一级结构基础辅导:流动相似的基本概念结构工程师考试 2020年结构工程师一级机构工程师
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一级结构基础辅导:流动相似的基本概念结构工程师考试
文章作者
100test
发表时间 2009:04:10 01:57:08
来源 100Test.Com百考试题网
8 相似原理和量纲分析
工程中许多流体力学问题,若仅用分析方法求解,很少能得到完整的结果。由于实物的尺寸太大,直接进行实验会耗费大量的人力和物力。因此人们往往采用模型进行实验,才能充分地表明各物理量之间的关系。要进行模型试验就会遇到用什么理论来指导,设计出合理的模型尺寸以及用什么方法整理、分析试验成果。试验测定总是在某种特定条件下进行,从而通过试验掌握所有相似流动过程中的规律,便成为生产和科研上必须解决的课题,人们通过长期的实践,总结出以相似原理为基础的模型试验方法。本节主要阐述和试验有关的基本知识,其中包括选择试验参数的量纲分析法以及模型试验的相似原理。
8.1 流动相似的基本概念
要使模型和原型之间有几何相似、运动相似和动力相似,模型与原型的初始条件和边界条件也应保持一致,才能解决问题。
8.1.1 几何相似
几何相似是形状相似,指模型m和实物p形状相似,所对应的尺寸成一定的比例,用符号λ表示比例常数,足标l表示对应的几何物理量。因此,两个几何相似物体的长度、面积、体积可表示如下:
式中l
p
——实物的长度; l
m
——模型的长度。完善的几何相似,要求原型和模型两者的表面粗糙度之比等于λ
l
。但对一个较小模型的粗糙度很难做到按入;来减小,完全的几何相似是不易达到的。
8.1.2 运动相似
如果原型流场和模型流场的对应点存在同名速度,且速度矢量图成几何相似,就满足运动相似。包含着时间间隔的相似,由于两流场中对应的长度成一定的比例,对应的时间间隔也成一定的比例。而在相应的时刻两对应质点的速度和加速度成比例。设对应的时间比例λ
t
=t
p
/t
m
,其对应的流速和加速度值之比可表示为:
8.1.3 动力相似
三个相似之间的关系:几何相似是流动相似的前提;有了几何相似、模型和原型之间的对应点、对应线段、相应断面等一系列互相对应,几何相似可确保运动和动力相似。运动相似通常是模型试验的主要目的,运动相似表示流速和加速度相似,由于质量和密度在不可压缩流体中是常数,加速度相似意味着惯性力相似;惯性力是其他合力作用的结果,说明运动相似是动力相似的必要条件;换句话说,动力相似是运动相似的保证