流體力學研究方向精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的流體力學研究方向主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：流體力學研究方向范文

千百年來，流體力學以其廣泛的適用性形成了獨有的科技魅力，隨著時代的不斷發展，科技的不斷進步，在一代又一代流體力學研究者的努力下，流體力學的世界也越發精彩。

執著之樹必結黃金之果

邵傳平，中國計量學院流體檢測與仿真研究所研究員，多年來，由他負責的課題組主要從事鈍體旋渦脫落流動控制研究。

所謂鈍體旋渦脫落流動是指：當流體以一定速度流過固定的鈍物體，如風掠過橋梁、電視塔、電廠冷卻塔、高樓等等固體時，會在物體兩側交替地產生旋渦脫落，旋渦的交替脫落使物體表面的流體壓力發生周期性變化，從而產生作用于物體的交變力。當流體動力的變化頻率與物體結構的固有頻率接近時，會發生共振現象，使結構遭到破壞，除此之外，旋渦脫落還會增大流體阻力，產生噪音。

那么，該如何消減旋渦脫落造成的負面影響呢？這既是海洋、土木、水利、電力、航空等領域關注的問題，也是邵傳平及其課題組一直致力于研究的對象。

自1998年以來，邵傳平課題組先后主持國家自然科學基金項目“法拉第波與鈍體尾流穩定性研究”，“渦激振動控制與減阻減振”、“尾流控制機理與方法研究”，“流向振蕩柱體尾流不穩定性的控制”等的研究，取得了一連串的科研成果。

在靜止鈍體旋渦脫落抑制方面，自1930年代以來，人們針對不同的工程問題，提出了不少控制方法，但是這些方法都有局限性，應用范圍小。在1990年，Strykowski-Sreenivasan提出在二維鈍體下游一定位置放置一個很小的圓柱，可以抑制鈍體后面的旋渦脫落，有很好的減阻和減振效果。雖然在當時，這個四兩撥千斤的方法在業界掀起了波瀾，但是很快，就有研究表明這種方法只有在很低雷諾數（低于一百）流動情況下有效，在工程中缺少應用價值。

邵傳平課題組的研究有望彌補這一不足，他們經過反復研究，選擇用小窄條作為控制件，取代小圓柱，對圓柱及方柱、板（各種攻角）等鈍體的旋渦脫落進行抑制實驗，證明在雷諾數高至十萬時對所有這些鈍體都有很好的抑制效果，并對每種鈍體流動情況找出了有效抑制的控制件位置區域，以便于工程應用。

在強迫振蕩柱體繞流的旋渦脫落抑制方面，邵傳平課題組在國內外尚無研究先例的情況下，另辟蹊徑，分別采用窄條方法、尾部噴射方法和隔離板方法對高雷諾數流向振動柱體尾流進行抑制研究，取得重要進展。研究表明，尾部噴射對非鎖頻和每種鎖頻旋渦都有抑制效果，找出了每種旋渦的有效噴射速度范圍;窄條對非鎖頻和兩種鎖頻旋渦具有抑制效果，最高可減阻30%，減小脈動升力60%以上，找出了各種旋渦脫落下窄條的有效位置區;而隔離板方法對非鎖頻和一種鎖頻旋渦有效果，找出了隔離板的有效位置區。

旋渦抑制機理與旋渦脫落生成理論密切相關。國際上關于靜止鈍體旋渦脫落的生成，經歷了背壓吸引論，到剪切層相互作用論，再到絕對不穩定性和尾流整體失穩論，正從猜測到理論逐步深化;而關于振動柱體旋渦脫落的產生機制，目前還處于探索階段。

對此，邵傳平認為，振蕩柱體繞流存在兩種旋渦脫落產生機制，除了上述的絕對不穩定性機制外，還存在信號放大機制。他們研究了高雷諾數湍流尾流中渦粘性對擾動波信號的影響，定義了擾動波的渦粘系數，并用實驗數據分別求出了未加控制和施加控制以后的渦粘系數在振動柱體湍流尾流中的分布情況。將渦粘系數代入擾動波發展方程（穩定性方程）并求解，得到的結果是：未加控制時擾動放大的頻率區域很寬，產生旋渦脫落的機會很大;而控制以后擾動放大的頻率區域很窄，產生旋渦脫落的機會很小，從而明確了振動柱體旋渦脫落的產生和抑制機理。

上述成果發表在AIAA Journal，Journal of Fluids and Structures， Journal of Fluids Engineering， Journal of Visualization， Acta Mechanica Sinica， 及《中國科學》，《力學學報》，《力學進展》等雜志上，得到國內外同行的認可。

百尺竿頭須進步

十方世界是全身

以往取得的成績非但沒有使邵傳平就此功成身退，這些成果反倒使他對自己的專業產生了更加濃厚的興趣，甚至為了研究工作不受影響，2008年，他離開了中科院力學所，進入了具有新建低速風洞、低速水洞和較好配套實驗儀器的的中國計量學院工作，主要從事流動控制與植物流體力學研究。最近，邵傳平開展了植物空氣動力學仿生方面的研究，主持國家自然科學基金項目“樹葉氣動特性研究”。

近年來，人們越來越意識到風災是對樹木危害最大的非人為因素，遠大于森林火災造成的損失，因此樹木風災以及樹木空氣動力學方面的研究在國際上越來越受到重視。為此，邵傳平把握時代脈搏，申請了國家自然科學基金面上項目“樹葉氣動特性研究”，希望通過研究可以更加的深入的了解多種常見樹葉氣動特性（包括形狀重構）及影響參數，尋找樹葉氣動失穩（突然變形、振動）的臨界條件及產生原因。另一方面，也希望可以了解人造樹葉的氣動特性，探討樹葉氣動仿生的條件。

拿到這一課題，邵傳平靠的不是運氣。翻開他的履歷，碩士期間，他的研究方向為水動力學，從事具有自由表面的粘性繞流研究;博士期間的研究方向為風工程，在導師孫天風教授指導下，從事多鈍體壓力分布，尾流場測量以及流動顯示研究;博士后期間他從事海洋工程與流動穩定性實驗研究;在中科院力學所任副研究員期間，他從事生物流體力學、微重力流體力學，以及流動控制等方面的研究工作，先后完成3個國家自然科學基金面上項目：“法拉第波及鈍體尾流不穩定性的實驗與數值模擬”，“渦致振動控制方法研究”，“尾流控制機理與減阻減振”;2008年，進入中國計量學院后，他主要從事流動控制與植物流體力學研究，主持在研國家自然科學基金項目“流向振蕩柱體尾流不穩定性的控制”。

這些經歷，使他對這一項目研究所需要的風洞實驗設備非常熟悉，積累了豐富的流體實驗研究經驗。項目組自2009年以來，已先期開展了樹葉氣動特性的風洞實驗研究，取得一些新的發現，為本項目的順利進行打下了良好基礎，同時為本項目研究目標指定了方向。

在硬件設施方面，邵傳平所在的中國計量學院全力支持，除標配的風洞實驗設備如熱線風速儀、PIV、激光多普勒測速儀，電子壓力掃描閥之外，學院在今年還購買了數字圖像相關位移測量儀，定做了一臺測量樹枝和樹葉瞬時升阻力的六分力動態天平，為流動控制實驗和樹葉氣動特性測試提供設備。同時，課題組還與一家公司合作研制了煙線發生器、氫氣炮發生器，分別用于風洞和水洞的流動顯示實驗。

在數值模擬方面，中國計量學院流體研究所已訂購最新型的曙光工作站，能夠滿足流固耦合計算需要。

一切準備就緒，科研活動也得以順利展開。

第2篇：流體力學研究方向范文

University of Oradea, Romania

Global Smoothness and

Shape Preserving

Interpolation by

Classical Operators

2005, 146pp.

Hardcover $ 79.95

ISBN 0-8176-4387-7

Birkhuser

研究經典插值算子(如Lagrange插值算子、Grünwald插值算子、Hermite-Fejér插值算子和Shepard插值算子)的整體光滑保存性質，即GSPP與這些經典插值算子的保形性，也就是SPP在數據擬合、流體力學、計算機輔助幾何設計、曲線和曲面的應用中具有重要的意義，它們是計算數學中的重要研究方向。本書系統介紹了這方面的最新研究成果，同時也給出了很多公開性問題。這些問題不僅對從事函數插值、數值分析、逼近理論等數學研究領域的科研人員，而且對從事計算機輔助幾何設計、數據擬合、流體力學等領域的研究人員都是非常有用的。

全書共分4章。第1章單變量整體光滑保存，分6節：1.相反的結論；2.Lagrange算子、Hermite-Fejér算子和Shepard算子的整體光滑保存；3.代數投影算子及其整體光滑保存性；4.Jackson三角插值多項式的整體光滑保存；5.三角投影算子及其整體光滑保存性；6.文獻與公開性問題。第2章單變量部分保形，分為4節：1.導論；2.Hermite-Fejér多項式與Grünwald多項式；3.Shepard算子；4.文獻與公開性問題。第3章雙變量整體光滑保存，分5節：1.導論；2.雙變量整體光滑保存的Hermite-Fejér多項式；3.雙變量整體光滑保存的Shepard算子；4.雙變量整體光滑保存的Lagrange多項式；5.文獻與公開性問題。第4章雙變量部分保形，分為4節：1.導論；2.雙變量部分保形的Hermite-Fejér多項式；3.雙變量部分保形的Shepard算子；4.文獻與公開性問題。

本書作者深入淺出地闡述了自己最近五年在GSPP和SPP方面所做的最新科研成果，提出了許多公開性問題。本書適合從事數值分析、函數逼近、數據擬合、計算機輔助幾何設計、流體力學以及其它相關應用科學領域的科研人員、工程師和研究生閱讀和參考。

朱永貴，博士

（中國傳媒大學理學院）

Tschu Kangkun, Professor

第3篇：流體力學研究方向范文

【關鍵詞】同軸旋轉圓臺；雷諾數

1.前言

旋轉流體運動是流體力學中一個重要的研究課題， 其中的兩旋轉柱體間隙區域上的流動問題在軍事方面、能源與動力工程方面等方面有著廣泛的應用。拉格朗日-歐拉方法（以下簡寫LE）是流體力學領域中比較常用的計算方法。LE方法中使用的是多邊形網格，是通過將整個求解區域按Voronoi規則劃分得到的，這種劃分流場的方式可確保流動單元在流場中沿流線做連續、平滑的運動。在流動發生一段時間之后，各流動單元及其相鄰點的位置發生變化，還要按該規則重新劃分流場。LE方法在構造差分格式時，流動單元的應變率、應力和壓力都定義在多邊形的中心，而速度分別定義在多邊形的中心和頂點上。

在使用L-E方法時，可以對其中流動網格的生成和邊界條件的處理等內容做了進一步改進，使之能夠處理各種復雜邊界條件下流體的流動問題。

2.數值模擬圓臺間流體流動

2.1基本數學模型

考慮一個同軸旋轉圓臺，圓臺中充滿不可壓縮流體，內、外圓臺均以一定的角速度旋轉。當t=0時，流體由頂面入口處流入，入口和出口是自由面。流體滿足N-S方程：，其中 分別表示流體的速度、密度、壓力和運動學粘性系數。邊界條件為：，，， ， 其中∑1、∑2、 ∑top和∑base分別表示內、外圓臺的壁面，圓臺裝置的頂部和底部表面。

用計算機軟件模擬出圓臺間的流體后，將數據文件導入到處理器中，然后沿著旋轉軸Z軸截面取值，從而得到每一個Z軸值所對應的速度和壓力值：

，其中分別為zi面上三個方向的速度矢量值，Pij為zi面上的壓力值， n表示在zi面上總共取到的點的數目。

2.2畫出圓臺網格

本文中對旋轉液膜反應器進行模擬，先建立一個外圓臺，然后再建立一個同軸的內圓臺作為轉子。模型尺寸按照真實旋轉液膜反應器的尺寸進行構建。

在對指定的問題進行圓臺流體模擬之前，首先將要計算的區域離散化，即把空間商連續的區域劃分成許多個子區域，并確定每個子區域中的節點位置及該節點所代表的控制容積，從而生成網格。

2.3模擬條件的設定

（1）根據雷諾數公式算出在固定Re值下的轉子的轉速。上部為流體入口，下部為出口，外部圓臺在不同的情況下設為不同的邊界條件。在低雷諾數時，采用層流模型。

（2）臨界流量的概念 ：一定間隙與轉子轉速條件下的這一固定的流體加入速度為臨界流量。在一定的間隙和轉速情況下，流體只能以某一固定的流速加入到反應器中間，由于反應器上部的入口處是一個開放的體系，與大氣相通，因此當流體的加入速度小于這一固定流量時，旋轉液膜反應器的反應空間中會被帶入大量的空氣，導致圓臺內部的流體不再為單一流體，使研究的流體運動不準確；而當流體的加入速度大于此值時，流體會從反應器的入口處溢流出反應器外界。在本次模擬中，將初始速度設為0.015m/s.

（3）計算區域網格化以后，用有限數目的離散點的值來表示連續的計算域，微分方程即可以轉化為代數方程組。本文數值模擬采用有限體積法、分離式穩態算法對控制方程進行離散，它在每個控制容積中對控制方程進行積分，導出離散方程，采用二階迎風格式進行離散。將控制方程離散變為代數方程后，即可開始求解。

3. 實驗結果

本次模擬均是低雷諾數條件下，對圓臺間流體流動進行的數值模擬計算。內圓臺到外圓臺之間的流動非常規則和均勻，同時側面的流動亦是如此，由此我們可以斷定在Re=50時，流動是穩定的層流。

3.1內、外圓臺同向旋轉

根據基本模型： 。當內、外圓臺同向旋轉時，雷諾數為：。如同2.3的模擬計算流程，其中外圓臺的雷諾數設置的數值是100，內圓臺設置的數值是50，因此這次模擬的雷諾數值是50。下面是所得到的結果圖：

左圖是內圓臺的速度等值線，右圖是外圓臺的速度等值線。從圖中可以看出：內圓臺的速度等值線整體小于外圓臺的值。

下面再來研究壓力、速度和Z軸的關系。

從圖中可以看出：在內、外圓臺同向旋轉的情況下，壓力和速度與Z軸的近似線性關系仍是很好。與內圓臺旋轉、外圓臺固定情況不同的是，速度和壓力的值都有所增大。雖然兩種情況的整體雷諾數值是相同的，但是在外圓臺也旋轉情況下，流體的速度和壓力的值都改變了，值變大了。

3.2內、外圓臺異向旋轉

根據基本數學模型：。當內、外圓臺異向旋轉時，雷諾數為： 。其中外圓臺的雷諾數設置的數值是50，內圓臺設置的數值是50，因此這次模擬的雷諾數值是100。

當內、外圓筒異向旋轉時，存在一個區域，在該區域內流體的流動狀態是穩定的層流。對于圓臺裝置，經過模擬分析，我們發現在低雷諾數時，圓臺間的流體的流動狀態也是穩定的層流。

經由處理得到的壓力、速度和Z軸關系圖如下：

3.3三種模擬情況的對比

我們將上述兩種模擬結果與“內圓臺旋轉，外圓臺固定”的情況作對比。

從上圖可以看出：三種情況下的速度遞減斜率幾乎相同。壓力的遞減斜率變化則比較大。

3.4展望

我們已經知道流體的臨界流量對流體流動模擬的重要性，因此可以研究圓臺入口給出流體的入口速度。雷諾數Re、圓臺半徑R1、R2的關系，可以經過一定數量的數值模擬，得到流速與以上幾個參數的無量綱化后給出。這對現實的實驗研究有著很重要的應用意義。

4.結論

通過對同軸旋轉圓臺間流體的運動做數值模擬，將模擬的數值結果進行處理后，畫出流體壓力和流速等關于旋轉軸Z軸的關系圖。結果表明：在低雷諾數時，內圓臺旋轉、外圓臺固定，流體的流動狀態是穩定的層流；當內、外圓臺同向或者異向旋轉時，只要保持低雷諾數，流體就也仍是穩定的層流；并且當內外圓臺同向旋轉時，壓力和速度的值變化斜率較大，外圓臺固定時的壓力和速度的值變化斜率較小。

參考文獻：

[1]Arne Schulz， Gerd Pfister. Bifurcation and structure of flow between counter-roating cylinders. Institute of Experimental and Applied Physics[J].

[2]郭盛昌.旋轉液膜反應器對沉淀反應的強化作用研究[D].北京：北京化工大學，2009.

[3]王賀元，李開泰.Couette-Taylor流的譜Galerkin逼近[J].應用數學和力學，2004，10（25）：1083-1092.

第4篇：流體力學研究方向范文

[關鍵詞]跨專業選修課 液壓與氣壓傳動 紡織工程 教學 實踐與體會

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）06-0138-03

隨著不同學科之間的相互交叉、融合、滲透而出現了交叉學科，而科學上的新理論、新發明的產生，新的工程技術的出現，經常是在學科的邊緣或交叉點上。因此，作為以人才培養為首要任務的高等院校應重視交叉學科將使學科本身向著更深層次和更高水平發展。交叉學科人才培養要求學生選修與本專業相關的基礎課程即跨專業選修課程，以使學生具備交叉學科及專業發展的必要基礎理論知識。紡織機械是一種集機、電、光、液、氣等于一體的裝備，其本身就要求相關學科交叉與融合。

本文以紡機液壓與氣壓傳動課程為例，分析了學生專業與跨專業選修課的特點，指出開設跨專業選修課程的必要性，重點闡述跨專業選修課程教學中遇到的問題及解決措施，對跨專業選修課程的教學和進一步實踐與探索具有普遍而又重要的意義。

一、學生專業與跨專業課程特點分析

現代科學的發展是在多學科交叉、融合、滲透中不斷發展的，對于人才能力的需求是多元化的、綜合性的。2008年11月11日，在2008諾貝爾獎獲得者北京論壇上，華人圖靈獎得主姚期智指出，多學科交叉融合是信息技術發展的關鍵：當不同的學科、理論相互交叉結合，同時一種新技術達到成熟的時候，往往就會出現理論上的突破和技術上的創新。在高等院校，開設跨專業選修課目的就在于讓學生掌握與自己專業相關的交叉學科的基礎理論知識，為學生進一步全面綜合發展提供后勁。

（一）學生專業特點分析

紡織工程專業培養具備紡織工程方面的知識和能力，能在紡織企業、科研、教學等部門從事紡織品設計開發、紡織工藝設計、服裝設計與工程、紡織生產質量控制、生產技術改造以及具有經營管理初步能力的高級工程技術人才。畢業生可在紡織行業、高等院校、科研院所、商檢等單位從事紡織品生產、紡織品貿易、教學、科研、開發及市場營銷等工作。紡織工程主要課程包括機械設計基礎、電工與電子技術、計算機原理及應用、紡織化學、紡織材料學、紡紗學、織造學、紡織品設計學、企業經營與管理、生物工程在紡織上的應用等。[1]

紡織工程是一個有關紡織產品設計、質量控制、生產技術等的系統工程。紡織機械是一種科技含量高，品種繁多，性能各異，批量中等，連續運轉，集機、電、光、液、氣等于一體的裝備。[2]紡織機械是紡織工業的生產手段和物質基礎，其技術水平、質量和制造成本，直接關系到紡織工業的發展。為提高紡織機械的高效化和自動化，一般紡織機械動力部分普遍采用液壓與氣壓傳動系統。比如DT-4C紡絲機液壓系統、ZTE型漿紗機液壓系統、清棉機氣動系統[3]等。學生在學習本專業的過程中，一個中心環節就是對于紡織機械本身構造與工作原理的了解和掌握，這對于學生后續就業、深造具有重要意義。因此，學生學習紡機液壓與氣壓傳動課程是自身專業屬性所決定的。

（二）跨專業選修課程與學生專業相關性

紡機液壓與氣壓傳動屬機電及機械類（非熱能與動力工程專業流體傳動與控制方向）專業的一門技術選修專業課，主要講解液壓氣壓元件及系統的基本原理、結構及其應用。要求學生在學習本課程之后，能夠掌握液壓及氣壓傳動系統的特點和基本概念;熟悉各種液壓泵、液壓執行元件、液壓閥、液壓輔件和氣源裝置、氣動輔助元件、氣動執行元件、氣動控制元件;了解液壓和氣動基本回路，初步具有閱讀簡單液壓、氣動系統圖的能力。[4]這對于紡織工程專業學生來講，正是從事紡織工程專業產品設計、質量控制、生產技術的要求，尤其是在生產技術、質量控制方面，也是實現自身全面、綜合發展的需要。

二、跨專業選修課教學過程中的問題及解決措施

在從事跨專業選修課程紡機液壓與氣壓傳動教學中，筆者遇到學生專業基礎薄弱、重視程度低及興趣不濃、適用教材參考資料少、實踐環節欠缺、考核方式選擇等普遍而又實際問題，現逐一分析并提出探索性的解決措施。

（一）學生專業基礎薄弱

紡機液壓與氣壓傳動是一門主講液壓氣壓元件及系統的專業技術課，它除要求學生具備機械設計基礎、電工電子技術等基礎知識外，更重要的是要求學生具備流體力學基礎知識。流體力學是理解和掌握好液壓氣壓元件及系統的核心專業基礎知識。而紡織工程專業學生沒有先修流體力學相關課程，這給學生理解相關問題比如液動力、氣穴現象等造成先天不足和困難。

因此，在進行液壓氣壓元件及其系統教學之前，對學生進行流體力學基礎部分的補充教學十分必要。在本課程中主要講解流體靜力學、流體運動學及動力學基礎知識，讓學生了解液壓與氣壓傳動中工作介質――液壓油和空氣的基本屬性比如黏性等，連續性方程、動量方程及伯努利方程等基本定律，雷諾數及流態等流體流動規律。這對于學生后續學習和掌握液壓氣壓元件基本工作原理及性能分析提供有力保證，也使得教學過程更加順暢、高效。

（二）學生重視程度低及興趣不濃

選修課在學生看來，一般認為是不重要的、與自身專業關系不大的課程。尤其在學分制下，學生的主要目的在于拿學分。因此，在學習過程中，學生重視程度及興趣遠不如必修課程和專業課程，他們通常有這樣的表現形式――不專心聽講。這對選修課程的教與學造成一定的不良影響。

“興趣是最好的老師”，只有學生對課程產生濃厚的興趣，才能激發他們的學習熱情與主動性。在紡機液壓與氣壓傳動教學中筆者始終貫穿紡織機械與液壓氣壓傳動相結合的思想，使液壓氣壓傳動扎根于紡織機械土壤中，讓液壓氣壓傳動烙上紡織工程的專業特色。在一開始的緒論教學中，除了介紹液壓氣壓傳動在國防、工業生產及生活中的應用，更重要的是介紹其在紡織機械中的廣泛應用，比如簡介液壓式壓輥加壓系統、GA331漿紗機液壓無極變速器控制牽引輥傳動系統等，激發學生的學習興趣和熱情。在平時教學中，比如講解液壓泵、液壓閥及液壓執行元件時，有意識地介紹其在相關紡織機械中的應用及舉例，播放紡機液壓氣壓系統實際工作過程錄像。另外，結合時事新聞講解相關知識，比如在講液壓換向閥及液壓基本回路及系統時，結合最近（2014年10月17日）為紀念中法建交50周年，法國設計制造的巨型機械神獸“龍馬”和“蜘蛛”在北京奧林匹克公園蘇醒，進行巡游表演的新聞，其中巨型機械神獸“龍馬”和“蜘蛛”使用最先進的自動化控制系統和電子設備控制，它可以行走、騰躍，[5]其動力及執行部分就是液壓系統，從相關新聞報道圖片中可以直接看到液壓多路換向閥及液壓缸。這對于激發學生對紡機液壓與氣壓傳動課程的學習十分有利，可以極大地促使他們產生興趣，進行主動學習，也有力地促進課堂教學的順利開展。

（三）適用教學參考資料少

目前，熱能與動力工程專業流體傳動與控制方向專業（即液壓專業）對于液壓氣壓傳動有一個系統的學習體系，主要課程包括流體力學、自動控制原理、液壓元件、液壓傳動系統、氣壓傳動系統、液壓控制系統、液壓技術進展等專業課程，其知識模塊之間具有一定的內在邏輯關系，使用的教學參考書籍比較模塊化、專業化。這對于紡織工程學生來講，在有限的學時內學習，有較大的困難。而且，目前還沒發現一本既有機結合相關課程核心知識“流體力學――液壓元件――液壓氣壓傳動系統――液壓控制系統”又結合紡織機械專業背景的適用教學參考書目。

筆者在現有的液壓教材中找到兩本比較適合的書籍：《紡織機械液壓與氣動技術》（魏俊民主編），《液壓氣壓傳動與控制》（冀宏主編）。前者特點是在講液壓與氣壓系統時很好地結合紡織機械中的液壓與氣壓傳動系統進行分析和講解;后者則從最基礎的流體力學基礎――液壓元件――液壓系統――氣壓元件――氣壓系統，全面系統地介紹了液壓氣壓傳動的基本原理。[6]在講授過程中，筆者結合兩本書，一方面補充學生欠缺的流體力學基礎，另一方面結合學生的紡織機械專業知識，講解液壓氣壓元件及系統的基礎理論及應用，收到了較好的教學效果。

（四）實踐環節欠缺

紡機液壓與氣壓傳動作為一門講解液壓氣壓元件及系統的專業技術課，本身具有實踐性強的特點。但在跨專業選修課中教學大綱并沒有安排相應的實踐教學環節，學生缺乏對于液壓元件及系統的直觀認識和感受，這也可導致學生學習興趣低、熱情不夠，實踐動手能力不足。

在課堂教學中對重要液壓元件比如液壓泵、液壓閥等進行實物拆裝，讓學生直觀認識元件結構，這對于其理解相關工作原理有很大好處。另外，可選擇性進行實驗演示，如液壓泵性能實驗、液壓閥性能實驗、液壓氣壓回路及系統性能實驗等。對學有余力或者感興趣的學生開放實驗，讓他們自己動手操作，這對于學生的專業認知和理解會更加深刻到位。

（五）考核方式的選擇

在紡機液壓與氣壓傳動的教學大綱中規定考核方式為綜合測評。一般的選修課大多采用“出勤成績+答辯（或大作業）”的形式進行綜合測評。但我們認為，作為一門技術型的專業選修課程不應該是技術概論型的課程，要實實在在地在學生的腦海中留下一些印象，就要對學生的后續學習、就業、深造等提供一些支撐。而答辯或大作業往往只側重于某一塊知識的考查，對于學生的整個液壓氣壓傳動知識體系的構建意義不大，同時也對教師掌握教學效果以及后續教學改進提供不了太多的有效信息。

參考必修課程和專業課程的考核方式，提出并采用“出勤成績×30%+‘測試1’×40%+‘測試2’×30%”的考核方式。其中將測試部分分為測試1和測試2（均為閉卷考試），測試1側重于液壓氣壓元件基本原理、符號識別的考查，測試2側重于液壓氣壓基本回路及系統的識別與分析。通過批閱試卷，發現學生對于液壓氣壓傳動基本原理及元件符號識別掌握得不錯，但是對于液壓氣壓基本回路及系統的分析能力欠缺，因此，教師可以根據這些信息，在結課時，再次重點講解相關知識，可以有力填補學生的知識漏洞，同時也為后續教學活動的進一步改善提供有力信息，比如教學中加強和提升學生液壓基本回路及系統的分析能力。

三、總結

紡機液壓與氣壓傳動是紡織工程專業一門十分必要的跨專業選修課程，其講授的有關紡織機械的液壓氣壓傳動知識直接關系到紡織產品質量控制和制造成本以及紡織工業的發展，同時也是培養交叉綜合型紡織工程人才的需要。作者以跨專業選修課程紡機液壓與氣壓傳動的教學為例，重點闡述跨專業選修課程教學中遇到的學生專業基礎薄弱、重視程度低及興趣不濃，適用教材參考資料少，實踐環節欠缺，考核方式的單一等大多數跨專業選修課程所面臨的普遍而實際的問題，并逐一進行分析，提出探索性的解決措施。這對跨專業選修課程的教學和進一步實踐與探索具有普遍而又重要的意義。

[ 注 釋 ]

[1] 蘭州理工大學紡織工程專業培養計劃[M].蘭州：蘭州理工大學，2010.

[2] 陳革，楊建成.紡織機械概論[M].北京：中國紡織出版社出版，2011.5.

[3] 魏俊民.紡織機械液壓與氣動技術[M].北京：紡織工業出版社，1986.

[4] 蘭州理工大學液壓氣壓傳動課程教學大綱[M].蘭州：蘭州理工大學，2013.

[5] 中國網，法國巨型機械“神獸”將在京演繹“龍馬精神”（高清組圖），2014.10.10.

[6] 冀宏主編.液壓氣壓傳動與控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.

第5篇：流體力學研究方向范文

關鍵詞：化工裝備；課程體系；工作任務；技能；背景知識

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）41-0215-02

一、構建基于工作任務的課程體系思路

“高職化工裝備技術專業綜合改革”是四川省教育廳2011年高等教育質量工程立項建設項目，化工裝備技術專業課程體系建設是化工裝備技術專業綜合改革的重要部分之一，本文介紹的課程體系已經在我院2010級開始試行。機械工程系邀請化工裝備技術行業企業專家、人力資源部門負責人、生產一線技術人員和管理人員組成專業建設委員會，課題組通過市場調研，召開專業建設會議，并廣泛征求教師、行業企業專家和技術人員意見，指導化工裝備技術專業課程體系建設，提出了基于工作任務的核心課程體系建設的方案。通過對化工裝備技術專業所對應的職業崗位進行分析，提煉出適合教學的主要49個工作任務，對崗位的工作任務進行組合，將崗位背景知識、工作過程的相同或相近知識點、技能點進行歸納分類，以化工裝備為載體、化工裝備維修為核心，將化工裝備的構造、原理、基本故障診斷和維修等融為一體構建一門課程，遵循由簡單到復雜、由單一到綜合的認知規律，形成專業核心課程體系。打破傳統的以學科體系為基礎的課程體系。在這一課程體系中把工程力學相關理論融入到機械結構設計與裝配中，化工原理、流體密封的相關知識融入到流體機械結構與維護、化工設備結構與維護等課程中，構建基于工作任務的核心課程體系。

二、化工裝備技術專業核心課程體系構建

1.化工裝備技術專業崗位工作任務的確定。成立由專業帶頭人、骨干教師、企業專家、能工巧匠、行業專家組成的專業建設委員會，指導專業建設工作。通過對典型企業調研，確定本專業職業崗位的工作任務，這些任務包括機械零件圖閱讀、機械零件測繪、加工、熱處理，通用零部件的選擇、裝配與維修，液壓系統維護、各種化工設備的運行、維護、安裝修理，各種化工機器的運行、安裝修理、設備管理等49個主要工作任務。羅列完成工作任務所需知識和能力，對工作任務進行分解、組合，以典型化工裝備為載體，將化工裝備的構造、原理、基本故障診斷和維修等融為一體，構建一門課程。

2.課程體系的構建方法。遵循由簡單到復雜，由單一到綜合的認知規律，形成基于工作任務的核心課程體系。加強實踐環節，將實踐進一步的具體到位，以任務驅動、項目導向法進行課程內容重組，按照理論夠用為度、突出實踐的原則，融合職業資格證書所需的能力內容，將工作領域的工作任務和內容轉為學習領域的課程教學內容。進一步的完善，使課程體系、教學的內容更加貼近科學化，實際現實化，使形成完整的可執行的課程體系方案。

3.化工裝備技術主要核心課程的構建。第一，機械制圖。所對應的工作任務為零件圖閱讀和零部件圖的繪制；所需技能和背景知識為制圖的基本知識、零件的表達方法、零件圖、裝配圖繪制與閱讀。第二，互換性及技術測量。所對應的工作任務為零部件的加工，所需技能和背景知識為尺寸幾何精度及測量。第三，工程材料及成型。所對應的工作任務為零部件的熱處理，所需的技能和背景知識為材料的基本知識、熱處理、熱成型、普通機械加工方法及設備、數控加工技術及設備與特種加工技術及設備。第四，鉗工操作訓練。所對應的工作任務為鉗工操作，按照鉗工基本進行訓練。第五，機械結構設計與裝配。所對應的工作任務為通用零部件的選擇、裝配與維修。所需的技能和背景知識為常用構建、聯接件、機械傳動、周、軸承、彈簧等結構特點、工作原理、選型與安裝。第六，液壓傳動。所對應的工作任務為液壓系統維護，所需的技能和背景知識為液壓傳動的工作原理及組成、流體力學基礎、液壓元件、典型液壓回路、傳動系統、液壓控制系統。第七，化工生產基礎。所對應的工作任務為化工生產實習，所需的技能和背景知識為常見化工生產工藝、工作過程知識，管道、閥門的標準、結構、安裝維護等。第八，化工設備結構與維護。所對應的工作任務為化工設備的保溫、隔熱，換熱器的故障判斷與維護；塔設備的運行、維護與檢修；反應設備的運行、維護與檢修。所需的技能和背景知識為傳熱學原理、換熱器的結構、工作原理、運行、維護、檢修知識；氣體的吸收、精餾原理，塔設備的結構、工作原理、維護與檢修等；反應設備工作原理，反應釜密封、攪拌類型，反應容器的結構、運行及維護檢修等。第九，壓力容器結構與制造。所對應的工作任務為壓力容器設計與制造，所需的技能和背景知識為壓力容器分類、結構、強度計算，主要零部件、壓力試驗和氣密性實驗的操作方法，壓力容器制造工藝及無損檢測。第十，流體機械結構與維護。所對應的工作任務為離心泵及其他類型泵的運行與維護、離心式壓縮機及風機的運行與維護、活塞式壓縮機運行與維護，所需的技能和背景知識為流體力學基礎知識、工程熱力學基礎知識、流體密封與結構，泵、壓縮機、風機的工作原理、結構、運行與維護、選型、檢修與安裝。第十一，分離機械結構與維護。所對應的工作任務為分離機械的運行、故障診斷、安裝修理，所需要的技能和背景知識為介質特性、沉降、過濾、萃取、離心分離原理、分離機械原理、結構、運行、維護、檢修與安裝。第十二，化工機械狀態監測。所對應的工作任務為化工機器振動監測與處理，所需的技能和背景知識信號處理、旋轉機械故障診斷與處理。

化工裝備技術專業基于工作任務的核心課程體系建設項目，已經在我院2010級開始試行，相應的校本教材已編寫完成，我們將在今后的教學實踐中，不斷的完善和提高，根據教學的實際情況來不斷的完善校本教材，根據規范的校本教材來具體實施，用以取得良好的效果，為化工行業和地方經濟的發展提供高素質高技能的專門技術人才。

參考文獻：

[1]姜平.試論基于工作過程的高職專業課程體系的構建[J].中國職業技術教育，2008，（34）：24-25.

[2]崔秀敏.構建以職業能力為本位的高職課程體系[J].中國成人教育，2008，（1）：100-101.

[3]魏勝宏.優化高職課程體系培養學生可持續發展能力[J].鎮江高專學報，2009，（4）：70-73.

[4]唐樹伶.以能力為核心的高職課程體系的構建[J].中國成人教育，2009，（15）：74-75.

第6篇：流體力學研究方向范文

【關鍵詞】interFoam;OpenFOAM;兩相流;計算流體力學

The Application of Two-phase Flow Solver interFoam in Numerical Simulation

ZHANG En-zhen

（Bridge Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China）

【Abstract】The numerical simulation of two-phase flow become one of the focus in CFD lately，interFoam is a solver in CFD software，OpenFOAM.It can simulate the two-phase flow and deduce the interaction between fluid and air brilliantly. Inheriting the object-oriented feature from C++，it is becoming more and more popular.

【Key words】interFoam; OpenFOAM; Two-phase flow; Computational fluid dynamics

0 引言

計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）是通過計算機數值計算和圖像顯示，對包含有流體流動和熱傳導等相關物理現象的系統所做的分析。與實驗研究相比，CFD計算具有速度快、成本低、資料完備等優點。

目前流行的CFD計算軟件有Fluent、OpenFOAM等，其中penFOAM是Open Field Operation And Manipulation的英文縮寫，很形象的概括了這款軟件（嚴格的說，應該是開源的C++代碼包）的特點：開源、直接對場操作、運算和處理。由于代碼是開源的，所有代碼均用戶可見、可改、可重用，該軟件具有非常大靈活性，幾乎可以實現所有的用戶自定義邊界條件（時間相關、空間相關均可）、所有的來流條件，用戶可以任意修改的N-S方程表達式（包括添加源項，添加新的場量，如溫度），支持幾乎所有的網格形式（包括結構、非結構網格）。

兩相流的數值模擬是近年來的CFD領域研究的熱點和前沿課題之一，目前流行的CFD計算軟件都有各自的兩相流求解器，interFoam是OpenFOAM中最基礎最完善的兩相流求解器。

1 interFoam及其特點

OpenFOAM有許多兩相流求解器，interFoam是其中之一，用來求解不摻混的兩相流（摻混指的是一種流體分布在另一種流體當中，如氣泡在液體中的運動）。InterFoam求解器中對于兩相流自由界面的捕捉即是使用的流體體積法（VOF），而對于空間離散則是采用的有限體積法（FVM）。

interFoam是當下眾多用于模擬兩相流動是數值方法和代碼中的一個流體體積法（VOF）數值工具，其正越來越受到更廣泛的關注和應用，Trujillo.M.F [1]等（2011）的文章中也說明了這一點。這個VOF求解器最早是被Ubbink用在FOAM框架中的，其從最初的版本到現在經歷了不斷的改進。其如今的代碼格式是OpenFOAM軟件下的C++庫中的一部分，通常用來對一系列與計算方法有關的偏微分方程作有限體積離散。C++語言面向對象的技術特點使其能與眾多同類數學工具相競爭，也使得在其拓展和改進時，對高階矩陣的操作更加容易。除此之外，還有其他一些優良的特點使得這一工具更具競爭力，如很容易實現并行、支持前處理和后處理工具、錯誤檢查機制、可選的時間和空間離散化方法等等。

2 數值計算方法

N-S方程是公認的適用于所有流體的普適性偏微分方程，時間控制的三維可壓縮牛頓流體運動及熱量傳遞控制方程為：

■（1）

方程存在極少的解析解，而通常工程問題應用中都是以取得偏微分方程的數值解為目標。大多數情況下計算N-S方程的精確解所需的計算量是巨大的，對工程問題是不可行的。這時候就需要一些簡化的假設及模型使實際計算問題變得經濟上可行。在interFoam求解其中假設流體是非粘性的，采用的控制方程為歐拉方程。

OpenFOAM采用有限體積法對偏微分方程進行空間離散。計算區域被分解成各個控制體，即離散的體積元。偏微分方程的通量形式在不同體積元之間相互聯系。因為通常情況下流出體積元的通量是等于流入其的通量，所以一般有限體積法是守恒的。所涉及的量值（速度、壓力等）是計算在體積元的質心的。相鄰質心之間的數值可以通過差值來確定。

interFoam求解器是使用流體體積法（VOF）來進行界面捕捉的。其使用一個稱為相參數（phase fraction，同上節的體積分數F）的特性數來捕捉自由流體界面。在OpenFOAM 1.5dev版本中，這個相參數是用字母γ來表示的，更新的版本則是用α來表示。這個參數是通過流場中對流來運輸的，參數輸運方程如下：

■（2）

在只含有氣體的體積元中此參數值為0，在充滿液體的體積元中此參數值為1。在含有氣體和液體接觸的自由界面的體積元中，此參數值介于0和1之間。

interFoam中所使用的VOF方法有人為分散水汽接觸界面的趨向，保持接觸面形狀清晰的一個方法是在垂直于接觸面出施加人工壓力梯度。在OpenFOAM中，人工體積力梯度可以通過cGamma設置來進行控制。

3 interFoam的應用

表1對interFoam求解器最新的應用實例做了一個列舉。

表1 最新應用interFoam的相關研究

Jonas Andersson（2011）曾利用OpenFOAM軟件中的interFoam求解器對波浪及波浪引起的應力進行了數值模擬，并與實測數據進行了對比以驗證此求解器的準確度。

blockMesh是OpenFOAM附帶的工具之一，可以用來生成簡單幾何形狀的網格。同OpenFOAM其他工具一樣，blockMesh也是通過路徑文件夾（dictionary）控制的，這使得參數化網格更加方便。輸入若干關鍵參數便可以生成復雜網格，在原來參數上改動少許數據，則可以生成完全不同的復雜網格。這讓blockMesh工具非常適合用于有幾何相似性的一族網格的分析研究，比如參數最優化對網格的影響的研究。

ParaView是一個開源的數據分析及可視化后處理的工具。通過語句分析接口（Message Parsing Interface，MPI）ParaView可以并行運行，使得大量數據可以快速分析。同其他大部分后處理軟件一樣，ParaView可以交互地3D化地運行。

Suraj S Deshpande [14]等（2012）曾對OpenFOAM中的interFoam求解器在求解兩相流的性能方面做過評估。通過不同的確定性指標測試，他們對此求解器做了一個全面的整體評估，這些測試內容包括：（1）（動力學）純對流確認性測試;（2）高韋伯數限制的動力學性能;（3）表面壓力驅動流動的動力學性能。相對應于（1），在此測試中，interFoam求解器的性能表現能夠與已有的代數算法――流體體積法（VOF）相比對;然而，值得注意的是，其同那些幾何重建算法（geometric reconstruction scheme）還是不可比的。在（2）中，對于高密度比（θ～103）慣性驅動流動的模擬，其余理論值和實驗結果表現出了高度的一致性。在（3）中，表面張力的影響十分重要，壓力表面張力演變的連續性和曲率的準確性是也是十分重要的，這也與Francois等（2006）的結論相符。與此同時，他們也作了其他的一些測試，主要結論有：（a）interFoam的算法能夠保證壓力和表面張力變化的連續性;（b）此求解器計算的曲率值與理論值有微少差異（10%左右），而且在此過程中略有變動。為了減少假性流動的擾動影響，他們在Galusinski和Vigneauxd（2008）的研究上更進一步，提出來一下interFoam毛細流動模擬穩定性的準則：

Δt≤max（10τμ，0.1τρ）（3）

其中τμ=μΔx/σ，τρ=■;他們還對于霧化有關的一些毛細流動做了模擬，得到的結果與已有文獻中的數據也較為符合。

【參考文獻】

[1]Trujillo M F， Alvarado J， Gehring E， et al. Numerical simulations and experimental characterization of heat transfer from a periodic impingement of droplets[J]. Journal of Heat Transfer， 2011，133（12）：122201.

[2]Berberovi■ E， van Hinsberg N P， Jakirli■ S， et al. Drop impact onto a liquid layer of finite thickness： Dynamics of the cavity evolution[J]. Physical Review E， 2009，79（3）：036306.

[3]Maiwald A， Schwarze R. Numerical analysis of flow-induced gas entrainment in roll coating[J]. Applied Mathematical Modelling， 2011，35（7）： 3516-3526.

[4]Srinivasan V， Salazar A J， Saito K. Modeling the disintegration of modulated liquid jets using volume-of-fluid （VOF） methodology[J]. Applied Mathematical Modelling， 2011，35（8）：3710-3730.

[5]Liu X， García M H. Three-dimensional numerical model with free water surface and mesh deformation for local sediment scour[J]. Journal of waterway， port， coastal， and ocean engineering， 2008，134（4）：203-217.

[6]Ishimoto J， Sato F， Sato G. Computational prediction of the effect of microcavitation on an atomization mechanism in a gasoline injector nozzle[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power， 2010，132（8）：082801.

[7]Raach H， Somasundaram S， Mitrovic J. Optimisation of turbulence wire spacing in falling films performed with OpenFOAM[J]. Desalination， 2011， 267（1）：118-119.

[8]Roisman I V， Weickgenannt C M， Lembach A N， et al. Drop impact close to a pore： experimental and numerical investigations[C]//ILASS―Europe， 23rd annual conference on liquid atomization and spray systems， Brno， Czech Republic. 2010.

[9]Ashish Saha A， Mitra S K. Effect of dynamic contact angle in a volume of fluid （VOF） model for a microfluidic capillary flow[J]. Journal of colloid and interface science， 2009，339（2）：461-480.

[10]Saha A A， Mitra S K， Tweedie M， et al. Experimental and numerical investigation of capillary flow in SU8 and PDMS microchannels with integrated pillars[J]. Microfluidics and nanofluidics， 2009，7（4）：451-465.

[11]Ashish Saha A， Mitra S K. Effect of dynamic contact angle in a volume of fluid （VOF） model for a microfluidic capillary flow[J]. Journal of colloid and interface science， 2009，339（2）：461-480.

[12]Trujillo M F， Alvarado J， Gehring E， et al. Numerical simulations and experimental characterization of heat transfer from a periodic impingement of droplets[J]. Journal of Heat Transfer， 2011，133（12）：122201.

[13]Deshpande S S， Trujillo M F， Wu X， et al. Computational and experimental characterization of a liquid jet plunging into a quiescent pool at shallow inclination[J]. International Journal of Heat and Fluid Flow， 2012，34：1-14.

第7篇：流體力學研究方向范文

[關鍵詞]環境控制；自然通風；熱舒適度

一、前言

在現代博物館設計和建設中，建筑師不只是要考慮如何設計、創造一個良好的室內參觀和工作環境，也要對相關室內空間空氣質量控制提供有效的解決辦法，因為博物館空氣質量的優劣，直接關系到文物的安全保藏。室內環境控制主要通過通風、污染源控制和凈化處理三種手段實現。

由于通風控制具有節能、便于操作等優勢，在大力倡導節能減排的時代背景下，現代建筑的環境控制設計中，通風控制仍占有不可替代的重要位置。特別是自然通風，在計算機模擬技術、計算流體力學、數值數學等現代科技手段的支撐下正煥發出新的活力，自然通風在綠色建筑設計中被大量采用，設計合理的自然通風比機械式通風的環境控制效果更具有優越性。

通風模擬計算，通過物理的基本定律，利用流體力學和計算機相關理論和技術，對環境的熱交換、介質流動等過程進行模擬預測，從而為環境分析及控制技術改造提供輔助評價和指導方案。

結合國內某博物館的大型室內展廳環境控制技術升級改造計劃，簡要介紹通風模擬計算相關技術，提出改造方案，并對方案的效果進行分析。

二、現場環境

該博物館位于海濱沙灘之上，與海岸線的直線距離不足500米，高溫季節長，光照充足。所要進行環境控制改造的展廳是該館最大的主體建筑，展廳全長88米，寬40米，地面距弧形穹頂的最高處為25米，整個的室內空間體積達4萬立方米，屬于超大建筑空間。該展廳分為上下兩個功能區，下層功能區是一個巨大的水池，幾何尺寸約40米*20米，深12米，上層為觀眾參觀通道和工作平臺。展廳能夠和外界進行空氣交換的地方是位于上層功能區參觀通道和工作通道的四扇們，尺寸為1.5米*2米。其余部分，為全部密封的空間，最上層的弧形穹頂覆蓋有大面積的采光玻璃，由于室內配備的空調和通風系統不足，特別是夏季，由于光照的作用，展廳內潮熱嚴重，光照加熱后的穹頂與室內水池相對的低溫區域，極易形成逆向溫差，富含養分的水體及現場文物發掘作業面淤泥中釋放出來的有害氣體（硫化氫、氨、氮氧化物、硫化物等），會積聚在展廳的底層，很難擴散稀釋，給人員健康和文物的安全保藏帶來隱患風險。

三、物理模型網格的建立與劃分

空間網格的建立與劃分是數值模擬計算的重要準備工作，數值模擬的準備性取決于網格的質量，網格的數量又會影響數值計算的工作效率，所以在網格數量劃分和質量之間要相互協調、合理分布。對于該案例來說，具有空間大、幾何形狀較復雜的特點，可以適當采用比較稀疏的網格；而另一方面，該室內空間氣流流動性較差，特別是梯度大的污染源、門、墻等處，在這些區域又要適當增加網格的密度。因為邊界層（網格靠近墻面處）對計算壁面剪切力和熱傳導系數具有重要意義，所以在此處的網格劃分時，將網格厚度設為1mm。

（一）通風模擬計算的理論基礎

模擬計算的主要理論來源于計算流體力學，計算所用的基本控制方程有能量守恒方程、動量守恒方程、質量守恒方程。在具體的計算中，可以運用如下三個湍流模型：雷諾時均法、大渦模擬、直接數值模擬技術。

本研究采用的是雷諾時均法，這也是目前在工程中應用比較廣泛的計算方法，它對模擬的具體場景要求較高，需要給出比較具體的場景信息獲得相應的湍流模型，優點是計算量較小?？刂品匠探M包括：連續性方程、動能方程、能量方程（方程式略）

（二）數值模擬分析

X=16是具有特征性的代表性截面，Z=1m、Z=-4m截面是在pmv分析中使用的，其高度距離行人行走平面1米

四、展廳基本條件設置

在進行模擬計算前，要對模擬計算的大氣環境進行設定，根據這些事先設定好的基本參數進行穩態模擬計算，作為標準值，再此基礎上，再輸入動態的數值指標，完成一系列的模擬運算，得出模擬結果并加以分析。

內部濕度70%；屋頂曲面WALL，溫度T=38℃；室內底面（水體表面）WALL，溫度T=20℃；墻體、玻璃等，設定為絕熱；四扇門設為唯一通風口；回流溫度設為T=25℃

五、展廳模擬結果及分析

通過對模擬結果的分析，可以發現展廳門口附近區域有一定的氣流流動，而其它區域流動性很差。展廳的溫度為層狀分布，上部溫度高，下部溫度低，呈典型的逆溫特征。在X=16截面上，PMV指標均超過1以上，PPD均在40%以上，整個展廳的熱環境較差，熱舒適度不佳。特別是參觀平臺和工作平臺，PMV指標均和PPD極不理想，觀眾及工作人員處于比較惡劣的熱環境之中。對上述結果總結，得到如下幾個特征性結論：

1.根據速度填色圖，可以發現門附近處的速度較大，而且它區域的速度接近0，現實整個室內空間的氣流流動狀態較差。

2.由于室內垂直空間尺度較大，熱力自然對流作用明顯，沿著屋頂壁面處有向頂部流動的氣流，并可觀察到有明顯的熱邊界層。

3.門后的溫度低于門內溫度，熱空氣由門的上部流出，而門下部有冷空氣流入室內。

六、展廳自然通風的數值模擬

在設計大型室內空間的建筑中，出于節能減排的角度，自然通風往往是首先考慮的技術手段。因為采用空調系統對大型室內空間進行人工環境干預，其能耗是巨大的，如果能夠合理利用自然通風等手段，將大大降低空調系統的能耗，節省開支。

根據流體力學原理，高開口的自然通風口設置，更有助于氣流的流動，可以帶走室內大量的高溫氣體，同時又不會給空調系統帶來過多的額外能耗損失。

該博物館坐落于距海邊不足300米處，可以利用海風對室內環境進行改善控制，由于博物館主體建筑在已經完成，各個功能區已經固定下來（文物區位于展廳的最底層），人員和觀眾活動區也位于展廳的中、下部空間，設置高開口的通風控制方式，對改善室內空氣質量和環境舒適度影響不大。經過多方權衡論證，選定了在展廳較低的位置開口建立自然通風數值模型進行模擬。

（一）自然通風基本條件設置

通風口設置在展廳前后兩端的墻體上，海風速度v=3m/s，溫度t=26℃，濕度RH=80%。

（二）自然通風模擬結果及分析

由模型多截面風速圖可以看出，在x=0.1m處，大值區在海風入口處；在x=16m、x=35m處，觀眾所在的通道依然可以保持較大的風速，而中間的大值區呈不斷升高的趨勢直到屋頂；在x=87m處，大值區在出口處。自然通風狀態下，觀眾通道、實驗工作平臺的空氣交換獲得了較大的改善，PMV在±1之間，PPD

七、結語

該模擬研究，利用數值模擬模型，通過對室內的溫度場、空氣流場、污染物濃度場、PMV-PPD的分析，為展廳的通風改造提供輔助依據，獲得如下結論：

1.展廳在改造之前，室內溫度呈逆向的層狀分布，整個室內空間氣流流動較差，不利于污染氣體的擴散和排出。

2.原展廳通風通道（門）不利于空氣交換，熱量郁積嚴重，特別是觀眾通道和發掘工作區的熱舒適度差。

3.對展廳自然通風進行“改造”之后，展廳內觀眾通道和實驗工作平臺氣流流動狀態、污染物濃度和熱舒適度獲得了較大的改善；發掘工作區的氣流流動狀態改善不大，污染物濃度不會有較大的降低，而熱舒適度可以獲得一定的改善。

根據展廳數值模擬模型研究，可以為展廳的通風改造提供指導，能夠較為準確地預測設計方案的實施效果。通過該模擬模型的研究提出，如果在利用機械通風的同時，能夠借助周邊的自然環境，利用海風對展廳進行輔助自然通風，這對降低能耗有較大意義。

參考文獻：

[1]王昕，黃晨，曹偉武.自然通風在大空間建筑空調系統下室內熱環境中應用的理論分析及實測研究[J].暖通空調，2009，39（5）：62-66

第8篇：流體力學研究方向范文

關鍵詞：燃油噴嘴；調試技術；噴嘴結構；噴嘴流量

中圖分類號：V233 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0027-03

1 概述

燃油噴嘴是航空發動機的重要零件之一，它的主要功用是按照發動機不同的工作狀態，供給燃燒室合適數量的、具有良好霧化質量的燃油。其中噴嘴的供油量是保證發動機推力要求、影響燃燒效率和性能的一個主要指標。所以，發動機在裝配試車之前，必須將單個噴嘴的流量調試到符合設計要求，且每臺發動機必須裝用同一組流量的噴嘴，以保證出口溫度場的均勻。

本文根據流體力學的基礎知識以及加工過程中積累的經驗，對某型發動機燃油噴嘴流量的調試進行了較為全面的分析和探討。

2 燃油噴嘴結構及工作原理

某型發動機燃油噴嘴屬單油路離心式噴嘴，工作時，來自總管的燃油經支管進入殼體和油濾形成的環形空間，油濾體內設有縱向銑切槽，其中的兩條將燃油引入油濾，燃油沿著油濾的螺旋槽進入噴嘴殼體的通道，過濾后的燃油沿殼體的通道輸送到由分流桿、渦流器、噴口組成的霧化組件，然后由噴口噴出。

燃油經過渦流器上的四個切向槽時得到很大的扭矩，并以較高的切向速度進入渦流室，燃油受噴嘴圓形壁面作用形成了旋轉流動，同時，以較小的徑向速度和軸向速度向噴嘴內中心孔流動，燃油到達噴口邊緣時，開始以較高的軸向速度從噴口噴出。

3 影響燃油噴嘴流量的因素分析

上面對燃油噴嘴的工作原理進行了說明，下面對影響噴嘴流量的因素進行分析：

3.1 燃油噴嘴幾何特性與流量的關系

基本假設：燃油為理想流體；不考慮摩擦；零件質量符合設計圖紙要求。

根據該噴嘴的結構和工作原理可知：燃油在渦流室中的流動可看作是軸向運動與自由旋渦表面合成的螺旋運動。燃油在噴口中心形成一個空氣渦，且這個空氣渦的尺寸能保證噴嘴穩定工作時流量

最大。

切向進口通道面積增加，噴嘴幾何特性參數K增加（呈線性關系），從而使流量系數μ增加，流量增加；渦流室面積增加，噴嘴幾何特性參數K減?。ǔ史礁P系），從而使流量系數μ減小，流量減小；噴口出口中心孔面積增加，噴嘴幾何特性參數K減?。ǔ史礁P系），流量系數μ減小；但由公式（1）可知，流量與中心孔面積呈線性關系增加，因此最終流量仍將增加，不過不是呈線性關系。

對某型發動機燃油噴嘴而言：=4BH（B、H分別為切向槽的寬度和深度尺寸），=π，=π。

所以，渦流器切向槽寬度B、深度H、渦流室半徑R及噴口中心孔半徑rc都直接影響噴嘴的流量。

3.2 零件表面質量對流量的影響

上面介紹了噴嘴結構對流量的影響，而實際調試過程中，零件表面粗糙度及噴嘴內局部狀態對流量的影響也不容忽視。

零件表面粗糙度對流量的影響：當渦流器與噴口結合處表面有拉溝、劃傷或有缺口時，燃油除從4個切向槽進入渦流室中外，同時也從拉溝、劃傷或缺口處滲入，也就等于增大了進口通道面積，從而使流量變大。

噴嘴內局部狀態對流量的影響：上面的分析考慮的是理想流體，而實際流體因粘度的變化，對噴嘴流量的影響也不容忽視。噴嘴內局部狀態不同，因燃油粘性產生的局部損失不同，所以使噴嘴前后壓降不一樣，即噴嘴流量發生改變。

噴口的狀態直接影響了燃油在噴嘴內流動時產生的局部損失的大小。由流體力學知識可知：當B處為銳邊時，局部損失系數較大，因而流量較小，而B處呈光滑圓角時，局部損失系數較小，近似為零，流量就增大。

另外，渦流器4個切向槽的表面質量對流量的影響也很大，由于沒有這么小的銑刀，這4個槽只能用電火花加工，而電火花加工的表面不光滑，所以流量局部損失較大。

3.3 噴口、渦流器加工的形位誤差對流量的影響

燃油經渦流器的4個切向槽進入圓形壁面內，如果渦流器的大外圓對端面的垂直度Φ0.015達不到，那么渦流器與噴口就不能很好地貼合，此時燃油除從4個切向槽進入外，同時也從結合面進入，也就增大了進口通道面積，從而使流量值變得很大。

另外，燃油在圓形壁面作用下產生旋轉運動，然后從Φ1.35孔噴出。如果Φ1.35孔為橢圓，則A2

變大，從而也會使流量值變大。

4 某型發動機燃油噴嘴流量調試方法

在實際工作中，應該具體情況具體分析，并采取相應的調試方法。在保證供油壓力和試驗溫度符合要求的前提下，按前面分析的尺寸B、H、R、rc的大小對流量的影響，在進行流量調試時，改變上述幾何參數來達到設計規定的流量要求。

4.1 燃油噴嘴流量偏大時的調試

4.2 燃油噴嘴流量偏小時的調試

另一種增大流量值的方法是：因噴口轉接處為銳邊或近似銳邊，若將轉接處修成光滑圓角，則可使流量增大。當對流量為1210mL/min的噴嘴修研噴口轉接處后，流量可達到1270mL/min。

為了減少流量調試的難度，更好地保證零件的加工質量，我們在加工渦流器的4個切向槽時，將槽寬和槽深的尺寸加工至上差，且尺寸公差盡量控制在0.01mm范圍內，以保證流量試驗時流量值偏上差，又不至于超過太多。

4.3 燃油噴嘴流量值出現異常時的調試

當燃油噴嘴流量值出現異常時（與合格流量相差幾百毫升每分鐘），此時切不可盲目地按照上述方法進行修理，而應該仔細地分析其產生原因。

若比合格流量大幾百毫升每分鐘，則需將噴嘴分解，目視檢查渦流器與噴口相結合表面的質量，檢查表面是否有拉溝、劃傷或缺口等，如果有，則必須研磨渦流器或噴口的表面；如果沒有，則可能是渦流器未裝到底引起，重新裝到底即可；如果確信已裝到底，則可能是渦流器端面與大外圓不垂直造成，必須采用專用工裝校正。

若比合格流量小幾百毫升每分鐘，則可能是零件組合時支管與油濾的縱向銑切槽未對準造成，此時只需重新組合好就可以了。

5 結語

通過前面的討論，我們對某型發動機燃油噴嘴流量的調試有了比較全面的認識。加工者調試時只需針對不同的情況進行修磨就可以了，這樣就大大地提高了生產效率，同時也杜絕了因盲目修理而造成零件報廢，節省了生產成本。在實際調試過程中，在保證噴嘴流量的同時，還要保證噴嘴的霧化質量，這也就使得噴嘴的調試工作更加復雜。

參考文獻

[1] 張春霞.航空燃氣渦輪發動機噴嘴制造工藝[M].

[2] 西北工業大學，南京航空學院.航空燃氣渦輪發動機原理[M].

第9篇：流體力學研究方向范文

關鍵詞:EHD;離子風;電暈放電;電流體泵

隨著科學技術的發展,現代人對家居環境質量的要求日益提高,高噪音的風扇空氣壓縮機等設備的噪音成為一大困擾,同時由于全球能源危機的加劇,特別是在我國建設節約型社會的倡導下,摒除傳統電機驅動風扇做功的新型裝置日益受到研究者關注。研究表明在電暈放電時會產生高速離子射流流動,這種離子射流對周圍流體流動產生強烈的擾動,形成附加的流體運動,即所謂的電誘導二次流。離子的高速運動將會催動空氣的流動。這為我們研究新興空氣傳輸裝置提供了思路。特別是近年來,隨著電流體動力學的發展,在EHD領域的電流體泵機理成為高壓直流下空氣流動的研究基礎。本文將從電流體泵驅動機理方面定性闡述裝置的理論基礎,并提出一種簡單的實現裝置,即利用單片機控制的高壓直流電源驅動電暈放電,結合線板式電極設計,形成一個完整的空氣傳輸裝置。

一、EHD原理實現空氣傳輸的定性分析

(一)機理簡介。EHD(Electrohydrodynamics,電流體動力學)作為流體力學 的一個重要分支,其研究方向為電場對流體介質的作用,也被看做是在運動電介質中的電場力學。介于此,在電場中,空氣作為一種特殊的電介質會產生很多重要的現象,其中在強化傳熱方面、電流體泵方面漸漸為各方所重視。本文結合EHD領域電流體泵機理,著重討論EHD在空氣傳輸方面的應用,其中涉及直流高壓放電下空氣流動的數學建模計算。電流體泵有兩種驅動機理,一是利用高壓直流電場驅動流體,即離子泵拖拽,另一種是高壓行波驅動流體;其介質中電荷來源于高壓電極發射的單極性離子或是電解質分子受電擊所產生的離子。本文正是討論在直流高壓下,由線―線電極放電促成“離子雪崩”效應,大量離子帶動空氣流動,從而實現空氣傳輸的效應。

二、系統總體設計

該系統的基本結構如圖3所示,它由電暈極、直流高壓電源、收集極和氣流通道組成。 其基本原理為,空氣中的電子和離子在強電場的加速下,碰撞空氣中的中性分子。使空氣分子電離產生電子和正離子,能量足夠大的電子繼續撞擊中性空氣分子又使其電離產生電子和離子,與此同時有些能量不夠大的電子吸附在空氣中性分子中產生負離子,誘導其發生電子雪崩。空中的正離子在電場的作用加速,于此同時正離子將所獲得的動能傳遞給空氣分子,使其向前運動產生空氣流。電暈放電以電暈為特點的一種放電,本裝置是依據電暈放電而產生離子風。在電極制作上,吸取國內外在電暈放電領域的研究成果,通過大實驗確定電極形狀及間距。電源上,運用單片機技術保證脈沖頻率及其波形以利于最大限度的電離空氣。

三、電極結構設計

(一)電暈放電原理。本作品電極的設計基于脈沖電暈放電原理。脈沖電暈放電法脈沖放電產生等離子體的基本物理過程如下:在前沿陡峭、脈寬窄的脈沖高電壓作用下,放電電極間的氣體擊穿,形成不均勻的很細的火花通道。電離產生的電子在電場作用下,以很高的速度向陽極運動,使氣體進一步電離,形成電子流,電子流逐步擴大以致溝通整個放電通道,使儲存在電容器上的電能通過放電通道迅速地釋放。由于電容器釋放出較大的能量,脈沖電流很大,可達每平方厘米數千安培,因而會在電極間形成等離子體。

(二)線板式電極結構。常見的脈沖放電等離子體反應容器有三種:線――筒(應該把―都改成――),線――板和針――板。本裝置中將采用線――板式電極結構,線板型電極特性。放電線數一定時,線板電極間距增加,脈沖電壓峰值和直流偏壓增加,單次放電能量減小。線板電極間距一定時,隨著線線間距變化,反應器上放電電壓的峰值、流光能量有一最大值范圍,直流偏壓隨著線線間距的增加而降低并漸趨穩定。本實驗中線線與線板間距大致相當時,流光能量較大。線板電極間距一定時,隨放電線間距增加,放電線數減少,峰值電壓、直流偏壓和流光消耗的能量逐漸減小并趨于平緩。但直流偏壓在放電線數少到一定值時有增加趨勢。

此為我們設計同性電極間距與異性電極間距及整個電極排布布局的依據。

四、驅動電源設計

電源作為本裝置重要的工作元件,要求具有高頻高壓,穩定高效,低成本等優點。針對本裝置的要求――產生電子雪崩效應應滿足以下要求。

首先,鑒于上文所述脈沖電暈放電的相對直流電暈的優點,我們選用脈沖電暈放電,即要求脈沖頻率可調,脈沖頻率頻率在1KHz到100KHz可調,電壓上升時間

結束語:本裝置立意新穎,目前國內在這一領域還未有應用實例,其關鍵在于裝置的實現難度較大,具體體現在電暈放電分為暗流放電、輝光放電、刷狀放電、流注放電、火花放電等情況,而電暈放電較不穩定,研究表明電暈放電最穩定狀態為其輝光放電階段。因此,為得到穩定的離子風,將設法使設備工作在輝光放電狀態。要將設備控制在輝光放電狀態,且使設備產生的離子風最大化,其對外部電壓及極間距離有相當高的要求,而這則是該裝置研究的核心難點所在。

作者單位:浙江理工大學

參考文獻: