流体力学-大作业
西工大-计算流体力学大作业
计算流体力学大作业学号： 姓名：1、不可压平面流通过二维容器（如图）。
采用 简单迭代、超松弛迭代 求解 势流方程获得容器内的速势和速度分布 。
边界条件按照课本中给，即流经 A 、B 的体积流量为1。
要求： 1）推导差分方程的迭代公式；2）编写计算机程序 ； 3）绘制计算结果曲线 。
答：1）迭代公式推导对于容器中的定常流场，其支配方程为22220x yφφ∂∂+=∂∂ 求解域为下图所示矩形区域则支配方程由有限差分形式代换，得1,,1,,1,,122220()()i j i j i ji j i j i j x y φφφφφφ+-+--+-++=∆∆具有22()()x y ∆+∆的截断误差对于正方形网格，有22()()x y h ∆=∆=，则上式可改写为n=17,1,1,,1,11()4i j i j i j i j i j φφφφφ+-+-=+++若采用简单迭代公式，即Liebmann 公式，则有(1)()(1)()(1),1,1,,1,11()4n n n n n i j i j i j i j i j φφφφφ++++-+-=+++若采用超松弛迭代，即SOR 公式，则有(1)()()(1)()(1),,1,1,,1,1(1)()4n n n n n n i j i j i j i j i j i j ωφωφφφφφ++++-+-=-++++其中松弛因子12ω<<。
ω最佳值opt ω为opt ω=式中cos(/)cos(/)m n αππ=+，m ，n 分别表示在网格系统中垂直线和水平线的总数。
2）计算机程序本程序采用C 语言编写。
程序源代码如下： #include<stdio.h> #include<math.h> void main() { int m=25,n=17,ilast[17],jlast[25]; int step1,step2; double h=0.25; double psi_j[25][17],psiprv_j,vel_j[25][17],velx_j[25][17],vely_j[25][17]; double psi_c[25][17],psiprv_c,vel_c[25][17],velx_c[25][17],vely_c[25][17]; double Pi,Alpha,Omega,Error; int i,j; for(i=0;i<17;i++) jlast[i]=17; for(i=17;i<m;i++) jlast[i]=17-(i-16); for(j=0;j<9;j++) ilast[j]=25; for(j=9;j<n;j++) ilast[j]=25-(j-8); //数据初始化 for(j=0;j<n;j++) { psi_j[0][j]=1.0; psi_c[0][j]=1.0;}for(i=1;i<m;i++){psi_j[i][jlast[i]-1]=1.0;psi_c[i][jlast[i]-1]=1.0; }for(j=0;j<8;j++){psi_j[m-1][j]=1.0;psi_c[m-1][j]=1.0;}for(i=1;i<m-1;i++){if(i>6 && i<21){psi_j[i][0]=0.0;psi_c[i][0]=0.0;}else{psi_j[i][0]=1.0;psi_c[i][0]=1.0;}}for(i=1;i<m-1;i++){for(j=1;j<jlast[i]-1;j++){psi_j[i][j]=0.5;psi_c[i][j]=0.5;}}//处理右上角数据for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<n;j++){if(j>jlast[i]-1){psi_j[i][j]=0;vel_j[i][j]=3;psi_c[i][j]=0;vel_c[i][j]=3;}}}Pi=4.0*atan(1.0);Alpha=cos(Pi/m)+cos(Pi/n);Omega=(8.0-4*sqrt(4-pow(Alpha,2)))/pow(Alpha,2);//计算速势step1=0;step2=0;//简单迭代while(1){Error=0.0;for(i=1;i<m-1;i++){for(j=1;j<jlast[i]-1;j++){psiprv_j=psi_j[i][j];psi_j[i][j]=(psi_j[i-1][j]+psi_j[i+1][j]+psi_j[i][j-1]+psi_j[i][j+1])/4.0;Error=Error+fabs(psi_j[i][j]-psiprv_j);}}step1++;if(step1>1000)break;if(Error<=0.001)break;}//超松弛迭代while(1){Error=0.0;for(i=1;i<m-1;i++){for(j=1;j<jlast[i]-1;j++){psiprv_c=psi_c[i][j];psi_c[i][j]=(1-Omega)*psi_c[i][j]+Omega*(psi_c[i-1][j]+psi_c[i+1][j]+psi_c[i][j-1]+psi_c[i][j+1])/4.0;Error=Error+fabs(psi_c[i][j]-psiprv_c);}}step2++;if(step2>1000)break;if(Error<=0.001)break;}//计算速度for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<jlast[i];j++){if(j==0){vely_j[i][j]=(-3*psi_j[i][j]+4*psi_j[i][j+1]-psi_j[i][j+2])/2/h;vely_c[i][j]=(-3*psi_c[i][j]+4*psi_c[i][j+1]-psi_c[i][j+2])/2/h;}else if(j==jlast[i]-1){vely_j[i][j]=(psi_j[i][j-2]-4*psi_j[i][j-1]+3*psi_j[i][j])/2/h;vely_c[i][j]=(psi_c[i][j-2]-4*psi_c[i][j-1]+3*psi_c[i][j])/2/h;}else{vely_j[i][j]=(psi_j[i][j+1]-psi_j[i][j-1])/2/h;vely_c[i][j]=(psi_c[i][j+1]-psi_c[i][j-1])/2/h;}}}for(j=0;j<n;j++){for(i=0;i<ilast[j];i++){if(i==0){velx_j[i][j]=(-3*psi_j[i][j]+4*psi_j[i+1][j]-psi_j[i+2][j])/2/h;velx_c[i][j]=(-3*psi_c[i][j]+4*psi_c[i+1][j]-psi_c[i+2][j])/2/h;}else if(i==ilast[j]-1){velx_j[i][j]=(psi_j[i-2][j]-4*psi_j[i-1][j]+3*psi_j[i][j])/2/h;velx_c[i][j]=(psi_c[i-2][j]-4*psi_c[i-1][j]+3*psi_c[i][j])/2/h;}else{velx_j[i][j]=(psi_j[i+1][j]-psi_j[i-1][j])/2/h;velx_c[i][j]=(psi_c[i+1][j]-psi_c[i-1][j])/2/h;}}}for(i=0;i<m;i++){for(j=0;j<jlast[i];j++){vel_j[i][j]=sqrt(pow(velx_j[i][j],2)+pow(vely_j[i][j],2));vel_c[i][j]=sqrt(pow(velx_c[i][j],2)+pow(vely_c[i][j],2));}}//输出结果分布FILE *fp;fp=fopen("f:\\ESL\\YFresult.txt","w");fprintf(fp,"简单迭代结果\n");fprintf(fp,"速度势分布\n");for(j=n-1;j>=0;j--){for(i=0;i<ilast[j];i++){fprintf(fp,"%-10.6f\n",psi_j[i][j]);}}fprintf(fp,"速度分布\n");for(j=n-1;j>=0;j--){for(i=0;i<ilast[j];i++){fprintf(fp,"%-10.6f\n",vel_j[i][j]);}}fprintf(fp,"超松弛迭代结果\n");fprintf(fp,"速度势分布\n");for(j=n-1;j>=0;j--){for(i=0;i<ilast[j];i++){fprintf(fp,"%-10.6f\n",psi_c[i][j]);}}fprintf(fp,"速度分布\n");for(j=n-1;j>=0;j--){for(i=0;i<ilast[j];i++){fprintf(fp,"%-10.6f\n",vel_c[i][j]);}}fclose(fp);//输出tecplot数据FILE *fp1;fp1=fopen("f:\\ESL\\TECPLOT-result.txt","w");fprintf(fp1,"title=erwei grid\n");fprintf(fp1,"variables=x, y, psi_easy, velocity_easy, psi_SOR\n, velocity_SOR\n");fprintf(fp1,"zone t=grid,i=25,j=17,f=point\n");for(j=0;j<n;j++){for(i=0;i<m;i++){fprintf(fp1,"%-10.6f,%-10.6f,%-10.6f,%-10.6f,%-10.6f,%-10.6f\n",i*h,j*h,psi_j[i][j],vel_j[i][j],p si_c[i][j],vel_c[i][j]);}}fclose(fp1);}3）计算结果采用简单迭代，容器内的速势和速度分布速势分布（简单迭代）速度分布（简单迭代）采用超松弛迭代，容器内的速势和速度分布速势分布（SOR ） 速度分布（SOR ）2、用点源（汇）分布在对称轴的源汇模拟流体绕过NACA0012旋称体的二维轴对称势流解。
(完整版)流体力学作业试题库及答案
第一章 绪论思考题1-1 何谓流体连续介质模型？含有气泡的液体是否适用连续介质模型？ 答：所谓流体的连续介质模型，即把流体视为没有间隙地由流体质点充满它所占据的整个空间的一种连续介质其物理性质和物理量也是连续的。
若气泡相对于液体而言可以看作孤立的点的话，则含有气泡的液体可以适用连续介质模型。
习题11-3 如题图所示，设平行板间隙为0.5mm ，中间充满液体，上板以U ＝0.25m/s 的速度平移，施于单位面积的力为2Pa ，试求液体的粘度为多少？解：YU dy du A F μμτ===液体粘度s Pa AU FY ⋅⨯=⨯⨯==--3310425.0105.02μ1-4 求题图所示的轴与轴套之间的流体粘度。
解：s Pa dLU FY dLA Y U dy du A F ⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==⇒====--0648.0493.010)140120(14.3102.034.863πμπμμτ第二章 流体静力学习题22-5 用多管水银测压计测压，，题图中标高的单位为m ，试求水面的压强p 0。
解：Pam g m g p pap m m g p p m m p p m m g p p m m g p p D D CC B B A A 5001065.29.298002.21334169.22.20)2.13.2()2.15.2(g )4.15.2()4.10.3(⨯=⨯-⨯=⨯-⨯=⇒⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-+=--=-+=-+=水汞汞水汞水ρρρρρρ2-9 一盛水的敞口容器作加速运动，试求下列两种情况下容器内静压强的分布规律：（1）自由降落；（2）以等加速度a 向上运动。
解：h a g p p )sin (0αρ++=（1）0,900=∴=︒-=p p 相对压强α（2）)(,900a g h p p p p a a ++=∴=︒=ρα绝对压强2-12 试求开启题图所示水闸闸门所需的单宽拉力F 。
不计闸门自重及转轴摩擦力。
2023年流体力学作业题库及答案
第一章绪论思索题l—l何谓流体持续介质模型？具有气泡的液体与否合用持续介质模型？竺．仁丁•所谓流体向持续介质模型，即把流体视为没有间隙地由流体质点充斥它所占据的整个空间的一种持续介质其物理性质和物理量也是持续的。
若气泡相对千液体而言可以看作孤立的点的话，则具有气泡的液体可以合用持续介质模型。
习题l1 -3如题图所示，设平行板间隙为0.5m m,中间充斥液体，上板以U=O.25m/s的速度平移，施千单位面积的力为2Pa,试求液体的粘度为多少？解：F du UT=—=µ —=µ —A d y YF Y 2x0.5x10-3液体粘度µ== =4x10-3Pa·sAU 0.25I-4求题图所示的轴与轴套之间向流体粘度。
解：F du U1=—=µ —=µ —A d y YA=冗dL⇒ µ= = =0.0648Pa·sF Y 8.34x0.2x10-3动LU 3.14x(120x140)x10-6 x0.493第二章流体静力学习题22—5 用多管水银测压计测压，，题图中标高的单位为m,试求水面的压强p广解：p=p+ p g(3.0m-1.4m)A 0水p=p+p g(2.5m-1.4m)A B采p =p-p g(2.5m -1.2m)⇒B C水p=p+p g(2.3m-1.2m)C D采p =O p ap = p g x 2.2m-p g x 2.9m =133416x 2.2-9800x 2.9 = 2.65 x10s P a 0采水2-9 一盛水的敞口容器作加速运动，试求下列两种状况下容器内静压强的分布规律：(1) 自由降落；(2)以等加速度a向上运动。
解：p=p +p(g+as in a)h。
顶=-90°,相对压强p=0(1)。
:. p=O．．双=90°,绝对压强p=p(2) 0 a: .p=p+ p h(g +a)a2-1 2试求启动题图所示水闸闸门所需的单宽拉力F。
流体力学大作业实验报告
END DO PRINT*,"摩擦系数为:",S END PROGRAM
运行结果：
∴ = 0.033379640， ∴ V = 58.8 ÷ (1.8 + 70 ) /s = 3.77m/s 经检验， = = 433001 > 4000，为紊流，符合假设。 ∴流量Q = AV = × V = 0.0666 /s
S=(1/(-2.0*LOG10((A/D)/3.7+2.51/(SQRT(58.8/(1.8+70*T))*D/U*SQRT(T)))))**2
DO WHILE(ABS(S-T)>E) PRINT*,"摩擦系数为:",S T=S S=(1/(-2.0*LOG10((A/D)/3.7+2.51/(SQRT(58.8/(1.8+70*T))*D/U*SQRT(T)))))**2
∴ V = 58.8 ÷ (1.8 + 70 ) /s
由科尔布鲁克公式 = −2.0 ( . + . )，其中 =
查表得， = 10℃时，运动粘性系数 = 1.306 × 10 /s D=150mm, Δ = 1 将V的表达式代入科尔布鲁克公式得：
= −2.0 ( + . )=−2.0 ( +
.
.
.
==6−.31606mm//ss，
流体力学大作业
7-36
题目：设有一虹吸管，其装置如图所示，设管径为 150mm。
试求通过该管的流量。已知水温为 10℃，∆=
，
弯头 = . ,， 进口 = . 。
推导过程：
选取截面 1-1,2-2 如右图所示， = 0 , = −3 , = = 由总流伯努利方程
流体力学大作业
“水流动力学基本原理的应用”大作业
姓名：
学号：
专业班级：
成绩：
教师评语：
年月日
1、对水流流向问题有如下一些说法：“水一定从高处向低处流”,“水一定从压强大的地方向压强小的地方流”，“水一定从流速大的地方向流速小的地方流”。
这些说法是否正确？为什么？
2、在写总流能量方程221112221222p p z z h g g g g
ωαυαυρρ++=+++ 时，过水断面上的计
算点、基准面、压强标准是否可以任意选取？为什么？
3、液流通过如图所示管道流入大气中，已知：U 形测压管中水银柱高差m h Hg 2.0=∆，
10.72h m =水柱高，管径m d 1.01=，管嘴出口直径m d 05.02=，不计管中水头损失，试
求：管中流量Q 。
4、如图所示为一水平面上的渐变弯管，已知：
断面1-1处的压强2
3
1/1098m N p ⨯=，流速14/m s υ=，管径mm d 2001=，管径mm d 1002=，转角
45=α，不计弯管的水头损失。
试求：水流作用在弯管上的力
5、如图所示为闸下底板上的消力墩，已知：跃前断面水深h 1=0.6m ，流速v 1=15m/s ，跃后断面水深h 2=4m ，墩宽b=1.6m ，试求：水流对消力墩的作用力。
题2.9图
6、学过恒定总流能量方程及动量方程及其应用这部分内容以后，你觉得有些什么收获？有什么疑惑或者模糊的地方？。
计算流体力学课程大作业
《计算流体力学》课程大作业——基于涡量-流函数法的不可压缩方腔驱动流问题数值模拟张伊哲 航博1011、 引言和综述2、 问题的提出，怎样使用涡量-流函数方法建立差分格式3、 程序说明4、 计算结果和讨论5、 结论1引言虽然不可压缩流动的控制方程从形式上看更为简单，但实际上，目前不可压缩流动的数值方法远远不如可压缩流动的数值方法成熟。
考虑不可压缩流动的N-S 方程：01()P t νρ∇⋅=⎧⎪∂⎨+∇⋅=-∇+∆⎪∂⎩U UUU f U (1.1)其中ν是运动粘性系数，认为是常数。
将方程组写成无量纲的形式：01()Re P t∇⋅=⎧⎪∂⎨+∇⋅=-∇+∆⎪∂⎩U UUU f U (1.2) 其中Re 是雷诺数。
从数学角度看，不可压缩流动的控制方程中不含有密度对时间的偏导数项，方程表现出椭圆-抛物组合型的特点；从物理意义上看，在不可压缩流动中，压力这一物理量的波动具有无穷大的传播速度，它瞬间传遍全场，以使不可压缩条件在任何时间、任何位置满足，这就是椭圆型方程的物理意义。
这就造成不可压缩的N-S 方程不能使用比较成熟的发展型．．．偏微分方程的数值求解理论和方法。
如果将动量方程和连续性方程完全耦合求解，即使使用显示的离散格式，也将会得到一个刚性很强的、庞大的稀疏线性方程组，计算量巨大，更重要的问题是不易收敛。
因此，实际应用中，通常都必须将连续方程和动量方程在一定程度上解耦。
目前，求解不可压缩流动的方法主要有涡量-流函数法，SIMPLE 法及其衍生的改进方法，有限元法，谱方法等，这些方法各有优缺点。
其中涡量-流函数法是解决二维不可压缩流动的有效方法。
作者本学期学习了研究生计算流体课程，为了熟悉计算流体的基本方法，选择使用涡量-流函数法计算不可压缩方腔驱动流问题，并且对于不同雷诺数下的解进行比较和分析，得出一些结论。
本文接下来的内容安排为：第2节提出不可压缩方腔驱动流问题，并分析该问题怎样使用涡量-流函数方法建立差分格式、选择边界条件。
计算流体力学大作业
计算液体力学基础及应用课程期末作业-----程序调试最终版学号：134212059 姓名：徐影ContentsCFD模型示意图一、拟一维喷管理论解求解二、拟一维喷管的CFD求解三、理论值与CFD解的对比CFD模型示意图两圆弧直径为10米，喉部直径为0.59米，长为3米clear all;I=imread('xuying.png'); imshow(I)一、拟一维喷管理论解求解喷管内马赫数的变化公依赖于面积比A/A0，所以可以将Ma作为x的函数1.2.采用隐函数绘图给出理论的马赫数解gamma=1.4;h0=59/100;% 取学生学号后两位数的十分之一作喉部直径syms x Ma A_x y;% xz为x坐标,Ma为马赫数A_x=((10.59-2*sqrt(25-(x-1.5)^2))/0.59)^2;% A_x为面积系数figure('Color',[1 1 1]);set(gcf,'position',[0,0,1.5*468,468]);plot_Ma=A_x^2-(2/(gamma+1)+(gamma-1)/(gamma+1)*y^2)^((gamma+1)/(gamma-1))/y^2;subplot(1,2,1);gca=ezplot(plot_Ma,[0,3]);xlabel('x');ylabel('马赫数');title('采用隐函数求解的马赫数结果');grid on; % 得到两条曲线，由递增规律选取上升曲线段，从该曲线上得到一系列点的坐标为[x0,Ma0]load tk.mat;x_0=tk(:,1);Ma_0=tk(:,2);% 这里load的数据采用某算法从上面出的图取点拟合得到，用到polyval和polyfit函数subplot(1,2,2);plot(x_0,Ma_0);xlabel('x');ylabel('马赫数');title('马赫数的理论解');grid on;求出马赫数后，压力、密度、温度的变化都是Ma的函数，求出理论值并绘图1.2.3.p_0=(1+(gamma-1)/2*Ma_0.^2).^(-gamma/(gamma-1));rho_0=(1+(gamma-1)/2*Ma_0.^2).^(-1/(gamma-1));t_0=(1+(gamma-1)/2*Ma_0.^2).^-1;figure('Color',[1 1 1]);set(gcf,'position',[0,0,1.5*468,1.5*468]);subplot(3,1,1);plot(x_0,p_0);title('压力比理论值');xlabel('x');ylabel('p');grid on; subplot(3,1,2);plot(x_0,rho_0);title('密度比理论值');xlabel('x');ylabel('rho');grid on; subplot(3,1,3);plot(x_0,t_0);title('温度比理论值');xlabel('x');ylabel('T');grid on;二、拟一维喷管的CFD求解clear all;L=3;N=31;dx=L/(N-1);x=linspace(0,L,N);C=0.5;n=2000;student_num=59;A=((10+student_num/100-2*((25-((x-1.5).^2))).^0.5)/(student_num/100)).^2;%面积比A/A_0与x坐标的关系第一步，密度比、温度比、速度比的初始条件设定1.2.3.Rou=1-0.3146*x;rhobi=zeros(1,n);T=1-0.2314*x;V=(0.1+1.09*x).*sqrt(T);P_rou_t=zeros(size(Rou));P_v_t=zeros(size(Rou));P_T_t=zeros(size(Rou));P_rou_t_2=zeros(size(Rou));P_v_t_2=zeros(size(Rou));P_T_t_2=zeros(size(Rou));第二步，预估步第三步，并求Δt,求rou, V, T的预测量1.2.3.第四步，修正步第五步，求平均时间导数1.2.3.最后，得到t+Delta t时刻流动参数的修正值为1.2.3.第七步，边界条件处理for j=1:ntemp=Rou(16);% 第二步，预估步for i=2:30P_rou_t(i)=-V(i)*((Rou(i+1)-Rou(i))/dx)-Rou(i)*((V(i+1)-V(i))/dx)-Rou(i)*V(i)*((log(A(i+1))-log(A(i)))/dx);P_v_t(i)=-V(i)*((V(i+1)-V(i))/dx)-((T(i+1)-T(i))/dx+((Rou(i+1)-Rou(i))/dx)*T(i)/Rou(i))*1/1.4;P_T_t(i)=-V(i)*((T(i+1)-T(i))/dx)-0.4*T(i)*(((V(i+1)-V(i))/dx)+V(i)*((log(A(i+1))-log(A(i)))/dx));end% 第三步，并求Δt,求rou, V, T的预测量dt=C*(dx./(V(2:30)+sqrt(T(2:30))));dt=min(dt);Rou1(2:30)=Rou(2:30)+P_rou_t(2:30).*dt;V1(2:30)=V(2:30)+P_v_t(2:30).*dt;T1(2:30)=T(2:30)+P_T_t(2:30).*dt;V1(1)=V(1);T1(1)=T(1);Rou1(1)=Rou(1);% 第四步，修正步%for i=2:30P_rou_t_2(i)=-V1(i)*((Rou1(i)-Rou1(i-1))/dx)-Rou1(i)*((V1(i)-V1(i-1))/dx)-Rou1(i)*V1(i)*((log(A(i))-log(A(i-1)))/dx); P_v_t_2(i)=-V1(i)*((V1(i)-V1(i-1))/dx)-((T1(i)-T1(i-1))/dx+((Rou1(i)-Rou1(i-1))/dx)*T1(i)/Rou1(i))*1/1.4;P_T_t_2(i)=-V1(i)*((T1(i)-T1(i-1))/dx)-0.4*T1(i)*(((V1(i)-V1(i-1))/dx)+V1(i)*((log(A(i))-log(A(i-1)))/dx));end% 第五步，求平均时间导数P_rou_av=(P_rou_t+P_rou_t_2)/2;P_v_av=(P_v_t+P_v_t_2)/2;P_T_av=(P_T_t+P_T_t_2)/2;% 最后，得到t+Delta t时刻流动参数的修正值为Rou(2:30)=Rou(2:30)+P_rou_av(2:30).*dt;T(2:30)=T(2:30)+P_T_av(2:30).*dt;V(2:30)=V(2:30)+P_v_av(2:30).*dt;P(2:30)=Rou(2:30).*T(2:30);% 第七步，边界条件处理V(1)=2*V(2)-V(3);V(31)=2*V(30)-V(29);Rou(31)=2*Rou(30)-Rou(29);T(31)=2*T(30)-T(29);p=Rou.*T;Ma=V./sqrt(T);rhobi(j)=abs((temp-Rou(16))/temp); % 计算后一次时间步与前一时间步之间的密度比的变化情况，以此检验CFD过程收敛性质end最终结果的绘图figure('Color',[1 1 1]);set(gcf,'position',[0,0,1.2*468,1.5*468]);subplot(3,1,1);plot(1:n,rhobi);xlabel('x');ylabel('Ma');title('相对密度比');grid on;% 密度比收敛情况绘图subplot(3,1,2);plot(x,Ma);title('喷管内马赫数分布');xlabel('x');ylabel('Ma');grid on;% 马赫数CFD值绘图subplot(3,1,3);plot(x,p);title('喷管内压力分布');xlabel('x');ylabel('p');grid on; % 压力分布CFD值绘图shu=[x;A;Ma;V;T;p;Rou];显示各参量最终计算结果fprintf('%6s\t%12s\t%12s\t%12s\t%12s\t%12s\t%12s\r\n','x','A/A_0','Ma','v/v_0','T/T_0','p/p_0','rho')% 依次显示坐标点、形状参数、马赫数、速度、温度、压力的结果fprintf('%6.1f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\r\n',shu)x A/A_0 Ma v/v_0 T/T_0 p/p_0 rho0.0 3.1709 0.1859 0.1859 1.0000 1.0000 1.00000.1 2.8156 0.2124 0.2121 0.9975 0.9915 0.99390.2 2.5056 0.2389 0.2383 0.9956 0.9847 0.98900.3 2.2361 0.2711 0.2700 0.9922 0.9728 0.98050.4 2.0030 0.3056 0.3038 0.9885 0.9602 0.97140.5 1.8022 0.3451 0.3422 0.9834 0.9433 0.95910.6 1.6303 0.3882 0.3838 0.9775 0.9234 0.94470.7 1.4844 0.4364 0.4298 0.9700 0.8989 0.92670.8 1.3617 0.4891 0.4794 0.9611 0.8701 0.90540.9 1.2600 0.5469 0.5331 0.9502 0.8362 0.88001.0 1.1771 0.6096 0.5903 0.9374 0.7974 0.85071.1 1.1116 0.6776 0.6508 0.9224 0.7536 0.81701.2 1.0620 0.7507 0.7142 0.9051 0.7053 0.77921.3 1.0273 0.8289 0.7800 0.8855 0.6532 0.73761.4 1.0068 0.9119 0.8475 0.8636 0.5982 0.69271.5 1.0000 0.9998 0.9160 0.8394 0.5416 0.64521.6 1.0068 1.0921 0.9849 0.8132 0.4847 0.59601.7 1.0273 1.1887 1.0534 0.7853 0.4288 0.54611.8 1.0620 1.2893 1.1210 0.7559 0.3753 0.49641.9 1.1116 1.3934 1.1869 0.7255 0.3250 0.44802.0 1.1771 1.5009 1.2507 0.6943 0.2788 0.40152.1 1.2600 1.6113 1.3119 0.6629 0.2371 0.35762.2 1.3617 1.7245 1.3705 0.6315 0.2001 0.31682.3 1.4844 1.8398 1.4258 0.6006 0.1678 0.27952.4 1.6303 1.9576 1.4782 0.5702 0.1400 0.24552.5 1.8022 2.0764 1.5269 0.5408 0.1163 0.21512.6 2.0030 2.1983 1.5732 0.5122 0.0962 0.1879。
流体力学大作业
《计算流体力学》课程大作业作业内容：3-4人为小组完成数值模拟，在第8次课上每组进行成果展示，并在课程结束后每组上交一份纸质版报告。
数值模拟实现形式：自编程或者使用任意的开源、商业模型。
成果展示要求：口头讲述和幻灯片结合的方式，每组限时10分钟（8分钟讲述，2分钟提问和讨论）。
报告要求：按照期刊论文的思路和格式进行撰写（包括但不限于如下内容：摘要、绪论\引言、数值模型简介、数值结果分析\讨论、结论、参考文献）。
（以下题目二选一）题目一：固定单方柱扰流问题根据文章《Interactions of tandem square cylinders at low Reynolds numbers》中的实验进行数值模拟，完成但不局限于如下工作：（1）根据Fig. 2 中的雷诺数和方柱排列形式，进行相同雷诺数不同间距比情况下的方柱绕流数值模拟，并做出流线图和Fig.2中的结果对比。
（2）根据Fig. 3 中的雷诺数和方柱排列形式，进行相同雷诺数后柱不同转角情况下的方柱绕流数值模拟，并做出流线图和Fig.3中的结果对比。
（3）根据Fig. 12, 13 中的雷诺数和方柱间距比的设置进行数值模拟，作出频率、斯特劳哈尔数、阻力系数随雷诺数变化的折线并与图中对应的折线画在同一坐标系下比较。
（中共有4条折线，对应4种不同的方柱排列形式下的物理参数随雷诺数变化的规律，仅需选取单柱模型和其中一种双柱模型进行数值模拟，共计16个工况）。
题目二：溃坝问题根据文章《Experimental investigation of dynamic pressure loads during dam break》中的实验进行数值模拟，完成但不局限于如下工作：（1）分别完成二维、三维的溃坝的数值建模，讨论二维、三维模型的区别。
（2）分别将二维、三维溃坝的数值模拟结果和Fig. 7,10中各时刻的自由面形态进行对比，并分别观测溃坝前端水舌的位置随时间的变化，其结果和Fig. 12 种的各试验结果放在同一坐标系下进行对比。
理想流体力学大作业(Hess-Smith方法求附加质量)
理想流体大作业应用hess—smith方法求附加质量一物理背景当船舶在海洋中运动或潜艇在深海中运动时，可以看成是物体在无界流中的运动，其所受到的力和力矩可以用物体的速度，加速度和附加质量决定，因此，附加质量是物体最重要的水动力特性。
对于附加质量的求解就显得非常重要。
由于附加惯性力的作用，物体在理想流体中的变速运动相当于物体自身质量上增加了一个附加质量而在真空中运动，换句话说，理想流体增大了物体的惯性，是物体很难加速也难减速。
附加质量有物体上的单位运动绝对速度势来决定，与流体密度，物体形状和运动方向有关，而与时间无关。
二理论依据物体的附加质量可由下时表示（2.1）(2.2)其中，分别是总速度势的分量，表示物法线方向在各个方向分量，表示物体在i方向运动引起其在j方向的附加质量,，那么，只要求出在物体表面速度势在法线方向的各个分量与法向量的分量，物体的附加质量便可求出。
在无界流中，物体的总速度势可以分解为定常速度是和扰动速度势。
其在物面上满足定解条件(2.3)应用分布源来模拟物面上的扰动势，则有(2.4)所以，在物体表面上有速度沿法线方向的分量表达式(2.5)由物面条件得到(2.6)所以只要求出分布源密度，就可以求出物体表面的速度势。
为了计算附加质量，要求单位速度势在物面上的值,其满足式（2.6）。
从而得到分布源的单位速度势密度满足的积分方程。
只要求解出单位速度势密度，便可以求得附加质量。
三数值模型主要通过在物面上的分布源来模拟物体在无界流中所产生的扰动势，应用数值离散的方法列代数方程组求解积分方程，即用离散量来表示连续变量的方法。
首先，将物体表面离散，划分成由n个四边形单元近似组成。
物面上各个单元的法向可由节点求出。
其次，可以列出求解的线性代数方程组其中(j/=i),从而，速度势密度可解，单位速度势可求，附加质量可以计算得到。
四几何模型对球体，椭球和圆柱进行网格的划分，应用不同数量的四边形网格来近似物体的表面，通过编写程序对其进行网格的划分，并按顺时针输出个节点的坐标值，相应的程序如图五计算参数主要对半径r=10的球壳，短轴长度为10，长短轴比为5的椭球，直径为20，柱体长和截面直径比为5的圆柱进行计算，对其进行网格的划分并求其附加质量系数。
流体力学大题及答案
四、计算题(50分)30.(6分)飞机在10000m高空(T=223.15K,p=0.264bar)以速度800km/h飞行，燃烧室的进口扩压通道朝向前方，设空气在扩压通道中可逆压缩，试确定相对于扩压通道的来流马赫数和出口压力。
(空气的比热容为C p=1006J/(kg·K)，等熵指数为k=1.4，空气的气体常数R为287J/(kg·K))31.(6分)一截面为圆形风道，风量为10000m3/h，最大允许平均流速为20m/s，求：(1)此时风道内径为多少?(2)若设计内径应取50mm的整倍数，这时设计内径为多少?(3)核算在设计内径时平均风速为多少?32.(7分)离心式风机可采用如图所示的集流器来测量流量，已知风机入口侧管道直径d=400mm,U形管读数h=100mmH2O，水与空气的密度分别为ρ水=1000kg/m3，ρ空=1.2kg/m3，忽略流动的能量损失，求空气的体积流量q v。
33.(7分)要为某容器底部设计一个带水封的疏水管，结构如图示：容器内部的压强值，最高时是表压强p e=1500Pa,最低时是真空值p v=1200Pa,要求疏水管最高水位应低于容器底部联接法兰下a=0.1m，最低水位应在疏水管口上b=0.2m(水密度ρ=1000kg/m3，重力加速度g=9.8m/s2)求：(1)疏水管长度L。
(2)水封水面到疏水管口的深度H。
34.(12分)有一水平放置的90°渐缩弯管，管内径d1=15cm,d2=7.5cm,入口处平均流速v1=2.5m/s,表压强p1=6.86×104Pa，若不计阻力损失，求水流对弯管的作用力。
水的密度ρ=1000kg/m3。
35.(12分)用虹吸管输水，如图所示，已知：水位差H=2m,管顶高出上游水位h=1m，虹吸管内径d=200mm，管长为L AB=3m,L BC=5m,L CD=4m,管路沿程损失系数λ=0.026，局部损失系数有：管路进口滤网(带底阀)一个，ζ滤网=12,B 、C 两处90°圆弯两个，每个ζ弯头=0.5，管路出口ζ出口=1.0，水的密度ρ=1000kg/m 3。
计算流体力学大作业
1 提出问题[问题描述]Sod 激波管问题是典型的一类Riemann 问题。
如图所示，一管道左侧为高温高压气体，右侧为低温低压气体，中间用薄膜隔开。
t=0 时刻，突然撤去薄膜，试分析其他的运动。
Sod 模型问题：在一维激波管的左侧初始分布为：0 ,1 ,1111===u p ρ，右侧分布为：0 ,1.0 ,125.0222===u p ρ，两种状态之间有一隔膜位于5.0=x 处。
隔膜突然去掉，试给出在14.0=t 时刻Euler 方程的准确解，并给出在区间10≤≤x 这一时刻u p , ,ρ的分布图。
2 一维Euler 方程组分析可知，一维激波管流体流动符合一维Euler 方程，具体方程如下： 矢量方程：0U ft x∂∂+=∂∂ (0.1)分量方程：连续性方程、动量方程和能量方程分别是：222,,p u ρ()()()()2000u tx u u pt x x u E p E tx ρρρρ∂⎧∂+=⎪∂∂⎪⎪∂∂∂⎪++=⎨∂∂∂⎪⎪∂+⎡⎤∂⎣⎦+=⎪∂∂⎪⎩ (0.2)其中 22v u E c T ρ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭对于完全气体，在量纲为一的形式下，状态方程为：()2p T Ma ργ∞=(0.3)在量纲为一的定义下，定容热容v c 为：()211v c Ma γγ∞=- (0.4)联立(1.2)，(1.3)，(1.4)消去温度T 和定容比热v c ，得到气体压力公式为：()2112p E u γρ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭(0.5)上式中γ为气体常数，对于理想气体4.1=γ。
3 Euler 方程组的离散3.1 Jacibian 矩阵特征值的分裂Jacibian 矩阵A 的三个特征值分别是123;;u u c u c λλλ==+=-，依据如下算法将其分裂成正负特征值：()12222k k k λλελ±±+=(0.6)3.2 流通矢量的分裂这里对流通矢量的分裂选用Steger-Warming 分裂法，分裂后的流通矢量为()()()()()()()12312322232121212122f u u c u c u u c u c w γλλλργλλλγλλγλ⎛⎫⎪-++ ⎪=-+-++ ⎪ ⎪ ⎪-+-+++ ⎪⎝⎭＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋(0.7)()()()()()()()12312322232121212122f u u c u c u u c u c w γλλλργλλλγλλγλ⎛⎫⎪-++ ⎪=-+-++ ⎪ ⎪ ⎪-+-+++ ⎪⎝⎭－－－－－－－－－－－(0.8)其中：()()()223321c w γλλγ±±±-+=- c 为量纲为一的声速：22Tc Ma ∞=(0.9)联立(1.3)，(1.9)式，消去来流马赫数得：ργp c =3.3 一阶迎风显示格式离散Euler 方程组 10n n i i x i x i U U f f t xδδ+-++--++=∆∆ (0.10)得到()()n+1nj j 11U =U j j j j t f f f f x++---+∆⎡⎤--+-⎣⎦∆ 算法如下：① 已知初始时刻t=0的速度、压力及密度分布000,,j j j u P ρ，则可得到特征值分裂值0k λ±，从而求出流通矢量0j f ±；② 应用一阶迎风显示格式可以计算出1t t =∆时刻的组合变量1j U ，从而得到1t t =∆时刻的速度、压力及密度分布111,,j j j u P ρ；③ 利用1t t =∆时刻的速度、压力及密度分布111,,j j j u P ρ可得特征值分裂值1k λ±，从而求出流通矢量1j f ±；④ 按照步骤2的方法即可得到2t t =∆时刻的速度、压力及密度分布222,,j j j u P ρ；⑤ 循环以上过程即可得到()1t n t =+∆时刻的速度、压力及密度分布n+1n+1n+1,,j j j u P ρ。
计算流体力学大作业(资料教育)
Case 1.二维方腔驱动流问题描述如图所示，特征长度为方腔边长，特征速度为u。
上边界以已知速度u移动，其它边界为静壁面。
试求在Re=100、1000、10000、100000时，空腔内流体的流动状态，比较不同Re流动特征的差异。
一．Re=100在一个正方形的二维空腔中充满等密度的空气，上边界以速度u移动，由Re=ud/ν,又ν=1.789×10-5m2/s，方腔每边长为l=0.1m,可求得速度u=0.01466m/s。
其它边界为静壁面。
同时带动方腔内流体流动。
速度矢量图总压等值线图水平中心线（y=0）上竖直速度分量(v)分布V-x竖直中心线（x=0）上水平速度分量（u）分布U-y不同Re方腔内流函数的分布情况Re=1000Re=10000Re=100000不同Re方腔内总压分布情况Re=1000Re=10000Re=100000方腔驱动流是数值计算中比较简单，具有验证性的一种流动情况，受到很多研究者的关注。
本文通过不同雷诺数观察方腔流动，所得结论如下：（1）当雷诺数较小时，腔中涡旋位置贴近腔体上壁面中部，随着雷诺数Re的增加，涡旋位置逐渐向下方靠近。
（2）随着雷诺数的增加，涡旋的位置逐渐靠近腔体中心。
（3）方腔壁面上的速度大于其他地方的速度。
Case2.圆管的沿程阻力1.问题描述如图，常温下，水充满长度l的一段圆管。
圆管进口存在平均速度u，壁面的当量粗糙高度为0.15mm。
试求在不同雷诺数下，计算该圆管的沿程阻力系数λ，分析比较Re与λ 的关系。
出口截面速度分布如下可见，出口截面流速分布较为明显，呈同心圆分布，内层流速偏大，外层靠近壁面处流速几乎为0，分层更为严重，边界层很薄。
Y=0截面速度分布图可以看出圆管水流湍流入口段及之后的流速发展趋势，而且显示流速变化的规律更为明显。
轴线压降圆管湍流中的压降，除了入口段压强分布因流速急剧上升而下降稍快外，管道后端速度呈充分发展状态，压降呈线性，即△p随L 的增加而降低。
计算流体力学大作业
计算流体力学大作业流体力学是研究流体运动和力学性质的物理学分支，广泛应用于各个领域，例如天气预报、航空航天工程、水力工程等。
本文将介绍流体力学的基本概念，并结合具体的应用案例进行分析和计算。
首先，我们来了解流体力学的一些基本概念。
流体是一种由分子或离子组成的具有流动性质的物质，包括气体和液体。
流体力学研究流体的运动规律和受力情况。
流体力学的研究对象主要包括流体的运动状态、速度场、压力场和力学性质。
流体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。
质量守恒方程描述了流体质量的守恒原则，即流体的质量既不会凭空消失也不会凭空增加。
动量守恒方程描述了流体的动量守恒原则，即流体在受力作用下会改变其速度和方向。
能量守恒方程描述了流体的能量守恒原则，即流体在受力作用下会改变其热能和动能。
接下来，我们将结合具体的应用案例进行流体力学的计算。
以水力工程为例，假设有一个水泵，流入口直径为15厘米，流出口直径为10厘米，水泵的转速为2000转/分钟。
我们需要计算水泵的流量和水速。
首先，我们可以使用质量守恒方程来计算流量。
根据质量守恒方程，流体的质量流量是恒定的。
我们可以根据流入口和流出口的横截面积和水速来计算质量流量。
假设流入口的水速为v1，流出口的水速为v2，流入口的横截面积为A1，流出口的横截面积为A2，则有以下公式：质量流量1=质量流量2ρ*A1*v1=ρ*A2*v2其中，ρ为水的密度，A1和A2分别为流入口和流出口的横截面积，v1和v2分别为流入口和流出口的水速。
我们可以通过这个公式计算出水泵的流量。
其次，我们可以使用动量守恒方程来计算水速。
根据动量守恒方程，流体在受力作用下会改变其速度和方向。
假设水泵在流出口施加了一个压力，我们可以通过动量守恒方程来计算出水速。
假设流入口的速度为v1，流出口的速度为v2，流入口的压力为P1，流出口的压力为P2，则有以下公式：ρ*A1*v1+P1=ρ*A2*v2+P2其中，ρ为水的密度，A1和A2分别为流入口和流出口的横截面积，v1和v2分别为流入口和流出口的水速，P1和P2分别为流入口和流出口的压力。
哈尔滨工程大学-理想流体力学-大作业
理想流体力学大作业学生姓名：学号：2013年10月Hess —Smith 方法计算物体附加质量作者：摘 要：本文运用Hess-Smith 方法计算了圆球、椭球和圆柱的附加质量系数以及椭球并行的干扰效应。
同时，文章分析了网格变化对计算值的影响趋势。
本文使用matlab 语言对圆球、椭球与圆柱的模型进行了网格有限元的划分，得到各个单元的节点坐标，然后利用Hess-Smith 方法对圆球、椭球及并行椭球的附加质量系数进行计算及分析。
关键字：边界元；Hess-Smith; 附加质量系数一、物理背景Hess-Smith 方法是一种计算任意三维物体势流的方法，该方法由美国的Hess 和Smith 两人于20 世纪60 年代提出。
Hess-Smith 方法又称为分布奇点法，作为一种边界元方法，它用许多平面四边形或三角形表面单元来表示物体表面，并在每个单元上布置强度未知的源，然后在物体表面的某些考察点上满足法向速度为零的物面边界条件，得到求单元源密度的线性代数方程组。
求解方程组得到源密度分布，进而可求流场内任意点的速度、压力等物理量。
二、理论依据2.1 分布源模型的建立s 为无界流中的物体表面，来流为均匀流，在无穷远处流体的速度为：x y zV V i V j V k ∞∞∞∞=++ (2.1.1)1V V ∞∞==()Φx,y,z 为定常速度势，并在物体外部空间域中满足拉普拉斯方程，在物面上适合不可穿透条件，在无穷远处，应该与均匀来流的速度势相同。
即20∇Φ=（物体外） (2.1.2)0=∂∂nφ（物面s 上） (2.1.3) 其中，单位法线向量n 指向物体内部。
在速度势Φ中分出已知的均匀来流项，记x y z xV yV zV ϕ∞∞∞Φ=+++ (2.1.4)这里的ϕ是扰动速度势，ϕ应适合以下定解条件：200(V n n ϕϕϕ∞⎧∇= ⎪∂⎪=-∙ ⎨∂⎪⎪→ ⎩b （在物体外）（在物面s 上)无穷远处）(2.1.5) 用R pq 表示点p 和点q 之间的距离，根据格林第三公式，当p 点位于物面s 外部和远方控制面c 的内部之空间域时，有如下公式：1()11()[()()]4q p q q p qSq p q d s n R n R ϕϕϕπ∂∂=-∂∂⎰⎰(2.1.6) 由远方边界条件可知，远方封闭控制面c s 上的积分趋于零，从而上式化为： 1()11()[()()]4bq p q q p qS q p q d s n R n R ϕϕϕπ∂∂=-∂∂⎰⎰(2.1.7) 又由式（2.1.5）可得：01111()()()()44bb q pq pqS S p qds V n ds n R R ϕϕππ∂=--∂⎰⎰⎰⎰ (2.1.8) 得到混合分布模型，为了得到单一分布模型表示的扰动势，在物体内部域中构造一个合适的内部解i ϕ。
计算流体力学大作业
剪切波速（m/s） 130 220 420 800
图 1 框架结构平面和立面图（单位：mm）
附
录
水平地震影响系数最大值
特征周期表 (s)
地震影响系数曲线
2 max
(
0.45 max
Tg T ) 2 max
[2 0.2 1 (T 5Tg )]max
0 0 .1
e(i)=-exp(-0.05*w(i)*0.02)*(w(i)/sqrt(1-0.05^2)*sin(wd(i)*0.02)); f(i)=exp(-0.05*w(i)*0.02)*(cos(wd(i)*0.02)-0.05/sqrt(1-0.05^2)*sin(wd(i)*0.02) ); g(i)=(-1/0.02+exp(-0.05*w(i)*0.02)*((w(i)/sqrt(1-0.05^2)+0.05/(0.02*sqrt(1-0.0 5^2)))*sin(wd(i)*0.02)+cos(wd(i)*0.02)/0.02))/K(i); h(i)=(1-exp(-0.05*w(i)*0.02)*(0.05/sqrt(1-0.05^2)*sin(wd(i)*0.02)+cos(wd(i)*0 .02)))/(0.02*K(i)); C=-M(i)*D; end for i=1:3 for j=2:2503 WY(1,i)=Y0; SD(1,i)=V0; C(1,i)=0; WY(j,i)=c(i)*C(j-1,i)+d(i)*C(j,i)+a(i)*WY(j-1,i)+b(i)*SD(j-1,i); SD(j,i)=g(i)*C(j-1,i)+h(i)*C(j,i)+e(i)*WY(j-1,i)+f(i)*SD(j-1,i); end end A1=[V(1,1);V(2,1);V(3,1)]; A2=[V(1,2);V(2,2);V(3,2)]; A3=[V(1,3);V(2,3);V(3,3)]; for j=1:2503 wy=WY(j,1)*A1+WY(j,2)*A2+WY(j,3)*A3; y1(j)=wy(1,1); y2(j)=wy(2,1); y3(j)=wy(3,1); end x=0:0.02:0.02*2502; figure(1) plot(x,y1) xlabel('振动时间 /s','FontSize',12) ylabel('第一层位移 /m','FontSize',12) title('1940El Centro （ NS） 地震动作用下结构的动力时程反应分析 ','FontName',' 隶书 ','FontSize',12) figure(2) plot(x,y2) xlabel('振动时间 /s','FontSize',12) ylabel('第二层位移 /m','FontSize',12) title('1940El Centro （ NS） 地震动作用下结构的动力时程反应分析 ','FontName',' 隶书 ','FontSize',12) figure(3)
流体力学大作业二
（1）以给水管道经济流速确定各管段直径。
（2）计算各管段水头损失，选某一段列式计算，其余列表，见下表
（3）确定水塔水面高程
管段
管长l(m)
流量Q(L/s)
管径d(mm)
流速v(m/s)
流量模数K(L/s)
水头损失hf(m)
0-1
1-5
5-6
1-2
2-3
3-4
注意：应写清所有步骤。
某分支管网布置如图所示已知水塔地面高程为60m4点出口地面高程为10m6点出口地面高程为12m4点自由水头都为8m
“有压管的设计计算”大作业
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某分支管网布置如图所示，已知水塔地面高程为6.0m，4点出口地面高程为10m，6点出口地面高程为12m，4点和6点自由水头都为8m。各管段长度为l01=200mm，l12=100mm，l23=300mm，l34=80mm，l15=80mm，l56=150mm，全部管路采用铸铁管。试设计各管段管径及水塔所需高度。
中科大计算流体力学CFD之大作业一
中科大计算流体力学CFD之大作业一中科大计算流体力学CFD之大作业一中科大计算流体力学(CFD)课程是一门非常实践性的课程，着重于学生对流体流动过程的数值模拟和分析。
在课程结束前的大作业一是一个很好的机会，通过完成一个真实流体力学问题的数值模拟，学生可以将所学的知识应用到实际的问题中，提高对流体流动过程的理解。
我选择的大作业一是模拟一个风扇在房间中的空气流动。
这是一个常见的问题，也是一个比较复杂的数值模拟任务。
通过模拟风扇产生的气流，我们可以了解风扇的性能，以及气流对房间内温度和空气质量的影响。
在开始模拟之前，首先需要确定模拟的几何模型。
我选择了一个具有一个大门和一个窗户的简单房间模型。
这个模型符合实际情况，而且不会太复杂，方便进行数值模拟。
接下来，需要确定模拟中的物理模型和边界条件。
根据风扇产生的气流特性，我采用了湍流模型，并对大门和窗户设置了适当的进出口边界条件。
接下来是最关键的一步，即选择和优化数值模拟的方法。
我使用了基于有限体积法的求解器，在计算网格上进行离散，将房间划分为小的网格单元。
然后，我对求解器的算法和网格进行了优化，以提高计算效率和精度。
通过进行一系列的数值实验，我成功地优化了数值模拟方法，并获得了较为准确的结果。
最后，我对模拟结果进行了分析和讨论。
通过对不同位置和高度的温度和速度分布进行分析，我得出了以下结论：风扇对房间中的温度和空气质量有着显著影响；风扇的位置和角度对气流的分布和速度分布有着重要影响；房间的尺寸和几何形状也会对气流分布产生影响。
通过完成这个大作业一，我不仅提高了CFD方法的理论知识，还掌握了实际应用的技能。
在模拟中，我还学习了如何进行参数优化和结果分析。
最重要的是，我进一步认识到了流体力学的复杂性和重要性。
总之，中科大计算流体力学(CFD)大作业一是一次非常有意义的学习经历。
通过模拟一个风扇在房间中的空气流动，我不仅巩固了所学的知识，还学会了如何应用这些知识解决实际问题。
计算流体力学大作业
南京理工大学动力工程学院计算流体力学大作业题目基于Fluent的小口径炮弹流体动力学分析专业姓名学号电话成绩年月日基于Fluent的小口径炮弹流体动力学分析摘要小口径火炮武器系统广泛应用于陆军、海军和空军，用于野战防空、要地防空、舰船防空和飞机空中近距格斗。
本文以小口径炮弹为研究对象，对其进行了飞行过程中的流体动力学分析，对其控制方程进行了分析，最后利用ANSYS软件的Fluent模块对其在来流马赫数为2.5，迎角为5度的情况时的空气绕流情况进行了仿真分析，得到了炮弹的阻力系数和升力系数变换图、速度矢量图、流线绕流图和弹的压力分布图，并对所得到的结果进行了分析，得出了一些结论。
这对以后小口径炮弹的改进有很大的帮助。
关键词：小口径火炮仿真 Fluent1、引言小口径速射火炮是抗击中低空飞机、直升机、巡航导弹、战役战术导弹的重要武器装备，是形成弹幕、终端毁伤来袭武器以保卫重要目标的最后一道屏障。
随着战场条件和目标特性的变化，对近程防空反导武器提出了新的需求，在国内外现有小口径速射火炮武器系统的基础上，分析高射速发射火炮武器系统的特点，分析炮弹在出炮口后的飞行流体动力学特性有非常重要的意义。
小口径速射火炮【1】，涵盖23mm、25mm、30mm、35mm、37mm等口径，发射方式涵盖转管发射（多管转管自动机、多转管自动机共架）、转膛发射、双管联动、并行发射及电控串行发射（“金属风暴”）等。
随着技术的进步，小口径速射火炮性能突飞猛进，瞬时射速达到几万～几十万发/min。
其中，射速为1000～8000发/min的小口径火炮发射、弹药技术等技术群称为“高射速发射技术”；而发射速度达到8000发/min以上的小口径火炮发射技术、弹药技术等技术群则称为“超高射速发射技术”。
高射速发射技术，由小口径火炮武器系统的雷达、光电等传感器跟踪来袭目标，计算机解算，指挥火炮，发射密集弹丸形成弹幕，击落穿过中远程防空火力的“漏网者”，有效保卫重要目标、战略要地、机动部队和二次打击能力，是抗击巡航导弹、空地导弹、反舰导弹、制导炸弹以及无人飞机等攻击的有效屏障。
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一.选择题1.牛顿摩擦定律适用于（）。
A．任何流体B．牛顿流体C．非牛顿流体2.液体不具有的性质是（）。
A．易流动性B．压缩性C．抗拉性D．粘滞性3连续介质假定认为流体（）连续。
A．在宏观上B．在微观上C．分子间D．原子间4.在国际单位制中流体力学基本量纲不包括（）。
A．时间B．质量C．长度D．力．5.在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（）A．切向力、正压力B．正压力 C．正压力、重力 D．正压力、切向力、重力6．下述哪些力属于质量力 ( )A．惯性力B．粘性力C．弹性力D．表面力 E．重力7．某点存在真空时，（）（）A．该点的绝对压强为正值B．该点的相对压强为正值 c.该点的绝对压强为负值D．该点的相对压强为负值8.流体静压强的（）。
A．方向与受压面有关 B．大小与受压面积有关 B．大小与受压面方位无关9.流体静压强的全微分式为（）。
A．B．C．10.压强单位为时，采用了哪种表示法（）。
A．应力单位B．大气压倍数C．液柱高度11.密封容器液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（）。
A．高于容器液面B．低于容器液面C．等于容器液面12.流体运动的连续性方程是根据（）原理导出的。
A.动量守恒B. 质量守恒C.能量守恒D. 力的平衡13. 流线和迹线重合的条件为（）。
A.恒定流B.非恒定流C.非恒定均匀流14.总流伯努利方程适用于（）。
A.恒定流B.非恒定流C.可压缩流体15. 总水头线与测压管水头线的基本规律是：（）、（）A.总水头线总是沿程下降的。
B.总水头线总是在测压管水头线的上方。
C.测压管水头线沿程可升可降。
D.测压管水头线总是沿程下降的。
16 管道中液体的雷诺数与（）无关。
A. 温度B. 管径C. 流速D. 管长17.. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。
液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（）。
A. 层流B. 层流向紊流过渡C.紊流18.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（） A呈抛物线分布 B. 呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布 D. 呈双曲线分布19.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（）A 1.0倍 B.1/3倍 C. 1/4倍 D. 1/2倍20.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（）成正比.A. 一次方B. 二次方C. 三次方D. 四次方21..圆管的水力半径是 ( )A. d/2B. d/3C. d/4D. d/5.22才公式中才系数的单位是（） A. 无量纲 B. C. D. .23. 判断层流和紊流的临界雷诺数是（）A.上临界雷诺数B.下临界雷诺数C.上下临界雷诺数代数平均D.上下临界雷诺数几何平均24.. 对于管道无压流，当充满度分别为（）时，其流量和速度分别达到最大。
A. 0.5, 0.5 B. 0.95, 0.81 C. 0.81, 081 D. 1.0, 1.025.对于a, b, c三种水面线，下列哪些说法是错误（）（）A．所有a、c型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。
B．所有b型曲线都是壅水曲线，即，水深沿程增大。
C．所有a、c型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。
C．所有b型曲线都是降水曲线，即，水深沿程减小。
二.判断题1.压强和切应力属表面力。
（）2.流体惯性力与加速度方向相同。
（）3.粘滞性可以制止流体流动。
（）4.理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。
（）5.等压面与质量力垂直。
（）6.某点存在真空，是指该点的绝对压强小于大气压强。
（）7. 静止流体中某点压强的大小，不仅与其淹没深度有关还与受压面的方位有关。
( )8. 相对压强的数值可为正值，也可以是正值。
( )9. 静止液面下的闸板的总压力作用中心与闸板形心重合。
（）10. 和大气相通容器的测压管液面一定与容器液面高度相同。
（）11. 相对静止液体的等压面一定是水平面。
（）12. 以每个流体质点运动规律为研究对象的方法称为拉格朗日法。
（）13.恒定流一定是均匀流。
( )14.涡流是指流体质点在运动中不绕自身轴旋转的流动. ( )15.无旋流就是无涡流。
16.非均匀流一定是非恒定流。
（）17.N-S方程为理想流体运动的微分方程。
（）18.毕托管是量测流体点流速的一种仪器。
（）19.层流的沿程水头损失系数仅与雷诺数有关。
( )20. 壁面光滑的管道一定是水力光滑管。
( )21. 在过流断面突变处一般发生局部水头损失。
( )22. 等直径圆管中的层流,其过流断面平均流速是圆管中最大流速的1/2倍（）23.流体切应力方向与流体运动方向相同。
（）24.阻力平方区阻力系数与雷诺数无关。
（）25.计算阻力损失时，短管既要考虑局部阻力损失，也要考虑沿程阻力损失，长管计算同样也要考虑这两项损失。
（）26.长管是指几何长度很长的管道。
（）27.孔口淹没出流时，孔口淹没越深，其出流的流速和流量就越大。
（）28.管嘴收缩断面的真空度与作用水头成正比，作用水头越大，收缩断面的真空度越大，泄流量也越大。
（）29.同一短管，在自由出流和淹没出流条件下，流量计算公式的形式及流量系数的数值均相同。
（）30.若两孔口形状、尺寸完全相同，作用水头相同，一个为自由出流，一个为淹没出流，二者的流量是相同的。
（）三.简答题1．为什么可将流体作为连续介质处理？2．什么是流体的粘滞性？它对流体流动起什么作用？3.动力粘滞系数和运动粘滞系数有什么区别？4. 等压面是水平面的条件是什么？5.同一容器中装两种液体，且，在容器侧壁装了两根测压管。
试问：图中所标明的测压管中液面位置对吗？为什么？6.描述流体运动的两种方法是什么？简述其容。
7.流体微团体运动分为哪几种形式?8.写出恒定平面势流中流函数、势函数与流速的关系。
9.什么是过流断面和断面平均流速？为什么要引入断面均流速？10.如图所示，水流通过由两段等截面及一段变截面组成的管道，试问：(1)当阀门开度一定，上游水位保持不变，各段管中，是恒定流还是非恒定流？是均匀流还是非均匀流？ (2)当阀门开度一定，上游水位随时间下降，这时管中是恒定流还是非恒定流？ (3)恒定流情况下，当判别第II段管中是渐变流还是急变流时，与该段管长有无关系？11说明总流能量方程中各项的物理意义。
12.写出实际流体恒定元流的伯努利方程和实际流体恒定总流的伯努利方程，并指出他们的区别？13应用恒定总统能量方程时，为什么把过流断面选在渐变流段或均匀流段？14.在写总流能量方程时，过流断面上的代表点、基准面是否可以任意选取？为什么？15.关于水流流向问题有如下一些说法：“水一定由高处向低处流”；“水是从压强大向压强小的地方流”；“水是从流速大的地方向流速小的地方流”。
这些说法是否正确？为什么？如何正确描述？16总流的动量方程为，试问：（1）中包括哪些力？（2）如果由动量方程求得的力为负值说明什么问题？17.圆管中层流与紊流，其流速分布有什么不同？18 简述尼古拉兹实验中沿程阻力系数λ的变化规律。
19.写出管流和明渠水流雷诺数的表达式，并说明其层流、紊流的判别标准？20.雷诺数的物理意义？它为什么能用来判别流态？21.当输水管直径一定时，随流量增大，雷诺数是增大还是减少？当输水管流量一定时，随管径加大，雷诺数是增大还是减少？22.两个不同管径的管道，通过不同粘滞性的液体，它们的临界雷诺数是否相同？23.能量损失有几种形式？产生能量损失的物理原因是什么？24.为什么管嘴出流时，阻力增加了，泄流量反而增大？25写出薄壁小孔口出流的收缩系数，流速系数和流量系数的表达式。
26. 外延管嘴正常工作的条件是什么？27.为什么外延管嘴出流比同等条件下孔口出流的流量大？28.简述明渠均匀流的水力特征及其形成条件。
29.简述明渠水流的三种流态及其四个判别方法及标准。
30.简述明渠恒定非均匀流的水力特征四.计算题1、如图所示，A、B两条供水管道间安装一复式压差计测量管道压差，已知hA＝hB＝1.0，水银柱高差 h＝0.5m，求AB两点压强差（＝1000kg/m3，＝13.6×103kg/m3）2、如图所示，由三条不同管径的管段组成一条管路，水箱水面恒定，已知d1=0.075m，d2=0.05m，d3＝0.025m，三条管段的长度相等，均为10m，沿程损失系数λ1=λ2＝0.02，管道进口局部水头损失为，B点处局部水头损失为，C点处局部水头损失为，并且ξ1=ξ2＝ξ3＝0.5。
（1）求各管中的断面平均流速；（2）求作用水头H（管中心至水面高差）3、弧形闸门如图所示，门宽2m，其他尺寸如图，求：a) 作用于闸门上的静水总压力； b) 总压力与水平面的夹角。
4、图示为一分叉管道位于同一水平面，已知d1=700mm，d2＝500mm A-A 断面压强pA=70kN/m2，管中流量Q＝0.6m3／s，两支管流量相同。
不计水头损失，求水流对镇墩的水平推力R=?5如图所示，一封闭的容器中装有水，右侧安装一个U形管，U形管水银ρH一13.6×103kg／m3，△h2=O．85m，△h1=0．4m，A点与水箱水面高差为0.4m，求水箱水面的相对压强p0。
6．如图所示，一条管道，A、B两点的高差△z=1.0m，A点处直径dA=O.25m，A点压强pA=7．8kN／m2，B点处直径dB=O．40m，B点压强pB=4.9kN／m2，管中流量Q=O.060m3／s，试判断管中水流方向。
7．某渠道建有一平板闸门排水闸，闸门与渠道同宽，门宽2m，当闸门在某一开度时，闸门前水深H=2．5m，闸孔后收缩断面水深hc=O．5m，闸孔出流局部水头损失为c-c断面流速水头的l／2，即hj=0.5vc2/2g 求： (1)此时该渠道通过流量； (2)此时作用于平板闸门上的动水总压力(不计摩擦力)。
8．图示离心水泵，抽水流量为Q=360m3／h，吸水管长l=8m，管径d=O．25 m，沿程阻力系数λ=O.025，底阀局部阻力系数ξ阀＝8.O，弯头局部阻力系数ξ弯＝0.4，安装高度hs=3.Om。
求：(1)求水泵进口2—2断面的相对压强； (2)若水泵进口2—2断面允许真空高度为hv=6.Om(水柱)，该水泵安装是否合理?9.水闸两侧都受水的作用，左侧水深3m、右侧水深2m。
试求作用在单位宽度闸门上静水总压力的大小及作用点位置（）。
10.如图所示，从水面保持恒定不变的水池中引出一管路，水流在管路末端流入大气，管路由三段直径不等的管道组成，其过水面积分别是A1=0.05m2，A2=0.03m3，A3=0.04m2，若水池容积很大，行近流速可以忽略（v0≈0），当不计管路的水头损失时，试求：（1）出口流速v3及流量Q；（2）绘出管路的测压管水头线及总水头线。