流动相似相似原理相似准则及量纲剖析全析精编.ppt

中南大学 UTH 相似理论与量纲分析 Similarity Theory and Dimensional Analysis 2019/6/11  中大 动相似基本理论 基本相似准则 量纲分析方法 近似模型试验 目 录 自自自非自  中大 UTH 01 流动相似基本理论  @; 流动相似基本理论——理论背景 中南大 很多复杂的流体力学问题 一般情况下计算机仿真研 无法完全依靠理论分析 究需要试验进行检验验证 雪要进行八相试脸 实物或全尺寸模型试验 缩比模型 优点 :结果最接近真实情况 燄点:仅是对实际情况的一种近似模拟 缺点:费用昂贵;试验环境优点:试验成本较低:条件不受外界天 受天气限制:结果缺乏通用气影响;重复性较高;结果更具有普适 性;重复性较差 性结果。  流动相似基本理论——模型试验介绍 中南大 模型:通常把实物(原型)按一定比例关系进行缩放所得到的代表物。 模型试验:对缩比模型进行试验,来模拟与实际情况相似的流动,然后将缩比模型 试验所得结果根据缩比因子换算到原型物体上,从而分析原型周围的流场情况。在 列车空气动力学硏究中涉及到的缩比模型试验主要包括:风泂模型试验和动模型试 风洞模型试验的主要原理是运动相对性原理和流动相似性原理 动模型试验的主要原理则是流动相似性原理; 运动相对性原理:对列车在空气中的等速直线运动,按照运动的相对性原理,在 空气动力特性研究中,可以认为列车静止不动,与列车同速反向的空气流过列车, 列车上承受的空气动力与列车运动在静止的空气中承受的空气动力完全相同。 知行台  @; 流动相似基本理论——模型试验介绍 中南大 运动相对性原理能够解袂风泂中用静止列车来模拟运动列车的问题,但模型大小与 实车不同,风洞中来流风速也与列车运行速度可能不一样,那样怎么保证模型试 验和实车运行中的流动现象相似呢?怎样把缩比模型试劲结果应用到实车上?这 不仅是风洞试验所需要解决的首要问题,也是动模型试验等所有缩比模型试验所面 临的的共同问题。 关键问题:如何保证缩比试验流场与实际流场之间的高程度相似? 本章节所讲述的相似理论,便充分论述了两种现象相似的充分必要条件,分析了相 似现象的基本规律,对缩比模型试验给予了理论上的指导,  @; 流动相似基本理论一相似基本概念 中南大 流动相似:模型试验是以绕模型的流动与绕实物的流动相似为基础的,也即要求这 两个流动的空间上的对应点在对应时刻所有表征流动状况的相应物理量的比例关系 保持不变。如果物理量是矢量,还包括方向相同。 围描述几何形状的物拜量 丧禽、面积、辱熏等 几何似 一般情况下,只有保持几何相似、 述运动特征的物理量 运动相似、动力相似、热力学相似 ‖遠庶、抑速、统子 运动似 以及质量相似,两个流动才能完全 相似 述动力特征的物理量 相似。如果只是某些物理量满足 体积力,奉面力、鸹量等 动力似 相似条件,则称为部分相似。 初始条件和边 流场的特定条件 界条件相仁  @流动相似基本理论几问相似 中南大 几何相似是流动相似最基本的条件,简单讲一个物体经过各向等比例变形后能够与另一个物体完全 重合,则说明这两个物体几何相似。变形后能够相互重合的点称为“对应点”,同一物体上对应点 之间的连线称为“对应线”。两个几何相似物体的对应线长度成比例。 几何相似:指的是试验研究对象的缩比模型与所研究对象的实物(原型)之间的全部线性长度成同- 比例。比如管道,线性长度包括管道内径d、管道长度L等,即几何相似应满足: d=7=k对于风洞试验而言,该长度比例系数即为缩尺比。 式中,k为长度比例系数,加脚标m的字符表示模型参数,未加脚标的表示原型参数 在几何相似条件下,模型与原型的对应面积、体积也必然成一定比例, 面积比列系数k=知={=好 〉对应点 体积比例系数=={=  @流动相似基本理论运动相似 中南大 运动相似:指的是模型与原型所对应的流动的速度场和加速度场的相似。即在已经 满足模型和原型之间几何相似的基础上,在流场内所有对应空间点在对应时刻上的 流体质点的流速以及加速度的方向对应一致,值的大小都保持在固定的比例关系 速度比尺 时间比尺k m/vm ku /1 加速度比尺ka m m/m k, k2 a v/t kt kp  @流动相似基本理论运动相似 中南大 由上可知,由于描述运动的各物理量(时间、速度、加速度等)之间存在的相 应的物理关系,因此在一相似现象中,各物理量所对应的相似系数是不能相互独立, 任意选择的,而是不同物理量的相似系数之间根据其所对应的物理关系