流體力學問題及分析范文

導語：如何才能寫好一篇流體力學問題及分析，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、研習月，天氣晴

2017年4月是我去s學校的研習月。研習第一天，來到研習學校，由于我的校外實踐導師是校長助理，不帶班級，所以導師把我分到了六年一班，語文名師趙老師的班級，在與一班同學共同上課間操的時候，趙老師對我說：“咱們班有一個特殊的學生，你馬上就會認識他，和他相處你要有方法?！蔽乙詾槭且晃徽{皮的學習困難生，或是一個家庭經歷了變故，需要老師給予更多關照的學生，并沒有覺得會出現任何問題。

二、認識你，觀察你，接近你

跟班第一天，我注意到了趙老師口中的這個“特殊”的孩子，叫他小f吧！小f是個胖胖的男生，白白的，個子在班級里算是很高的了，帶著黑框的眼睛，衣服穿得不是很整齊，單人單桌的坐在最后一排，他的“小天地”里，地上總是有點凌亂，每次走過他的書桌上，我總會好心地幫他把地上的書撿起來，可是當我再次路過他那里時，書又都散落在地上了，如此反復著，我有一絲無奈。在聽課的過程中，@個孩子也是特例獨行的，上課問好，他不會站起來向老師問好，而老師講課的時候，他又是趴著的，我對他最初的定義，應該是個不愛學習、有自己個性的“學困”生。我并沒有對學困生有過任何偏見，反而很想與他們做朋友，用我自己的方式去教育他們，最好能感化他們，我想接近他，了解他，我就是這樣一個天生就想把不對的告訴別人的人，可能天生我就想去做一名教師吧，我在一點點靠近他，而在之后的跟班中，我卻發現了小f的很好的特別……

三、不影響，不一樣，不一般

拿課堂表現來說，趴在課桌上，不聽課的狀態是他的常態，倒是不影響課堂。不過偶爾在數學課、語文課和英語課上，他也是會積極回答老師的問題的，雖然這個小f不太習慣舉手，一個大嗓門，就會坐著發言，一方面來說，他是會影響到一些教師教學的，可從另一方面來看，他所回答的問題竟然都是正確的，數學問題，他會說出其他解題的方法，英語口語，他也是張口就來，還會用課標外的長單詞，語文問題，在節奏緊湊的課堂上，回答問題也是有理有據，想發言的時候，一直舉手，老師不叫他都不行。

每天放學，學生們會在操場列隊站好，一齊走出校門，在趙老師有事不能及時下樓的時候，我會得到小f一個很大的、讓我措手不及的“大熊抱”……雖然有時候覺得很尷尬，我想他是在表達一種喜歡吧，這樣一想心里倒還覺得暖暖的，能被孩子們喜歡，是一種莫大的幸福，只有教師才懂……他會每天在本子上寫來寫去的東西，竟然也是他的自創紅石雜志，一個月的時間，我成了他最忠實的讀者，而他，每天都會拽著我欣賞他的“大作”，我建議他把每天創作的圖畫釘成一本冊子，就是成系列的雜志了，他很認真地聽了我的建議，并將一個月來的作品釘成一個小本子，在研習即將結束的時候，作為離別禮物送給了我，雖然我并不能看懂他寫的到底是什么，但是一個月來的心血送給了我，還是讓我很感動……至今我還留著。我發現，小f可不是個“學困生”，他很聰明，很了不得！

案例分析：

小f其實是一個聽話的孩子，每次行為習慣不好的時候，班級的老師和我都會糾正他，他會聽到后停止那些不好的習慣，只是堅持不了就回到了之前的樣子，他的一個問題就是自制力差了一些，需要教師去監督、去改正，有時候覺得他的說話方式就像一個小孩子，會磨人、會撒嬌，他會把書桌上的書扔到地面上，因為他知道當我再次走到他的身邊時，我一定會幫他把這些書撿起來，課堂上時有時無的發言或拆臺，雖然有時讓授課老師很煩惱，但我知道他想表現下自己，讓我注意到他。他會每天跟在我的屁后讓我看他新寫的雜志，我知道他想有讀者，更需要我的肯定，我曾經側面地詢問了他是否和父母生活在一起，某一天因為腸胃不適，吐了好久，我陪他在門衛等媽媽來接，我知道他擁有一個健全的家庭，我的心舒了口氣，而他用電話和媽媽還有爸爸通話的過程，或者拒絕給爸爸媽媽打電話的過程，又讓我感受到一些其他的東西……我覺得他并不是特別喜歡和父母通話，并沒有“媽媽、爸爸”那樣去叫他們，而在我們打給他的媽媽的時候，媽媽說忙不開，換成了爸爸來接，而那天，那么不舒服的小f和我，在門衛等了有一個半小時，我覺得小f并不是很開心。

篇2

【關鍵詞】飽和-非飽和多孔介質；滲流場；有限元法；地基；土力學

1 引言

土是具有連續孔隙的的多孔多相介質，并且水和空氣在其孔隙內流動。水和空氣在土體內的滲流傳質會引起土的應力狀態的改變，從而影響土體的力學性質和穩定性。文獻[1]對力學滲流作用下土體地基的力學響應進行了初步研究。飽和-非飽和土地基廣泛地應用于各種土木工程和水利工程建筑中，因此研究此類地基的力學和滲流耦合過程，具有重要的工程意義和學術價值。

基于固液兩相耦合作用的飽和土的動力控制方程、Biot理論框架、以及Terzaghi有效應力原理，文獻[2]從土體骨架的平衡方程和流相的動量守恒和質量守恒方程出發提出了飽和土的廣義Biot理論模型。基于飽和土Biot理論，文獻[3]采用了被動空氣壓力假定，即假定非飽和土域內孔隙氣體壓力均等于周圍大氣壓力，發展了非飽和土數值模型。

文獻[4，5]發展了用于地基孔隙水滲流分析的一些分析方法，但是沒有在滲流計算過程中并行地耦合力學計算過程。本文基于Biot理論，舍棄了被動空氣壓力假定，發展了對含固、液、氣三相的飽和-非飽和土建立了多相流與變形多孔介質相互作用的力學滲流耦合分析的有限元數值模型。并將本文發展的有限元數值方法應用于擋水結構雙層地基孔隙水滲流分析中，除了得到地基內孔隙水、氣的流相相關物理量的響應，也得到了地基應力演化和變形演化的響應，更加準確地模擬了地基承載問題中的力學和滲流耦合過程。

2 有限元模型控制方程

3 地基力學-滲流耦合計算

考慮平面應變條件下的地基沉降和滲流問題，地基的幾何尺寸如圖1所示。將地基區域離散化為681個有限元節點和206個8節點等參單元。地基頂端中部承受長度 的基礎底座的荷載作用，荷載隨基礎底座中心A點豎直方向位移的增加而逐步增加，并允許基礎底座繞A點轉動。在地基頂部BC邊界和EF邊界上指定注水流量以模擬環境荷載，注水速度以 表示。因防滲墻的作用，地基底部HI邊界、側面BD邊界和FG邊界為不透水邊界。地基側面DH邊界和GI邊界直接與地基周邊土層接觸，為透水邊界，并假定邊界上的飽和度與周邊土層的飽和度一致。

基礎底座中心A點施加垂直向下指定速率 。根據BC邊界和EF邊界上注水速度 的不同考慮以下四種工況：（一）無降水情況下；（二） ；（三） ；（四） 。

圖2給出了邊坡在上述四種荷載工況下的荷載-位移曲線。圖2四種工況下荷載-位移曲線的對比，可以看出增大注水速度會減小荷載峰值，說明邊坡的承載能力隨著注水速度的增加（即注水量的增加）而降低。由圖3給出了四種工況下地基的吸力分布。可以看出，注水量增加土壤的吸力顯著減小，邊坡的承載力降低，說明吸力的存在大大增強了邊坡的承載能力。

4 結論

（1）基于非飽和土連續介質力學的數學模型，舍棄了被動空氣壓力假定，發展了一個節點未知量僅含位移、液相壓力和氣相壓力的水力-力學耦合分析有限元數值模型，用于地基承載問題的力學滲流耦合分析。

（2）二維地基力學滲流耦合分析數值算例結果說明了發展的有限元發數值計算的有效性。數值結果顯示降水作用將極大地減小地基的承載能力，并能引起地基的塌陷。

（3）水力-力學耦合的數值分析較固相單一力學分析和流相單一滲流分析，在一定程度上更有利于揭示地基破壞現象的機理，對在工程生產中研究地基沉降問題提供了可靠依據。

參考文獻

[1] 史如平， 韓選江. 土力學與地基工程[M]. 上海： 上海交通大學出版社， 1990.

[2] ZIENKIEWICZ O C， SHIOMI T. Dynamic behaviour of saturated porous media： The generalized Biot formulation and its numerical solution [J]. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics， 1984， 8（1）： 71-96.

[3] 萬柯， 李錫夔. Biot-Cosserat連續體-離散顆粒集合體模型的非飽和土連接尺度方法[J]. 應用力學學報， 2013， 30（3）， 297-303.

[4] 張潮， 李小勇， 毛根海. 雙層地基滲流作用下有效應力性狀研究[J]. 太原理工大學學報， 2003， 34（5）， 66-73.

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【關鍵詞】專業認證流體力學教學改革考核方式

1.教學現狀及分析

流體力學是一門專業基礎課，其主要的先修課程有高等數學、大學物理、理論力學、材料力學等。由于流體力學對知識儲備要求高，研究對象又是不具固定形狀的流體，其理論教學比較抽象，因此教學現狀有以下幾個特點。課堂教學盡管采用多媒體方式，但流體力學的理論性太強，使得現有的多媒體教學課件形式單一，內容不夠豐富，導致教學仍以口授與板書為主，課堂互動性明顯不足，學生學習缺乏主動性、積極性；缺乏實踐性教學環節；缺少有效的師生溝通平臺。由于師生交流少，容易造成“教”、“學”分離，給課程的教學效果大打折扣。

2.考核現狀及分析

現階段流體力學的考核方式，大部分仍然采取30%的平時成績和70%期末考試成績。本課程包含大量的經驗公式及公式推導過程，對比近兩年的學生成績，目前該課程的考核方式并不理想。

3.改革措施

3.1教學改革措施

流體力學課程需要掌握的概念多、公式多，學生學習積極性不高，需要教師對課程不斷開展改革探索。為解決目前流體力學課堂教學中存在的問題，針對教學環節提出以下幾個改革方案。

3.1.1完善教學大綱

根據工程教育認證標準，應進一步修訂和完善教學大綱和教學計劃，優化學時分配。在保證《流體力學》基本概念、基本原理以及基本理論授課時間的基礎上對課程設計進行改革。比如，適當增加數學知識基礎；導入課程最好用動畫或者試驗吸引學生的注意力，提高學生學習的興趣；適當增加學生課后的作業，以討論性的分析和推導公式為主。

3.1.2增設案例及課堂討論環節

增加相關內容的案例，設置科學問題，然后分組討論，引導學生分析問題。以流體靜力學的基本公式為例，通過電視節目中模擬的桶裂實驗為引導，提出問題，留有懸念。然后通過公式推導理論驗證，最后給同學們討論的時間。另外，有條件的還可以專門設置一堂實驗課，課上分組展示并講解學生在課下自行設計的桶裂實驗。

3.2考核評價改革措施

增加平時考核的占比是課程改革的趨勢。根據專業認證的要求，增加平時的教學工作量，為學生準備與重點知識相關的小課題，增加課堂討論環節是一個新思路。根據課堂表現進行部分考核，提高學生平時考核成績。從而去除純記憶類題目，只考核綜合理解類和綜合應用類試題，適當增加期末考核難度，以督促學生平時注意積累。

3.3自編應用型教材

教材是學習的依據，作為機械類流體力學教材要體現理論與實際相結合，突出應用性。對于有經驗的教師，可以在總結多年知識積累和教學、科研成果的基礎上，結合相關流體力學書籍，撰寫屬于自己的機械類教材《流體力學》。自編教材對學生而言更實用，體現在以下幾點。一是自編教材主要以教學大綱為依據，整體上與課堂教學具備較高的統一性。內容編排按課堂教學節次循序漸進，學生自學時，邏輯和思路清晰，課上課下的自然銜接，更具有啟發性；二是可以根據課上學生的反應精簡方程式數學推導內容和過程，盡量將抽象概念形象化、簡單化和透徹化，使之通俗易懂?；蛘咴谡n堂上減少推導過程，而在書中將推導過程編寫的更加詳細，甚至添加多種推導方法，便于自學；三是理論聯系實際，集教學與科研成果于一體，使得課堂內容具有較高的客觀性、有效性和科學性，如此更有利于解決實際問題，指導工程實踐和生產活動；四是豐富例題和習題，除計算題外還設有簡答題、選擇題等多種題型，并給出參考答案。

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[論文摘要]結合學習主體所處的時代環境變化和流體力學知識體系的學科跨度大以及對數學基礎知識要求很高的特點，分析了流體力學教學中存在的問題和難點，提出大量采用實驗模型和實例教學以加強流體流動現象的觀察理解對提高流體力學教學效果的必要性和重要性。

前言

流體無固定形狀，即使受到的剪切力再小，只要持續存在，其變形便會隨時間持續增大，不像固體那樣，一定的受力只能產生一定的變形。流體力學的基本理論非常嚴密，描述流體流動現象的數學方程非常復雜，高度非線性[1]，因此學生對流體力學敬而遠之的現象比較嚴重。此外由于因特網及電子計算機的普及，各種虛擬現象泛濫，在這樣的環境下成長的學生接觸和感受實際發生的各種流體流動現象的機會大大減少，對自然現象的觀察和理解能力很弱。很多學生在接受流體力學教育之前所受的應試教育的影響下[2]，學習只是為了在短時間內對給出的試題做出接近正解的答案獲得高分，這種教育具有多大的意義，近年來許多學者從教育學的角度提出了疑問[2]。只有直面實際的流體流動現象，抓住問題的本質，才能誕生真正的學問和研究。筆者基于對本科和研究生的流體學教學中存在的難點和問題，指出了重視流體流動現象的觀察和理解對提高流體力學的教學效果的必要性和重要性。

一、流體力學教學面臨的問題

（一）新形勢下學生所處的社會環境變化

學生從小利用電腦打電子游戲的玩耍時間和機會大大超過了自己親自動手制作道具及模型的體感玩耍時間，通過體感玩耍接觸和觀察自然現象的機會大大減少。

因特網的普及使得在短時間內獲得大量的信息或實時獲得信息成為可能，近年來出現學生過度依賴因特網的傾向，疏遠了紙質圖書及相關文獻這些知識比較系統邏輯性也有保證的傳統信息載體。但因特網上除了正確的信息外，還有很多不準確甚至錯誤的信息，即使是正確的信息，各信息段之間也缺乏系統性，因此學生僅通過因特網難以建立系統的知識體系的。

手機在學生中的普及也使得學生們在實際問題時，不是自己獨立分析問題，找出問題發生的原因，而是直接利用手機詢問他人求得答案，這樣很難培養獨立制定計劃，對可能事態進行預測，獨立進行解決問題的能力。這恰恰是對一個未來走向社會成為一個優秀的技術人員的必經的磨礪之道。

（二）流體力學教學面臨的問題

流體流動的力學模型及其運動的物理意義難以理解[3]。流體粘性產生的模型與牛頓粘性定律之間的對應關系就是最好的一個例證。大多數學生雖然能夠使用牛頓粘性定律進行計算，但對運動的流體為何會產生粘性卻不能正確的理解。的確，對于涉及到流體力學的某些技術或產品設計，只要懂得一定的計算即可，但是對于開發和設計全新的產品，如不能準確把握所涉及到的相關流體流動的物理本質，有時會產生完全錯誤的設計結果。

流體的運動狀態繁多，流體力學融合領域廣，要求學生掌握更多的學科預備知識，尤其對數學知識的要求更高，使部分學生覺得流體力學是難以接近的一門課。同一流動現象常?？梢詮亩鄠€角度進行解釋，容易使學生產生混亂。比如對翼型的流體力學工作原理，可以從流體流動的動量變化、伯努利方程、壓力積分、流線的曲率變化等幾個方面進行解釋，解釋方法之多反而會使學生產生混亂，但每一種解釋方法都是正確的，解釋的都是一個本質，只有完全理解各種解釋方法所依據的理論，才可以解除認識上的混亂，將學到的知識條理化、系統化。

描述流體流動的數學方程高度非線性化，數學上求解比較困難。描述流體流動的納維斯方程和能量方程是否可以求解以及數學解的唯一性的證明需要微分方程、偏微分方程、多元積分等很深的數學功底，但近年來學生的數學和力學基礎存在下降的趨勢。

學生在進入大學前所接受的應試教育的影響很大，以考試成績自評學習效果的認識根深蒂固[4]。實際的流體流動現象往往沒有單純的標準答案，有時甚至存在多個解，重要的是抓住流動現象的物理本質，系統的理解流體力學的基本原理。

二、教學方法對應

解決上述問題的根本方法，筆者認為只有從流體力學教學上，直面涉及流體的各種現象，使學生準確的把握物理本質。為此在流體力學課堂上，廣泛采用流體模型教學和實例教學，增加學生觀察理解各種流動現象的機會，喚起他們對本門課的興趣的同時，讓他們形成為探究流動現象背后的物理本質進行思考的習慣，這對解決流體力學教學所面臨的問題至關重要。

使用電吹風斜向上吹一個讓學生事先準備好的氣球模型，沒經驗的學生會意外的發現氣球會向斜上方飄起。這一流體流動現象可從風從氣球上部通過時，由于氣球表面的影響風的流向會產生變化，也就是流線產生彎曲，根據風的動量變化必然產生使得氣球浮起的升力得到解釋，還可以從物體繞流邊界層效應得到解釋。從這一簡單的模型教學，還可以解釋飛機的機翼通過改變空氣的流向進而獲得升力的流體力學上的工作原理。

在一個裝滿水的塑料瓶內分別放入密度大于水和小于水的鋼球和泡沫小球，然后放在一個可移動桌面上，使桌面等直線加速運動，可發現鋼球運動較慢留在瓶底，而泡沫球運動較快停在瓶嘴附近。觀察這一個現象引導學生：泡沫球運動得較快是因為等加速運動瓶內流體的靜壓在運動方向上遞減形成壓力梯度，小球的前進方向的壓力大于等加速運動產生的慣性力，因此小球相對于塑料瓶向前運動；而作用于鋼球的前進方向的靜壓力雖然與泡沫小球相同，但慣性力大于前進方向的靜壓力，因此鋼球相對于塑料瓶向后移動。這一模型教學比一般教科書上關于流體等加速直線運動流體的靜壓分布的例題更容易使學生抓住問題本質，且能培養學生獨立思考之習慣，使學生體會到透過流體流動現象來正確觀察和理解把握流體力學基本規律的樂趣。

經常使用立式洗衣機的人都知道，洗完衣服后，衣兜總要被翻過來，假如原來兜里裝有硬幣等硬物，也會被掏出來[5]。把這個實例在課堂上講出后，學生們甚有興趣，追問其中的奧秘，當教師根據伯努利定律做出解釋并介紹伯努利這位集物理學家、數學家、力學家及醫學家于一身的瑞士的大科學家的基本情況后，學生們頓時對這位科學家充滿了崇敬之情，通過大量這種實驗模型及實例教學，學生們對學習流體力學這門課更有了興趣和信心，教學效果的提高自不待言。

三、結語

本文詳盡的分析了計算機、因特網、手機等現代化通訊工具普及后對學生產生的影響，由于流體力學課程知識體系的特點，這種影響產生的負面問題很多，尤其是教授成長在應試教育體制下走入大學的學生，更需要轉換認識，改變教學觀念，在課堂教學中廣泛植入實驗模型教學和實例教學，讓學生直面實際存在的各種流體流動現象，通過實際的流體流動現象的觀察和理解，達到生動及形象的把握這些流動現象背后的流體力學的基本定理，有效提升教學效果的同時，通過簡單實驗模型的制作還可提高學生的動手能力，這對學生走向社會成為一個具有創造性思維能力、獨立思考的優秀技術人員也是一個必不可少的雛形磨礪。

[參考文獻]

[1]黃衛星.工程流體力學[m].北京:化學工業出版社,2008.

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[3]向文英,程光均.流體力學教學與實驗創新[j].重慶大學學報(社會科學版),2003,18(4):21-26.

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關鍵詞：材料科學與工程專業；流體力學教學；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）48-0039-02

流體力學是一門研究流體的受力與運動規律的嚴密科學，是一門材料科學與工程專業中理論性和實踐性都較強的專業基礎課程。在流體力學的教學過程中，涉及到的數學公式很多，過程較為復雜。歷年來，學生們普遍認為流體力學課程枯燥無味，難以學懂，興趣不大，導致教學效果較差。分析材料科學與工程專業現狀可知，目前，該課程體系教學中存在著較大弊端：一方面，太偏重于數學推導與公式的理解，忽視了課程理論的物理意義與工程應用的有效結合；另一方面，忽視了課程的基礎作用，片面強調課程的專業性。為此，本文結合材料科學與工程專業的課程設置，對課程的教學環節進行了改革探索。課堂教學是提升學生認知的重要手段。筆者認為可以從以下幾個方面來提高流體力學的教學質量。

一、優化教學內容

縱觀材料科學與工程專業的流體力學課程體系，可將之分為基本理論知識、基本應用、實驗部分、與其他學科的交叉內容、工程實際應用等方面。在教學過程中，筆者認為采用模塊化教學方式能夠達到較好的效果。所謂模塊化教學是指根據學科或專業的不同需求選擇學習內容，將每個內容或環節定義為模塊。每個模塊的目標明確，針對性強，而且學時數相對較少，容易提高學生的學習效率。當然，各個模塊之間并不是孤立的，在教學實施過程中，模塊是相對獨立的，但從課程的整體架構上來說又是有機關聯的，步步為營，內容豐富，難度螺旋式上升，使整個流體力學課程具有較強的系統性和完整性。目前，國內材料科學與工程專業的流體力學課程體系基本按照如下形式貫穿：流體靜力學理想流體運動動力學實際流體運動：一元流體相似理論泵與風機。每部分的研究方法較為統一，所形成的體系由簡到繁、由易到難，并且很容易實現模塊化處理。例如在講授流體運動學基礎、動力學基礎時，可以先從實際流體流動的基本方程入手，使學生在本門課程開始就接觸到流體動力學的總的輪廓和最基本的理論方程，后面的理想流體動力學及一元流體動力學問題作為其特殊情況處理，將理想流體、一元流動的條件代入有關方程，即可得到理想流體、一元流動的動力學方程。建立的這種模塊體系具有由一般到特殊的特點，條理清楚。這樣一來，教師在講完一般形式的方程組后再來講具體一元流體動力學及理想流體動力學問題，就可略去大量的公式推導過程，節省了大量的課時，內容組織層次感較強，講起來重點更突出，教學過程卻相對簡化。

二、更新教材結構

同時，考慮到材料科學與工程專業的特色與應用范疇，非常有必要對教材內容進行優化處理，根據材料科學與工程的課堂要求，淡化一些理論推導過程，以工程應用為根本。從學生的學習規律來看，一般學生剛學習課程的時候積極性和重視程度都比較高，在學習時花費時間較長，但隨著課堂內容的推進，學生們的興趣減弱，教學內容和教學方法的改革與優化勢在必行。材料科學與工程專業的流體力學課程內容并不包括本領域的全部專業知識，主要講授流體流動的基本原理與基本思路，并側重于工程應用。因此，教材的選取要更具科學性，要根據專業特點和需要，結合學生興趣與學習層次，有針對性地選取講義，教材要更側重于基本原理與基本公式的講述與應用，做到簡單易懂，實用性較強。

三、激發學習興趣

在流體力學教學的開始，教師就應該緊緊抓住學生們的學習興趣，在緊扣教學計劃的基礎上，以當前熱點問題為引導，充分調動學生們的學習積極性。因此，在流體力學教學的過程中，如何將教學內容與工程實踐相結合，與熱點問題相結合，激發學生的學習興趣是提升教學效果的重要措施之一。比如在給學生上緒論課的時候，可以通過一些生動的圖片、視頻、動畫給學生形象地展示大自然與人類生活密切相關的流體力學現象，增強學生對流體力學的感性認識與興趣，如汽車為什么要做成流線型的；高爾夫球為什么在表面有很多坑；火箭為什么能夠上天；海岸為什么是弧形；戰斗機為什么頭部是尖的等。這些問題是日常生活中經常見到的，通過這些問題的設計與引導，可以讓學生們知道本課程的主要學習目標是什么，能解決什么樣的實際問題，讓學生們帶著疑問和興趣去學習，效果將事半功倍。

四、改革教學手段

目前，流體力學教學過程中教學手段較為豐富，但仍以板書和多媒體教學兩種方法為主。更多采用“多媒體為主，板書為輔”的方法。多媒體教學較為直觀、形象，所傳輸的信息量巨大。同時，伴隨著信息網絡化大形勢的進一步深化，網絡電子資源更加豐富，這樣大大縮短了教師們的備課時間。但這種方式也有不足之處，最主要表現在多媒體授課速度偏快，學生尚未形成知識結構體系就一帶而過，課堂上考慮的時間不足，很難形成師生之間的互動。相對而言，板書備課時間較長，課堂上書寫時間也較長，對于一些較難理解的內容，可以給學生們足夠的思考空間，并在課堂上按照既定授課思路進行，這樣能夠涵蓋較為瑣碎的知識點，易于形成師生間的“一問一答”式的互動關系。因此，在流體力學授課過程中宜采用二者結合的方式，對于系統性較差的知識點來說采用多媒體方式，而對于重點、難點內容則主要采用板書的形式，真正做到對該知識點的側重講解，疏而不漏。只有這樣才能使學生對課程既有充足的知識量，又有重點突出，進而提高學生的學習效率。

五、重視實驗與工程教學

流體力學課是一門與工程實踐結合緊密的學科。因此，在課程開展的過程中應該對實驗課與工程教學進行重點關注。實驗教學目前可以分為演示型和驗證型，但教學方法單一，限制了學生分析問題、解決問題的能力；同時，由于長期以來實驗教學從屬于理論教學，實驗教學與工程教學的課程建設與發展受到了嚴重制約。因此非常有必要對實驗與工程教學進行改革來適應目前高校的培養模式。首先，實驗與工程教學要注重同專業知識相結合。傳統的實驗教學較多適用于試驗臺環境下，是國家根據課程規劃以及人才的知識結構需要設立的，這嚴重阻礙了學生們與工程實踐的有效溝通，因此，可以針對學生所學專業逐步設立既符合本專業又具有工程背景的可操作性較強的實驗項目，用以適應學生對專業領域知識的理解與創新需求。其次，有效利用高?？蒲袃瀯?，促進實驗與工程教學的發展。以學科為依托，實現科研與教學互補，將科研成果引入實驗教學，這樣可以開闊學生視野，激發學生的創新思維。第三，實現基礎實驗與個性實驗的互補。在基礎實驗訓練的基礎上，開展一些更具有研究性和綜合性的實驗，這樣對理論知識的學習有一個較為有利的補充，同時也可以鍛煉學生們實驗設計、整體規劃的能力，積極調動學生們的學習積極性。

參考文獻：

[1]曾立云.流體力學課程教學方法研究[J].甘肅農業大學學報，2002，1（37）：123-125.

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【關鍵詞】：選礦，流體力學，應用。

中圖分類號：O741+.2 文獻標識碼：A 文章編號：

一、一些選礦設備中的流體運動

1.1浮選機

浮選首先要求在礦漿中產生大量的且充分彌散的氣泡，同時利用叫做捕收劑的藥物作用于礦粒表面, 增強礦粒表面的疏水性, 有利于礦粒被捕收于氣泡而上浮到礦漿表面, 實現浮選。礦粒在礦漿中受到浮力和重力的作用, 疏水礦物與氣泡結合后浮力大而上浮, 親水礦物不與氣泡結合重力大而下沉。產生氣泡的方法有機械攪拌、氣泡自溶液中析出(壓力低時)、氣體通過微孔介質及水的電解等方法。下圖是機械攪拌式浮選機示意圖。中間轉軸帶動底部葉輪旋轉, 轉軸上帶有進氣通道, 當葉輪旋轉時其葉輪上側形成負壓而吸入空氣, 空氣與礦漿充分混合, 被葉輪攪拌分割成細小氣泡分散在礦漿中。浮選槽中的流動分為攪拌區, 分離區, 泡沫區三個區段, 泡沫經槽的上端刮出。

1.2浮選柱

浮選柱是浮選機的一種, 自20 世紀60年代中期興起，發展時斷時續, 主要問題是浮選機的氣泡發生器始終不能很好地工作閣。下圖為浮選柱示意圖, 它是一個柱體, 其下部為氣泡發生器, 上部設有給礦器, 泡沫槽。礦粒同樣受到重力和浮力的作用實現分離。礦漿自上部給入, 靠自重在介質中下降, 與氣泡發生器產生的上升氣泡群碰撞和接觸, 實現氣泡的礦化。浮選柱的關鍵是氣泡發生器, 它的結構性能對浮選柱的浮選有直接影響。

浮選柱內有上升的礦化氣泡(與礦粒結合的氣泡) , 有下降的液流, 浮選柱要有一定的高度, 使礦粒與氣泡有較長距離的對流運動, 增加礦化機會。

1.3旋流器

旋流器根據用途不同可分為水力旋流器及重介質旋流器(選礦介質不是水而是配制的重介質懸浮液, 其密度與水不同)。水力旋流器可用于分級(按粒度大小分為若干級別)、還可用于脫泥、脫水及脫除浮選藥劑等, 重介質旋流器可用于分選。

旋流器上端成圓筒形, 下端呈圓錐形, 礦漿快速切向給入旋流器, 在旋流器內產生旋轉運動。旋流器內的顆粒主要受離心力的作用, 同時還受到與離心力相比可以忽略的重力和浮力的作用。在離心力作用下, 較粗的礦粒被拋向器壁，以螺旋線的軌跡向下運動, 由底流口排出, 較細的顆粒及大部分的水分則由溢流管排出, 如下圖所示。對于顆粒尤其是小顆粒的物料, 在離心力場中分選比在重力場中分選有效得多。

旋流器內流體的運動是復雜的湍流運動 , 其平均流動是三維空間的運動, 旋流器內任一點的平均速度可分為切向速度ut, 徑向速度ur及軸向速度uz，如下圖所示。

二、流體力學與選礦設備的發展

2.1氣泡發生器

（1）傳統氣泡發生器

浮選需要在分選設備中產生小而均勻的大量氣泡, 產生氣泡的裝置稱為氣泡發生器。氣泡發生器分為內部氣泡發生器和外部氣泡發生器兩類。內部氣泡發生器是使壓縮空氣通過由不同材質制成的微孔介質, 如, 帆布管、扎孔橡膠管、尼龍管、微孔陶瓷管等產生氣泡。內部氣泡發生器易產生結垢、堵塞問題, 常導致浮選工作不能正常進行, 現很少采用。外部氣泡發生器有噴射旋流型、氣水噴射型等。氣水噴射型氣泡發生器是將由噴嘴進入的壓縮空氣與水混合, 然后經擴散器, 通過帶孔的分配頭分散成大量小氣泡, 如圖。

（2）微泡發生器

傳統氣泡發生器的特點是: (l) 以吸氣加攪拌方式產生氣泡, 同時拌有微泡析出, (2)利用壓縮空氣并介入適當的結構產生氣泡。上述方式結構復雜, 消耗動力大。

一種新型的氣泡發生器, 自吸氣、產生大量氣泡、充分礦化同時完成。其原理如下圖所示。該裝置充分利用射流泵的原理, 礦漿由噴嘴射出, 射流卷吸走混合室內空氣, 造成混合室負壓, 空氣不斷地經吸入管進入混合室, 在喉管內強湍流作用下, 空氣被破碎成微泡, 充分礦化閣.該裝置有強烈的溶氣析出, 含氣率高, 礦化充分, 利于浮選。

從流體力學角度分析, 它充分利用射流原理在喉管內形成強烈的湍流場。噴嘴射出的流體先在喉管內變為分散相, 后在擴散段內變為連續相。在液氣相對運動段吸入的氣體先是在喉管內連續, 后在擴散段內由于壓力的升高分散產生大量穩定存在的臨界尺寸微氣泡。同時由于喉管的約束使礦漿成為窄束流, 強化了微氣泡與疏水礦物的結合。這種成泡方式具有革命性。

2.2徽泡浮選柱

微泡浮選柱如下圖所示，它是在傳統的浮選柱基礎上，利用上圖所示的微泡發生器改進而成, 其柱體結構上分為利用離心力的旋流段, 經氣泡發生器進入柱體旋流段的礦漿由于壓力降低會有氣泡從礦漿中析出, 該段氣泡迅速分離, 粗選段加穩流板, 抑制軸向混合, 提高有效浮選時間, 入料的分配盤使物料迅速沿斷面均勻分布。該浮選柱是多相、多力場流動, 微泡及多力場均利于浮選, 經多年使用, 效果很好。它具有理想的湍流礦化, 靜態分選的性質。

2.3切向給料噴射浮選機

該浮選機由德國研制, 在給礦方式和槽子結構上, 與其他浮選機有較大區別岡, 如下圖所示。浮選槽上部為柱形，下部為錐形的容器, 分內外兩個槽室, 內槽是作為精礦的泡沫層的收集槽, 在外槽柱段周圍, 數個氣泡發生器均勻布置在略低于礦漿面的位置, 礦漿沿近似切線的方向水平給入分選容器。進入容器的有壓礦漿在容器內產生旋轉運動, 礦化氣泡(礦粒與氣泡結合的氣泡) 由于離心力小, 產生沿徑向的向心運動的同時還有靠浮力的上升運動, 進入泡沫層, 由于礦漿的旋轉使礦漿產生凹陷, 上部的泡沫層, 會自動地流入內槽排出; 未與氣泡粘著的礦粒, 由于離心力大, 沿徑向的向外運動的同時還有在重力作用下的向下運動, 形成沿螺旋軌跡向下的運動, 進入錐段底部的尾礦排出口。

浮選槽上部礦漿的給料速度為3 ~10 m /s , 礦漿面的平均旋轉速度為1 ~2 m /s。該浮選機的空氣彌散和礦粒與氣泡的接觸, 主要在氣泡發生器中進行, 漿氣混合物噴入槽體后，馬上進入泡沫分離區, 兩者是互相分開的, 這里僅對給礦礦漿充氣, 而無需對槽中整體礦漿進行充氣和攪拌, 因此由氣泡發生器產生的大量微泡, 在微湍流作用下, 與礦粒更充分地相互作用, 形成礦化氣泡, 浮入泡沫層。

實踐表明, 該浮選機浮選速度快、能耗低, 對給礦波動不敏感，具有很好的發展前景。它是充分利用流動的多力場浮選。

三、結語

流體力學在選礦中的應用十分廣泛，同時選礦中還面臨著一些流體力學問題：

(l) 流場流動狀態大多涉及湍流流動, 由于湍流自身機理的復雜性對選礦機械內部流動還不是完全清楚, 與湍流研究相結合加強對選礦機械內部流動機理研究, 不僅有利于選礦機械的發展, 也可以推動湍流研究的進步及其與工程實際的結合。

(2) 除湍流模式與實驗相結合這一惟一可能依靠的方法外, 能否突破計算能力的限制, 將現有的湍流數值模擬方法如直接數值模擬方法用于解決選礦機械內部流場問題。

(3) 充分利用實驗測量方法, 使用先進實驗手段如LDV,，PIV等技術對選礦設備內部流場進行實驗研究, 能夠推動選礦機械研究的進展。

(4) 在選礦機械的研究中, 充分利用湍流研究的最新成果, 特別是湍流結構及其控制的最新研究成果, 可以推動選礦機械研究的技術進步。

參考文獻：

篇7

一、心得體會

通過這五天的實習，讓我學到了很多課堂上根本學不到得東西，仿佛自己一下子成熟了，不僅懂得了怎樣做事而且懂得了很多做人得道理。我也明白了肩上得重任，看清了人生和今后努力的方向，不管遇到什么事情都要認真得思考，不能太過急躁，要對自己所做的事情負責，同時也理解了很多事情，為以后工作積累了一些經驗。

我知道工作是一項熱情得事業，并且要有持之以恒的品質精神和吃苦耐勞的品質。這次難得的認識實習經歷，是我打開了視野，增長了見識，為我們今后進一步走向社會打下了基礎。

二、成果總結

力學在機械工程中的應用

在視頻力學在機械工程中的應用中，我們明白了一些力學研究中的問題，如：結構部件為什么在某種條件下失效?如何定量精確預報事故發生?等。機械是機構與機器的合成，我們重點了解構件承載能力的分析，機械振動的計算，機構運動的設計。承載力學是力學應用的重要方面，在對強度的計算中會運用到計算力學，機構的承載能力與剛度，穩定性，強度。在對機械振動的計算中我們還運用了機震力，在對機構運動設計中應用了理論力學與機械原理。

化學工業中的流體力學

在視頻化學工業中的流體力學中，我們知道了板式塔中塔板的種類，有無溢流塔板，泡罩塔板，f型塔板，t型塔板等。填料塔中填料的種類，還有萃取塔，流化床與氣液兩相流等概念。

力學在土木工程中得應用

在觀看力學在土木工程中的應用中我們知道了在土木建筑中會運用到結構力學、彈性力學、材料力學等力學知識。

力學與現代生活

在視頻中我們了解到一些力學問題造成的重大影響，如86年挑戰者號的爆炸知識因為沒有考慮到溫度對一個小小橡皮圈的影響，還有塔庫馬懸橋的倒塌，只是因為流動的空氣形成了卡門渦街。我們運用伯努里定律設計飛機的機翼，再根據機翼上下面風速差產生壓力使飛機飛起來。航天工程，生命領域，能源領域均是以力學為基礎的，我們可以運用流體力學原理解決股市問題，連亞洲金融風暴也可以用連通器原理解釋。

鉆井設備與工藝，采油設備，壓裂酸化，修井作業與設備，井下工具

在視頻中我們了解到鉆機的組成是由起升系統，旋轉系統，循環系統，動力設備，傳動系統，控制系統，井架和底座，輔助設備組成。鉆機的工作過程是由正常鉆進，接單根，下鉆，起鉆組成。采油的設備有抽油機抽油與電泵采油，井下工具有封隔器，噴砂器，配水器。

力學在水利工程中的應用

在視頻力學在水利工程中的應用中我們了解到灌溉中的渡槽是由槽深和下部支撐構成的，它會承受水載荷，風載荷，自重的影響。解決這些問題會運用到理論力學，材料力學，結構力學進行受力分析。大壩分為重力壩和拱壩，重力壩的特點是體積大，在分析其受力時我們會運用到材料力學，彈性力學，塑性力學，有限單元法。而拱壩則是由梁和拱共同作用。在計算地震對壩體影響時會用到振動理論，在研究放水時對壩體影響時會運用到固體力學，流體力學，交叉學科。

力學在船舶及海洋工程中的應用

在視頻力學在船舶及海洋工程中的應用中我們了解到在輪船的行駛中，輪船的平穩行駛是水輪機與船閘作用的結果，船閘的主題是閘手。浮力是指被物體排開水的重量，船舶的前進是靠反作用力做推力而推進的，輪船行駛中受到的阻力又與器速度有關。船梁是一種超靜定的構件。

對于工程力學的認識

工程力學專業的特色和優勢就是與任何學科都又聯系，分類廣泛。專業的培養目標是掌握理論分析能力，能將復雜的問題簡單化處理然后再復雜的分析。要掌握計算工具，如ansys，fluent等。掌握實踐能力，力學是與實踐能力相掛鉤的學科。

篇8

【關鍵詞】航空發動機基礎；知識體系；全局思維；質量意識

隨著民航運輸行業的迅速發展，民航運輸總量每年均在快速 增加。同時，民航運輸飛機的保有量也在隨之增加。這使得民航業對于高質量民航機務維修人員的需求越來越大。航空業內將航空發動機稱為工業皇冠上的明珠。航空發動機是前沿工業技術高度密集的復雜系統。航空發動機對于流體力學、結構力學、材料學、控制原理以及熱學知識等多個學科均有較高的要求。

《航空發動機基礎課程》作為機務培訓中重要的理論基礎課程，在整個課程體系中具有十分重要的地位。學生通過課程的學習將對發動機的整個工作原理和結構部件有較為清晰的認識。作為基礎課程，《航空發動機基礎》課程在教授本課程知識，還是培養學生整體工科素養的重要方式。本文著重分析《航空發動機基礎》課程在機務培訓中的重要性。

1.全面的工科知識體系

航空發動機被稱為工業皇冠，是高技術密集的復雜工業系統。在《航空發動機基礎》課程的學習過程中，涉及到流體力學、熱力學、結構強度、材料學等諸多學科。因此，《航空發動機基礎》課程可以為學生搭建較為全面的工科知識體系。

航空發動機的流體力學設計是所有工業設備中最為復雜和精密的。為了更高的空氣性能，發動機的流道設計十分復雜。另一方面，許多先進的流動控制技術和設計方法都率先應用在航空發動機上。學生在課程的學習過程中，對流體力學的基本概念會有較為清晰的認識。

航空發動機是熱機的一種，具有高速、高溫的特點。對于航空發動機熱力學知識的學習，可以讓學生對熱力循環、燃燒組織、冷卻散熱等熱力學知識均有較為深入的認識。值得注意的是，航空發動機熱端部件在高溫環境內長期工作，是發動機中最容易發生問題的部分。特別是渦輪軸承、葉片等部件，由于燃燒或者工作不穩定均容易發生故障。因此，對于熱力學的學習在機務實際工作中具有十分重要的意義。

在結構強度方面，發動機工作轉速高、載荷大，對材料及結構都造成極大的挑戰。結構的損壞往往也是發動機出現實質損害的先兆，如出現裂紋、震動等情況。比如說在高度旋轉過程中，發動機的動平衡調教尤為重要。如果動平衡出現問題，輕則導致整機震動、工作不穩定等情況，重則導致整個發動機結構的不穩定。在航空發動機基礎課程的學習中，學生可以對結構設計和強度知識有較為深刻的了解，在實際工作中增強對問題的分析解決能力。

除此之外，發動機控制、附件等系統均具有較好的工科知識基礎?？傊?，航空發動機作為工業的集大成者，對于培養學生整體的工科知識基礎具有十分重要的作用。

2.全局思維的養成

機務工作過程中，問題往往都不是獨立的，而是相互耦合的。為了提高機務人員實際分析問題的能力，對機務的全局思維能力提出了更高的要求。系統的全局思維在機務工作中具有極為重要的作用。在遇到實際的維修問題時，出現的顯性因素并不一定是解決問題的辦法。實際的問題和原因需要通過機務人員通過系統的進行全局分析才能得知。

《航空發動機基礎》課程具有完整的知識體系和分析方法理論，在培養學生全局思維方面有著非常大的優勢。在發動機實際工作過程中，流體、固體、熱學、電學問題相互耦合，互相聯系。這就要求學生在學習航空發動機基礎的過程中，綜合的進行問題分析。通過對實際的航空發動機問題進行分析（如流動帶來的振動問題，熱學導致的結構問題等），學生在考慮問題時不再只是單純針對部件本身，而是依靠系統的全局思維進行分析。

3.質量意識培養

航空是目前公認最安全的出行方式，這主要得益于航空業整體對質量的不懈追求。對于航空從業者，特別是機務人員，進行質量意識培養十分必要。質量意識的培養作為虛擬的意識形態培養，需要實際的課程和活動作榕嘌載體。

《航空發動機基礎》課程是培養學生質量意識很好的載體，這主要是因為航空發動機設計過程極為嚴謹和縝密的設計態度。航空發動機工作環境極為惡劣，工作性能要求極高。因此航空發動機基礎課程的學習過程，也是一個質量意識教育的過程。

《航空發動機基礎》課程首先可以為學生搭建全面的工科知識體系，并在此基礎上培養學生的全局思維及質量意識。基于以上分析，我們可以看到在機務培訓中《航空發動機基礎》是提升學生綜合能力的學習平臺，具有極為重要的地位。

【參考文獻】

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摘要:本文主要介紹Fluent軟件的組成結構、功能等，Fluent軟件是流體軟件中通用性比較強的商業軟件，它具有計算方便、省時省力、模擬效果較好可以和試驗相互驗證等優點，在水利方面得到廣泛應用。

關鍵詞:Fluent軟件;計算流體力學;數字模擬

流體力學是一門研究流體流動規律以及流體與固體相互作用的一門學科，研究的范圍在水里中包括發動力內氣體的流動，水里機械的工作原理，供水系統的設計，乃至航海航空和航天等領域內動力系統和外形設計等等。自從牛頓定律公布以來知道20世紀70年代初，研究流體運動規律的主要方法有3種:實驗研究、理論分析方法和計算流體力學即數字模擬。但是實驗研究耗費巨大，耗時耗力，而理論分析方法對于較復雜的非線性流動現象海域寫無能為力，數字模擬需要很長的時間學習掌握微分方程求解以及對計算流體力學進行深入研究才能運用，由此，計算準確、界面有好、使用方便簡單、能解決問題的商業計算軟件應運而生。其中Fluent軟件是通用性較強的軟件，是用于計算流體流動和傳熱問題的程序[1，3]。

1Fluent軟件介紹

Fluent軟件是由美國Fluent公司推出的CFD(Comput ational Fluid Dynamics，即計算流體動力學)軟件之一，在美國的市場占有率已高達60%，與流體、熱傳遞及化學反應有關的工業均可使用，由于囊括了Fluent Dynamic International比利時Polyflow和Fluent Dynamic International(FDI)的全部技術力量，因此Fluent軟件能推出多種優化的物理模型、先進的數值方法以及強大的前后處理工具。Fluent軟件基于有限元體積法，其思想實際上就是做很多模塊，這樣只要判斷是哪一種流場和邊界就可以拿已有的模型來計算。主要用于模擬和分析在復雜幾何區域內的流體流動與熱交換，可用于二維平面、二維軸對稱和三維流動的分析，定常與非定常流動的分析，不可壓縮流和可壓縮流的計算，傳熱和熱混合的分析，化學組分混合和反應的分析，多相流的分析，固體與流體耦合的傳熱分析，多孔介質的分析等。對每一種物理問題的流動特點，有適合它的數值解法，用戶可對顯式或隱式差分格式進行選擇，以期在計算速度、穩定性和精度等方面達到最佳。Fluent軟件是用C語言編寫的，因此具有很大的靈活性與能力，可以完成內存動態的分配，解的靈活控制。Fluent的作用主要體現在縮短設計過程，減少實驗室測定試驗的數目，減少產品開發成本，也即為CFD的作用所在。

在Fluent5.0中，采用Gambit的專用前處理軟件，使網格可以有多種形狀。Gambit軟件是Fluent公司提供的前處理器軟件，它包含功能較強的幾何建模能力和強大的網格劃分工具，可以劃分出包含邊界層等CFD特殊要求的高質量網格。Gambit的功能主要包括3個方面:構造幾何模型、劃分網格和指定邊界，其中網格劃分是其最主要的功能，最終會生成包含邊界信息的網格文件。另外，Gambit還提供了非常靈活的網格特性，用戶可以方便地使用結構和非結構網格對各種復雜區域進行網格劃分。對于二維問題，可生成三角形單元網格和四邊形單元網格;對于三維問題，可生成四面體、六面體、棱錐、楔形體及混合網格，還允許用戶根據求解規模、精度及效率等因素，對網格進行整體或局部的細化或粗化，或生成不連續網格、可變網格和滑動網格。使用Gambit軟件，將可大大縮短用戶在CFD應用過程中建立幾何模型和流場以及劃分網格所需要的時間。Fluent劃分網格的途徑有兩種:一種是用Fluent提供的專用網格軟件Gambit進行網格劃分，另一種則是由其他的CAD 軟件完成造型工作，再導入Gambit中生成網格。還可以用其他網格生成軟件生成與Fluent兼容的網格用于Fluent計算?？梢杂糜谠煨凸ぷ鞯腃AD軟件包括I-DEAS、Pro/E、SolidWorks、Solidedge等。除了Gambit外，可以生成Fluent網格的網格軟件還有ICEMCFD、GridGen等等。網格劃分完成后保存*.dbs文件和輸出*.msh文件。Fluent還可以根據計算結果調整網格，這種網格的自適應能力對于精確求解又較大的梯度的流場很有實際的作用。由于網格自適應和調整只是需要加密的流動區域里實施，而非整個流場。因此可以節約計算時間。

Fluent求解器是Fluent的核心部分。在研究流體問題時，可以免去人工對N-S方程求解這一步，而將精力主要集中在所要研究方向上。減少了研究者在計算方法、編程、前后處理等方面投入的重復、低效的勞動，將更多的精力和時間投入到考慮問題的物理本質、優化算法選用、參數的設定以及初始邊條件對最終流態影響的研究上。因而提高了工作效率，對問題的研究的深度廣度都可以得到一定的提高。

例如，文獻Lee J.H，Chen C.Q.Numerical simulation of line Puff via RNG k-e.model [J].Communication of nonlinear science and numerical simulation，1996，和Schulze.Simulation of flows past a series 60 ship hull applying a RNG k-e turbulence model on an unstructured grid[A].7th ISCFD[C].Beijing，China研究中的科學計算都是用的Fluent軟件完成的。

Fluent或Tecplot是Fluent軟件后處理器。后處理的功能包括:計算域的幾何模型及網格顯示、矢量圖(如速度矢量圖)、等值線圖、填充型的等值線圖(云圖)、XY散點圖、粒子軌跡圖、圖像處理功能(縮小、放大、旋轉等)、借助后處理功能，還可以動態模型流動效果，直觀地了解CFD的計算結果[1，2，7]。

2Fluent在水利工程中的應用發展

Fluent軟件應用于水利水電工程，近兩年來才有了長足的進展，但它必將成為研究和分析工程水力學問題的重要工具。

2.1在水工方面的應用

西北勘測設計研究院工程科研實驗分院巨江等通過Fluent軟件模擬了泄水建筑物溢洪道、泄洪閘工程泄洪時的泄流能力曲線、壁面壓力分布、沿程水面線及流速分布，其結果與模型試驗資料吻合良好。他們以積石峽溢洪道為工程算例，計算模擬了溢洪道的泄流能力曲線;計算獲得了溢洪道內任意點的壓力，試驗僅測量了底板中線上的壓力，將計算的堰面、泄槽底板以及挑流鼻坎上的壓力分布與試驗資料進行對比，發現計算的最大、最小壓力及其位置與試驗資料吻合良好;計算溢洪道泄槽水面線，并且與試驗相比;還計算模擬不同斷面垂線流速分布，并與試驗相比較。從比較結果中可以看出，計算模擬值與試驗值吻合良好。[4]

西安理工大學水利水電學院陳沖、魏文禮連同西安普邁項目管理有限公司嚴建軍應用Fluent軟件對閘后水躍強紊流區流速場進行了數值模擬，并將數值模擬結果與實測結果進行比較，表明它具有可行性與實用性。他們采用標準k～ε湍流模型封閉Reynolds方程作為紊流控制方程組，用幾何重構VOF法追蹤自由表面，用PISO算法計算流場，定義入口為速度進口;空氣入口為壓力進口;出口為壓力出口，認為下游出口處紊流已經發展的很充分，服從靜壓分布。得到了閘后某斷面沿水深方向的計算值和實驗值對比圖，從中可以看出計算值和實驗值比較吻合，從而得出Fluent軟件能很好的模擬紊流流動。[5]

2.2在節水灌溉方面的應用

華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室聶磊、史玉升、魏青松、蘆剛和水資源與水電工程技術國家重點實驗室武漢大學董文楚采用通用流體模擬軟件Fluent軟件所提供的5種不同的湍流模型:標準k-ε模型、RNG k-ε模型、Real2izable k-ε模型、標準k-ω模型、SST k-ω模型，對滴灌灌水器微流道內流場水流流動進行了數值模擬。通過對比模擬得出的灌水器的流量與實驗室試驗的結果，評價了不同的湍流模型對不同類型灌水器內流場流量模擬效果的影響，為灌水器內流場的理論分析以及灌水器流道結構的工程設計提供了一定的參考依據。[6]

3小結

Fluent軟件在我國已經獲得較好的應用。優點之一是應用于水流的計算機模擬，能取得和實驗很接近的結果，并且有計算快速、簡捷、方便的優點。它不僅能給出反映水流運動總體特性的各項運動參數，如流速、壓強等，而且可以方便地計算出各項水流參數的全場分布，能給出相關流場的具體信息。Fluent軟件另一個主要優點就是它的后處理功能，它能清晰的顯示不同計算時刻、不同位置斷面處的水流運動參數。由于其減少了研究者在計算方法、編程、前后處理等方面投入的重復、低效的勞動，將更多的精力和時間投入到考慮問題的物理本質，優化算法選用，參數的設定，因而提高了工作效率，其必然會獲得越來越多的應用，應用效果也必將越來越好。同時數值模擬可以提供更多的流場信息，與模型試驗具有相輔相成的作用。但是對于模擬不規則邊界的水流流動情況，還需要對Fluent 進行二次開發。

參考文獻

1 韓占忠、王 敬、蘭小平.Fluent流體工程仿真計算實例與應用.北京:北京理工大學出版社，2008

2 王瑞金、張 凱、王 剛.Fluent技術基礎與應用實例.北京:清華大學出版社，2007

3 王福軍.計算流體動力學分析.北京:清華大學出版社，2004

4 巨 江、劉少斌、楊曉池.Fluent軟件在泄水工程中的應用.水力發電學報，2009.28(2)

5 聶 磊、史玉升、魏青松、蘆 剛、董文楚.基于灌水器流量的湍流模型適應性研究.節水灌溉，2008(1)

篇10

XFEM在計算精度上可滿足要求,且在劃分網格時無須考慮裂紋界面,在裂紋尖端應力奇異場附近不要求過密的網格,當裂紋擴展時不必重新劃分網格,允許單元斷開,可解決傳統裂紋擴展分析中網格須重新劃分的難題,適于模擬任意裂紋動態擴展問題.XFEM在Abaqus的設置也很簡單,用戶設定好材料等相關參數后,對模型進行XFEM的相關設置即可.所有定義可很方便地在Abaqus/CAE中完成,與XFEM的相關設置有:

圖 1 Create Crack

對話框(1)切換到Interaction模塊,在主菜單欄中選擇SpecialCrackCreate,彈出Create Crack對話框(見圖1),選擇XFEM,單擊Continue后選擇裂紋區域,確定后進入Edit Crack對話框(見圖2),用戶可設置允許裂紋擴展、裂紋位置和contact property等參數.

圖 2 Edit Crack對話框

(2)在Step模塊中定義場輸出時,需定義XFEM狀態變量STATUSXFEM,以便在View后處理器中查看裂紋的相關結果.在Edit Field Output Request對話框中可選擇變量STATUSXFEM(見

圖3).

圖 3 Edit Field Output Request對話框(部分)

2 如何在Abaqus/CAE中實現流固耦合分析?

DS SIMULIA公司于2010年開發出第3個求解器――計算流體動力學求解器Abaqus/CFD.它基于混合間斷有限元法/有限體積法和有限元法,可解決與層流和湍流相關的流體力學問題

在Abaqus/CAE中,用戶可盡可能地使用現有工具進行定義,使得不管是計算流體力學專家還是初學者都感覺像使用為實現流固耦合而建立的CFD前后處理工具的功能一樣.用戶不用通過第三方軟件就可以在Abaqus/CAE中方便地實現Abaqus/Standard,Abaqus/Explicit與Abaqus/CFD的耦合,實現真正意義上的流固耦合操作過程為:

(1)用戶需要定義2個模型的屬性,一個定義為Standard/Explicit模型,另一個定義為CFD模型.在Abaqus/CAE的模型樹中雙擊Models,出現定義模型屬性的對話框(見圖4),選擇模型類型即可.

圖 4 定義模型屬性的對話框

(2)定義2個模型各自的部件、材料屬性、分析步、載荷和邊界條件等.

(3)耦合2個模型.具體操作為,激活其中1個模型,雙擊模型樹中的Interaction,進入Create Interaction對話框(見圖5),選擇Step以及Fluid,Structure Co,simulation Boundary,點擊Continue并選擇耦合面后,進入Edit Interaction對話框,點擊OK完成定義.另一個模型亦按照上述方法定義.

圖 5 Create Interaction對話框

(4)建立耦合Job.在模型樹中雙擊Co,execution,進入Edit Co,execution對話框(見圖6),設定計算模型及參數.

圖 6 Edit Co,execution對話框

3 如何實現求解器Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的協同仿真?求解器Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit各有優缺點對于應變變化較小且沒有接觸等非線性因素不強的區域,前者可很快收斂,且事件增量步可以設置得比較大;對于應變變化較大或復雜的接觸區域,后者不存在收斂性,所以對該類問題計算速度很快二者的協同仿真可充分利用其各自優點,對于應變變化不大且沒有接觸或接觸狀態不復雜的區域,可用Abaqus/Standard計算,而對于應變變化較大或接觸狀態復雜的區域,用Abaqus/Explicit計算可大大提高計算效率.協同仿真的實現方法為:

(1)定義Standard和Explicit 2個模型.首先在Standard模型中將所有部件裝配好,然后將其中要用于Explicit計算的部件拷貝到Explicit模型中.實現方法為:在主菜單欄中選擇ModelCopy Objects,彈出Copy Objects對話框(見圖7),根據需要將Standard模型中的相關instances拷貝到Explicit模型中.圖 7 Copy Objects對話框

(2)激活Abaqus/Standard模型,在模型樹中選中需要Link的部件,點擊鼠標右鍵,選擇Link Instances,彈出對話框(見圖8),繼續即可.Link完成后,這些Instance在Standard模型里將顯示成灰色,便于用戶檢查模型.

圖 8 Link Instances對話框

(3)分別定義2個模型的分析步、載荷和邊界條件等.

(4)激活Abaqus/Explicit對應的模型,雙擊模型樹中的Interaction,進入Create Interaction對話框,選擇Standard,Explicit Co,simulation,點擊Continue后,選擇聯合仿真面或者點,進入Edit Interaction對話框(見圖9),完成相關定義即可.

圖 9 Edit Interaction對話框