必威体育精装版岩土工程师注册：流体力学.ppt

4 初始条件与边界条件相似 初始条件：任何流动过程的发展都受到初始状态的影响。要使模型与原型中的流动相似，应使其初始状态的运动要素相似。只在非恒定流中有意义。 边界条件：边界条件同样是影响流动过程的重要因素。边界条件是指模型和原型中对应的边界的性质相同，几何尺度成比例。 根据牛顿第二定律,力的比尺可表示为 : 1 一般相似准则 三 相似准则 或写为 也可改写为 式中: 为量纲一的量，称为牛顿数（或牛顿相似准数），以Ne表示 两流动的动力相似，归结为牛顿数相等，即 上式称为牛顿相似准则，它是流动相似的一般准则。 2 重力相似准则（弗劳德准则） 考虑重力相似 有 即 或 开方后有 式中， 为量纲一的量，即为弗劳德数，以Fr表示，即 式（6-18）用弗劳德数表示，即 上式表明，在重力作用下的相似系统，其弗劳德数应该是相等的，这就叫重力相似准则，或称弗劳德准则。 流速比尺 流量比尺 时间比尺 3 粘滞力相似准则（雷诺准则） 因为黏滞力 ，又 ，则 又因为 则 即 式中， 为量纲一的量，称为雷诺数，以Re表示，即 表明，在单一粘滞力作用下的相似系统，其雷诺数应该相等，称为粘滞力相似准则，或称雷诺准则。 或写成 自动模型区：在紊流粗糙区或阻力平方区，阻力主要取决于相对粗糙度?/d，而与粘性无关，只要保持原型与模型几何相似、相对粗糙度相似即可达到力学相似，而不需要雷诺数相等，这一区域称为自动模型区。在阻力平方区的明渠也只要考虑重力相似准则同时满足几何相似，而不必考虑雷诺相似。 对重力和粘滞力同时起作用的水流，同时满足Fr准则和Re准则, 4. 压力相似准则－欧拉准则 动水压力P=pA 表明，在单一动水压力作用下的相似系统，其欧拉数应该是相等的。 5 其他相似准则 弹性力相似准－柯西准则 表面张力相似准则－韦伯准则 等 基本量纲与导出量纲 量纲和谐原理的应用 重力、粘性力相似准则的物理意义 第九节 流体运动参数的测量 一、流速测量 1、浮标法：在运动流体中投放浮子（或气泡），作为示踪物，每隔一段时间，连续测记位置或拍摄轨迹，算出水流流速 2、毕托管测速法－点流速 3、流速仪 旋桨式流速仪 激光流速仪 二、压强测量 压强量测时分为静水压强量测和动水压强量测，在动水压强量测中又可分为时均压强量测和瞬时压强量测。静水压强和时均压强通常使用测压管、压差计或压力表量测。瞬时压强的量测则需要使用特制的压强传感器及相应的动态数据采集系统 三、流量测量 1、体积法或重量法 测定固定时间通过某断面流入标定容器内液体的体积，即可求得流量。 2、压差计 μ为流量系数，通过查μ－Re曲线可得 3、量水堰 4、巴式计量槽 5、浮子流量计 6、电磁流量计 * 一、特性及发生条件 水力坡度J（＝hf/l）＝水面坡度Jz＝河底坡度i，是明渠均匀流的特性 发生条件：渠中流量保持不变；渠道为长直棱柱体；顺坡渠道(即河底高程沿水流方向降低)；渠壁粗糙系数沿程不变，没有局部损失等。所以均匀流多在人工明渠道产生，天然河流的顺直渠段，都作为均匀流来处理。 二、明渠均匀流基本公式及断面水力要素 1、明渠的水力基本计算公式为： 明渠均匀流中，水力坡度 J 与底坡i相等， 所以 或写为： 谢才公式 曼宁公式: 2、断面水力要素：断面面积A，湿周χ，水力半径R 渠道断面 过流断面面积: A=(b+mh)h 湿周: m为梯形渠道两侧边坡的斜倾程度，称为边坡系数 水力半径： 矩形断面： 三、明渠水力最优断面和允许流速 1、水力最优断面 定义：在底坡 i 、糙率n、过流断面A一定前提下，渠道输水能力最大的那种断面（形状、尺寸）。 在A，n，i一定时，可看出χ最小，Q最大，圆形断面流量最大。 对于梯形断面，根据水力最优断面的定义，对上式求导即得水力最优断面的条件: 将A=（b+mh）h 代入上式，整理可得 矩形断面，m＝0，其水力最优宽深比为 说明矩形渠道水力最优断面的底宽应是水深的2倍。 式中， b/h 称为宽深比，加脚注 h 表示水力最优时的宽深比。 梯形渠道：m1，βh1，即bh，水力最优断面为窄深型。 梯形渠道水力最优断面： 2、允许流速 不冲流速: 渠道免遭冲刷的最大流速 v，取决于渠道材料特性 不淤流速: 渠道免遭淤积的最小流速v，取决于悬浮泥沙颗粒大小 渠道设计时应使其断面平均流速在运行范围内： 四、明渠均匀流水力计算类型 上式有6个变量, 边坡系数m、糙率n可根据土质确定。其余4个变量，再根据工程条件确定3个量，求解一个未知量 1 校