流体动力学模拟理论 (2)
流体力学实验 (2)
流体力学实验
流体力学实验是研究流体运动、流体性质和流体力学现象的实验方法和实验技术。
在流体力学实验中，通常会使用各种仪器设备和测量装置来观测、记录和分析流体的运动状态、流速、压力、温度等重要参数。
流体力学实验的目的可以是验证理论模型、研究流体流动的规律、探究流体与固体的相互作用等。
以下是一些常见的流体力学实验：
1. 流体的静力学实验：通过测量流体中的压力分布，来研究流体静力学的规律，常用的实验方法有水压实验和气压实验。
2. 流体的动力学实验：研究流体运动的规律，常见的实验包括流体的流速测量、流体的流线观测、流体的密度测量等。
3. 流体的粘性实验：用来研究流体粘性特性的实验方法，通常会测量流体的粘度和黏滞阻力。
4. 流体与固体相互作用的实验：研究流体在固体表面上的附着和流动的实验，如流体在管道中的摩擦阻力实验、流体在物体表面的湿润实验等。
5. 流体流动模拟实验：通过模拟实验方法来研究流体流动的现象和规律，常见的方法有模型试验和数值模拟。
流体力学实验通常需要使用精密的仪器设备和仔细的实验操作，以确保实验结果的准确性和可靠性。
实验结果可以为理论研究提供验证和支持，也可以为工程应用提供参考和指导。
流体动力学的理论与仿真技术
流体动力学的理论与仿真技术流体动力学是关于流体运动及其相关现象的研究学科，包括流体运动的基本原理、流体力学基础方程、流体现象数值计算方法等等。
随着计算机技术的不断发展，流体动力学仿真技术在航空航天、汽车工程、建筑工程等领域得到了广泛应用，并取得了一系列重要的成果。
流体动力学的理论基础包括流体力学基本定律、描述流体运动的方程、流体的动力学及其它方面的基础理论。
其中，描述流体运动的方程主要包括纳维-斯托克斯方程、欧拉方程和约化模式方程等。
纳维-斯托克斯方程是描述流体运动中黏性效应的方程，欧拉方程则是不考虑黏性效应的流体动力学基本方程。
约化模式方程则是对复杂流动过程提出的数学模型，如湍流模型、多相流模型等。
流体动力学的仿真技术是基于流体动力学基本方程的数值解法，通过计算机模拟流体运动的过程来研究复杂的流动现象。
仿真技术主要分为两类：基于拉格朗日方法的方法和基于欧拉方法的方法。
拉格朗日方法是一种追踪流体粒子的方法，它描述流体粒子的运动轨迹，并通过计算流体中的粒子相互作用来描述整个流体的运动状态。
欧拉方法是将控制体的流动转换成空间网格上的数值求解问题，因此欧拉方法适用于复杂流动领域。
除此之外，还有一种基于拉格朗日和欧拉方法的耦合模拟方法，它将两种方法的优点相结合，可以减少误差，提高仿真精度。
流体动力学仿真技术在航空航天领域得到了广泛应用。
在气动力学研究中，仿真技术可以帮助工程师进行机翼、机身、发动机进气口等部件的设计优化。
另外，在飞行器的研制过程中，仿真技术也可以通过计算燃烧室内的流场特性来确定发动机的工作性能，提高发动机的整体性能。
在汽车工程方面，流体动力学仿真技术可以帮助汽车设计师优化汽车的空气动力学特性，减少风阻并提高燃油效率。
通过计算汽车外壳表面的湍流势能和压力，可以完善车身形状、缩短车身长度、减轻车重和降低制动系统的发生概率。
在建筑工程方面，流体动力学仿真技术可分为建筑内部流动和外界流动。
前者可以用于设计通风系统、空气调节和火灾逃生通道等，后者可以用于研究建筑物的耐久性、抗风能力和结构强度等方面。
交通流理论-流体理论
（5 - 8 ）
在流量—密度相关曲线上， 在流量—密度相关曲线上，集 散波的波速就是割线的斜率、微弱波 散波的波速就是割线的斜率、 流量和密度非常接近） （流量和密度非常接近）的波速就是 切线的斜率。如图所示， 切线的斜率。如图所示，当车流从低 密度低流量的A 密度低流量的A状态转变的高密度高 流量的B状态时， 流量的B状态时，集散波的波速是正 的，即波沿道路前进。当车流从低流 即波沿道路前进。 量高密度的C 量高密度的C状态转变到高流量而密 度较低的B状态时， 度较低的B状态时，集散波的波速是 负的，即波沿道路后退。 负的，即波沿道路后退。从A状态到 状态的波是集结波。而从B状态到A B状态的波是集结波。而从B状态到A 状态的波是消散波，两者都是前进波。 状态的波是消散波，两者都是前进波。 状态到C状态的波是集结波， 从B状态到C状态的波是集结波，从C 状态到B状态的波为消散波， 状态到B状态的波为消散波，两者都 是后退波。 是后退波。
（5-3）
q = ku
∂k ∂ ( ku ) + = 0 ∂t ∂x
（5-4）
上式表明，当车流量随距离而降低时， 上式表明，当车流量随距离而降低时，车流密度则随 时间而增大。 时间而增大。
二、车流波动理论 交通车流和一般的流体一样， 交通车流和一般的流体一样，当道路具有瓶颈形 式路段，车流发生紊乱拥挤现象， 式路段，车流发生紊乱拥挤现象，会产生一种与车流 方向相反的波，好像声波碰到障碍物时的反射一样， 方向相反的波，好像声波碰到障碍物时的反射一样， 阻止车流前进，降低车速。如图5 阻止车流前进，降低车速。如图5-1。
第五节
交通流的流体力学模拟理论
2、车流连续性方程的建立 假设车辆顺次通过断面I II的时间间隔为 的时间间隔为Δ 假设车辆顺次通过断面I和II的时间间隔为Δt，两断 面的间距为Δ 面的间距为Δx。
CFD仿真模拟技术和模型介绍flunet模拟仿真计算流体力学
CFD仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用
随着计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）的不断发展，仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用越来越广泛。
CFD是一种使用数值方法对流体流动进行模拟的计算技术，它可以预测流体动力学行为，为工程设计和优化提供重要依据。
本文将介绍CFD仿真模拟的基本原理、方法和应用实例。
一、CFD仿真模拟的基本原理
CFD仿真是通过计算机模拟流体流动的过程，它基于流体力学基本控制方程，如Navier-Stokes方程、传热方程等，通过数值计算得到流场的分布、变化和相互作用等细节。
CFD仿真是一种基于计算机的技术，因此它具有高效、灵活、可重复性高等优点。
二、CFD仿真模拟的方法
CFD仿真模拟的方法可以分为直接数值模拟（DNS）和基于模型的模拟（MBM）两种。
1.直接数值模拟（DNS）
DNS是通过直接求解流体控制方程的方法进行模拟。
它能够准确地模拟流体的运动规律，但计算量大，需要高性能计算机支持，且对计算资源和时间的要求较高。
通常，DNS用于研究简单流动现象或作为参考模型。
2.基于模型的模拟（MBM）。
ansys流体力学仿真原理
ansys流体力学仿真原理
ANSYS流体动力学仿真的基本原理如下：
首先，利用流体力学基础进行仿真。
这种方法通过模拟流体的运动，计算出模型中流体发生的各种变化，如温度、流速等。
这些计算基于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程等理论知识。
在实际计算中，虽然不可能达到完全的守恒，但当计算出的残差小于10的负五次方时，通常认为结果是守
恒的。
其次，CFD（计算流体动力学）是ANSYS流体动力学仿真中常用的方法。
在ANSYS Fluent中，最常用的方法是使用有限体积法进行计算。
这种方法导出的离散方程具有守恒特性，并且离散方程系数的物理意义明确。
在CFD 中，包含四个几何要素：节点、控制体积、界面和网格线。
通过这种方法，可以提供流体的各种信息，如压力、速度、温度、受力情况、多相流的分布以及流体中各组分的构成。
最后，仿真流程包括确定模拟目的、前处理、求解器设置、结果展示与检查以及复算等步骤。
具体来说，在确定模拟目的阶段，需要确定自己需要计算的变量和关心的结果；在前处理阶段，完成模型的设置后，使用Fluent进
行网格划分和计算求解等设置；在求解器设置阶段，由于网格划分结束后，
已将物理模型/空间离散，获取了多个小单位控制体，即可开始求解方程；
在结果展示与检查阶段，完成计算之后，还需进行结果的后处理并修改呈现结果的方式，使其简单易懂；在复算阶段，最后考虑进行模型的修正，尝试获得更优的结果。
以上信息仅供参考，如果想要了解更多关于ansys流体力学仿真原理的问题，建议查阅相关网站或者专业书籍获取帮助。
流体动力学基础理论
流体动力学基础理论流体动力学是研究流体运动规律及其物理现象的学科，其基础理论包括流体静力学和流体动力学两个部分。
本文将围绕流体动力学的基础理论展开论述，包括主要概念、基本方程和典型应用等内容。
一、流体动力学概述流体动力学是研究流体在受力作用下的运动规律的学科。
在研究流体动力学时，通常将流体视为连续分布的介质，分析其运动状态和受力情况。
流体动力学的研究对象包括气体、液体和等离子体等。
流体动力学的基本假设有两个，即连续介质假设和边界层假设。
连续介质假设认为流体可以被看作是连续分布的介质，从而可以用连续函数来描述其物理量。
边界层假设认为流体与物体表面之间存在一层边界层，该层内的流体性质发生较大变化，而在该层外的流体相对稳定。
二、基本方程流体动力学的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程三个方程。
这三个方程构成了描述流体运动规律的基本框架。
1. 质量守恒方程质量守恒方程描述了流体质量的变化情况，其数学表达式为：∂ρ/∂t + ∇·(ρv) = 0其中，ρ表示流体的密度，t表示时间，v表示流体的速度，∇·表示散度运算符。
质量守恒方程表明在流体中，质量的增减与流体的速度有关，通过质量守恒方程可以研究流体的质量流动和密度分布情况。
2. 动量守恒方程动量守恒方程描述了流体运动的动力学规律，其数学表达式为：ρ(∂v/∂t + v·∇v) = -∇p + ∇·τ + ρg其中，p表示流体的压力，τ表示流体的黏性应力，g表示重力加速度。
动量守恒方程表明流体的运动受到压力、黏性应力和重力的综合作用，通过动量守恒方程可以研究流体的速度场和受力情况。
3. 能量守恒方程能量守恒方程描述了流体能量的变化情况，其数学表达式为：ρCv(∂T/∂t + v·∇T) = ∇·(κ∇T) + Q其中，Cv表示流体的定压比热容，T表示流体的温度，κ表示流体的热导率，Q表示流体受到的热源项。
流体力学II教材讲解
流体力学II（Viscous Fluid and Gas Dynamics）讲义第一章、粘性不可压缩流体运动基本方程组（学时数：6）1-1．绪论流体力学是力学的一个重要分支，主要研究流体介质（液体、气体、等离子体）的特性、状态，在各种力的作用下发生的对流、扩散、旋涡、波动现象和质量、动量、能量传输，以及同化学、生物等其他运动形式之间的相互作用。
它既是一门经典学科，又是一门现代学科，对自然科学和工程技术具有先导作用。
历史上，力学包括流体力学，曾经经历基于直观实践经验的古代力学、基于严密数学理论的经典力学、基于物理洞察能力的近代力学三个阶段。
在人类早期的生产活动过程中，力学即与数学、天文学一起发展。
17世纪，Newton基于前人的天文观测和力学实验，发明了微积分，并总结出机械运动三大定律和万有引力定律，发表了著名的《自然哲学的数学原理》一书。
由于原理是普适自然与工程领域的规律，从而使力学成为自然科学的先导。
从17世纪开始，人们逐步建立了流体力学的基本理论体系，从Pascal定律、Newton粘性定律、Pitot 管测速，到Euler方程和Bernoulli方程，标志着流体动力学正式成为力学的一个分支学科。
18世纪，人们着重发展无粘流体的位势理论。
到了19世纪，为了解决工程实际问题，开始注重粘性的影响，Navier-Stokes方程的建立为流体力学的进一步发展奠定了完整的理论基础，但该方程解的存在性与光滑性的证明至今仍是一大难题。
20世纪初，Prandtl凭借出色的物理洞察能力，提出边界层理论，从而开创了流体力学的近代发展阶段，使力学成为人类实现“飞天”梦想的重要理论先导。
60年代以来，由于超级计算机、先进测试技术的发展和应用，力学进一步凸显宏微观结合和学科交叉的特征，进入现代力学发展新阶段。
刚刚过去的2011年，人类遭遇了一系列极端事件：日本海底地震导致海啸和福岛核电站泄露事故；澳大利亚飓风；我国干旱洪水灾害等异常气候问题。
自考《交通工程学》各章节知识重点
XX年自考《交通工程学》各章节知识重点近年来，随着我国国民经济的开展，我国的汽车化、城市化进程加快，但由此带来了交通拥挤、车速降低、运距增加、停车困难、事故频繁、环境污染等交通问题，这促使了交通工程学在我国的开展和应用实践。
因此本课程是从事道路交通建立和管理的工程技术人员和管理人员应很好学习和掌握应用的专业课。
通过对本课程的学习，自学应试者应了解交通工程学的研究范围和内容以及开展概况，理解车辆、驾驶员以及交通流的根本特征，掌握交通调查和分析、交通规划、交通控制与管理、交通平安、交通环境保护和停车场等方面的根本知识、根本理论和设计计算方法，为从事交通工程设计实践和科研打下根底。
汽车化、城市化带来了诸多交通问题，促使了交通工程学在我国的开展和应用实践。
通过本章的学习，了解交通工程学在国内外的开展概况，理解交通工程学的研究范围、内容和目的。
为学习后面各章的内容打下良好的根底。
第一节交通工程学的研究范围及内容第二节交通工程的开展第三节我国交通工程学业的回忆与展望1、识记：交通工程学的相关学科;交通工程学的开展概况;交通工程学与车辆、道路、城市开展的关系。
2、领会：汽车化、城市化带来的交通问题;交通工程学的研究对象、范围、内容和目的。
人、车、车流的交通特性研究是交通工程学的根底，特别是交通流特征，是学习后面各章内容的根底。
通过本章的学习，了解车辆特性，理解和掌握驾驶员特征，深刻理解交通流特征参数的定义，熟练掌握各参数之间的关系，并利用这些关系进行计算。
第一节车辆特征第二节驾驶员特性第三节交通流特性1、识记：车辆特征、驾驶员特性、交通流特性参数。
2、领会：驾驶员视觉特性和反响特性及其影响因素;交通流特征参数的含义及其相互关系。
3、简单应用：交通流特征参数的计算和相互换算。
4、综合应用：由流量、速度、密度之间的关系式计算和推求最大流量、最正确车速、最正确密度。
交通调查是交通工程学科中重要的组成局部。
它是道路设计、交通控制与管理、交通规划、交通平安及交通流理论的根底工作。
第3章2 流体动力学基础-伯努利方程应用
17
【解】 以0-0为基准面，列1-1、2-2两个断面的伯努利方程：
V12 p2 V22 z1 z2 2g 2g p1
其中，z1 0、V1 Q A1 = (4 0.1) (3.14 0.32 ) =1.42m/s z2 z h、V2 Q A2 = (4 0.1) (3.14 0.12 ) =12.74m/s
z2
2
2
2g
z4
4
4
2g
其中，z2 0、p2 p0、V2 0， z4 0.3 1.0 1.3m、p4 0、V4 ?
10
【解】 联立以上两个方程，解得
V4 6.57(m / s)
喷射高度：
V4 2 h 2.2(m) 2g
即，喷水出口流速为6.57m/s，喷射高度为2.2m。
3
【解】
流量Q=VA，管径A已知，只需求出流速V。 基准面取在管道处，取1-1和2-2两个断面，列伯努 利方程。
V12 p2 V22 z1 z2 h12 2g 2g p1
1 1断面：z1 H 7m，p1 0，V1 0； 2 2断面：z2 0，p2 0.5atm 50662.5Pa，V2 ？，h12 1.5m。
11流体动力学基础流体动力学基础n伯努利方程的应用伯努利方程的应用n泵对液流能量的增加泵对液流能量的增加2伯努利方程的应用伯努利方程的应用11一般的水力计算一般的水力计算22节流式流量计节流式流量计33驻压强和测速管驻压强和测速管44流动吸力问题流动吸力问题311一般的水力计算一般的水力计算例例3131从水池接一管路如图所示
光催化流体动力学及数值模拟
1 设计内容
2 执行3情况未来计划
• Guillaume Vincent等(2011) 采用恒定的光强度，利用CFD实现了玻璃 纤维负载式光催化降解丙酮的过程。在自由域中采用的N-S方程和在负 载光激活区域中采用的Brinkman渗流方程，表明Langmir Hinshelwood 模型可以很好的应用在降解过程，且其论证了在较为准确的动力学参数 下，CFD可以很好的描述反应器中的柱塞流。反应不受外部传质和内部 扩散的影响，且对于较低的入口浓度其转化率为20-90%不等。
1 设计内容
2 执行3情况未来计划
• FLUENT是由美国FLUENT公司于1983年推出的CFD软件。FLUENT是目前功 能最全面、实用性最广、国内使用最广泛的CFD软件之一。其具有强大的网格 支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。 值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应 技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术。FLUENT可用于二维平面、 二维轴对称和三维流动分析，可完成多种参考系下流场模拟、定场与非定场流 动分析、不可压流和可压流计算、层流和湍流模拟、传热和热混合分析、化学 组分混合和反应分析、多相流分析、固体与流体耦合传热分析、多孔介质分析 等。FLUENT可让用户定义多种边界条件，如流动入口及出口边界条件、壁面 边界条件等，可采用多种局部的笛卡尔和圆柱坐标系的分量输入，所有边界条 件均可随空间和时间变化，包括轴对称和周期变化等。FLUENT提供的用户自 定义子程序功能，可让用户自行设定连续性方程、动量方程、能量方程或组分 输运方程中的体积源项，自定义边界条件、初始条件、流体的物性、添加新的 标量方程和多孔介质模型等。FLUENT是用C语言编写的，可实现动态内存分 配及高效数据结构，具有很大的灵活性与很强的处理能力。
中国石油大学华东-流体力学模拟上机实验2
流体力学模拟上机实验学院专业班级姓名学号指导教师年月流体力学模拟上机作业摘要：流体力学数值模拟是在流体力学的学习过程中很重要的一部分，以计算机为技术手段，运用一定的计算技术寻求流体力学复杂问题的离散化数值解。
引言流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体(包含气体，液体以及等离子态)现象以及相关力学行为的科学。
可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学，还可按流动物质的种类分为水力学，空气动力学等等。
描述流体运动特征的基本方程是纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程。
纳维-斯托克斯方程基于牛顿第二定律，表示流体运动与作用于流体上的力的相互关系。
纳维-斯托克斯方程是非线性微分方程，其中包含流体的运动速度，压强，密度，粘度，温度等变量，而这些都是空间位置和时间的函数。
一般来说，对于一般的流体运动学问题，需要同时将纳维-斯托克斯方程结合质量守恒、能量守恒，热力学方程以及介质的材料性质，一同求解。
由于其复杂性，通常只有通过给定边界条件下，通过计算机数值计算的方式才可以求解。
二维有障碍通道内的流动计算目的初步掌握软件的操作和边界条件的设置方法通过计算了解障碍通道内的流体运动的特性物理问题假设流体在一个两维通道内的流动，流体从左边流入，从右边流出，通过数值模拟的方法分析判断流体的运动特性。
模型的建立启动Gambit软件创建控制点，设定workingdictory开始建立建立模型。
1.流动空间面建立10m*10m计算空间矩形面。
2.建立车型障碍物车轮半径---0.2车轮原点坐标---X=4，X=8车体位置--- X=4，Y=0.4 宽4米，高3米。
操作步骤：建立车体solid1 ,平移障碍物至x=处。
建立车轮solid2，调整到设置位置，通过copy功能复制solid2建立另一车轮solid3，并平移至适当位置。
点击布尔运算按钮substract real face对于创建的面进行布尔运算（同时减掉solid1，solid2，solid3）得到计算网格填充生成区间。
流体仿真知识点总结
流体仿真知识点总结流体仿真是指利用计算机模拟流体力学问题，通过数值方法研究流体的运动规律和流场性质。
它是一种重要的科学计算手段，广泛应用于航空航天、水利工程、环境工程、汽车工程、海洋工程等领域。
本文将对流体仿真的基本概念、数值方法、常见模型以及实际应用进行总结，以帮助读者全面了解流体仿真的知识体系。
一、基本概念1. 流体的基本性质流体是一种特殊的物质状态，具有不固定的形状和容易流动的特性。
其主要物理性质包括密度、压力、温度、速度、粘度等。
在流体力学中，通常将流体分为不可压缩流体和可压缩流体两种类型，分别对应于马赫数小于0.3和大于0.3的情况。
2. 流体力学基本方程流体力学基本方程包括连续方程、动量方程和能量方程。
其中连续方程描述了流体的质量守恒，动量方程描述了流体的动量守恒，能量方程描述了流体的能量守恒。
这些方程是描述流体运动规律的基础，也是流体仿真的数学模型基础。
3. 边界条件和初值条件流体力学问题的边界条件和初值条件对解的精度和稳定性有着重要影响。
边界条件指流场与固体边界的交界处的物理条件，通常包括速度、压力、温度等。
初值条件指初始时刻各物理量的数值分布。
确定合适的边界条件和初值条件是流体仿真的关键步骤之一。
二、数值方法1. 有限差分法有限差分法是一种基本的离散数值方法，它将求解区域分割成有限个离散点，通过差分逼近连续微分方程，将微分方程转化为代数方程组进而进行数值求解。
有限差分法在流体力学中得到了广泛应用，如Navier-Stokes方程、能量方程和扩散方程等都可以通过有限差分法进行离散求解。
2. 有限体积法有限体积法是将求解区域分割成有限个控制体，通过对控制体内部进行积分得到平均值，进而将微分方程转化为代数方程组。
有限体积法在流体力学中得到了广泛应用，特别适用于非结构网格和复杂流场的数值模拟。
3. 有限元法有限元法是一种通过拟合局部基函数的方法，将微分方程转化为代数方程组进而进行数值求解。
流体力学 第四章 (2)讲解
沿AB流线写元流能量方程：
zA
+
pA γ
+
uA2 2g
=
zB
+
pB γ
+
uB2 2g
zA = zB , uB = 0
uA
2g pB - pA
2gh
毕托管
四、粘性流体元流的伯努利方程
Z1
P1 r
1v12
2g
Z2
P2 r
2v22
2g
hw '
第三节 恒定总流的伯努利方程
称为为 总水头，表明单位重量流体具有的总能量，称为 单位总能量。
方程含义
能量方程式说明，理想不可压缩流 体恒定元流中，各断面总水头相等， 单位重量的总能量保持不变。
三、元流能量方程的应用——毕托管
毕托管
用于测量水流 和气流点流速 的仪器。
测压管：两端开口并与流向正交；
测速管：两端开口并成直角弯曲，下端 开口正对来流。
一定从高处向低处流动；（2）水一定从压强大的地 方向压强小的地方流动；（3）水总是从流速大的地 方向流速小的地方流动？
3-5什么是水头线和水力坡度？总水头线、测压管水 头线和位置水头线三者有什么关系？沿程变化特征是 什么？
作业
P105-4.8、4.10、4.11 ，P1064.17、4.19
vy z
fy
1
p y
2 y
x2
2y
y 2
2y
z 2
vz t
vx
vz x
vy
vz y
vz
vz z
流体力学 4-2流体动力学讲解
将上述方程联立，代入已知数据，解得：
vA vB 2.89m / s vC 18.06m / s pB 161700Pa Q vC AC 5.68L / s
上面计算过程中基准面为A断面，压力为相对压力, 当选取C断面为基准面，压力取绝对压力时:
4
g
（2）文丘利管
1
2
图4－8 文丘利流量计
收敛部
分类 喉部
扩散部
思考
1.文丘利流量计应该如何安 装？ 2.测压管测量的是哪两点的 压差？
1
2
对截面1、2列总流伯努利方程
p1
12
p2
2 2
g 2g g 2g
由连续性方程可得 1 A1 2 A2
联立上面二式可得
图4－8 文丘利流量计
A
C
H
液箱
图4－10 喷射泵
解：取A、C 断面列伯努利方程
zA
+
pA
g
+
v
2 A
2g
=
zC
+
pC
g
+
vC2 2g
+
hwA-C
由已知条件得 Q 0.002m3 / s
AA
4
d
2 A
4
(0.025)2
0.49 103m 2
vA
Q AA
0.002 0.49 103
4.1m2
图4－8 皮托管
vB
2g pA pB
g
2gh
事实上，A点上测得的总压与未受扰动的B点的总压相 同，因此，只要我们测得某点的总压和静压，就可得到该 点的流速。
2粘性流体动力学基础
流体力学发展简史
• 历史上，流体力学一直沿着理论的和实验的两个不同的途 径发展。理论流体力学由于17历年欧拉(Euler,1707年 ~1783年)方程的提出，对于不考虑粘性的理想流体流动已 逐渐达到完美的程度。遗憾的是理想流动的解往往与试验 结果和真实流动相差甚远，以至相反。1752年达朗贝尔 ( D’ Lambert,1717年~1783年)发表了他著名的达朗贝尔佯 谬，指出在一个无界、理想不可压缩流体中，物体作匀速 直线运动时的阻力为零。稍后拉普拉斯(Laplace，1749年 ~1827年)，拉格朗日(Lagrange,1736年~1813年)等人把理想 流体运动的研究推向了新的高峰。但是，达朗贝尔佯谬的 结论对从事实际工程的工程师来说是无法接受的，从而工 程师们为了解决生产和技术发展中提出的流体运动问题而 发展了高度经验性的一门流体力学的分支----水力学 (Hydraulics)。
迪克牛仔，原名林进璋，歌迷通常亲切地称他 “老爹”。迪克牛仔从25岁开始舞台生涯，曾 组团演唱，历尽坎坷，直到40岁时机遇来临， 迅速成为家喻户晓的当红歌星。他最常说的一 句话是：“没有一千次的挫折，一万次的失败， 就不会有迪克牛仔。”如今，在香港、台湾， 迪克牛仔在有几千个座席的场所举行独唱音乐 会，几个小时门票就会销售一空。迪克牛仔演 唱的《一言难尽》、《爱》等歌曲在歌迷中广 为传唱，他的成功被演艺界誉为“台湾传奇”。 《有多少爱可以重来》《水手》《死心塌地》 《解脱》《爱如潮水》《酒干倘卖无》 《梦醒时分》《你知道我在等你吗》 《爱无罪》《忘记我还是忘记他》 《放手去爱》《三万英尺》《爱你的宿命》 《风飞沙》《我这个你不爱的人》《心动》 《值得》《为爱向前跑》《不可以流泪》 《最后一首歌》
流体力学模拟讲解
(K2,Q2)
K (K1,Q1)
K
流体力学模拟理论
当Q2=Q1 、K2>K1时， 产生一个集结波，w=0，
集结波在波动产生的那一点
原地集结。
Q (K1,Q1)
当Q2=Q1 、K2<K1时， 产生一个消散波， w=0，
消散波在波动产生的那一 点原地消散。
Q (K2,Q2)
(K2,Q2)
K (K1,Q1)
流体力学模拟理论
小组成员：王文 温峰
1.概 述
目录
2.流体力学模拟理论建立
3.流体流与交通流的比较
4.车流连续性方程的建立
5.车流波动理论
6.波速公式的推导
7.车流波动状态讨论
8.理论应用
1.概 述
流体力学模拟理论
运用流体力学的基本原理， 模拟流体的连续性方程，建 立车流的连续性方程。把密 度很大的交通流看作流体， 把车流密度的变化抽象为车 流波，通过分析车流波的传 播速度，寻求交通流流量和 速度、密度之间的关系，描 述车流的拥挤—消散过程
则排队消散时间为:
t q1 q2 1.69 541 0.28h
q2 q3
1924
阻塞时间为:
T t 1.69 0.281.69 1.97h
流体力学模拟理论
例2：道路上的车流量为720辆/h，车速为60 km/h，今有一辆超限汽车以30km/h 的速度进入交通流并行驶5km后离去，由于无法超车，就在该超限车后形成一 低速车队，密度为40辆/km，该超限车离去后，受到拥挤低速车队以车速 50km/h，密度为25辆/km的车流疏散，计算：最大排队长度和排队最长时的排 队车辆数？
遇红灯，车流通过瓶颈路段、桥梁等都会产生集结波。
城市道路与交通简答
简答题：1、简述我国城市道路交通现状：（一）、城市规划、用地布局的局限（二）、交通基础设施相对薄弱：1、机动车增长率13%—14%，城市道路增长率3%。
2、我国人均道路是发达国家的1/4。
（三）、城市交通组织结构不合理（四）、城市道路系统不健全（五）、城市道路交通管理与控制水平不高2、道路服务水平的定义和分级情况：服务水平是描述交通流的运行条件及其对汽车驾驶者和乘客感觉的一种质量测定标准，是道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量，如可以提供行车速度、舒适、安全及经济等方面所能得到的实际效果与服务程度。
美国《公路通行能力手册》（1965年）将道路的服务水平分为A至F六个等级，对这六个等级的描述如下：A级─自由车流，交通量低、车速高、行车密度小，驾驶者可按自己的意愿控制车速，不因其它车辆的存在而有干扰和延误。
B级—稳定车流，车速开始受到限制，但驾驶者仍能自由选择行驶的车道，车道稍有降低，但延误很小，该级可作为市击际公路的设计标准。
C级—仍为稳定车流，但车速和机动性已受到较大交通量的影响，多数驾驶者在选择车速、改变车道或超车等方面的自由度已受到限制，但尚能获得较满意的车速。
此级可作为市区道路的设计标准。
D级—接近不稳定车流，虽然已在很大程度上受运行条件变化的影响，但尚能维持驾驶人可接受的车速，而交通量的变动和车流的暂时受阻将引起运行车速显著降低，驾驶操作已很少有自由度，舒适性和方便性都已降低，但若行驶时间不长则尚可忍受。
E级—不稳定车流，行车已时停时开，车速很低，交通量已接近或等于道路的通行能力。
F级—强制车流，车辆排队慢行，极易发生阻塞，到极限时，车速和交通量都降至零。
3、权威的美国《公路通行能力手册》（1950年）中，根据通行能力的性质和使用要求，将通行能力分为三种情况，其定义如下：1．基本通行能力：在理想的道路和交通条件下，在单位时间内能通过一条车道或道路上某一点的最大小客车数。
流体力学的湍流模拟技术
流体力学的湍流模拟技术湍流是流体力学中一种常见的复杂流动现象，它具有高度的非线性和随机性。
理解和模拟湍流对于工程设计和科学研究至关重要。
随着计算机技术的不断进步，湍流模拟技术得到了显著的发展。
本文将介绍流体力学中湍流模拟的技术原理和常用方法。
一、湍流的定义和特点湍流是一种流体运动状态，具有无规则的涡旋结构和不可预测的动态行为。
相比于层流，湍流具有以下特点：1. 非线性：湍流是非线性流动，涉及到流动变量之间的相互作用和非线性耦合。
2. 随机性：湍流具有随机性，其运动和结构是不规则和不可预测的。
3. 惯性：湍流有很强的惯性，涡旋结构的形成和演化需要一定的时间。
由于湍流的复杂性和理论的不完备，研究湍流一直是流体力学领域的重要课题。
湍流模拟成为了研究湍流行为和预测湍流现象的重要手段。
二、湍流的模拟方法湍流模拟方法可以分为数值方法和实验方法两大类。
数值模拟方法应用计算机数值方法对流动进行数值模拟，常见的方法有直接数值模拟（DNS）、雷诺平均输运方程（RANS）模拟和大涡模拟（LES）。
1. 直接数值模拟（DNS）直接数值模拟方法是通过数值求解流体的基本方程，逐点计算流体的速度和压力分布。
这种方法可以精确地模拟湍流流动，但计算成本非常高。
由于湍流具有广泛的空间和时间尺度，所以DNS通常只用于对低雷诺数湍流的研究。
2. 雷诺平均输运方程（RANS）模拟RANS模拟是最常用的湍流模拟方法之一，它基于雷诺分解将流动变量分为平均分量和脉动分量。
对于脉动分量，利用统计方法求解涡动相关方程。
RANS模拟计算速度较快，适用于大规模湍流模拟，但无法获得湍流内部的细节信息。
3. 大涡模拟（LES）大涡模拟是一种介于DNS和RANS之间的模拟方法。
它采用格点尺度上滤波的方式，通过求解大尺度涡旋的方程来模拟湍流流动。
LES 模拟可以较好地捕捉湍流内部的大尺度结构，但需要更高的计算资源。
三、湍流模拟的应用湍流模拟广泛应用于不同领域，如航空航天、汽车工程、能源系统和环境工程等。
CFD模拟仿真理论知识：理解与应用
CFD模拟仿真理论知识：流体仿真应用
本文将介绍CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）模拟仿真理论知识的原理、方法和应用。
通过本文对CFD的深入理解，并了解如何运用这一理论解决实际问题。
一、CFD模拟仿真理论知识概述
CFD是一种通过计算机模拟和分析流体流动、传热、化学反应等自然现象的学科。
它广泛应用于航空航天、能源、建筑、环境科学、生物医学等领域。
CFD模拟仿真理论知识是CFD的核心，它包括流体动力学基本原理、数值计算方法和计算机程序设计等。
二、CFD模拟仿真基本原理和方法
1.基本原理：CFD基于牛顿第二定律和连续介质假设，通过数值方法求解流体控制方程，如Navier-Stokes方程，以获得流场的定量描述。
2.数值计算方法：常用的CFD数值计算方法包括有限差分法（Finite Difference Method，FDM）、有限元法（Finite Element Method，FEM）、有限体积法（Finite V olume Method，FVM）等。
这些方法将连续的流体流动问题离散为一系列离散点上的数值计算问题，通过求解这些离散点上的数值，得到流场的近似解。
3.计算机程序设计：为了实现CFD模拟仿真的自动化，我们需要编写计算机程序。
常用的编程语言包括Fortran、C++、Python等。
程序应包含建模、离散化、求解和后处理等步骤。
三、CFD模拟仿真难点与挑战。
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面内的质量速率相等。
（换句话说，曲面内的质量为定值，曲面外的质量也是定值）以上方程可以用曲面上的积分式表示。
流体力学假设所有流体满足以下的假设：·质量守恒·动量守恒·连续体假设在流体力学中常会假设流体是不可压缩流体，也就是流体的密度为一定值。
液体可以算是不可压缩流体，气体则不是。
有时也会假设流体的黏度为零，此时流体即为非粘性流体。
气体常常可视为非粘性流体。
若流体黏度不为零，而且流体被容器包围（如管子），则在边界处流体的速度为零。
流体力学的研究内容流体是气体和液体的总称。
在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。
大气和水是最常见的两种流体，大气包围着整个地球，地球表面的70%是水面。
大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。
20世纪初，世界上第一架飞机出现以后，飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。
20世纪50年代开始的航天飞行，使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。
航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。
这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。
石油和天然气的开采，地下水的开发利用，要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动，这是流体力学分支之一——渗流力学研究的主要对象。
渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治，化工中的浓缩、分离和多孔过滤，燃烧室的冷却等技术问题。
燃烧离不开气体，这是有化学反应和热能变化的流体力学问题，是物理-化学流体动力学的内容之一。
爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程，涉及气体动力学，从而形成了爆炸力学。
沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动等，都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题，这类问题是多相流体力学研究的范围。
等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。
等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。
研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学，它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动等方面有广泛的应用。
风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动；废气和废水的排放造成环境污染；河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀；研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学(其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。
这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。
生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题，例如血液在血管中的流动，心、肺、肾中的生理流体运动和植物中营养液的输送。
此外，还研究鸟类在空中的飞翔，动物在水中的游动，等等。
因此，流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。
此外，如从流体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。
流体力学的研究分支纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations），以克劳德-路易·纳维(Claude-Louis Navier)和乔治·盖伯利尔·斯托克斯命名，是一组描述象液体和空气这样的流体物质的方程。
这些方程建立了流体的粒子动量的改变率(加速度)和作用在液体内部的压力的变化和耗散粘滞力(类似于摩擦力)以及重力之间的关系。
这些粘滞力产生于分子的相互作用，能告诉我们液体有多粘。
这样，纳维-斯托克斯方程描述作用于液体任意给定区域的力的动态平衡。
它们是最有用的一组方程之一，因为它们描述了大量对学术和经济有用的现象的物理过程。
它们可以用于建模天气，洋流，管道中的水流，星系中恒星的运动，翼型周围的气流。
它们也可以用于飞行器和车辆的设计，血液循环的研究，电站的设计，污染效应的分析，等等。
纳维-斯托克斯方程依赖微分方程来描述流体的运动。
这些方程，和代数方程不同，不寻求建立所研究的变量（譬如速度和压力）的关系，而是建立这些量的变化率或通量之间的关系。
用数学术语来讲，这些变化率对应于变量的导数。
这样，最简单情况的0粘滞度的理想流体的纳维-斯托克斯方程表明加速度（速度的导数，或者说变化率）是和内部压力的导数成正比的。
这表示对于给定的物理问题的纳维-斯托克斯方程的解必须用微积分的帮助才能取得。
实用上，只有最简单的情况才能用这种方法解答，而它们的确切答案是已知的。
这些情况通常设计稳定态（流场不随时间变化）的非湍流，其中流体的粘滞系数很大或者其速度很小（小的雷诺数）。
对于更复杂的情形，例如厄尔尼诺这样的全球性气象系统或机翼的升力，纳维-斯托克斯方程的解必须借助计算机。
这本身是一个科学领域，称为计算流体力学。
基本假设在解释纳维-斯托克斯方程的细节之前，首先，必须对流体作几个假设。
第一个是流体是连续的。
这强调它不包含形成内部的空隙，例如，溶解的气体的气泡，而且它不包含雾状粒子的聚合。
另一个必要的假设是所有涉及到的场，全部是可微的，例如压强，速度，密度，温度，等等。
该方程从质量，动量，和能量的守恒的基本原理导出。
对此，有时必须考虑一个有限的任意体积，称为控制体积，在其上这些原理很容易应用。
该有限体积记为Ω，而其表面记为?Ω。
该控制体积可以在空间中固定，也可能随着流体运动。
这会导致一些特殊的结果，我们将在下节看到。
流体力学的展望从阿基米德到现在的二千多年，特别是从20世纪以来，流体力学已发展成为基础科学体系的一部分，同时又在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。
今后，人们一方面将根据工程技术方面的需要进行流体力学应用性的研究，另一方面将更深入地开展基础研究以探求流体的复杂流动规律和机理。
后一方面主要包括：通过湍流的理论和实验研究，了解其结构并建立计算模式；多相流动；流体和结构物的相互作用；边界层流动和分离；生物地学和环境流体流动等问题；有关各种实验设备和仪器等。
研究方法进行流体力学的研究可以分为现场观测、实验室模拟、理论分析、数值计算四个方面：现场观测现场观测是对自然界固有的流动现象或已有工程的全尺寸流动现象，利用各种仪器进行系统观测，从而总结出流体运动的规律，并借以预测流动现象的演变。
过去对天气的观测和预报，基本上就是这样进行的。
实验室模拟不过现场流动现象的发生往往不能控制，发生条件几乎不可能完全重复出现，影响到对流动现象和规律的研究；现场观测还要花费大量物力、财力和人力。
因此，人们建立实验室，使这些现象能在可以控制的条件下出现，以便于观察和研究。
同物理学、化学等学科一样，流体力学离不开实验，尤其是对新的流体运动现象的研究。
实验能显示运动特点及其主要趋势，有助于形成概念，检验理论的正确性。
二百年来流体力学发展史中每一项重大进展都离不开实验。
模型实验在流体力学中占有重要地位。
这里所说的模型是指根据理论指导，把研究对象的尺度改变(放大或缩小)以便能安排实验。
有些流动现象难于靠理论计算解决，有的则不可能做原型实验(成本太高或规模太大)。
这时，根据模型实验所得的数据可以用像换算单位制那样的简单算法求出原型的数据。
现场观测常常是对已有事物、已有工程的观测，而实验室模拟却可以对还没有出现的事物、没有发生的现象(如待设计的工程、机械等)进行观察，使之得到改进。
因此，实验室模拟是研究流体力学的重要方法。
理论分析理论分析是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。
理论分析的步骤大致如下：首先是建立“力学模型”，即针对实际流体的力学问题，分析其中的各种矛盾并抓住主要方面，对问题进行简化而建立反映问题本质的“力学模型”。
流体力学中最常用的基本模型有：连续介质、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体、平面流动等。
数值计算其次是针对流体运动的特点，用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来，从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。
此外，还要加上某些联系流动参量的关系式(例如状态方程)，或者其他方程。
这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。
求出方程组的解后，结合具体流动，解释这些解的物理含义和流动机理。
通常还要将这些理论结果同实验结果进行比较，以确定所得解的准确程度和力学模型的适用范围。
从基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的数学问题，所以流体力学的发展是以数学的发展为前提。
反过来，那些经过了实验和工程实践考验过的流体力学理论，又检验和丰富了数学理论，它所提出的一些未解决的难题，也是进行数学研究、发展数学理论的好课题。
按目前数学发展的水平看，有不少题目将是在今后几十年以内难于从纯数学角度完善解决的。
在流体力学理论中，用简化流体物理性质的方法建立特定的流体的理论模型，用减少自变量和减少未知函数等方法来简化数学问题，在一定的范围是成功的，并解决了许多实际问题。
对于一个特定领域，考虑具体的物理性质和运动的具体环境后，抓住主要因素忽略次要因素进行抽象化也同时是简化，建立特定的力学理论模型，便可以克服数学上的困难，进一步深入地研究流体的平衡和运动性质。
20世纪50年代开始，在设计携带人造卫星上天的火箭发动机时，配合实验所做的理论研究，正是依靠一维定常流的引入和简化，才能及时得到指导设计的流体力学结论。
此外，流体力学中还经常用各种小扰动的简化，使微分方程和边界条件从非线性的变成线性的。
声学是流体力学中采用小扰动方法而取得重大成就的最早学科。
声学中的所谓小扰动，就是指声音在流体中传播时，流体的状态(压力、密度、流体质点速度)同声音未传到时的差别很小。
线性化水波理论、薄机翼理论等虽然由于简化而有些粗略，但都是比较好地采用了小扰动方法的例子。
每种合理的简化都有其力学成果，但也总有其局限性。
例如，忽略了密度的变化就不能讨论声音的传播；忽略了粘性就不能讨论与它有关的阻力和某些其他效应。
掌握合理的简化方法，正确解释简化后得出的规律或结论，全面并充分认识简化模型的适用范围，正确估计它带来的同实际的偏离，正是流体力学理论工作和实验工作的精华。
流体力学的基本方程组非常复杂，在考虑粘性作用时更是如此，如果不靠计算机，就只能对比较简单的情形或简化后的欧拉方程或N-S方程进行计算。
20世纪30～40年代，对于复杂而又特别重要的流体力学问题，曾组织过人力用几个月甚至几年的时间做数值计算，比如圆锥做超声速飞行时周围的无粘流场就从1943年一直算到1947年。
数学的发展，计算机的不断进步，以及流体力学各种计算方法的发明，使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性，这又促进了流体力学计算方法的发展，并形成了“计算流体力学”。