北航计算流体力学大作业题目及分析
实验的流体力学复习问题问题详解-北航
实验流体力学期末复习第一章：相似理论和量纲分析①流体力学相似？包括几方面内容？有什么意义？流体力学相似是指原型和模型流动中，对应相同性质的物理量保持一定的比例关系，且对应矢量相互平行。
内容包括：1.几何相似—物体几何形状相似，对应长度成比例；2.动力相似—对应点力多边形相似，同一性质的力对应成比例并相互平行（加惯性力后，力多边形封闭）；3.运动相似—流场相似，对应流线相似，对应点速度、加速度成比例。
②什么是相似参数？举两个例子并说明其物理意义必须掌握的相似参数：Ma ，Re ，St 。
知道在什么流动条件下必须要考虑这些相似参数。
相似参数又称相似准则，是表征流动相似的无量纲特征参数 。
1.两物理过程或系统相似则所有对应的相似参数相等。
例如：假定飞机缩比模型风洞试验可以真正模拟真实飞行，则原型和模型之间所有对应的相似参数都相等，其中包括C L , C D , C M ：S V LC L 221ρ=S VD C D 221ρ=Sb V M C M 221ρ=风洞试验可以测得CL, CD, CM 值，在此基础上，将真实飞行条件带入CL, CD, CM表达式，可以求得真实飞行的升力、阻力和力矩等气动性能参数。
2.所有对应的相似参数相等且单值条件相似则两个物理过程或系统相似。
例如：对于战斗机超音速风洞试验，Ma 和Re 是要求模拟的相似参数，但通常在常规风动中很难做到。
由于对于此问题，Ma 影响更重要，一般的方案是保证Ma 相等，对Re 数影响进行修正。
; Re V p Ma a RT a V L l St V ρρωμ∞∞===== Ma 为惯性力与弹性力之比，在可压缩流动中考虑。
Re 为惯性力与粘性力之比，在粘性流动中考虑。
St 为无量纲频率，在周期性流动中考虑。
另，通常风洞模型试验模拟飞行器试验要满足的主要相似参数：超音速：Ma 和Re （需要同时考虑压缩性和粘性影响）；低速（Ma<0.3 ）：Re （压缩性影响可忽略，只考虑粘性影响）。
(完整版)流体力学作业试题库及答案
(完整版)流体力学作业试题库及答案一、选择题1. 流体力学研究的对象是（）A. 固体B. 液体C. 气体D. 所有流体答案：D2. 下列哪个物理量表示流体的密度？（）A. 质量分数B. 体积分数C. 密度D. 比重答案：C3. 流体静力学的基本方程是（）A. 伯努利方程B. 连续性方程C. 纳维-斯托克斯方程D. 流体静力学方程答案：D4. 在理想流体中，流速与压强的关系符合（）A. 伯努利方程B. 连续性方程C. 纳维-斯托克斯方程D. 流体静力学方程答案：A5. 流体的粘性系数与温度的关系是（）A. 正比B. 反比C. 无关D. 随温度升高而减小答案：A二、填空题1. 流体的连续性方程表示流体在运动过程中，______保持不变。
答案：质量2. 流体的粘性系数与流体的______和______有关。
答案：温度、压力3. 在伯努利方程中，流速与压强的关系为：流速越大的位置，______越小。
答案：压强4. 流体力学中的雷诺数是用来判断流体流动的______。
答案：稳定性5. 流体的密度与流体的______和______有关。
答案：温度、压力三、判断题1. 流体力学是研究流体运动和平衡的科学。
（）答案：正确2. 理想流体是指粘性系数为零的流体。
（）答案：正确3. 流体的粘性系数随温度的升高而减小。
（）答案：错误（应为随温度的升高而增大）4. 在伯努利方程中，流速与压强的关系是：流速越大的位置，压强越小。
（）答案：正确5. 流体的连续性方程表示流体在运动过程中，质量保持不变。
（）答案：正确四、计算题1. 已知一流体的密度为ρ=800 kg/m³，流速为v=10 m/s，求该流体的压强。
答案：根据伯努利方程，流速与压强的关系为：P1 + 0.5ρv₁² = P2 + 0.5ρv₂²。
由于流速v1和v2相等，因此P1 = P2。
所以，该流体的压强为P =0.5ρv² = 0.5 * 800 * 10² = 40000 Pa。
北航流体力学实验报告思考题全解答(雷诺实验、不可压缩流体定常流动量定律实验、能量方程实验)
【北航流体力学实验报告思考题全解答】（雷诺实验、不可压缩流体定常流动量定律实验、不可压缩流体定常流动能量方程实验）BUAA39051222搜集不可压缩流体恒定流能量方程实验1.测压管水头线和总水头线的变化趋势有何不同？为什么？测压管水头线（P-P）沿程可升可降，线坡J P可正可负。
而总水头线（E-E）沿程只降不升，线坡J 恒为正，即J>0。
这是因为水在流动过程中，依据一定边界条件，动能和势能可相互转换。
测点5至测点7，管收缩，部分势能转换成动能，测压管水头线降低，Jp>0。
测点7至测点9，管渐扩，部分动能又转换成势能，测压管水头线升高，J P<0。
而据能量方程E1=E2+h w1-2, h w1-2为损失能量，是不可逆的，即恒有h w1-2>0，故E2恒小于E1，（E-E）线不可能回升。
(E-E) 线下降的坡度越大，即J越大，表明单位流程上的水头损失越大，如图2.3的渐扩段和阀门等处，表明有较大的局部水头损失存在。
2.流量增加，测压管水头线有何变化？为什么？有如下二个变化：（1）流量增加，测压管水头线（P-P）总降落趋势更显著。
这是因为测压管水头，任一断面起始时的总水头E及管道过流断面面积A为定值时，Q增大，就增大，则必减小。
而且随流量的增加阻力损失亦增大，管道任一过水断面上的总水头E相应减小，故的减小更加显著。
（2）测压管水头线（P-P）的起落变化更为显著。
因为对于两个不同直径的相应过水断面有式中为两个断面之间的损失系数。
管中水流为紊流时，接近于常数，又管道断面为定值，故Q增大，H亦增大，（P-P）线的起落变化就更为显著。
3.测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题？测点2、3位于均匀流断面（图2.2），测点高差0.7cm，H P=均为37.1cm（偶有毛细影响相差0.1mm），表明均匀流同断面上，其动水压强按静水压强规律分布。
测点10、11在弯管的急变流断面上，测压管水头差为7.3cm，表明急变流断面上离心惯性力对测压管水头影响很大。
计算流体力学上机实验报告
《计算流体力学》上机实验报告班级：姓名：学号：北京航空航天大学流体力学研究所上机实验名称两平行平板间不可压缩流体绕物体的平面无旋流动一、实验目的通过具体算例，熟悉和掌握使用CFD方法获取给定流场的流动参数。
二、实验内容、方法及步骤1.流动问题描述如下图所示，考虑在平行放置的两平板之间流过的理想不可压缩流体绕方形物体的平面无旋流动。
2.求解区域H；绕流物体是边长为2的正方形，设两平行平板之间的距离为6L。
根据流动的对称性，可取流上游来流入口位置与物体中心的距离为3动区域的四分之一作为求解区域，如下图所示。
3. 控制方程对于不可压缩流体的平面无旋流动，流函数 在区域 内满足Laplace 方程22220xy4. 边界条件（1）OABC 是一条流线，规定0OABC；（2）对 OE 上任意一点 0,P y ，有Py ；（3） ED 也是一条流线，所以2EDH ； （4）根据对称性，在 CD 上有0CDx。
5. 定解问题对于这里考虑的流动，可用下述定解问题来描述22220 , 0 , , , 20 , x yOABC y OE HED CDx在 内在上在上在上在 上6. 求解区域的离散化 － 计算网格将单位长度等分成n 份，记1h n ，于是求解区域沿x 方向可划分成M L n 个网格，用0,1,2,3,,j M 来标记；沿y 方向可划分成2HNn 个网格，用0,1,2,3,,k N 来标记。
这些网格点可分成三类：（1）当 01j L n 且 0k N ，或者当 1L njM 且 n k N 时，网格点落在流场内部，称为内点。
这些网格点上的流函数需通过求解方程组来计算； （2）当 1Ln j M 且 0k n 时，网格点落在正方形物体内部，网格点上不存在流场，无需计算；（3）其余的网格点落在流场的边界上，称为边界点。
这些网格点上的流函数直接由边界条件给定，也无需计算。
7. 定解问题的离散化 － 差分格式Laplace 方程22220xy的差分近似为1,,1,,1,,122220j kj k j kj k j k j k hh边界条件0x的差分近似为,1,0j kj kh8. 内点上流函数的计算－ 迭代算法在实际的计算中，内点的数量非常多，计算流函数需要求解大型的代数方程组。
《计算流体力学》结课作业要点
2012～2013学年第1学期12级研究生《计算流体力学》结课作业适用专业：供热供燃气通风及空调工程一、结合某一具体学科，阐述纯理论方法、实验方法及数值方法在科学研究中的各自优缺点，在此基础上论述数值模拟方法的发展前景。
（不少于4千字）。
流体力学是力学的一个重要分支, 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特征，以及流体和相邻固体界面有相对运动时的相互作用和流动规律。
在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，流体力学与人类的日常生活和生产事业密切相关。
按其研究内容的侧重点不同，分为理论流体力学和工程流体力学。
其中理论流体力学主要采用严密的数学推理方法，力求准确性和严密性，工程流体力学侧重于解决工程实际中出现的问题，而不追求数学上的严密性。
当然由于流体力学研究的复杂性，在一定程度上，两种方法都必须借助于实验研究，得出经验或半经验的公式。
在实际工程的诸多领域流体力学都起着十分重要的作用。
如气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，都广泛地用到流体力学知识。
许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了流体力学自身的不断发展。
1950年后，计算机的发展给予流体力学以极大的推动作用。
目前，解决流体力学问题的方法主要有实验方法、理论分析方法和数值方法三种。
实验方法同物理学、化学等学科一样，流体力学的研究离不开实验，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。
流体力学实验研究方法有实物实验、比拟研究和模型研究三类：实物实验是用仪器实测原型系统的流动参数，适用于较小的原型；比拟实验是利用电场和磁场来模拟流场，实施起来限制条件较多；模型研究是实验流体力学最常用的研究方法。
实验研究的一般过程是：在相似理论的指导下建立实验模型，用流体测量技术测量流动参数，处理和分析实验数据。
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。
北航流体力学与液压传动-第四次作业解答
1.一液压马达排量q M=80cm3/r、负载转矩为50N∙m，测得其机械效率为0.85。
将此马达做泵使用，在工作压力为46.2×105Pa时，其机械损失转矩与上述液压马达工况相同，求此时泵的机械效率。
解：做马达使用时T tM=T MηmM =500.85=58.82N∙mT lM=T tM−T M=8.82N∙m 做泵使用时q P=q M=80cm3/rT lP=T lM=8.82N∙mp P=46.2×105PaQ tP=q P n PωP=2πn P理论输入功率p P Q tP=T tPωP由上式可得T tP=p P Q tPωP =46.2×105q P n P2πn P=46.2×105×80×10−62π=184.8π泵的机械效率ηmP=11+T lPtP =11+8.82π184.8=0.872.某泵输出压力为10MPa，转速为1450r/min, 排量为200ml/r，泵的容积率ηVp=0.95，总效率ηp=0.9。
求泵的输出液压功率及驱动泵的电机所需功率。
（不计泵的入口油压）解：Q tP=q P n P=0.2×1450=290L/minQ P=Q tPηVp=290×0.95=275.5L/minP oP=p P Q P=10×106×275.5×10−360=45916.66WP iP=P oPηp=51018.52w3.某液压马达排量q M=250ml/r，入口压力为9.8MPa，出口压力为0.49MPa，其总效率ηM=0.9，容积效率ηVM=0.92，当输入流量为22L/min时，试求：⑴液压马达的输出转矩；⑵液压马达的输出转速。
解：理论流量Q tM=q M n MQ tM=Q MηVM由上两式可知q M n M=Q MηVMn M=Q MηVMq M =22×0.920.25=80.96r/min实际输入功率P iM=Δp Q M=9.8−0.49×106×22×10−360=3413.66W实际输出功率P oM=P iMηM=3413.66×0.9=3072.29W 液压马达的输出转矩T M=P oMωM =P oM2πn M=3072.292π×80.96/60=362.56N∙m4.一液压泵，当负载压力为80×105Pa时，输出流量为96L/min；而负载压力为100×105Pa时，输出流量为94L/min。
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
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报告
课程综合作业课程名称： _________ 计算流体力学 ___________专业班级： _______________ 研究方向：_______________ 学生姓名： ________________ 学号：________________完成日期： _______________________________________计算流体力学课程综合报告1. 简介计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics ，简称CFD是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。
其基本思想为: 把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。
CFD可以看作是在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对流动的数值模拟。
通过这种数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量（速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。
还可据此算出相关的其他物理星，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。
此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。
2. 计算流体动学的特点:①流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用CFD方法则有可能找出满足工程需要的数值解。
②可利用计算机进行各种数值试验，例如，选择不同流动参数进行物理方程中各项有效性和敏感性试验，从而进行方案比较。
③它不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，有较多的灵活性，能给出详细和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件。
④数值解法是一种离散近似的计算方法，依赖于物理上合理、数学上适用、适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一定的计算误差。
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。
北航《流体力学与液压传动》期末复习试题2套含答案.doc
处家航空航夭/修2010-2011学年第一学期期末《流体力学及传动》考试A卷答案2011年1月08日一、填空题（共20分，每空1分）1.液体的粘性是指液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生的一种内摩擦力，粘性的大小用粘度来表示，常用的粘度表示方法有动力粘度、运动粘度、相对粘度。
2.在定量液压泵一变量液压马达的容积调速回路中，当系统工作压力不变时，液压马达的输出功率是恒定的;而在变量液压泵一定量液压马达的容积调速回路中，当系统工作压力不变时，液压马达的输出力矩是恒定的。
3.液压基本回路有：快速运动回路、卸荷回路、平衡回路等。
4.液压阀按其用途可分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀。
5.液圧调速回路按速度的调节方法分为节流调速、容积调速和容积节流调速三种型式。
6.先导式溢流阀是由先导阀和主阀两部分组成,其特点是调压偏怎小、定压精度高。
把先导式溢流阀的远程控制口接了回油箱，将会发生溢流阀（对系统）卸荷°二、问答题（共20分，第1、2题5分，第3题10分）1.液压泵在工作过程中会产生哪些能量损失？产生的原因是什么？能量损失有两部分：压力能损失和机械能损失（各1.5分）前者是由内泄漏造成的，后者是由机械摩擦造成的（各1分）2.有哪些阀可以在液压系统中当背压阀用？可以在液压系统中当背压阀用的阀有：单向阀、溢流阀、顺序阀、（普通）节流阀。
（前3种阀每答对1个给1分，答对第4个给2分）3.图1为组合机床液压系统，用来实现“快进-工进-快退-原位停止、泵卸荷”工作循环，试问：图中有哪些错误？说明其理由，并画出正确的液压系统图。
有5处错误：1）行程阀位置不对，2）行程阀接口错误，3）单向阀方向不对，4）溢流阀画法错误，5）顺序阀接口与冋油接口反接（指出每处错误给1分）正确液压系统图：将错误改正即为正确图，行程阀在油缸右端（图略）（5分）三、计算题（共30分，每题10分）1. 如图2所示油路，油管为光滑金属圆管，临界雷诺数Re 。
北航2017年粘性流体力学期末考试
本人趁热回忆，题目的顺序有问题，可能有一些题干条件缺失，答案也不一定正确。
总体来说和15年，16年的题目差不多，给大家复习提供一个参考
第一题：在收缩流动中，判断以下个式>0,<0 还是=0
需要了解这几个微分式子的含义，我不确定，就不给出答案了。
第二题：以下式子的含义和各项意义
动能方程，各项含义课件ppt上有
第三题：气体减速运动中，判断下面两种气体的动能，内能和总焓变化：
定常不可压无粘 2. 定常可压有粘
不考虑换热和辐射，不考虑换热和辐射，1. 1. 1. 动能减小，内、焓不变动能减小，内、焓不变
2. 2. 动能减小，内、焓增加动能减小，内、焓增加
第四题：论述湍流和层流中，机械能损失的异同
我不确定，不给出答案
第五题：为什么说湍流模型会影响流动计算的精度？
其实就是在问湍流模型的意义，即湍流模型是表达雷诺应力的方程，它的存在使得雷诺平均的nc 方程封闭可解
第六题： 绕正方体流动会不会有阻力危机产生？
不会有。
因为分离区面积不变
第七题：推导圆管流动中，Cf=16/Re
课件Ppt 上有
第八题：圆管流动中，已知流体运动粘度，流速，圆管管径，求耗散涡尺度？ 应用方程：
注意这里使用的速度为脉动速度注意这里使用的速度为脉动速度==主流
速度速度*5% *5%
第九题：画出圆管流动中，平均速度分布，总剪切力分布，雷诺应力分布 速度和总剪切力课件ppt 上有
雷诺应力为：
第十题： 平板流动中，已知流体性质，y+=1,求x=100mm 处边界层厚度？
思路：先计算出τ思路：先计算出τw w ，然后计算U τ，然后就可以计算出y。
北航计算流体力学大作业题目及分析
无反射边界条件方法
• Thompson特征边界条件（一维到高维） • Giles无反射边界条件（二维） • 要求：要阐述清楚以上两种无反射边界条 件方法的原理以及推导过程，并利用文献 中的算例说明各种边界条件定义方法对模 拟结果的影响
• • • • 当地时间步长方法 残差光顺法 多重网格方法 低速预处理方法
• 要求：三种方法的原理、数值方法、适用 性等要阐述清楚，要有文献的算例和分析
网格生成方法及网格质量控制
• 结构化网格生成方法 • 非结构网格生成方法
• 网格类型及网格质量对模拟结果准确性的 影响分析
• 要求：要阐述清楚常用的网格生成方法， 对网格质量对模拟结果的影响要利用文献 的算例进行分析
通量差分分裂格式
• • • • Riemann问题及近似Riemann解 Godnov格式 Roe格式 膨胀激波问题、Carbuncle问题（运动强激 波的计算不稳定问题）、以及熵修正方法
• 要求：要阐述清楚格式的构造思路和方法、 格式的特点、与其它类型通量格式的计算 比较等
对流迎风分裂格式
• AUSM格式（Liou M.S.)
– 格式构造的思想 – AUSM、AUSMD/P格式（Jameson）
– SLIP格式、CUSP格式、…… – LED概念
• 要求：要阐述清楚格式的构造思路和方法、 格式的特点、与其它类型通量格式的计算 比较等
通量计算的高精度格式
• ENO、WENO概念及格式 • 间断Galerkin方法 • 拟谱方法
– Spectral Difference – Spectral Volume – Penalty Lifting method
计算流体力学习题答案(6)
解：算子2222()1L x y∂∂=-++∂∂正定：222222222222(),[()][()][()()][()()]u uL u u u udxdyx y u uu u dxdyx y u u u uu u dxdy dxdy u dxdy x x y y x y ΩΩΩΩΩ∂∂<>=-++∂∂∂∂=-++∂∂∂∂∂∂∂∂=-++++∂∂∂∂∂∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰利用高斯公式，并注意到边界s 上的边界条件有：22[()()]S S u u uu u dxdy u dS u dS x x y y n Ω∂∂∂∂∂+==-∂∂∂∂∂⎰⎰⎰⎰ 因此得到：22222(),[()()]0S u u L u u dxdy u dS u dxdy x y ΩΩ∂∂<>=+++>∂∂⎰⎰⎰⎰⎰正定 对称：222222222(),[()]()[()()][(][]S u uL u v u vdxdyx y u uvdxdy uvdxdy x y u u u v u v v v dxdy dxdy uvdxdy x x y y x x y y u v u vdxdy uvdS uvdxdy x x y y ΩΩΩΩΩΩΩΩ∂∂<>=-++∂∂∂∂=-++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂=-++++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂=+++∂∂∂∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰同理22222(),[()][]S v vL v u v udxdyx y u v u vdxdy uvdS uvdxdy x x y y ΩΩΩ∂∂<>=-++∂∂∂∂∂∂=+++∂∂∂∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰(),(),L u v L v u <>=<>对称于是写出赫林定力的泛函式：22222221()(),,2111[()()]222y y S J u L u u u x e u u dxdy u dS u dxdy x e udxdy x y --ΩΩΩ=<>-<->∂∂=++++∂∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰解：算子2222()L x y∂∂=-+∂∂证明算子正定：222222(),[()][()()][()()]u u u u u uL u u udxdy u u dxdy dxdyx y x x y y x y ΩΩΩ∂∂∂∂∂∂∂∂<>=-+=-+++∂∂∂∂∂∂∂∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰ 根据格林公式2222[()()][(1*)(1*)]()S Su u u uu u dxdy u dS g dS x x y y n n u u u ug dxdy g dxdy x x y y x y ΩΩΩ∂∂∂∂∂∂+==∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂=+=+∂∂∂∂∂∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰222222(),[()()]()u u u uL u u dxdy g dxdy x y x y ΩΩ∂∂∂∂<>=+-+∂∂∂∂⎰⎰⎰⎰事实上，无法证明上式大于0，无法证明其正定性。
流体力学大作业-知识归纳整理
知识归纳整理一.挑选题1.牛顿内摩擦定律适用于（ ）。
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延续介质假定以为流体（ ）延续。
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．时光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．表面张力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.密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（ ）。
A．高于容器内液面 B．低于容器内液面C．等于容器内液面12.流体运动的延续性方程是根据（）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（）。
求知若饥，虚心若愚。
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（）。
北航计算流体力学大作业
汽车气动特性分析1.汽车模型图1为原设计图，图2为二维简化模型示意图：图 1 汽车模型设计图图 2 简化模型示意图2. 题目要求流体属性：空气静温T=300K 、静压Pa p 510015.1⨯=、气体常数R=8314./29.、比热比4.1=γ，只计算层流。
（1）工况一：汽车在地面行驶，速度分别为：12、120、240km/h ，对应马赫数取为Ma = 0.01、0.1、0.2。
（2）工况二：假设汽车在天空飞行，速度分别为：Ma = 0.2、0.8、2.0。
（3）分别采用基于密度的算法和基于压力的算法。
输出结果：（1）网格生成推荐采用ICEM ，要求在Tecplot 中显示温度场、压力场、马赫数分布、流线图；（2）对比分析当Ma = 0.2时工况1和工况2流场的差别。
（3）对于工况二，Ma = 2.0，基于密度的算例在原网格(大约100*80)基础上加密1倍(200*160)，分析网格对计算结果的影响。
（4）比较采用基于密度的算法和基于压力的算法的收敛情况。
（5）分析汽车的阻力和升力随行驶速度的变化规律。
（6）在完成二维计算的基础上，尝试采用三维模型计算可获得加分(工况1或者工况2，Ma = 0.2)。
3. 输出结果3.1. 工况一网格如图3所示（140*80）：图 3 工况一网格3.1.1.温度场图 4 基于密度0.01马赫图 5 基于密度0.1马赫图 6 基于密度0.2马赫注：初始温度设置为300K 图7 基于压力0.01马赫图8 基于压力0.1马赫图9 基于压力0.2马赫3.1.2.压力场图10 基于密度0.01马赫图11 基于密度0.1马赫图12 基于密度0.2马赫注：初始压强设置为101325Pa 图13 基于压力0.01马赫图14 基于压力0.1马赫图15 基于压力0.2马赫3.1.3.马赫数分布图16 基于密度0.01马赫图17 基于密度0.1马赫图18 基于密度0.2马赫图19 基于压力0.01马赫图20 基于压力0.1马赫图21 基于压力0.2马赫3.1.4.流线图图22 基于密度0.01马赫图23 基于密度0.1马赫图24 基于密度0.2马赫图25 基于压力0.01马赫图26 基于压力0.1马赫图27 基于压力0.2马赫3.2.工况二网格如图28所示（100*80）：图28 工况二网格（计算结果图见下一页）3.2.1.温度场图29 基于密度0.2马赫图30 基于密度0.8马赫图31 基于密度2马赫注：初始温度设置为300K 图32 基于压力0.2马赫图33 基于压力0.8马赫图34 基于压力2马赫3.2.2.压力场图35 基于密度0.2马赫图36 基于密度0.8马赫图37 基于密度 2.0马赫注：初始压强设置为101325Pa 图38 基于压力0.2马赫图39 基于压力0.8马赫图40 基于压力 2.0马赫3.2.3.马赫数分布图41 基于密度0.2马赫图42 基于密度0.8马赫图43 基于密度 2.0马赫图44 基于压力0.2马赫图45 基于压力0.8马赫图46 基于压力 2.0马赫3.2.4.流线图图47 基于密度0.2马赫图48 基于密度0.8马赫图49 基于密度 2.0马赫图50 基于压力0.2马赫图51 基于压力0.8马赫图52 基于压力 2.0马赫3.3.对比分析当Ma = 0.2时工况1和工况2流场的差别3.4.对于工况2，Ma = 2.0，基于密度的算例在原网格(大约100*80)基础上加密1倍(200*160)，分析网格对计算结果的影响网格对比如下：图53 100*80网格图54 200*160网格计算结果如下所示：总结：加密网格后结果的连续性较差。
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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1. 中心型对流通量计算格式
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通量差分分裂格式
对流迎风分裂格式 通量计算的高精度格式
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控制方程组显式离散及求解方法
控制方程组隐式离散及求解方法 非定常模拟的时间离散方法 加速收敛方法概述 网格生成方法及网格质量控制
10. 基于RANS的湍流模型及其适用范围 11. 无反射边界条件方法
– 格式构造的思想 – AUSM、AUSMD/V、AUSMPW、AUSM+、……
• CUSP格式（Jameson）
– SLIP格式、CUSP格式、…… – LED概念
• 要求：要阐述清楚格式的构造思路和方法、 格式的特点、与其它类型通量格式的计算 比较等
通量计算的高精度格式
• ENO、WENO概念及格式 • 间断Galerkin方法 • 拟谱方法
– Spectral Difference – Spectral Volume – Penalty Lifting method
• 高阶紧致格式 • 要求：可选择其中一到两种进行阐述，其 它同上
控制方程组显式离散及求解方法
• • • • 时间离散格式、CFL条件 早期的单步、多步方法 Runge-Kutta方法 Picard方法
通量差分分裂格式
• • • • Riemann问题及近似Riemann解 Godnov格式 Roe格式 膨胀激波问题、Carbuncle问题（运动强激 波的计算不稳定问题）、以及熵修正方法
• 要求：要阐述清楚格式的构造思路和方法、 格式的特点、与其它类型通量格式的计算 比较等
对流迎风分裂格式
• AUSM格式（Liou M.S.)
• 要求：详细给出离散格式、算法，阐述清 楚求解方法的特点，用文献算例说明方法 的计算稳定性、收敛速度等。
控制方程组隐式离散及求解方法
• 时间离散格式、CFL条件 • LUSGS算法、Gauss-Seidel迭代方法、ADI交 替方向迭代方法、GMRES算法、……
• 要求：阐述清楚隐式方法的时间离散过程、 对离散方程组的求解方法等，并用文献中 的算例说明隐式求解方法的优缺点
• 体积力模型 • 要求：阐述清楚各类模型的特点及其适用性件方法
• Thompson特征边界条件（一维到高维） • Giles无反射边界条件（二维） • 要求：要阐述清楚以上两种无反射边界条 件方法的原理以及推导过程，并利用文献 中的算例说明各种边界条件定义方法对模 拟结果的影响
基于RANS的湍流模型及其适用范围
• 代数模型（Baldwin-Lomx模型） • 一方程模型（Spalart-Allmaras、Baldwin-Bath、……）
• 两方程模型（k-epsilon, k-omega, SST, ……）
• 雷诺应力模型（代数雷诺应力模型、全微分方程雷 诺应力模型）
• 转捩模型（AGS模型、gama-Resita模型、…）
要求
• • • • • • 独立完成 字数不少于5000字 要有文献中给出的算例及分析 7月10日前由课代表统一收齐后交 A4纸双面打印，五号字体、单倍行距 附参考文献
中心型对流通量计算格式
• Jameson的中心型格式
– 标量人工粘性 – 矩阵人工粘性
• 中心型TVD格式（Symmetrical TVD scheme） • 高阶对称格式 • 要求：要阐述清楚格式的构造思路和方法、 格式的特点、与其它类型通量格式的计算 比较等
非定常模拟的时间离散方法
• Runge-Kutta算法用于非定常模拟 • Picard算法 • 虚拟时间步方法
• 要求：阐述清楚显式时间推进方法的时间 离散精度、计算稳定性问题；阐述清楚虚 拟时间步方法的原理、时间离散精度，以 及与显、隐式格式配合使用时的稳定性问 题；要有文献中的算例和分析
加速收敛方法概述
• • • • 当地时间步长方法 残差光顺法 多重网格方法 低速预处理方法
• 要求：三种方法的原理、数值方法、适用 性等要阐述清楚，要有文献的算例和分析
网格生成方法及网格质量控制
• 结构化网格生成方法 • 非结构网格生成方法
• 网格类型及网格质量对模拟结果准确性的 影响分析
• 要求：要阐述清楚常用的网格生成方法， 对网格质量对模拟结果的影响要利用文献 的算例进行分析