第三章 相似理论
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相似理论相似理论,是说明自然界和工程中各相似现象相似原理的学说。
是研究自然现象中个性与共性,或特殊与一般的关系以及内部矛盾与外部条件之间的关系的理论。
在结构模型试验研究中,只有模型和原型保持相似,才能由模型试验结果推算出原型结构的相应结果。
1特点编辑相似理论主要应用于指导模型试验,确定“模型”与“原型”的相似程度、等级等。
随着计算机技术的不断进步,相似理论不但成为物理模型试验的理论而继续存在,而且进一步扩充其应用范围和领域,成为计算机“仿真”等领域的指导性理论之一。
随着“相似”概念日益扩大,相似理论有从自然科学领域扩展到包括经济、社会科学以及思维科学和认知哲学领域的趋势。
相似理论从现象发生和发展的内部规律性(数理方程)和外部条件(定解条件)出发,以这些数理方程所固有的在量纲上的齐次性以及数理方程的正确性不受测量单位制选择的影响等为大前提,通过线性变换等数学演绎手段而得到了自己的结论。
相似理论的特点是高度的抽象性与宽广的应用性相结合,相似理论的内容并不多,甚至不被当作一个单独的学科。
相似理论是试验的理论,用以指导试验的根本布局问题,它为模拟试验提供指导,尺度的缩小或放太,参数的提高或降低,介质性能的改变等,目的在于以最低的成本和在最短的运转周期内摸清所研究模型的内部规律性。
相似理论在现代科技中的最主要价值在于它指导模型试验上。
尽管相似理论本身是一个比较严密的数理逻辑体系,但是,一旦进入实际的应用课题,在很多情况下,不可能是很精确的。
因为相似理论所处理的问题通常是极其复杂的。
2理论基础编辑相似理论中的三个定理赖以存在的基础为:(1)现象相似的定义;(2)自然界中存在的现象所涉及到的各物理量的变化受制于主宰这种现象的各个客观规律,它们不能任意变化;(3)现象中所涉及的各物理量的大小是客观存在的,与所采用的测量单位无关。
3相关概念编辑(1)相似及相似常数如果原型和模型相对应的各点及在时间上对应的各瞬间的一切物理量成比例,则两个系统相似。
第3章 泵的相似理论3-1 相似理论的基本概念相似理论在泵的设计和实验中广泛应用,通常所说的按模型换算进行相似设计和进行模型实验就是在相似理论指导下进行的,按相似理论可以把模型试验结果换算到实型泵上,也可以将实型泵的参数换算为模型的参数进行模型设计和试验。
用小的模型进行试验要比真机试验经济得多.而且因受到条件的限制,当真机的尺寸过大、转速过高或抽送诸如高温等特殊液体时,往往难以进行真机试验,只能用模型试验代之。
相似理论指出,两个液流力学相似必须满足如下三个条件:一、几何相似叶片泵的相似定律是建立在泵的几何相似及运动相似的基础上的。
所谓几何相似,是指两个泵(模型泵和实型泵)它们相对应的尺寸均成同一比例,它们相对应的角度均相等。
通俗地讲,就是这两个泵的式样完全一,只是大小不同而已。
这样两个泵,它们就互相几何相似。
严格地讲、表面粗糙度也应当相似,但是这一点实际上是很难满足的,只能按经验资料进行修正。
几何相似是力学相似的前提条件。
没有几何相似,动力相似和运动相似也就无从谈起。
用下标M 表示模型,用不加下标表示实型(真机),几何相似条件可以表示为MM M L L b b =⋯⋯==D D 二 运动相似所谓运动相似,即是两个几何相似的泵,在运转时所有相对应点的速度大小均成同一比例,所有相对应的速度之间的夹角均相等。
两个泵要求运动相似则首先必需几何相似。
两个泵如果几何相似,则它们不一定运动相似。
水泵的运动相似又称为工况相似,这时的工况称相似工况。
两几何相似的泵,如果工况相似,则两水泵中相对应的速度三角形为相似三角形,有MM M M M n D Dn u u w w v v =⋯⋯== 三 动力相似模型和实型过流部分相对应点液体的对应力的大小成比例、性质相同。
也就是流动所受的外部作用力F 和流体在外力作用下因本身质量引起的惯性力F i 的比值相同。
该比值称为牛顿数,用N e 表示,即e N maF = N e 值表示流动的一般动力相似条件,N e 相等,则流动动力相似。