Основные уравнения и критерии подобия

Основные уравнения и критерии подобия [c.217]

Теория подобия базируется на трех теоремах. В знаменитой книге Математические начала натуральной философии И. Ньютон в 1686 г. па примере подобного течения двух жидкостей впервые распространил геометрическое подобие на физические явления. Но если Ньютон высказал только основную идею подобия физических явлений, то французский математик Ж. Бертран в 1848 г. дал строгое доказательство и установил основное свойство подобных явлений, названное позже первой теоремой подобия подобные между собой явления имеют одинаковые критерии подобия. Эта теорема позволяет вывести уравнения для критериев подобия и указывает, что в опытах нужно измерять лишь те величины, которые содержатся в критериях подобия изучаемого процесса. [c.80]

Приведение основной системы уравнений к безразмерному виду и критерии подобия [c.187]

Основные уравнения и общая связь между критериями подобия [c.23]

В зависимости от характера наших знаний об исследуемом процессе возможны два пути вывода обобщенных параметров. Первый путь заключается в том, что основные уравнения, описывающие процесс, записываются в безразмерной форме. Безразмерная форма предполагает такую запись основных уравнений и граничных условий, в которой каждый член одного уравнения равен соответствующему члену другого, умноженному на некоторое постоянное число, одинаковое для всех членов уравнения. Анализ условий, при которых имеет место тождественность безразмерных форм уравнений, позволяет выявить обобщенные параметры, называемые критериями подобия. [c.13]

В книге даны основы механики сплошной среды (МСС) физическая трактовка основных понятий и статистическое обоснование законов МСС аксиоматика МСС кинематика и теория внутренних напряжений в средах физические законы — сохранения массы, импульса, энергии и баланса энтропии методы получения замкнутых систем уравнений, основные типы граничных условий и постановки краевых задач МСС. Даны замкнутые системы уравнений для классических сред (газов, жидкостей, упругих тел) и для сред со сложными свойствами (вязко-упругих, нелинейно вязких, упруго- и вязко-пластических, плазмы и др.) при действии электромагнитного поля. Дана теория размерностей и подобия с ревизионным анализом уравнений МСС, критериями подобия и моделирования, с примерами автомодельных решений. [c.3]

Эта теорема, получившая название л-теоремы, является основной в теории размерностей и в то же время входит в число трех основных теорем теории подобия. Ее роль в теории подобия определяется тем, что безразмерные комплексы nj представляют собой критерии подобия и, следовательно, уравнение (5.93) дает связь между ними. [c.128]

Не останавливаясь здесь на основных положениях теории подобия, предложим читателю монографию [28]. Заметим только, что для соблюдения подобия явлений необходимо равенство соответствующих безразмерных комплексов (критериев подобия), входящих в уравнения, а также соответствие граничных и начальных условий. С некоторыми критериями уже познакомились при выводе уравнений пограничного слоя. [c.37]

Уравнения (2.54)-(2.61) иллюстрируют основное свойство подобных между собой систем — существование особых комплексов неоднородных величин, называемых критериями подобия. Критерии подобия для всех подобных между собой процессов сохраняют одно и то же числовое значение. Нулевая размерность является основным свойством критериев подобия. [c.124]

При рассмотрении движения небольшого одиночного пузыря (капли) или потоков с непрерывной фиксированной границей раздела (тонкие пленки, русловые течения) формулировка основной системы уравнений процесса может быть произведена со всей необходимой строгостью. В случае же сложных течений, когда компоненты потока расчленены на отдельные элементы, имеется ряд областей, замкнутых границами раздела, где возникают трудности, связанные с необходимостью рассматривать вероятностные ситуации с элементами, переменными в пространстве и во времени. Последовательные аналитические методы для таких систем в настоящее время отсутствуют. Решающее значение тут имеют эксперимент и метод подобия. Однако и в этом случае необходимо иметь общий метод вывода и анализа безразмерных параметров процесса (критериев подобия). Такой общий метод, приведенный в этой книге, основан на допущении, что в целом все взаимодействия, имеющие место в двухфазном потоке любой сложности, для каждой его отдельной области описываются теми уравнениями, что и для систем с одной поверхностью раздела. Вследствие этого критерии подобия могут выводиться из этих уравнений для всей системы в целом с учетом уравнений и параметров, определяющих размеры возникающих дискретных элементов и вероятность их распределения. [c.10]

Число Рейнольдса было в центре столь длинного повествования не только потому, что дало возможность проиллюстрировать механизм получения критериев подобия и их права и обязанности , но главным образом как один из основных критериев, используемых в дальнейшем в уравнениях, описывающих поведение и особенности кипящих слоев. Правда, одному ему вряд ли удастся представить процесс псевдоожижения, даже в случае самого поверхностного знакомства с последним. Поэтому к нему придется присовокупить еще несколько критериев подобия, но уже без пространных выводов. [c.112]

Теория подобия позволяет, не интегрируя дифференциальные уравнения, установить связь между критериями подобия и составить критериальное уравнение, которое будет справедливо для всех подобных между собой процессов. При этом для вывода критериальных уравнений она не нуждается в каких-либо упрощениях, обычно вводимых в случаях аналитического решения дифференциальных уравнений, описывающих сложное явление. Например, нет необходимости принимать физические величины, участвующие в протекании процесса, за постоянные. Поэтому критериальные уравнения обладают той же степенью достоверности, что и основные дифференциальные уравнения и условия однозначности. [c.611]

Теория подобия позволяет установить, какие критерии подобия и симплексы влияют на протекание процесса. Установить же функциональную связь между критериями можно только по результатам эксперимента. Следовательно, критериальное уравнение является исходным уравнением для разработки методики эксперимента, а после проведения опытов — основным расчетным уравнением, справедливым для целой группы подобных явлений. [c.611]

При изучении процессов теплопередачи и гидродинамики применяется главным образом феноменологический метод исследования. При этом методе исследования используются основные законы физики с привлечением некоторых дополнительных гипотез о протекании процесса (законы Фурье и Ньютона), что избавляет от необходимости рассматривать микроструктуру веществ. В результате применения этого метода получают дифференциальные или интегральные уравнения теплопередачи и гидродинамики. Эти уравнения в простых случаях можно решать аналитически или численно, а в более сложных можно применить методы подобия или размерностей для получения критериев подобия. Связь между критериями устанавливают экспериментальным путем. [c.12]

В рамках одномерной модели двухфазных течений капельной структуры можно проследить роль некоторых основных критериев подобия в градиентных потоках. С этой целью используется система уравнений (1.1) — (1.14) для стационарного течения (д/д% = 0). Расчетным путем исследовались конфузорные и диффу-зорные потоки с различными скоростями расширения и торможения. [c.11]

Требует оговорки и следующая ситуация. Если в каком либо из основных уравнений, описывающих рассматриваемое явление, некоторый член оказывается пренебрежимо малым, т. е. выражаемый им физический эффект несущественным, то при моделировании отпадает необходимость соблюдения одинаковости того критерия (или тех критериев) подобия, при конструировании которого был использован указанный член. Утеря критерием значимости происходит, в тенденции, тогда, когда он становится очень малым или очень большим, и принято говорить, что в таком случае физическое явление относительно этого критерия автомодельно. (Связывать свойство автомодельности только с численным значением критерия нельзя применительно к критериям производным, не вытекающим непосредственно из основных уравнений). [c.72]

Смысл получения критериальных уравнений, связывающих определяемые критерии с определяющими, состоит в том, что число новых безразмерных переменных и постоянных величин, входящих в основные уравнения, а также в начальные и граничные условия, оказывается меньше числа размерных величин, существенных для исследуемого процесса. А. А. Гухман подчеркивает, что для процесса важно не влияние отдельных факторов, а взаимодействие между ними, их относительное влияние. Теория подобия позволяет рассматривать сразу совокупное в целом влияние факторов на процесс. Интенсивность эффектов определяют соотношения операторов, входящих в дифференциальные уравнения. Например, р(Оц/Ут) отражает инерционную силу, а оператор — силу [c.233]

Законы подобия для теплопередачи в потоке жидкости формулируются, как известно, в виде условий, накладываемых на характеристические размеры находящихся в потоке (или ограничивающих поток) твердых тел, скорость течения и разность температур между твердым телом и жидкостью. Все эти три параметра входят в граничные условия основных уравнений — сохранения энергии и движения — и посредством их определяют общие решения. Последние будут содержать значения вязкости и теплопроводности жидкости. Во всех известных методах установления законов подобия коэффициенты вязкости и теплопроводности рассматриваются как постоянные величины. Такое приближение обусловлено тем, что общий вид функциональных зависимостей для коэффициентов вязкости и теплопроводности считается неизвестным оно справедливо только в том случае, когда разности температур в различных точках жидкости достаточно малы. Полученные в этих предположениях критерии подобия не определяют полного подобия, а характеризуют по существу только внешнее подобие процессов теплопередачи в разных жидкостях совокупность их в ряде случаев является недостаточной, а форма написания — не очевидной. [c.7]

Эти критерии получаются из основных уравнений с учетом общей функциональной зависимости для т] и Я, путем, вполне аналогичным обычному совокупность критериев подобия остается при этом той же самой, т. е. не меняется. Существенно отметить, однако, что в выражение критериев подобия — в отличие от той формы, в которой они получались раньше в предположении о постоянстве вязкости и теплопроводности жидкости — входят не сами коэффициенты вязкости и теплопроводности, а только размерные множители приведенных выше общих функциональных зависимостей т) и X (или же, что эквивалентно, значения т) и А, в соответственных состояниях, например в критической точке). [c.15]

Ввиду сказанного все основные расчетные формулы будут представляться в дальнейшем в форме критериальных уравнений, т. е. в виде зависимостей между соответствующими критериями подобия. Каждый критерий подобия характеризует определенную важную сторону рассматриваемого явления и включает в себя физические величины, входящие в состав дифференциальных уравнений и условий однозначности. [c.25]

В первых главах изучаются термодинамические свойства влажного пара, основные уравнения его движения, траектории капель в каналах и в рабочем колесе, а также образование и рост капель в двухфазной среде. Рассматриваются критерии подобия двухфазных потоков и методы экспериментального исследования турбин, [c.2]

Система уравнений (в-137) — (8-144) представляет математическую модель электрического процесса, а обобщенные параметры Si — Bg — критерии подобия. Математические модели теплового и электрического процессов имеют одинаковую структуру. Эти модели будут тождественны при равенстве соответствующих обобщенных параметров (Аи = Ви,..., Asi = Bsi). Из равенства обобщенных параметров с учетом масштабных соотношений получаем основные зависимости для проектирования моделей и моделирования процессов [c.311]

Основные критерии подобия, вытекающие из уравнений гидродинамики и теплопроводности несжимаемой жидкости с постоянными физическими свойствами, были получены выше. Это критерии шИа, 0.1/1. Если рассмотреть члены, учитывающие локаль- [c.33]

Уравнения движения двухфазного потока в гидродинамической форме и основные критерии подобия [c.164]

Таки.м образом, операторные методы при применении их к дифференциальным уравнениям совместно с условиями однозначности позволяют получить соотношения между усредненными значениями основных критериев подобия тепло- и массообмена. Совместное применение ме- [c.104]

Одни из них исходят из детального рассмотрения основного механизма процесса роста, частоты отрыва паровых пузырей от центра и т. д. [Л. 1, 2]. Расчетные уравнения, полученные этими авторами, состоят из критериев подобия, характеризующих эти явления. Другие исследователи исходят из положения о том, что процессы теплообмена при кипении являются одним из видов конвективного теплообмена. Поэтому теплоотдачу для случая кипения жидкости можно представить в виде обычных критериальных зависимостей, применяемых при конвекции жидкости в однофазном состоянии [Л. 3, 4]. [c.228]

Остановимся теперь на расшифровке понятия коэффициент массообмена . Общность дифференциальных уравнений конвективного теплообмена и массообмена позволяет принять, что основные критерии подобия диффузионных процессов должны иметь одинаковый вид с критериями подобия тепловых процессов. [c.77]

Эти критерии или числа подобия широко используются не только в силу исторических причин, но также и потому, что выраженные непосредственно через отношения сил, существенных для рассматриваемого процесса, они имеют практически полезную, простейшую и легко интерпретируемую форму. В самом деле, хотя число Маха обычно используется в окончательном решении, величина, которая почти всегда появляется в основных уравнениях, описывающих рассматриваемый процесс, есть квадрат числа Маха, или число Коши. Во многих случаях использование в качестве переменкой упрощает проведение анализа и. кроме того, исторически, вероятно, более оправдано. Разница не столь существенна, но очевидно, что использование отношений сил позволяет получить более полезную комбинацию величин. [c.77]

Основной смысл нормализации заключается в приведении физических уравнений к такой форме, в которой все безразмерные переменные и постоянные величины имеют вполне определенную контролируемую величину и допускают их приближенную оценку. Такой подход позволяет сравнивать отдельные члены нормализованных уравнений, отбрасывать второстепенные слагаемые и на этой основе упрощать постановку задач моделирования путем сокращения общего числа критериев подобия. Анализ возможных упрощений нормализованных уравнений и условия, при которых эти упрощения оказываются допустимыми, составляет предмет теории приближений [38]. [c.77]

Методы теории подобия и анализа размерности. В том случае, когда физическое или механическое явление изучено настолько, что представляется возможным правильно матёматически поставить задачу, написать основные уравнения и сформулировать граничные условия, можно, не имея решения составленных уравнений, произвести масштабные преобразования этих уравнений и найти соответствующие критерии подобия. Именно этим путем были получены критерии статического подобия изгиба балок (25.23). Метод теории подобия, таким образом, предполагает наличие значительного объема информаций, относящейся к изучаемому объекту. [c.290]

Критерии подобия Но и Fo являются основными критериями нестационарных процессов. Так как эксперименты по определе-тпо коэ([)фициентов теплоотдачи нроводятся при стационарном режиме, то уравнение конвективного теплооблюна запишется в виде [c.86]

Все основные критерии подобия тепловых, механических и гидромеханических явлений получаются из математических уравнений, описывающих соответстБующий процесс. Напрпмер, соотношение сил инерции F тм pl w/r и массовых сил (сил тяжести) = mg pPg в потоке жидкости характеризуется безразмерным комплексом [c.179]

Различаит основной состав критериев подобия Достав, получал-щийск из дифференциального уравнений) и производный состав, получаемый из основного состава с помощью умножения и деленш исходных иритериев. [c.60]

Основные положения. В физической теплотехнике широко распространен метод моделирования тепловых процессов, основанный на теории теплового подобия. Этот метод позволяет увязать опытное исследование теплового процесса с его физико-математическим описанием. Теория подобия устанавливает признаки подобия явлений и позволяет на основе проведенных экспериментов получить обобщенные зависимости для целой группы подобных явлений. Она указывает, что нет необходимости непосредственно изучать опытным путем связи между всеми отдельными величинами, оказывающими влияние на процесс. Достаточно найти связь между безразмерными комплексами этих величин (критериями) и безразмерными отношениями одноименных величин, составленными из этих величин (симплексами). Найденная опытным путем связь между критериями подобия будет справедлива не только для тех условий, которые имелись при опыте, но также и для всех других условий, подобных условиям проведенного эксперимента. Теория подобия начинается с того момента, когда оказывается возможным установить математическую зависимость между величинами, характеризующими явление. Наличие уравнений, связывающих между собой эти величины, накладывает определенные связи на константы подобия , — писал М. В. Кир-пичев [216]. [c.609]

Если физический процесс описьтается системой уравнений и заданными краевыми условиями, то величины, входящие в условия однозначности, являются независимыми переменными, определяющими протекание данного физического явления. Критерии, включающие условия однозначности, являются определяющими. Теория подобия позволяет использовать структурный анализ исходных уравнений, описьгоающих изучаемое явление, как при разработке методики проведения экспериментов, так и при обобщении результатов. Принцип физического моделирования, согласно которому на модели сохраняется основная сущность явлений, имеющих место в натурных условиях, учитывает адекватность явлений. При этом имеются в виду определенные преимущества физического моделирования по сравнению с математическим при изучении сложных явлений, когда существует только частичная (или отсутствует) математически выраженная связь характеристик, В свою очередь, экспериментальные исследования на модели, например процесса возникновения задира катящихся со скольжением тел, позволили уточнить исходную физическую модель, решить необходимую теоретическую задачу на оенове рассмотрения тепловых процессов в дискретном фрикционном контакте катящихся со скольжением тел. Из сложной взаимосвязи различных параметров удалось вьщелить и изучить на моделях главные закономерности. [c.163]

Полнота описания явления, корректность исходной теоретической модели должны сочетаться с правильностью математической формулировки задачи. При этом следует иметь в виду, что физическое решение может существовать и найдено на основе эксперимента, в то время как исходное математическое описание не позволяет получить решения. Если существует решение задачи в первичных переменных, то обобщенное решение может быть получено. В связи с возможностью описания системы в обобщенных безразмерных переменных, базируясь на методе подобия и анализе размерностей, можно получить критериальное уравнение, состоящее из обобщенных характеристик рассматриваемой системы. При описании системы критериальными уравнениями как бы уменьшается число параметров, независимых координат, решение обладает большой общностью. Получение критериев подобия, основанных на методе подобия, предполагает использование математического описания объекта. Исходные дифференщ -альные уравнения, характеризующие процесс, содержат более глубокую информацию по сравнению с той, которую получаем из анализа размерностей ответственных величин. Исследование процесса методом подобия включает получение безразмерных характеристик (критериев подобия) и вывод критериального уравнения. Аналитический вывод критериального уравнения возможен, когда исходное уравнение имеет точное решение. Во всех других случаях формирование критериальных уравнений осуществляется на базе специальных экспериментальных исследований (или дрз -ой дополнительной информации). Критериальная зависимость должна учитьшать критерии, полученные из анализа как основных уравнений, так и граничных условий. [c.165]

Мы рассмотрели влияние основных критериев подобия на молярномолекулярный тепло- и массоперенос. Проведенный анализ позволяет нам оценить долю влияния -каждого из рассмотренных критериев в изменении потенциалов Т, 0 и Р. Такая суммарная оценка графически представлена на рис. 9-28. На этой основе можно предложить упрощенные критериальные уравнения для описания и расчета высокоинтенсивного тепло- и массопереноса. Критериальные уравнения для усредненных потенциалов в общем виде запишутся следующим образом [c.444]

Количественная связь. между критериями подобия в этом случае устанавливается экспериментальным путем. Предварительный теоретический анализ математического описания с помощью теории подобия, предшествующий эксперименту, дает пути для правильной его постановки и использования полученных в нем результатов, так как теория подобия позволяет предварительно установить наиболее существенные закономерности для исследуемых физических явлений в виде критериальных зависимостей. Критериальные уривнения являются исходными для построения опытной методики, основной формой обработки полученных опытных данных при исследовании единичного явления. После проведения экспериментов и обработки его результатов критериальное уравнение становится основным расчетным уравнением для данной группы подобных явлений. [c.139]

Формула С. С. Руднева обладает значительными преимуществами по сравнению с уравнением (17). Она вскрывает зави- симость Ahi) max ОТ ОСНОВНЫХ параметров насоса и позволяет производить их выбор с учетом возможности возникновения кавитации. Кроме того, постоянная С, входящая в уравнение (18), является критерием подобия для рабочих колес центробежных насосов. [c.53]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...