2021-2022学年高二物理竞赛课件：流体的力学相似(共13张PPT).pptx

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1、流体的力学相似 本章主要介绍流体力学中的本章主要介绍流体力学中的相似原理相似原理，模型实验方法模型实验方法以及以及量纲分析法量纲分析法。解决流体解决流体力学问题力学问题的方法的方法数学分析数学分析 实验研究实验研究 模型实验模型实验以相似原理为基础以相似原理为基础以相似原理为基础以相似原理为基础 解决流体解决流体力学问题力学问题的方法的方法数学分析数学分析 实验研究实验研究 模型实验模型实验解决流体解决流体力学问题力学问题的方法的方法数学分析数学分析 实验研究实验研究 模型实验模型实验几何相似几何相似同类现象同类现象相似现象相似现象流动相似流动相似形状相似形状相似尺度成比例尺度成比例遵循同一方

2、程遵循同一方程物理量成比例物理量成比例尺度成比例尺度成比例时间成比例时间成比例速度成比例速度成比例力成比例力成比例几何相似几何相似时间相似时间相似运动相似运动相似动力相似动力相似第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似 第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似 表征表征流动流动过程过程的物的物理量理量 描述几何形状的描述几何形状的如长度、面积、体积等 描述运动状态的描述运动状态的 如速度、加速度、体积流量等 描述动力特征的描述动力特征的如质量力、表面力、动量等 按性质分几何几何几何几何相似相似相似相似运动运动运动运动相似相似相似相似动力动力动力动力相似相似相似相似流流动动相相似似应应满满足

3、足的的条条件件第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似一一.几何相似（空间相似）几何相似（空间相似）定义：模型和原型的全部对应线形长度的定义：模型和原型的全部对应线形长度的 比值为一定常数比值为一定常数 。（4-14-1）以上标以上标“”表表示模型的有关量示模型的有关量 :长度比例尺（相似比例常数）长度比例尺（相似比例常数）面积比例尺面积比例尺:（4-2）体积比例尺体积比例尺:（4-3）图图4-1 4-1 几何相似几何相似 满足上述条件，流满足上述条件，流动才能几何相似动才能几何相似 第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似定义：满足几何相似的流场

4、中，对应时刻、对应点流速定义：满足几何相似的流场中，对应时刻、对应点流速（加速度）的方向一致，大小的比例相等，即它们的（加速度）的方向一致，大小的比例相等，即它们的速度场（加速度场）相似。速度场（加速度场）相似。图图4-24-2速度场相似速度场相似 二二.运动相似（时间相似）运动相似（时间相似）加速度比例尺加速度比例尺:（4-6）注：长度比例尺和速度比例尺注：长度比例尺和速度比例尺确定所有运动学量的比例尺。确定所有运动学量的比例尺。时间比例尺时间比例尺:速度比例尺速度比例尺:（4-4）（4-5）第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似运动粘度比例尺运动粘度比例尺:体积流量比例尺体积流量比例尺

5、:（4-7）（4-8）第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似三三.动力相似（时间相似）动力相似（时间相似）定义：两个运动相似的流场中，对应空间点上、对应瞬时作用定义：两个运动相似的流场中，对应空间点上、对应瞬时作用在两相似几何微团上的力，作用方向一致、大小互成比例，在两相似几何微团上的力，作用方向一致、大小互成比例，即它们的动力场相似即它们的动力场相似。图图4-3 4-3 动力场相似动力场相似 （4-104-10）又由牛顿定律可知：又由牛顿定律可知：其中：其中：为流体的密度比例尺。为流体的密度比例尺。第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似（4-

6、94-9）力的比例尺：力的比例尺：动力粘度比例尺动力粘度比例尺:功率比例尺功率比例尺:（4-13）（4-14）有了模型与原型的密度比例尺，长有了模型与原型的密度比例尺，长度比例尺和速度比例尺，就可由它度比例尺和速度比例尺，就可由它们确定所有动力学量的比例尺。们确定所有动力学量的比例尺。压强（应力）比例尺压强（应力）比例尺:力力矩（功，能）矩（功，能）比例尺比例尺:（4-11）（4-12）第一节第一节 流动的力学相似流动的力学相似一、重力相似准则一、重力相似准则（弗劳德准则）（弗劳德准则）二、粘性力相似准则二、粘性力相似准则（雷诺准则）（雷诺准则）三、压力相似准则三、压力相似准则（欧拉准则）（欧拉准则）四、弹性力相似准则四、弹性力相似准则(柯西准则柯西准则)五、表面张力相似准则五、表面张力相似准则（韦伯准则）（韦伯准则）六、非定常性相似准则六、非定常性相似准则（斯特劳哈尔准则）（斯特劳哈尔准则）流流场场中中有有各各种种性性质质的的力力，但但不不论论是是哪哪种种力力，只只要要两两个个流流场场动动力力相相似似，它它们们都都要要服服从从牛牛顿顿相相似似准准则。则。第二节第二节 动力相似准则动力相似准则