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量纲分析和相似理论及流动测量技术预习报告
摘要:流体力学的研究方法中实验研究既是理论分析的依据，同时也是检验理论的准绳，具有很重要的作用。实验研究是流体力学研究方法中的重要组成部分。量纲分析和相似原理是关于如何设计和组织实验，如何选择实验参数，如何处理实验数据等问题的指导性理论。
关键词：物理量；量纲；单位；量纲分析法；流动相似原理
1量纲分析与相似理论
1.1量纲和单位 1.1.1物理量
物理现象中的各种变量称为物理量。例如，长度、速度、压强都是物理量。 1.1.2量纲
量纲是物理量的单位种类，又称因次。如长度、宽度、高度、深度、厚度等都可以米、英寸、公尺等不同单位来度量，但它们属于同一单位，即属于同一单位量纲（长度量纲），用[ L ]表示。 量纲的表示方法：物理量的代表符号外加上中括号。如[ L ]，[ M ]，[ T ]等。 量纲的分类：基本量纲 导出量纲
基本量纲是一组具有独立性的量纲。在水力学领域中有三个基本量纲：[ L ] ， [ T ]， [ M ]。 导出量纲由基本量纲组合或推导出来的量纲。如加速度的量纲 [a]=LT-2 ；力的量纲 [F]=[ma]=MLT-2 1.1.3量纲的单位
单位是度量各种物理量数值大小的标准。例如，m（米）是长度的单位。单位和量纲都是关于度量的概念，单位决定量度的数量，而量纲则指量度的性质。
1.2量纲分析法 ? ?
量纲分析法是根据量纲齐次性原理寻求物理量之间函数关系的一种方法，也可以得出相似准则。 量纲分析法有两种：雷利法和π定理
1.3流动相似原理
1.3．1几何相似
定义： 两流动流场的几何形状相似,即两流动的对应长度成比例，对应角度相等。 1.3．2运动相似
定义：两流动的速度场相似,即两个流动的对应时刻对应点的速度方向相同,大小成比例。 1.3．3动力相似
定义：两流动的对应点上质点所受F的方向相同,大小成比例。
1.3．4三种相似之间的联系：
? 几何相似是运动相似和动力相似的前提与依据;
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? 动力相似是决定两个流动相似的主导因素; ? 运动相似是几何相似和动力相似的表现。
1.4相似准则
1.4．1相似准则:几何比尺、运动比尺和动力比尺之间由力学基本定律规定了的一定的约束关系。
1.4．2几种常见的动力相似准则
相似准则 雷诺准则 相似动力 惯性力、粘性力 相似准数 Re=?VL ?VgL 弗劳德准则 惯性力、重力 Fr=欧拉准则 惯性力、压力 Eu=p 2?V斯特劳哈尔准则 马赫准则
局部惯性力、对流惯性力 压缩弹性力、对流惯性力 Sr=L VtcMa= V2流动测量技术
2.1测量流体压强方法 2.1.1测压孔
测压孔用于测量壁面的静压，其方法是壁面开一个小孔，将其压强引至测压管。管流中的压强，绕流物体表面某点的压强，都可以用开孔的方法测取。 2.1.2液柱式测压计
液柱式压差计是根据流体静力学的原理设计出来的，犹豫缓变流的压强分布也服从静压分布规律。主要包括U形管.∏形管.多管压差计。 2.1.3微压计
微压计用于测量较小的压差。主要有钟罩微压计 2.1.4压力传感器
包括应变式，压阻式，压电式，都可将压差转换成电信号。 2.2测流体速度 2.2.1毕托管
毕托管用于测量液体和低速气流（马赫数Ma＜0.3 的速度。
u=ξ√(2（p0-p）/ρ) 式中ξ称为毕托管的速度系数，由试验确定。 2.2.2热线测速技术（恒温式，恒流式）
恒温式热线风速仪构造：热线探头和电桥。
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恒温式热线电压与流体速度U的关系式：E=a+b√U 2.2.3激光测速技术
激光发生器 多普勒效应 激光测速原理 激光测速仪
小结：
这两章主要内容是以相似理论基础，相似转换，量纲分析及π定理，相似模型法及特征数方程的确定。相似概念，物理现象相似的特点及相似条件，相似常数与相似特征数，模型实验基础。要求掌握物理现象相似的特点及相似条件，相似特征数的确定方法及物理意义，了解模型实验方法。通过学习，加深了对流体力学的理解。
参考文献：
[1] 莫乃榕 工程流体力学（第二版）华中科技大学出版社
[2] 季路成, 王彦荣, 邵卫卫, 等. 缘线匹配主导下的叶轮机非定常设计[C]// 中国工程
热物理学会学术会议热机气动热力学学术会议论文集. 绍兴, 2007: 724--735
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