流體力學(xué)的應(yīng)用
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流體力學(xué)的應(yīng)用范文第1篇
關(guān)鍵詞：土木工程；創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊；流體力學(xué)；成本
中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）20-007-01
流體力學(xué)是力學(xué)的一個分支，是研究以水為主體的流體的平衡和運(yùn)動規(guī)律及其工程應(yīng)用的一門學(xué)科，土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱。它既指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測、設(shè)計、施工、保養(yǎng)維修等技術(shù)活動；也指工程建設(shè)的對象，即建造在地上或地下、陸上或水中，直接或間接為人類生活、生產(chǎn)、科研服務(wù)的各種工程設(shè)施，例如房屋、道路、鐵路、運(yùn)輸管道、給水和排水以及防護(hù)工程等。
土木建構(gòu)物的建筑環(huán)境不可避免會有地下及地表流水的影響，對于高層，或者高出建筑物，風(fēng)對建筑物的影響也是不可小覷的。在建筑物設(shè)計之初不但要考慮這些流體對施工的影響，在建成后，也得防范流體的長期作用對建構(gòu)物的負(fù)面影響。怎么認(rèn)識這些影響？通過對流體力學(xué)的學(xué)習(xí)，會使我們對流體形成一種客觀正確的認(rèn)識。
1、流體力學(xué)在創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與工業(yè)民用建筑設(shè)計中的應(yīng)用
創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計的工業(yè)民用建筑是常見建筑，對于低層建筑，地下水是最普遍的結(jié)構(gòu)影響源，集中表現(xiàn)為對地基基礎(chǔ)的影響。
如果創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計時對建筑地點(diǎn)的地下基地上水文情況了解不到位，地下水一旦滲流會對建筑物周圍土體穩(wěn)定性造成不可挽救的破壞，進(jìn)而嚴(yán)重影響地基穩(wěn)定，地基的的破壞對整個建筑主體來說是壽命倒計時的開始。對于這些嚴(yán)重影響建筑物壽命和甚至波及人生安全的有水的流動性造成問題可以通過水力學(xué)知識在創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與建筑物的實(shí)際施工之前給以正確的設(shè)計與施工指導(dǎo)。
現(xiàn)在創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計的建筑越來越趨向于高層，高層節(jié)約了土地成本，提供了更多的使用空間，但也增加了設(shè)計施工問題。因?yàn)殡S著高度的增加，由于地表及其附近物體對氣體流動的阻礙減少，氣體流動速度很大。對建筑的影響是使建筑產(chǎn)生側(cè)向變形，風(fēng)大時產(chǎn)生振動。主要由基本風(fēng)壓，風(fēng)壓高度變化系數(shù)，風(fēng)荷載體形系數(shù)，風(fēng)振系數(shù)。這些系數(shù)和所在地的風(fēng)的大小，建筑高度，建筑的外形，和地區(qū)粗糙度有關(guān)。
在創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計的工民建筑中的另一些方面如水景景觀供水，暖氣水管網(wǎng)供水等問題中，通過流體力學(xué)的科學(xué)計算，會對這些在具體實(shí)施的過程中可能出現(xiàn)的問題給出科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)。
2、流體力學(xué)在創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計給水排水工程中的應(yīng)用
創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計的給排水工程：用于水供給、廢水排放和水質(zhì)改善的工程。分為給水工程和排水工程。古代的給排水工程只是為城市輸送用水和排泄城市內(nèi)的降水和污水。近代的給排水工程是為控制城市內(nèi)傷寒、霍亂、痢疾等傳染病的流行和適應(yīng)工業(yè)與城市的發(fā)展而發(fā)展。現(xiàn)代的給排水工程已成為控制水媒傳染病流行和環(huán)境水污染的基本設(shè)施，是發(fā)展城市及工業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，市政工程的主要組成部分。給排水研究的主要對像就是水，在以導(dǎo)水為主要目的的運(yùn)作做中，主要問題就是合理完善的解決“流水”問題。在這方面，水主要是以管道為媒介進(jìn)行疏導(dǎo)的，疏導(dǎo)中，不同的地放水流量積水性質(zhì)不一樣。單看水流量，就對管道長生種種要求。
針對這些實(shí)際中的問題，通過水力學(xué)理論的研究，可以得到合理的答案，獲得合理的方案。創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計的為施工人員正確的施工提出正確理論依據(jù)。針對性的計算不但可以節(jié)約施工時間成本，更加合理化了管材等的配置。
3、流體力學(xué)在創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計道路橋梁交通中的應(yīng)用
道路路橋工程是關(guān)乎民生，國防建設(shè)的重大工程，它的安全性可靠性更是重中之重。此外，由于路橋的造價很高，且修建需要一定的時間，因此大多數(shù)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與的路橋設(shè)計使用年限是很長的。在這么長的時間里，經(jīng)受水流的長時間的侵蝕作用，要保持極高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)健康性。那么對這些侵蝕的來源有準(zhǔn)確的了解定性，還要有確切的數(shù)據(jù)一邊結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選用作參考就顯得尤為重要。
這些重要工程在施工，使用和維護(hù)當(dāng)中最普遍的是遇到水流的影響。對于公路，鋪設(shè)時的選址與路基穩(wěn)定性都會受到水的影響，創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與的施工與使用過程中對于集聚水的的及時排除以消除對路面影響，此外還要考慮路邊滲水問題等等。對于橋來說，由于其建筑環(huán)境的特殊性，流水影響就是它的主要問題，水流的持續(xù)性對橋墩來說是持續(xù)性破壞，這是不可避免的，尤其是對于多雨地區(qū)，突發(fā)性的大水對橋墩的穩(wěn)定更是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
這些問題可以依靠流體力學(xué)的只是給出一定的解決依據(jù)。具體的是結(jié)合施工地當(dāng)?shù)厮那闆r根據(jù)流體力學(xué)理論知識給出水流的一些合理的可依據(jù)信息，指導(dǎo)設(shè)計與施工，給出科學(xué)的依據(jù)。
結(jié)束語：
流體力學(xué)在是一門重要學(xué)科，尤其是在工學(xué)領(lǐng)域，對土木工程中創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊參與設(shè)計的的水利，港口，道橋，建筑等有著重要應(yīng)用。作為一名土木創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊中的學(xué)生，應(yīng)概積極體會流體力學(xué)的重要性，并努力學(xué)好流體力學(xué)，豐富完善自己的知識體系。
參考文獻(xiàn)：
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流體力學(xué)的應(yīng)用范文第2篇
關(guān)鍵詞：計算流體力學(xué);CFD數(shù)值模擬;項目驅(qū)動;實(shí)踐教學(xué)
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）06-0141-02
計算流體力學(xué)CFD是流體力學(xué)的一個分支，是能源與動力工程類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課。課程講授CFD數(shù)值模擬的基本思想、基本方法以及常用CFD數(shù)值模擬工具的使用，通過教學(xué)使學(xué)生了解、掌握CFD數(shù)值模擬的基本知識，為將來在涉及流體流動問題的研究和設(shè)計工作中應(yīng)用CFD數(shù)值模擬打下基礎(chǔ)。在計算流體力學(xué)教學(xué)中，可將仿真技術(shù)以項目驅(qū)動的方式加入到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以加深對概念、公式以及數(shù)值方法的理解，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)能力。如何利用好仿真軟件的專業(yè)優(yōu)勢，將其引入到計算流體力學(xué)實(shí)踐教學(xué)中來，提高教學(xué)效果是本文要探討的主要問題。
一、CFD數(shù)值模擬在項目驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢
根據(jù)課程教學(xué)任務(wù)及其特點(diǎn)，選擇適用的教學(xué)方式是提高教學(xué)效果的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師授課為中心，注重基礎(chǔ)理論知識的傳授與講解。在教學(xué)過程中，教師往往花費(fèi)大量的時間和精力介紹計算流體力學(xué)的基本原理并進(jìn)行相關(guān)理論公式的推導(dǎo)，學(xué)生并不能理解計算流體力學(xué)的工程應(yīng)用背景和意義，學(xué)生所接受的理論知識絕大部分來源于授課教師的灌輸。
由于計算流體力學(xué)課程涉及內(nèi)容的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的教學(xué)方法與手段，使得教師和學(xué)生在此課程的講授和學(xué)習(xí)中都遇到一定的困難和問題。涉及基本方程和數(shù)值方法公式推導(dǎo)的部分，傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式可使學(xué)生對推導(dǎo)過程進(jìn)行邏輯思維，對推導(dǎo)得到的公式和結(jié)果也會更加印象深刻。對于比較復(fù)雜、抽象的教學(xué)內(nèi)容以及公式的應(yīng)用，則可借助計算機(jī)仿真平臺的方式進(jìn)行輔助教學(xué)，讓學(xué)生直觀地了解不同公式的應(yīng)用過程和數(shù)值模擬結(jié)果。由于流體力學(xué)控制方程一般是非線性的，只有極少數(shù)情況下才能得到解析解，與工程相關(guān)的復(fù)雜流體力學(xué)問題幾乎不能得到解析解，而實(shí)驗(yàn)研究一般是在模擬條件下完成的，幾乎所有的地面實(shí)驗(yàn)設(shè)備都不能完全滿足所有參數(shù)和相似定理的要求。通過CFD數(shù)值模擬技術(shù)，可以設(shè)計一些虛擬的實(shí)驗(yàn)，過程中可選用不同公式模型和數(shù)值方法，數(shù)值模擬所得的結(jié)果直觀，彌補(bǔ)了理論教學(xué)內(nèi)容的不足。
項目驅(qū)動教學(xué)，或稱項目驅(qū)動下的學(xué)習(xí)、基于項目的學(xué)習(xí)，是一種以學(xué)生為中心的教育方式。要求學(xué)生通過一系列個人或合作完成的任務(wù)，借助他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，解決現(xiàn)實(shí)中的問題，獲取知識和技能[1]。在項目驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)中，借助CFD數(shù)值模擬形象的模型分析與演示，既便于教師對計算流體力學(xué)應(yīng)用于工程問題的知識講述，又使學(xué)生對計算流體力學(xué)理論知識有更加深刻的理解。
二、CFD數(shù)值模擬在項目驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題
1.根據(jù)計算流體力學(xué)教材，結(jié)合學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況，對某些重點(diǎn)、難點(diǎn)以及不宜課堂講解的地方，考慮能否應(yīng)用CFD數(shù)值模擬進(jìn)行輔助教學(xué)。在教學(xué)過程中，需要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容選擇恰當(dāng)?shù)捻椖堪咐?，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教學(xué)方法，使其發(fā)揮各自優(yōu)勢才能獲得更好的教學(xué)效果。
2.在教學(xué)過程中，向?qū)W生展示CFD數(shù)值模擬在計算流體力學(xué)領(lǐng)域的前沿應(yīng)用、經(jīng)典案例。在課程教學(xué)中可以隨時調(diào)用視頻錄像或仿真軟件，將計算流體力學(xué)的一些前處理、流場計算和后處理等復(fù)雜問題進(jìn)行動態(tài)仿真演示。這樣可以激發(fā)學(xué)生利用相關(guān)數(shù)值模擬軟件對理論知識進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)的積極性和主動性，為后續(xù)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計乃至展開創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目打下基礎(chǔ)。
3.選取若干具體案例為“項目”任務(wù)以達(dá)到對前一階段課堂講授知識、技能傳授的總結(jié)與升華;項目內(nèi)容中含有學(xué)生從來未遇到的問題，需要具備有一定難度。應(yīng)用CFD數(shù)值模擬軟件建立計算流體力學(xué)仿真分析實(shí)例庫，這樣老師就可以方便地進(jìn)行講解，并給學(xué)生提供直觀、形象的過程與結(jié)論，學(xué)生理解起來會更容易。
三、CFD數(shù)值模擬在項目驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用案例
1.概念設(shè)計。氣力輸送過程非常復(fù)雜，過去和現(xiàn)在多依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來解決問題。對一般粉體材料，在經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分時，可以得到比較可靠的結(jié)果。傳統(tǒng)方式靠人工計算過于費(fèi)時間，現(xiàn)在可以利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，能較快地得到計算結(jié)果。計算機(jī)能在較短的時間內(nèi)繪出初步的圖紙，因此在粉體的氣力輸送過程中能做更多的方案比較，使設(shè)計更加合理。數(shù)值模擬可以提供一些實(shí)驗(yàn)測量中無法提供的數(shù)據(jù)。在概念設(shè)計階段，老師和學(xué)生進(jìn)行項目的討論。教師起初先不必框定具體的設(shè)計內(nèi)容，而是要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)工程應(yīng)用的實(shí)際情況進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，獲得設(shè)計的大方向，進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步通過閱讀文獻(xiàn)和資料收集，確立實(shí)施思路和初步的方案，獲取可借鑒的工程案例。
2.詳細(xì)設(shè)計。在詳細(xì)設(shè)計階段，教師需要預(yù)先講授CFD數(shù)值模擬工具的使用，以Fluent為例，該軟件是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法和強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計、石油天然氣和渦輪機(jī)設(shè)計等方面都有著廣泛的應(yīng)用。在這個階段，學(xué)生通過對現(xiàn)場氣力輸送過程的調(diào)研資料和文獻(xiàn)資料，結(jié)合氣力輸送設(shè)備工藝特點(diǎn)，利用計算流體力學(xué)仿真軟件Fluent建立可靠的氣力輸送三維數(shù)學(xué)模型。對所建立的數(shù)值模擬模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖1所示，在此過程中，教師可以為學(xué)生講解計算域離散成網(wǎng)格點(diǎn)的過程。在此基礎(chǔ)上，利用所建立的氣力輸送三維數(shù)學(xué)模型對飛灰的氣力輸送進(jìn)行數(shù)值模擬，將數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測量值進(jìn)行對比，由此對所建立的數(shù)學(xué)模型的可靠性和適用性進(jìn)行驗(yàn)證。
3.發(fā)現(xiàn)問題。項目驅(qū)動的教學(xué)中教師需要著重引導(dǎo)學(xué)校在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題，挖掘?qū)е聠栴}產(chǎn)生的根源，在CFD模擬過程中，要確定邊界條件、數(shù)學(xué)模型和求解方法。氣力輸送屬于大型工業(yè)輸送物料設(shè)備，雖然輸送管道幾何形狀簡單，但是總長度較長，并且管道內(nèi)的輸送過程涉及到固相和氣相相互作用、物料顆粒湍動粘度以及顆粒間的相互碰撞，過程非常復(fù)雜。在此過程中，老師可以為學(xué)生講解各種邊界條件的優(yōu)缺點(diǎn)以及選擇依據(jù)、數(shù)學(xué)模型的原理和應(yīng)用范圍、求解格式的選擇及相應(yīng)的計算方法和方程。
4.改進(jìn)設(shè)計。將模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量值進(jìn)行分析和比較，分析邊界條件、數(shù)學(xué)模型和求解方法對結(jié)果產(chǎn)生的影響，通過查閱文獻(xiàn)了解最新CFD數(shù)值模擬技術(shù)和方法，并嘗試應(yīng)用到項目驅(qū)動實(shí)踐教學(xué)中，提高數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性?？梢岳迷摂?shù)值模擬數(shù)據(jù)研究氣力輸送旁管道內(nèi)壓降隨著顆粒直徑、顆粒密度的變化規(guī)律，并通過改變旁通管幾何比以及壁面粗糙度的大小，研究管道結(jié)構(gòu)和管道特性對壓降的影響。
從“概念設(shè)計”、“詳細(xì)設(shè)計”、“發(fā)現(xiàn)問題”和“改進(jìn)設(shè)計”這幾個項目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以看到，項目驅(qū)動式教學(xué)的最主要的特征就是教師引導(dǎo)學(xué)生通過尋找完成工作任務(wù)的途徑與方法，圍繞工作項目完成調(diào)查研究、網(wǎng)絡(luò)信息搜集、文獻(xiàn)查閱、個人獨(dú)立思考、討論答辯、團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)等各項相關(guān)的實(shí)踐與創(chuàng)造活動[2]。
在實(shí)施過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生查閱資料獲取類似項目的技術(shù)路線、解決方案與相關(guān)專業(yè)知識點(diǎn)，對錯誤明顯的方案做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)、糾正，使方案盡量集中在合理的范圍之內(nèi)[3]。需要選擇貼近實(shí)踐的項目案例，將CFD數(shù)值模擬軟件融入到分組學(xué)習(xí)和應(yīng)用指導(dǎo)的整個過程，使學(xué)生在項目學(xué)習(xí)及完成過程中加深對理論知識的理解及實(shí)際應(yīng)用，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
四、結(jié)束語
項目驅(qū)動教學(xué)在實(shí)施的過程中，表現(xiàn)出以項目為本位、以學(xué)生為主體的重要特征。教師教授和引導(dǎo)的是項目實(shí)施所需的技能、系統(tǒng)知識和應(yīng)用知識，最終考核的是學(xué)生對知識的理解、應(yīng)用、創(chuàng)新和總結(jié)。將CFD數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用到計算流體力學(xué)理論教學(xué)，可以使教學(xué)質(zhì)量得到明顯提高，可以幫助克服客觀實(shí)際條件對理論教學(xué)的制約，加深學(xué)生對理論知識的理解，并激發(fā)學(xué)習(xí)和研究的興趣。
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流體力學(xué)的應(yīng)用范文第3篇
【關(guān)鍵詞】牛頓運(yùn)動定律；流體力學(xué)；理想液體；壓強(qiáng)；流速
多年的教育教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們：教學(xué)要看對象，要有針對性，要因材施教。對于我們所在的高職高專院?，F(xiàn)在招收的三年制普通?？茖W(xué)生而言，他們都是高中畢業(yè)后參加當(dāng)年普通高招錄取過來的，基礎(chǔ)知識比較扎實(shí)，知識面也比較寬，分析問題和解決問題的能力也都比較強(qiáng)。因此，在學(xué)習(xí)理論課程時，不但要進(jìn)行定量的講授，而且要增強(qiáng)哲理性、邏輯性的講授與推導(dǎo)，并且要求理論與實(shí)際相結(jié)合，只有這樣才能滿足他們的學(xué)習(xí)要求，同時也才能調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性。如我們現(xiàn)在所使用的教材《醫(yī)學(xué)物理學(xué)》中“液體的流動”一章，在解釋理想液體在水平管中作穩(wěn)定流動時壓強(qiáng)與流速的關(guān)系時，若用牛頓運(yùn)動定律解釋，對他們來說，既庸俗、繁瑣，又顯得不新鮮、不嚴(yán)密，因此，教材中先是由功能原理推導(dǎo)出伯努利方程：恒量，然后利用，伯努利方程簡化為：恒量，結(jié)合理想液體作穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程恒量，得出結(jié)論：理想液體在水平管中作穩(wěn)定流動時，截面積大，則流速小、壓強(qiáng)大；截面積小，則流速大、壓強(qiáng)小。如此解釋既直觀清晰，又嚴(yán)密得體，學(xué)生很容易接受，效果也好。
而對于我們學(xué)校招收的五年一貫制的學(xué)生，由于他們是初中畢業(yè)生，知識基礎(chǔ)相對薄弱，知識面較窄，他們理解問題、分析問題的能力也比較差，對教材《物理學(xué)》中“液體的流動”一章在解釋理想液體在水平管中作穩(wěn)定流動時壓強(qiáng)與流速的關(guān)系時，有些教材仍用伯努利方程作定量解釋，但教師在講授、推導(dǎo)過程中由于牽涉的知識點(diǎn)較多，難度也大，有些知識學(xué)生沒有學(xué)過，這樣使他們接受比較困難，效果不佳。另外還有些教材是直接給出結(jié)論的，這樣也容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)上的困惑，難以理解和掌握。此時若改用牛頓運(yùn)動定律作定性解釋，倒使學(xué)生更容易接受些。
如圖1，理想液體在水平管中沿箭頭方向作穩(wěn)定流動，在管子的中心軸線處選取一圓柱形細(xì)流管（如圖2，所選圓柱形細(xì)流管用虛線表示），則該流管內(nèi)液體是從水平管截面積大的地方流向截面積小的地方。
根據(jù)流管內(nèi)液體作穩(wěn)定流動的特性，流管內(nèi)外液體不混淆，即流管內(nèi)的液體不會流出管外，流管外的液體也不會流入管內(nèi)，流管內(nèi)液體始終為恒量。由于液體在流動過程中沒有橫向混雜，即無橫向流速分量，故在垂直于液體流動方向上流管的管壁受管外液體的壓力各向相等，也就是說管壁受液體的垂直作用力之和為零，對液體在水平方向上的流動情況沒有影響。
在平行于液體流動方向上，流管內(nèi)液體在流動過程中，受到來自前后方液體對流管兩個端面的作用力：一方是前端面受到流管前面的液體對它的阻力，力的方向與整個流管中液體流動的方向相反，力的大小等于該處壓強(qiáng)與其截面積的乘積，即；另一方是后端面受到流管后面的液體對它的推力，力的方向與流管中液體流動的方向一致，力的大小等于該處壓強(qiáng) 與其截面積的乘積，即。于是整個流管中的液體在流動過程中所受的合力為：，即。其中表示圓柱形流管的橫截面積，、分別表示流管前后兩截面處的壓強(qiáng)。
由于流管中液體由截面大的地方向截面小的地方流動時，速度是增大的，所以液體段有一個向前的加速度。設(shè)該段液體質(zhì)量是，由牛頓第二定律得，即，所以。而是流管后端截面積大處的壓強(qiáng)，是流管前端截面積小處的壓強(qiáng)。于是得到：理想液體在水平管中作穩(wěn)定流動時，截面積大處的壓強(qiáng)大，截面積小處的壓強(qiáng)小。再結(jié)合連續(xù)性方程 可以得出結(jié)論：理想液體在水平管中作穩(wěn)定流動時，截面積大，則流速小、壓強(qiáng)大；截面積小，則流速大、壓強(qiáng)小。
這樣定性地解釋理想液體在水平管中作穩(wěn)定流動時壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，用的知識點(diǎn)較少，很容易使五年制的學(xué)生接受。
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流體力學(xué)的應(yīng)用范文第4篇
關(guān)鍵詞：計算機(jī)流體力學(xué)；CFD；制冷空調(diào)；應(yīng)用研究
1 前言
計算流體力學(xué)，又名計算流體動力學(xué)，英文簡稱CFD，這是一種對流體學(xué)問題進(jìn)行數(shù)值模擬與分析的新分支，主要得益于計算機(jī)技術(shù)與數(shù)值模擬技術(shù)的輔助。簡而言之，CFD屬于現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)，研究專員利用計算機(jī)來模擬仿真實(shí)際的流體流動，通過虛擬的實(shí)驗(yàn)情況來得出相應(yīng)理論，并將理論運(yùn)用于實(shí)際的工程領(lǐng)域中。成本低、速度快、資料完備等這些都是CFD技術(shù)的優(yōu)勢，加之伴隨計算機(jī)技術(shù)與數(shù)值模擬技術(shù)的越來越成熟，在解決工程中的實(shí)際問題時CFD技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。1974年，CFD首次被運(yùn)用于HVAC（暖通空調(diào)）工程領(lǐng)域，丹麥的Nielsen利用CFD對通風(fēng)房間內(nèi)的空氣流動進(jìn)行模擬，主要模擬預(yù)測室內(nèi)外或設(shè)備內(nèi)的空氣或其他工質(zhì)流體的流動情況。
2 計算機(jī)流體力學(xué)在制冷空調(diào)中的應(yīng)用
2.1 暖通空調(diào)CFD技術(shù)
暖通空調(diào)CFD技術(shù)，即結(jié)合CFD方法、流體力學(xué)、湍流力學(xué)、計算方法、計算機(jī)圖形處理技術(shù)等在計算機(jī)中求解出流體流動的各種守恒控制偏微分方程組的技術(shù)。在模擬暖通空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)流體流動實(shí)驗(yàn)時，分析結(jié)論是流動問題多為低速流動，保持10m/s以下的流速，而根據(jù)變化不大的流體溫度與密度情況可判斷其為不可壓縮流動，這一結(jié)論等同與應(yīng)用范圍內(nèi)的CFD與數(shù)值傳熱學(xué)。但由于湍流流動是暖通空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)的主要流體流動，而CFD技術(shù)對湍流現(xiàn)象尚未取得全面解決理論，因而只能依靠湍流半經(jīng)驗(yàn)理論來解決暖通空調(diào)的湍流現(xiàn)象，不過在解決實(shí)際問題中依然存在諸多困擾。暖通空調(diào)CFD技術(shù)主要有建立模型、數(shù)值求解、可視化處理三大主要步驟。
2.1.1 建立模型
在研究流動問題時，需要通過建立數(shù)學(xué)物理模型才能完成數(shù)學(xué)描述。由于連續(xù)性方程、動量方程、能量方程都能滿足HVAC領(lǐng)域的流動問題，一般可采用不可壓流體的粘性流體流動的控制微分方程，但又因湍流流動是HVAC領(lǐng)域中的主要流體流動，為完整描述HVAC領(lǐng)域的流動問題，還需要運(yùn)用適當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ湍M湍流流動及求解數(shù)值。當(dāng)前，房間空氣流動廣泛采用兩方程模型中的k-ε模型，也可以采用新的零方程模型來解決HVAC領(lǐng)域的一般工程。粘性流體流動通用的控制微分方程為： ，其中變量 可代表不同的物理量，進(jìn)而表示不同含義的方程，如 表示速度時，就代表流體流動的動量守恒方程； 表示焓時，代表能量守恒方程； 表示湍流參數(shù)時，則代表湍流動能及湍流動能耗散率方程。通過上述方程，研究專員就可以計算出工程流場所需的溫度、濃度、速度等物理量的分布。
2.1.2 數(shù)值求解
在對HVAC領(lǐng)域的流動問題進(jìn)行數(shù)值求解時，可以通過上述各微分方程進(jìn)行數(shù)值求解。但由于那些微分方程相互耦合且非線性特征非常明顯，因而只能通過離散實(shí)際問題的求解區(qū)域采用數(shù)值方法來求解。一般，有限容積、有限差分、有限元這三種是數(shù)值方法中主要運(yùn)用的離散形式，普遍應(yīng)用在HVAC工程領(lǐng)域的CFD技術(shù)中。又因低速、不可壓流動是HVAC領(lǐng)域的特征，且其存在傳熱問題，因而在離散情形中更多是采用有限容積的數(shù)值方法求解。
2.1.3 可視化處理
通過數(shù)值求解步驟能夠得出離散后的各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值，不過這種方式的求解結(jié)果直觀性不強(qiáng)，不便于一般工程人員及其他相關(guān)人員理解，因而需要對求解結(jié)果的溫度場、濃度場、速度場進(jìn)行可視化處理。運(yùn)用計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)直觀形象的表示出HVAC工程領(lǐng)域中的溫度場、濃度場、速度場，使之成為暖通空調(diào)CFD技術(shù)應(yīng)用中的必要組成部分。
通過制冷空調(diào)的CFD預(yù)測仿真空調(diào)房間內(nèi)的空氣分布詳細(xì)情況，從中得到的分析結(jié)果是要想達(dá)到良好的制冷空調(diào)效果，需要重點(diǎn)解決通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中通風(fēng)空調(diào)空間的氣流組織設(shè)計，合理的氣流組織設(shè)計不僅能夠?qū)崿F(xiàn)制冷空調(diào)的滿意效果，而且還能達(dá)到能源節(jié)省的目的。在制冷空調(diào)的設(shè)計中，通風(fēng)空調(diào)空間是設(shè)計問題的關(guān)鍵部分，根據(jù)不同的空間特征可將制冷空調(diào)的通風(fēng)空間劃分為兩類，一類是如住宅、辦公室、高大空間等的普通建筑空間；一類是如潔凈室、客車、列車等特殊空間。如此，可根據(jù)不同的空間需求在制冷空調(diào)設(shè)計中應(yīng)用計算流體力學(xué)中的CFD技術(shù)，并借鑒暖通空調(diào)CFD技術(shù)的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)來幫助解決制冷空調(diào)設(shè)計中實(shí)際問題的解決。
2.2 食品的冷凍、冷藏與運(yùn)輸
現(xiàn)如今，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，食品物流行業(yè)獲得了巨大的發(fā)展空間。但是，制約于保鮮、冷凍、冷藏技術(shù)的落后，造成我國每年因食品運(yùn)輸而浪費(fèi)了大量的物資與財力。據(jù)統(tǒng)計，我國每年在轉(zhuǎn)運(yùn)與存放過程中因缺乏冷凍、冷藏技術(shù)的支持，進(jìn)而造成每年腐爛損壞的果品高達(dá)25%、蔬菜高達(dá)30%、家禽肉類高達(dá)20%、奶制品高達(dá)23%，而這些腐爛損壞的食品每年高達(dá)上億噸的總量，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。如此可見，亟待解決我國食品運(yùn)輸中的冷凍、冷藏技術(shù)十分必要，而在冷凍、冷藏過程中食品的品質(zhì)變化（如維生素的保持與損失、食品蛋白質(zhì)的變性、食品質(zhì)地與鮮度、脂肪氧化等）也引起了人們的廣泛重視，食品安全也是研究冷凍、冷藏技術(shù)需要考慮的關(guān)鍵因素。為了解決食品運(yùn)輸過程中的腐爛損壞問題，研究者提出了將CFD技術(shù)應(yīng)用于冷凍、冷藏技術(shù)的開發(fā)中，充分利用CFD技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢來有效解決食品冷凍、冷藏方面存在的問題，從而確保食品的安全性。
2.2.1 生活與商用的冷藏裝置
冰箱、冷藏陳列柜、冷庫等是較為常見的冷藏裝置，主要適用于生活與商用。其中，冰箱的制冷原理是通過電能消耗來保持適當(dāng)容積絕熱箱體內(nèi)的低溫，以達(dá)到制冷目的來實(shí)現(xiàn)食品的保鮮、冷藏貯存。在冰箱冷藏裝置的技術(shù)設(shè)計中，最主要的困擾問題是流場優(yōu)化，絕熱箱體內(nèi)的空氣流場與溫度決定了食品的保鮮質(zhì)量，箱內(nèi)溫度場受制于冰箱耗電量的影響。流場的具體信息獲取也是一個棘手問題，不可以通過代數(shù)方程計算來獲得，若采用實(shí)驗(yàn)的話傳感器的裝置會破壞箱內(nèi)的流場，并加大了工作量，而應(yīng)用CFD方法與技術(shù)能夠有效解決這些困擾問題。
人們生活水平的提高促進(jìn)了商業(yè)的發(fā)展，而人們生活節(jié)奏的加快也在一定程度上刺激了商品市場的崛起，其能夠?yàn)槿藗兲峁└鞣N生鮮食品、熟食與半熟食品，通過冷藏陳列柜來實(shí)現(xiàn)對蔬菜、肉類、水果、奶制品、日配品等的保鮮與冷藏。因而，人們對冷藏陳列柜的保鮮存儲設(shè)備提出了高要求，研究工作者基于CFD技術(shù)對冷藏陳列柜進(jìn)行了改良，溫度與濕度控制、氣流組織、節(jié)能等技術(shù)問題可廣泛使用CFD技術(shù)來解決。
食品的冷凍加工與冷藏需要冷庫來解決，而冷庫的建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，要求冷庫具備堅固性、隔熱性、抗凍性、密封性。其中，庫內(nèi)貨物的貯藏質(zhì)量、貯藏期直接受制于冷庫內(nèi)的溫度場、濕度場、速度場三個方面的分布合理性，為了提高冷庫內(nèi)食品的衛(wèi)生與安全，將CFD技術(shù)應(yīng)用于冷庫領(lǐng)域十分必要。
2.2.2 運(yùn)輸用冷藏裝置
在運(yùn)輸食品的過程中，交通工具上的冷藏裝置必不可少，這是確保食品在運(yùn)輸期間保鮮、保質(zhì)的關(guān)鍵所在。為此，結(jié)合交通工具的特點(diǎn)，人們研制出了運(yùn)輸用冷藏裝置，其相當(dāng)于一個移動的冷庫，冷藏集裝箱、冷藏汽車、冷藏船、鐵路冷藏車是當(dāng)前主要的運(yùn)輸用冷藏裝置，以確保運(yùn)輸過程中食品能夠貯存在低溫環(huán)境中，避免因運(yùn)輸而造成的食品腐敗損壞。在運(yùn)輸用冷藏裝置中應(yīng)用CFD技術(shù)能夠有效提高其對食品的保鮮冷藏質(zhì)量，冷藏集裝箱是冷藏食品運(yùn)輸中的主要工具，利用CFD方法能夠?qū)崿F(xiàn)對箱內(nèi)穩(wěn)態(tài)流場、溫度場等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計算。而在鐵路冷藏車中應(yīng)用CFD，可以利于完成對充放冷過程（冷板冷藏車）、冷凍貨物溫度分布（運(yùn)輸過程）、溫度場（堆碼方式）的數(shù)值模擬，以及數(shù)值計算與分析?？傊?，在CFD方法與技術(shù)的支持下，運(yùn)輸用冷藏裝置的功能會越來越完善，進(jìn)而食品的運(yùn)輸過程中的保鮮冷藏等衛(wèi)生安全性。
3 結(jié)語
通過上述分析可知，將計算流體力學(xué)應(yīng)用在制冷空調(diào)還是一個全新的理論設(shè)計領(lǐng)域，得益于現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)與數(shù)值模擬技術(shù)的高速發(fā)展，以及HVAC（暖通空調(diào)）領(lǐng)域中CFD技術(shù)的廣泛應(yīng)用成效，使得制冷空調(diào)CFD技術(shù)及其應(yīng)用具有很大的發(fā)展前景。相信在相關(guān)研究專員的努力下，CFD技術(shù)將在制冷空調(diào)工程領(lǐng)域中獲得更普遍、廣泛的實(shí)際應(yīng)用。
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流體力學(xué)的應(yīng)用范文第5篇
1 資料與方法
1. 1 一般資料 本組9例血管瘤嬰幼兒， 均為住院首次治療患兒， 男5例， 女4例， 年齡1～11個月， 平均4個月；均為毛細(xì)血管型血管瘤， 草莓狀， 略高出皮膚表面， 色鮮紅或紫紅， 邊界清楚， 皮溫高；瘤體面積：2.5 cm×3.4 cm～6 cm×6.1 cm。
1. 2 給藥方法 普萘洛爾（propranalol， 心得安）3～5 mg， b.i.d.， 口服。住院治療1周后， 出院連續(xù)服藥， 每2個月定期復(fù)診， 動態(tài)觀察和記錄血管瘤大小、質(zhì)地、顏色變化， 觀察并隨時處理治療過程中出現(xiàn)的不良反應(yīng)。
2 結(jié)果
服藥24 h后， 患兒瘤體張力減小， 質(zhì)地變軟， 顏色開始變淡， 體積開始縮小， 5～7 d內(nèi)變化最顯著， 均表現(xiàn)為瘤體顏色變暗， 局部溫度降低， 呈現(xiàn)血管瘤退化表現(xiàn)。無一例出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)。
3 護(hù)理
3. 1 給藥前準(zhǔn)備 給藥前一定排除支氣管哮喘、對普萘洛爾過敏患兒， 有呼吸道感染癥狀的患兒要先治療呼吸道癥狀后再行口服普萘洛爾， 先天性心臟病和房室傳導(dǎo)阻滯患兒也要排除在外。詳細(xì)記錄血管瘤的類型， 發(fā)生部位， 注意瘤體大小、表面顏色、張力、質(zhì)地及有無壓痛、病變累及范圍， 是否高于皮膚、瘤體局部有無破潰、感染、出血等， 可用記號筆在血管瘤周圍做好記號或用相機(jī)拍照以便與用藥后進(jìn)行對比。
3. 2 心理護(hù)理 對患兒家長解釋普萘洛爾的主要藥理作用， 詳細(xì)說明口服普萘洛爾治療血管瘤的安全性、有效性， 介紹成功病例， 以消除患兒家長顧慮， 樹立信心。通過與家長多交流溝通， 耐心做好安慰解釋工作， 家長們都表現(xiàn)出對醫(yī)護(hù)人員的信任， 積極配合治療。
3. 3 給藥后護(hù)理 嚴(yán)密觀察病情變化， 普萘洛爾為β受體拮抗劑， 可減慢心率、降低血壓、致使血糖降低， 因此須在治療開始時即進(jìn)行心電監(jiān)護(hù)， 用藥期間要密切觀察患兒生命體征的變化， 持續(xù)監(jiān)測脈搏、呼吸、血壓及血氧， 每0.5～1小時詳細(xì)記錄1次， 服藥前1 h測量血糖1次， 服藥后1 h測量血糖1次， 并準(zhǔn)備好搶救物品及藥品。觀察末梢循環(huán)情況， 注意保暖。本組1例患兒出現(xiàn)血糖降低， 及時通知醫(yī)生后， 遵醫(yī)囑給予觀察， 30 min后再次復(fù)查恢復(fù)正常。本組2例患兒睡眠狀態(tài)下心率較用藥前降低18～21次/min， 經(jīng)及時通知醫(yī)生查體， 在患兒醒來后自動恢復(fù)正常， 未給予任何治療性干預(yù)。本組1例患兒出現(xiàn)腹瀉， 4～5次/d， 每次量少， 經(jīng)遵醫(yī)囑給予醒脾養(yǎng)兒顆粒后好轉(zhuǎn)， 同時指導(dǎo)家長保持患兒會及臀部皮膚清潔干燥， 每次便后用溫水洗凈患兒臀部， 可涂紅霉素軟膏， 并對患兒的餐具及時消毒?；純簾o臀紅或糜爛等情況發(fā)生。
因病變在患兒面部， 家長擔(dān)心預(yù)后的面容恢復(fù)狀況。耐心做好解釋工作， 給患兒家長看治療成功的圖片， 講解治療效果好的病例， 如果病情嚴(yán)重， 推薦二期整容手術(shù)等讓家屬鼓起信心， 配合治療。
4 小結(jié)
口服普萘洛爾治療小兒面部大面積血管瘤的近期療效良好， 不良反應(yīng)輕微。通過用藥前認(rèn)真評估， 做好家長的咨詢及宣教工作， 用藥后勤巡視， 細(xì)觀察， 發(fā)現(xiàn)問題及時處理， 并注意患兒的休息和飲食， 從而保證了治療的順利進(jìn)行， 取得了良好的效果。
參考文獻(xiàn)
