相似原理
人脸相似度识别原理

人脸相似度识别原理1. 介绍人脸相似度识别是一种用于判断两张人脸图像相似程度的技术。
它在人工智能领域得到了广泛的应用,比如人脸识别系统、人脸搜索引擎等。
人脸相似度识别的原理是通过计算两张人脸图像的特征向量之间的距离来判断相似度。
本文将详细探讨人脸相似度识别的原理及相关技术。
2. 人脸特征提取人脸相似度识别的关键是提取人脸图像的特征向量。
特征向量表示了图像中人脸的唯一特征,它可以用于表示人脸的形状、轮廓、纹理等信息。
常用的人脸特征提取方法主要包括以下几种:2.1 深度学习方法深度学习方法使用卷积神经网络(CNN)从人脸图像中提取特征。
通过多个卷积层和池化层的组合,深度学习模型可以学习到图像的层级特征。
常见的深度学习模型包括VGGNet、ResNet、Inception等。
这些模型在大规模数据集上进行训练,可以获得较好的泛化能力。
2.2 传统特征提取方法传统的人脸特征提取方法主要基于图像处理和模式识别技术。
常用的方法包括主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)、小波变换等。
这些方法通过降维和特征选择等技术,将高维的人脸图像转换为低维的特征向量,以便后续的相似度计算。
3. 人脸相似度计算人脸相似度计算是判断两个人脸特征向量之间相似程度的核心任务。
常用的人脸相似度计算方法主要有以下几种:3.1 欧氏距离欧氏距离是最常用的距离度量方法,用于衡量两个向量之间的差异程度。
在人脸相似度计算中,可以将两个人脸特征向量视为两个点在高维空间中的位置,欧氏距离表示了这两个点之间的空间距离。
3.2 余弦相似度余弦相似度用于衡量两个向量之间的相似程度,不受向量长度的影响。
在人脸相似度计算中,将两个人脸特征向量视为两个向量在高维空间中的方向,余弦相似度表示了这两个向量之间的夹角。
3.3 相关系数相关系数用于衡量两个变量之间的线性相关程度。
在人脸相似度计算中,可以将两个人脸特征向量视为两个变量,相关系数表示了这两个变量之间的相关程度。
三角形的相似定理

三角形的相似定理相似三角形是在几何学中经常遇到的概念,它们有着相似的形状但可能不同的尺寸。
相似性质可以用来解决各种涉及比例和比较长度的几何问题。
在本文中,我们将介绍三角形的相似定理及其应用。
相似三角形的定义相似三角形指的是具有相似形状但不同尺寸的三角形。
两个三角形相似的条件是它们的对应角度相等,并且对应边长度之间满足一定的比例关系。
AA相似定理AA相似定理是指,如果两个三角形的两个角分别相等(对应角度相等),那么这两个三角形是相似的。
具体而言,如果两个三角形的角度分别是A、B、C和A'、B'、C',且∠A = ∠A',∠B = ∠B',则可以推断出这两个三角形是相似的。
SAS相似定理SAS相似定理是指,如果两个三角形的一边与另一个相似三角形的两边成比例,并且这两个边夹角相等,那么这两个三角形是相似的。
具体而言,如果两个三角形的边长分别是AB/CD,BC/DE,CA/EA,且∠ABC = ∠CDE,则可以推断出这两个三角形是相似的。
SSS相似定理SSS相似定理是指,如果两个三角形的三边比例相等,则这两个三角形是相似的。
具体而言,如果两个三角形的边长分别是AB/CD,BC/DE,CA/EA,则可以推断出这两个三角形是相似的。
相似三角形的性质与应用相似三角形具有一些重要的性质,可以应用于解决各种几何问题。
1. 对应边的比例如果两个三角形相似,那么它们的对应边的比例是相等的。
例如,如果ΔABC与ΔDEF是相似三角形,那么AB/DE = BC/EF = CA/FD。
2. 高度的比例如果两个三角形相似,那么它们的相应高度也成比例。
例如,如果ΔABC与ΔDEF是相似三角形,那么对应高度h₁/h₂ = AB/DE =BC/EF = CA/FD。
3. 相似三角形的面积比如果两个三角形相似,那么它们的面积之比等于边长之比的平方。
例如,如果ΔABC与ΔDEF是相似三角形,那么S₁/S₂ = (AB/DE)²= (BC/EF)² = (CA/FD)²。
相似原理的应用领域

相似原理的应用领域概述相似原理是一种在不同领域中广泛应用的概念。
它认为在不同的系统中,存在着相似的行为和规律。
通过研究和理解这些相似原理,我们可以将一个领域中的知识和经验应用到其他领域中,从而推动创新和发展。
应用领域相似原理的应用领域非常广泛,以下是一些具体的例子:1.工程设计:在工程设计中,相似原理可以帮助工程师从一个领域中的经验中获取灵感。
例如,蜘蛛网的结构可以启发工程师设计出更轻、更坚固的桥梁结构;鲸鱼的流线型身体可以激发设计飞机外形的灵感。
2.产品设计:在产品设计中,相似原理可以帮助设计师将一个领域中的创新应用到其他领域的产品中。
比如,智能手机的设计从数码相机中借鉴了触摸屏和多媒体功能;运动鞋的设计可以从汽车轮胎的耐磨和抓地力中汲取灵感。
3.城市规划:在城市规划中,相似原理可以帮助规划师解决一些城市发展中的难题。
例如,自然界中的树状网络可以启发规划师设计出更高效的交通网络;蚁群的集体智慧可以用来优化城市中的货物配送路径规划。
4.商业创新:在商业创新中,相似原理可以帮助创业者从一个领域中的商业模式中获取启示。
比如,共享经济模式从个人租房中获得灵感,将其应用于共享汽车、共享办公等领域;订阅模式从报纸和杂志订阅中衍生出来,被应用于音乐、电影和软件行业等。
5.科学研究:在科学研究中,相似原理可以帮助科学家在一个领域中的研究成果中找到共同点,并进行跨学科的研究。
例如,生物学家可以从物理学的模型中获得关于细胞和器官的启示;心理学家可以从社会学的研究中获得关于人类行为的洞察。
相似原理的意义相似原理的应用有助于推动跨领域的创新和发展。
它可以帮助我们在一个领域中发现隐藏的规律和知识,然后将其应用到其他领域中,从而创造出新的价值和机会。
相似原理还可以帮助我们更好地理解复杂的系统和问题,提出更有效的解决方案。
此外,相似原理的应用还可以促进学科之间的交流和合作。
通过将不同领域的专家和研究者聚集在一起,可以促进知识的交流和共享,进一步推动创新。
工程技术中应用相似原理的例子有

工程技术中应用相似原理的例子有1. 飞机和鸟类飞行的相似原理•空气动力学原理:鸟类飞行时,通过翅膀上临近于前缘的上弯头和相对低速区域的下凸头创造了升力,类似于飞机的机翼结构。
•科隆力原理:鸟类飞行时,通过尾部的扑动和尾巴上的舵来改变飞行方向,类似于飞机的水平和垂直尾翼调整姿态。
•稳定性原理:鸟类在飞行中通过调整翅膀的姿态来保持平衡,类似于飞机通过副翼和方向舵来保持稳定。
2. 桥梁和人体骨骼的相似原理•结构力学原理:桥梁的主要功能是承载荷载,并将其传递到基础上,类似于人体骨骼的功能承载身体的重量。
•弯曲原理:桥梁通过弯曲来分散载荷,增加结构的稳定性,类似于人体骨骼在运动过程中通过弯曲来分散冲击力。
•桁架结构原理:桥梁常采用桁架结构来增加强度和稳定性,类似于人体骨骼的骨架结构起到支撑和保护内脏的作用。
3. 火箭和喷气推进器的相似原理•牛顿第三定律:火箭和喷气推进器都是通过排出高速气体来推动自身运动,根据牛顿第三定律,喷出的气体对火箭和推进器产生反作用力。
•涡轮增压原理:火箭和喷气推进器中的涡轮发动机通过吸入空气并加压后喷射出来,类似于喷气推进器中的涡轮增压器增加燃烧室内空气的压力。
•燃料燃烧原理:火箭和喷气推进器都使用燃料进行燃烧,产生高温高压的气体来产生推力。
4. 水坝和血管的相似原理•防渗漏原理:水坝通过采用防渗漏工程来减少或阻止水的渗漏,类似于人体血管壁上的内膜层能够阻止血液的渗漏。
•力学原理:水坝在承受水压时,通过结构设计和材料选择来均衡水的压力,类似于人体血管在血液流动时通过弹性壁层减弱血压的冲击力。
•蓄水和供血原理:水坝用于储存和供应水资源,类似于人体血管通过血液循环将氧气和养分输送到全身组织和器官。
5. 通风系统和呼吸系统的相似原理•运动力学原理:通风系统通过风机的引导和空气循环来提供空气流动,类似于呼吸系统通过呼吸肌肉的运动来实现空气的进出。
•过滤和净化原理:通风系统中的过滤器可以过滤和净化空气中的颗粒物和有害物质,类似于呼吸系统的鼻腔和肺部的细毛和粘液可以过滤和清除悬浮在空气中的微粒。
相似原理与量纲分析

相似原理与量纲分析相似原理和量纲分析是物理学中常用的分析方法。
这两个方法都可以帮助我们简化和理解复杂的物理问题,并从中得到有用的结论。
相似原理是指在某些情况下,两个或多个物理系统在某些方面具有相似性。
通过找到这些相似性,我们可以将一个物理问题转化为另一个更简单的问题,并从中得到有关原问题的信息。
量纲分析是一种通过对物理量的量纲进行分析来研究物理问题的方法。
在量纲分析中,我们将物理量表示为其单位的乘积,例如长度(L)、质量(M)和时间(T)。
通过对物理方程中各项的量纲进行分析,我们可以得到物理问题的量纲关系。
现在让我们更详细地讨论这两种方法。
首先,我们来看看相似原理。
相似原理的核心思想是,如果两个物理系统具有相似的形状、相似的流动条件和相似的物理特性,那么它们在某些方面具有相似性。
这种相似性可以通过无量纲参数来描述。
无量纲参数是一个相对于单位的比率或比值,因此在不同的物理系统中具有相同的值。
通过选择适当的无量纲参数,我们可以把一个复杂的问题转化为一个简单的问题。
例如,假设我们想研究飞机的气动性能。
我们可以选择无量纲参数如升力系数(Cl)、阻力系数(Cd)和升阻比(Cl/Cd),来描述飞机的飞行特性。
通过比较不同飞机的这些无量纲参数,我们可以得出有关它们性能优劣的结论。
相似原理的应用非常广泛。
它常用于流体力学、热传导和振动等领域的问题研究。
通过利用相似原理,我们可以设计模型实验来研究某一问题,从而避免对真实系统进行复杂和昂贵的实验。
接下来,我们来谈谈量纲分析。
量纲分析是一种通过对物理量的量纲进行分析来研究物理问题的方法。
在物理方程中,各个物理量的量纲必须相等。
这就是说,物理方程中各项的量纲必须保持平衡。
通过量纲分析,我们可以得到物理问题的一些量纲关系。
这些量纲关系可以帮助我们推导出物理方程中的无量纲参数,并进一步简化问题。
例如,假设我们要研究物体自由落体的运动规律。
我们可以通过对物理量的量纲进行分析,得到物体自由落体的无量纲形式。
相似原理在生活的应用

相似原理在生活的应用1. 相似原理概述相似原理是指几何图形的形状、比例和结构相似,它们的相似性质可以推导出它们之间的相似倍数。
相似原理被广泛应用于生活中的许多领域,例如建筑设计、工程制图、绘画艺术等等。
本文将介绍相似原理在生活中的一些常见应用。
2. 相似原理在建筑设计中的应用•相似原理在建筑设计中的应用非常广泛。
当设计师要设计一座建筑物时,通常会考虑到建筑物的比例和形状与周围环境的相似性。
通过运用相似原理,设计师可以确保建筑物与周围的环境和谐共存,使整个建筑群体呈现出一种统一和谐的整体感。
•在建筑设计中,相似原理还可以应用于建筑物的细节部分。
例如,设计师可以通过将某些建筑元素的形状或比例与整个建筑物的形状或比例相似,来增强建筑物的美感和稳定性。
3. 相似原理在工程制图中的应用•工程制图是指绘制各种工程图纸,以便进行工程施工和制造的过程。
相似原理在工程制图中的应用非常广泛。
通过相似原理,工程师可以将实际物体的形状和比例缩小或放大到纸上,以制作工程图纸。
这样做的好处是可以准确地表达实际物体的尺寸和比例,从而确保工程施工或制造的准确性和质量。
4. 相似原理在绘画艺术中的应用•相似原理在绘画艺术中也有很大的应用。
绘画是一种艺术形式,通过绘制画面来表达艺术家的思想和感情。
相似原理可以帮助艺术家准确地表达他们想要表达的意思。
例如,在绘制人物画时,艺术家可以通过将人物的身体比例与真实人体的比例相似,来使人物画更加逼真和具有艺术感。
5. 相似原理在摄影中的应用•相似原理在摄影中也有很多应用。
摄影是通过相机记录光线的一种艺术形式。
通过相似原理,摄影师可以调整照片中不同物体的比例和形状,使照片更加美观和吸引人。
例如,在拍摄远景照片时,摄影师可以通过运用相似原理,将远处的山脉和前景的树木的比例调整得更加和谐,使整个照片呈现出一种平衡和美感。
6. 结论相似原理作为一种基本的几何原理,在生活中有着广泛的应用。
无论是建筑设计、工程制图、绘画艺术还是摄影等领域,相似原理都能够帮助人们创造出更加美丽和和谐的作品。
相似原理的具体应用

相似原理的具体应用1. 简介相似原理是一种应用于不同领域的科学原理,它通过找到具有共同特征的事物之间的相似性,从而推导出一些结论和应用。
本文将介绍相似原理的背景和原理,并探讨其在不同领域的具体应用。
2. 相似原理的背景相似原理是基于相似性的推理方法,它的基本思想是,如果两个事物具有相似的特征和属性,那么它们之间很可能存在相似的行为和关系。
相似原理的核心理论基础是“同理心”,即人类能够理解他人和事物的思维和行为,并通过类比和相似性来推导出新的知识和结论。
相似原理最早由亚里士多德在古希腊提出,他通过观察和比较不同动物的行为和特征,推导出了许多观点和理论。
随着科学的发展和技术的进步,相似原理逐渐应用到各个领域,并取得了许多重要的成果。
3. 相似原理在生物学中的应用3.1 生物分类学生物分类学是生物学的一个重要分支,它通过比较不同物种之间的相似性和差异性,将生物进行分类和命名。
相似原理在生物分类学中有着广泛的应用,科学家通过比较不同物种的形态、生理特征、遗传信息等,确定它们之间的相似性,从而对生物进行分类和归类。
3.2 药物开发药物开发是一个复杂而艰难的过程,科学家需要寻找到可以治疗疾病的化合物。
相似原理在药物开发中起到了重要的作用,科学家通过比较已知的药物和新候选药物之间的相似性,预测新药物的活性和安全性,从而加速药物研发的过程。
3.3 进化生物学进化生物学研究生物种群遗传信息的变化和演化过程,相似原理在进化生物学中也有着重要的应用。
科学家通过比较不同物种的DNA序列和基因表达模式,确定它们之间的相似性和差异性,推导出物种的进化历史和亲缘关系。
4. 相似原理在工程中的应用4.1 可持续设计可持续设计是一种将生物系统的工作原理应用于工程设计的方法,相似原理在可持续设计中发挥了重要的作用。
科学家通过对自然系统中优秀设计原则的研究和分析,将其应用于工程设计过程中,实现节能、环保和可持续发展的目标。
4.2 机器学习机器学习是一种基于数据和模式识别的科学方法,相似原理在机器学习中被广泛使用。
相似原理与量纲分析

相似原理与量纲分析相似原理和量纲分析是科学研究和工程设计中常用的两种方法,它们在不同领域有着广泛的应用。
相似原理是指在某些条件下,两个或多个对象在某些方面具有相似性的原理,而量纲分析则是一种通过对物理量的量纲进行分析,来确定物理现象之间关系的方法。
本文将分别介绍相似原理和量纲分析的基本概念和应用,以期帮助读者更好地理解和应用这两种方法。
首先,我们来介绍相似原理。
相似原理是指在某些条件下,两个或多个对象在某些方面具有相似性的原理。
在流体力学中,相似原理是研究流体流动时的一种重要方法。
根据相似原理,如果两个流体流动问题在某些方面具有相似性,那么它们的流动规律也应该是相似的。
通过建立相似模型,可以通过对模型进行实验来研究真实流体流动问题,这为工程设计和科学研究提供了重要的手段。
在工程设计中,相似原理也有着广泛的应用。
例如,在飞机设计中,通过建立风洞模型来研究飞机在空气中的飞行性能;在建筑设计中,通过建立模型来研究建筑物在风力作用下的受力情况。
相似原理的应用不仅可以帮助工程师更好地理解和预测真实系统的行为,还可以降低实验成本和风险。
接下来,我们来介绍量纲分析。
量纲分析是一种通过对物理量的量纲进行分析,来确定物理现象之间关系的方法。
在物理学和工程学中,很多物理现象可以通过物理量之间的关系来描述。
通过对这些物理量的量纲进行分析,可以得到物理现象之间的关系,从而简化问题的分析和求解。
在工程设计中,量纲分析也有着重要的应用。
例如,在流体力学中,通过对流体流动中的速度、密度、长度等物理量的量纲进行分析,可以得到无量纲参数,从而简化流体流动问题的分析和求解。
在热力学中,通过对热量、温度、热容等物理量的量纲进行分析,可以得到无量纲参数,从而简化热力学问题的分析和求解。
总之,相似原理和量纲分析是科学研究和工程设计中常用的两种方法,它们在不同领域有着广泛的应用。
通过对相似原理和量纲分析的理解和应用,可以帮助工程师和科研人员更好地理解和解决实际问题,从而推动科学技术的发展和进步。
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相似理论 (principle of simulitude) 论述物理现象相似的条件和相似现象的性质的学说。
是模拟的理论基础。
相似理论的重要课题是确定各种物理现象的相似准数。
几何相似的概念可以推广到其他物理量的相似,例如时间相似是指两个系统中相对应的时间间隔保持相同的比例;力相似是指两个系统对应点上的作用力方向一致,大小保持相同的比例;温度相似是指两个系统对应点上的温度保持相同的比例;等等。
两个现象的物理相似是指两个现象的物理本质相同,且各对应点上和各对应瞬间内与该现象有关的各同名物理量都分别保持相同的比例,亦即与该现象有关的各同名物理量都保持相似。
相似现象中同名物理量的这种比例系数称为相似常数。
由于物理现象中各有关物理量必须服从一定的物理定律,它们之间受一定的关系方程约束,因此有关相似常数之间也存在一定关系。
相似常数之间的这种关系,称为模型定律。
它可由描述相似现象的物理方程或相似准数得出,是设计物理模型时为保证物理相似所必须遵循的依据。
相似理论的核心是相似三定理。
相似第一定理是以现象相似为前提研究彼此相似的现象具有的性质,可以表述为:彼此相似的现象,其相似准数的数值相同。
这样,根据在与原型相似的模型上得出的相似准数的数值,就可得出原型上相应相似准数的数值,进而得出所研究的物理量的值。
这样,在模型上的试验结果就可推广到其他与之相似的现象上。
根据相似现象的相似准数数值相同可确定出各物理量的相似常数之间的关系(即模型定律),这是设计模型试验的依据。
相似第二定理是关于物理量之间函数关系结构的定理,可以表述为:一个包含n 个物理量G1,G2,…,G n(其中有k个具有独立量纲的物理量)的物理方程,可以转换为m=(n-k)个由这些物理量组成的无量纲数群(指数幂乘积)π1,π2,…πm之间的函数关系,即f(G i)=0可以转换为φ(πj) =0,i=1,2,…n。
j=1,2,…m 。
相似第二定理是用量纲分析法推导相似准数的依据。
另外,因为彼此相似的现象相似准数数值相同,因此它们的准数关系式也应相同。
如果把某现象的模型试验结果整理成准数关系式,那么得到的准数关系式就可推广到其他与之相似的现象上去。
因为准数关系式中各项都是无量纲π项,这样的关系式不随使用的物理量单位的变化而变化。
除此之外,准数关系式是由一个多元的物理量函数关系式转化而来的少元的只有无量纲π项的准数关系式,就使研究时实验次数减少,简化了试验过程。
相似第三定理是关于现象相似的条件的,可以表述为:凡物理本质相同的现象,当单值条件相似,且由单值条件中的物理量组成的相似准数数值相同,则现象必定相似。
根据这一定理判断出两个现象相似,就可把一个现象的研究结果应用到另一个现象上。
在中国古代科学技术的发展中,有较早应用相似概念进行模型试验的记载。
例如在大约1900年前,东汉汉安帝时期,太史令张衡(公元78~139)造浑天仪时,曾用竹皮先做模型,叫做“小浑”,用以代表后来用青铜制造的铜浑天仪来研究其结构。
再例如约1000年前北宋时代的喻皓、郭宗恕在建造大型宝塔之前,先造了“小样”,研究几何关系,发现了问题,然后按修改后的模型施工,获得成功。
在欧洲,1688年牛顿(S.Newton)在他的著作《自然哲学的数学原理》中,科学地讨论了两个流体运动的相似,并且确定了两个力学系统相似的相似准数——牛顿准数。
以后傅立叶(J.Fourier)于1822年提出了两个冷却球体温度场相似的条件。
但直到1848年才由法国科学院院士贝特朗(J.Bertrand)以力学方程式的分析为基础,确定了相似现象的基本性质,构成了相似第一定理,即关于相似准数存在的定理。
此后各国科技工作者应用相似准数和物理模拟研究了流体流动、传热、船只航行性质以及航空动力学等问题。
随之相似理论也得到了发展,提出了相似第二定理和第三定理。
近年来相似理论和物理模拟方法在许多国家的科学研究和工程技术中得到了广泛应用,不论在民用工业还是军事工程中,不论在一般工程技术还是尖端科学研究领域中,它都成了重要的研究方法。
相似原理----From Baidu1相似原理的引入由于许多力学问题很难用数学方法去解决,必须通过实验来研究。
然而直接实验方法有很大的局限性,其实验结果只适用于某些特定条件,并不具有普遍意义,因而即使花费巨大,也难能揭示现象的物理本质,并描述其中各量之间的规律性关系。
还有许多现象不宜进行直接实验,例如飞机太大,不能在风洞中直接研究飞机原型的飞行问题;而昆虫的原型又太小,也不宜在风洞中直接进行吹风实验;况且,直接实验方法往往只能得出个别量之间的规律性关系,难以抓住现象的本质。
我们更希望用缩小的飞机模型或放大的昆虫模型进行研究。
那么我们最关心的问题就是从模型的实验结果所描述的物理现象能否真实再现原来物理现象?如果要使从模型实验中得到的精确的定量数据能够准确代表对应原型的流动现象,就必须在模型和原型之间满足以下的相似性。
2相似概述相似是指组成模型的每个要素必须与原型的对应要素相似,包括几何要素和物理要素,其具体体现为由一系列物理量组成的场对应相似。
对于同一个物理过程,若两个物理现象的各个物理量在各对应点上以及各对应瞬间大小成比例,且各矢量的对应方向一致,则称这两个物理现象相似。
在流动现象中若两种流动相似,一般应满足:(1)几何相似几何相似是指模型与其原型形状相同,但尺寸可以不同,而一切对应的线性尺寸成比例,这里的线性尺寸可以是直径、长度及粗糙度等。
如用下标p和m 分别代表原型和模型,则线性比例常数可表示为Cl=lp/lm面积比例常数可表示为Ca=Ap/Am=Cl^2体积比例常数可表示为Cv=Vp/Vm=Cl^3(2)运动相似运动相似是指对不同的流动现象,在流场中的所有对应点处对应的速度和加速度的方向一致,且比值相等,也就是说,两个运动相似的流动,其流线和流谱是几何相似的。
速度比例常数可表示为Cv=Vp/Vm;由于时间的量纲是l/V,因此时间比例常数为Ct=tp/tm=(lp/Vp)/ (lm/Vm)=Cl/Cv由此加速度比例常数Ca=ap/am=Cv/Ct=CI/Ct^2(3)动力相似模型满足几何相似、运动相似和动力相似动力相似即对不同的流动现象,作用在流体上相应位置处的各种力,如重力、压力、粘性力和弹性力等,它们的方向对应相同,且大小的比值相等,也就是说,两个动力相似的流动,作用在流体上相应位置处各力组成的力多边形是几何相似的。
一般地说,作用在流体微元上的力有重力Fg、压力Pp、粘性力Fv、弹性力Fe和表面张力Ft。
如果流体是作加(减)速运动,则加上惯性力Fi后,上述各力就会组成一个力多边形,因此Fg+Fp+Fv+Fe+Ft+Fi=0。
当然,在许多实际问题中,上述各力并非同等重要,有时有些力可能不存在或者小得可以忽略不计,例如Fe和Ft,见图。
如果在满足几何相似及运动相似的两个流动现象中,作用在任何流体微元上的力有Fg、Fp、Fv和Fi等,于是,如果这些力满足以下条件,则说两个现象是动力相似的。
动力比例常数可表示为:Cf=Fgp/Fgm= Fpp/Fpm= Fvp/Fvm= Fip/Fim=…满足以上相似条件时,两个流动现象(或流场)在力学上就是相似的。
这三种相似条件中,几何相似是运动相似和动力相似的前提和依据,动力相似是则是流动相似的主导因素,而运动相似只是几何相似和动力相似的表征;三者密切相关,缺一不可。
3相似准则理论上,任意一个流动由控制该流动的基本微分方程和相应的定解条件唯一确定。
两个相似的流动现象,为了保证它们遵循相同的客观规律,其微分方程就应该相同,这是同类流动的通解;此外,要求得某一具体流动的特解,还要求其单值条件也必须相似。
这些单值性条件包括:(1)初始条件,指非定常流动问题中开始时刻的流速、压力等物理量的分布;对于定常流动不需要这一条件。
(2)边界条件,指所研究系统的边界上(如进口、出口及壁面处等)的流速、压力等物理量的分布。
(3)几何条件,指系统表面的几何形状、位置及表面粗糙度等。
(4)物理条件,指系统内流体的种类及物性,如密度、粘性等。
因此,如果两个流动相似,则作为单值性条件相似,作用在这两个系统上的惯性力与其它各力的比例应对应相等。
在流体力学问题中,若存在上述所有这六种力,而且满足动力相似,则必须使下列各力间的比例对应相等。
惯性力与压力(或压差)之比:Fi/Fp惯性力与重力之比:Fi/fg惯性力与摩擦力之比:Fi/Fv惯性力与弹性力之比:Fi/Fe惯性力与表面张力之比:Fi/Ft上述五式式分别引入了五个无量纲数,它们依次是:1)欧拉数Eu=2Δp/(ρ·V^2),例如以后经常用到的表示物体表面压力分布的压强系数,以及升力系数和阻力系数等。
物理上,欧拉数表征了惯性力与压强梯度间的量级之比。
2)弗劳德数Fr=V/sqrt (l·g),物理上,弗劳德数表征了惯性力与重力间的量级之比,是一个表征流速高低的无量纲量。
3)雷诺数Re=Vl/υ,物理上,雷诺数表征了相似流动中惯性力与粘性力间的量级之比,流动的Re数小,表示与惯性力的量级相比,粘性摩擦力的量级要大得多,因此可以忽略惯性力的作用;反之,Re数大则表示惯性力起主要作用,因此可以当作无粘流体处理。
4)马赫数Ma=V/c,物理上,马赫数表征了惯性力与弹性力间的量级之比,是气体可压缩性的度量,通常用来表示飞行器的飞行速度或者气流的流动速度。
5)韦伯数We, 物理上,韦伯数表征了惯性力与表面张力间的量级之比。
可以看出,Eu、Fr、Re、Ma和We都是无量纲数,在相似理论中称作相似准则或者相似判据,它们是判断两个现象是否相似的依据。
因而,彼此相似的现象,其同名相似准则的数值一定相等。
反之,如果两个流动的单值条件相似,而且由单值条件组成的同名相似准则的数值相等,则这两个现象一定相似。
4相似原理详述相似第一定理[1]两个相似的流动现象都属于同一类物理现象,它们都应为同一的数学物理方程所描述。
流动现象的几何条件(流场的边界形状和尺寸)、物性条件(流体密度、粘性等)、边界条件(流场边界上物理量的分布,如速度分布、压强分布等),对非定常流动还有初始条件(选定研究的初始时刻流场中各点的物理量分布)都必定是相似的。
这些条件又统称为单值条件。
如前所述,两个流动现象力学相似,则在空间对应点和对应的瞬时诸物理量各自互成一定的比例,而这些物理量又必须满足同一的微分方程组,因此各量的比例系数,即相似倍数,不能是任意的,而是彼此制约的。
综上可得到结论:彼此相似的物理现象必须服从同样的客观规律,若该规律能用方程表示,则物理方程式必须完全相同,而且对应的相似准则必定数值相等。
这就是相似第一定理。
值得指出,一个物理现象中在不同的时刻和不同的空间位置相似准则具有不同的数值,而彼此相似的物理现象在对应时间和对应点则有数值相等的相似准则,因此,相似准则不是常数。