第三章流体机械相似理论.ppt

第三章流体机械相似理论
3-1 流体机械的流动相似准则
(一) 流动相似条件
（二）流体机械相似准则
（三）不完全相似
(一) 流动相似条件
:形成此空间任意相应两段线夹角相同，长度保持一定比 例。

第三章流体机械相似理论
3-1 流体机械的流动相似准则
(一) 流动相似条件
（二）流体机械相似准则
（三）不完全相似
(一) 流动相似条件
:形成此空间任意相应两段线夹角相同，长度保持一定比 例。
:两个相似流动中各种参数对于时间的变化过程相似，并 完成一个特定的流动过程所用的时间成比例。
:两种流动相应点的速度大小成比例方向相同。
:作用于流体质点上的同名力大小成比例方向相同。
：两个流动过程内部的热功转化过程和热量传递过程相似。
：两个流动对应点上介质的物性参数，如密度、粘性系数、比容成比例。
理论上，要两个流动相似，必保证以上六个参数相似。才可能进行换算，但一般难以知道各点的v、p、T。故要建立新的准则，避开这些
量。
（二）流体机械相似准则
由流体力学知：在满足几何相似和物性相似的条件下，只要是两个流动的若干个无量纲数对应相等，即可保证两者相似。这些无量纲数称为相似准则。
1. 斯特努哈尔数：表示在非定常流动中当地加速度和位移加速度的比值。
2. 欧拉数:压差力和惯性力的比值。
3. 弗劳德数:惯性力和重力之比。
4. 雷诺数:惯性力和粘性力之比。
综上所述：两个流体机械相似必保证
①SRP=SRM ②Map=Ma ③Frp=Frm ④Rep=Rem
Eum=Eup, (ko)p=(k0)m
另外，一般同一种绝热指数一般为常数。故绝热指数相等条件也可理解两种不同介质
（三）不完全相似
现实中要同时满足上述几个准则几乎不可能。有时甚至一个相似准则都难以实现。
3-2 相似理论在流体机械中的应用
(一)不可压介质：包括泵、风机、水轮机
(1) 泵、风机单位参数及相似换算
由前面分析知：泵、风机介质是可看作不可压的，要满足Sr, Eu 数相等。
①流量系数
泵行业 风机行业
②压力系数
a)风机行业：将此记为压力系数
全压系数： 静压系数：
b)泵行业：
③功率系数
泵行业 风机行业
2 泵和风机的相似换算：
当两台泵和风机相似，它的 , 分别相等，据此可得出两机各参数之间的关系。
①流量关系：由两机流量系数相等，可得出两机的流量满足：
②压力或扬程关系：由压力系数相等可得出压力（静压、全压）扬程之间关系。
③功率关系：
上述三个相似换算也等于两台相似机器之间性能参数换算，也可用同一机器在转速变化时的相似换算：
右图表示不同转速之间的性能曲线。由相似定律知：

此线即为：相似抛物线。k对不同工况qv不同。如果满足完全相似，相似抛物线上效率相同，流量系数，压力系数相等。故又叫等效抛物线。
④功率关系
(三)近似相似时的性能换算
Sr 数相等
，对压缩气体应保证 Eu 数相等 （Ma相等，k 相等）
Re 尽量相等
（四）通用特性曲线（只适用一定k值）
级：
第三节 流体机械的综合判别数—比转数
一、比转数的定义
① 对水轮机
② 对泵
③ 对风机PtF (Pa)
④ 对压缩机h(m2/s2)
⑤型式数k
二、比转数与过流部件几何形状及性能的关系
ns和过流部件性状的关系
2. ns和损失及效率关系
①水力效率和ns关系
摩擦
水力损失
冲击
②冲击损失出现在非设计工况下，不同ns的机器对偏离工况的敏感程度不同。
③机械效率和ns关系：曲线是一条有极大值的曲线，对泵ns=200时，最高。
（三）不同比转数流体机械的使用范围：
①强度、刚度;
②马赫数限制 :n增大使Ma 增大,当Ma=Macr 时, 机器性能下降，当Ma=Mamax ，机器不能正常工作，但当Ma>Mamax ，又能用，即有超音速机器，这方面已有较多成果。是研究热点。