水动力学实验理论 　水动力学实验理论包括力学过程的模拟、实验方案的优化、测试系统的设计、实验数据的处理等问题。以下只论述第一个问题。力学过程的模拟理论（又称模型理论）是模型实验的理论依据。模型实验的正确提法，模型实验结果转用到原型上去，都是以量纲分析和相似律为基础的。

水动力学实验主要涉及惯性力（见达朗伯原理)、重力和粘性力。假定所考虑的问题可用特征长度L、特征速度U、流体密度ρ、重力加速度g和流体的动力粘性系数μ来表征， 则上述三种力的数量级就分别为

、

和μUL。三种力大小的比例关系将随着模型尺寸而改变。但是，只有上述三种力相对大小不变，模型流动才能与原型流动相似。

根据量纲分析，在具有独立量纲的物理参量的数目为5的情况下，可组成两个独立的无量纲参数。在以上所考虑的问题中，两个独立的无量纲参数是弗劳德数和雷诺数（其前者代表惯性力同重力量级之比，后者代表惯性力同粘性力量级之比。根据相似理论，若两个流动是相似的，则两者的所有无量纲参数的值对应相等。反之，若两个流动中的所有无量纲参数值，包括边界几何参数的比值，都对应相等，则此两个流动是相似的。在只考虑惯性力、重力和粘性力的具有几何相似边界的两个流动中，若一个流动的弗劳德数和雷诺数分别等于另一个流动的弗劳德数和雷诺数，且两个流动都是定常的（对于非定常流动，则要考虑另一个代表非定常特性的无量纲参数，如斯特劳哈尔数，它在流动中的值也应相等)，则其他各无量纲参数，如压力系

、阻力系

（p为压力，D为阻力)等，在两个流动中的值也都会相等，从而两个流动是相似的。弗劳德数和雷诺数就是只考虑上述三种力的动力相似准数。

在水动力学实验中，除了考虑上述三个主要力以外，有时还要考虑其他参量，例如表面张力和声速。在液体和气体（或固体）的交界面上有表面张力作用在液体上。表面张力作用在液面上的压力为：

式中γ为表面张力（0～30℃范围内水和空气交界的自由面上的γ值从0.076牛顿/米到0.071牛顿/米）；

与

是自由面的两个主曲率半径（曲率中心在曲面外面时为正）。由上式可知，只有在液面曲率很大（曲率半径很小）时，如在毛细流动、空化起始过程和涟波运动中，才要考虑表面张力。表示惯性力同表面张力量级比值的相似数是韦伯数We：

。

为了减小表面张力不相似的影响，水动力学实验中实验模型缩比不能过小。

水动力学实验中另一个相似数马赫数是反映流体的弹性或可压缩性的无量纲参数，定义为：Ma=v/c，式中v为流动速度；c为流体中的声速。水中声速约为1500米/秒，水动力学中经常遇到的流速比此值小很多，因此，水动力学实验大多是不考虑马赫数的。

当流速比较高或压力比较低以致流场中有气泡存在时（如入水、出水时），水动力学实验中还要引进代表空泡内外压力差（p-pc)的无量纲数，即空化数：

式中p为流场内的特征压强；

为空泡内的压强。当空泡中的介质主要为液体蒸气时pv为流场介质的饱和蒸气压强。当空泡中同时有气体和液体蒸气时，

，

为气体分压。空化数是表示水流是否容易发生空化的参数，空化数愈小愈容易发生空化。