实验流体力学PPT讲稿
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
模型实验的缺点： ➢ 边界条件和初始条件； ➢ 相似准则数的确定。
第一节 流体力学的相似条件
1. 几何相似 模型与原型流动空间要相似。长度比例常数Cl为：
Cl
Lm Lp
Lmod el Lprototype
L
L
第一节 流体力学的相似条件
2. 运动相似
模型与原型流场对应点、对应时刻速度 大小成比例，方向一致。
/(L)
流场中表面张力的相似。毛细管内流动问题 根据相似原理，在几何相似、边界条件和初始条件相似的前 提下，只要所有的相似准则相等，则流场必定相似，并且互为 充分必要条件。 相似准则数的幂、加/减常参数后仍为该准则数。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
3. 模型实验 模型实验以相似原理为基础，按一定规则改变流动
2. 流体力学中的常用相似准则数
欧拉数：
Eu
p
V 2
流动相似时，两个流场的欧拉数一定相等。Eu数表明流场内
压差力与惯性力之比，描述了两流场间压差力的相似。压差
对流问题。
弗劳德数： Fr V gl
流场惯性力与重力之比，表明两个流场的重力场相似。明渠流 动、船舶波动阻力问题。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
相似指标涉及的物理量即可组合成一个无量纲量－即相似准 则数
CgCt CV
1
CgCl CV2
1 Frm
Frp
C pCt C CLCV
1 Cp
C
CL Ct
CV
Cp C CV2
Eum Eup
C Ct Cl2
1
C Cl2 Ct
C ClCV
1 Rem Rep
对比两个流动控制方程：
du dt
CgCt p CV
fx
p
C pCt C CLCV
p
x
p
C Ct CL2
(
2u x2
2u y 2
)
p
du dt
p
fx p
p
x p
p
(
2u x2
2u y 2
)
p
相似问题的控制方程应完全相同，对比后有：
CgCt 1 CV
CpCt 1 C Cl CV
C Ct Cl2
1
－－相似指标
速度比例常数：
CV
Vm Vp
um up
vm vp
wm wp
模型 原型
3第. 力一学相节似 流体力学的相似条件
模型与原型流场内各对应点上的相应力的大小 成比例，方向一致。
力比例常数：
p1
CF
Fm Fp
Ap1m Ap1 p
A 1m A 1p
p1
τ2
原型
τ1 τ2
模型
p2 p2
τ1
第一节 流体力学的相似条件
动现象或过程进行观察和测量，以达到以下目的：
➢ 重复实现和观察某流动现象或过程，以便获得充分的感性认 识、掌握其物理本质； ➢ 通过参数测量，寻求物理量之间的关系； ➢ 验证理论分析或数值模拟计算结果； ➢ 设计、施工的可靠性检验。
第一节 流体力学的相似条件
流体力学的实验方法可分为两种： 原型实验：直接得出反映实际流动的规律性结果 模型实验：限于实验条件的限制，通过设计与原型相似的模型 进行研究，间接获得实际流动的规律性结果。主要的模型实验 方法有：
实验流体力学课件
主要内容
本章任务： ➢ 熟悉两种流动现象相似的条件、流体力学中常用的
相似准则数，掌握利用量纲分析方法获得准则方程以及 模化实验设计。
➢ 流体力学基本量测量 主要内容：
第一节 流体力学的相似条件
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
第三节 流体力学基本量测量仪表的选择与标定
第流一体力节学实流验研体究是力指用学人的为控相制的似方法条对所件要研究的流
(1) 几何尺寸的改变(放大或缩小); (2) 流动工质的改变; (3) 对原型的简化。
模第型实一验的节优点流： 体力学的相似条件
➢ 节省费用； ➢ 简化实验过程； ➢ 科学地表达实验结果。用无量纲的相似准则数整理和表达实验结
果，可以使其更具有代表性和适用性，有利于将模型试验结果推广应用到原 型中去。
雷诺数：Re=ρDV/μ
流场惯性力与粘性力之比，表示流场中粘性力作用的相似。 管内粘性流动、外部绕流的摩擦阻力问题。
马赫数：Ma=V/a
流场惯性力与弹性力之比，表示流场弹性力/压缩性影响的相似， 在可压缩流动（Ma>0.3)中是一个重要准则。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
韦伯数： We V
1. 相似原理 (1). 两种流动相似，必定为同类现象，因此控制方程 相同。
(2). 两种流动相似，所有单值性条件相似。单值性条件 包括流动空间几何形状、流动速度、流体性质、壁面 条件、初始条件等等。
(3). 两种流动相似，那么单值性条件中某些物理量组成 的相似准则数（无量纲数）对应相等。 Why?
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
改造模型方程：
CV Ct
du dt
p
Cg
fx p
Cp C Cl
p
x
p
C CV Cl2
(
2u x2
2u y 2
)p
得到：
du dt
CgCt p CV
fx p
C pCt C Cl CV
p
x
p
C Ct Cl2
(
2u x2
2u y 2
)p
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
参数（如流体介质、流动速度与流场尺寸）来设计模 型实验台，然后利用相似原理整理模型实验获得的数 据，找出其规律，并将之应用于所有与模型相似的实 际流动。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
(
2u x2
2u y 2
)
p
(原型, x 方向)
du dt
m
fxm
p
x m
m
(
2u x2
2u y2 )m
(模型, x 方向)
由于两流动相似，那么任意物理参数之间有关系：
CV um / u p
C m / p
Ct tm / t p Cp pm / pp
C
m/ p
Cl xm / xp
Cg fxm / fxp
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
例题1： 设有两个二维不可压定常粘性流动相似，其控制方程 N-S方程。具体形式如下（x 方向）：
wenku.baidu.com
du dt
fx
p
x
(
2u x 2
2u y2 )
求各相似比例常数间的关系。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
原型和模型相应的控制方程：
du dt
p
fx p
p
x p
p
4. 时间相似
Ct
tm tp
CL CV
在非定常流中必须保证的相似条件。
第一节 流体力学的相似条件
几何相似是前提，力学相似是基础，运动相似是流 场相似的表现。
基本比例常数（Cl，CV， Cρ）确定了其它比例常数
Cm C Cl3 CF C CV2Cl2 很有用!!! Cp C CV2
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
第一节 流体力学的相似条件
1. 几何相似 模型与原型流动空间要相似。长度比例常数Cl为：
Cl
Lm Lp
Lmod el Lprototype
L
L
第一节 流体力学的相似条件
2. 运动相似
模型与原型流场对应点、对应时刻速度 大小成比例，方向一致。
/(L)
流场中表面张力的相似。毛细管内流动问题 根据相似原理，在几何相似、边界条件和初始条件相似的前 提下，只要所有的相似准则相等，则流场必定相似，并且互为 充分必要条件。 相似准则数的幂、加/减常参数后仍为该准则数。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
3. 模型实验 模型实验以相似原理为基础，按一定规则改变流动
2. 流体力学中的常用相似准则数
欧拉数：
Eu
p
V 2
流动相似时，两个流场的欧拉数一定相等。Eu数表明流场内
压差力与惯性力之比，描述了两流场间压差力的相似。压差
对流问题。
弗劳德数： Fr V gl
流场惯性力与重力之比，表明两个流场的重力场相似。明渠流 动、船舶波动阻力问题。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
相似指标涉及的物理量即可组合成一个无量纲量－即相似准 则数
CgCt CV
1
CgCl CV2
1 Frm
Frp
C pCt C CLCV
1 Cp
C
CL Ct
CV
Cp C CV2
Eum Eup
C Ct Cl2
1
C Cl2 Ct
C ClCV
1 Rem Rep
对比两个流动控制方程：
du dt
CgCt p CV
fx
p
C pCt C CLCV
p
x
p
C Ct CL2
(
2u x2
2u y 2
)
p
du dt
p
fx p
p
x p
p
(
2u x2
2u y 2
)
p
相似问题的控制方程应完全相同，对比后有：
CgCt 1 CV
CpCt 1 C Cl CV
C Ct Cl2
1
－－相似指标
速度比例常数：
CV
Vm Vp
um up
vm vp
wm wp
模型 原型
3第. 力一学相节似 流体力学的相似条件
模型与原型流场内各对应点上的相应力的大小 成比例，方向一致。
力比例常数：
p1
CF
Fm Fp
Ap1m Ap1 p
A 1m A 1p
p1
τ2
原型
τ1 τ2
模型
p2 p2
τ1
第一节 流体力学的相似条件
动现象或过程进行观察和测量，以达到以下目的：
➢ 重复实现和观察某流动现象或过程，以便获得充分的感性认 识、掌握其物理本质； ➢ 通过参数测量，寻求物理量之间的关系； ➢ 验证理论分析或数值模拟计算结果； ➢ 设计、施工的可靠性检验。
第一节 流体力学的相似条件
流体力学的实验方法可分为两种： 原型实验：直接得出反映实际流动的规律性结果 模型实验：限于实验条件的限制，通过设计与原型相似的模型 进行研究，间接获得实际流动的规律性结果。主要的模型实验 方法有：
实验流体力学课件
主要内容
本章任务： ➢ 熟悉两种流动现象相似的条件、流体力学中常用的
相似准则数，掌握利用量纲分析方法获得准则方程以及 模化实验设计。
➢ 流体力学基本量测量 主要内容：
第一节 流体力学的相似条件
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
第三节 流体力学基本量测量仪表的选择与标定
第流一体力节学实流验研体究是力指用学人的为控相制的似方法条对所件要研究的流
(1) 几何尺寸的改变(放大或缩小); (2) 流动工质的改变; (3) 对原型的简化。
模第型实一验的节优点流： 体力学的相似条件
➢ 节省费用； ➢ 简化实验过程； ➢ 科学地表达实验结果。用无量纲的相似准则数整理和表达实验结
果，可以使其更具有代表性和适用性，有利于将模型试验结果推广应用到原 型中去。
雷诺数：Re=ρDV/μ
流场惯性力与粘性力之比，表示流场中粘性力作用的相似。 管内粘性流动、外部绕流的摩擦阻力问题。
马赫数：Ma=V/a
流场惯性力与弹性力之比，表示流场弹性力/压缩性影响的相似， 在可压缩流动（Ma>0.3)中是一个重要准则。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
韦伯数： We V
1. 相似原理 (1). 两种流动相似，必定为同类现象，因此控制方程 相同。
(2). 两种流动相似，所有单值性条件相似。单值性条件 包括流动空间几何形状、流动速度、流体性质、壁面 条件、初始条件等等。
(3). 两种流动相似，那么单值性条件中某些物理量组成 的相似准则数（无量纲数）对应相等。 Why?
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
改造模型方程：
CV Ct
du dt
p
Cg
fx p
Cp C Cl
p
x
p
C CV Cl2
(
2u x2
2u y 2
)p
得到：
du dt
CgCt p CV
fx p
C pCt C Cl CV
p
x
p
C Ct Cl2
(
2u x2
2u y 2
)p
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
参数（如流体介质、流动速度与流场尺寸）来设计模 型实验台，然后利用相似原理整理模型实验获得的数 据，找出其规律，并将之应用于所有与模型相似的实 际流动。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
(
2u x2
2u y 2
)
p
(原型, x 方向)
du dt
m
fxm
p
x m
m
(
2u x2
2u y2 )m
(模型, x 方向)
由于两流动相似，那么任意物理参数之间有关系：
CV um / u p
C m / p
Ct tm / t p Cp pm / pp
C
m/ p
Cl xm / xp
Cg fxm / fxp
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
例题1： 设有两个二维不可压定常粘性流动相似，其控制方程 N-S方程。具体形式如下（x 方向）：
wenku.baidu.com
du dt
fx
p
x
(
2u x 2
2u y2 )
求各相似比例常数间的关系。
第二节 流动的相似原理与近似模化实验
原型和模型相应的控制方程：
du dt
p
fx p
p
x p
p
4. 时间相似
Ct
tm tp
CL CV
在非定常流中必须保证的相似条件。
第一节 流体力学的相似条件
几何相似是前提，力学相似是基础，运动相似是流 场相似的表现。
基本比例常数（Cl，CV， Cρ）确定了其它比例常数
Cm C Cl3 CF C CV2Cl2 很有用!!! Cp C CV2
第二节 流动的相似原理与近似模化实验