张 驰 李新东

(郑州铁路职业技术学院,河南 郑州 450052)

1 问题的提出

所谓物理现象相似是指：在单值性条件相似的前提下,两同类物理现象在其空间对应点上的同名物理量的比值是一常数(即对应成比例)。

例如,两相似对流换热过程,其固体壁面对应点上的对流换热系数的比值为一定值,并可由此导出两者的努塞尔数(Nu)必相等[1]。再例如,两相似圆管层流,其对应点上的流速必然成比例,由此可导出两者的雷诺数(Re)必相等。

两物理现象相似的前提,即单值性条件,总共有四个[2]：

(1)几何相似。几何相似是最容易理解的,在实验布局中也最容易实现,这里不再赘述。

(2)边界条件相似。例如两相似流动,在对应边界上均为自有液面,或均为粗糙度相似的固体壁面。边界条件相似的概念也比较容易理解。

(3)物性相似。例如两相似流动对应点上的流体物性,如密度、粘度等物性参数对应成比例。

(4)初始条件相似,即时间相似。对于恒定流或稳态传热过程,则无需该条件,但是对于非恒定流或非稳态传热,则必须保证时间相似。

以上四类单值性条件中的1、2、3都容易理解,各教材也都有详细说明,唯有第4类条件中,对于什么是时间相似,如何实现时间相似,以及时间相似的意义都没有说明。有关论著中的一些说法,比如“速度相似就意味着各相应点的加速度也是相似的”[3],及“所以动力相似是运动相似的保证”[4]等,在没有明确解释时间相似的含义前,这些说法都是难以理解的。……