流体动力学原理及应用精选(九篇)
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第1篇：流体动力学原理及应用范文
关键词：工程流体力学；环境类；教学难点；教学方法；衔接技巧
作者简介：齐旭东（1981-），男，河北唐山人，河北工业大学能源与环境工程学院，讲师。（天津 300401）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0130-02
一、环境类工程流体力学的学科特色分析
环境类专业涉及流体力学的内容广泛，而且与机械、热能动力、水利等传统学科对流体力学的要求有明显不同。[1-3]河北工业大学（以下简称“我校”）环境工程专业采用闻德荪先生编著的《工程流体力学》教材，由高等教育出版社出版，分上下两册，上册为《理论流体力学基础》，下册为《应用流体力学》。该教材与其它传统学科所采用的流体力学教材相比区别较大：由于人类生活和生产主要局限在生物圈，生物圈中水和气是无处不在的，环境类专业主要围绕水和气，因此，上册《理论流体力学基础》的覆盖面极大，包括静力学、运动学、动力学、恒定平面势流、流动相似原理、流动阻力和能力损失等模块；下册《应用流体力学》包括孔口和管嘴出流、有压管流、明渠流、堰流、渗流等模块。下册以水为主，旁及气体，实际上是水力学基础。但是，与传统水力学又有着明显的不同，这一不同并不是教材主要内容的差异，而是学科体系的构建不同。传统水力学在学科构建上有着鲜明的学科特色，而环境类专业所学习的《应用流体力学》（教材下册）是采用更加简单的方式初步介绍水力学。换言之，是上册《理论流体力学》的动力学在几种特殊边界流场中的具体应用，这些特殊流场的研究对于设计和计算环境类的反应器、构筑物的形式和尺寸，以及流体输配具有重要意义。
工程流体力学与三大力学（理论力学、材料力学、结构力学）相比，其主要概念和原理几乎没有相似之处，[4-6]与大学物理学相比也无相似之处。[7]换言之，在工程流体力学中涉及的概念和原理对本科生来说几乎是全新的。工程流体力学建立在连续介质假设基础上，是通过牛顿经典力学和高等数学知识对流体静止和运动规律进行研究，通过欧拉法或拉格朗日法对流动现象建立数学模型，从而用微积分等高等数学方法解决流体流动问题。该学科的基本概念和原理在三大力学或大学物理学中几乎是从未提及过的。
可见，工程流体力学的学科特点鲜明，是环境类专业的重要骨干课程。笔者从事工程流体力学教学7年有余，并主动向老教师或其他同行学习探讨，发现除了要把握好该课程的学科特点外，对教学难点也要广泛筛选、收集和研究，并结合教学方法进行探讨论证，[8-12]具体分析见表1及下文。
表1 若干教学难点与教材章节对应一览表
序号 教学难点 教材章节[1]
1 连续介质假设 第一章绪论
2 隔离体受力分析 第一章绪论
3 流体相对平衡 第二章流体静力学
4 流体静力学基本方程、阿基米德原理 第二章流体静力学
5 拉格朗日法、欧拉法 第三章流体运动学
6 亥姆霍兹速度分解定理 第三章流体运动学
7 理想流体动力学、实际流体动力学 第四章理想流体动力学和平面势流、第五章实际流体动力学基础
8 牛顿一般相似原理、单项力相似准则 第六章量纲分析和相似原理
9 普朗特混和长度理论 第七章流动阻力和能量损失
10 孔口、管嘴出流和有压管流 第九章有压管流和孔口、管嘴出流
11 堰流 第十章明渠流和闸孔出流及堰流
12 渗流 第十一章渗流
二、环境类工程流体力学的教学难点与教学方法衔接技巧分析
连续介质假设（序号1）是工程流体力学的基础，其重要性不言而喻，但是作为一门新课程的开始，学生往往很难接受这样的模型假设。因此，宜采用讨论法处理该问题，讨论法的难点是避免讨论课的无计划性。质点的概念对于研究流体运动是至关重要的，但是有大半学生掌握不到要领。具体体现在，把流体质点的概念与物理学刚体质点的概念混淆，觉得二者完全一致，没有特殊涵义。面对这一问题，与学生针对两个“质点”概念进行详细的机理分析是很必要的。连续介质假设的核心理念是流体质点概念的提出，流体质点是这样定义的：流体质点是指尺度大小同一切流动空间（流场）相比微不足道又含有大量分子，具有一定质量的流体微元；物理学中的刚体如果只发生平移运动的话，该刚体可简化成质点处理，即用一个质点代替刚体，使物理运算变得很方便。因此，这两个“质点”概念有着不同的涵义，流体的主要特点之一就是易流动性，流场的形状受制于边界条件，流场在流动过程中，边界形状不断变化，所以，流场形状也在不断变化，因此，流体质点不能替代流场，而是由大量的流体质点组成连续介质，填充整个流场。
工程流体力学本质上讲是力学问题，需要在解题前进行受力分析（序号2）。在中学物理学中，受力分析贯穿始终，为中学生所熟知。所以，该部分的学习推荐采用自学指导法和对比分析法，这样可以充分调动学生的学习积极性。由于流场形状受制于边壁，流体的受力分析规律性不明显，这与中学物理学的刚体受力分析区别较大。流体受力分析，均可从两个方面进行，即质量力和表面力。质量力包括重力和惯性力，属于远程力，作用在整个流场的所有质点上，其中，惯性力的存在与否取决于坐标系的选择。如果选择惯性坐标系，则惯性力肯定不存在；如果选择非惯性坐标系，则惯性力肯定存在。表面力包括切应力和压应力，概念的内涵与刚体的表面力相似，切应力和压应力之间的区别在于作用力方向的不同。
很多学生不了解学习流体相对平衡（序号3）的意义何在，根据该知识的特点，可采用探究发现法处理该部分内容。流体相对平衡的意义，在于将特殊的运动问题转化成相对静止的问题，从而使计算得到简化。当整个流场与固体边壁无相对运动时，选择非惯性坐标系，根据达朗贝尔原理引入惯性力，可用相对平衡条件来处理该问题，即对隔离体采用受力平衡条件，可使计算过程大大简化。
中学物理学所熟悉的流体静力学基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何从流体静力学的角度来重新定义（序号4），也是这一章的难点。该难点的讲解宜采用启发性谈话法，该方法一定要注意谈话内容的设计合理性，以期对整个谈话过程有的放矢。流体静力学基本方程的限定条件是质量力仅有重力，也就是说，坐标系为惯性坐标系。如果将其推广到非惯性坐标系，则计算方法应为欧拉平衡微分方程的积分式，欧拉平衡微分方程是建立在牛顿第二定律基础上的。该部分需要学生将流体静力学基本方程与欧拉平衡微分方程积分式进行对照。阿基米德原理是计算浮力的基本原理为中学生所熟知，在中学物理中往往解释成由实验研究获得，实际上在大学工程流体力学中可以解释成曲面所受静压力的合效应使其意义更广泛。
流动现象如何用数学语言描述，这是流体力学建立的基础，该难点的处理宜采用讲授法。描述流体运动的方法有两种，即拉格朗日法和欧拉法（序号5）。拉格朗日法是从流场中选择关键性流体质点组成流体质点系，跟踪每一个流体质点，研究其运动规律，进而总结出质点系运动规律，从而推演出整个流场运动规律，该方法概念清晰，但是分析和计算过程复杂。欧拉法是从流场中选择有代表性的空间点，分析这些空间点的运动规律，从而总结出整个流场运动规律。在计算流体力学中，常常采用拉格朗日法，在工程流体力学中常常采用欧拉法。
流体微元运动的基本形式包括平移、转动、角变形、线变形等。在流体微元内部，如果已知其中一点的运动要素，在微元内其他空间点的运动要素可以用已知点的运动要素表达出来，该定理称为亥姆霍兹速度分解定理（序号6）。很多学生对该定理存在疑问：微元内部这两个空间点之间怎么会存在联系？该问题适合采用探究发现法进行介绍，教师可首先将其转化成高等数学的模型，提示学生用微积分的方法来处理，具体而言，二者之间的联系是通过高等数学中的泰勒公式建立的。
理想流体动力学和实际流体动力学（序号7）在工程流体力学中是可以合并讲授的，采用系统讲授法更合适，这样更有利于知识的完整性。流体动力学主要涉及三大方程的后两个，即能量方程和动量方程。首先介绍理想流体运动微分方程和实际流体运动微分方程，前者也称为欧拉运动微分方程，后者也称为N-S方程，这两个重要方程均由牛顿第二定律推导获得，二者可作为计算流体力学基础，由此也可推导出能量方程。另一点需要注意，能量方程有两种形式，理想流体能量方程和实际流体能量方程，前者可以统一到后者中去，由于实际流体存在粘滞力，可产生能量损失，即单位重量流体从计算断面1-1运动到计算断面2-2时的平均能量损失；如果是理想流体，则粘滞力不存在，产生的能量损失为0。
量纲分析和相似原理主要涉及到（动力）相似准则里的牛顿一般相似原理和单项力相似准则之间的辩证关系（序号8）。该部分知识琐碎，宜采用讲授法。两个流动，即原型和模型流动，如果要实现流动相似，几何相似和初始条件、边界条件相似是基础，动力相似是保证，运动相似是目标。如果要实现动力相似，需要对应空间点处各个同名力方向相同，大小成固定比例，这称为牛顿一般相似原理。但如果在几何相似和牛顿一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的几何形状和大小完全一致，失去了模型实验可缩小原型几何尺寸的意义。正是基于此，所以提出单项力相似准则，在流动中起主导作用的力往往只有一种，这是流动现象的特点，所以如果在原型和模型中，起主导作用的力相似的话，可认为二者的动力相似已实现。
普朗特混和长度理论（序号9）是学生学习的难点，大多数学生感觉该部分不知所云。比如说，该半经验理论的意义是什么，问题从何而来？该部分宜采用讨论法。流体处于湍流状态时，运动参数可以分为时均流速和脉动流速，时均流速产生时均切应力，脉动流速产生附加切应力，时均切应力的计算采用牛顿内摩擦定律，附加切应力计算采用脉动流速计算，即，其中脉动流速ux’和uy’计算困难，需要通过普朗特混和长度理论进行计算，该理论通过将湍流脉动与理想气体自由程理论进行类比，提出自由程概念，从而将脉动速度与时均速度建立联系，实现了附加切应力的计算可行性。
孔口、管嘴出流和有压管流（序号10）是研究水力设备和输配水管网的基础，这一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、长管、管网，对这些模型的深入研究需要采用上册流体动力学的连续性方程和能量方程，在深入分析流动规律后，可得最一般的规律性，即流量和断面平均流速的计算公式。这部分可以看成针对几种特殊边界应用动力学方程来求解计算题，所以在介绍了孔口或短管以后，其他形式的边界流动由学生通过练习法和讨论法来自学，最后由教师进行总结。
在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁称为堰，缓流经堰顶溢流的局部水流现象称为堰流（序号11）。在环境类专业中，堰是常用的溢流集水设备和量水设备，在一确定的堰流中，流量与其它特征量的关系明确。薄壁堰可在环境类构筑物中作为出水设施，如二次沉淀池出水等。该部分内容生疏，宜采用演示法和讲授法。
渗流（序号12）是指流体在孔隙介质中流动，该流动状态在地下水中广泛存在，对地下取水井的设计往往要采用该模型的相关理论。该部分多在研究生阶段深入学习。
三、结语
工程流体力学在环境类专业中的现实意义和理论意义重大，在注册环保工程师基础考试中份额可观。该课程学习难点颇多，对于本科生来说学习的压力较大，需要教师在知识点梳理、难点筛选、师生沟通、教学方法总结等方面多做工作，笔者通过对环境类专业工程流体力学教学的自身体会完成此文，希望对教学一线的教师有所帮助。
参考文献：
[1]闻德荪.工程流体力学（水力学）[M].第3版.北京：高等教育出版社，2010.
[2]陈卓如.工程流体力学[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.
[3]吴持恭.水力学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.
[4]哈尔滨建筑工程学院，沈阳建筑工程学院.理论力学[M].哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1992
[5]刘鸿文.简明材料力学[M].北京：高等教育出版社，2007.
[6]王焕定，章梓茂，景瑞.结构力学[M].第3版.北京：高等教育出版社，2011
[7]东南大学等七所工科院校.物理学[M].第五版.北京：高等教育出版社，2008
[8]教育部人事司.高等教育学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[9]教育部人事司.高等教育心理学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[10]河北省教师教育专家委员会.教育原理[M].石家庄：河北人民出版社，2007.
第2篇：流体动力学原理及应用范文
关键词：工程流体力学；教学改革；大学；专业基础课
中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）03-0030-02
“工程流体力学”课程是以高等数学、大学物理、工程力学、工程热力学为基础，集概念、公式、实际应用于一体的一门专业基础课。该课程基本概念抽象，公式结构复杂，实际应用众多，尤其在石油行业尤为突出。石油工业中的许多问题都要采用流体力学理论解决，诸如钻井液循环压力和流速的设计，套管强度的校核，采油过程中油井采出的流体在泵或井筒内的流动规律分析，地面管线的布设，管径设计，管线强度的校核，压差与流量之间关系的确定，输液泵的选择和安装位置的确定，储油罐强度的校核，油品装卸时间的计算，油品和天然气的计量，气蚀和水击等现象的预防等。解决这些问题，要求从事石油工程技术的科学工作者必须具备“工程流体力学”知识，以便在石油工程的建设和管理中更好地发挥作用。为了使学生能够更好地学习掌握该课程的内容，教学环节尤为重要。对如何设计教学环节，本文主要从以下四个方面加以说明。
一、教学由多媒体与板书共同完成
教学板书是教师教学思路的整体反映，是教师在教学过程中引导学生学习，帮助学生理解和记忆，以及启发学生思考的重要手段，是教学过程中不可缺少的组成部分。教学板书以文字、符号、图表等手段将教学内容直接诉诸学生的视觉，丰富了学生的感知表象，有助于学生吸收和掌握知识信息。在授课过程中，笔者把学生对使用板书和多媒体的意见进行调查，90%的学生更倾向于使用板书教学。
由于“工程流体力学”课程，基本概念多、难理解，公式复杂难懂，采用板书边写边讲解，给学生留有足够的时间去理解，去认知，接受起来更容易一些。但是流体本身运动复杂，没有固定的形状，在外力作用下，流体流动状态、流动规律是什么样的，在板书上表达起来可能不够准确，不够形象、逼真；而采用多媒体[1]，将其制作成图片或动画课件，则直观明了，生动具体，给学生在视觉上以新颖的感觉，在头脑里的印象会更深刻一些。比如：讲工程流体力学的发展史，单纯讲授枯燥无味。此时，制作多媒体课件展示给大家， 比如弧线球也称香蕉球，找一个足球明星踢弧线球的视频放里面，边放映边讲解，学生很感兴趣，还学到了知识，同时也激发了学生的学习热情，起到了很好的引导效果。
二、将计算流体动力学软件融入到理论教学中
“工程流体力学”一般采用理论方法、实验方法和数值计算三种方法研究，其中，数值计算就是使用计算流体动力学软件计算[2]，是当今比较常用也比较流行的方法。计算流体动力学（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。CFD可以看作是在流动基本方程控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上基本物理量（如速度、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，确定漩涡分布特性、空化特性及脱流区等。CFD方法克服了理论方法和实验方法的局限性，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计算机上做一次物理实验。例如，机翼的绕流，通过计算机并将其结果在屏幕上显示，就可以看到流场的各种细节；如激波的运动、强度、涡的生成与传播、流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有区别。
目前，CFD软件中比较著名的就是Fluent软件。所以可以在教学中使用Fluent软件模拟，给学生展示流动规律和流动结果。例如：冯・卡门涡街，不同形状物体绕流使用Fluent进行模拟，既直观又能清楚地展现流动规律，同时对流体本身产生无限的向往，对“工程流体力学”课程充满了期待和兴趣，为学生以后学习软件打下了基础。
三、实施双语教学
随着我国与世界的接轨，随着世界一体化进程，迫切需要大量精通两种以上语言的人才，作为一种培养国际化人才的有效手段，双语教学势在必行。高等教育作为教育的前沿阵地，也要同国际接轨。双语教学本身就是我国高等教育国际化趋势的客观要求，对高校来讲，可以加强国内高校和国外高校的教学合作，高校之间的合作项目越来越多，有助于国内外专业领域知识体系的统一和完善；对教师来说，可以促进国内高校教师同国外高校教师的学术交流，国内高校教师可从中了解到很多世界前沿知识，并有效地传递给学生；从学生自身来看，打破了语言障碍，学生能够在专业技术领域内较好地将母语和英语这两种语言之间根据交际对象和工作环境的需要进行切换，有效地开展交流与合作，并且多掌握一种语言，就多了一份生存的手段，多了一份了解外部先进世界的途径，多一份机会。双语教学不仅可以培养学生运用外语解决实际问题的能力，而且有利于学生学习、掌握、精通一门外语（主要是英语），能够多一种思维方式，学会从多种角度，用不同观点看问题，进而提升竞争能力，同时也为培养“复合型”人才奠定了基础。
现今实施“双语教学”，既符合与时俱进的要求，又能够提升教学水平，这意味着在教学中实施“双语教学”势在必行。在“工程流体力学”专业基础课教学中改变使用单纯母语（汉语）的教学方式，将外语（主要是英语）运用于其教学的全过程之中，使之与母语教学互相融合、互相促进，既体现专业基础课教学的特色和针对性的同时，又能够全面提高学生的外语应用能力和综合素质，使教学更好地适应新世纪人才培养目标的要求。在“工程流体力学”教学中推行双语教学，使学生在双语教学课堂中提高英语水平，学会用英语表达专业知识，继而过渡到用英语去思维、求知、交流，以便熟练地用外语来解决实际问题。这种教学模式既符合经济迅速发展对涉外人才基本素质的要求，也符合大学各专业交叉融合的发展方向，是教学改革的重要内容。
根据“工程流体力学”课程的特点，在其教学中可以使用综合型教学模式。即对一些基本概念、基本理论，比较好理解的，可以采用浸入型；而对一些公式的推导，专业性比较强的，难于理解的采用过渡型。另外，将一些流体发展的历史、实例用多媒体教学手段进行授课，达到直观的效果。
四、注重实验环节
“工程流体力学”也是一门实验科学[3]。很多流体力学理论都是以实验为基础建立起来的，理论分析得出的结果需要通过实验来验证，而实验的进行又需要用分析得出的理论来指导。因此，实验是“工程流体力学”课程的重要组成部分，是必不可少的教学环节。它不仅是为了验证理论，有助于学生学好流体力学，而且是培养学生进行科学研究、提高独立工作和创新能力的重要环节。
随着大学教育的普及，受教育的人数迅猛增长，而实验教学设备与人数增长不成比例，导致教学和实验的间隔周期较长，使得实验前，有些学生并没有做好充分的准备，并且缺乏必要的理论复习，对即将做的实验相关知识没概念，致使理论和实验严重脱节，实验效果不佳。但是对学生的考核仅仅是一份实验报告，导致有些报告抄袭严重，甚至有些学生做实验，看别人怎么做就怎么做。这样，学生的动手能力、实践能力怎么能培养出来？更不用说培养学生的创新能力和发散思维。实验课是教学的必要环节，也是重要环节，不容忽视。
1.实验前，回顾与实验相关的知识点，让学生在短时间内了解本次实验和相关理论，这里的相关理论不是本实验的结论，实验结论应该由学生通过做实验总结出来；也可以将本实验过程录制成一段视频，让学生提前看一下，熟悉一下实验过程，视觉在人心中留的印象会更深刻一些，做到心中有数，这样真正自己动手做实验就不会茫然。
2.由于时间和设备的限制，实验只能就某一种情况进行操作，对其他条件变化时会有什么样的规律不能面面俱到，这时在实验教学中应用计算流体动力学软件演示也会收到很好的教学效果。所以，计算流体动力学软件不仅在教学中，在实验中的作用也是显著的。
3.在实验课教学改革的同时，实验课考核的方法也应该相应地加以整改。通过纯粹的书面实验报告和出勤率进行考核，学生互相抄袭，敷衍了事，实验做完后真正的原理还没弄明白。为了避免此类情况的发生，一方面，考核每个学生亲自动手做实验，边做实验边讲解，不仅能够锻炼学生动手的实验能力，语言表达能力相应地也有所提高，为此应该增加实验教师的人数；另一方面，除了增加实验课在最终成绩的比例（10%）外，还要在期末试卷中增加实验内容，以检验学生对实验的理解能力和掌握情况。
为了使学生能够更好地掌握“工程流体力学”课程的内容，教学需要改革，这就要求当代大学教师不断地尝试、不断地探索新的教学模式，充分调动学生的学习热情。本文针对“工程流体力学”这门专业基础课程的特点，提出了几点教学建议，希望对工作在一线的流体力学教师有点帮助。
参考文献：
[1]于靖博，张文孝，李广华.工程流体力学课程教学改革与实践[J].装备制造技术，2011，（11）.
第3篇：流体动力学原理及应用范文
【关键词】CFD 高炉出铁厂除尘系统 管网平衡
一、引言
随着社会的进步，生产力高度发达的同时，随之而来的就是人类的生存环境日益破坏，钢铁行业又是污染物排放大户，炼铁厂、炼钢厂及轧钢厂又是钢铁企业的主要污染源，冶炼每吨钢水大约产生2.5kg烟尘。污染物主要是金属和非金属氧化物固体粉尘、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体有害物。对钢铁生产过程中产生的粉尘进行有效的捕集及处理，是钢铁企业节能环保研究的重要课题。捕集的关键又在如何控制好除尘管道的流量分配问题，但传统的水力计算设计方法已经不能满足现有设计的要求。
本文采用方法主要是利用计算流体力学方法（CAE）对高炉出铁场除尘系统的管网系统进行分析，力求找到一套适合指导现有除尘系统设计的方式。
二、研究方法简介
CFD（Computational Fluid Dynamics）即计算流体力学，是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础上的一门新学科，具有适应性强、应用面广的优点。基本思想是用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替将空间域上连续的物理量的场，如速度场和温度场；然后，按照流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）建立这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，通过这种数值计算，得到复杂问题基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）在流场内各个位置的分布，以及这些物理量随时间变化情况。
1） 分析计算原理
钢铁车间除尘的CAE仿真中，必须考虑的一个重要物理现象是热气流的浮升，即气流在铁水表面受热膨胀，密度减小，在浮升力的作用下形成上升的热气流。湍流模型中Gb为考虑热气流浮升力对湍流的影响，具体表达式如下：
粉尘是CAE仿真模型中另一个重要方面，粉尘颗粒直径小，具有良好的跟随性，随气体运动而运动，因此可以认为粉尘颗粒与气流具有相同的速度，粉尘的运动速度不必再行仿真计算。但是粉尘对铁水与气流之间的辐射换热过程有重要影响，气流中粉尘浓度越高，气流的辐射吸收系数越大，相反，纯净的空气对辐射的吸收系数接近于零。含尘气流的辐射吸收系数用下式计算得到：
2） 数值分析模型
钢铁车间除尘的CAE仿真几何模型包含了较多复杂结构，且CAE模型求解对网格质量要求不是很高，因此网格划分可完全采用非结构化网格，否则将大大延长CAE仿真的时间周期。考虑到目前的计算机能力，百万量级的网格数量是合适的。
CAE仿真模型的求解采用SIMPLE算法，具体求解过程可在Fluent软件中实现。
3） 材料参数
本CAE分析所涉及的流体主要为空气和铁水，空气密度按照理想气体定律进行计算，以考虑温度变化对空气密度的影响。
4）边界条件
对除尘管道的流量分配仿真，进口采用压力进口边界条件，在除尘点处设置足够大的自由空间以使得进口边界处压力为大气压；出口给定空气流量，数值为相应除尘点的设计风量。
仿真模型的输入与输出
输入条件
1. 几何模型，包括除尘区域设备、捕集罩和除尘管道等（附图所示）
2. 铁水温度及黑度
3. 环境温度及气压
4. 各除尘支管风量
输出结果
1. 各除尘支管烟气温度（可现场测试）
2. 除尘效率
三、除尘管道仿真
通过CAE的方式对高炉出铁场除尘管道的风量分配进行建模仿真。下图是对某高炉的3#出铁口的管道进行的仿真建模，包括铁口侧吸、顶吸、撇渣器以及摆动流嘴的除尘罩以及除尘支管、除尘总管，在除尘总管末端施加压力出口边界条件，各除尘罩给定足够大的自由空间，同时施加压力入口边界条件，且入口压力和温度为当地大气压和车间环境温度。
由于现场条件的限制，除尘风量的测量仅在顶吸、两个侧吸以及烟囱的风量测定孔处进行。下表为3#出铁口在测试、设计和CAE计算下的除尘风量分配及温度。表中风量单位为（m3/h），温度单位为（℃）。
四、小结
高炉出铁场除尘系统的除尘管道均可以通过相同的CAE模型进行仿真分析，仿真得到除尘管道的风量分配且结果可靠，用于指导除尘管道的优化设计。
参考文献
[1]王福军，计算流体动力学分析，北京：清华大学出版社，2006：13～16
[2]钢铁企业采暖通风设计手册，中国冶金建设协会
[3]中华人民共和国标准，采暖通风与空气调节设计规范GB50019
[4]中华人民共和国标准，通风与空调工程施工质量验收规范 GB50243
第4篇：流体动力学原理及应用范文
关键词：《液压传动》；教学；心得体会
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）53-0202-02
《液压传动》是机械工程类专业的专业基础课，对该门课程的掌握情况将直接影响到学生对后续专业课程的学习以及毕业设计，对学生毕业后从事与机械相关的工作也有很大的影响，因此，本门课程在机械类专业课程体系中占有特别重要的地位。笔者在专业课教学、毕业设计、实习等教学环节中，常常发现很多学过《液压传动》的学生对《液压传动》的相关知识掌握地并不扎实，甚至有些学生对液压传动的基本概念都不清楚，学生普遍反应《液压传动》是一门比较难学的课程。其实，《液压传动》的理论基础就是流体静力学和《流体动力学，流体动力学相对难理解一些，但本科的《液压传动》教学涉及到流体动力学的地方很少，这部分内容课堂上一带而过即可，流体静力学的基础知识就是帕斯卡定律，学理工的学生都很容易掌握，所以《液压传动》应该说并不难学，学生之所以没学好，我认为是这门课程有一个显著的特点，即实践性强，而学生恰恰没有这方面的实际经验，导致理解困难，因而教师在教授这门课程时，必须要采用与课程特点相适用的教学方法才能让学生容易理解并提高对这门课程的学习兴趣[1]。下面分享几点笔者从事多年《液压传动》课程教学的心得体会。
一、讲好绪论
绪论这一讲开好头，对后续的教学有极大地促进作用，在这一讲要达到以下几点教学效果：（1）让学生掌握液压传动的基本概念和基本原理；（2）了解液压传动的特点、发展和应用；（3）提起学生对本门课程的兴趣。
在讲液压传动的基本概念和原理时，我首先告诉学生传动的三种类型，即机械传动、流体传动和电气传动。液压传动是流体传动的一种，是目前工程实际普遍应用的一种形式，这样学生对本门课程就有了一个总体上的概念，然后通过“液压千斤顶”这个简单的例子把液压传动的基本原理讲清楚、讲透。通过液压传动基本原理的讲解，引出液压传动的特点及其发展和应用，特别是在工程机械、智能机械等学生比较熟悉和感兴趣的领域的应用，同时结合自己的科研项目，指出机械产品机电液一体化的发展趋势。为了让学生了解液压产品的发展现状，笔者在课堂上登陆了力士乐、阿托斯等代表国际先进液压水平的知名厂商的网站，浏览其产品。由于学生对工程机械相对了解一些，便以工程机械的行走马达、操作阀等关键元件的国内外价格差距和质量差距为例，指出国内与国外先进液压技术水平的差距，激发学生的学习热情和兴趣。
二、注重实验和联系工程实际
《液压传动》是一门实践性很强的课程，而学生基本没有相关的实践经验，因而在课程教学中要尤其重视实验课，注重与科研和实际的结合，这样学生才能对所学内容有感性的认识，明白所学知识的用途。在讲“压力单位兆帕”时，为了让学生有一个直观的概念，给他们看了一个用10MPa高压水切割岩石和水泥的实验照片（如图1所示），并提醒学生在以后从事液压实际工作时，要注意安全，切记要先让系统卸压再维修。再比如，讲“滑阀中位机能”时，要让学生深刻理解不同种类滑阀中位机能的特点、作用及正确选用，因此举了一个滑阀机能选用不当导致液压元件损坏的例子：学院的实验室有一个液压马达驱动大惯量飞轮的液压实验系统，马达的换向和停止采用一个三位四通电磁换向阀，做了几天实验后发现液压马达漏油严重，刚开始还以为是马达的质量问题，后来才发现是因为换向阀选了“O”型中位机能，换向阀由左位或右位打到中位时，马达进出油口被封死，转动的大惯量飞轮也被迫停止，导致液压系统产生了很大的液压冲击，马达密封被破坏，发生了漏油现象。笔者所在学校――中国矿业大学的各专业都有很强的矿业特色，在讲“典型液压系统”时，一般都是结合自己的科研项目，补充两个典型煤矿机械的液压系统，以开拓学生的视野，同时为后续《采掘机械》等专业课程的学习和毕业设计打下基础[2]。
上实验课是学生能够见到液压元件实物并自己动手操作和验证所学知识的主要途径，因而要特别重视实验课的教学，作为任课教师必须至少要带一组实验。为了提高实验课的教学效果，我要求学生每次实验课前要认真预习实验指导书，对难点问题，在课堂上预先讲解，这样学生对实验步骤和实验原理就比较清楚了，否则在实验课上教师怎么说学生就怎么做，会使学生不知其所以然，实验课的效果就大打折扣了。每次实验结束后，要求学生及时做实验报告，通过批改，对实验报告中反映出来的共性和难点问题进行详细讲解，必要时把关键问题在下次实验课上再进行验证。回路组合实验是要求学生自己动手组装回路的实验，我要求每个学生都要动手，在做完实验后，谁的手上没粘液压油，则该次实验不合格，从而鼓励学生在实验室搭建并验证自己设计的液压系统。
由于本门课程是大约一百名同学的大班课，把课堂教学放到实验室不现实，而实验课学时又不充裕，为了让学生对所学知识有直观地认识，我每次讲新的内容时，都从实验室拿几件相应的液压元件到课堂上，课前让学生先观察，课堂上再对照具体实物进行讲解，有效弥补了实验课教学学时不足的问题。
三、有效利用多媒体教学手段
本门课程和工程实际结合紧密，因而在教学中要尽量的把所讲内容具象化。在讲“液压传动的应用”时，给学生展示各领域液压设备的照片，有的还播放了视频；讲“各种液压元件”时，我也会播放相应典型产品的照片和视频。
液压元件的内部结构和工作原理在课程中占有很大的比重，这部分内容讲不好学生会感到枯燥无味，难以理解。对这部分内容，笔者一般结合液压元件的结构图和工作原理动画来讲解，利用结构图总结出液压元件的主要结构特点，再结合动画讲解其工作过程和工作原理，这样学生就很容易理解了，而且也提高了讲课效率。
如果学生对液压基本元件部分的知识掌握地不够扎实，液压基本回路和典型液压系统这部分内容就不容易理解，即使有的学生对液压元件部分学地比较好，对于复杂液压系统各基本回路间的相互关系和元件动作过程也不容易搞清楚，这部分内容我都用Fluidsim进行了动画模拟。Fluidsim软件是由德国FESTO公司和PADERBORN大学联合开发，专门用于液压、气压传动教学培训的软件[3]。利用Fluidsim做的液压基本回路和典型液压系统仿真程序能够直观地显示液流过程和对元件的工作状态进行控制，这样，不管液压系统多么复杂，其工作过程和原理都能直观地展示出来，不需要学生再想象各元件的动作和状态，对所讲内容很容易理解。
四、考核方法多样，注重过程考核
要让学生学好一门课程，一方面要激发学生的学习兴趣，另一方面也要加强督促，公平、合理考核。本门课程笔者采用了结课考试、实验、小设计和平时成绩综合考核的方式。
为了引起学生对实验课的重视，提高动手能力，实验成绩的评定不仅仅看实验报告，还要看学生在实验课上的表现，比如对动手能力强、清楚实验过程、独自设计液压回路并组装和验证的学生的实验成绩要给高分。除了平时布置作业，我一般还会安排两次过程考核，作为平时成绩的主要组成部分，一次是在课程中期利用一节课的时间安排一次小测验，一次是在课程即将结束时布置一次小的课程设计。课程设计以分组的形式进行，一组一个设计题目，设计的内容一般结合科研和工程实际，要求学生课后查阅资料，按照要求设计好后做出PPT，课堂上以小组答辩的形式考核，这种方式增强了学生的学习主动性，很受欢迎。
五、结语
通过上述教学手段和方法在《液压传动》课程中的应用，培养了学生的动手能力，激发了其学习兴趣，使得学生能更加直观地学习本门课程的内容，理解得更深刻，学习不再感觉枯燥，在学好本门课程的同时，也为毕业后从事相关工作打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]赖云英.液压传动课程教学方法浅析[J].中等职业教育，2012，（7）：40-42.
第5篇：流体动力学原理及应用范文
关键词: 城市轨道交通; 环控系统;计算流体动力学
城市轨道交通中的地下车站和区间隧道是一个大型、狭长、与外界联系面较小的地下空间。密集的乘客、列车和各种机电设备的运行，以及连续的照明都会产生很大的热量，不及时排除就会导致地铁内温度逐年上升。此外，地铁内各种设备及列车运行引起的噪声、有害气体、列车活塞效应对车站空气环境的扰动，以及隧道内因潮湿造成的霉烂气味等都会使地下环境不断恶化。同时，当人流密集、空间狭小、密闭性高的地铁内发生事故、火灾时，人员的安全疏散和烟气的排除也是非常重要的问题。鉴于以上各种因素，必须设置环控通风系统，对车站和区间隧道内的温度、湿度、气流速度、噪声以及事故、火灾情况下人员安全疏散措施等进行全面控制。其中，有效、可靠的环控通风系统对保证地铁乘客的安全、舒适和确保设备运行及寿命是十分必要的。
地铁系统是一个由车站、隧道、出入口等构成的复杂的三维网络。地铁系统的环控模拟，主要是研究地铁内的不稳定空气动力学和热力学方面的问题，即地铁车站正常工况下的三维温度场、气流场分布、污染物浓度分布、平均空气年龄、人体舒适性的模拟研究以及地铁车站和隧道事故、火灾工况下的三维温度场、气流场分布、烟气流动状况等的模拟研究。目前国际上广泛认可使用、相对成熟、用于地铁环控模拟计算的软件是Subway EnvironmentSimulation，简称SES。该程序是由美国交通部于1975年开发的世界上第一个地铁环控计算机模拟软件。1976年，SES修改后被应用到公路隧道通风分析中；1985年，又增加了火灾的动态模拟。现在，SES已经从DOS版本升级为WINDOWS版并形成目前的第4版。该软件作为设计计算工具，可以模拟地铁内多列列车运行时车站、隧道和通风井的温度、湿度、风速以及车站的空调负荷。它允许用户模拟一定数量列车的动力与刹车系统；不同的环境控制系统（包括强制通风、车站空调与车轨排风）；设定的地下隧道与车站和通道连接所形成的空间内的空气流动；所希望的列车运行次序(包括由不同运行特性和发车间隔的列车的混合编组)；各种稳定与不稳定状态的热源；列车停在区间的紧急状况时机械通风与热浮力共同作用下所形成的空气运动；特别是能够模拟系统投入运行多年后热库对隧道的影响。对一个有大量列车运行的地铁，SES计算机模型提供动态的模拟过程，它允许对通过任何车站、区间、通风井和风机的空气速度、温度、湿度的连续读值，或在设定的时间获得空气参数的最大值、最小值、平均值。
SES软件主要由4个既独立又互相关联的子程序组成：列车运行子程序(Train Operation)，空气动力子程序(Aerodyanmic)，温度／湿度子程序(Thermodyanmic)，热壑／环控子程序(Heat Sink and ECS)。列车运行子程序可以计算列车的速度、加速度、位置及系统中所有列车的发热；空气动力子程序依靠这些列车参数再加上系统的几何组成与通风状况数据，计算所有车站、区间、通风井中的空气流量和气流速度；温度／湿度子程序利用空气动力学子程序得出的空气参数与列车运行子程序计算出的列车发热数据来计算系统中的显热与潜热，从而得到各处位置的温度和湿度。最后，列车运动子程序按气流速度推算列车附近活塞风作用。这些子程序计算出的地铁通风与热负荷数据同室外每日与年度气象条件参数一起，被热壑／环控子程序用来计算地铁内空气与隧道结构、周围土壤之间长期的热传导作用，同时也可以得到为使某些区间温度达到设计条件而所需的冷量。通过SES软件可以验证设计者所设定的地铁环控通风系统构成方案及系统运行模式的合理性，以便完成地铁环控通风系统的设计。需要注意的是该软件本身也存在着一定的局限性，例如SES的模拟原理是伯努利方程，这就决定了它无法反映车站及隧道内场分布的详细情况，只能将地铁系统简化为一维模型进行处理，只能计算某一点的气流速度大小，而具体的变化情况诸如方向和具体流动情况则无法反映，所以SES软件的最终输出结果是一维的，它只能从数据上计算特定断面的一些参数。而地铁系统中的车站及隧道部分显然是三维模型，因此，如果想了解地铁车站及隧道中空气的温度、速度等具体详细的分布情况就必须考虑借助使用其它的研究方法和手段来实现。
CFD(Computational FluidDynamics，即计算流体动力学)是现代模拟仿真技术的一种，是近年发展较快的一种计算机辅助设计技术。其作用是对各种工况下气流组织的温度、速度场等的模拟仿真。暖通空调制冷行业是CFD技术应用的重要领域之一，我国暖通空调制冷行业已有不少专家对CFD的应用研究开展了大量的工作，并取得了许多重要成果。自20世纪70年代末80年代初起，即已有一些高校、研究机构开始CFD技术的应用研究，20年来已取得许多重要的成就，研究的范围从以室内空气分布以及建筑物内烟气流动规律的模拟为主，逐渐扩展到室外及建筑小区绕流乃至大气扩散问题。近些年来，随着CFD计算技术的突飞猛进的发展，许多工程领域都有了成功利用它作为模拟评价、优化设计手段的实例。在隧道、地下铁道的通风工程中，CFD应用也成绩斐然。国内部分高等院校也开始利用CFD技术对地铁区间隧道及车站内各种工况下的空气流动和分布情况进行模拟研究。对于地铁环控通风系统设计，会有多种可选方案，所以计算机模拟的功能之一就是对多种方案的比选优化；对于正在筹建的地铁系统，其运营后的气流场与温度场无法进行现场测试，所以计算机模拟能够有效而可靠地对未建成的地铁系统进行预测；对已经建成的地铁系统，由于客流量较大，为了保证正常运营，有时在列车附近无法进行现场测试，但可以通过计算机模拟来进行计算分析。同时可以对一些过去没有经过理论计算的感性认识进行验证，例如隧道风的变化情况、排烟量对火灾温度场的影响等，过去只是通过一些想象进行推断，但是对具体变化情况及具体数据缺乏理论计算及科学论证，利用CFD方法，以上问题均可以得到解决和落实。采用CFD方法可以对地铁车站及隧道的温度场、气流场、污染物的浓度分布及排放、人体舒适性以及火灾情况下的通风模式、烟气流动状况及此情况下的温度场和气流场进行三维可视化仿真模拟。CFD的功能十分强大，它经过一次完整的计算后，就可以得到任意一个断面的任意方向上的温度、湿度、压力、平均空气年龄以及PPD（预期不满意百分率）与PMV（预期平均评价）等随时间的连续变化值。并且模拟得出的计算数据经处理后的可视化结果是十分直观形象的，因此，它所模拟出的结果较SES软件更加直观，得到的结果也更加具体，能够为地铁环控系统设计提供充分的依据。
第6篇：流体动力学原理及应用范文
【关键词】冷热混合器；模型；网格划分
冷热混合器，本质上是属于温水供应系统的机械设备。其运行的规律是，由一端通入冷水，另一端通入热水，二者在设备内部进行热交换以后，便流出温水供人使用。该设备内部是处于流场的运转状态，所以设计关键，在于其中的流态必须满足要求，即需要保证内部具有良好的流态。因此，流场的温度、压强、速度等状态必须合理。在工业设计中，流场的状态通常很复杂，且不呈现规律的趋势。故如何能保证其状态的良好性，是一个必须面对的问题。鉴此，通过构建了以平面法向流入和以平面切向流入两种不同三维混合器内部流场模型，对其进行流态仿真，得出了其中的温度、压力分布规律。以此为依据，选定了最优的设计方案，为产品后续的加工、生产奠定了基础。
1 混合器模型的构建
混合器的基本结构是：左右两侧进水管，混合容器，下部渐缩通道以及最终的等径流出管组成。由于两中混合器均由规则简易图形组合而成，故大部分三维建模软件都能很方便建模。但为了方便后续网格划分和便于使用FLUENT数值模拟[1]，采用Gambit建模[2]。
2 混合器的数值模拟计算
因为模型对水力性能要求较高。因此，在对模型的数值计算仿真中，精度的控制非常重要，所以对于计算中湍流模型的选择，拟选用目前在实际工程应用广泛，且计算精度很高的RNC（renormalization group）k-ε修正模型[3]，表达式为：
■+■=■（μ+■）■+G■-pε （1）
2.1 网格的划分
网格划分的实质，是针对已经构建好的模型，对其需要进行计算的区域展开离散的过程[4]。通常情况下，在流体机械的三维流场模型网格类型的定义中，均采用六面体非结构化网格，两种方案的混合器模型及网格划分情况分别如图1和图2所示。
图1 模型1网格划分 图2 模型2网格划分
2.2 边界条件的设定
边界条件的确定，是针对流场计算过程中的速度压力分布类型而言的，模型中那些代表模型边界的拓扑结构实体的物理特性和操作特性以及为边界命名，方便后续CFD软件对流体边界条件的补充设定。在该计算过程中，边界条件设定很简单，无论是模型1还是模型2，左右两管段的断面，均设定为速度进口，下方的管段断面，设定为自由出流，其余皆为壁面边界条件。
3 计算结果分析
混合器计算结果的后处理，本质是用一系列有限个离散点上的变量的集合来代替，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的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值[5]并最终以图象显示。包括速度、温度、压强、流向等等。由于此处仅仅讨论压强与温度影响，所以此处仅讨论两中混合器温度与压强的对比关系。
3.1 计算结果的后处理
为了便于观察，取恒定X-Z平面为观察对象，即在X-Z平面上：模型1混合器的温度分布（图3）和模型2混合器的温度分布（图4）。
图3 模型1温度分布 图4 模型2温度分布
压力分布决定材料的选取和制造工艺，为了方便对比观察取和温度相同的观察平面。分别得出模型1和模型2的压力分布图，如图5和图6所示。
图5 模型1压力分布 图6 模型2压力分布
3.2 两种方案的计算结果分析
（1）由图3、图4所示，水流从进水管至出水管，无论模型1还是模型2，其温度变化趋势均是向着热量平衡的方向变化，即冷水方向逐渐升温，热水方向逐渐降温，最终达到热平衡。区别在于混合器的壁面上，模型1的壁面温差较小，模型2的壁面温差较大。
（2）由图5、图6所示，两混合器在压强分布上差别较大。在水流进水管中，平面法向流入混合器压强始终较大而且递减不明显且与进水温度有关；但在平面切向流入混合器中进水压强成对称递减且与温度影响较低。在混合器容器中，平面法向流入混合器压强始终较高，并且在下部渐缩通道低处有升压现象；但在平面切向流入混合器压强中却相对较低，在下部渐缩通道中下降到负压。在等径流出管中，平面法向流入混合器呈现出压强递减趋势，并最终减为负压；但在平面切向流入混合器中压强始终保持不变与下部渐缩通道一样始终为负压。
综上所诉，对温度要求控制较高的可以选择平面法向流入混合器，但在压强和材料成本要求较高的可以选择平面切向流入混合器，因为其内部和焊接处压强变化较小，从而可以减小容器的制作要求降低成本。
4 结论
为了讨论液体流向对混合影响，建立了平面法向流入混合器和平面切向流入混合器三维模型，并对其进流场CFD分（下转第174页）（上接第159页）析。模拟得出其流场温度，压强分布，得到不同的混合要求可以选择不同的混合模型。为模型设计选择提供了理论依据。
【参考文献】
[1]ANSYS Inc.FLUENT 612 UDF manual[M].South2pointe，USA：F：luentInc.，2005.
[2]王福军.计算流体动力学分析―CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
[3]王旭，张礼达.中小型混流式水轮机导水机构内部流场分析与研究[D].成都：西华大学2009.
第7篇：流体动力学原理及应用范文
关键词：喷射式浮选机；充气搅拌装置；流动阻力
中图分类号：TD456文献标识码：A
[WT]文章编号：1672-1098(2011)02-0035-03
收稿日期：2011-03-25
作者简介：朱金波（1963-），男，安徽长丰人，教授，博士，研究方向为矿物加工工程。
[JZ(〗[WT3BZ]Analysis of Flow Resistance in Aerator-agitator Mechanism
of Jet Flotation Machine
ZHU Jin-bo, WU Da-wei, ZHOU Wei
（School of Materials Science and Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui 232001,China）
Abstract: The fluid flows complex in aerator-agitator mechanism of jet type coal flotation machine, it directly affects the design of flotation machines and the actual production process. The investigation on the fluid field and the energy loss of the aerator-agitator mechanism can improve the separation efficiency. This article analyzes the flow field condition and the composition of energy loss by use of fluid dynamics and resistance in 6m3 experimental flotation machine is measured. It is obtained that the energy inside aerator-agitator mechanism includes circulation pump pressured provide energy and breathed air get energy. The energy losses include the loss when two fluid mixed, the loss through the nozzle, the loss the gas through suction tube, the loss when the flows through pipes, etc. The article obtained resistance losses expression of aerator-agitator mechanism. The analysis and test shows that the resistance losses in long pipes more than in short pipes.
Key words:jet type flotation machine; aerator-agitator mechanism; flow resistance
煤用喷射式浮选机具有处理量大、选择性较好、浮选剂用量和电耗较低及结构简单等优点，充气搅拌装置是其关键的部件。
喷射式浮选机的工作原理是，经泵加压的循环煤浆由中心入料管、分配室进入呈辐射状对称布置的4个喷射室内(见图1)，再由铸有固定叶片的喷嘴按螺旋扩散状高速喷出并产生负压，在抽吸作用下，空气经吸气管进入并卷裹到射流中，含气煤浆由短喉管旋转喷出，直接撞击假底后又向周边反射，从而实现充气搅拌。
1.槽体；2.吸气管；3.喷射室；4.喷嘴；5.喉管；6.分配室；7.中心入料管
图1 煤用FJC(A)喷射式浮选机示意图
充气搅拌装置内流动为有限空间自由射流流动，其内部流场分为：流核区，该区域流核心速度保持不变；基本流动区，喷嘴射流边界层迅速扩展至壁面，能量、质量交换加剧；回流区，射流扩散到喉管壁面之前，吸卷了被引入的空气，固壁边界层会产生分离，在流动方向上产生回流；管流区，扩散至整个喉管内的流动。
煤用喷射式浮选机常用的充气搅拌装置有两种，一种是浸没式的短喉管装置(见图2a)；另一种为喉管出口带伞形分散器的长喉管充气搅拌装置(见图2b)。不同形式的充气搅拌装置内的阻力损失会有所不同。
1 装置阻力损失
11 装置内各部分能量分析
1-1、2-2、3-3、4-4，分别为充气搅拌装置入料管、吸气管、喉管及喷嘴位置的断面，3′-3′为伞形分散器出口断面(见图2)。充气搅拌装置工作时，其能量主要由循环泵加压循环量所提供的能量E1，吸入气体得到的能量E2，是由喷射器的抽吸作用产生的，两种流体混合时能量损失F1，经喷嘴时能量损失F2，气体经吸气管能量损失F3，气液流经喉管内的能量损失F4。长喉管充气搅拌装置还需考虑流体经伞形分散器的能量损失F5。12 由入料至喷嘴的阻力
矿浆经渣浆泵加压后，从分配室到喷射室，由喷嘴4-4断面(见图2)，以一定的速度旋转喷出，根据伯努利方程：2 装置内损失计算
21 装置内能量损失表达式
3结论
充气搅拌装置的阻力损失是多种能量及损失的组合，包括循环泵加压循环量所提供的能量，吸入气体得到的能量。损失含两种流体混合时能量损失、经喷嘴时能量损失、气体经吸气管能量损失、气液流经喉管内的能量损失等。
流体由给料管到喉管出口的阻力损失，可通过伯努利方程计算。
实验表明，短喉管的阻力系数ζ=10689，长喉管的阻力系数ζ=30061。长喉管的阻力系数要比短喉管的阻力系数要大。
参考文献：
［1］ 赵树彦，江明东，顾少雄，等.中国第三代FJC系列煤用喷射式浮选机的应用实践［J］.煤炭加工与综合利用，2006(5)：22-24.
［2］ 黄建宇， 黄淮北， 许红娜,等. FJC20 型煤用喷射式浮选机在临涣选煤厂的应用［J］.煤炭加工与综合利用，2008(6)：1-3.
［3］ 朱金波.工程流体力学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2008：63-70.
第8篇：流体动力学原理及应用范文
（一）课程体系固化，以专业为主
从高校研究生培养计划可以看出，研究生的课程受专业限制很大，这就导致本专业研究生与跨专业研究生几乎没有什么区别，个体差异关注不够，课程内容前沿性、综合性不够，交叉学科课程、综合性课程较少。
（二）跨学科人才培养中，研究生课程体系构建导师起主导作用
首先，由于理工类研究生大多是在各自导师的指导下进行个别培养，受导师自身专业背景的局限与依赖，各学科之间存在着较大跨度等原因，致使学生很难进行跨学科研究。其次，当前的研究生培养模式中，导师的课题方向决定研究生的选课方向。
（三）院系设置以学科为主导，不利于跨学科课程整合
目前，我国高校主要以学科为主导设置院系，而以跨学科设置院系的高校较少。现有院系设置不利于不同学科之间的沟通与交流，不利于不同专业之间的课程整合。这样的局面势必会影响学生对知识的追求热情，势必会影响学生的科研积极性，势必会影响学生的创新欲望。
二、农业工程与土木工程跨学科课程体系的构建
前面系统地讨论了建立跨学科培养研究生课程体系的意义及目前存在的弊端，现结合黑龙江八一农垦大学工程学院农业工程与土木工程两个学科的实际，对北方寒区农业水利工程与水利资源利用和设施农业结构防灾减灾两个方向进行跨学科课程体系分析。在确立课程体系时我们设计了《农业工程和土木工程跨学科培养研究生课程体系建设调查问卷》。在制作调查问卷设计时，我们充分考虑两个交叉专业可能出现的课程共通性，尽可能设计更多的课程，力求使交叉学科的研究生具有宽泛的理论基础，使交叉学科的研究生所学到的知识适应两个专业发展的需要。
（一）调查问卷统计
本次发放调查问卷的对象是黑龙江八一农垦大学工程学院的在职教师，共收到23份有效问卷。参与问卷调查的教师年龄集中在28—38岁和38岁以上两个年龄区间，具有硕士研究生以上学历的占95.65%，具有副教授职称和教授职称的总和占65.20%，问卷填写教师的任职专业主要集中在机械设计制造及其自动化专业，农业机械化及其自动化专业和土木工程专业，其他专业总和低于10%。
（二）交叉学科课程体系分析
1.北方寒区农业水利工程与水利资源利用方向。交叉学科研究生培养方案要求学术型研究生所修学分总数大于等于30学分，扣除英语、中国特色社会主义理论与实践研究及自然辩证法概论等必修课外，交叉学科研究生必须选修不少于五门的基础必修课，其中数值分析是学位必修课，还需要选修4门基础必修课。基础必修课的数据统计结果如下：在备选的15门课程中，数值分析得票最高23票，土壤水文过程模拟得票最少仅为8票。考虑到交叉学科研究内容的宽泛性，结合统计结果，去掉土壤水文过程模拟、土壤物理化学、喷微灌理论与技术三门课程。这样在北方寒区农业水利工程与水利资源利用方向就剩下12门课在基础必修课模块内供交叉学科研究生选修。课程名称如下：数值分析、数学物理方程、土壤水动力学、水工建筑物健康监测与检测、节水灌溉工程学、计算流体力学、水土资源规划与评价、高等水工建筑物、新型建筑材料及其应用、灌溉原理与技术、地下水资源评价理论与方法、流体仿真与软件应用。研究生培养方案要求在选修课模块所修学分大于等于10学分，而每门课的学分分配是1.5或2学分。结合统计结果，选修课模块去除土壤学与肥料学及环境水利学两门课，保留其余12门得票较多的课程供交叉学科研究生选修。课程名称如下：水生态工程学、粘性流体动力学、弹塑性力学、生态水文学、现代环境监测与控制、环境水动力学、土壤学与农作物学、水工钢结构、水工混凝土、水文学与水利计算、农田水利学水力学。
2.设施农业结构防灾减灾方向。交叉学科研究生培养方案要求研究生所修学分大于等于30学分。去掉中国特色社会主义理论与实践研究、自然辩证法概论、英语及学位课数值分析，每位交叉学科的研究生必需选择不少于4门基础必修课。问卷结果表明，除设施环境工程学获得11票外，其他13门课，每门课程所得票数比较均衡，最低票数是15票，最高票数是22票。考虑到设施环境工程学和防灾减灾的关联性不是很大，结合统计结果把设施环境工程学去掉不作为基础必修课的选用课程，这样基础必修课就改成13门课，供交叉学科研究生选择。课程名称如下：数值分析、数学物理方程、农业设施概论、农业生物环境工程、结构动力学、高等结构力学、计算力学、有限元原理、工程结构加固技术、建筑火灾安全新技术、地震工程学、建筑结构抗风设计、工程结构优化设计。
在选修课模块中，共列出了10门课，供调查问卷填写人投票选择。统计结果可以看出土壤学与农作学仅有6人投票，考虑到这门课自身的内容和防灾减灾的关联性不大，所以决定把这门课去掉，不在研究生选修课范围内。振动信号处理虽然只得到11位问卷填写人的投票，考虑到模态分析与参数识别需要对数字振动信号处理的技巧和理论基础，所以，振动信号处理仍供交叉学科的研究生选修。其他8门课，每门课的票数相对较均衡，故不作调整。课程如下：弹塑性力学、工程结构分析与软件应用、模态分析与参数识别、振动信号处理、混凝土结构设计原理、钢结构、砌体结构、农业设施环境控制、农业设施设计制造。
第9篇：流体动力学原理及应用范文
引言
随着现代经济的快速发展，民用客机的广泛使用，国家对航空领域内人才的需求日益增长。空气动力学与飞行原理作为机务维修专业学生的专业课，作为新疆职业大学特色课程之一，从教学理念、教学内容、教学方法等方面的全面建设势在必行。鉴于该课程在我校实施的特殊性，我们提出的教学体系建设的总体目标是：通过课堂理论教学、实训基地的实验教学和创新实践三个过程，使学生基本掌握空气动力学的基本特性、研究方法；掌握飞行原理的基本理论，并能熟练应用该原理。培养学生认真谨慎的学习态度，以及发现问题综合利用所学知识解决问题、创新实践的能力。
构建现代教学理念 深化教学体系改革
在空气动力学与飞行原理课程教学体系的建设过程中，我们坚持以培养合格的机务维修工作者为目标，以机务维修考试为指引，从增强学生理论知识、培养学生实操能力、提升学生创新意识的培养目标入手，始终把机务维修手册作为培养学生的基本规范，根本目的是培养学生熟练的动手能力和创新实践能力。在此基础上，我们计划建立“课堂理论教学+实训基地实验教学+创新实践”相结合的符合学生职业需求的教学体系，并对实际教学内容做了相应调整。在进行课堂教学方案设计时，注重学生理论知识的加强和实操过程相融合。课堂理论教学分为“空气动力学基础”和“飞行原理”两部分，而“空气动力学基础”部分又分为“大气物理”和“空气动力学”两部分，在大气物理部分，以大气层为研究对象，重点介绍随着高度的增加，大气物理参数之间的变化关系；而在空气动力学部分，重点突出流体运动基本参数，以及机翼在气流作用下的各种作用力的形成及变化趋势。在飞行原理部分，针对现有常用飞行器外形特点，介绍了飞机飞行基本理论，及其不同姿态下的稳定性和操纵性。在整个教学过程中，结合相应视频影像资料，使学生进一步开阔视野，了解本课程研究的基本方法，加深对本课程的认识。其中“空气动力学基础”部分课堂讲授30学时，实操过程6学时，创新研究2学时；“飞行原理”部分课堂讲授24学时，实操课学时6学时，并将创新研究融入实操过程之中。最后综合利用所学知识进行创新设计。
（1）课堂理论教学
该教学过程强调理论概念的清晰化和数学公式推导的严谨性。注重遵守概念清楚明白、推理过程严谨、重点举例讲解为原则，运用基础部分突出概念理解、原理分析、理论推导的方法；应用部分突出理论知识的运用，参数的设计分析和引导学生正确方法论的教学理念。组织主讲教师对本课程的课程标准及教学方案进行讨论，分析本课程的重点、难点及授课方法。同时，在知识传授过程中，适时地向同学们介绍一些流体力学的前沿研究方法及试验思路，及对力学研究有突出贡献的力学家们的科研事迹，有效提高同学对本课程的学习兴趣，培养学生认真谨慎的生活方式、学习习惯。对学生日后职业素养的形成有着重要作用。
（2）实训基地的实验教学
该教学过程以动手实操能力和创新能力的培养为主，将显示和定量分析、感性认知和理性分析相结合，重视理论分析结果对试验过程的指导作用。根据本过程的基本培养方案要求，我们在该过程计划将试验教学方法进行深入研究，详细设计实验内容、改善实验手段，提高教学效果。
针对该部分开设的8个学时的实验课程，我们详细讨论了各个分项试验的教学方案设计，充分发挥学生的动手能力，培养学生发现问题，利用所学知识解决问题的能力。
（3）创新实践的培养
该教学过程强调培养学生创新意识。第一，依托现有实验设备，在讲授试验方法的同时，向学生传授科学的研究方法，以及国际顶尖的科研进展，以开阔同学的视野，激励学生学习兴趣和热情。第二，为了培养学生的创新意识，我们充分利用学生课外活动和扩展理论及实验教学内容，有目的的引导学生进行创新实践活动，达到事倍功半的效果。其中，为了更好的增强学生的动手能力，培养学生的创新意识，我校和广州民航职业技术学院实训基地建立联系，为学生的实践活动提供了重要的条件，共同培养合格的机务维修人员。经过几年的教学体系试验，该教学体系效果显著，学生在该科目的学习中取得良好的学习成果。
改革教学手段和方法 提高教学质量
在具体实验教学过程中，广泛运用多样的教学方法。
1.启发式教学与实际生产相结合
为了培养学生探究性、主动性学习习惯，我们强调以学生为中心，增强学生和老师之间的互动能力，变以往以教师为中心的教学方式为现代以学生为中心的教育方式，让学生在学习过程中主动提出问题、思考问题，利用已学知识解决问题，从而培养学生独立思考和独立判断的能力。
2.传统板书与现代多媒体技术相结合
针对本课程性质不同的教学内容，采用传统板书与现代多媒体技术相结合的教学手段。一方面，该课程需要数学推导演绎的逻辑推理知识很多，特别是理论教学部分的基本概念和基本原理的推导，传统的板书教育更能使学生理解掌握，更能满足学生的需求。另一方面，高速发展的科学技术，需要学生更形象的了解空气动力学与飞行原理的基本知识。为此，我们充分利用现代多媒体技术，通过虚拟实验、教学视频、影像资料将抽象、复杂的流动现象展示出来，从而使学生更深刻的理解知识内涵。相比较而言，多媒体教育技术具有信息量大、丰富、直观的特点。例如介绍翼型特点、翼型扰流特性、机翼受力特点分析等知识更适合多媒体教学。
（1）创新实验实践教学方法
针对不同深度难度的教学内容，我们开展了教学模式和教学方法的研究与探讨，具体形式与指导方法如下：
1）统一指导和典型示范相结合
对于以传承实验知识为主的专业基础实验平台，强调基本理论、方法的验证和实践，要求学生在教师的统一指导下独立完成。对于稍有难度的实验，可先由指导教师理论指导与实验操作相结合的方式进行典型示范，然后由学生分组根据实验指导完成。
2）自主设计和小组协作相结合
对于可以体现学生实验的设计能力和自主创新能力的综合实验，如机翼的空气动力实验等，这类实验要求学生了解空气动力学实验设备的系统构成，验证流体动力学的基本定律，能熟练掌握气体压力、流量的测量方法，理解机翼在空气动力作用下的受力情况，在完成实验的过程中遇到有不同程度的探索性实验，通过这类实验重点培养学生的创新实践能力。
3）教师指导方法
本课程的理论教学和实验教学由主讲教师一人承担负责，讲课内指导和课外兴趣小组紧密结合。在整个过程控制上，计划建立实验预习报告、实操、实验报告和考试相结合的教学机制，更系统更全面综合培养学生个人能力。同时依托信息技术手段，将理论和实验课程挂网，构建良好的师生交流平台，以期取得更好的教学成果。
结语
综上，我校开设空气动力学与飞行原理课程特殊，具体课程体系的建设仍在探索之中，根据以往教学经验，在理论课和实践课的教学基础上，不断创新，充分发挥学生学习探索的主动性和积极性，注重培养学生的机务维修职业素养，得到了用人单位的一致好评。
