流體機(jī)械的相似理論ppt課件

1、010100011001010101010001100101011001010110010101WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY 第三章第三章 流體機(jī)械的類似實(shí)際流體機(jī)械的類似實(shí)際 WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY工程科學(xué)的研討方法概括起來普通為三種：類似實(shí)際是實(shí)驗(yàn)研討方法的實(shí)際根底，主要處理以下兩個問題：1、如何建立與原型類似的物理模型？2、物理模型和原型之間的物理量如何換算？CFD理論分析實(shí)驗(yàn)研究數(shù)值模擬（）流體機(jī)械的類似實(shí)際流體機(jī)械的類似實(shí)際 W

2、UHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY3-1 3-1 流動類似條件和準(zhǔn)流動類似條件和準(zhǔn)那么那么 流動類似的條件概括起來可表述為：1、同類流動，即為一樣的數(shù)學(xué)模型；2、單值條件類似3、準(zhǔn)那么數(shù)相等影響流動的主要要素一樣幾何條件物性條件邊界條件初始條件（非定常流）WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY一、類似條件一、類似條件 1 1、幾何類似：過流部分的幾何尺寸成比例，對應(yīng)角度相等、幾何類似

3、：過流部分的幾何尺寸成比例，對應(yīng)角度相等 靜態(tài)根底靜態(tài)根底2 2、運(yùn)動類似：同名速度成比例、運(yùn)動類似：同名速度成比例 外在表象外在表象3 3、動力類似：同名力的比值相等、動力類似：同名力的比值相等( (重力、粘力、壓力、慣性力重力、粘力、壓力、慣性力) ) 內(nèi)在根源內(nèi)在根源4 4、熱力類似：同名溫度的比例相等、熱力類似：同名溫度的比例相等5 5、物性類似、物性類似MPpPsPPlMsMpMDDDkDDDpPpPsPsPsPcsMpMsMpMsMcucuwkccuuwfMPMPkFFppTMPkTT ppPPPcMMpMckkkc3-1 3-1 流動類似條件和準(zhǔn)流動類似條件和準(zhǔn)那么那么 WUHA

4、NUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY二、類似準(zhǔn)那么二、類似準(zhǔn)那么1 1、壓力類似歐拉數(shù)相等：、壓力類似歐拉數(shù)相等：2 2、粘性力類似雷諾數(shù)相等、粘性力類似雷諾數(shù)相等 ：3 3、重力類似弗勞德數(shù)相等、重力類似弗勞德數(shù)相等 ：4 4、慣性力類似斯特勞哈數(shù)相等、慣性力類似斯特勞哈數(shù)相等 ：0002000uaapEcMcc絕熱指數(shù)壓差力流速馬赫數(shù)慣性力音速0 000ec LR慣性力粘滯力000rcFg L慣性力重力00 0rLSc t當(dāng)?shù)丶铀俣任灰萍铀俣?-1 3-1 流動類似條件和準(zhǔn)流動類似條件和準(zhǔn)那

5、么那么 WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY三、不完全類似三、不完全類似準(zhǔn)那么是由條件派生出來的，自然界是不能夠完全滿足其中任何準(zhǔn)那么是由條件派生出來的，自然界是不能夠完全滿足其中任何一一個條件的，更不能夠全部滿足一切條件。工程中那么是根據(jù)本身的個條件的，更不能夠全部滿足一切條件。工程中那么是根據(jù)本身的特特點(diǎn)，抓住主要的影響要素和條件有所取舍，對于流體機(jī)械那么有：點(diǎn)，抓住主要的影響要素和條件有所取舍，對于流體機(jī)械那么有：1 1、不可緊縮流體、不可緊縮流體 2 2、可緊縮流體、可緊縮流體

6、eR不考慮重力因素準(zhǔn)則自然滿足rSE0arMS內(nèi)熱與功的相互轉(zhuǎn)換3-1 3-1 流動類似條件和準(zhǔn)流動類似條件和準(zhǔn)那么那么 WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY一、任務(wù)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下任務(wù)一、任務(wù)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下任務(wù) 1 1、第一類似律流量、第一類似律流量2 2、第二類似律能頭、第二類似律能頭32222()vPPPPPMMMMvMQDnQDn2222()()fPPPPMMMfMHDnHDn2222() ()fPPPPPMMMMfMpDnpDn3-2 3-2 類似律類似律00021prpLD

7、StnQcD0000pppgHELcnDtWUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY3、第三類似率功率 在尺寸相差不大的情況下，可以以為它們的、排斥系數(shù)和效率相等有常用公式: 322222222225322()() ()() ()() ()PPPMMMPPPMMMPPPPMMMMPPPPMMMMQDnQDnHDnHDnpDnpDnPDnPDn3-2 3-2 類似律類似律5322() ()mMPPPPMMMMmPPDnPDnWUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張

8、澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY同一臺機(jī)器 變速任務(wù)，即可得比例律:由第一、二比例律可得類似等效拋物線： 3-2 3-2 類似律類似律1122211122231122QnQnHnpHnpPnPnpMpPMPDD22020HHQKQQWUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY二、原動機(jī)在一定的水頭下任務(wù)二、原動機(jī)在一定的水頭下任務(wù) 由上述第二定律可知：由上述第二定律可知：綜合上述第一、三類似律，對于原動機(jī)那么有：綜合上述第一、三類似律，對于原動機(jī)那么有：

9、3-2 3-2 類似律類似律22PfMPMMMfPPHnDnHD2211111111113322221111PfPvMPPPPPPMMMfMMvPMMMPfPPMPMPMPMfMMPMPPPPfPmPPPMMMMMMfMmMHQDQDHQDHQDHHnDnDHnDHnDHPDHHPDPDHPDH WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY三、工介可緊縮機(jī)器三、工介可緊縮機(jī)器1 1、轉(zhuǎn)速關(guān)系：、轉(zhuǎn)速關(guān)系： 2 2、流量關(guān)系：、流量關(guān)系：3 3、能頭關(guān)系：、能頭關(guān)系：4 4、功率關(guān)系：、功率關(guān)系：

10、 3-2 3-2 類似律類似律()pPinMMMaPpMPinPDTnRMnDRT相等22pMMinMMPpPPinPDR TQQDR TMinMMPPinPR ThhR T2PpMMinMinMMPpPinPinPDR TpPPDR Tp WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY四、效率換算很復(fù)雜，沒定論四、效率換算很復(fù)雜，沒定論尺寸效應(yīng)以為流動都在阻力平方區(qū)尺寸效應(yīng)以為流動都在阻力平方區(qū) 需處理需處理1 1、效率差、效率差1 1任務(wù)機(jī)任務(wù)機(jī) 設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)點(diǎn) 3-2 3-2 類似律類似律/f

11、vDDD相對粗糙度相對間隙多大?對相似律的影響有多大?1522114522(1):1 (1)fMffMMfMMMMDDDnDn 莫迪公式另有:1-WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY其它點(diǎn)：2原動機(jī) 3-2 3-2 類似律類似律0max0 1iiiiQQKKQ 0011121111111111011111(1)(1)(1)(1)/:0.250.5:0.75:neMffMennMMfMffMfMRRDHDHhhQQQQQQn 國際 引入軸流最優(yōu)工況取混流經(jīng)驗(yàn)指數(shù):0.70.75(0.7)最

12、優(yōu)工況取莫迪公式(同工作機(jī))，(5)WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY2、 變化的對類似律的修正1原動機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn) 3-2 3-2 類似律類似律11/520111501501(1)MMffMHmDHHmDH用上式國內(nèi)常用00000000000011111111111111113311111111fMMfMMffvMMMfMvMMfMfmMMMfMmMnnnnQQQQPPPPWUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUH

13、AN UNIVERSITY其它點(diǎn)等值修正2任務(wù)機(jī) 3-2 3-2 類似律類似律000111101111110111111111101111113011110111MMMMMMMMMMMnnnnnQQQQQPPPPPWUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY設(shè)計(jì)點(diǎn)其它點(diǎn) 3-2 3-2 類似律類似律0.53020200.5220202053202MMMMMMMMMMMDnQQDnDnHHDnDnPPDn 0.5302200.522022053221111iMiiMMMiMiiMMMMMiMMMD

14、nQQKDnDnHHKDngQ HDPD WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY一、任務(wù)機(jī)泵與風(fēng)機(jī)一、任務(wù)機(jī)泵與風(fēng)機(jī)1 1、流量系數(shù)、流量系數(shù) ：2 2、揚(yáng)程壓力系數(shù)、揚(yáng)程壓力系數(shù) ：3 3、功率系數(shù)、功率系數(shù) ： 3-33-3無量綱及單位參量無量綱及單位參量 322224QD nQD u泵風(fēng)機(jī):22222:HD npu泵風(fēng)機(jī):5322322:1000:4PD npD u泵風(fēng)機(jī)WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYW

15、UHAN UNIVERSITY二、原動機(jī)水輪機(jī)二、原動機(jī)水輪機(jī)1 1、單位轉(zhuǎn)速、單位轉(zhuǎn)速 ：2 2、單位流量、單位流量 ：3 3、單位功率、單位功率 ： 3-33-3無量綱及單位參量無量綱及單位參量 1121QQDH321121PPD H111DnnH2111132211PPPMMMPMPMPMPPPMMMQDHQDHnDHnDHPDHPDH WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY一、導(dǎo)出一、導(dǎo)出1、原動機(jī)水輪機(jī)、原動機(jī)水輪機(jī)由：由：得：得：為動力比轉(zhuǎn)數(shù)。為動力比轉(zhuǎn)數(shù)。2、任務(wù)機(jī)、任務(wù)機(jī)1

16、泵泵動力比轉(zhuǎn)數(shù)動力比轉(zhuǎn)數(shù)3-4 3-4 綜合性能參綜合性能參( (判判) )數(shù)數(shù)111113221DPnnPHD H11115454snn PnnPPHHWUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY以前我國沿用前蘇聯(lián)的單位制用馬力來計(jì)量功率，即有： 馬力 將 代入 可得：運(yùn)動比轉(zhuǎn)數(shù)735.5gQHP39810/ gNm54sn PnH1233/4498103.65735.5sQQnnnHH3344qn QnH3-4 3-4 綜合性能參綜合性能參( (判判) )數(shù)數(shù)WUHANUNIVERSITY“

17、三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY2風(fēng)機(jī)與運(yùn)動比轉(zhuǎn)數(shù) 同理，可以導(dǎo)出規(guī)范形狀下風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)：在非常態(tài)條件下有：3緊縮機(jī)3420pn Qnp3/43/41.2(273)(27320)paen Qn Qnptppp(已知密度)(已知壓力和溫度)3/4hn Qnh3-4 3-4 綜合性能參綜合性能參( (判判) )數(shù)數(shù)WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY3、葉輪的型式數(shù)定義： 為葉輪的型式數(shù)無量綱數(shù)，在一致的國際單位

18、制下計(jì)算。二、討論1、物理意義：比葉輪的轉(zhuǎn)速。2、獨(dú)一性 3、必要而不充分，且不完全類似條件下，會有一定的差別。3/4Qkh123 o標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(一個大氣壓,20 C工介(清水,空氣)工作機(jī) 最優(yōu)工況原動機(jī) 最優(yōu)轉(zhuǎn)速時最大功率的工況單個葉輪3-4 3-4 綜合性能參綜合性能參( (判判) )數(shù)數(shù)WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY4、葉輪的型式數(shù)為推行的國際規(guī)范，但尚未完全實(shí)行。5、內(nèi)核一樣但定義式和單位制不同，計(jì)算結(jié)果是不同的。 三、運(yùn)用1、型式分類以260Du()TsssessesQD b u tg設(shè)計(jì)工況下()mpTppbpssTmpsesppppchuutgD bQcu tgD bD b3-4 3-4 綜合性能參綜合性能參( (判判) )數(shù)數(shù)WUHANUNIVERSITY“三創(chuàng)三創(chuàng)”教育工作座談會教育工作座談會張澍張澍 WUHAN UNIVERSITYWUHAN UNIVERSITY代入 有：于是有隨著比轉(zhuǎn)數(shù)型式數(shù)由小變大：1滑移系數(shù)小，葉槽內(nèi)流體運(yùn)動的自在空間大，過流量加大； 2 變大，直至為1； 3/4Qkh123/42341sssesqpphssespppepnDbtgnDDknDb t