流體的力學(xué)特性精選(九篇)

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第1篇：流體的力學(xué)特性范文

【關(guān)鍵詞】 粒細(xì)胞; 流行病學(xué)研究; 感染

epidemiological characteristic of epidemic situation about the human?infected granulocytic anaplasmosis in southern anhui cheng zhou?xiang1, yang xiao?xiang1, li qun2, he jian?gang1, dou zheng?dong1, wu jia?bing3, yu yan?lin4, wang fei1. 1.wuhu center for disease control and prevention, wuhu 241000, china; 2.office for disease control and emergency response, chinese center for disease control and prevention, beijing 100050, china; 3.anhui center for disease control and prevention, hefei 230061, china; 4.yijishan hospital of wannan medical college, wuhu 241001, china

【abstract】 objective to describe the epidemiological and clinical characteristics of epidemic situation about the human?infected granulocytic anaplasmosis. methods the whole cases were collected which had occurred in this epidemic. then the epidemiological and clinical characteristics were analyzed by descriptive epidemiology, compared with the clinical characteristic of previous tick?infected human granulocytic anaplasmosis. at the same time, the risk factor of infection was analyzed. results the cases had the typical clinical characteristic, such as hyperpyrexia, progressive falling of wbc and plt. the fever process was 1～6 days, the incubation period being 4～13 days and its median 7. the infection rate of the persons who had close contact with the first case during his or her illness was 14.3%. the attack cases among the persons who had close contact with the first case when he or she was in a critical condition were 23.1%. the blood sample from 8 secondary attack cases was tested positive about the 16s rrna gene of granulocytic anaplasma. the specific serum antibody was seroconversion in convalescence and its titer was 1∶64～1∶128. conclusions this is not only the first report about human?infected granulocytic anaplasmosis but also the first one that granulocytic anaplasmosis can result in iatrogenic infection. there is even no infectiousness in the early light situation of disease, but the possibility of infection increases if people have close contact with patients when their illness is serious. therefore, isolation and protection have to be practiced.

【key words】 granulocytes; epidemiologic studies; infection

“人粒細(xì)胞無形體病”(human granulocytic anaplasmosis，hga)(以前稱“人粒細(xì)胞埃立克體病”[1])是一種人類新發(fā)傳染病。1994年在美國(guó)明尼蘇達(dá)州杜魯士首次發(fā)現(xiàn)一種不同于查菲埃立克體的感染，病原體主要侵犯中性粒細(xì)胞，被命名為人粒細(xì)胞埃立克體(human granulocytic ehrlichiosis,hge)[2]，此后美國(guó)[3]、斯洛文尼亞[4]、比利時(shí)[5]、澳大利亞[6]、意大利[7]、瑞典[8]、德國(guó)[9]等歐美國(guó)家都有病例報(bào)道或有流行病學(xué)資料證實(shí)該病原體感染。2001年高東旗等[10]在大興安嶺地區(qū)開展人群埃立克體感染的調(diào)查，結(jié)果首次在亞洲從人血中擴(kuò)增出人粒細(xì)胞埃立克體16s rrna基因片段。初步認(rèn)為我國(guó)大興安嶺地區(qū)存在人粒細(xì)胞埃立克體感染人群。但以上報(bào)道所有的病例或感染者都有蜱叮咬史，傳染源是野外動(dòng)物。2006年11月安徽省蕪湖市y醫(yī)院收治10例“人粒細(xì)胞無形體病”病例，由于其中后9例均是與首例病人有密切接觸的醫(yī)務(wù)人員或陪護(hù)親屬，且無蜱叮咬史等可能的傳播途徑，目前認(rèn)為這起疫情是全球首次發(fā)現(xiàn)的人傳“人粒細(xì)胞無形體病”疫情。使人類對(duì)人粒細(xì)胞無形體病的流行病學(xué)特征又有了進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)。現(xiàn)將這起疫情的流行病學(xué)和臨床特征做一描述。

1 對(duì)象與方法

1.1 病例臨床資料 來源于蕪湖市y醫(yī)院。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)流行病學(xué)調(diào)查

1.2.1 病例定義 因急性發(fā)病，發(fā)熱(t≥38 ℃)，外周血白細(xì)胞(white blood cell,wbc)和血小板(platelet count,plt)均下降的病人，可合并多臟器功能損害，具有可疑動(dòng)物或首例病例接觸史并發(fā)病的病人，以及與這些病例在診療過程中接觸并具有以上類似病癥的病例，實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)結(jié)果符合粒細(xì)胞埃立克體感染特征[11]。

1.2.2 個(gè)案調(diào)查 根據(jù)以上病例定義搜索病例，并對(duì)符合定義的10例病人或其家屬開展調(diào)查，調(diào)點(diǎn)內(nèi)容為發(fā)病前可能的暴露因素、發(fā)病經(jīng)過、診療過程、接觸者、接觸方式、接觸時(shí)間、個(gè)人防護(hù)情況、年齡、職業(yè)、生活環(huán)境和首例病人可能的動(dòng)物接觸史。

1.2.3 病例密切接觸者調(diào)查 內(nèi)容基本與病例相同。

1.2.4 病例資料描述性流行病學(xué)分析 發(fā)病時(shí)間分布，病例的性別、年齡、職業(yè)分布，地區(qū)分布。

1.3 樣品采集和實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)

1.3.1 首例病人(死亡病例)血清 送安徽省疾病預(yù)防控制中心，免疫熒光法檢測(cè)流行性出血熱igg。

1.3.2 繼發(fā)病例和對(duì)照樣本 繼發(fā)病例病后每隔3 d采取抗凝血2.5 ml和不抗凝血5 ml，采取病例早期咽拭子樣3 ml，病程中后期尿液2 ml。密切接觸者血清標(biāo)本216人份(153人)，自然人群血清標(biāo)本40份(40人)，檢測(cè)特異抗體和核酸。送安徽省疾病預(yù)防控制中心和中國(guó)疾病預(yù)防控制中心進(jìn)行病原學(xué)檢測(cè)。

1.3.3 病例白細(xì)胞形態(tài)學(xué)檢查 吉姆薩染色觀察白細(xì)胞內(nèi)包涵體。

2 結(jié)果

2.1 臨床特征

2.1.1 臨床癥狀 所有病例均有畏寒和發(fā)熱，最高體溫都超過39 ℃，如果不進(jìn)行對(duì)癥處理，則高熱不退。大多體溫39.5 ℃，最高40 ℃。病例的熱程在1～6 d，中位數(shù)為4 d。大多數(shù)病例(7/10)有腹瀉。在發(fā)病后1～4 d出現(xiàn)，多為1～2 d,大多數(shù)每天腹瀉3～4次，多的有5～6次。見表1。1例進(jìn)展成急性呼吸窘迫綜合征(aucte respiratory distress syndrome,ards)，合并彌散性血管內(nèi)凝血(disseminated intravascular coagulation,dic)死亡。表1 皖南地區(qū)人粒細(xì)胞無形體病疫情臨床癥狀出現(xiàn)頻次

2.1.2 臨床檢驗(yàn)結(jié)果 所有病例均先出現(xiàn)血液系統(tǒng)的改變，wbc和plt均出現(xiàn)進(jìn)行性下降，wbc多為2.0×109/l～3.0×109/l、中性粒細(xì)胞比例減少多見 ，部分可見異形細(xì)胞，plt多為30×109/l左右;尿常規(guī)檢查4例尿蛋白陽性，可有血尿和顆粒管型;7例出現(xiàn)酶學(xué)改變，肌酶和肝酶升高，如乳酸脫氫酶、轉(zhuǎn)氨酶(alt和ast)異常，心肌酶譜升高(同工酶正常)等;腎功能異常出現(xiàn)較晚，且不是很嚴(yán)重(包括死亡病例)。

2.2 流行病學(xué)調(diào)查資料分析

2.2.1 發(fā)病時(shí)間分布 首例病人10月18日發(fā)現(xiàn)自己被野兔身上的草蜱咬傷右踝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，10月21日上午在家衣櫥中捕殺一窩老鼠，并清理和清洗部分被老鼠污染的衣物。10月30日晚20：00發(fā)病，10月31日在該村衛(wèi)生室就診，11月3日晚21:00到x縣人民醫(yī)院治療，11月4日中午轉(zhuǎn)往蕪湖市y醫(yī)院就診，初步診斷為“流行性出血熱(少尿期)”。11月5日凌晨患者存在多臟器衰竭，11月5日6：55死亡。

從11月9日起陸續(xù)出現(xiàn)新病例，在12日出現(xiàn)發(fā)病高峰(4例)，后逐漸下降，見圖1。

2.2.2 性別、年齡、職業(yè)分布 10例病例中，男性6例，女性4例。職業(yè)為：農(nóng)民5例，醫(yī)務(wù)人員4例，教師1例。年齡在25～67歲之間，其中20～年齡組4例，30～歲組3例，40～、50～、60～年齡組各1例。

2.2.3 地區(qū)分布 10例病例中，宣城市x縣新杭鎮(zhèn)6例，蕪湖市y醫(yī)院4例。

2.2.4 密切接觸者情況 經(jīng)宣城、蕪湖兩市疾病預(yù)防控制中心對(duì)所有密切接觸者進(jìn)行追蹤、隔離觀察及醫(yī)學(xué)觀察，結(jié)果共搜索與死亡病例(首例病人)病后有過密切接觸人員共63人，親屬21人，醫(yī)護(hù)人員42人(y醫(yī)院24人、x縣醫(yī)院16人、村醫(yī)2人)，其中9人陸續(xù)發(fā)病，4人為y醫(yī)護(hù)人員，5人為病人親屬，感染率14.3%。在y醫(yī)院有過密切接觸者39人中，發(fā)病9人，發(fā)病率為23.1%。與首例病人僅在病情尚不危重，未轉(zhuǎn)入y醫(yī)院之前密切接觸者24人沒有發(fā)現(xiàn)續(xù)發(fā)病例(χ2=4.7,p<0.05)。提示此階段病人不具備傳染性或傳染性不強(qiáng)，在y醫(yī)院與死亡病例危重時(shí)有過密切接觸是發(fā)病的危險(xiǎn)因素。

與9例續(xù)發(fā)病例的密切接觸人員有90人，其中親屬朋友48人，醫(yī)護(hù)人員42人(y醫(yī)院20人、x縣醫(yī)院22人)。所有密切接觸者經(jīng)醫(yī)學(xué)觀察14 d，未再發(fā)現(xiàn)類似病例。

2.2.5 潛伏期估計(jì) 首例病人10月18日被蜱叮咬,21日接觸老鼠,30日發(fā)病。因?yàn)槿肆＜?xì)胞無形體病通常是蜱傳疾病，所以推算潛伏期為12 d。

9例續(xù)發(fā)病例在y醫(yī)院與死亡病例危重時(shí)有過密切接觸時(shí)間在11月4日或5日，發(fā)病在此接觸后4～13 d之間，中位數(shù)為7 d，主要集中在7～9 d，占66.7%(6/9)，見圖2。

2.3 實(shí)驗(yàn)室結(jié)果

2.3.1 首例病人(死亡病例)血清流行性出血熱免疫熒光抗體igg(-)

2.3.2 繼發(fā)病例實(shí)驗(yàn)室結(jié)果

2.3.2.1 排除可能的病原體感染的有關(guān)檢驗(yàn) 11月15日～17日共5例病人血清標(biāo)本流行性出血熱igm抗體陰性(elisa法)。11月17日采集的7例患者血清除一人流感igg(+)外，檢測(cè)sars、流感、副流感、柯薩奇、呼吸道合胞病毒、腺病毒、支原體、衣原體igm、igg抗體，均為陰性。7例患者咽拭子樣本流感通用型、b型、h5核酸檢測(cè)均陰性。斑疹傷寒、斑點(diǎn)熱、恙蟲病核酸檢測(cè)均無特異條帶擴(kuò)增。 能引起出血熱的病毒如沙粒病毒屬、絲狀病毒(埃博拉病毒、馬爾堡病毒)、黃病毒、布尼亞病毒(漢坦病毒、cchf病毒、立夫特谷熱 )核酸和抗體均陰性。

2.3.2.2 病原體特異檢測(cè) 11月24日，9位患者早期(發(fā)病后3～5 d)血清抗粒細(xì)胞無形體igm(1∶20)、igg(1∶64)抗體檢測(cè)均為陰性，病后3 w對(duì)其中的5例病人恢復(fù)期血清進(jìn)行了特異抗體igg檢測(cè)，5例病人血清igg抗體均為陽性,其中3人陽性滴度1∶64，2人陽性滴度1∶128(呈4倍增高)。8位患者的血標(biāo)本的無形體和埃立克體屬16s rrna基因檢測(cè)陽性,pcr產(chǎn)物經(jīng)過測(cè)序分析驗(yàn)證與嗜粒細(xì)胞無形體16s rrna序列100%同源。白細(xì)胞形態(tài)學(xué)檢查，1例病人白細(xì)胞內(nèi)可見嗜粒細(xì)胞無形體桑椹包涵體。

3 討論

3.1 這起疫情是嗜粒細(xì)胞無形體感染引起的 從臨床特征上分析，10例病人均有急性起病、寒戰(zhàn)、高熱、體溫超過39 ℃、相對(duì)緩脈、乏力不適、外周血wbc計(jì)數(shù)下降、plt下降，部分患者出現(xiàn)腹瀉、肝功能損害、腎功能損害，少見皮疹。符合嗜粒細(xì)胞無形體病臨床特點(diǎn)[2，12，13]。實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)排除斑疹傷寒、斑點(diǎn)熱、恙蟲病、能引起出血熱的一些病毒等病原體感染。繼發(fā)病例早期血清抗粒細(xì)胞無形體抗體陰性，恢復(fù)期轉(zhuǎn)為陽性,血標(biāo)本的嗜粒細(xì)胞無形體16s rrna基因檢測(cè)陽性,pcr產(chǎn)物經(jīng)過測(cè)序分析驗(yàn)證與嗜粒細(xì)胞無形體16s rrna序列100%同源。病人白細(xì)胞內(nèi)可見特異性桑椹包涵體。這些資料表明這些病人符合嗜粒細(xì)胞無形體病的診斷標(biāo)準(zhǔn)[11]。雖然首例病人在早期臨床上診斷為“流行性出血熱”，也沒有實(shí)驗(yàn)室結(jié)果支持為嗜粒細(xì)胞無形體病，但該患者有蜱叮咬史，潛伏期為12 d，符合該病潛伏期7～14 d(平均9 d)的特征[12～14]。其病程發(fā)展符合該病臨床特點(diǎn)。與其密切接觸者發(fā)生與其臨床特點(diǎn)相符的病癥。可以推斷首例病人也應(yīng)該是嗜粒細(xì)胞無形體感染。

3.2 這起疫情是一次罕見的、首次發(fā)現(xiàn)的人傳嗜粒細(xì)胞無形體病疫情和醫(yī)源性感染暴發(fā) 在此以前，嗜粒細(xì)胞無形體病已確認(rèn)是蜱叮咬傳播的人畜共患的新發(fā)傳染病[1，8，13]。傳播媒介是硬蜱屬的一些蜱種[12，15]。在我國(guó)已經(jīng)報(bào)道過的嗜粒細(xì)胞無形體病(埃立克體病)病例或流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的感染者中，也都有蜱叮咬史[10，14]。皖南這起疫情的9例續(xù)發(fā)病例都沒有蜱叮咬史，也沒有其他野生動(dòng)物接觸史，只是與首例病人在醫(yī)院中有過密切接觸，且發(fā)生醫(yī)務(wù)人員感染。由此來看，嗜粒細(xì)胞無形體病的傳染源可以是病人，傳播途徑可以是與危重病人近距離接觸而非一定是蜱傳。

3.3 人傳嗜粒細(xì)胞無形體病臨床特征和潛伏期與蜱傳嗜粒細(xì)胞無形體病基本相同 這起疫情病人臨床表現(xiàn)和體征以及實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)結(jié)果與以往報(bào)道蜱傳嗜粒細(xì)胞無形體病沒有特異性。病人潛伏期多為7～9 d，以往報(bào)道蜱傳嗜粒細(xì)胞無形體病潛伏期為7～14 d(平均9 d)。病原體不同侵入部位和方式所引起的病理過程是否有差異有待研究。與危重病人近距離接觸傳播最可能的侵入途徑是吸入或沾染粘膜和破損皮膚，而蜱叮咬多在四肢暴露部位。

3.4 病人作為嗜粒細(xì)胞無形體病的傳染源的傳染力大小因其處在不同病程階段而不同 這起疫情與死亡病例(首例病人)病后有過密切接觸人員感染率14.3%。但其中與首例病人僅在病情尚不危重，未轉(zhuǎn)入y醫(yī)院之前密切接觸者24人沒有發(fā)現(xiàn)續(xù)發(fā)病例。與病人在危重時(shí)有過密切接觸者發(fā)病率為23.1%。提示這類病人在危重時(shí)應(yīng)嚴(yán)格隔離，禁止病房?jī)?nèi)陪護(hù)，醫(yī)務(wù)人員應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)生防護(hù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] oteo ja, brouqui p. ehrlichiosis and human anaplasmosis [j]. enferm infecc microbiol clin, 2005,23(6):375?380.

[2] 曹務(wù)春. 人埃立克體病的發(fā)現(xiàn)與研究進(jìn)展 [j]. 中國(guó)共患病雜志, 1997,13(4):57?60.

[3] gardner sl, holman rc, krebs jw, et al. national surveillance for the human ehrlichioses in the united states, 1997?2001, and proposed methods for evaluation of data quality [j]. ann n y acad sci, 2003,990:80?89.

[4] lotric?furlan s, petrovec m, avsic?zupanc t, et al. human granulocytic ehrlichiosis in slovenia [j]. ann n y acad sci, 2003,990:279?284.

[5] heyman p, cochez c, bigaignon g, et al. human granulocytic ehrlichiosis in belgium: an underestimated cause of disease [j]. j infect, 2003,47(2):129?132.

[6] walder g, falkensammer b, aigner j, et al. first documented case of human granulocytic ehrlichiosis in austria [j]. wien klin wochenschr, 2003 ,115(7?8):263?266.

[7] ruscio m, cinco m. human granulocytic ehrlichiosis in italy: first report on two confirmed cases [j]. ann n y acad sci， 2003，990:350?352.

[8] strle f. human granulocytic ehrlichiosis in europe [j]. int j med microbiol, 2004，293:27?35.

第2篇：流體的力學(xué)特性范文

關(guān)鍵詞 流體力學(xué);連續(xù)介質(zhì);分子動(dòng)力學(xué);Boltzmann方程

中圖分類號(hào)O19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2010)24-0134-01

流體力學(xué)是一門研究流體宏觀運(yùn)動(dòng)的學(xué)科。雖然流體的微觀運(yùn)動(dòng)在時(shí)間和空間上都非常復(fù)雜,具有不均勻性、離散型、隨機(jī)性,但是流體的宏觀運(yùn)動(dòng)一般總是呈現(xiàn)出均勻性,連續(xù)性,確定性。流體的宏觀運(yùn)動(dòng)和其他性質(zhì)是流體分子微觀運(yùn)動(dòng)的平均結(jié)果。在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)基礎(chǔ)上,流體的宏觀運(yùn)動(dòng)可以用Navier-Stokes方程來描述,盡管連續(xù)介質(zhì)是一種假設(shè),但由于在很多情況下這一假設(shè)都可以成立。所以這種觀點(diǎn)已經(jīng)被流體力學(xué)廣泛地采用,并獲得了很大的成功;另一方面,近些年,人們提出從微觀的角度來理解宏觀流體力學(xué)的概念和現(xiàn)象,能夠深刻地揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì),對(duì)于更好的認(rèn)識(shí)這些現(xiàn)象具有重要的意義。

本文著重介紹下通常研究流體力學(xué)的幾種數(shù)學(xué)模型,分析一下它們的理論及優(yōu)劣。

首先,我們先來看大家所熟悉的流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)模型,在這里,流體可以看作是充滿整個(gè)流場(chǎng)的連續(xù)介質(zhì),可以在流場(chǎng)中的每一個(gè)空間點(diǎn)定義留意的密度、速度、溫度,壓力等物理量,并建立一系列的偏微分方程來描述流體的運(yùn)動(dòng)。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是流體力學(xué)中的一個(gè)基本假設(shè),是對(duì)流體結(jié)構(gòu)的一種近似,當(dāng)研究對(duì)象的尺度比粒子結(jié)構(gòu)尺度大得多時(shí),這一假設(shè)就成立,這一假設(shè)對(duì)于日常生活和工程中的絕大多數(shù)情況是合理的,依賴于這一假設(shè),研究獲得了很大的成功,比如飛機(jī)在空氣中的運(yùn)動(dòng),輪船在水中的運(yùn)動(dòng),由于其特征尺度遠(yuǎn)大于粒子的結(jié)構(gòu)尺度,所以,空氣和水都可以被認(rèn)為是連續(xù)介質(zhì),但是對(duì)于一些特殊情況,比如血液在動(dòng)脈中的運(yùn)動(dòng),高空稀薄氣體中物體的運(yùn)動(dòng)時(shí),就不能當(dāng)做連續(xù)介質(zhì)。此外由于描述此運(yùn)動(dòng)的Navier-Stokes方程的復(fù)雜性,除了少數(shù)非常簡(jiǎn)單的情況,一般情況是得不到方程的解析解,所以,以傳統(tǒng)的解方程的方法來解決流體問題暫時(shí)是行不通的,所以利用計(jì)算機(jī)利用數(shù)值方法找近似解是常見的方法,這就是計(jì)算流體力學(xué),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)數(shù)學(xué)的發(fā)展,計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用也越來越廣泛,現(xiàn)在很多工業(yè)部門及研究單位,這是采用得比較普遍的一種方法,而且隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,相應(yīng)的也出現(xiàn)了很多應(yīng)用軟件,可以這樣說,以往通過理論和實(shí)驗(yàn)解決不了流體的問題,現(xiàn)在很大程度上可以通過計(jì)算機(jī)去解決。

其次,我們?cè)賮砹私庀聫奈⒂^方面來描述流體運(yùn)動(dòng)的分子動(dòng)力學(xué)模型,因?yàn)閺奈锢砩蟻碚f,流體是由分子構(gòu)成的,流體的宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的平均結(jié)果,如果我們知道了分子的微觀運(yùn)動(dòng),通過統(tǒng)計(jì)平均這種方法就可以得到流體的宏觀物理量。分子動(dòng)力學(xué)模型可以是確定性的,也可以是隨機(jī)性的。在分子動(dòng)力學(xué)模型中,分子遵循經(jīng)典的牛頓運(yùn)動(dòng)方程,所以,通過求解方程就可以確定任意分子在任意時(shí)刻的速度和位置。由于分子動(dòng)力學(xué)模擬是基于分子最基本的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,所以原則上可以模擬任意流體系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)對(duì)這種模型進(jìn)行模擬是其一個(gè)重要的特點(diǎn),由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展,這種模型也得到了很大的發(fā)展,它也應(yīng)用于物理、生物、化學(xué)等各個(gè)學(xué)科上,雖然分子動(dòng)力學(xué)模擬方法有這樣的優(yōu)點(diǎn),但由于在模擬過程中,對(duì)一個(gè)流體系統(tǒng)而言,其分子的數(shù)量非常巨大,而且在每一個(gè)步長(zhǎng)中,每個(gè)分子的新位置和新速度都要重新計(jì)算,所以這需要很大的計(jì)算量和存儲(chǔ)量,因此,這種模型現(xiàn)在只能用于二維運(yùn)動(dòng),對(duì)于三維復(fù)雜流動(dòng)進(jìn)行模擬幾乎是不可能的,它的進(jìn)一步發(fā)展及推廣決定于計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

第三,類模型是從介觀的角度來描述流體,稱為氣體動(dòng)理論。而此時(shí)我們用Boltzmann方程來描述流體,這個(gè)方程是統(tǒng)計(jì)力學(xué)中描述非平衡態(tài)分布函數(shù)演化規(guī)律的方程,這個(gè)方程的基本想法是不去確定每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),而是求出每一個(gè)分子處在某一狀態(tài)下的概率,通過統(tǒng)計(jì)方法得到系統(tǒng)的宏觀參數(shù),Boltzmann方程是基于二體碰撞,分子混沌性假設(shè)及沒有外力的影響而得到的,但這個(gè)方程也是一個(gè)非常復(fù)雜的積分微分方程,所以直接求解也不可能。因此,人們提出了很多的簡(jiǎn)化的模型,比如對(duì)碰撞算子做一些近似,如著名的BGK模型,這個(gè)近似使得碰撞算子線性化,從而簡(jiǎn)化方程,利用這個(gè)模型來求解流體的宏觀物理量的方法我們稱為格子Boltzmann方法,實(shí)際上,格子Boltzmann方程可以看做是連續(xù)的Boltzmann的方程的一種特殊的離散格式,在格子方法中,流體被抽象為大量的微觀粒子,并且根據(jù)一些簡(jiǎn)單的方式在規(guī)則的格子上碰撞和遷移,通過粒子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),就可以得到流體的宏觀特性。從離散的網(wǎng)格說,這種方法具有Euler方法的特性,從離散的粒子來說,這種說法又有Langrange方法的特性,而且,格子方法還具有一些常規(guī)數(shù)值方法所沒有的優(yōu)點(diǎn),如物理圖像清晰,邊界條件處理簡(jiǎn)單,程序易于實(shí)施,計(jì)算具有并行性,所以,從格子Boltzmann方法剛誕生起,就引起了物理學(xué)家,數(shù)學(xué)家,計(jì)算機(jī)學(xué)家和其他領(lǐng)域的科學(xué)家的關(guān)注,現(xiàn)在它被認(rèn)為是最有前途的數(shù)值模擬方法之一。格子Boltzmann方法除了在一般的流體力學(xué)中有比較好的應(yīng)用外,在多相流、滲流、粒子懸浮流等相關(guān)領(lǐng)域也得到了相關(guān)的應(yīng)用,所以,也必將成為大家研究的熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

第3篇：流體的力學(xué)特性范文

關(guān)鍵詞：計(jì)算流體力學(xué)；Fluent；外流場(chǎng)；網(wǎng)格劃分；數(shù)值模擬

引言

汽車在行駛的過程中不可避免的要與周邊空氣發(fā)生相互作用，隨著車速的增加，這種相互作用會(huì)愈加的劇烈。空氣對(duì)在行駛中的汽車施加力和力矩，從而影響汽車的行駛。所以，在汽車開發(fā)過程中，研究并優(yōu)化汽車的空氣動(dòng)力性能非常重要。另外，汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能不僅影響著汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也對(duì)汽車的動(dòng)力性、穩(wěn)定性和操作性等方面有著巨大的影響，所以現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)越來越關(guān)注汽車的空氣動(dòng)力性能研究。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)汽車結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)已基本成熟，且對(duì)更為復(fù)雜的流動(dòng)問題的模擬計(jì)算也在不斷的發(fā)展，其中計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics 簡(jiǎn)稱CFD）受到了越來越多的關(guān)注。計(jì)算流體力學(xué)已從定性的分析發(fā)展到定量的計(jì)算，其應(yīng)用也從最初的航空領(lǐng)域不斷的擴(kuò)展到包括汽車在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域[1-3]。新車型的開發(fā)過程中，空氣動(dòng)力性能分析是必不可少的。利用數(shù)值模擬的方法對(duì)汽車行駛中的外流場(chǎng)進(jìn)行分析能夠用來預(yù)測(cè)或解決一些理論及實(shí)驗(yàn)都無法處理的復(fù)雜流動(dòng)問題，并能取代部分實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。但要求對(duì)問題的物理特性有足夠的了解，才能建立合適的數(shù)學(xué)方程及相應(yīng)的初始、邊界條件等，這些都離不開實(shí)驗(yàn)和理論方法的支持。目前，數(shù)值方法主要是應(yīng)用歐拉方程和納維-斯托克斯方程。在汽車設(shè)計(jì)的研究分析領(lǐng)域，數(shù)值方法與傳統(tǒng)的研究方法相結(jié)合， 能夠有效地改善汽車性能、節(jié)約研究資金、提高研究效率。汽車車身外流場(chǎng)計(jì)算模型及仿真是計(jì)算流體力學(xué)在汽車外流場(chǎng)分析方面的應(yīng)用研究之一[4-8]。本文通過建立汽車車身外流場(chǎng)的計(jì)算模型，利用計(jì)算流體力學(xué)方法和適當(dāng)?shù)木仃嚧鷶?shù)算法，基于Fluent仿真平臺(tái)，分析研究汽車車身的空氣動(dòng)力性能。

1 汽車車身繞流的數(shù)學(xué)模型

流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中，流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)基本方程是根據(jù)基本物理定律質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒定律按一定的流體流動(dòng)模型推導(dǎo)的。對(duì)于空氣來說，當(dāng)風(fēng)速小于三分之一聲速時(shí)，也就是風(fēng)速小于408km/h，可以認(rèn)為是不可壓縮氣體。而對(duì)汽車來說，最高速度一般都小于400km/h，因此汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究可以把周圍的氣體考慮成不可壓縮的。轎車?yán)@流問題一般為定常、等溫、不可壓縮的三維流場(chǎng)，由于復(fù)雜外形會(huì)引起氣流的分離，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，目前還不能實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在工程中應(yīng)用最廣泛的方程是雷諾時(shí)均N-S方程，為使方程封閉這里采用可實(shí)行的K-？著模型。

汽車外流場(chǎng)的控制方程如下：

式中，u0為流體動(dòng)力粘性系數(shù)；ut為渦粘性系數(shù)；i，j=1，2，3；X1=x；X2=y；X3=z；u1=U；u2=V；u3=W；G主要取決于流場(chǎng)的渦流特性，是流場(chǎng)空間位置的函數(shù)。

2 汽車模型K-？著參數(shù)確定

由數(shù)模可以得到車長(zhǎng)L=3.916m；車速定為v=20m/s；雷諾數(shù)Re= =5.21×106（其中空氣在20℃時(shí)的密度？籽=1.205kg/m3，動(dòng)力粘性系數(shù)？滋=1.81×10-5kg/ms）。根據(jù)雷諾準(zhǔn)則，這是一個(gè)雷諾數(shù)問題，適用于K-？著模型。

3 Fluent求解

在Fluent中選擇合適求解小車外流場(chǎng)的求解器。選擇基于壓力的求解器，這適合于不可壓縮的流動(dòng)。同時(shí)選擇隱式求解器，網(wǎng)格單元內(nèi)的未知量用臨近單元的已知量和未知量來計(jì)算。因此，每個(gè)未知量會(huì)不只在一個(gè)方程中出現(xiàn)，這些方程必須同時(shí)求解才能解出未知量。另外，通過設(shè)置，確定選擇的是三維穩(wěn)態(tài)的計(jì)算模型，速度場(chǎng)是絕對(duì)的，并且按壓力梯度計(jì)算。

然后設(shè)置求解控制參數(shù)，進(jìn)一步確定使用SIMPLE型求解器，在求解過程中聯(lián)立流動(dòng)方程和湍流方程，求解方法采用“求解壓力耦合方程組的半隱式求法”。為了提高計(jì)算結(jié)果的可靠性，我們選擇二階離散精度。事實(shí)上，為了使結(jié)果盡快收斂，前半部分使用一階離散精度，迭代330次后，使用二節(jié)離散精度，繼續(xù)求解。對(duì)于欠松弛因子，選用默認(rèn)值即可。

設(shè)置收斂判據(jù)，選中Check Convergence復(fù)選框，表示當(dāng)每個(gè)變量的值到達(dá)Convergence Criterion文本框中的規(guī)定的值時(shí)，求解器就認(rèn)為計(jì)算已經(jīng)收斂。

圖1 Fluent的求解的收斂過程

圖1中，在迭代到330次時(shí)，改為二階迎風(fēng)離散精度，繼續(xù)求解。最終在445次迭代時(shí)收斂。

4 汽車風(fēng)阻系數(shù)和升力系數(shù)

該輛小轎車在20m/s的速度下行駛，受到的空氣阻力由Fluent計(jì)算得到Fп=170.28N，其迎風(fēng)面積S=2.25m2，根據(jù)求解空氣阻力系數(shù)的公式：

同樣，由Fluent計(jì)算得到，該輛小轎車在20m/s的速度下行駛，受到的空氣升力為FT=14.95N。根據(jù)如下求解空氣阻力系數(shù)的公式：

5 車外流場(chǎng)的后處理及分析

對(duì)Fluent求解器得到的數(shù)據(jù)，只是對(duì)應(yīng)于每個(gè)網(wǎng)格的相關(guān)物理量的數(shù)值大小和方向等信息。為了整體的把握小轎車外流場(chǎng)的特點(diǎn)和直觀地呈現(xiàn)出計(jì)算結(jié)果，需要對(duì)其進(jìn)行后處理，轉(zhuǎn)化為圖像來描述結(jié)果。

由圖2可知，在汽車頭部，氣流受到垂直方向的阻滯，速度降為零，氣流壓力升高。在發(fā)動(dòng)機(jī)罩和擋風(fēng)玻璃之間存在一個(gè)比較大的正壓區(qū)；同時(shí)，在擋風(fēng)玻璃與汽車頂蓋以及汽車頂蓋與后窗之間存在一個(gè)絕對(duì)值比較大的負(fù)壓區(qū)；而汽車底盤下面為一個(gè)變化緩慢的負(fù)壓區(qū)域。前輪外側(cè)邊緣有一絕對(duì)值很大的負(fù)壓區(qū)，不過面積不大。

Fluent在車頂蓋的最大流速為26.4m/s，求得的速度最小值都在車頭和車尾，約為0。接近流場(chǎng)速度的數(shù)值模擬求得的極值。由于汽車底部的氣流離開尾部后，就迅速上揚(yáng)和來自汽車后擋風(fēng)玻璃的氣流相互沖撞，導(dǎo)致汽車尾部形成漩渦，產(chǎn)生能量耗散。

6 結(jié)束語

本文利用計(jì)算流體力學(xué)方法，使用Fluent軟件平臺(tái)分析研究了汽車的空氣動(dòng)力性能，包括汽車周圍流速、壓力等的分布情況，從而確定了汽車的氣動(dòng)特性與參數(shù)。仿真分析結(jié)果表明該方法在分析研究汽車空氣動(dòng)力特性，輔助和優(yōu)化汽車車身設(shè)計(jì)方面的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1]張奇，趙又群，楊國(guó)權(quán).基于CFD的汽車外流場(chǎng)數(shù)值模擬的發(fā)展概述[D].南京：南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，2005.

[2]師奇威，賈代勇，賈建偉.CFD簡(jiǎn)介及其應(yīng)用研究[J].北京：理工大學(xué)，2007.

[3]沈俊，傅立敏，黎妹紅，王靖宇.CFD軟件及其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用[D].吉林：吉林工業(yè)大學(xué)，2000.

[4]黃向東.汽車空氣動(dòng)力學(xué)與車身造型[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5]寧燕，辛 .汽車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

[6]呂明忠，高敦岳，傅立敏.計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真在汽車外流場(chǎng)分析方面的應(yīng)用研究[N].北京：人民交通出版社，2002.

[7]賈海慶，王成玲.汽車流場(chǎng)數(shù)值模擬[J].北京：國(guó)家計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，2007.

第4篇：流體的力學(xué)特性范文

【關(guān)鍵詞】軸承；密封改造；方案

1 改造原理

流體動(dòng)力密封原理認(rèn)為在動(dòng)態(tài)下，油封與軸的 狹小接觸帶上，有一層液膜具有流體的動(dòng)壓特性（圖1）。這些特性包括使軸與密封件的摩擦力降低，由于該摩擦力使密封間的接觸面上受到沿圓周方向的切向力作用，并產(chǎn)生切向變形，從而改善了動(dòng)態(tài)下的。該液膜有一定的厚度和形狀。密封表面許多微觀隆起與凹陷，在動(dòng)態(tài)下相當(dāng)于微小的滑動(dòng)軸承板，動(dòng)態(tài)下將粘性液體帶入楔形間隙，形成流體動(dòng)力液膜，從而起到和密封作用。實(shí)際工作中油封與軸接觸時(shí)，接觸面出現(xiàn)干摩擦、邊界摩擦和流體三種情況，不斷交替變動(dòng)。

由以上分析可以看出提高密封效果和壽命的本質(zhì)是降低密封唇口磨損，將接觸面保持邊界摩擦和流體兩種狀態(tài)，避免干摩擦狀態(tài)。

2 改進(jìn)方案

2.1 提高與密封配合的密封環(huán)表面精度

軸承密封形式如下圖2所示

從上圖可以看出軸承是靠密封環(huán)與密封緊密配合下，密封環(huán)的尺寸及表面質(zhì)量在密封系統(tǒng)中起很大作用。

改進(jìn)措施：

（1）從圖2可以看出軸承是靠密封環(huán)與密封緊密配合下，密封環(huán)的尺寸及表面質(zhì)量在密封系統(tǒng)中起很大作用。密封環(huán)尺寸比如圓度超差密封效果將會(huì)大打折扣，表面粗糙度太大會(huì)造成密封磨損較快，對(duì)軸承危害還較大。

（2）對(duì)密封環(huán)進(jìn)行改造，將密封配合出粗糙度由3.2改為1.6，加大端面倒角，由原來的5mm改為10mm，降低由于裝配而造成的密封損壞。

2.2 運(yùn)用流體力學(xué)密封

2.2.1 密封簡(jiǎn)介

（1）單向流體動(dòng)力學(xué)油封

單向流體動(dòng)力學(xué)油封主要特點(diǎn)是具有回流作用，唇口過盈量比普通油封小，徑向力降低，減少了摩擦生熱，提高了使用壽命。在單向流體動(dòng)力學(xué)油封的唇口工作面上有若干條螺紋形凸棱，有逆時(shí)針和順時(shí)針兩種。

（2）雙向回流油封

雙向回流油封在密封唇口空氣側(cè)模壓上數(shù)條與唇口成一定角度的凸棱，凸棱互相平行。經(jīng)修整將唇口切削成要求的內(nèi)徑尺寸后，部分凸棱被切斷并與唇口相交，形成兩對(duì)以上的回油腔。這樣在唇口處左右兩半圓形成堆成數(shù)量的、方向相反的凸棱，并呈銳角與唇口相交。當(dāng)油封裝配到軸上時(shí)，這些相交的凸棱變形成銳角接觸區(qū)。當(dāng)輥?zhàn)有D(zhuǎn)時(shí)，可將滲漏過唇口的油粒子收集入銳角接觸區(qū)內(nèi)，由于油逐漸增多引起內(nèi)壓增高，變產(chǎn)生樂一種自動(dòng)向里的推力，使漏出的油重新返回原有腔內(nèi)，從而起到密封防漏的作用。

2.2.2 運(yùn)用方案

（1）將最初的鋼骨架油封改為加布油封并增加進(jìn)油槽，使油可以進(jìn)入密封唇口部位對(duì)密封起到作用

（2）將密封安裝方式由同向改為背向安裝采用雙筋雙向回流密封，外側(cè)油封主要起防水防異物進(jìn)入，內(nèi)側(cè)密封起到防止油外泄的作用（圖四）保證了軸承內(nèi)部工作環(huán)境，保證了軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)

（3）在兩個(gè)油封中間增加進(jìn)油口如上圖（圖四），油通過進(jìn)油口進(jìn)入兩個(gè)密封唇口中間的空隙中，是接觸面處于流體狀態(tài)。大大延長(zhǎng)了密封的使用壽命。

3 改造效果

流體力學(xué)密封的運(yùn)用和密封系統(tǒng)改造后，密封使用壽命大大延長(zhǎng)，密封效果得到很大提高，軸承因進(jìn)水報(bào)廢的數(shù)量大大減少。

參考文獻(xiàn)：

[1]張紹順.鋁帶熱軋機(jī)油氣系統(tǒng)應(yīng)用[J]，有色金屬加工，2011（04）.

[2]蘇凌西.冷軋機(jī)軋輥軸承的失效分析和改進(jìn)措施[J].新疆鋼鐵，2011 （02）.

[3]王海威，范強(qiáng)，蘇軍偉.全密封軋輥軸承密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)[J].軸承，2012（06）

第5篇：流體的力學(xué)特性范文

Abstract： Hydromechanics is a course combining theory with practice and has abstract concept. The traditional teaching method is difficult to achieve good teaching effect. Based on the practice and exploration in the teaching process of Hydromechanics， this paper proposes some suggestions and measures for the teaching reform.

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；過程裝備與控制；教學(xué)改革

Key words： Hydromechanics；process equipment and control；teaching reform

0 引言

《流體力學(xué)》課程主要描述自然環(huán)境中的流體運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律及特定條件下流動(dòng)機(jī)理。其內(nèi)容涉及基本概念的理解、公式推導(dǎo)、計(jì)算方法等。考慮到大二學(xué)生尚未接觸實(shí)際工程問題，因此教學(xué)雙方對(duì)流體力學(xué)的學(xué)習(xí)過程均存在困惑。本文針對(duì)流體力學(xué)課程的特點(diǎn)及教學(xué)過程中遇見的問題，對(duì)《流體力學(xué)》教學(xué)改革進(jìn)行相關(guān)探索，總結(jié)教學(xué)過程中積累的經(jīng)驗(yàn)，提出相應(yīng)改進(jìn)方案。

1 合理運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段與技術(shù)

首先，以《流體力學(xué)》教材中所采用的大量流場(chǎng)圖片為例，對(duì)流場(chǎng)理解的正確與否決定其學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣與積極性，傳統(tǒng)的教學(xué)方法多采用授課教師手繪流線等方法來說明流體的流動(dòng)過程，在講解的過程中，由于流場(chǎng)僅僅是枯燥的曲線靜態(tài)分布，無法有效吸引學(xué)生注意力，使學(xué)生對(duì)流動(dòng)機(jī)理有進(jìn)一步深刻認(rèn)識(shí)和理解，從而降低教師的教學(xué)效率和教學(xué)效果。

在《流體力學(xué)》教學(xué)中采用多媒體課件，通過制作一些流體運(yùn)動(dòng)的Flash動(dòng)畫演示把流動(dòng)的特性形象地展示在學(xué)生眼前，表現(xiàn)形式相對(duì)新穎、活潑、再加上圖文并茂的效果，使學(xué)生可以直觀地觀察有趣的物理流體現(xiàn)象，通過這一環(huán)節(jié)的改進(jìn)，可以主動(dòng)改變沉悶的教學(xué)過程，創(chuàng)造出生動(dòng)活潑的教學(xué)場(chǎng)景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

其次，《流體力學(xué)》教材中涉及了大量的基本概念、假設(shè)、原理及公式推導(dǎo)等，據(jù)統(tǒng)計(jì)大量公式的推導(dǎo)過程占據(jù)板書時(shí)間的較大比例，這有可能造成教師無法在有效課時(shí)完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，降低教學(xué)效率。在《流體力學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用PPT多媒體技術(shù)，復(fù)雜繁瑣的公式推導(dǎo)可以較形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，對(duì)學(xué)生理解公式有較大好處。一旦形成這樣的教學(xué)場(chǎng)景，那么在規(guī)定的課堂時(shí)間內(nèi)必將可以細(xì)致透徹地完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

靈活采用各種PPT制作技術(shù)在一定程度上可以避免“多媒體”變成“單媒體”，在《流體力學(xué)》教學(xué)中對(duì)多媒體的使用多集中于流體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、圓管流動(dòng)、薄厚壁孔口出流、縫隙流動(dòng)及氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)等。

此外，考慮到多媒體教學(xué)蘊(yùn)含的信息較大，合理分配PPT播放時(shí)間對(duì)教師的課堂教學(xué)掌控能力是一個(gè)挑戰(zhàn)。如果“整個(gè)教學(xué)過程從頭到尾充斥著大量復(fù)雜的信息、不停轉(zhuǎn)動(dòng)的畫面，而沒有充分考慮學(xué)生的思維水平和思維速度，像電視或電影畫面那樣一閃而過，不斷向?qū)W生灌輸，這樣的‘填鴨’式教學(xué)形式會(huì)引起學(xué)生的‘消化不良’，扼殺了學(xué)生創(chuàng)作的機(jī)會(huì)”。

2 建立新的教學(xué)手段模型，提高考試成績(jī)

本文所建立的教學(xué)模型如圖1所示，為提高教學(xué)效果及學(xué)生考試成績(jī)，采用立體式的教學(xué)手段。該模型包括以下四項(xiàng)內(nèi)容：情景式啟發(fā)，多媒體技術(shù)，工程實(shí)例講解，動(dòng)態(tài)視頻輔助。

情景式啟發(fā)屬于現(xiàn)代教學(xué)論范疇，創(chuàng)造一定的“休閑、放松、特色”的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過營(yíng)造啟發(fā)式學(xué)習(xí)的氛圍，讓學(xué)生獲得更加美好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這種方式能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)需要能夠產(chǎn)生有效的激勵(lì)作用。

工程實(shí)例講解是以學(xué)生常見的工程問題作為引入點(diǎn)，但同時(shí)大部分同學(xué)對(duì)該類問題理解不深或是出現(xiàn)偏頗。結(jié)合該類問題，解釋其中所蘊(yùn)含的流體力學(xué)定理，加深學(xué)生對(duì)該問題及相關(guān)定理的認(rèn)識(shí)，無疑有利于學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)。

動(dòng)態(tài)視頻輔助是一些在實(shí)際生活中難以見到，但又屬于流體力學(xué)理論范圍的現(xiàn)象再現(xiàn)，通過這些視頻可以加深學(xué)生對(duì)流體力學(xué)相關(guān)理論的理解。

最后可以發(fā)現(xiàn)：采用先進(jìn)教學(xué)手段的班級(jí)，無論是考試的優(yōu)良率還是平均分?jǐn)?shù)均比采用傳統(tǒng)教學(xué)方法講解的班級(jí)高出約15%左右，從而達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

3 重組教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整知識(shí)布局

根據(jù)《流體力學(xué)》課程的教學(xué)大綱，借鑒國(guó)內(nèi)外對(duì)本課程改革的成果，按照當(dāng)前教學(xué)改革發(fā)展的要求對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以流體的流動(dòng)為主線，將相關(guān)內(nèi)容有機(jī)地融合在一起最終形成能夠相互促進(jìn)的教學(xué)模式，如圖2所示。

課程體系分為三個(gè)部分：第一部分是不動(dòng)的液體，主要講述流體基本概念與流體靜力學(xué)內(nèi)容；第二部分是運(yùn)動(dòng)的液體，使學(xué)生掌握流體運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)規(guī)律，對(duì)簡(jiǎn)單的管道流動(dòng)及縫隙流動(dòng)有定性及定量的認(rèn)識(shí)；第三部分是運(yùn)動(dòng)的氣體，可以把這章內(nèi)容采用視頻播放加師生互動(dòng)方式講解，來培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自學(xué)的能力。

4 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生認(rèn)知能力

《流體力學(xué)》實(shí)驗(yàn)是學(xué)生職業(yè)技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)課題是以流體運(yùn)動(dòng)為背景的，如畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)，雷諾實(shí)驗(yàn)等典型實(shí)驗(yàn)。通過選取典型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象給學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加深學(xué)生對(duì)流動(dòng)原理、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等信息的了解。同時(shí)教師在指導(dǎo)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中可對(duì)部分操作手段進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，也可設(shè)計(jì)并提出一些新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。合理利用已有條件培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，做到學(xué)以致用。

5 結(jié)束語

《流體力學(xué)》教學(xué)改革是一項(xiàng)艱巨、長(zhǎng)期的工作，本文從合理運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段與技術(shù)，建立新的教學(xué)手段模型，提高考試成績(jī)，重組教學(xué)內(nèi)容調(diào)整知識(shí)布局、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生認(rèn)知能力等三個(gè)方面論述了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和具體的實(shí)施手段。雖然在一些方面探索出若干經(jīng)驗(yàn)并取得了一定的效果，但還相對(duì)薄弱。改進(jìn)教學(xué)手段，引入多種教學(xué)方法，因材施教等均可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)和接受能力，為以后學(xué)習(xí)專業(yè)課及工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

第6篇：流體的力學(xué)特性范文

基礎(chǔ)研究往往需要經(jīng)歷從原理到實(shí)驗(yàn)室技術(shù)實(shí)現(xiàn)再到工業(yè)化產(chǎn)品的漫長(zhǎng)過程，最終才能造就重大創(chuàng)新。作為此次獲得一等獎(jiǎng)的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，“纖維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究”便經(jīng)歷了化繭成蝶的漫長(zhǎng)蛻變。該項(xiàng)目由東華大學(xué)紡織學(xué)院郁崇文教授及其團(tuán)隊(duì)潛心研究16年完成，16年磨一劍，為紡織技術(shù)創(chuàng)新固本強(qiáng)基。

自上世紀(jì)80年代以來，高速氣流在紡織行業(yè)內(nèi)逐漸得到廣泛應(yīng)用，但業(yè)內(nèi)對(duì)纖維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究還相對(duì)薄弱，難以為高速氣流技術(shù)的紡織應(yīng)用提供有力的支撐。在這種背景下，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)于1995年起，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、教育部和上海市等科研計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，圍繞纖維/高速氣流兩相流動(dòng)力學(xué)開展了系統(tǒng)的研究工作。目前，該項(xiàng)目已通過評(píng)審驗(yàn)收，研究工作的總體水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)，形成了數(shù)項(xiàng)自主創(chuàng)新成果，主要表現(xiàn)為以下4 個(gè)方面。

針對(duì)纖維/氣流兩相流動(dòng)中的剛性圓柱桿和橢圓形顆粒模型無法體現(xiàn)纖維柔性和彈性特征的不足，構(gòu)建與完善了基于柔彈性特征的“珠-桿”鏈?zhǔn)嚼w維模型和基于有限單元法的纖維模型，新模型不僅可合理描述纖維的位置與取向，同時(shí)可有效表征纖維的彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸等變形情況。

實(shí)現(xiàn)了紡紗噴嘴內(nèi)高速氣流場(chǎng)流動(dòng)特性的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試。國(guó)內(nèi)最早采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）技術(shù)對(duì)紡織工藝中（如噴氣紡紗噴嘴內(nèi)）高速氣流場(chǎng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并通過激光多普勒（LDV）技術(shù)和同粒子成像測(cè)速（PIV）技術(shù)以及高速攝影等實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)方法進(jìn)行了測(cè)試，獲得的結(jié)果更加真實(shí)、可靠。

揭示了纖維在高速氣流場(chǎng)中的耦合作用特性與運(yùn)動(dòng)變形規(guī)律。采用拉格朗日-歐拉法構(gòu)建了纖維/氣流的耦合動(dòng)力學(xué)模型，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了纖維在噴氣紡、噴氣渦流紡、氣流減羽等噴嘴中運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬，獲得了纖維運(yùn)動(dòng)、變形特征及其與高速氣流場(chǎng)的相互作用規(guī)律。

理論成果的應(yīng)用研究。借助基礎(chǔ)研究成果，對(duì)噴氣紡與噴氣渦流紡加捻成紗工藝進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，并研究了氣流噴嘴減少紗線毛羽的機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)成紗質(zhì)量的預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)開發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的紡紗噴嘴；模擬了熔噴聚合物纖維在高速氣流場(chǎng)中拉伸成形過程，并設(shè)計(jì)出新型熔噴非織造模頭。

第7篇：流體的力學(xué)特性范文

關(guān)鍵詞：CFD 湍流特性 數(shù)值模擬 棒束通道

一、ANSYS CFD軟件簡(jiǎn)介

CFD（Computational Fluid Dynamics計(jì)算流體力學(xué)）是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值計(jì)算技術(shù)、流體實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)為一體的模擬軟件。基本原理是數(shù)值求解控制流動(dòng)的微分方程，得出流場(chǎng)在連續(xù)區(qū)域上的離散分布，從而近似模擬出流動(dòng)情況。

CFD模擬是利用計(jì)算機(jī)求解各種守恒控制偏微分方程組的技術(shù)。涉及流體力學(xué)（湍流力學(xué)）、數(shù)值方法乃至計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多學(xué)科。且會(huì)因所要解決問題的不同，建立的模型方程與數(shù)值方法也會(huì)有所不同，如可壓縮氣體的亞音速流動(dòng)、不可壓縮氣體的低速流動(dòng)等。

二、棒束通道內(nèi)的湍流流動(dòng)理論基礎(chǔ)

粘性流體的運(yùn)動(dòng)存在兩種完全不同的流動(dòng)狀態(tài)：層流狀態(tài)和湍流（紊流）狀態(tài)。1883年雷諾通過實(shí)驗(yàn)方法觀察到了這兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)。

層流流線之間沒有相互交叉，呈現(xiàn)出一種十分有規(guī)律的分布，不存在橫向的交混流動(dòng)。湍流組是一種十分復(fù)雜的三維非穩(wěn)態(tài)、帶旋轉(zhuǎn)的不規(guī)則流動(dòng)[1]，不僅有軸向流動(dòng)，還會(huì)伴有很強(qiáng)橫向流動(dòng)和漩渦流。

眾所周知，流體的流動(dòng)狀態(tài)和雷諾數(shù)有很大關(guān)系，這是由雷諾通過進(jìn)行大量的試驗(yàn)總結(jié)出由層流到湍流的轉(zhuǎn)變是由Re決定的，當(dāng)Re大于一定數(shù)值時(shí)，流動(dòng)就由層流過渡到湍流。Rec一般取為2000。本文所研究的棒束通道內(nèi)的流動(dòng)流體的Re在2.85×104到1.64×105之間，同時(shí)存在橫向交混流動(dòng)，所以為強(qiáng)烈的湍流流動(dòng)。

在湍流流動(dòng)中流體的各種物理參數(shù)，都會(huì)隨著時(shí)間和空間的變化不斷的隨機(jī)的改變。一般把湍流流動(dòng)當(dāng)成是由各種不同的渦旋疊合而成的流動(dòng)狀態(tài)，然而這些渦旋的尺寸及旋轉(zhuǎn)軸的方向都是不確定的有很強(qiáng)的隨機(jī)性。大尺度渦主要由流動(dòng)的邊界條件決定，其尺寸可以與流場(chǎng)的大小相比擬，主要是受慣性影響而存在，是引起低頻脈動(dòng)的原因；小尺度的渦主要由粘性力決定，其尺寸可能只有流場(chǎng)尺度的千分之一的量級(jí)，是引起高頻脈動(dòng)的原因[2]。

三、渦粘性模型

（1）標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型

標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型是由湍動(dòng)能k方程和ε的方程組成，這樣便形成了標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型在1972年是由Launder以及Spalding提出的[3]。

各向均同性的小漩渦的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿乃俾剩簿褪俏闪髦袉挝毁|(zhì)量的流體湍動(dòng)能的耗散率，定義式由下式給出：

經(jīng)分析得：

式中，Cμ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

對(duì)于不可壓縮的流體，約束k和ε的方程為：

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)在模型中的取值為：

由于其使用廣泛并且很適用，標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型在已經(jīng)工程上成為使用最廣泛的湍流模型。但對(duì)于其適用性仍需作如下說明：

1.在模型中的所有的相關(guān)系數(shù)一般是在特定條件下進(jìn)行試驗(yàn)獲得，一些系數(shù)可以說具有一定的代表性，但是需要仔細(xì)的對(duì)計(jì)算時(shí)所設(shè)置的特定條件查閱有關(guān)的資料進(jìn)行合理的設(shè)置。

2.所建立的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，就是為了計(jì)算流體在充分發(fā)展階段的湍流特性，所以它就是為了計(jì)算大雷諾數(shù)湍流流動(dòng)而產(chǎn)生的湍流計(jì)算模型，尤其是在流體遠(yuǎn)離壁面特定距離的湍流流動(dòng)區(qū)域。

3.標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型是在零方程模型和一方程模型的基礎(chǔ)上做了總結(jié)與創(chuàng)新，通過了大量的科學(xué)研究和在工程實(shí)際中的應(yīng)用，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型進(jìn)行了檢驗(yàn)和應(yīng)用的目的，但在強(qiáng)旋流動(dòng)和彎曲壁面流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一些誤差。那是由于在標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型中μt為各向同性。而實(shí)際中 μt為各向異性。

（2）SST k-ω湍流模型

SST k-ω模型是建立在BSL k-ω模型的基礎(chǔ)之上[4]。Wilcox的k-ω湍流模型有缺點(diǎn)，由于對(duì)進(jìn)口的ω值很敏感， ω值不同，所輸出的結(jié)果也會(huì)不一致，且變化很大。我們并不希望這樣，于是Menter選擇了BSL k-ω模型，在壁表面采用k-ω模型，而在紊流發(fā)展可觀的中心部位采用k-ω模型。這就存在將k-ε模型向k-ω模型轉(zhuǎn)變的需求。k-ω模型乘以調(diào)和函數(shù)F1，k-ε模型乘以（1-F1），于是變成BSL k-ω模型。

在BSL k-ω模型和SST k-ω模型中，在壁表面采用k-ω模型，湍流充分發(fā)展區(qū)采用k-ε模型，這就需要確定壁面距離（Wall Distance），在這個(gè)距離處開始轉(zhuǎn)變湍流模型。在CFX- Solve：窗口中也有一個(gè)監(jiān)視“Wall Scale”的視圖。

四、不同湍流模型的比較

為了分析出四種湍流模型的適用性，做出每個(gè)模型C截面處的速度流線圖來分析軸向交混程度，如下圖所示。從圖中可以看出標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型（model1）和SST k-ε模型（model2）有較好的速度分布，而BSL Reynolds Stress 模型（model3）和SSG Reynolds Stress模型（model4）的速度流線圖表現(xiàn)的不是特別明顯。

總體上，標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和SST k-ε模型的速度分布基本相同，且壓降也基本一樣，k-ε模型與SL Reynolds Stress 模型、SSG Reynolds Stress模型的速度分布差別較大這是因?yàn)镾L Reynolds Stress 模型、SSG Reynolds Stress模型采用了相同的壁面出方法，而k-ε模型采用了不同的壁面處理方法，也對(duì)不同湍流模型對(duì)壁面的不同處理方法對(duì)模擬結(jié)果會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。

五、結(jié)論

本文對(duì)棒束通道湍流特性選擇用CFD軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，為了驗(yàn)證不同湍流模型的適用性，進(jìn)行通過以上的分析比較，本文認(rèn)為SL Reynolds Stress 模型和SSG Reynolds Stress模型的壓力損失較大，與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和SST k-ω模型的速度分布差別也較大。標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型與SST k-ω模型沒有明顯的不同之處，但從理論上SST k-ω模型考慮了湍流應(yīng)力對(duì)流體流動(dòng)的影響。所以本文認(rèn)為選用SST k-ω模型對(duì)棒束通道微小通道內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算更為適合。

參考文獻(xiàn)

[1]Chen C J，Jaw SY. Fundamentals of turbulence modeling. Washington DC. Taylor&Franeis. 1998：91- 92

[2]王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析-CFD軟件原理與應(yīng)用. 北京：清華大學(xué)出版社. 2004：113-114

[3]David C Wilcox. Turbulence Modeling for CFD. California：DCW Industries，Inc. 1993：87-90

[4]ANSYS Ltd. ANSYS CFX-Solver，Release 10.0 Theory. Peunsylvania： ANSYS Ltd. 2005，106-108，245-246

作者簡(jiǎn)介：

第8篇：流體的力學(xué)特性范文

關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)模態(tài)分解 直接數(shù)值模擬 自持振蕩

中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）10（c）-0001-03

Dynamic Mode Decomposition of a Cubical Lid-driven Cavity Flow

Wang Han Wang Jianming

（Shenyang Aerospace University， Shenyang Liaoning， 110136， China）

Abstract：In order to research the transient flow structure of a cubical lid-driven cavity flow， two dimensional Direction Numerical Simulation （DNS） was used in the flow field computation. Dynamic Mode Decomposition （DMD） was conducted to analysis the dynamic modes of this velocity field with different order. The results show that this cubical lid-driven cavity flow exhibits intensely self-sustained oscillation at the Reynolds number of 9000， at the same time DMD is able to extract the main self-sustained oscillation dynamic feature and high-order harmonic modes from original flow fields. The dynamic velocity modes fully reveal the circumferentially arranging vortex pairs， which were caused by the unstable shear layer and the feedback perturbation is the underlying physical mechanism of self-sustained oscillation. Meanwhile， the distortion of the first order oscillation which was caused by the small-scale spatial perturbance embedding in large-scale spatial vortices， and give rise to the high order harmonic waves in the flow field.

Key Words：Dynamic Mode Decomposition； Direction Numerical Simulation； Self-sustained Oscillation

二維頂蓋驅(qū)動(dòng)方艙流動(dòng)，可以用于簡(jiǎn)化由某一壁面引起的空腔內(nèi)部環(huán)流[1]。從熱力學(xué)角度分析，是典型的功熱轉(zhuǎn)化過程。該文選用二維頂蓋驅(qū)動(dòng)方艙流動(dòng)模型作為DNS方法研究的載體。Navier-Stokes方程具有拋物型和橢圓型兩個(gè)特性，盡管控制方程具有混合特性，但采用MacCormack格式進(jìn)行時(shí)間推進(jìn)求解是適定的。MacCormack格式是Lax-Wendroff格式的一個(gè)變種，在時(shí)間和空間上都具有二階精度的顯式有限差分格式[2]。由于MacCormack格式是最容易理解和實(shí)現(xiàn)的格式，同時(shí)得到的結(jié)果在很多實(shí)際應(yīng)用中都有令人滿意的結(jié)果，所以該文選用MacCormack格式直接求解Navier-Stokes方程。當(dāng)雷諾數(shù)為6 000～8 000時(shí)，流動(dòng)為轉(zhuǎn)捩狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到10 000時(shí)，流動(dòng)為局部湍流[3]。為了分析流場(chǎng)振蕩產(chǎn)生的原因，該文應(yīng)用動(dòng)力學(xué)模態(tài)分解（DMD）技術(shù)對(duì)原流場(chǎng)進(jìn)行處理[4-7]。

1 數(shù)值模擬

該文考慮二維剪切力驅(qū)動(dòng)方艙流動(dòng)，方艙為長(zhǎng)寬均為L(zhǎng)=1 mm的正方形區(qū)域，雷諾數(shù)（Re=ρVL/μ=9 000），壁面為無滑移恒定壁溫邊界條件，理想氣體初始?jí)毫?01 kPa。頂蓋運(yùn)動(dòng)方向與右側(cè)壁面交接處被稱為DUE，右側(cè)壁面與下壁面的夾角處被稱為DSE，左側(cè)壁面與下壁面的夾角處被稱為USE，頂蓋運(yùn)動(dòng)反方向與左側(cè)壁面交接處被稱為UUE，4個(gè)區(qū)域如圖1所示。

求解忽略體積力和體積熱的二維守恒形式Navier-Stokes方程：定義Et為撾惶寤動(dòng)能和內(nèi)能的和，正應(yīng)力與剪切應(yīng)力為τxx、τyy、τxy、τyx，由Fourier定律得到熱交換率。采用MacCormack顯示時(shí)間推進(jìn)求解離控制方程，并運(yùn)用預(yù)測(cè)校正兩步法保證在時(shí)間和空間上都具有兩階精度。運(yùn)用網(wǎng)格Reynolds數(shù)的量級(jí)判斷計(jì)算網(wǎng)格的尺寸： Re≤40-50；Re≤40-50。在滿足網(wǎng)格Reynolds的條件，x和y方向分別設(shè)置200個(gè)節(jié)點(diǎn)，空間步長(zhǎng)為0.5e-2mm。時(shí)間步長(zhǎng)由（CFL）穩(wěn)定條件決定。

2 動(dòng)力學(xué)模態(tài)分解

設(shè)某一非定常流動(dòng)的時(shí)-空速度場(chǎng)表示為，列向量表示第i時(shí)間層上流場(chǎng)參數(shù)的空間分布。設(shè)存在一線性變換矩陣A連接相鄰兩時(shí)間層上的流場(chǎng)信息：。若流動(dòng)是線性系統(tǒng)，A是恒定值；若流動(dòng)是非線性系統(tǒng)，A為恒定假設(shè)表示對(duì)此系統(tǒng)的線性正切近似[6，7]。矩陣A只能從流場(chǎng)的內(nèi)在動(dòng)力學(xué)機(jī)制中獲得，所以DMD采用A的伴隨矩陣S作為A的低維近似[6]。隨著采集時(shí)間層的增加，能夠更加精確地用之前的向量線性表示最后的向量，即：。矩陣形式為：

。其中，可通過求解極小最

小二乘解得到，r為誤差向量；由于可以用線

性表示，所以能夠?qū)r(shí)空流場(chǎng)沿時(shí)間

方向平移：。

矩陣形式為：。其中伴隨矩陣S的特征值包含了系統(tǒng)的時(shí)間推進(jìn)特性；將時(shí)-空流場(chǎng)矩陣投影到矩陣S的特征向量上，即可到流場(chǎng)沿時(shí)間推進(jìn)的空間模態(tài)：。

3 流場(chǎng)的自持振蕩

由于粘性的影響，流體由頂蓋剪切力驅(qū)動(dòng)作用下撞擊方艙右側(cè)壁形成一股射流沖擊方艙下壁面[1]，在方艙中形成穩(wěn)定的初級(jí)渦，USE、DSE、UUE區(qū)域出現(xiàn)一定數(shù)量的次級(jí)渦。同時(shí)流線呈現(xiàn)出波浪狀的擺動(dòng)，初級(jí)渦剪切層內(nèi)有周期性出現(xiàn)的局部高速區(qū)域，流場(chǎng)呈現(xiàn)出非定常現(xiàn)象；此外，USE、DSE、UUE區(qū)域次級(jí)渦的個(gè)數(shù)發(fā)生周期性的變化，也能直觀地反映出頂蓋驅(qū)動(dòng)流的非定常特征，如圖2所示。

將S矩陣特征值取自然對(duì)數(shù)：。ωj的虛部表征對(duì)應(yīng)模態(tài)的相速度，包含模態(tài)的頻率信息；ωj的實(shí)部表征對(duì)應(yīng)模態(tài)沿時(shí)間增長(zhǎng)、衰減的趨勢(shì)。圖3中大部分都落在零線附近說明絕大多數(shù)的模態(tài)在時(shí)間上中性穩(wěn)定。

圖4顯示了方艙下壁面中心位置測(cè)量點(diǎn)上瞬時(shí)靜壓快速傅立葉變換的頻譜特征。靜壓頻譜出現(xiàn)一個(gè)波峰清晰的基頻f1≈80922 Hz和它的3個(gè)倍頻諧波f2、f3、f4。圖4顯示了各動(dòng)力學(xué)模態(tài)相P系數(shù)與頻率之間的關(guān)系，頻率為f1、f2、f3、f4的4個(gè)模態(tài)在相關(guān)系數(shù)上出現(xiàn)峰值。

圖5顯示了頻率為f1的一階空間速度場(chǎng)模態(tài)，此模態(tài)的頻率與方艙自持振蕩壓力脈動(dòng)一階頻率一致，并且在原速度場(chǎng)中具有顯著的相關(guān)性。由于流體的粘性和剪切層的不穩(wěn)定性，當(dāng)射流沖擊方艙下壁面時(shí)形成了周向排列的漩渦，并沿著方艙壁面順時(shí)針移動(dòng)，這種擾動(dòng)信息在頂蓋帶動(dòng)作用下迅速減小，但持續(xù)保留在剪切層內(nèi)，當(dāng)下一次進(jìn)入射流并沖擊方艙下壁面時(shí)微小的擾動(dòng)將在方艙底部誘發(fā)新的周向排列旋渦。

由于這種渦運(yùn)動(dòng)的存在，提高了剪切層中動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳遞速率；同時(shí)，相對(duì)于初級(jí)渦剪切層內(nèi)流體層之間相對(duì)滑移引起的切應(yīng)力外，增加了流體微團(tuán)局部動(dòng)量交換的切應(yīng)力。即這種渦運(yùn)動(dòng)的存在使得閉口系統(tǒng)的耗散能力有了顯著的提高，加快了流體動(dòng)能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。

圖6、圖7為頻率為f2、f3的速度場(chǎng)模態(tài)；與一階模態(tài)相似，此兩階模態(tài)在空間上均呈現(xiàn)出沿順時(shí)針方向周期性出現(xiàn)的周向漩渦結(jié)構(gòu)，漩渦的空間尺度隨頻率的增加而減小，同時(shí)與原速度場(chǎng)的相關(guān)性也隨頻率的增加而減小。這兩個(gè)模態(tài)表征了由于一階振蕩畸變產(chǎn)生的高階諧波；同時(shí)，在物理上代表了嵌入較大尺度漩渦中的各階小尺度擾動(dòng)[7]；高階模態(tài)有可能是一階自持振蕩周向分布漩渦與空腔壁面的相互作用或是對(duì)周圍環(huán)境流體的卷攜作用所造成的。

4 結(jié)語

該文采用直接數(shù)值模擬（DNS）和動(dòng)力學(xué)模態(tài)分解方法（DMD）對(duì)雷諾數(shù)Re=9 000的頂蓋驅(qū)動(dòng)方艙流動(dòng)進(jìn)行了分析。

在Re=9 000時(shí)，頂蓋驅(qū)動(dòng)方艙流動(dòng)表現(xiàn)出自持振蕩現(xiàn)象，這種振蕩來源于方艙底部壁面與射流相互作用引起的周向排列漩渦結(jié)構(gòu)。流動(dòng)的自持振蕩增加了摩擦阻力和動(dòng)能的損失，提高了閉口系統(tǒng)的耗散能力，加快了流體動(dòng)能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，并加熱方艙中心，通過等溫壁面向環(huán)境散熱。

一階自持振蕩模態(tài)中的周向排列漩渦與空腔壁面的相互作用或是對(duì)周圍環(huán)境流體的卷攜作用，產(chǎn)生嵌入大尺度漩渦中的各階小尺度擾動(dòng)，導(dǎo)致自持振蕩存在各階倍頻諧波。

參考文獻(xiàn)

[1] 王吉飛，萬德成.三維頂板斜向驅(qū)動(dòng)方腔流有限元并行計(jì)算[J].海洋工程，2015，33（2）：1-12.

[2] Maccormack RW. The Effect of Viscosity in Hypervelocity Impact Cratering[J].Journal of Spacecraft & Rockets，1969，40（5）：27-43.

[3] Nayak AK， Bhattacharyya S. Double-diffusive convection in a cubical lid-driven cavity with opposing temperature and concentration gradients[J].Theoretical & Computational Fluid Dynamics，2011，26（6）：565-581.

[4] Schmid PJ. Dynamic Mode Decomposition of numerical and experimental data[J].Journal of Fluid Mechanics，2008，656（10）：5-28.

[5] 唐湛棋.強(qiáng)擾動(dòng)作用于邊界層的PIV實(shí)驗(yàn)研究[D].天津：天津大學(xué)，2013.

第9篇：流體的力學(xué)特性范文

關(guān)鍵詞：嬰兒培養(yǎng)箱；內(nèi)流場(chǎng)；數(shù)值模擬

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.198

0 引言

嬰兒培養(yǎng)箱是一種嬰幼兒保育設(shè)備，采用“空氣對(duì)流熱調(diào)節(jié)”的循環(huán)方式，維持嬰兒艙內(nèi)域流場(chǎng)參數(shù)的穩(wěn)定性。在空氣流動(dòng)循環(huán)過程中，路程較長(zhǎng)，過程復(fù)雜，空氣流動(dòng)狀態(tài)比較抽象，很難把控空氣流速和溫度場(chǎng)的分布狀態(tài)。本文以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，利用CFD計(jì)算機(jī)流體仿真軟件，對(duì)嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)進(jìn)行的可視化模擬研究。

1 嬰兒培養(yǎng)箱空氣流動(dòng)循環(huán)原理

目前，多數(shù)廠家生產(chǎn)的嬰兒培養(yǎng)箱是由風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)，采用“縱向空氣對(duì)流熱調(diào)節(jié)”方式，維持內(nèi)部空氣往復(fù)循環(huán)的過程。通過空氣入口，補(bǔ)充在循環(huán)過程中損失的空氣；利用電加熱器，保證空氣的適宜溫度；通過風(fēng)道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，控制空氣流場(chǎng)的分布狀態(tài)等。其空氣循環(huán)通道結(jié)構(gòu)主要包括風(fēng)扇、加熱器、腔體、隔板、嬰兒艙、前內(nèi)襯板、上內(nèi)襯板、后內(nèi)襯板、嬰兒床等。如圖1。

2 CFD建模與仿真

基于CFD的嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)可視化模擬研究，是通過建立嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)仿真模型，利用CFD計(jì)算機(jī)流體仿真軟件進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化和可視化處理，有效的觀察和分析嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流場(chǎng)循環(huán)過程[1]。

建立三維仿真模型，采用自適應(yīng)網(wǎng)格的劃分方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用瞬態(tài)模擬，設(shè)置流體計(jì)算域和風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)計(jì)算域。計(jì)算域介質(zhì)為理想空氣，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)域的運(yùn)動(dòng)模式為旋轉(zhuǎn)模式，旋轉(zhuǎn)速度為100rad/s。空氣進(jìn)口溫度設(shè)為環(huán)境溫度25℃，出口溫度設(shè)置為出口平均溫度，加熱器表面溫度為45℃，壁面設(shè)置為絕熱條件。

參照GB 11243-2008，在模型中設(shè)置五個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，分別命名為A、B、C、D、E，分別監(jiān)控其速度、溫度和壓力的變化[2]。根據(jù)求解器收斂情況，判斷程序求解運(yùn)行過程是否正常，及確認(rèn)求解結(jié)束。

3 仿真結(jié)果分析

利用CFD軟件的后處理器對(duì)計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)化和可視化分析。建立模型中A、B、C、D、E五點(diǎn)的速度和溫度進(jìn)行分析，與樣機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，驗(yàn)證仿真結(jié)果的合理性。如表1，2。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的分布狀態(tài)一致，并且五個(gè)監(jiān)控點(diǎn)速度平均值均在0.1m/s以下，監(jiān)控點(diǎn)溫度平均值相互之間最大相差0.1℃，滿足國(guó)標(biāo)不大于0.8℃的要求。滿足嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流動(dòng)狀態(tài)分析使用參數(shù)要求，因此可以確認(rèn)仿真結(jié)果是合理的。

4 總結(jié)

基于CFD的嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)流場(chǎng)可視化模擬仿真，分析嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)空氣流動(dòng)狀態(tài)，得到嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)部空氣流動(dòng)特性。經(jīng)過仿真結(jié)果后處理分析，能夠進(jìn)行全方位的視覺觀察嬰兒培養(yǎng)箱內(nèi)部空氣的整個(gè)循環(huán)過程和流動(dòng)特性，并提供詳細(xì)和完整的數(shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了仿真模型的形象化，可視化，參數(shù)化，彌補(bǔ)理論分析的抽象化、簡(jiǎn)單化和實(shí)驗(yàn)分析的周期長(zhǎng)，投入成本高等不足問題，為進(jìn)一步開展的系統(tǒng)研究，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面提供參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高飛，李昕.ANSYS CFX 14.0超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2013：89-90.