第三章流體機械相似理論ppt課件

1、 能否用一個小的模型來試驗。（模型和真機相似），測量其內(nèi)流場，分析其內(nèi)流動規(guī)律，來完善設(shè)計方法。但依什么來設(shè)計此模型。 用模型試驗可測得性能及內(nèi)部流場，它和真機性能之間有何關(guān)系，小的模型符合什么條件才能叫做真機相似？3-1 流體機械的流動相似準則3-2 相似理論在流體機械中的應(yīng)用3-3 流體機械的綜合判別數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)第三章 流體機械相似理論3-1 流體機械的流動相似準則 (一) 流動相似條件（二流體機械相似準則（三不完全相似 (一) 流動相似條件 1.幾何相似:形成此空間任意相應(yīng)兩段線夾角相同，長度保持一定比 例。 2.時間相似:兩個相似流動中各種參數(shù)對于時間的變化過程相似，并 完成一個特定的流動

2、過程所用的時間成比例。 3.運動相似:兩種流動相應(yīng)點的速度大小成比例方向相同。 4.動力相似:作用于流體質(zhì)點上的同名力大小成比例方向相同。 5.熱力相似：兩個流動過程內(nèi)部的熱功轉(zhuǎn)化過程和熱量傳遞過程相似。 6.物性相似：兩個流動對應(yīng)點上介質(zhì)的物性參數(shù)，如密度、粘性系數(shù)、比容成比例。 理論上，要兩個流動相似，必保證以上六個參數(shù)相似。才可能進行換算，但一般難以知道各點的v、p、T。故要建立新的準則，避開這些量。 （二流體機械相似準則由流體力學知：在滿足幾何相似和物性相似的條件下，只要是兩個流動的若干個無量綱數(shù)對應(yīng)相等，即可保證兩者相似。這些無量綱數(shù)稱為相似準則。 1. 斯特努哈爾數(shù)：表示在非定常流

3、動中當?shù)丶铀俣群臀灰萍铀俣鹊谋戎怠?2. 歐拉數(shù):壓差力和慣性力的比值。 3. 弗勞德數(shù):慣性力和重力之比。 4. 雷諾數(shù):慣性力和粘性力之比。 0200CpEu000tClSr000lgCFr 0000Reulc2020200111aauMkCCkEkRTCaRTp 綜上所述：兩個流體機械相似必保證SRP=SRM Map=Ma Frp=Frm Rep=RemEum=Eup, (ko)p=(k0)m另外，一般同一種絕熱指數(shù)一般為常數(shù)。故絕熱指數(shù)相等條件也可理解兩種不同介質(zhì)（三不完全相似現(xiàn)實中要同時滿足上述幾個準則幾乎不可能。有時甚至一個相似準則都難以實現(xiàn)。 3-2 相似理論在流體機械中的應(yīng)用(

4、一)不可壓介質(zhì)：包括泵、風機、水輪機 (1) 泵、風機單位參數(shù)及相似換算 由前面分析知：泵、風機介質(zhì)是可看作不可壓的，要滿足Sr, Eu 數(shù)相等。流量系數(shù) 泵行業(yè) 風機行業(yè) 壓力系數(shù)a)風機行業(yè)：將此記為壓力系數(shù)全壓系數(shù)： 靜壓系數(shù)： b)泵行業(yè)：功率系數(shù) 泵行業(yè) 風機行業(yè) nDqv3 224uDqv22uptFt22upsFs22nDH35nDp32241000uDp 2 泵和風機的相似換算：當兩臺泵和風機相似，它的 , 分別相等，據(jù)此可得出兩機各參數(shù)之間的關(guān)系。 流量關(guān)系：由兩機流量系數(shù)相等，可得出兩機的流量滿足：壓力或揚程關(guān)系：由壓力系數(shù)相等可得出壓力靜壓、全壓揚程之間關(guān)系。功率關(guān)系：

5、上述三個相似換算也等于兩臺相似機器之間性能參數(shù)換算，也可用同一機器在轉(zhuǎn)速變化時的相似換算： mmppmvpvnDnDqq33.2222,mmmpppmtFptFnDnDPP2222mmppmpnDnDHH2222,mmmpppmtFptFnDnDPP右圖表示不同轉(zhuǎn)速之間的性能曲線。由相似定律知： 此線即為：相似拋物線。k對不同工況qv不同。如果滿足完全相似，相似拋物線上效率相同，流量系數(shù)，壓力系數(shù)相等。故又叫等效拋物線。 BABvAvnnqq,22,BABtFAtFBAnnppHH22BABAnnpp 2vkqH (二)水輪機的相似參數(shù)與單位換算 1水輪機的單位參數(shù)單位轉(zhuǎn)速：n11 定義為壓力

6、系數(shù)的平方根的倒數(shù)：單位流量:Q11 將與n11相乘即得，其積的相似判別數(shù)單位功率： 2. 相似換算滿足相似條件的模型及實型水輪機的Q11,n11, 相等，故可換算 流量關(guān)系:22nDHHDnn11 HDqHDnnDqQvv231111112/32pgQHDpmmppmvpvHDHDqq22,轉(zhuǎn)速關(guān)系：功率關(guān)系: 三 相似換算對效率的影響前邊的討論都認為 。但實際上由于難以達到完全相似,二者效率有差別。緣由：由于換算不能保證Re 相等,即相對粗糙度不相似。 兩臺機器的容積泄漏不能保證相似，一般說小的相對間隙大。機械效率不相等,(機械效率在轉(zhuǎn)速高的情況下近似認為相等,但當轉(zhuǎn)速很低時不等)。mpp

7、mmpHHDDnn2/322/32mmppmpHDHDpppm 以上原因引起相似換算對效率的影響叫尺寸效應(yīng)(比例效應(yīng))。目前還不能從理論上完全解決此問題.但由于這幾個損失中,水力損失占的份額最大.故工程實踐中用對水力效率修正,并用水力效率修正值來修正模型與實型的總效率。以泵為例討論: 水力效率揚程增加量流量增加到以水輪機為例討論:11()1nmppmdnd（ =45）2)(mppmppHHH保證mppQ我國規(guī)定：當H150m，采用當 H150m 采用這樣得到的實用換算公式為：)1 ()1 (11nmmpDD20/15/111)()()1 ()1 (HHDDmmmpmpmp,11,11mpmpQ

8、,11,113,11,11)(mpmpPP 二、可壓介質(zhì)(一) 壓縮機的相似參數(shù)流量系數(shù) 特征馬赫數(shù) (二) 滿足相似條件時的性能換算轉(zhuǎn)速關(guān)系流量關(guān)系 能量頭關(guān)系 211uAqvinkRTuinCauMazu22,pinpminmmppqmTRTRDDnnn,pinpminmpmppmmmvmvTRTRDDDnDnqq,2233,pinpminmppmmpmTRTRnDnDhh,2222功率關(guān)系(三)近似相似時的性能換算pinminpinpminmpmpinminminmpinppmpinpminmpmTRTRDDPPTRTRDDTRTRPP,22,22, Sr 數(shù)相等 1.理論上，對壓縮氣體

9、應(yīng)保證 Eu 數(shù)相等 （Ma相等，k 相等） Re 盡量相等 （四通用特性曲線只適用一定k值）),(11Mazuf),(22Mazuf),(2211 ,1invRTuufqg),(2211 ,2invRTuufqg 級： 第三節(jié) 流體機械的綜合判別數(shù)比轉(zhuǎn)數(shù)一、比轉(zhuǎn)數(shù)的定義 對水輪機 對泵 對風機PtF (Pa) 對壓縮機h(m2/s2)型式數(shù)k 4/365. 3Hqnnvs4/3tFvspqnn4/3hqnnvs4/34/34/34/3)()()(ghppqghqhqktFvvv二、比轉(zhuǎn)數(shù)與過流部件幾何形狀及性能的關(guān)系ns和過流部件性狀的關(guān)系2. ns和損失及效率關(guān)系 水力效率和ns關(guān)系 摩擦 水力損失 沖擊沖擊損失出現(xiàn)在非設(shè)計工況下，不同ns的機器對偏離工況的敏感程度不同。 機械效率和ns關(guān)系：曲線是一條有極大值的曲線，對泵ns=200時，最高。 4/32/11 60pspsspppss