流体的力学特性精选(九篇)

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第1篇：流体的力学特性范文

【关键词】 粒细胞; 流行病学研究; 感染

epidemiological characteristic of epidemic situation about the human?infected granulocytic anaplasmosis in southern anhui cheng zhou?xiang1, yang xiao?xiang1, li qun2, he jian?gang1, dou zheng?dong1, wu jia?bing3, yu yan?lin4, wang fei1. 1.wuhu center for disease control and prevention, wuhu 241000, china; 2.office for disease control and emergency response, chinese center for disease control and prevention, beijing 100050, china; 3.anhui center for disease control and prevention, hefei 230061, china; 4.yijishan hospital of wannan medical college, wuhu 241001, china

【abstract】 objective to describe the epidemiological and clinical characteristics of epidemic situation about the human?infected granulocytic anaplasmosis. methods the whole cases were collected which had occurred in this epidemic. then the epidemiological and clinical characteristics were analyzed by descriptive epidemiology, compared with the clinical characteristic of previous tick?infected human granulocytic anaplasmosis. at the same time, the risk factor of infection was analyzed. results the cases had the typical clinical characteristic, such as hyperpyrexia, progressive falling of wbc and plt. the fever process was 1～6 days, the incubation period being 4～13 days and its median 7. the infection rate of the persons who had close contact with the first case during his or her illness was 14.3%. the attack cases among the persons who had close contact with the first case when he or she was in a critical condition were 23.1%. the blood sample from 8 secondary attack cases was tested positive about the 16s rrna gene of granulocytic anaplasma. the specific serum antibody was seroconversion in convalescence and its titer was 1∶64～1∶128. conclusions this is not only the first report about human?infected granulocytic anaplasmosis but also the first one that granulocytic anaplasmosis can result in iatrogenic infection. there is even no infectiousness in the early light situation of disease, but the possibility of infection increases if people have close contact with patients when their illness is serious. therefore, isolation and protection have to be practiced.

【key words】 granulocytes; epidemiologic studies; infection

“人粒细胞无形体病”(human granulocytic anaplasmosis，hga)(以前称“人粒细胞埃立克体病”[1])是一种人类新发传染病。1994年在美国明尼苏达州杜鲁士首次发现一种不同于查菲埃立克体的感染，病原体主要侵犯中性粒细胞，被命名为人粒细胞埃立克体(human granulocytic ehrlichiosis,hge)[2]，此后美国[3]、斯洛文尼亚[4]、比利时[5]、澳大利亚[6]、意大利[7]、瑞典[8]、德国[9]等欧美国家都有病例报道或有流行病学资料证实该病原体感染。2001年高东旗等[10]在大兴安岭地区开展人群埃立克体感染的调查，结果首次在亚洲从人血中扩增出人粒细胞埃立克体16s rrna基因片段。初步认为我国大兴安岭地区存在人粒细胞埃立克体感染人群。但以上报道所有的病例或感染者都有蜱叮咬史，传染源是野外动物。2006年11月安徽省芜湖市y医院收治10例“人粒细胞无形体病”病例，由于其中后9例均是与首例病人有密切接触的医务人员或陪护亲属，且无蜱叮咬史等可能的传播途径，目前认为这起疫情是全球首次发现的人传“人粒细胞无形体病”疫情。使人类对人粒细胞无形体病的流行病学特征又有了进一步了解和认识。现将这起疫情的流行病学和临床特征做一描述。

1 对象与方法

1.1 病例临床资料 来源于芜湖市y医院。

1.2 现场流行病学调查

1.2.1 病例定义 因急性发病，发热(t≥38 ℃)，外周血白细胞(white blood cell,wbc)和血小板(platelet count,plt)均下降的病人，可合并多脏器功能损害，具有可疑动物或首例病例接触史并发病的病人，以及与这些病例在诊疗过程中接触并具有以上类似病症的病例，实验室检验结果符合粒细胞埃立克体感染特征[11]。

1.2.2 个案调查 根据以上病例定义搜索病例，并对符合定义的10例病人或其家属开展调查，调点内容为发病前可能的暴露因素、发病经过、诊疗过程、接触者、接触方式、接触时间、个人防护情况、年龄、职业、生活环境和首例病人可能的动物接触史。

1.2.3 病例密切接触者调查 内容基本与病例相同。

1.2.4 病例资料描述性流行病学分析 发病时间分布，病例的性别、年龄、职业分布，地区分布。

1.3 样品采集和实验室检验

1.3.1 首例病人(死亡病例)血清 送安徽省疾病预防控制中心，免疫荧光法检测流行性出血热igg。

1.3.2 继发病例和对照样本 继发病例病后每隔3 d采取抗凝血2.5 ml和不抗凝血5 ml，采取病例早期咽拭子样3 ml，病程中后期尿液2 ml。密切接触者血清标本216人份(153人)，自然人群血清标本40份(40人)，检测特异抗体和核酸。送安徽省疾病预防控制中心和中国疾病预防控制中心进行病原学检测。

1.3.3 病例白细胞形态学检查 吉姆萨染色观察白细胞内包涵体。

2 结果

2.1 临床特征

2.1.1 临床症状 所有病例均有畏寒和发热，最高体温都超过39 ℃，如果不进行对症处理，则高热不退。大多体温39.5 ℃，最高40 ℃。病例的热程在1～6 d，中位数为4 d。大多数病例(7/10)有腹泻。在发病后1～4 d出现，多为1～2 d,大多数每天腹泻3～4次，多的有5～6次。见表1。1例进展成急性呼吸窘迫综合征(aucte respiratory distress syndrome,ards)，合并弥散性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation,dic)死亡。表1 皖南地区人粒细胞无形体病疫情临床症状出现频次

2.1.2 临床检验结果 所有病例均先出现血液系统的改变，wbc和plt均出现进行性下降，wbc多为2.0×109/l～3.0×109/l、中性粒细胞比例减少多见 ，部分可见异形细胞，plt多为30×109/l左右;尿常规检查4例尿蛋白阳性，可有血尿和颗粒管型;7例出现酶学改变，肌酶和肝酶升高，如乳酸脱氢酶、转氨酶(alt和ast)异常，心肌酶谱升高(同工酶正常)等;肾功能异常出现较晚，且不是很严重(包括死亡病例)。

2.2 流行病学调查资料分析

2.2.1 发病时间分布 首例病人10月18日发现自己被野兔身上的草蜱咬伤右踝关节内侧，10月21日上午在家衣橱中捕杀一窝老鼠，并清理和清洗部分被老鼠污染的衣物。10月30日晚20：00发病，10月31日在该村卫生室就诊，11月3日晚21:00到x县人民医院治疗，11月4日中午转往芜湖市y医院就诊，初步诊断为“流行性出血热(少尿期)”。11月5日凌晨患者存在多脏器衰竭，11月5日6：55死亡。

从11月9日起陆续出现新病例，在12日出现发病高峰(4例)，后逐渐下降，见图1。

2.2.2 性别、年龄、职业分布 10例病例中，男性6例，女性4例。职业为：农民5例，医务人员4例，教师1例。年龄在25～67岁之间，其中20～年龄组4例，30～岁组3例，40～、50～、60～年龄组各1例。

2.2.3 地区分布 10例病例中，宣城市x县新杭镇6例，芜湖市y医院4例。

2.2.4 密切接触者情况 经宣城、芜湖两市疾病预防控制中心对所有密切接触者进行追踪、隔离观察及医学观察，结果共搜索与死亡病例(首例病人)病后有过密切接触人员共63人，亲属21人，医护人员42人(y医院24人、x县医院16人、村医2人)，其中9人陆续发病，4人为y医护人员，5人为病人亲属，感染率14.3%。在y医院有过密切接触者39人中，发病9人，发病率为23.1%。与首例病人仅在病情尚不危重，未转入y医院之前密切接触者24人没有发现续发病例(χ2=4.7,p<0.05)。提示此阶段病人不具备传染性或传染性不强，在y医院与死亡病例危重时有过密切接触是发病的危险因素。

与9例续发病例的密切接触人员有90人，其中亲属朋友48人，医护人员42人(y医院20人、x县医院22人)。所有密切接触者经医学观察14 d，未再发现类似病例。

2.2.5 潜伏期估计 首例病人10月18日被蜱叮咬,21日接触老鼠,30日发病。因为人粒细胞无形体病通常是蜱传疾病，所以推算潜伏期为12 d。

9例续发病例在y医院与死亡病例危重时有过密切接触时间在11月4日或5日，发病在此接触后4～13 d之间，中位数为7 d，主要集中在7～9 d，占66.7%(6/9)，见图2。

2.3 实验室结果

2.3.1 首例病人(死亡病例)血清流行性出血热免疫荧光抗体igg(-)

2.3.2 继发病例实验室结果

2.3.2.1 排除可能的病原体感染的有关检验 11月15日～17日共5例病人血清标本流行性出血热igm抗体阴性(elisa法)。11月17日采集的7例患者血清除一人流感igg(+)外，检测sars、流感、副流感、柯萨奇、呼吸道合胞病毒、腺病毒、支原体、衣原体igm、igg抗体，均为阴性。7例患者咽拭子样本流感通用型、b型、h5核酸检测均阴性。斑疹伤寒、斑点热、恙虫病核酸检测均无特异条带扩增。 能引起出血热的病毒如沙粒病毒属、丝状病毒(埃博拉病毒、马尔堡病毒)、黄病毒、布尼亚病毒(汉坦病毒、cchf病毒、立夫特谷热 )核酸和抗体均阴性。

2.3.2.2 病原体特异检测 11月24日，9位患者早期(发病后3～5 d)血清抗粒细胞无形体igm(1∶20)、igg(1∶64)抗体检测均为阴性，病后3 w对其中的5例病人恢复期血清进行了特异抗体igg检测，5例病人血清igg抗体均为阳性,其中3人阳性滴度1∶64，2人阳性滴度1∶128(呈4倍增高)。8位患者的血标本的无形体和埃立克体属16s rrna基因检测阳性,pcr产物经过测序分析验证与嗜粒细胞无形体16s rrna序列100%同源。白细胞形态学检查，1例病人白细胞内可见嗜粒细胞无形体桑椹包涵体。

3 讨论

3.1 这起疫情是嗜粒细胞无形体感染引起的 从临床特征上分析，10例病人均有急性起病、寒战、高热、体温超过39 ℃、相对缓脉、乏力不适、外周血wbc计数下降、plt下降，部分患者出现腹泻、肝功能损害、肾功能损害，少见皮疹。符合嗜粒细胞无形体病临床特点[2，12，13]。实验室检测排除斑疹伤寒、斑点热、恙虫病、能引起出血热的一些病毒等病原体感染。继发病例早期血清抗粒细胞无形体抗体阴性，恢复期转为阳性,血标本的嗜粒细胞无形体16s rrna基因检测阳性,pcr产物经过测序分析验证与嗜粒细胞无形体16s rrna序列100%同源。病人白细胞内可见特异性桑椹包涵体。这些资料表明这些病人符合嗜粒细胞无形体病的诊断标准[11]。虽然首例病人在早期临床上诊断为“流行性出血热”，也没有实验室结果支持为嗜粒细胞无形体病，但该患者有蜱叮咬史，潜伏期为12 d，符合该病潜伏期7～14 d(平均9 d)的特征[12～14]。其病程发展符合该病临床特点。与其密切接触者发生与其临床特点相符的病症。可以推断首例病人也应该是嗜粒细胞无形体感染。

3.2 这起疫情是一次罕见的、首次发现的人传嗜粒细胞无形体病疫情和医源性感染暴发 在此以前，嗜粒细胞无形体病已确认是蜱叮咬传播的人畜共患的新发传染病[1，8，13]。传播媒介是硬蜱属的一些蜱种[12，15]。在我国已经报道过的嗜粒细胞无形体病(埃立克体病)病例或流行病学调查发现的感染者中，也都有蜱叮咬史[10，14]。皖南这起疫情的9例续发病例都没有蜱叮咬史，也没有其他野生动物接触史，只是与首例病人在医院中有过密切接触，且发生医务人员感染。由此来看，嗜粒细胞无形体病的传染源可以是病人，传播途径可以是与危重病人近距离接触而非一定是蜱传。

3.3 人传嗜粒细胞无形体病临床特征和潜伏期与蜱传嗜粒细胞无形体病基本相同 这起疫情病人临床表现和体征以及实验室检验结果与以往报道蜱传嗜粒细胞无形体病没有特异性。病人潜伏期多为7～9 d，以往报道蜱传嗜粒细胞无形体病潜伏期为7～14 d(平均9 d)。病原体不同侵入部位和方式所引起的病理过程是否有差异有待研究。与危重病人近距离接触传播最可能的侵入途径是吸入或沾染粘膜和破损皮肤，而蜱叮咬多在四肢暴露部位。

3.4 病人作为嗜粒细胞无形体病的传染源的传染力大小因其处在不同病程阶段而不同 这起疫情与死亡病例(首例病人)病后有过密切接触人员感染率14.3%。但其中与首例病人仅在病情尚不危重，未转入y医院之前密切接触者24人没有发现续发病例。与病人在危重时有过密切接触者发病率为23.1%。提示这类病人在危重时应严格隔离，禁止病房内陪护，医务人员应加强卫生防护。

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第2篇：流体的力学特性范文

关键词 流体力学;连续介质;分子动力学;Boltzmann方程

中图分类号O19 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)24-0134-01

流体力学是一门研究流体宏观运动的学科。虽然流体的微观运动在时间和空间上都非常复杂,具有不均匀性、离散型、随机性,但是流体的宏观运动一般总是呈现出均匀性,连续性,确定性。流体的宏观运动和其他性质是流体分子微观运动的平均结果。在连续介质假设基础上,流体的宏观运动可以用Navier-Stokes方程来描述,尽管连续介质是一种假设,但由于在很多情况下这一假设都可以成立。所以这种观点已经被流体力学广泛地采用,并获得了很大的成功;另一方面,近些年,人们提出从微观的角度来理解宏观流体力学的概念和现象,能够深刻地揭示宏观现象的本质,对于更好的认识这些现象具有重要的意义。

本文着重介绍下通常研究流体力学的几种数学模型,分析一下它们的理论及优劣。

首先,我们先来看大家所熟悉的流体运动的连续模型,在这里,流体可以看作是充满整个流场的连续介质,可以在流场中的每一个空间点定义留意的密度、速度、温度,压力等物理量,并建立一系列的偏微分方程来描述流体的运动。连续介质假设是流体力学中的一个基本假设,是对流体结构的一种近似,当研究对象的尺度比粒子结构尺度大得多时,这一假设就成立,这一假设对于日常生活和工程中的绝大多数情况是合理的,依赖于这一假设,研究获得了很大的成功,比如飞机在空气中的运动,轮船在水中的运动,由于其特征尺度远大于粒子的结构尺度,所以,空气和水都可以被认为是连续介质,但是对于一些特殊情况,比如血液在动脉中的运动,高空稀薄气体中物体的运动时,就不能当做连续介质。此外由于描述此运动的Navier-Stokes方程的复杂性,除了少数非常简单的情况,一般情况是得不到方程的解析解,所以,以传统的解方程的方法来解决流体问题暂时是行不通的,所以利用计算机利用数值方法找近似解是常见的方法,这就是计算流体力学,随着计算机技术和相关数学的发展,计算流体力学的应用也越来越广泛,现在很多工业部门及研究单位,这是采用得比较普遍的一种方法,而且随着计算机的发展,相应的也出现了很多应用软件,可以这样说,以往通过理论和实验解决不了流体的问题,现在很大程度上可以通过计算机去解决。

其次,我们再来了解下从微观方面来描述流体运动的分子动力学模型,因为从物理上来说,流体是由分子构成的,流体的宏观运动时微观分子热运动的平均结果,如果我们知道了分子的微观运动,通过统计平均这种方法就可以得到流体的宏观物理量。分子动力学模型可以是确定性的,也可以是随机性的。在分子动力学模型中,分子遵循经典的牛顿运动方程,所以,通过求解方程就可以确定任意分子在任意时刻的速度和位置。由于分子动力学模拟是基于分子最基本的运动规律,所以原则上可以模拟任意流体系统。利用计算机对这种模型进行模拟是其一个重要的特点,由于计算机的飞速发展,这种模型也得到了很大的发展,它也应用于物理、生物、化学等各个学科上,虽然分子动力学模拟方法有这样的优点,但由于在模拟过程中,对一个流体系统而言,其分子的数量非常巨大,而且在每一个步长中,每个分子的新位置和新速度都要重新计算,所以这需要很大的计算量和存储量,因此,这种模型现在只能用于二维运动,对于三维复杂流动进行模拟几乎是不可能的,它的进一步发展及推广决定于计算机的发展。

第三,类模型是从介观的角度来描述流体,称为气体动理论。而此时我们用Boltzmann方程来描述流体,这个方程是统计力学中描述非平衡态分布函数演化规律的方程,这个方程的基本想法是不去确定每个分子的运动状态,而是求出每一个分子处在某一状态下的概率,通过统计方法得到系统的宏观参数,Boltzmann方程是基于二体碰撞,分子混沌性假设及没有外力的影响而得到的,但这个方程也是一个非常复杂的积分微分方程,所以直接求解也不可能。因此,人们提出了很多的简化的模型,比如对碰撞算子做一些近似,如著名的BGK模型,这个近似使得碰撞算子线性化,从而简化方程,利用这个模型来求解流体的宏观物理量的方法我们称为格子Boltzmann方法,实际上,格子Boltzmann方程可以看做是连续的Boltzmann的方程的一种特殊的离散格式,在格子方法中,流体被抽象为大量的微观粒子,并且根据一些简单的方式在规则的格子上碰撞和迁移,通过粒子运动进行统计,就可以得到流体的宏观特性。从离散的网格说,这种方法具有Euler方法的特性,从离散的粒子来说,这种说法又有Langrange方法的特性,而且,格子方法还具有一些常规数值方法所没有的优点,如物理图像清晰,边界条件处理简单,程序易于实施,计算具有并行性,所以,从格子Boltzmann方法刚诞生起,就引起了物理学家,数学家,计算机学家和其他领域的科学家的关注,现在它被认为是最有前途的数值模拟方法之一。格子Boltzmann方法除了在一般的流体力学中有比较好的应用外,在多相流、渗流、粒子悬浮流等相关领域也得到了相关的应用,所以,也必将成为大家研究的热点。

参考文献

第3篇：流体的力学特性范文

关键词：计算流体力学；Fluent；外流场；网格划分；数值模拟

引言

汽车在行驶的过程中不可避免的要与周边空气发生相互作用，随着车速的增加，这种相互作用会愈加的剧烈。空气对在行驶中的汽车施加力和力矩，从而影响汽车的行驶。所以，在汽车开发过程中，研究并优化汽车的空气动力性能非常重要。另外，汽车的空气动力学性能不仅影响着汽车的燃油经济性，同时也对汽车的动力性、稳定性和操作性等方面有着巨大的影响，所以现代汽车设计越来越关注汽车的空气动力性能研究。

随着计算机技术的迅猛发展，对汽车结构分析的技术已基本成熟，且对更为复杂的流动问题的模拟计算也在不断的发展，其中计算流体力学（Computational Fluid Dynamics 简称CFD）受到了越来越多的关注。计算流体力学已从定性的分析发展到定量的计算，其应用也从最初的航空领域不断的扩展到包括汽车在内的多个领域[1-3]。新车型的开发过程中，空气动力性能分析是必不可少的。利用数值模拟的方法对汽车行驶中的外流场进行分析能够用来预测或解决一些理论及实验都无法处理的复杂流动问题，并能取代部分实验环节。但要求对问题的物理特性有足够的了解，才能建立合适的数学方程及相应的初始、边界条件等，这些都离不开实验和理论方法的支持。目前，数值方法主要是应用欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。在汽车设计的研究分析领域，数值方法与传统的研究方法相结合， 能够有效地改善汽车性能、节约研究资金、提高研究效率。汽车车身外流场计算模型及仿真是计算流体力学在汽车外流场分析方面的应用研究之一[4-8]。本文通过建立汽车车身外流场的计算模型，利用计算流体力学方法和适当的矩阵代数算法，基于Fluent仿真平台，分析研究汽车车身的空气动力性能。

1 汽车车身绕流的数学模型

流场运动中，流场运动基本方程是根据基本物理定律质量守恒、动量守恒、能量守恒定律按一定的流体流动模型推导的。对于空气来说，当风速小于三分之一声速时，也就是风速小于408km/h，可以认为是不可压缩气体。而对汽车来说，最高速度一般都小于400km/h，因此汽车空气动力学研究可以把周围的气体考虑成不可压缩的。轿车绕流问题一般为定常、等温、不可压缩的三维流场，由于复杂外形会引起气流的分离，由于计算机技术的限制，目前还不能实现，现在工程中应用最广泛的方程是雷诺时均N-S方程，为使方程封闭这里采用可实行的K-？着模型。

汽车外流场的控制方程如下：

式中，u0为流体动力粘性系数；ut为涡粘性系数；i，j=1，2，3；X1=x；X2=y；X3=z；u1=U；u2=V；u3=W；G主要取决于流场的涡流特性，是流场空间位置的函数。

2 汽车模型K-？着参数确定

由数模可以得到车长L=3.916m；车速定为v=20m/s；雷诺数Re= =5.21×106（其中空气在20℃时的密度？籽=1.205kg/m3，动力粘性系数？滋=1.81×10-5kg/ms）。根据雷诺准则，这是一个雷诺数问题，适用于K-？着模型。

3 Fluent求解

在Fluent中选择合适求解小车外流场的求解器。选择基于压力的求解器，这适合于不可压缩的流动。同时选择隐式求解器，网格单元内的未知量用临近单元的已知量和未知量来计算。因此，每个未知量会不只在一个方程中出现，这些方程必须同时求解才能解出未知量。另外，通过设置，确定选择的是三维稳态的计算模型，速度场是绝对的，并且按压力梯度计算。

然后设置求解控制参数，进一步确定使用SIMPLE型求解器，在求解过程中联立流动方程和湍流方程，求解方法采用“求解压力耦合方程组的半隐式求法”。为了提高计算结果的可靠性，我们选择二阶离散精度。事实上，为了使结果尽快收敛，前半部分使用一阶离散精度，迭代330次后，使用二节离散精度，继续求解。对于欠松弛因子，选用默认值即可。

设置收敛判据，选中Check Convergence复选框，表示当每个变量的值到达Convergence Criterion文本框中的规定的值时，求解器就认为计算已经收敛。

图1 Fluent的求解的收敛过程

图1中，在迭代到330次时，改为二阶迎风离散精度，继续求解。最终在445次迭代时收敛。

4 汽车风阻系数和升力系数

该辆小轿车在20m/s的速度下行驶，受到的空气阻力由Fluent计算得到Fп=170.28N，其迎风面积S=2.25m2，根据求解空气阻力系数的公式：

同样，由Fluent计算得到，该辆小轿车在20m/s的速度下行驶，受到的空气升力为FT=14.95N。根据如下求解空气阻力系数的公式：

5 车外流场的后处理及分析

对Fluent求解器得到的数据，只是对应于每个网格的相关物理量的数值大小和方向等信息。为了整体的把握小轿车外流场的特点和直观地呈现出计算结果，需要对其进行后处理，转化为图像来描述结果。

由图2可知，在汽车头部，气流受到垂直方向的阻滞，速度降为零，气流压力升高。在发动机罩和挡风玻璃之间存在一个比较大的正压区；同时，在挡风玻璃与汽车顶盖以及汽车顶盖与后窗之间存在一个绝对值比较大的负压区；而汽车底盘下面为一个变化缓慢的负压区域。前轮外侧边缘有一绝对值很大的负压区，不过面积不大。

Fluent在车顶盖的最大流速为26.4m/s，求得的速度最小值都在车头和车尾，约为0。接近流场速度的数值模拟求得的极值。由于汽车底部的气流离开尾部后，就迅速上扬和来自汽车后挡风玻璃的气流相互冲撞，导致汽车尾部形成漩涡，产生能量耗散。

6 结束语

本文利用计算流体力学方法，使用Fluent软件平台分析研究了汽车的空气动力性能，包括汽车周围流速、压力等的分布情况，从而确定了汽车的气动特性与参数。仿真分析结果表明该方法在分析研究汽车空气动力特性，辅助和优化汽车车身设计方面的有效性。

参考文献

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第4篇：流体的力学特性范文

【关键词】轴承；密封改造；方案

1 改造原理

流体动力密封原理认为在动态下，油封与轴的 狭小接触带上，有一层液膜具有流体的动压特性（图1）。这些特性包括使轴与密封件的摩擦力降低，由于该摩擦力使密封间的接触面上受到沿圆周方向的切向力作用，并产生切向变形，从而改善了动态下的。该液膜有一定的厚度和形状。密封表面许多微观隆起与凹陷，在动态下相当于微小的滑动轴承板，动态下将粘性液体带入楔形间隙，形成流体动力液膜，从而起到和密封作用。实际工作中油封与轴接触时，接触面出现干摩擦、边界摩擦和流体三种情况，不断交替变动。

由以上分析可以看出提高密封效果和寿命的本质是降低密封唇口磨损，将接触面保持边界摩擦和流体两种状态，避免干摩擦状态。

2 改进方案

2.1 提高与密封配合的密封环表面精度

轴承密封形式如下图2所示

从上图可以看出轴承是靠密封环与密封紧密配合下，密封环的尺寸及表面质量在密封系统中起很大作用。

改进措施：

（1）从图2可以看出轴承是靠密封环与密封紧密配合下，密封环的尺寸及表面质量在密封系统中起很大作用。密封环尺寸比如圆度超差密封效果将会大打折扣，表面粗糙度太大会造成密封磨损较快，对轴承危害还较大。

（2）对密封环进行改造，将密封配合出粗糙度由3.2改为1.6，加大端面倒角，由原来的5mm改为10mm，降低由于装配而造成的密封损坏。

2.2 运用流体力学密封

2.2.1 密封简介

（1）单向流体动力学油封

单向流体动力学油封主要特点是具有回流作用，唇口过盈量比普通油封小，径向力降低，减少了摩擦生热，提高了使用寿命。在单向流体动力学油封的唇口工作面上有若干条螺纹形凸棱，有逆时针和顺时针两种。

（2）双向回流油封

双向回流油封在密封唇口空气侧模压上数条与唇口成一定角度的凸棱，凸棱互相平行。经修整将唇口切削成要求的内径尺寸后，部分凸棱被切断并与唇口相交，形成两对以上的回油腔。这样在唇口处左右两半圆形成堆成数量的、方向相反的凸棱，并呈锐角与唇口相交。当油封装配到轴上时，这些相交的凸棱变形成锐角接触区。当辊子旋转时，可将渗漏过唇口的油粒子收集入锐角接触区内，由于油逐渐增多引起内压增高，变产生乐一种自动向里的推力，使漏出的油重新返回原有腔内，从而起到密封防漏的作用。

2.2.2 运用方案

（1）将最初的钢骨架油封改为加布油封并增加进油槽，使油可以进入密封唇口部位对密封起到作用

（2）将密封安装方式由同向改为背向安装采用双筋双向回流密封，外侧油封主要起防水防异物进入，内侧密封起到防止油外泄的作用（图四）保证了轴承内部工作环境，保证了轴承正常运转

（3）在两个油封中间增加进油口如上图（图四），油通过进油口进入两个密封唇口中间的空隙中，是接触面处于流体状态。大大延长了密封的使用寿命。

3 改造效果

流体力学密封的运用和密封系统改造后，密封使用寿命大大延长，密封效果得到很大提高，轴承因进水报废的数量大大减少。

参考文献：

[1]张绍顺.铝带热轧机油气系统应用[J]，有色金属加工，2011（04）.

[2]苏凌西.冷轧机轧辊轴承的失效分析和改进措施[J].新疆钢铁，2011 （02）.

[3]王海威，范强，苏军伟.全密封轧辊轴承密封结构的改进[J].轴承，2012（06）

第5篇：流体的力学特性范文

Abstract： Hydromechanics is a course combining theory with practice and has abstract concept. The traditional teaching method is difficult to achieve good teaching effect. Based on the practice and exploration in the teaching process of Hydromechanics， this paper proposes some suggestions and measures for the teaching reform.

关键词：流体力学；过程装备与控制；教学改革

Key words： Hydromechanics；process equipment and control；teaching reform

0 引言

《流体力学》课程主要描述自然环境中的流体运动的一般规律及特定条件下流动机理。其内容涉及基本概念的理解、公式推导、计算方法等。考虑到大二学生尚未接触实际工程问题，因此教学双方对流体力学的学习过程均存在困惑。本文针对流体力学课程的特点及教学过程中遇见的问题，对《流体力学》教学改革进行相关探索，总结教学过程中积累的经验，提出相应改进方案。

1 合理运用现代化教学手段与技术

首先，以《流体力学》教材中所采用的大量流场图片为例，对流场理解的正确与否决定其学习流体力学的兴趣与积极性，传统的教学方法多采用授课教师手绘流线等方法来说明流体的流动过程，在讲解的过程中，由于流场仅仅是枯燥的曲线静态分布，无法有效吸引学生注意力，使学生对流动机理有进一步深刻认识和理解，从而降低教师的教学效率和教学效果。

在《流体力学》教学中采用多媒体课件，通过制作一些流体运动的Flash动画演示把流动的特性形象地展示在学生眼前，表现形式相对新颖、活泼、再加上图文并茂的效果，使学生可以直观地观察有趣的物理流体现象，通过这一环节的改进，可以主动改变沉闷的教学过程，创造出生动活泼的教学场景，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。

其次，《流体力学》教材中涉及了大量的基本概念、假设、原理及公式推导等，据统计大量公式的推导过程占据板书时间的较大比例，这有可能造成教师无法在有效课时完成教学大纲规定的教学内容，降低教学效率。在《流体力学》教学中的应用PPT多媒体技术，复杂繁琐的公式推导可以较形象地展现在学生面前，对学生理解公式有较大好处。一旦形成这样的教学场景，那么在规定的课堂时间内必将可以细致透彻地完成教学任务，达到事半功倍的教学效果。

灵活采用各种PPT制作技术在一定程度上可以避免“多媒体”变成“单媒体”，在《流体力学》教学中对多媒体的使用多集中于流体运动学与动力学基础、圆管流动、薄厚壁孔口出流、缝隙流动及气体动力学基础等。

此外，考虑到多媒体教学蕴含的信息较大，合理分配PPT播放时间对教师的课堂教学掌控能力是一个挑战。如果“整个教学过程从头到尾充斥着大量复杂的信息、不停转动的画面，而没有充分考虑学生的思维水平和思维速度，像电视或电影画面那样一闪而过，不断向学生灌输，这样的‘填鸭’式教学形式会引起学生的‘消化不良’，扼杀了学生创作的机会”。

2 建立新的教学手段模型，提高考试成绩

本文所建立的教学模型如图1所示，为提高教学效果及学生考试成绩，采用立体式的教学手段。该模型包括以下四项内容：情景式启发，多媒体技术，工程实例讲解，动态视频辅助。

情景式启发属于现代教学论范畴，创造一定的“休闲、放松、特色”的学习环境。通过营造启发式学习的氛围，让学生获得更加美好的学习体验。这种方式能充分调动学生的学习积极性，对激发学生的学习热情和学习需要能够产生有效的激励作用。

工程实例讲解是以学生常见的工程问题作为引入点，但同时大部分同学对该类问题理解不深或是出现偏颇。结合该类问题，解释其中所蕴含的流体力学定理，加深学生对该问题及相关定理的认识，无疑有利于学生学习流体力学。

动态视频辅助是一些在实际生活中难以见到，但又属于流体力学理论范围的现象再现，通过这些视频可以加深学生对流体力学相关理论的理解。

最后可以发现：采用先进教学手段的班级，无论是考试的优良率还是平均分数均比采用传统教学方法讲解的班级高出约15%左右，从而达到提高教学效果的目的。

3 重组教学内容，调整知识布局

根据《流体力学》课程的教学大纲，借鉴国内外对本课程改革的成果，按照当前教学改革发展的要求对教材内容进行调整，以流体的流动为主线，将相关内容有机地融合在一起最终形成能够相互促进的教学模式，如图2所示。

课程体系分为三个部分：第一部分是不动的液体，主要讲述流体基本概念与流体静力学内容；第二部分是运动的液体，使学生掌握流体运动学及动力学规律，对简单的管道流动及缝隙流动有定性及定量的认识；第三部分是运动的气体，可以把这章内容采用视频播放加师生互动方式讲解，来培养学生独立自学的能力。

4 加强实践教学，提高学生认知能力

《流体力学》实验是学生职业技能培养的重要环节，因为它的实验课题是以流体运动为背景的，如毕托管测速实验，雷诺实验等典型实验。通过选取典型的实验现象给学生展示实验结果，加深学生对流动原理、流场结构特点等信息的了解。同时教师在指导流体力学实验过程中可对部分操作手段进行相应改进，也可设计并提出一些新的实验内容。合理利用已有条件培养学生理论与实践相结合的能力，做到学以致用。

5 结束语

《流体力学》教学改革是一项艰巨、长期的工作，本文从合理运用现代化教学手段与技术，建立新的教学手段模型，提高考试成绩，重组教学内容调整知识布局、加强实践教学，提高学生认知能力等三个方面论述了相关经验和具体的实施手段。虽然在一些方面探索出若干经验并取得了一定的效果，但还相对薄弱。改进教学手段，引入多种教学方法，因材施教等均可提高学生的学习和接受能力，为以后学习专业课及工作奠定坚实的基础。

参考文献：

第6篇：流体的力学特性范文

基础研究往往需要经历从原理到实验室技术实现再到工业化产品的漫长过程，最终才能造就重大创新。作为此次获得一等奖的基础研究项目，“纤维/高速气流两相流体动力学及其应用基础研究”便经历了化茧成蝶的漫长蜕变。该项目由东华大学纺织学院郁崇文教授及其团队潜心研究16年完成，16年磨一剑，为纺织技术创新固本强基。

自上世纪80年代以来，高速气流在纺织行业内逐渐得到广泛应用，但业内对纤维/高速气流两相流体动力学的基础研究还相对薄弱，难以为高速气流技术的纺织应用提供有力的支撑。在这种背景下，项目研究团队于1995年起，在国家自然科学基金委、教育部和上海市等科研计划项目的支持下，围绕纤维/高速气流两相流动力学开展了系统的研究工作。目前，该项目已通过评审验收，研究工作的总体水平达到国际先进，形成了数项自主创新成果，主要表现为以下4 个方面。

针对纤维/气流两相流动中的刚性圆柱杆和椭圆形颗粒模型无法体现纤维柔性和弹性特征的不足，构建与完善了基于柔弹性特征的“珠-杆”链式纤维模型和基于有限单元法的纤维模型，新模型不仅可合理描述纤维的位置与取向，同时可有效表征纤维的弯曲、扭转、拉伸等变形情况。

实现了纺纱喷嘴内高速气流场流动特性的数值模拟与实验测试。国内最早采用计算流体动力学（CFD）技术对纺织工艺中（如喷气纺纱喷嘴内）高速气流场特性进行数值模拟研究，并通过激光多普勒（LDV）技术和同粒子成像测速（PIV）技术以及高速摄影等实验流体力学方法进行了测试，获得的结果更加真实、可靠。

揭示了纤维在高速气流场中的耦合作用特性与运动变形规律。采用拉格朗日-欧拉法构建了纤维/气流的耦合动力学模型，在国际上首次实现了纤维在喷气纺、喷气涡流纺、气流减羽等喷嘴中运动的数值模拟，获得了纤维运动、变形特征及其与高速气流场的相互作用规律。

理论成果的应用研究。借助基础研究成果，对喷气纺与喷气涡流纺加捻成纱工艺进行了系统优化，并研究了气流喷嘴减少纱线毛羽的机理，实现了对成纱质量的预测，设计开发了具有自主产权的纺纱喷嘴；模拟了熔喷聚合物纤维在高速气流场中拉伸成形过程，并设计出新型熔喷非织造模头。

第7篇：流体的力学特性范文

关键词：CFD 湍流特性 数值模拟 棒束通道

一、ANSYS CFD软件简介

CFD（Computational Fluid Dynamics计算流体力学）是计算机技术、数值计算技术、流体实验、计算机模拟实验为一体的模拟软件。基本原理是数值求解控制流动的微分方程，得出流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟出流动情况。

CFD模拟是利用计算机求解各种守恒控制偏微分方程组的技术。涉及流体力学（湍流力学）、数值方法乃至计算机图形学等多学科。且会因所要解决问题的不同，建立的模型方程与数值方法也会有所不同，如可压缩气体的亚音速流动、不可压缩气体的低速流动等。

二、棒束通道内的湍流流动理论基础

粘性流体的运动存在两种完全不同的流动状态：层流状态和湍流（紊流）状态。1883年雷诺通过实验方法观察到了这两种不同的流动状态。

层流流线之间没有相互交叉，呈现出一种十分有规律的分布，不存在横向的交混流动。湍流组是一种十分复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动[1]，不仅有轴向流动，还会伴有很强横向流动和漩涡流。

众所周知，流体的流动状态和雷诺数有很大关系，这是由雷诺通过进行大量的试验总结出由层流到湍流的转变是由Re决定的，当Re大于一定数值时，流动就由层流过渡到湍流。Rec一般取为2000。本文所研究的棒束通道内的流动流体的Re在2.85×104到1.64×105之间，同时存在横向交混流动，所以为强烈的湍流流动。

在湍流流动中流体的各种物理参数，都会随着时间和空间的变化不断的随机的改变。一般把湍流流动当成是由各种不同的涡旋叠合而成的流动状态，然而这些涡旋的尺寸及旋转轴的方向都是不确定的有很强的随机性。大尺度涡主要由流动的边界条件决定，其尺寸可以与流场的大小相比拟，主要是受惯性影响而存在，是引起低频脉动的原因；小尺度的涡主要由粘性力决定，其尺寸可能只有流场尺度的千分之一的量级，是引起高频脉动的原因[2]。

三、涡粘性模型

（1）标准k-ε模型

标准的k-ε模型是由湍动能k方程和ε的方程组成，这样便形成了标准k-ε模型，标准的k-ε模型在1972年是由Launder以及Spalding提出的[3]。

各向均同性的小漩涡的机械能转变为热能的速率，也就是紊流中单位质量的流体湍动能的耗散率，定义式由下式给出：

经分析得：

式中，Cμ为经验系数。

对于不可压缩的流体，约束k和ε的方程为：

经验系数在模型中的取值为：

由于其使用广泛并且很适用，标准k-ε模型在已经工程上成为使用最广泛的湍流模型。但对于其适用性仍需作如下说明：

1.在模型中的所有的相关系数一般是在特定条件下进行试验获得，一些系数可以说具有一定的代表性，但是需要仔细的对计算时所设置的特定条件查阅有关的资料进行合理的设置。

2.所建立的标准k-ε模型，就是为了计算流体在充分发展阶段的湍流特性，所以它就是为了计算大雷诺数湍流流动而产生的湍流计算模型，尤其是在流体远离壁面特定距离的湍流流动区域。

3.标准k-ε模型是在零方程模型和一方程模型的基础上做了总结与创新，通过了大量的科学研究和在工程实际中的应用，对标准k-ε模型进行了检验和应用的目的，但在强旋流动和弯曲壁面流动会产生一些误差。那是由于在标准k-ε模型中μt为各向同性。而实际中 μt为各向异性。

（2）SST k-ω湍流模型

SST k-ω模型是建立在BSL k-ω模型的基础之上[4]。Wilcox的k-ω湍流模型有缺点，由于对进口的ω值很敏感， ω值不同，所输出的结果也会不一致，且变化很大。我们并不希望这样，于是Menter选择了BSL k-ω模型，在壁表面采用k-ω模型，而在紊流发展可观的中心部位采用k-ω模型。这就存在将k-ε模型向k-ω模型转变的需求。k-ω模型乘以调和函数F1，k-ε模型乘以（1-F1），于是变成BSL k-ω模型。

在BSL k-ω模型和SST k-ω模型中，在壁表面采用k-ω模型，湍流充分发展区采用k-ε模型，这就需要确定壁面距离（Wall Distance），在这个距离处开始转变湍流模型。在CFX- Solve：窗口中也有一个监视“Wall Scale”的视图。

四、不同湍流模型的比较

为了分析出四种湍流模型的适用性，做出每个模型C截面处的速度流线图来分析轴向交混程度，如下图所示。从图中可以看出标准k-ε模型（model1）和SST k-ε模型（model2）有较好的速度分布，而BSL Reynolds Stress 模型（model3）和SSG Reynolds Stress模型（model4）的速度流线图表现的不是特别明显。

总体上，标准k-ε模型和SST k-ε模型的速度分布基本相同，且压降也基本一样，k-ε模型与SL Reynolds Stress 模型、SSG Reynolds Stress模型的速度分布差别较大这是因为SL Reynolds Stress 模型、SSG Reynolds Stress模型采用了相同的壁面出方法，而k-ε模型采用了不同的壁面处理方法，也对不同湍流模型对壁面的不同处理方法对模拟结果会产生比较大的影响。

五、结论

本文对棒束通道湍流特性选择用CFD软件进行数值模拟分析，为了验证不同湍流模型的适用性，进行通过以上的分析比较，本文认为SL Reynolds Stress 模型和SSG Reynolds Stress模型的压力损失较大，与标准k-ε模型和SST k-ω模型的速度分布差别也较大。标准k-ε模型与SST k-ω模型没有明显的不同之处，但从理论上SST k-ω模型考虑了湍流应力对流体流动的影响。所以本文认为选用SST k-ω模型对棒束通道微小通道内的流场进行数值计算更为适合。

参考文献

[1]Chen C J，Jaw SY. Fundamentals of turbulence modeling. Washington DC. Taylor&Franeis. 1998：91- 92

[2]王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用. 北京：清华大学出版社. 2004：113-114

[3]David C Wilcox. Turbulence Modeling for CFD. California：DCW Industries，Inc. 1993：87-90

[4]ANSYS Ltd. ANSYS CFX-Solver，Release 10.0 Theory. Peunsylvania： ANSYS Ltd. 2005，106-108，245-246

作者简介：

第8篇：流体的力学特性范文

关键词：动力学模态分解 直接数值模拟 自持振荡

中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（c）-0001-03

Dynamic Mode Decomposition of a Cubical Lid-driven Cavity Flow

Wang Han Wang Jianming

（Shenyang Aerospace University， Shenyang Liaoning， 110136， China）

Abstract：In order to research the transient flow structure of a cubical lid-driven cavity flow， two dimensional Direction Numerical Simulation （DNS） was used in the flow field computation. Dynamic Mode Decomposition （DMD） was conducted to analysis the dynamic modes of this velocity field with different order. The results show that this cubical lid-driven cavity flow exhibits intensely self-sustained oscillation at the Reynolds number of 9000， at the same time DMD is able to extract the main self-sustained oscillation dynamic feature and high-order harmonic modes from original flow fields. The dynamic velocity modes fully reveal the circumferentially arranging vortex pairs， which were caused by the unstable shear layer and the feedback perturbation is the underlying physical mechanism of self-sustained oscillation. Meanwhile， the distortion of the first order oscillation which was caused by the small-scale spatial perturbance embedding in large-scale spatial vortices， and give rise to the high order harmonic waves in the flow field.

Key Words：Dynamic Mode Decomposition； Direction Numerical Simulation； Self-sustained Oscillation

二维顶盖驱动方舱流动，可以用于简化由某一壁面引起的空腔内部环流[1]。从热力学角度分析，是典型的功热转化过程。该文选用二维顶盖驱动方舱流动模型作为DNS方法研究的载体。Navier-Stokes方程具有抛物型和椭圆型两个特性，尽管控制方程具有混合特性，但采用MacCormack格式进行时间推进求解是适定的。MacCormack格式是Lax-Wendroff格式的一个变种，在时间和空间上都具有二阶精度的显式有限差分格式[2]。由于MacCormack格式是最容易理解和实现的格式，同时得到的结果在很多实际应用中都有令人满意的结果，所以该文选用MacCormack格式直接求解Navier-Stokes方程。当雷诺数为6 000～8 000时，流动为转捩状态；当雷诺数达到10 000时，流动为局部湍流[3]。为了分析流场振荡产生的原因，该文应用动力学模态分解（DMD）技术对原流场进行处理[4-7]。

1 数值模拟

该文考虑二维剪切力驱动方舱流动，方舱为长宽均为L=1 mm的正方形区域，雷诺数（Re=ρVL/μ=9 000），壁面为无滑移恒定壁温边界条件，理想气体初始压力为101 kPa。顶盖运动方向与右侧壁面交接处被称为DUE，右侧壁面与下壁面的夹角处被称为DSE，左侧壁面与下壁面的夹角处被称为USE，顶盖运动反方向与左侧壁面交接处被称为UUE，4个区域如图1所示。

求解忽略体积力和体积热的二维守恒形式Navier-Stokes方程：定义Et为挝惶寤动能和内能的和，正应力与剪切应力为τxx、τyy、τxy、τyx，由Fourier定律得到热交换率。采用MacCormack显示时间推进求解离控制方程，并运用预测校正两步法保证在时间和空间上都具有两阶精度。运用网格Reynolds数的量级判断计算网格的尺寸： Re≤40-50；Re≤40-50。在满足网格Reynolds的条件，x和y方向分别设置200个节点，空间步长为0.5e-2mm。时间步长由（CFL）稳定条件决定。

2 动力学模态分解

设某一非定常流动的时-空速度场表示为，列向量表示第i时间层上流场参数的空间分布。设存在一线性变换矩阵A连接相邻两时间层上的流场信息：。若流动是线性系统，A是恒定值；若流动是非线性系统，A为恒定假设表示对此系统的线性正切近似[6，7]。矩阵A只能从流场的内在动力学机制中获得，所以DMD采用A的伴随矩阵S作为A的低维近似[6]。随着采集时间层的增加，能够更加精确地用之前的向量线性表示最后的向量，即：。矩阵形式为：

。其中，可通过求解极小最

小二乘解得到，r为误差向量；由于可以用线

性表示，所以能够将时空流场沿时间

方向平移：。

矩阵形式为：。其中伴随矩阵S的特征值包含了系统的时间推进特性；将时-空流场矩阵投影到矩阵S的特征向量上，即可到流场沿时间推进的空间模态：。

3 流场的自持振荡

由于粘性的影响，流体由顶盖剪切力驱动作用下撞击方舱右侧壁形成一股射流冲击方舱下壁面[1]，在方舱中形成稳定的初级涡，USE、DSE、UUE区域出现一定数量的次级涡。同时流线呈现出波浪状的摆动，初级涡剪切层内有周期性出现的局部高速区域，流场呈现出非定常现象；此外，USE、DSE、UUE区域次级涡的个数发生周期性的变化，也能直观地反映出顶盖驱动流的非定常特征，如图2所示。

将S矩阵特征值取自然对数：。ωj的虚部表征对应模态的相速度，包含模态的频率信息；ωj的实部表征对应模态沿时间增长、衰减的趋势。图3中大部分都落在零线附近说明绝大多数的模态在时间上中性稳定。

图4显示了方舱下壁面中心位置测量点上瞬时静压快速傅立叶变换的频谱特征。静压频谱出现一个波峰清晰的基频f1≈80922 Hz和它的3个倍频谐波f2、f3、f4。图4显示了各动力学模态相P系数与频率之间的关系，频率为f1、f2、f3、f4的4个模态在相关系数上出现峰值。

图5显示了频率为f1的一阶空间速度场模态，此模态的频率与方舱自持振荡压力脉动一阶频率一致，并且在原速度场中具有显著的相关性。由于流体的粘性和剪切层的不稳定性，当射流冲击方舱下壁面时形成了周向排列的漩涡，并沿着方舱壁面顺时针移动，这种扰动信息在顶盖带动作用下迅速减小，但持续保留在剪切层内，当下一次进入射流并冲击方舱下壁面时微小的扰动将在方舱底部诱发新的周向排列旋涡。

由于这种涡运动的存在，提高了剪切层中动量、热量和质量的传递速率；同时，相对于初级涡剪切层内流体层之间相对滑移引起的切应力外，增加了流体微团局部动量交换的切应力。即这种涡运动的存在使得闭口系统的耗散能力有了显著的提高，加快了流体动能向内能的转化。

图6、图7为频率为f2、f3的速度场模态；与一阶模态相似，此两阶模态在空间上均呈现出沿顺时针方向周期性出现的周向漩涡结构，漩涡的空间尺度随频率的增加而减小，同时与原速度场的相关性也随频率的增加而减小。这两个模态表征了由于一阶振荡畸变产生的高阶谐波；同时，在物理上代表了嵌入较大尺度漩涡中的各阶小尺度扰动[7]；高阶模态有可能是一阶自持振荡周向分布漩涡与空腔壁面的相互作用或是对周围环境流体的卷携作用所造成的。

4 结语

该文采用直接数值模拟（DNS）和动力学模态分解方法（DMD）对雷诺数Re=9 000的顶盖驱动方舱流动进行了分析。

在Re=9 000时，顶盖驱动方舱流动表现出自持振荡现象，这种振荡来源于方舱底部壁面与射流相互作用引起的周向排列漩涡结构。流动的自持振荡增加了摩擦阻力和动能的损失，提高了闭口系统的耗散能力，加快了流体动能向内能的转化，并加热方舱中心，通过等温壁面向环境散热。

一阶自持振荡模态中的周向排列漩涡与空腔壁面的相互作用或是对周围环境流体的卷携作用，产生嵌入大尺度漩涡中的各阶小尺度扰动，导致自持振荡存在各阶倍频谐波。

参考文献

[1] 王吉飞，万德成.三维顶板斜向驱动方腔流有限元并行计算[J].海洋工程，2015，33（2）：1-12.

[2] Maccormack RW. The Effect of Viscosity in Hypervelocity Impact Cratering[J].Journal of Spacecraft & Rockets，1969，40（5）：27-43.

[3] Nayak AK， Bhattacharyya S. Double-diffusive convection in a cubical lid-driven cavity with opposing temperature and concentration gradients[J].Theoretical & Computational Fluid Dynamics，2011，26（6）：565-581.

[4] Schmid PJ. Dynamic Mode Decomposition of numerical and experimental data[J].Journal of Fluid Mechanics，2008，656（10）：5-28.

[5] 唐湛棋.强扰动作用于边界层的PIV实验研究[D].天津：天津大学，2013.

第9篇：流体的力学特性范文

关键词：婴儿培养箱；内流场；数值模拟

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.198

0 引言

婴儿培养箱是一种婴幼儿保育设备，采用“空气对流热调节”的循环方式，维持婴儿舱内域流场参数的稳定性。在空气流动循环过程中，路程较长，过程复杂，空气流动状态比较抽象，很难把控空气流速和温度场的分布状态。本文以计算流体动力学知识为基础，利用CFD计算机流体仿真软件，对婴儿培养箱内空气流场进行的可视化模拟研究。

1 婴儿培养箱空气流动循环原理

目前，多数厂家生产的婴儿培养箱是由风扇驱动，采用“纵向空气对流热调节”方式，维持内部空气往复循环的过程。通过空气入口，补充在循环过程中损失的空气；利用电加热器，保证空气的适宜温度；通过风道结构的设计，控制空气流场的分布状态等。其空气循环通道结构主要包括风扇、加热器、腔体、隔板、婴儿舱、前内衬板、上内衬板、后内衬板、婴儿床等。如图1。

2 CFD建模与仿真

基于CFD的婴儿培养箱内空气流场可视化模拟研究，是通过建立婴儿培养箱内空气流场仿真模型，利用CFD计算机流体仿真软件进行仿真，并对仿真结果进行参数化和可视化处理，有效的观察和分析婴儿培养箱内空气流场循环过程[1]。

建立三维仿真模型，采用自适应网格的划分方法进行网格划分，采用瞬态模拟，设置流体计算域和风扇旋转计算域。计算域介质为理想空气，风扇旋转域的运动模式为旋转模式，旋转速度为100rad/s。空气进口温度设为环境温度25℃，出口温度设置为出口平均温度，加热器表面温度为45℃，壁面设置为绝热条件。

参照GB 11243-2008，在模型中设置五个监控点，分别命名为A、B、C、D、E，分别监控其速度、温度和压力的变化[2]。根据求解器收敛情况，判断程序求解运行过程是否正常，及确认求解结束。

3 仿真结果分析

利用CFD软件的后处理器对计算的数据结果进行参数化和可视化分析。建立模型中A、B、C、D、E五点的速度和温度进行分析，与样机实测数据相比较，验证仿真结果的合理性。如表1，2。

由表中数据可以看出，计算值与实测值的分布状态一致，并且五个监控点速度平均值均在0.1m/s以下，监控点温度平均值相互之间最大相差0.1℃，满足国标不大于0.8℃的要求。满足婴儿培养箱内空气流动状态分析使用参数要求，因此可以确认仿真结果是合理的。

4 总结

基于CFD的婴儿培养箱内流场可视化模拟仿真，分析婴儿培养箱内空气流动状态，得到婴儿培养箱内部空气流动特性。经过仿真结果后处理分析，能够进行全方位的视觉观察婴儿培养箱内部空气的整个循环过程和流动特性，并提供详细和完整的数据参数，实现了仿真模型的形象化，可视化，参数化，弥补理论分析的抽象化、简单化和实验分析的周期长，投入成本高等不足问题，为进一步开展的系统研究，结构优化设计等方面提供参考数据。

参考文献：

[1]高飞，李昕.ANSYS CFX 14.0超级学习手册[M].北京：人民邮电出版社，2013：89-90.