片数有限,叶片两面的速度是不同的。当叶轮转动时,在空间中固定点上,观察到的绝对运动将呈现周期性的变化,故是非定常的。所以斯特劳哈尔数相等是流体机械模拟必须满足的条件。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论欧拉数Eu表示压差力与惯性力的比值。在流体机械中,压差力是最重要

6、的作用力,因此,保持欧拉数相等也是流体机械模拟必须满足的条件。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论雷诺数Re表示惯性力与粘性力的比值。流体机械内的流动都是有粘性的,所以,原则上应该保证模型与原型的雷诺数相等。当雷诺数大于临界雷诺数后,对效率的影响较小。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论弗劳德数Fr表示重力与惯性力的比值。由于流体机械流动过程中没有自由表面,重力对速度分布影响较小,因此一般的流体机械模拟不要求弗劳德数相等。如在泵

7、站进水池内流速分布与泥沙沉降的研究中;水电站尾水管与下游河道的相互影响的研究等,则必须保持弗劳德数相等。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论绝热指数绝热指数决定了介质内热与功的相互转换,因此对可压缩介质,是必须满足的相似准则。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论综上所述,在某一具体工程实践中,那些相似准则必须满足,那些相似准则可以忽略,完全取决于工程问题的物理本质以及模拟的精度要求。流体机械相似理论第二节相似理论在流体机械中的

8、应用流体机械必须满足的相似准则Sr、Eu都是由特征量组合成的无量纲数,而特征量的选择有很多可能。为便于工程上进行交流和使用方便,应对这些特征量的选取作出统一的规定、按照规定得到的相似准则,在流体机械的工程实践中称为单位参数,也称为无量纲参数、无因次参数或组合参数。华中科技大学能源与动力工程学院电话:027-87543728流体机械相似理论几点好处:便于分析比较统一的相似换算公式统一的通用特性曲线华中科技大学能源与

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