工程流体力学及数值模拟结课论文
流体力学的数值模拟和实验研究
流体力学的数值模拟和实验研究流体力学是物理学中的一个分支，在自然科学研究和工程应用方面有着广泛的应用。
它主要研究液体和气体等流体的力学性质，追踪流体运动的数学模型和方法，以及应用流体力学的数值模拟和实验研究。
下面，我们从数值模拟和实验研究两方面来探讨流体力学在各个领域的应用。
一、数值模拟在流体力学中的应用数值模拟是一种利用计算机仿真实验方法来研究流体力学问题的一种常用方法。
化学工业，汽车工业，航空航天工业等领域都需要进行任意形状的流体力学分析和设计。
数值模拟通过计算机建立复杂的分析模型，将物理和数学理论的研究成果用数值方法给予了具体的物理实现，可以方便、迅速地进行流体运动的计算、预测以及流体行为的探索。
1.气体动力学的数值计算气体动力学是流体力学中的一个重要领域，主要研究气体运动的力学性质，可以用于研究飞行器、车辆汽车等的气动性能，并预测空气动力学效应对其的影响。
针对复杂的气体动力场，数值模拟可以用来预测气流的流向、速度、温度等参数，可以帮助工程师优化空气动力学性能，并改善气体动力学过程中出现的问题，例如侧滑、气动噪音等。
2.简化二维环境下的流场分析在研究流动的分析时，我们通常可以考虑二维情况，这样可以将问题简化并能较好地展示流场情况。
数值模拟可以提供优质的数值计算解决方法，更好的可视化研究流动的机制。
并且，这样的计算计算复杂度较低，运算速度相对来说比三维分析更快，对在这个领域的研究具有非常重要的作用。
二、实验研究在流体力学中的应用实验研究也是流体力学重要的研究方法之一，实验可供实测直接获取流体实际的实体数据，验证理论和数值模拟计算结果。
基于这些数据，科学家可以更好地理解流体的行为，发现流体力学的规律，探究流体力学的本质问题。
1.流体的实验模拟液体或气体的实验模拟在实验研究中起着重要的作用。
可以用专门的实验设备模拟不同物流领域或问题的实际运动情况，用传感器检测流体参数，以便科学家们更好地理解其运动规律。
流体力学实验与数值模拟仿真技术结合方法探讨
流体力学实验与数值模拟仿真技术结合方法探讨1. 引言1.1 研究背景流体力学实验与数值模拟仿真技术结合方法探讨引言在当今科技飞速发展的时代，流体力学是一个重要的研究领域，涉及到许多实际应用领域，如飞行器设计、汽车空气动力学、海洋工程等。
传统的流体力学实验技术在一定程度上存在着成本高、时间长、受环境因素影响等问题，而数值模拟仿真技术则可以在一定程度上克服这些问题。
结合实验与数值模拟仿真技术已经成为研究流体力学领域的一个重要趋势。
随着计算机硬件和软件技术的不断进步，数值模拟仿真技术在流体力学研究中的应用越来越广泛。
仅仅依靠数值模拟技术往往无法完全替代实验研究，因为实验可以提供真实的流场数据，而数值模拟可以对复杂流场进行更深入的分析和研究。
将实验与数值模拟相结合，可以充分发挥它们各自的优势，提高研究的准确性和可靠性。
1.2 研究意义流体力学实验与数值模拟仿真技术结合方法在当今科研领域有着重要的意义。
通过实验技术可以直接观测和测量物理现象，获取真实的数据并验证理论模型，为科学研究提供必要的支撑。
而数值模拟仿真技术可以通过建立数学模型和计算方法，对问题进行模拟和预测，节约时间和成本，提高效率。
将两者结合起来，可以充分发挥各自优势，相互协作，提高研究的准确性和可靠性。
流体力学实验与数值模拟仿真技术结合方法还可以应用于工程领域，优化设计和改进产品性能。
例如在航空航天领域，可以通过实验与数值模拟相结合，对飞行器的气动性能进行研究和优化，提高飞行器的性能和安全性。
研究流体力学实验与数值模拟仿真技术结合方法具有重要意义，可以推动科学研究的发展，促进工程技术的进步，为解决实际问题提供有效的方法和手段。
这也为相关学科的发展和交叉研究提供了新的思路和方法论基础。
1.3 研究目的本文旨在探讨流体力学实验与数值模拟仿真技术相结合的方法，并分析其在工程领域中的应用。
具体目的包括以下几点：1. 分析流体力学实验技术的特点和现状，探讨实验技术在流体力学研究中的重要性和局限性；2. 探讨数值模拟仿真技术的基本原理和发展趋势，评估数值模拟在流体力学研究中的作用和局限性；3. 探讨实验与数值模拟技术结合的方法，分析其优势和挑战，并提出改进建议；4. 进一步探讨参数匹配与验证的重要性，探讨如何有效地实现参数匹配和模拟结果验证；5. 通过应用案例研究，验证流体力学实验与数值模拟相结合的可行性和有效性，为工程应用提供技术支持和经验总结。
计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用
计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用计算流体力学数值模拟方法是一种基于数值计算的流体力学研究方法，它能够通过计算机模拟来预测流体在不同条件下的运动状态，以及流体中的各种物理量的变化情况，具有很高的理论和实用价值。
在计算流体力学数值模拟方法中，最常用的方法是有限体积法和有限元法。
其中有限体积法是一种基于物质守恒原理的数值计算方法，它将计算区域分成若干个体积单元，通过对每个体积单元内物质守恒方程的离散化求解，得到流场的数值解。
而有限元法则是一种基于能量守恒原理的数值计算方法，它将计算区域分成若干个有限元，通过对每个有限元内的能量守恒方程进行离散化求解，得到流场的数值解。
在实际应用中，计算流体力学数值模拟方法已经广泛应用于工程领域中。
例如，它可以用于模拟飞机在飞行过程中的空气动力学特性，以及汽车在高速行驶时的气动力学特性等。
此外，它还可以用于模拟各种流体设备中的流体运动状态，例如管道、泵和阀门等。
虽然计算流体力学数值模拟方法已经被广泛应用于工程领域，但是它仍然存在一些问题。
例如，由于计算流体力学数值模拟方法需要大量的计算资源，因此它的计算速度较慢，需要使用高性能计算机才能完成。
此外，由于模拟的流体系统中存在着许多的不确定因素，因此计算流体力学数值模拟方法的精度和可靠性也存在着一定的局限性。
为了解决这些问题，近年来，研究人员们提出了一些新的计算流体力学数值模拟方法。
例如，基于深度学习的计算流体力学数值模拟方法可以通过对大量的流体数据进行训练，从而提高模拟结果的精度和可靠性。
此外，基于人工智能的计算流体力学数值模拟方法也可以通过模拟人类的认知过程，从而提高模拟结果的精度和可靠性。
总的来说，计算流体力学数值模拟方法是一种非常重要的流体力学研究方法，它已经被广泛应用于工程领域中。
虽然它仍然存在一些问题，但是随着科技的不断进步，相信这些问题也会逐渐得到解决，为我们提供更加准确和可靠的流体力学模拟结果。
《工程流体力学》课程教学论文
《工程流体力学》课程教学论文摘要：教师在教学过程中，只有认真钻研，积极思考，真正的去实践教学改革，才能掌握一种适合学生学习的教学方法。
通过合理运用多种教学方式，激发和调动学生的学习主动性和积极性，培养学生独立思考、分析和解决问题的能力、理论联系实际的创新意识，提高学生的综合素质，是工程流体力学教学改革所要达到的最终目的。
工程流体力学是工科教学体系中的一门专业基础课程，该课程是以高等数学、大学物理以及理论力学等课程为基础，同时为后续专业课程的学习打下基础。
在本科的教学体系中起到了承上启下的作用。
该课程的理论性和抽象性较强，所以在教学过程中，形成了教师难“教”，学生难“学”的局面。
针对此种现象，笔者根据我校三本学生在这门课程的学习中所产生的问题进行了教学总结以及提出了解决该问题的方法。
一、教学中存在的问题三本的学生在学习工程流体力学时，普遍反映该课程不好学，难度大，数学公式多，推导过程复杂，听不懂，解题过程抽象复杂，课后习题不知如何下手，解题没有思路，完成作业也只是套用例题，抄作业现象严重。
笔者在从事教学的工作过程中发现，学生由于基础薄弱一些，故而在学习本课程时存在学不会、学不懂进而放弃学习的现象。
1.课程特点该课程包括理论和实验教学两方面的内容，要求学生能够很好的掌握经典力学和高等数学的知识。
另外，该课程以流体作为研究对象，而流体的特点是没有固定的形状，故而研究理论比较抽象，并且经验公式繁多，推导过程复杂。
即课程本身知识点具有一定的难度。
2.学生学习方面的现状中国高考中本科层次按录取批次划分为三个批次，一本为第一批次、二本为第二批次、三本为第三批次，故而三本的大部分学生学习基础较一本、二本的学生弱一些。
针对三本学生授课《工程流体力学》，在教学过程中发现学生在学习方面存在以下一些问题：（1）学生学习基础薄弱，大部分学生在高等数学、大学物理等基础课程上知识水平欠缺，故而对于工程流体力学的学习存在吃力的特点；（2）学生自制力差，不能吃苦，学习态度不端正，有一部分同学在上课时容易开小差、睡觉、甚至于采取逃课的方式完全放弃学习；（3）学生在上课前不提前预习，课后不进行复习。
工程流体力学的数值模拟与优化设计
工程流体力学的数值模拟与优化设计工程流体力学是研究流体在工程系统中的行为的学科，广泛应用于能源、环境、交通、制造等领域。
在工程流体力学中，数值模拟与优化设计是非常重要的技术手段，能够帮助工程师们更好地理解流体行为，并优化设计。
数值模拟是通过数值方法对流体力学方程进行求解，得到流体流动的详细信息。
在进行数值模拟时，首先需要建立数学模型，包括流体力学方程、边界条件和初始条件等。
然后，选择适当的数值方法，如有限差分法、有限体积法或有限元法等进行离散化。
最后，使用计算机进行数值计算，并通过可视化技术将计算结果展示出来。
数值模拟在工程流体力学中的应用非常广泛。
例如，在风力发电中，通过数值模拟可以评估风场中风力机的功率输出、以及风力机的排布方式等。
在船舶设计中，可以通过数值模拟优化船体形状，减少阻力、提高航速。
在空气动力学中，数值模拟可以帮助设计更加优化的飞机机翼，提高飞行性能。
在汽车工程中，数值模拟可以模拟车辆在高速行驶过程中的气动性能，提高燃油利用率。
优化设计是通过数学方法和计算技术寻找最优解的过程。
在工程流体力学中的优化设计可以包括以下几个方面。
首先，可以通过调整几何形状、材料特性、边界条件等参数，优化流体力学系统的性能。
例如，在油气管道设计中，可以通过优化管道的直径和布置方式，减少摩擦损失和能量消耗。
其次，优化设计还可以优化流体流动的控制方式。
例如，在风洞实验中，可以通过优化控制器的参数，实现风洞中的流动分离控制，从而提高风洞的精度和可靠性。
最后，优化设计还可以包括多目标优化。
例如，在飞机机翼的设计中，需要同时考虑减少阻力和提高升力。
在进行工程流体力学的数值模拟与优化设计时，需要注意以下几点。
首先，选择合适的数值方法和计算模型是非常重要的。
不同的问题需要选择不同的数值方法和模型，以保证数值计算的准确性和可靠性。
其次，需要合理设置边界条件和初始条件，以保证数值计算的稳定性和收敛性。
最后，需要对数值计算结果进行验证和验证，以确保结果的可靠性。
实验与数值模拟相结合的工程流体力学分析
实验与数值模拟相结合的工程流体力学分析工程流体力学是研究流体在工程领域中运动和相互作用的学科。
在实际工程中，对流体运动的分析十分重要，可以帮助工程师了解流体的特性，优化设计方案，预测流体行为等。
实验和数值模拟是工程流体力学分析中常用的方法，结合两者可以使分析结果更加准确和可靠。
实验方法是通过搭建合适的实验设备，测量和观察流体在不同条件下的运动和相互作用。
实验室中通常使用流量计、压力传感器、液体标尺等仪器设备来获得实验数据。
实验方法的优点是直观可靠，能够观察到流体的真实状态，获得准确的定量结果。
然而，实验过程可能受到外界环境的干扰，操作手法和设备精度等因素会对结果产生一定的影响。
数值模拟方法是通过在计算机上建立数学模型和物理方程，利用计算方法对流体的运动进行仿真和预测。
数值模拟常用的方法有有限元法、有限差分法、有限体积法等。
数值模拟方法的优点是可以模拟更复杂和现实的流体现象，降低实验成本，快速获得结果。
但数值模拟也存在不同程度上的误差和偏差，需要在建模、边界条件设置、数值格式等方面仔细考虑，以提高模型可信度。
实验与数值模拟相结合的工程流体力学分析能够充分利用两者的优势，弥补各自的不足。
首先，实验数据可以用于验证和优化数值模拟模型的准确性。
通过对实验数据进行对比和检验，可以校正模型中的参数，改进模型的精度。
其次，在实验过程中，数值模拟可以提供对实验结果的解释和深入分析。
通过数值模拟，可以推断实验中无法直接观测到的细节，了解流体行为背后的物理机制。
配合实验和数值模拟进行工程流体力学分析时，需要注意以下几点。
首先，实验和数值模拟的设计要充分考虑实际工程中的应用场景和问题需求。
对于实验，应该选择合适的测量仪器和设备，确保实验过程可重复，结果可靠。
对于数值模拟，需要合理选择数值方法和模型参数，保证模拟结果的准确性和可信度。
其次，在数据处理和结果分析时，需要将实验和数值模拟的结果进行对比，找出差异和不一致之处，并结合实际问题进行解释。
CFDl论文
计算流体动力学（CFD）结课论文论文题目：冷、热水混合器内部二维流场数值模拟分析学院：建筑与交通工程学院学号：1101520129 姓名：赵随心冷、热水混合器内部二维流场数值模拟分析摘要：本文通过使用FLUENT软件的标准k-ε湍流模型对冷热水混合器进行二维数值模拟,分析其内部流场变化情况。
通过对液体分布器内部流场的分析模拟,能真实反映混合器内部的复杂流动,准确反映混合器内部的温度、速度流场以及压力场，对混合器的设计有很好的指导作用，为混合器的设计提供理论依据。
1.引言1.1冷热水混合器应用背景工程热水恒温混合器,是为适应中央热水工程向大型化、自动化和人性化发展的技术要求而研发的,是为太阳能热水工程和各种生活热水供水系统专门配套的一种全自动洗浴水恒温控制设备。
广泛适用于宾馆、饭店、学校、医院、厂矿、机关及洗浴中心、游泳池等大中小型生活热水系统。
由于混合器的广泛使用，混合器内的各个流场也受到广大研究者的关注。
1.2FLUENT软件简介FLUENT是美国FLUENT公司开发的集流场、燃烧和热、质量传输以及化学反应于一体的商业CFD软件，也是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。
FLUENT软件的最大特点是具有专门的几何模型制作软件Gambit模块，并可以与CAD连接使用，同时备用很多附加方程添加接口，使用了目前较先进的离散技术和计算精度控制技术，如多层网络法、快速收敛准则以及光滑残差法等，数学模型的离散化合软件计算方法处理较为得当。
实际应用中发现，该软件在模拟单相流动或进出口同向或方向流动时，可以得到较好的模拟结果，且具有一定的计算精度。
FLUENT软件包主要具有常用的6种湍流数学模型、辐射数学模型、化学物质反应和传递流动模型、污染物质形成模型、相变模型、多相模型、流团移动模型、多孔介质、多孔泵模型等。
FLUENT软件的核心部分是纳维—斯托克斯（Navier-Stokes）方程的求解模块。
用压力校正法作为低速不可压流动的计算方法，包括SIMPLE、SIMPLEC、PISO 三种算法，采用有限体积法离散方程，其计算精度和稳定性都要优于传统编程中使用的有限差分法。
流体颗粒运动的数值模拟在工程流体力学中的应用
流体颗粒运动的数值模拟在工程流体力学中的应用在工程流体力学中，流体颗粒运动的数值模拟是一项重要的技术手段。
通过数值模拟，我们可以更加清晰地了解流体中颗粒的运动规律，并对工程流体力学问题进行预测和优化。
数值模拟方法广泛应用于颗粒悬浮物的输送、多相流动、颗粒沉降、颗粒分离等工程流体力学问题中。
这些问题在化工、环保、能源、地质等领域都有着重要的应用价值。
首先，数值模拟可以帮助我们研究颗粒悬浮物的输送。
悬浮物在管道中的输送常常会导致阻塞和堵塞的问题，影响工业生产和环境保护。
通过数值模拟，可以预测和优化悬浮物的输送，并设计合理的输送方案，提高输送效率和安全性。
其次，多相流动是一个重要的研究领域。
工程中的多相流动问题包括气固两相流、液固两相流等。
通过数值模拟，我们可以了解颗粒在流体中的运动状态、分布规律和相互作用机制，从而优化流体系统的设计和性能。
此外，颗粒沉降也是一个常见的工程流体力学问题。
数值模拟可以模拟颗粒在液体中的沉降速度、沉降轨迹和沉降过程中的相互作用。
这对于处理悬浮液中的颗粒、优化沉降池的设计等具有重要意义。
另外，颗粒分离也是工程流体力学中一个重要的应用方向。
在工业生产中，常常需要将颗粒从流体中分离出来，以获得纯净的流体或高纯度颗粒。
通过数值模拟，可以研究颗粒分离的原理、优化分离设备的结构和操作参数，提高分离效率和产品质量。
总之，流体颗粒运动的数值模拟在工程流体力学中具有广泛的应用价值。
通过数值模拟，我们可以深入了解流体中颗粒的运动规律，并优化工程流体力学问题的设计和操作。
这不仅可以提高工程系统的性能和效率，也可以为工程领域的研发和创新提供有力的支持。
流体力学的数值模拟及其应用
流体力学的数值模拟及其应用流体力学是研究流体运动规律与性质的科学，广泛应用于物理学、工程学、地球科学等领域。
随着计算机技术的飞速发展，数值模拟成为研究流体力学的重要手段之一。
本文将探讨流体力学的数值模拟方法和其在工程与科学中的应用。
一、数值模拟方法数值模拟是利用数学方法将连续的流体力学问题离散化，通过计算机迭代求解离散的数学模型，从而模拟出流体的运动过程。
在流体力学的数值模拟中，常用的方法包括有限差分法、有限元法和边界元法等。
有限差分法是一种将空间和时间分割成离散网格的方法，通过近似替代偏微分方程中的微分项，以差分代替，进而转化为代数方程组。
有限差分法简单易行，适用于求解一维和二维流体问题。
有限元法是一种将求解域划分成单元的方法，通过逼近流体问题的解函数，将偏微分方程转化为代数方程组。
有限元法适用于复杂的流体力学问题，可以处理非线性和非稳态问题。
边界元法是一种基于边界上的积分表示来求解流体问题的方法，将边界分成多个小区域，并通过计算边界的形状函数和权函数的积分来求解问题。
边界元法适用于求解与边界有关的问题，例如边界层流动和流体-固体相互作用等。
二、数值模拟在工程中的应用1. 污水处理污水处理是一个涉及多相流、化学反应与传质的复杂过程。
利用数值模拟方法，可以优化处理设备的设计，提高处理效率，减少能源消耗和废物排放。
2. 水资源管理水资源是人类生存与发展的基础，合理管理水资源对社会经济的可持续发展至关重要。
数值模拟方法可用于模拟水流、沉积与水质变化，为水资源管理决策提供科学依据。
3. 海洋工程海洋工程涉及到海洋的波浪、流动、沉积等问题。
通过数值模拟，可以预测海洋环境对工程建设的影响，为海洋工程的设计、建设与维护提供指导。
4. 气象预报数值模拟在气象领域也有广泛应用。
基于数值模型的气象预报可预测天气变化趋势，并提供决策依据，如风能资源评估、灾害预警和空气质量预报等。
三、数值模拟在科学研究中的应用1. 宇宙物理学数值模拟在宇宙物理学中扮演着重要角色，可用于研究星系形成、恒星演化、宇宙扩展等问题。
浅谈流体力学实验教学探讨论文（最终五篇）
浅谈流体力学实验教学探讨论文（最终五篇）第一篇：浅谈流体力学实验教学探讨论文摘要：实验是研究科学技术的重要手段，是流体力学教学的一个重要环节。
在理论联系实际、激发学习兴趣、锻炼观察与分析能力、培养创新意识等方面探讨实验教学所起的重要作用。
关键词：流体力学，实验教学，创新意识流体力学是力学的一个独立分支，它是研究流体的平衡和流体的机械运动规律及其在工程实际中应用的一门学科。
在人们的生产和生活中随时随地都可遇到流体，所以流体力学与人类的日常生活和生产活动密切相关，是航空航天、水利工程、采矿冶金、给水排水、空调通风、土木建筑以及环境保护等学科重要的理论基础，应用范围十分广泛。
实验方法是研究科学技术的重要手段，由于流体运动的复杂性，使得流体力学离不开科学实验。
现代流体力学就是在纯理论的古典流体力学与偏重实验的古典流体力学结合后才蓬勃发展起来的，理论分析、实验研究和数值计算是其三大支柱。
因此，实验教学是流体力学课程必不可少的重要环节之一。
通过实验教学，可以达到如下目的。
1、增强感性认识，巩固理论知识。
流体力学由于其理论的抽象、较多公式的繁杂，学起来普遍会感到比较吃力，时间一长就会逐渐失去学习的兴趣，只满足于死记硬背课本上的理论，不善于思考推究，其主观能动性得不到应有的发挥。
而实验却可以较好地解决这一问题，通过实验，可以把抽象的理论知识转化为具体的、可见的液流现象，从而增强感性认识，在帮助理解流体力学的基础理论方面起到事半功倍的效果。
如雷诺实验，该实验的目的是观察层流、紊流的流态及其转换特征；测定临界雷诺数，掌握流态判别准则。
实验过程中，先通过调整阀门开度，改变有压管中水流的流速，观察液流的流态转化，可以看到：管中水流流速较小时，颜色水是一条清晰的规则的直线，说明此时水流是分层流动，各流层间互不掺混，流态为层流；随着阀门逐渐开大，流速逐渐增加，管中颜色水开始出现摆动，由原来的直线变为曲线；继续增大流速，颜色水弯曲越来越厉害，终于不再保持一个线条，而是向四周扩散，与周围的清水混到一起，使整个管中的水流全部着色，表明此时液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混，该流态为紊流。
流体力学结课论文：空气动力学在高速铁路建设中的应用研究[大全5篇]
![流体力学结课论文：空气动力学在高速铁路建设中的应用研究[大全5篇]](https://img.taocdn.com/s3/m/401fa8daf9c75fbfc77da26925c52cc58bd69069.png)
流体力学结课论文：空气动力学在高速铁路建设中的应用研究[大全5篇]第一篇：流体力学结课论文：空气动力学在高速铁路建设中的应用研究流体力学结课论文空气动力学在高速铁路建设中的应用研究摘要：我国高速铁路建设正处于上升期，高铁建设中遇到的问题也越来越多，相关理论研究对于高铁建设的顺利开展意义重大。
本文通过对空气动力学的学习研究，初步认识和了解了空气动力学在高速铁路隧道建设中的应用，对流体力学对于土木工程的重要性有了更进一步的认识。
关键词：土木工程高速铁路隧道空气动力学流体力学1前言哈大高速铁路是国家“十一五”规划的重点工程，被纳入国家《中长期铁路网规划》。
哈大高铁指在中国黑龙江省哈尔滨市与辽宁省大连市之间建设的高速客运专用铁路，于2007年8月23日正式开工建设，2012年12月1日正式开通运营。
哈大客运专线(高铁)是我国中长期铁路规划中“四纵四横”高速铁路网的“一纵”，是京哈高铁的重要组成部分，通车后将成为世界上第一条投入运营的穿越高寒地区的高速铁路。
流体力学在土木工程中应用广泛，而在高速铁路的建设过程中，流体力学的重要分支空气动力学则起到了极为重要的作用。
我国高速铁路建设正处于上升期，高铁建设中遇到的问题也越来越多，相关理论研究对于高铁建设的顺利开展意义重大。
2空气动力学简介空气动力学是流体力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。
它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。
最早对空气动力学的研究，可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。
17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎方法得出：在空气中运动的物体所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。
这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。
1755年，数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程，即欧拉方程。
工程流体力学中的湍流模型与数值模拟方法研究
工程流体力学中的湍流模型与数值模拟方法研究1.引言工程流体力学是一门研究流体在实际工程中运动和相互作用的学科。
在实际工程中，流体的运动往往是复杂且非线性的，湍流现象更是普遍存在的。
湍流模型和数值模拟方法的研究对于准确预测流体力学现象和优化工程设计至关重要。
2.湍流模型湍流模型是描述湍流的方程组，在数值模拟中用于求解湍流流动。
常用的湍流模型包括雷诺平均速度-应力模型（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，简称RANS）和大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）等。
2.1 RANS模型RANS模型中，通过对速度和应力进行平均来描述湍流，其中最为经典的模型是k-ε模型和k-ω模型。
k-ε模型通过考虑湍动动能k和湍扩散率ε来描述湍流，k-ω模型则引入湍动涡度ω并考虑其输运方程。
2.2 LES模型LES模型中，湍流被分解为大尺度和小尺度两部分，其中大尺度由模拟求解，小尺度则通过模型来近似。
LES模型的优势在于能够更加准确地描述大尺度湍流结构，但计算成本也更高。
3.数值模拟方法数值模拟方法是利用计算机进行流体力学问题求解的技术，其核心是离散化流体力学方程并进行数值求解。
常用的数值模拟方法包括有限体积法、有限元法和谱方法等。
3.1 有限体积法有限体积法是一种常用的数值模拟方法，通过将物理域分割为离散的控制体积，并将流场变量在控制体积上进行积分，从而得到离散化的方程组。
有限体积法适用于复杂几何边界的流动问题。
3.2 有限元法有限元法是一种广泛应用的数值模拟方法，通过将问题的解空间分解为多个小区域，通过插值函数来逼近流场变量。
有限元法适用于复杂几何形状和非结构化网格的流动问题。
3.3 谱方法谱方法是一种基于傅里叶级数展开的数值模拟方法，通过将流场变量分解为一系列基函数的展开系数，从而实现对流场的近似。
谱方法适用于光滑和周期性流动问题。
4.研究进展与挑战近年来，湍流模型与数值模拟方法的研究取得了很多进展，例如高阶湍流模型的发展和精确湍流模拟的实现等。
工程流体力学的数值模拟与分析方法研究
工程流体力学的数值模拟与分析方法研究工程流体力学是研究流体在工程领域中的运动、变形和相互作用的学科，广泛应用于诸如空气动力学、水力学、石油工程、环境工程等领域。
为了更好地理解和预测流体行为，数值模拟与分析方法成为工程流体力学研究的重要手段。
本文将介绍工程流体力学的数值模拟与分析方法的研究现状和应用。
一、数值模拟方法的研究1. 数值模拟方法的基本原理工程流体力学中常用的数值模拟方法包括有限体积法、有限差分法和有限元法等。
这些方法将连续的流动问题离散化成有限个小的控制体积或元素，并利用数值算法求解。
基本原理是根据流体力学的守恒方程、边界条件和初始条件，通过数值计算得到流体的速度、压力等参数的分布。
2. 流动问题的数值模拟模型流动问题的数值模拟模型包括雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）、大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）等。
RANS模型通过时间平均来描述流体运动，适用于工程领域常见的稳态和湍流流动问题；LES模型解决了RANS模型无法有效模拟湍流尺度较小的问题；DNS模型则是在计算资源充足的情况下，对流场进行精确模拟。
3. 数值模拟方法的算法研究数值模拟方法的算法研究包括网格生成、离散化方法和求解器的选择等。
合适的网格生成有助于提高数值模拟的精度和计算效率；离散化方法主要包括有限差分法、有限元法和有限体积法等，其选择要根据具体问题的特点；求解器的选择则需要考虑计算时间和精度的平衡。
二、数值模拟方法的应用1. 空气动力学在航空航天工程中，数值模拟方法被广泛应用于飞行器气动力学分析、气动优化设计等方面。
通过数值模拟方法，可以评估飞行器的升力、阻力和气动力矩等性能指标，指导设计和改进。
2. 水力学水利工程和海洋工程中的水流运动、波浪传播等问题也可以通过数值模拟方法进行研究。
数值模拟可以帮助工程师预测河道或海域中的水流速度、水位变化，进一步指导水利工程和海洋工程的规划和设计。
3. 石油工程在石油工程中，数值模拟方法可以帮助研究人员预测储层流体的运动、产能评估等。
【优秀毕设】流体力学结课论文
河北工程技术学院《流体力学》结课论文系（部）土木工程专业班级设计班学号 ***********学生姓名王飞龙指导教师李华职称高级工程师2017年1月2日流体力学主要内容及在土木工程专业的应用摘要：流体力学是力学一个独立的分支，是一门研究流体（液体和气体）的平衡和力学运动规律及其应用的科学。
它所研究的基本规律包括两大部分：一是流体平衡的规律，即流体静力学；二是流体运动的规律，即流体动力学。
流体力学的这些特点使它与实际应用产生了很大的关联，因此具有极大的研究价值。
同时土木工程在设计建设等工程中时时刻刻需要考虑水的流动、风的荷载、土的流失、地基设计等等。
因此流体力学在土木工程设计起着举足轻重的作用，是设计研究各种建筑结构的基础课。
关键词：流体力学研究内容主要物理性质理论分析实验研究方法土木工程实践应用1、流体力学主要内容正文流体的主要物理性质：1、流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
液体有一定的体积，存在一个自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。
2、流体的连续介质模型微观：连续介质模型（continuum continuous medium model）：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。
3、惯性一切物质都具有质量，流体也部例外。
质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大4、压缩性流体的可压缩性（compressibility）：作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性可用体积压缩率来量度。
5、粘度粘性粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质；粘度：粘性大小由粘度来量度。
流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。
1、理论分析理论分析（理论研究方法）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。
基于数值模拟的海洋工程流体力学优化研究
基于数值模拟的海洋工程流体力学优化研究随着海洋工程领域的快速发展，海洋结构物的安全与稳定性成为研究的重点。
流体力学是研究液体和气体运动的科学，对于海洋工程的设计和优化具有重要意义。
本文将基于数值模拟的方法，探讨海洋工程流体力学优化的相关内容。
1. 海洋工程流体力学与数值模拟海洋工程涉及到海洋动力学、波浪理论、水下声学、海岸工程等方面的研究内容。
流体力学作为海洋工程的基础学科之一，可以分为理论分析和数值模拟两部分。
数值模拟是利用计算机模拟流体运动的方法，通过建立数学模型和边界条件，求解相应的数值解，从而得到流体力学的相关结果。
2. 海洋工程流体力学优化的意义海洋工程结构物所面临的海洋环境复杂多变，如波浪、风力等外部载荷，同时还需要考虑到水下流动对结构的影响。
优化研究可以通过调整结构形态、材料选择、布设方式等来提高结构的稳定性和可靠性，减小对环境的影响。
3. 流体力学模型的建立与求解在海洋工程流体力学优化研究中，首要任务是建立合适的流体力学模型。
该模型需要包含结构物、海洋环境和水流之间的相互作用。
常见的数值模拟方法有有限元法、有限体积法和边界元法等。
这些方法根据具体情况选择适当的模型和网格，通过求解伯努利方程、雷诺方程、能量守恒方程等，得到海洋工程相关问题的数值解。
4. 海洋工程流体力学优化的研究内容海洋工程流体力学优化的研究内容涵盖了以下几个方面：4.1 海洋结构物的稳定性分析海洋工程结构物的稳定性是保证结构安全可靠的重要指标。
通过数值模拟分析，可以评估结构物在不同波浪、风力等作用下的受力情况，进而优化结构设计，提高结构的稳定性。
4.2 海洋结构物的流场分析流场分析可以揭示水流在结构周围的分布情况、流速分布、涡旋产生等流动特性。
通过数值模拟研究，可以预测结构物周围的流场变化，为结构设计和优化提供参考。
4.3 海洋工程结构与水下气泡相互作用研究在海洋工程中，结构与水下气泡的相互作用常常是一个复杂的问题。
流体力学中的数值模拟与优化
流体力学中的数值模拟与优化流体力学是研究液体和气体运动及其内部流动状态的学科。
其广泛应用于空气动力学、天气预报、海洋学、地质学等多个领域。
由于液体和气体的流动状态非常复杂，难以通过传统的理论分析手段直接求解，因此，数值模拟成为了研究流体力学的重要工具，同时优化方法也被广泛应用于流体力学中的各种问题。
数值模拟是通过计算机程序模拟流体运动过程，得到流体的各种物理量，如流速、压力、温度等。
相比实验方法，数值模拟具有成本低、实验难度大、数据处理方便等优点。
同时，数值模拟也能够预测未来某个时刻流体的状态，这对于气象预报、海洋水动力学等领域具有很大的应用价值。
然而，数值模拟也存在一些局限性。
首先，由于流体运动过程的复杂性，数值模拟需要考虑的因素较多，比如流体的粘性、湍流、热传导等，需要对流体的宏观和微观特性进行描述，这就需要各种数学方法和物理方法的相互配合。
其次，数值模拟的精度往往受到网格分布的影响，当网格分布不均匀或者过于粗糙的时候，很容易出现数值解的震荡和不稳定性，从而导致无法得到准确的计算结果。
此外，数值模拟的计算量往往非常大，需要采用高性能的计算机集群进行计算，这也增加了计算成本和时间成本。
针对数值模拟的不足，优化方法被广泛应用于流体力学中的各种问题。
优化方法可以使得数值模拟所得的结果更加准确、稳定和快速，同时也可以提高流体力学问题的求解效率。
比如，设计一种飞行器或者汽车，我们需要在通风性、空气动力学等多个方面进行考虑。
采用优化方法可以大量减少试验和计算的成本，同时得到最佳的解决方案。
在优化方法中，常用的方法有遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等。
这些方法的基本思想都是通过设计适当的约束条件，将多个解空间中的可能解进行搜索和比较，寻找最优解或者次优解。
例如，在考虑通风性的问题中，我们可以采用遗传算法寻找最优化的通风道路。
又例如，在对于飞行器的外形设计中，我们可以采用模拟退火算法进行搜索，得到最佳的设计方案。
工程流体力学论文
黑龙江工业学院结课论文《工程流体力学》**：***学号：***********年级：2012级学科专业：煤矿开采技术二级院系：资源系日期：2014-11-25教师评定：综合评定成绩：任课教师签字：工程流体力学论文摘要：流体力学是介于基础科学和工程技术之间，起着承上启下作用的一门技术基础科学。
流体力学是力学的一个独立分支，是一门研究流体（液体和气体）的平衡和力学运动规律及其应用的科学。
它所研究的基本规律包括两大部分：一是流体平衡的规律，即流体静力学；二是流体运动的规律，即流体动力学。
工程流体力学在工程中广泛应用，本文对工程流体力学的背景，发展，内容，应用，分支和前景做了简单介绍。
关键词：工程流体力学认识；发展史；内容应用；理论分析流体力学包括的内容一、流体的的属性（流体的主要物理性质、流体的黏性及牛顿内摩擦定律、作用在流体上的力）二、流体静力学（静止流体的应力特征、静止流体力的平衡、流体静压力强的分布规律、压强的度量和测量、流体作用在平面上的压力、液体作用在曲面上的压力）三、流体运动学及动力学基础（描述流体质点运动的两种方法、流体运动的基本概念、流体运动的分类、流体运动的连续性方程、理想流体的运动微分方程、恒定元流总流的伯努利方程、恒定总流的动量方程）四、管内流动与水力计算（流体阻力和水头损失、圆管中的层流和湍流、沿程水头损失和局部水头损失、管路的水力计算、有压管中的水击、边界层和绕流阻力）五、明渠流、堰流和渗流（明渠流的分类、明渠均匀流、堰流、渗流）六、相似性原理和量纲分析（相似性原理的定义及应用、几何相似、运动相似和动力相似、相似准则、量纲分析）在人类历史上，面对河道决堤，洪期到来，人类束手无策的案例数不胜数，还有河田的干旱，河运交通的堵塞给人类带来的不便也是不计其数。
但是随着人类文明的发展，人类开始对河水治理，桥梁建造，农业灌溉，河水航运等有了较多的需求，人类同时也就对水流运动的规律有了较多的需求和经验。
流体力学领域的数值模拟和优化
流体力学领域的数值模拟和优化流体力学（Fluid Mechanics）是研究流体运动规律的科学，广泛应用于工程、地质、生物和物理学等领域。
在流体力学研究中，数值模拟和优化是两个重要的方向。
本文将探讨流体力学领域的数值模拟和优化的相关内容，旨在深入了解这一领域的发展和应用。
一、数值模拟在流体力学中的应用数值模拟是流体力学研究中的一种重要方法，通过计算机模拟的方式，对流体运动进行定量描述和预测。
数值模拟通常基于流体力学方程和物理模型，结合适当的离散化方法，将流体力学问题转化为数值问题。
常用的数值模拟方法包括有限差分法、有限元法和拉格朗日方法等。
在流体力学中的应用中，数值模拟可以用于预测流体的流动特性和力学行为。
例如，通过数值模拟可以研究飞行器在不同空气动力条件下的气动性能，预测飞行器的升力、阻力和产生的气动力等。
同样，数值模拟也可以用于研究水流的流动特性，分析河流、湖泊和海洋的水动力学过程，对水流的分布、速度和压力场等进行模拟和预测。
此外，数值模拟还可以应用于气候研究和天气预测中。
通过建立相应的数值模型，模拟大气运动和湍流过程，预测气象要素的变化趋势，为气象预报提供科学依据。
数值模拟的应用也扩展到了地质和生物等多个领域，如模拟地下水流动、岩石和土壤的力学行为，以及生物领域中的血液流动和细胞运动等。
二、数值模拟的优化方法数值模拟不仅可以用于预测流体力学问题，还可以通过优化方法对流体力学问题进行求解和改进。
数值模拟的优化方法通常包括优化算法和优化目标的确定。
在优化算法方面，常用的方法包括遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等。
这些算法通过对参数进行迭代优化，找到最优解或者接近最优解的解。
在流体力学中的应用中，例如在飞行器的气动设计中，可以通过调整飞行器的几何形状和气动面配置，以优化其空气动力性能。
另外，优化目标的确定也是数值模拟优化方法中的重要环节。
在流体力学中，优化目标通常有多个，如最小化阻力、最大化升力、优化能效等。
工程中流体力学问题的数值模拟与解析
工程中流体力学问题的数值模拟与解析流体力学是研究流体运动规律和力学性质的学科，广泛应用于工程领域。
在实际工程中，往往需要对各种流体力学问题进行数值模拟与解析，以便优化设计和预测运行状况。
本文将就几个常见的工程中流体力学问题进行讨论与解析。
一、管道内的流体流动模拟管道内的流体流动模拟是一种常见的工程计算问题。
在实际工程中，经常需要预测管道中流体的速度分布、压力损失和流量等参数。
通过数值模拟和解析，可以对流体在管道中的流动进行详细的研究和预测。
数值模拟方法通常使用有限元法或有限体积法。
通过将管道内的流体划分为多个离散的单元，建立动量守恒和能量守恒的方程，可以得到一个离散的非线性方程组。
通过迭代求解该方程组，可以得到解析的管道内流体的速度分布、压力损失和流量等参数。
二、风场的数值模拟与解析风场的数值模拟与解析在风电、建筑物设计等工程中具有重要的应用价值。
通过数值模拟和解析，可以预测不同地形、建筑物和障碍物对风场分布的影响，从而优化设计和提高安全性。
数值模拟方法通常使用计算流体力学（CFD）方法。
建立包括连续性方程、动量方程和能量方程在内的基本方程组，通过求解这些方程，可以得到解析的风场分布。
此外，还可以通过对风场中湍流的模拟和解析，评估不同地形、建筑物和障碍物对湍流的影响，以及湍流对建筑物结构的荷载。
三、水力润滑与摩擦阻力的模拟与解析水力润滑与摩擦阻力的模拟与解析在液压传动、润滑系统等工程中具有重要的应用价值。
通过数值模拟和解析，可以预测液体在管道内的压力分布、流速分布和摩擦阻力等参数。
数值模拟方法通常使用有限元法或有限差分法。
建立包括连续性方程、动量方程和能量方程在内的基本方程组，通过求解这些方程，可以得到解析的液体在管道内的压力分布、流速分布和摩擦阻力等参数。
此外，还可以通过对摩擦阻力与不同因素（如流速、粘度、管道材料等）的关系进行解析，优化设计和改进液体传动系统的效能。
四、湍流的模拟与解析湍流是流体力学中的一种复杂现象，对于工程设计和分析具有重要的影响。
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（1-4） 式中σ r为纵向应力， 为环向应力，σ y 屈服应力。当管道内 一点的等效应力达到屈服应力时，管道发生屈服，此时所施加的力 即为管道的极限承载力。 5.技术路线 本文主要利用理论计算、有限元软件 ANSYS 模拟和管道负压试 验的方法对塑料管道在负压环境下考虑管道径厚比、管道长度、管 道初始椭圆率等因素的变形和破坏进行分析。 采用塑料管道（PVC-U）负压试验，测试管材的物理参数，包括 弹性模量和泊松比。观察并分析塑料管道的负压破坏方式。具体实 验思路如下： PVC-U 管两端用法兰管接口连接，左边接有注水管，右边连接空 气负压罐，在空气负压罐的底部连接离心泵，在塑料管两端安装压 力表来监测塑料管内压力，离心泵用来实现管内负压。在管道顶端
通过管道负压屈曲数值模型与管道负压破坏试验对比分析，管 道的负压屈曲路径以及屈曲模态与负压试验所得情况大致相同。在 管内负压作用下，管壁产生弯矩，管壁产生以弯曲应力为主的环向 压应力，随着应力的发展，管壁在弯矩最大处受压屈服，管道发生 局部屈曲。 通过分析不同长度和径厚比的管道失稳压力，分析结果表明管 道的负压破坏临界值随着管道的径厚比的增加而明显减小；管道两 端的约束对管道失稳压力有明显影响；对于壁厚为 3.2mm 管道，在 间隔 1.2m 处加肋，对于壁厚为 3.5mm 管道，在间隔 1.4m 处加肋， 管道失稳压力大于 0.01MPa ，可以避免管道在管内出现真空时发生 负压破坏，管道设计提供设计基础。 分析不同椭圆率和管长对管道负压屈曲破坏的影响。研究结果 表明，在管内负压作用下，管道的失稳压力随着径厚比和初始椭圆 率增大而显著减小； 通过对比非线性屈曲分析结果与试验结果可知非线性屈曲结果 与试验结果略有差异，但非线性屈曲分析结果可以很好的预测管道 负压破坏的临界值。 8.展望 通过长时间学习和探索，本文主要研究了输水塑料（PVC-U）管 道在管内负压作用下的破坏因素，取得了一些有实用价值的研究成 果。然而，由于作者时间和精力有限，再加上问题的复杂性，本文 中还存在很多缺憾，在许多方面还有不少问题有待进一步解决，如： （1）在 PVC-U 材料模型的简化中，将材料模型简化为双线性强 化模型，但实际上 PVC-U 材料模型为复杂多线性材料，材料的强化 系数对管道失稳压力的影响还有待研究。 （2）本文中将输水管道内水锤负压简化为静载荷，而实际的水 锤负压为冲击荷载，而静载荷作用下管道失稳压力较冲击荷载作用 下管道失稳压力偏保守，冲击荷载作用下管道失稳压力还需进一步 研究。 （ 3 ）影响输水管道负压屈曲失稳的因素很多（各种荷载的作 用），如土压力。对于埋地管道，管道与土壤之间有复杂的作用， 埋地管道在管内负压作用下的失稳破坏仍有待研究。
图 1-1 技术路线 Fig. 1-1 Technology roadmap
6.试验手段 本文主要利用理论计算、工程软件模拟、试验验证的方法对塑 料软管在负压环境下进行考虑管道径厚比、管长、初始椭圆率等因 素的变形和破坏进行分析。 7.结论分析 本研究中采用 ANSYS 有限元分析软件，建立了与试验模型相同 的数值模型，数值模拟分析结果与试验结果吻合较好，验证了有限 元分析模型的正确性，通过有限元分析管道负压屈曲破坏非常可行。
采用数值模拟进行输水塑料管负压破坏 因素研究
姓名：聂锦杰 学号：2015200915
专业：水利水电工程
指导老师：程建军老师
采用数值模拟进行输水塑料管负压破坏因素研究
1.研究背景 流体力学，是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的 学科。主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状 态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之 间的相互作用和流动的规律。流体力学是力学的一个重要分支，而 工程流体力学(应用流体力学)侧重在生产生活上的实际应用，它不 追求数学上的严密性，而是趋向于解决工程中出现的实际问题。流 体力学作为一门学科，在其历史发展过程中产生并不断完善了一些 解决问题的方法，如试验研究、理论分析和数值计算。而数值模拟 也叫计算机模拟。依靠电子计算机，结合有限元或有限容积的概念， 通过数值计算和图象显示的方法，解决工程问题和物理问题乃至自 然界各类问题。 2.研究目标 建立塑料管道负压破坏的数理模型，探明塑料管道在管内负压 作用下的管道负压破坏以及当管道在管外土压力作用下管道断面蠕 变为椭圆形后管道的负压破坏机理。 3.研究内容 塑料输水管道的负压破坏过程分为两个阶段，首先是管道在外 力作用下产生变形，然后在管内负压作用下管壁产生偏心受压破坏， 所以本文主要探讨塑料管道在管内负压作用下的破坏因素。主要研 究内容有三项： （1）管道在管内负压作用下变形量的理论计算 塑料管道属于柔性管。这种类型管在外力作用下截面很容易发 生变形。本文将考虑管道周围土压力因素，研究管道的变形特点。 （2）管道负压破坏特征的研究 当管道出现较大变形时，管道断面由圆变为椭圆。在管内负压 作用下管道产生偏心受压，容易导致管道凹瘪和偏心受压破坏。 （3）管道负压破坏力学模型的研究
160
（代测试） 待测试 待测试 6~1.2 160 3.2、3.5
选用四节点管单元，该单元能有效模拟几何非线性和材料非线 性行为。然后用管道负压实验验证管道破坏形式，测试管道屈服强 度。
(3)管道负压破坏特征的研究 采用塑料管道（PVC-U）负压试验，测试管材的物理参数，包括 材料屈服强度、弹性模量和泊松比。观察并分析塑料管道的负压破 坏方式。PVC-U 管两端用法兰管接口连接，左边接有注水管，右边 连接空气负压罐，在空气负压罐的底部连接离心泵，在塑料管两端 安装压力表来监测塑料管内压力，离心泵用来实现管内负压。在管 道顶端和管道两侧安装位移计，监测管道的变形量。在管道外壁贴 轴向和环向应变片来测管壁应变，利用本构关系测定管材材料参数， 包括弹性模量和泊松比，然后利用管材参数计算管道在外压作用下 的变形。对比圆形管道曲失稳临界压力，可以给管 道进行预压，使管道产生一定量的变形，是其具有一定的椭圆度。 (4)管道负压破坏力学模型的研究 薄壁管道在外荷载作用下，管道截面会发生椭圆化。椭圆化将 使管道局部产生较大的环向应力和弯曲应力，甚至导致管道发生局 部屈曲破坏。同时，管道受到内压引起的环向应力及轴力引起的纵 向应力。采用Mises屈服准则，该准则遵循材料力学第四强度理论 （形状改变比能理论）。Mises屈服准则可以表达为如下公式：
在数值模拟和负压试验的基础上，分析影响管道负压破坏的因 素。 4.研究方法 本文通过理论计算、工程软件模拟、实验验证相结合的方法， 研究管道在负压破坏的因素。 管道在外压和内负压作用下管壁受力和变形量的理论计算 （1）管道可以看作是敷设在地基上的一无限长梁，沿管道纵向 截取一个单位长度，运用材料力学、结构力学、弹性力学等理论知 识计算管道壁厚、弹性模量与管道变形量，分析管道壁厚、管道刚 度与管道变形量的关系。 （2）有限元软件 ANSYS 模拟 本文将首先用有限元软件 ANSYS 建立数值计算模型，考虑材料 的非线性和几何非线性，建立三维有限元分析模型。有限元模型参 数如下。 表 1-1 有限元模型参数 Table 1-1 Parameters of finite element model 有限元模型参数 管道规格 屈服强度 y （MPa） 弹性模量 E(GPa） 泊松比 管道长度 L（m） 管道直径 D（mm） 管道厚度 t（mm） 数值
和管道两侧安装位移计，监测管道的变形量。在管道外壁贴轴向和 环向应变片来测管壁应变，利用本构关系测定管材材料参数，包括 弹性模量和泊松比，然后利用管材参数计算管道在外压作用下的变 形。对比椭圆化的管道在偏心受压和圆形管道径向受压的能力。为 实现管道的偏心受压，可以给管道进行预压，使管道产生一定量的 变形。采用弹塑性解析法和和弹塑性屈曲法对管道进行受理屈服破 坏分析。 技术路线表如图 1-1：