流体力学研究方向精选(九篇)

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第1篇：流体力学研究方向范文

千百年来，流体力学以其广泛的适用性形成了独有的科技魅力，随着时代的不断发展，科技的不断进步，在一代又一代流体力学研究者的努力下，流体力学的世界也越发精彩。

执著之树必结黄金之果

邵传平，中国计量学院流体检测与仿真研究所研究员，多年来，由他负责的课题组主要从事钝体旋涡脱落流动控制研究。

所谓钝体旋涡脱落流动是指：当流体以一定速度流过固定的钝物体，如风掠过桥梁、电视塔、电厂冷却塔、高楼等等固体时，会在物体两侧交替地产生旋涡脱落，旋涡的交替脱落使物体表面的流体压力发生周期性变化，从而产生作用于物体的交变力。当流体动力的变化频率与物体结构的固有频率接近时，会发生共振现象，使结构遭到破坏，除此之外，旋涡脱落还会增大流体阻力，产生噪音。

那么，该如何消减旋涡脱落造成的负面影响呢？这既是海洋、土木、水利、电力、航空等领域关注的问题，也是邵传平及其课题组一直致力于研究的对象。

自1998年以来，邵传平课题组先后主持国家自然科学基金项目“法拉第波与钝体尾流稳定性研究”，“涡激振动控制与减阻减振”、“尾流控制机理与方法研究”，“流向振荡柱体尾流不稳定性的控制”等的研究，取得了一连串的科研成果。

在静止钝体旋涡脱落抑制方面，自1930年代以来，人们针对不同的工程问题，提出了不少控制方法，但是这些方法都有局限性，应用范围小。在1990年，Strykowski-Sreenivasan提出在二维钝体下游一定位置放置一个很小的圆柱，可以抑制钝体后面的旋涡脱落，有很好的减阻和减振效果。虽然在当时，这个四两拨千斤的方法在业界掀起了波澜，但是很快，就有研究表明这种方法只有在很低雷诺数（低于一百）流动情况下有效，在工程中缺少应用价值。

邵传平课题组的研究有望弥补这一不足，他们经过反复研究，选择用小窄条作为控制件，取代小圆柱，对圆柱及方柱、板（各种攻角）等钝体的旋涡脱落进行抑制实验，证明在雷诺数高至十万时对所有这些钝体都有很好的抑制效果，并对每种钝体流动情况找出了有效抑制的控制件位置区域，以便于工程应用。

在强迫振荡柱体绕流的旋涡脱落抑制方面，邵传平课题组在国内外尚无研究先例的情况下，另辟蹊径，分别采用窄条方法、尾部喷射方法和隔离板方法对高雷诺数流向振动柱体尾流进行抑制研究，取得重要进展。研究表明，尾部喷射对非锁频和每种锁频旋涡都有抑制效果，找出了每种旋涡的有效喷射速度范围;窄条对非锁频和两种锁频旋涡具有抑制效果，最高可减阻30%，减小脉动升力60%以上，找出了各种旋涡脱落下窄条的有效位置区;而隔离板方法对非锁频和一种锁频旋涡有效果，找出了隔离板的有效位置区。

旋涡抑制机理与旋涡脱落生成理论密切相关。国际上关于静止钝体旋涡脱落的生成，经历了背压吸引论，到剪切层相互作用论，再到绝对不稳定性和尾流整体失稳论，正从猜测到理论逐步深化;而关于振动柱体旋涡脱落的产生机制，目前还处于探索阶段。

对此，邵传平认为，振荡柱体绕流存在两种旋涡脱落产生机制，除了上述的绝对不稳定性机制外，还存在信号放大机制。他们研究了高雷诺数湍流尾流中涡粘性对扰动波信号的影响，定义了扰动波的涡粘系数，并用实验数据分别求出了未加控制和施加控制以后的涡粘系数在振动柱体湍流尾流中的分布情况。将涡粘系数代入扰动波发展方程（稳定性方程）并求解，得到的结果是：未加控制时扰动放大的频率区域很宽，产生旋涡脱落的机会很大;而控制以后扰动放大的频率区域很窄，产生旋涡脱落的机会很小，从而明确了振动柱体旋涡脱落的产生和抑制机理。

上述成果发表在AIAA Journal，Journal of Fluids and Structures， Journal of Fluids Engineering， Journal of Visualization， Acta Mechanica Sinica， 及《中国科学》，《力学学报》，《力学进展》等杂志上，得到国内外同行的认可。

百尺竿头须进步

十方世界是全身

以往取得的成绩非但没有使邵传平就此功成身退，这些成果反倒使他对自己的专业产生了更加浓厚的兴趣，甚至为了研究工作不受影响，2008年，他离开了中科院力学所，进入了具有新建低速风洞、低速水洞和较好配套实验仪器的的中国计量学院工作，主要从事流动控制与植物流体力学研究。最近，邵传平开展了植物空气动力学仿生方面的研究，主持国家自然科学基金项目“树叶气动特性研究”。

近年来，人们越来越意识到风灾是对树木危害最大的非人为因素，远大于森林火灾造成的损失，因此树木风灾以及树木空气动力学方面的研究在国际上越来越受到重视。为此，邵传平把握时代脉搏，申请了国家自然科学基金面上项目“树叶气动特性研究”，希望通过研究可以更加的深入的了解多种常见树叶气动特性（包括形状重构）及影响参数，寻找树叶气动失稳（突然变形、振动）的临界条件及产生原因。另一方面，也希望可以了解人造树叶的气动特性，探讨树叶气动仿生的条件。

拿到这一课题，邵传平靠的不是运气。翻开他的履历，硕士期间，他的研究方向为水动力学，从事具有自由表面的粘性绕流研究;博士期间的研究方向为风工程，在导师孙天风教授指导下，从事多钝体压力分布，尾流场测量以及流动显示研究;博士后期间他从事海洋工程与流动稳定性实验研究;在中科院力学所任副研究员期间，他从事生物流体力学、微重力流体力学，以及流动控制等方面的研究工作，先后完成3个国家自然科学基金面上项目：“法拉第波及钝体尾流不稳定性的实验与数值模拟”，“涡致振动控制方法研究”，“尾流控制机理与减阻减振”;2008年，进入中国计量学院后，他主要从事流动控制与植物流体力学研究，主持在研国家自然科学基金项目“流向振荡柱体尾流不稳定性的控制”。

这些经历，使他对这一项目研究所需要的风洞实验设备非常熟悉，积累了丰富的流体实验研究经验。项目组自2009年以来，已先期开展了树叶气动特性的风洞实验研究，取得一些新的发现，为本项目的顺利进行打下了良好基础，同时为本项目研究目标指定了方向。

在硬件设施方面，邵传平所在的中国计量学院全力支持，除标配的风洞实验设备如热线风速仪、PIV、激光多普勒测速仪，电子压力扫描阀之外，学院在今年还购买了数字图像相关位移测量仪，定做了一台测量树枝和树叶瞬时升阻力的六分力动态天平，为流动控制实验和树叶气动特性测试提供设备。同时，课题组还与一家公司合作研制了烟线发生器、氢气炮发生器，分别用于风洞和水洞的流动显示实验。

在数值模拟方面，中国计量学院流体研究所已订购最新型的曙光工作站，能够满足流固耦合计算需要。

一切准备就绪，科研活动也得以顺利展开。

第2篇：流体力学研究方向范文

University of Oradea, Romania

Global Smoothness and

Shape Preserving

Interpolation by

Classical Operators

2005, 146pp.

Hardcover $ 79.95

ISBN 0-8176-4387-7

Birkhuser

研究经典插值算子(如Lagrange插值算子、Grünwald插值算子、Hermite-Fejér插值算子和Shepard插值算子)的整体光滑保存性质，即GSPP与这些经典插值算子的保形性，也就是SPP在数据拟合、流体力学、计算机辅助几何设计、曲线和曲面的应用中具有重要的意义，它们是计算数学中的重要研究方向。本书系统介绍了这方面的最新研究成果，同时也给出了很多公开性问题。这些问题不仅对从事函数插值、数值分析、逼近理论等数学研究领域的科研人员，而且对从事计算机辅助几何设计、数据拟合、流体力学等领域的研究人员都是非常有用的。

全书共分4章。第1章单变量整体光滑保存，分6节：1.相反的结论；2.Lagrange算子、Hermite-Fejér算子和Shepard算子的整体光滑保存；3.代数投影算子及其整体光滑保存性；4.Jackson三角插值多项式的整体光滑保存；5.三角投影算子及其整体光滑保存性；6.文献与公开性问题。第2章单变量部分保形，分为4节：1.导论；2.Hermite-Fejér多项式与Grünwald多项式；3.Shepard算子；4.文献与公开性问题。第3章双变量整体光滑保存，分5节：1.导论；2.双变量整体光滑保存的Hermite-Fejér多项式；3.双变量整体光滑保存的Shepard算子；4.双变量整体光滑保存的Lagrange多项式；5.文献与公开性问题。第4章双变量部分保形，分为4节：1.导论；2.双变量部分保形的Hermite-Fejér多项式；3.双变量部分保形的Shepard算子；4.文献与公开性问题。

本书作者深入浅出地阐述了自己最近五年在GSPP和SPP方面所做的最新科研成果，提出了许多公开性问题。本书适合从事数值分析、函数逼近、数据拟合、计算机辅助几何设计、流体力学以及其它相关应用科学领域的科研人员、工程师和研究生阅读和参考。

朱永贵，博士

（中国传媒大学理学院）

Tschu Kangkun, Professor

第3篇：流体力学研究方向范文

【关键词】同轴旋转圆台；雷诺数

1.前言

旋转流体运动是流体力学中一个重要的研究课题， 其中的两旋转柱体间隙区域上的流动问题在军事方面、能源与动力工程方面等方面有着广泛的应用。拉格朗日-欧拉方法（以下简写LE）是流体力学领域中比较常用的计算方法。LE方法中使用的是多边形网格，是通过将整个求解区域按Voronoi规则划分得到的，这种划分流场的方式可确保流动单元在流场中沿流线做连续、平滑的运动。在流动发生一段时间之后，各流动单元及其相邻点的位置发生变化，还要按该规则重新划分流场。LE方法在构造差分格式时，流动单元的应变率、应力和压力都定义在多边形的中心，而速度分别定义在多边形的中心和顶点上。

在使用L-E方法时，可以对其中流动网格的生成和边界条件的处理等内容做了进一步改进，使之能够处理各种复杂边界条件下流体的流动问题。

2.数值模拟圆台间流体流动

2.1基本数学模型

考虑一个同轴旋转圆台，圆台中充满不可压缩流体，内、外圆台均以一定的角速度旋转。当t=0时，流体由顶面入口处流入，入口和出口是自由面。流体满足N-S方程：，其中 分别表示流体的速度、密度、压力和运动学粘性系数。边界条件为：，，， ， 其中∑1、∑2、 ∑top和∑base分别表示内、外圆台的壁面，圆台装置的顶部和底部表面。

用计算机软件模拟出圆台间的流体后，将数据文件导入到处理器中，然后沿着旋转轴Z轴截面取值，从而得到每一个Z轴值所对应的速度和压力值：

，其中分别为zi面上三个方向的速度矢量值，Pij为zi面上的压力值， n表示在zi面上总共取到的点的数目。

2.2画出圆台网格

本文中对旋转液膜反应器进行模拟，先建立一个外圆台，然后再建立一个同轴的内圆台作为转子。模型尺寸按照真实旋转液膜反应器的尺寸进行构建。

在对指定的问题进行圆台流体模拟之前，首先将要计算的区域离散化，即把空间商连续的区域划分成许多个子区域，并确定每个子区域中的节点位置及该节点所代表的控制容积，从而生成网格。

2.3模拟条件的设定

（1）根据雷诺数公式算出在固定Re值下的转子的转速。上部为流体入口，下部为出口，外部圆台在不同的情况下设为不同的边界条件。在低雷诺数时，采用层流模型。

（2）临界流量的概念 ：一定间隙与转子转速条件下的这一固定的流体加入速度为临界流量。在一定的间隙和转速情况下，流体只能以某一固定的流速加入到反应器中间，由于反应器上部的入口处是一个开放的体系，与大气相通，因此当流体的加入速度小于这一固定流量时，旋转液膜反应器的反应空间中会被带入大量的空气，导致圆台内部的流体不再为单一流体，使研究的流体运动不准确；而当流体的加入速度大于此值时，流体会从反应器的入口处溢流出反应器外界。在本次模拟中，将初始速度设为0.015m/s.

（3）计算区域网格化以后，用有限数目的离散点的值来表示连续的计算域，微分方程即可以转化为代数方程组。本文数值模拟采用有限体积法、分离式稳态算法对控制方程进行离散，它在每个控制容积中对控制方程进行积分，导出离散方程，采用二阶迎风格式进行离散。将控制方程离散变为代数方程后，即可开始求解。

3. 实验结果

本次模拟均是低雷诺数条件下，对圆台间流体流动进行的数值模拟计算。内圆台到外圆台之间的流动非常规则和均匀，同时侧面的流动亦是如此，由此我们可以断定在Re=50时，流动是稳定的层流。

3.1内、外圆台同向旋转

根据基本模型： 。当内、外圆台同向旋转时，雷诺数为：。如同2.3的模拟计算流程，其中外圆台的雷诺数设置的数值是100，内圆台设置的数值是50，因此这次模拟的雷诺数值是50。下面是所得到的结果图：

左图是内圆台的速度等值线，右图是外圆台的速度等值线。从图中可以看出：内圆台的速度等值线整体小于外圆台的值。

下面再来研究压力、速度和Z轴的关系。

从图中可以看出：在内、外圆台同向旋转的情况下，压力和速度与Z轴的近似线性关系仍是很好。与内圆台旋转、外圆台固定情况不同的是，速度和压力的值都有所增大。虽然两种情况的整体雷诺数值是相同的，但是在外圆台也旋转情况下，流体的速度和压力的值都改变了，值变大了。

3.2内、外圆台异向旋转

根据基本数学模型：。当内、外圆台异向旋转时，雷诺数为： 。其中外圆台的雷诺数设置的数值是50，内圆台设置的数值是50，因此这次模拟的雷诺数值是100。

当内、外圆筒异向旋转时，存在一个区域，在该区域内流体的流动状态是稳定的层流。对于圆台装置，经过模拟分析，我们发现在低雷诺数时，圆台间的流体的流动状态也是稳定的层流。

经由处理得到的压力、速度和Z轴关系图如下：

3.3三种模拟情况的对比

我们将上述两种模拟结果与“内圆台旋转，外圆台固定”的情况作对比。

从上图可以看出：三种情况下的速度递减斜率几乎相同。压力的递减斜率变化则比较大。

3.4展望

我们已经知道流体的临界流量对流体流动模拟的重要性，因此可以研究圆台入口给出流体的入口速度。雷诺数Re、圆台半径R1、R2的关系，可以经过一定数量的数值模拟，得到流速与以上几个参数的无量纲化后给出。这对现实的实验研究有着很重要的应用意义。

4.结论

通过对同轴旋转圆台间流体的运动做数值模拟，将模拟的数值结果进行处理后，画出流体压力和流速等关于旋转轴Z轴的关系图。结果表明：在低雷诺数时，内圆台旋转、外圆台固定，流体的流动状态是稳定的层流；当内、外圆台同向或者异向旋转时，只要保持低雷诺数，流体就也仍是稳定的层流；并且当内外圆台同向旋转时，压力和速度的值变化斜率较大，外圆台固定时的压力和速度的值变化斜率较小。

参考文献：

[1]Arne Schulz， Gerd Pfister. Bifurcation and structure of flow between counter-roating cylinders. Institute of Experimental and Applied Physics[J].

[2]郭盛昌.旋转液膜反应器对沉淀反应的强化作用研究[D].北京：北京化工大学，2009.

[3]王贺元，李开泰.Couette-Taylor流的谱Galerkin逼近[J].应用数学和力学，2004，10（25）：1083-1092.

第4篇：流体力学研究方向范文

[关键词]跨专业选修课 液压与气压传动 纺织工程 教学 实践与体会

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）06-0138-03

随着不同学科之间的相互交叉、融合、渗透而出现了交叉学科，而科学上的新理论、新发明的产生，新的工程技术的出现，经常是在学科的边缘或交叉点上。因此，作为以人才培养为首要任务的高等院校应重视交叉学科将使学科本身向着更深层次和更高水平发展。交叉学科人才培养要求学生选修与本专业相关的基础课程即跨专业选修课程，以使学生具备交叉学科及专业发展的必要基础理论知识。纺织机械是一种集机、电、光、液、气等于一体的装备，其本身就要求相关学科交叉与融合。

本文以纺机液压与气压传动课程为例，分析了学生专业与跨专业选修课的特点，指出开设跨专业选修课程的必要性，重点阐述跨专业选修课程教学中遇到的问题及解决措施，对跨专业选修课程的教学和进一步实践与探索具有普遍而又重要的意义。

一、学生专业与跨专业课程特点分析

现代科学的发展是在多学科交叉、融合、渗透中不断发展的，对于人才能力的需求是多元化的、综合性的。2008年11月11日，在2008诺贝尔奖获得者北京论坛上，华人图灵奖得主姚期智指出，多学科交叉融合是信息技术发展的关键：当不同的学科、理论相互交叉结合，同时一种新技术达到成熟的时候，往往就会出现理论上的突破和技术上的创新。在高等院校，开设跨专业选修课目的就在于让学生掌握与自己专业相关的交叉学科的基础理论知识，为学生进一步全面综合发展提供后劲。

（一）学生专业特点分析

纺织工程专业培养具备纺织工程方面的知识和能力，能在纺织企业、科研、教学等部门从事纺织品设计开发、纺织工艺设计、服装设计与工程、纺织生产质量控制、生产技术改造以及具有经营管理初步能力的高级工程技术人才。毕业生可在纺织行业、高等院校、科研院所、商检等单位从事纺织品生产、纺织品贸易、教学、科研、开发及市场营销等工作。纺织工程主要课程包括机械设计基础、电工与电子技术、计算机原理及应用、纺织化学、纺织材料学、纺纱学、织造学、纺织品设计学、企业经营与管理、生物工程在纺织上的应用等。[1]

纺织工程是一个有关纺织产品设计、质量控制、生产技术等的系统工程。纺织机械是一种科技含量高，品种繁多，性能各异，批量中等，连续运转，集机、电、光、液、气等于一体的装备。[2]纺织机械是纺织工业的生产手段和物质基础，其技术水平、质量和制造成本，直接关系到纺织工业的发展。为提高纺织机械的高效化和自动化，一般纺织机械动力部分普遍采用液压与气压传动系统。比如DT-4C纺丝机液压系统、ZTE型浆纱机液压系统、清棉机气动系统[3]等。学生在学习本专业的过程中，一个中心环节就是对于纺织机械本身构造与工作原理的了解和掌握，这对于学生后续就业、深造具有重要意义。因此，学生学习纺机液压与气压传动课程是自身专业属性所决定的。

（二）跨专业选修课程与学生专业相关性

纺机液压与气压传动属机电及机械类（非热能与动力工程专业流体传动与控制方向）专业的一门技术选修专业课，主要讲解液压气压元件及系统的基本原理、结构及其应用。要求学生在学习本课程之后，能够掌握液压及气压传动系统的特点和基本概念;熟悉各种液压泵、液压执行元件、液压阀、液压辅件和气源装置、气动辅助元件、气动执行元件、气动控制元件;了解液压和气动基本回路，初步具有阅读简单液压、气动系统图的能力。[4]这对于纺织工程专业学生来讲，正是从事纺织工程专业产品设计、质量控制、生产技术的要求，尤其是在生产技术、质量控制方面，也是实现自身全面、综合发展的需要。

二、跨专业选修课教学过程中的问题及解决措施

在从事跨专业选修课程纺机液压与气压传动教学中，笔者遇到学生专业基础薄弱、重视程度低及兴趣不浓、适用教材参考资料少、实践环节欠缺、考核方式选择等普遍而又实际问题，现逐一分析并提出探索性的解决措施。

（一）学生专业基础薄弱

纺机液压与气压传动是一门主讲液压气压元件及系统的专业技术课，它除要求学生具备机械设计基础、电工电子技术等基础知识外，更重要的是要求学生具备流体力学基础知识。流体力学是理解和掌握好液压气压元件及系统的核心专业基础知识。而纺织工程专业学生没有先修流体力学相关课程，这给学生理解相关问题比如液动力、气穴现象等造成先天不足和困难。

因此，在进行液压气压元件及其系统教学之前，对学生进行流体力学基础部分的补充教学十分必要。在本课程中主要讲解流体静力学、流体运动学及动力学基础知识，让学生了解液压与气压传动中工作介质――液压油和空气的基本属性比如黏性等，连续性方程、动量方程及伯努利方程等基本定律，雷诺数及流态等流体流动规律。这对于学生后续学习和掌握液压气压元件基本工作原理及性能分析提供有力保证，也使得教学过程更加顺畅、高效。

（二）学生重视程度低及兴趣不浓

选修课在学生看来，一般认为是不重要的、与自身专业关系不大的课程。尤其在学分制下，学生的主要目的在于拿学分。因此，在学习过程中，学生重视程度及兴趣远不如必修课程和专业课程，他们通常有这样的表现形式――不专心听讲。这对选修课程的教与学造成一定的不良影响。

“兴趣是最好的老师”，只有学生对课程产生浓厚的兴趣，才能激发他们的学习热情与主动性。在纺机液压与气压传动教学中笔者始终贯穿纺织机械与液压气压传动相结合的思想，使液压气压传动扎根于纺织机械土壤中，让液压气压传动烙上纺织工程的专业特色。在一开始的绪论教学中，除了介绍液压气压传动在国防、工业生产及生活中的应用，更重要的是介绍其在纺织机械中的广泛应用，比如简介液压式压辊加压系统、GA331浆纱机液压无极变速器控制牵引辊传动系统等，激发学生的学习兴趣和热情。在平时教学中，比如讲解液压泵、液压阀及液压执行元件时，有意识地介绍其在相关纺织机械中的应用及举例，播放纺机液压气压系统实际工作过程录像。另外，结合时事新闻讲解相关知识，比如在讲液压换向阀及液压基本回路及系统时，结合最近（2014年10月17日）为纪念中法建交50周年，法国设计制造的巨型机械神兽“龙马”和“蜘蛛”在北京奥林匹克公园苏醒，进行巡游表演的新闻，其中巨型机械神兽“龙马”和“蜘蛛”使用最先进的自动化控制系统和电子设备控制，它可以行走、腾跃，[5]其动力及执行部分就是液压系统，从相关新闻报道图片中可以直接看到液压多路换向阀及液压缸。这对于激发学生对纺机液压与气压传动课程的学习十分有利，可以极大地促使他们产生兴趣，进行主动学习，也有力地促进课堂教学的顺利开展。

（三）适用教学参考资料少

目前，热能与动力工程专业流体传动与控制方向专业（即液压专业）对于液压气压传动有一个系统的学习体系，主要课程包括流体力学、自动控制原理、液压元件、液压传动系统、气压传动系统、液压控制系统、液压技术进展等专业课程，其知识模块之间具有一定的内在逻辑关系，使用的教学参考书籍比较模块化、专业化。这对于纺织工程学生来讲，在有限的学时内学习，有较大的困难。而且，目前还没发现一本既有机结合相关课程核心知识“流体力学――液压元件――液压气压传动系统――液压控制系统”又结合纺织机械专业背景的适用教学参考书目。

笔者在现有的液压教材中找到两本比较适合的书籍：《纺织机械液压与气动技术》（魏俊民主编），《液压气压传动与控制》（冀宏主编）。前者特点是在讲液压与气压系统时很好地结合纺织机械中的液压与气压传动系统进行分析和讲解;后者则从最基础的流体力学基础――液压元件――液压系统――气压元件――气压系统，全面系统地介绍了液压气压传动的基本原理。[6]在讲授过程中，笔者结合两本书，一方面补充学生欠缺的流体力学基础，另一方面结合学生的纺织机械专业知识，讲解液压气压元件及系统的基础理论及应用，收到了较好的教学效果。

（四）实践环节欠缺

纺机液压与气压传动作为一门讲解液压气压元件及系统的专业技术课，本身具有实践性强的特点。但在跨专业选修课中教学大纲并没有安排相应的实践教学环节，学生缺乏对于液压元件及系统的直观认识和感受，这也可导致学生学习兴趣低、热情不够，实践动手能力不足。

在课堂教学中对重要液压元件比如液压泵、液压阀等进行实物拆装，让学生直观认识元件结构，这对于其理解相关工作原理有很大好处。另外，可选择性进行实验演示，如液压泵性能实验、液压阀性能实验、液压气压回路及系统性能实验等。对学有余力或者感兴趣的学生开放实验，让他们自己动手操作，这对于学生的专业认知和理解会更加深刻到位。

（五）考核方式的选择

在纺机液压与气压传动的教学大纲中规定考核方式为综合测评。一般的选修课大多采用“出勤成绩+答辩（或大作业）”的形式进行综合测评。但我们认为，作为一门技术型的专业选修课程不应该是技术概论型的课程，要实实在在地在学生的脑海中留下一些印象，就要对学生的后续学习、就业、深造等提供一些支撑。而答辩或大作业往往只侧重于某一块知识的考查，对于学生的整个液压气压传动知识体系的构建意义不大，同时也对教师掌握教学效果以及后续教学改进提供不了太多的有效信息。

参考必修课程和专业课程的考核方式，提出并采用“出勤成绩×30%+‘测试1’×40%+‘测试2’×30%”的考核方式。其中将测试部分分为测试1和测试2（均为闭卷考试），测试1侧重于液压气压元件基本原理、符号识别的考查，测试2侧重于液压气压基本回路及系统的识别与分析。通过批阅试卷，发现学生对于液压气压传动基本原理及元件符号识别掌握得不错，但是对于液压气压基本回路及系统的分析能力欠缺，因此，教师可以根据这些信息，在结课时，再次重点讲解相关知识，可以有力填补学生的知识漏洞，同时也为后续教学活动的进一步改善提供有力信息，比如教学中加强和提升学生液压基本回路及系统的分析能力。

三、总结

纺机液压与气压传动是纺织工程专业一门十分必要的跨专业选修课程，其讲授的有关纺织机械的液压气压传动知识直接关系到纺织产品质量控制和制造成本以及纺织工业的发展，同时也是培养交叉综合型纺织工程人才的需要。作者以跨专业选修课程纺机液压与气压传动的教学为例，重点阐述跨专业选修课程教学中遇到的学生专业基础薄弱、重视程度低及兴趣不浓，适用教材参考资料少，实践环节欠缺，考核方式的单一等大多数跨专业选修课程所面临的普遍而实际的问题，并逐一进行分析，提出探索性的解决措施。这对跨专业选修课程的教学和进一步实践与探索具有普遍而又重要的意义。

[ 注 释 ]

[1] 兰州理工大学纺织工程专业培养计划[M].兰州：兰州理工大学，2010.

[2] 陈革，杨建成.纺织机械概论[M].北京：中国纺织出版社出版，2011.5.

[3] 魏俊民.纺织机械液压与气动技术[M].北京：纺织工业出版社，1986.

[4] 兰州理工大学液压气压传动课程教学大纲[M].兰州：兰州理工大学，2013.

[5] 中国网，法国巨型机械“神兽”将在京演绎“龙马精神”（高清组图），2014.10.10.

[6] 冀宏主编.液压气压传动与控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2009.

第5篇：流体力学研究方向范文

关键词：化工装备；课程体系；工作任务；技能；背景知识

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）41-0215-02

一、构建基于工作任务的课程体系思路

“高职化工装备技术专业综合改革”是四川省教育厅2011年高等教育质量工程立项建设项目，化工装备技术专业课程体系建设是化工装备技术专业综合改革的重要部分之一，本文介绍的课程体系已经在我院2010级开始试行。机械工程系邀请化工装备技术行业企业专家、人力资源部门负责人、生产一线技术人员和管理人员组成专业建设委员会，课题组通过市场调研，召开专业建设会议，并广泛征求教师、行业企业专家和技术人员意见，指导化工装备技术专业课程体系建设，提出了基于工作任务的核心课程体系建设的方案。通过对化工装备技术专业所对应的职业岗位进行分析，提炼出适合教学的主要49个工作任务，对岗位的工作任务进行组合，将岗位背景知识、工作过程的相同或相近知识点、技能点进行归纳分类，以化工装备为载体、化工装备维修为核心，将化工装备的构造、原理、基本故障诊断和维修等融为一体构建一门课程，遵循由简单到复杂、由单一到综合的认知规律，形成专业核心课程体系。打破传统的以学科体系为基础的课程体系。在这一课程体系中把工程力学相关理论融入到机械结构设计与装配中，化工原理、流体密封的相关知识融入到流体机械结构与维护、化工设备结构与维护等课程中，构建基于工作任务的核心课程体系。

二、化工装备技术专业核心课程体系构建

1.化工装备技术专业岗位工作任务的确定。成立由专业带头人、骨干教师、企业专家、能工巧匠、行业专家组成的专业建设委员会，指导专业建设工作。通过对典型企业调研，确定本专业职业岗位的工作任务，这些任务包括机械零件图阅读、机械零件测绘、加工、热处理，通用零部件的选择、装配与维修，液压系统维护、各种化工设备的运行、维护、安装修理，各种化工机器的运行、安装修理、设备管理等49个主要工作任务。罗列完成工作任务所需知识和能力，对工作任务进行分解、组合，以典型化工装备为载体，将化工装备的构造、原理、基本故障诊断和维修等融为一体，构建一门课程。

2.课程体系的构建方法。遵循由简单到复杂，由单一到综合的认知规律，形成基于工作任务的核心课程体系。加强实践环节，将实践进一步的具体到位，以任务驱动、项目导向法进行课程内容重组，按照理论够用为度、突出实践的原则，融合职业资格证书所需的能力内容，将工作领域的工作任务和内容转为学习领域的课程教学内容。进一步的完善，使课程体系、教学的内容更加贴近科学化，实际现实化，使形成完整的可执行的课程体系方案。

3.化工装备技术主要核心课程的构建。第一，机械制图。所对应的工作任务为零件图阅读和零部件图的绘制；所需技能和背景知识为制图的基本知识、零件的表达方法、零件图、装配图绘制与阅读。第二，互换性及技术测量。所对应的工作任务为零部件的加工，所需技能和背景知识为尺寸几何精度及测量。第三，工程材料及成型。所对应的工作任务为零部件的热处理，所需的技能和背景知识为材料的基本知识、热处理、热成型、普通机械加工方法及设备、数控加工技术及设备与特种加工技术及设备。第四，钳工操作训练。所对应的工作任务为钳工操作，按照钳工基本进行训练。第五，机械结构设计与装配。所对应的工作任务为通用零部件的选择、装配与维修。所需的技能和背景知识为常用构建、联接件、机械传动、周、轴承、弹簧等结构特点、工作原理、选型与安装。第六，液压传动。所对应的工作任务为液压系统维护，所需的技能和背景知识为液压传动的工作原理及组成、流体力学基础、液压元件、典型液压回路、传动系统、液压控制系统。第七，化工生产基础。所对应的工作任务为化工生产实习，所需的技能和背景知识为常见化工生产工艺、工作过程知识，管道、阀门的标准、结构、安装维护等。第八，化工设备结构与维护。所对应的工作任务为化工设备的保温、隔热，换热器的故障判断与维护；塔设备的运行、维护与检修；反应设备的运行、维护与检修。所需的技能和背景知识为传热学原理、换热器的结构、工作原理、运行、维护、检修知识；气体的吸收、精馏原理，塔设备的结构、工作原理、维护与检修等；反应设备工作原理，反应釜密封、搅拌类型，反应容器的结构、运行及维护检修等。第九，压力容器结构与制造。所对应的工作任务为压力容器设计与制造，所需的技能和背景知识为压力容器分类、结构、强度计算，主要零部件、压力试验和气密性实验的操作方法，压力容器制造工艺及无损检测。第十，流体机械结构与维护。所对应的工作任务为离心泵及其他类型泵的运行与维护、离心式压缩机及风机的运行与维护、活塞式压缩机运行与维护，所需的技能和背景知识为流体力学基础知识、工程热力学基础知识、流体密封与结构，泵、压缩机、风机的工作原理、结构、运行与维护、选型、检修与安装。第十一，分离机械结构与维护。所对应的工作任务为分离机械的运行、故障诊断、安装修理，所需要的技能和背景知识为介质特性、沉降、过滤、萃取、离心分离原理、分离机械原理、结构、运行、维护、检修与安装。第十二，化工机械状态监测。所对应的工作任务为化工机器振动监测与处理，所需的技能和背景知识信号处理、旋转机械故障诊断与处理。

化工装备技术专业基于工作任务的核心课程体系建设项目，已经在我院2010级开始试行，相应的校本教材已编写完成，我们将在今后的教学实践中，不断的完善和提高，根据教学的实际情况来不断的完善校本教材，根据规范的校本教材来具体实施，用以取得良好的效果，为化工行业和地方经济的发展提供高素质高技能的专门技术人才。

参考文献：

[1]姜平.试论基于工作过程的高职专业课程体系的构建[J].中国职业技术教育，2008，（34）：24-25.

[2]崔秀敏.构建以职业能力为本位的高职课程体系[J].中国成人教育，2008，（1）：100-101.

[3]魏胜宏.优化高职课程体系培养学生可持续发展能力[J].镇江高专学报，2009，（4）：70-73.

[4]唐树伶.以能力为核心的高职课程体系的构建[J].中国成人教育，2009，（15）：74-75.

第6篇：流体力学研究方向范文

【关键词】interFoam;OpenFOAM;两相流;计算流体力学

The Application of Two-phase Flow Solver interFoam in Numerical Simulation

ZHANG En-zhen

（Bridge Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China）

【Abstract】The numerical simulation of two-phase flow become one of the focus in CFD lately，interFoam is a solver in CFD software，OpenFOAM.It can simulate the two-phase flow and deduce the interaction between fluid and air brilliantly. Inheriting the object-oriented feature from C++，it is becoming more and more popular.

【Key words】interFoam; OpenFOAM; Two-phase flow; Computational fluid dynamics

0 引言

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。与实验研究相比，CFD计算具有速度快、成本低、资料完备等优点。

目前流行的CFD计算软件有Fluent、OpenFOAM等，其中penFOAM是Open Field Operation And Manipulation的英文缩写，很形象的概括了这款软件（严格的说，应该是开源的C++代码包）的特点：开源、直接对场操作、运算和处理。由于代码是开源的，所有代码均用户可见、可改、可重用，该软件具有非常大灵活性，几乎可以实现所有的用户自定义边界条件（时间相关、空间相关均可）、所有的来流条件，用户可以任意修改的N-S方程表达式（包括添加源项，添加新的场量，如温度），支持几乎所有的网格形式（包括结构、非结构网格）。

两相流的数值模拟是近年来的CFD领域研究的热点和前沿课题之一，目前流行的CFD计算软件都有各自的两相流求解器，interFoam是OpenFOAM中最基础最完善的两相流求解器。

1 interFoam及其特点

OpenFOAM有许多两相流求解器，interFoam是其中之一，用来求解不掺混的两相流（掺混指的是一种流体分布在另一种流体当中，如气泡在液体中的运动）。InterFoam求解器中对于两相流自由界面的捕捉即是使用的流体体积法（VOF），而对于空间离散则是采用的有限体积法（FVM）。

interFoam是当下众多用于模拟两相流动是数值方法和代码中的一个流体体积法（VOF）数值工具，其正越来越受到更广泛的关注和应用，Trujillo.M.F [1]等（2011）的文章中也说明了这一点。这个VOF求解器最早是被Ubbink用在FOAM框架中的，其从最初的版本到现在经历了不断的改进。其如今的代码格式是OpenFOAM软件下的C++库中的一部分，通常用来对一系列与计算方法有关的偏微分方程作有限体积离散。C++语言面向对象的技术特点使其能与众多同类数学工具相竞争，也使得在其拓展和改进时，对高阶矩阵的操作更加容易。除此之外，还有其他一些优良的特点使得这一工具更具竞争力，如很容易实现并行、支持前处理和后处理工具、错误检查机制、可选的时间和空间离散化方法等等。

2 数值计算方法

N-S方程是公认的适用于所有流体的普适性偏微分方程，时间控制的三维可压缩牛顿流体运动及热量传递控制方程为：

■（1）

方程存在极少的解析解，而通常工程问题应用中都是以取得偏微分方程的数值解为目标。大多数情况下计算N-S方程的精确解所需的计算量是巨大的，对工程问题是不可行的。这时候就需要一些简化的假设及模型使实际计算问题变得经济上可行。在interFoam求解其中假设流体是非粘性的，采用的控制方程为欧拉方程。

OpenFOAM采用有限体积法对偏微分方程进行空间离散。计算区域被分解成各个控制体，即离散的体积元。偏微分方程的通量形式在不同体积元之间相互联系。因为通常情况下流出体积元的通量是等于流入其的通量，所以一般有限体积法是守恒的。所涉及的量值（速度、压力等）是计算在体积元的质心的。相邻质心之间的数值可以通过差值来确定。

interFoam求解器是使用流体体积法（VOF）来进行界面捕捉的。其使用一个称为相参数（phase fraction，同上节的体积分数F）的特性数来捕捉自由流体界面。在OpenFOAM 1.5dev版本中，这个相参数是用字母γ来表示的，更新的版本则是用α来表示。这个参数是通过流场中对流来运输的，参数输运方程如下：

■（2）

在只含有气体的体积元中此参数值为0，在充满液体的体积元中此参数值为1。在含有气体和液体接触的自由界面的体积元中，此参数值介于0和1之间。

interFoam中所使用的VOF方法有人为分散水汽接触界面的趋向，保持接触面形状清晰的一个方法是在垂直于接触面出施加人工压力梯度。在OpenFOAM中，人工体积力梯度可以通过cGamma设置来进行控制。

3 interFoam的应用

表1对interFoam求解器最新的应用实例做了一个列举。

表1 最新应用interFoam的相关研究

Jonas Andersson（2011）曾利用OpenFOAM软件中的interFoam求解器对波浪及波浪引起的应力进行了数值模拟，并与实测数据进行了对比以验证此求解器的准确度。

blockMesh是OpenFOAM附带的工具之一，可以用来生成简单几何形状的网格。同OpenFOAM其他工具一样，blockMesh也是通过路径文件夹（dictionary）控制的，这使得参数化网格更加方便。输入若干关键参数便可以生成复杂网格，在原来参数上改动少许数据，则可以生成完全不同的复杂网格。这让blockMesh工具非常适合用于有几何相似性的一族网格的分析研究，比如参数最优化对网格的影响的研究。

ParaView是一个开源的数据分析及可视化后处理的工具。通过语句分析接口（Message Parsing Interface，MPI）ParaView可以并行运行，使得大量数据可以快速分析。同其他大部分后处理软件一样，ParaView可以交互地3D化地运行。

Suraj S Deshpande [14]等（2012）曾对OpenFOAM中的interFoam求解器在求解两相流的性能方面做过评估。通过不同的确定性指标测试，他们对此求解器做了一个全面的整体评估，这些测试内容包括：（1）（动力学）纯对流确认性测试;（2）高韦伯数限制的动力学性能;（3）表面压力驱动流动的动力学性能。相对应于（1），在此测试中，interFoam求解器的性能表现能够与已有的代数算法――流体体积法（VOF）相比对;然而，值得注意的是，其同那些几何重建算法（geometric reconstruction scheme）还是不可比的。在（2）中，对于高密度比（θ～103）惯性驱动流动的模拟，其余理论值和实验结果表现出了高度的一致性。在（3）中，表面张力的影响十分重要，压力表面张力演变的连续性和曲率的准确性是也是十分重要的，这也与Francois等（2006）的结论相符。与此同时，他们也作了其他的一些测试，主要结论有：（a）interFoam的算法能够保证压力和表面张力变化的连续性;（b）此求解器计算的曲率值与理论值有微少差异（10%左右），而且在此过程中略有变动。为了减少假性流动的扰动影响，他们在Galusinski和Vigneauxd（2008）的研究上更进一步，提出来一下interFoam毛细流动模拟稳定性的准则：

Δt≤max（10τμ，0.1τρ）（3）

其中τμ=μΔx/σ，τρ=■;他们还对于雾化有关的一些毛细流动做了模拟，得到的结果与已有文献中的数据也较为符合。

【参考文献】

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第7篇：流体力学研究方向范文

[关键词]环境控制；自然通风；热舒适度

一、前言

在现代博物馆设计和建设中，建筑师不只是要考虑如何设计、创造一个良好的室内参观和工作环境，也要对相关室内空间空气质量控制提供有效的解决办法，因为博物馆空气质量的优劣，直接关系到文物的安全保藏。室内环境控制主要通过通风、污染源控制和净化处理三种手段实现。

由于通风控制具有节能、便于操作等优势，在大力倡导节能减排的时代背景下，现代建筑的环境控制设计中，通风控制仍占有不可替代的重要位置。特别是自然通风，在计算机模拟技术、计算流体力学、数值数学等现代科技手段的支撑下正焕发出新的活力，自然通风在绿色建筑设计中被大量采用，设计合理的自然通风比机械式通风的环境控制效果更具有优越性。

通风模拟计算，通过物理的基本定律，利用流体力学和计算机相关理论和技术，对环境的热交换、介质流动等过程进行模拟预测，从而为环境分析及控制技术改造提供辅助评价和指导方案。

结合国内某博物馆的大型室内展厅环境控制技术升级改造计划，简要介绍通风模拟计算相关技术，提出改造方案，并对方案的效果进行分析。

二、现场环境

该博物馆位于海滨沙滩之上，与海岸线的直线距离不足500米，高温季节长，光照充足。所要进行环境控制改造的展厅是该馆最大的主体建筑，展厅全长88米，宽40米，地面距弧形穹顶的最高处为25米，整个的室内空间体积达4万立方米，属于超大建筑空间。该展厅分为上下两个功能区，下层功能区是一个巨大的水池，几何尺寸约40米*20米，深12米，上层为观众参观通道和工作平台。展厅能够和外界进行空气交换的地方是位于上层功能区参观通道和工作通道的四扇们，尺寸为1.5米*2米。其余部分，为全部密封的空间，最上层的弧形穹顶覆盖有大面积的采光玻璃，由于室内配备的空调和通风系统不足，特别是夏季，由于光照的作用，展厅内潮热严重，光照加热后的穹顶与室内水池相对的低温区域，极易形成逆向温差，富含养分的水体及现场文物发掘作业面淤泥中释放出来的有害气体（硫化氢、氨、氮氧化物、硫化物等），会积聚在展厅的底层，很难扩散稀释，给人员健康和文物的安全保藏带来隐患风险。

三、物理模型网格的建立与划分

空间网格的建立与划分是数值模拟计算的重要准备工作，数值模拟的准备性取决于网格的质量，网格的数量又会影响数值计算的工作效率，所以在网格数量划分和质量之间要相互协调、合理分布。对于该案例来说，具有空间大、几何形状较复杂的特点，可以适当采用比较稀疏的网格；而另一方面，该室内空间气流流动性较差，特别是梯度大的污染源、门、墙等处，在这些区域又要适当增加网格的密度。因为边界层（网格靠近墙面处）对计算壁面剪切力和热传导系数具有重要意义，所以在此处的网格划分时，将网格厚度设为1mm。

（一）通风模拟计算的理论基础

模拟计算的主要理论来源于计算流体力学，计算所用的基本控制方程有能量守恒方程、动量守恒方程、质量守恒方程。在具体的计算中，可以运用如下三个湍流模型：雷诺时均法、大涡模拟、直接数值模拟技术。

本研究采用的是雷诺时均法，这也是目前在工程中应用比较广泛的计算方法，它对模拟的具体场景要求较高，需要给出比较具体的场景信息获得相应的湍流模型，优点是计算量较小。控制方程组包括：连续性方程、动能方程、能量方程（方程式略）

（二）数值模拟分析

X=16是具有特征性的代表性截面，Z=1m、Z=-4m截面是在pmv分析中使用的，其高度距离行人行走平面1米

四、展厅基本条件设置

在进行模拟计算前，要对模拟计算的大气环境进行设定，根据这些事先设定好的基本参数进行稳态模拟计算，作为标准值，再此基础上，再输入动态的数值指标，完成一系列的模拟运算，得出模拟结果并加以分析。

内部湿度70%；屋顶曲面WALL，温度T=38℃；室内底面（水体表面）WALL，温度T=20℃；墙体、玻璃等，设定为绝热；四扇门设为唯一通风口；回流温度设为T=25℃

五、展厅模拟结果及分析

通过对模拟结果的分析，可以发现展厅门口附近区域有一定的气流流动，而其它区域流动性很差。展厅的温度为层状分布，上部温度高，下部温度低，呈典型的逆温特征。在X=16截面上，PMV指标均超过1以上，PPD均在40%以上，整个展厅的热环境较差，热舒适度不佳。特别是参观平台和工作平台，PMV指标均和PPD极不理想，观众及工作人员处于比较恶劣的热环境之中。对上述结果总结，得到如下几个特征性结论：

1.根据速度填色图，可以发现门附近处的速度较大，而且它区域的速度接近0，现实整个室内空间的气流流动状态较差。

2.由于室内垂直空间尺度较大，热力自然对流作用明显，沿着屋顶壁面处有向顶部流动的气流，并可观察到有明显的热边界层。

3.门后的温度低于门内温度，热空气由门的上部流出，而门下部有冷空气流入室内。

六、展厅自然通风的数值模拟

在设计大型室内空间的建筑中，出于节能减排的角度，自然通风往往是首先考虑的技术手段。因为采用空调系统对大型室内空间进行人工环境干预，其能耗是巨大的，如果能够合理利用自然通风等手段，将大大降低空调系统的能耗，节省开支。

根据流体力学原理，高开口的自然通风口设置，更有助于气流的流动，可以带走室内大量的高温气体，同时又不会给空调系统带来过多的额外能耗损失。

该博物馆坐落于距海边不足300米处，可以利用海风对室内环境进行改善控制，由于博物馆主体建筑在已经完成，各个功能区已经固定下来（文物区位于展厅的最底层），人员和观众活动区也位于展厅的中、下部空间，设置高开口的通风控制方式，对改善室内空气质量和环境舒适度影响不大。经过多方权衡论证，选定了在展厅较低的位置开口建立自然通风数值模型进行模拟。

（一）自然通风基本条件设置

通风口设置在展厅前后两端的墙体上，海风速度v=3m/s，温度t=26℃，湿度RH=80%。

（二）自然通风模拟结果及分析

由模型多截面风速图可以看出，在x=0.1m处，大值区在海风入口处；在x=16m、x=35m处，观众所在的通道依然可以保持较大的风速，而中间的大值区呈不断升高的趋势直到屋顶；在x=87m处，大值区在出口处。自然通风状态下，观众通道、实验工作平台的空气交换获得了较大的改善，PMV在±1之间，PPD

七、结语

该模拟研究，利用数值模拟模型，通过对室内的温度场、空气流场、污染物浓度场、PMV-PPD的分析，为展厅的通风改造提供辅助依据，获得如下结论：

1.展厅在改造之前，室内温度呈逆向的层状分布，整个室内空间气流流动较差，不利于污染气体的扩散和排出。

2.原展厅通风通道（门）不利于空气交换，热量郁积严重，特别是观众通道和发掘工作区的热舒适度差。

3.对展厅自然通风进行“改造”之后，展厅内观众通道和实验工作平台气流流动状态、污染物浓度和热舒适度获得了较大的改善；发掘工作区的气流流动状态改善不大，污染物浓度不会有较大的降低，而热舒适度可以获得一定的改善。

根据展厅数值模拟模型研究，可以为展厅的通风改造提供指导，能够较为准确地预测设计方案的实施效果。通过该模拟模型的研究提出，如果在利用机械通风的同时，能够借助周边的自然环境，利用海风对展厅进行辅助自然通风，这对降低能耗有较大意义。

参考文献：

[1]王昕，黄晨，曹伟武.自然通风在大空间建筑空调系统下室内热环境中应用的理论分析及实测研究[J].暖通空调，2009，39（5）：62-66

第8篇：流体力学研究方向范文

关键词：燃油喷嘴；调试技术；喷嘴结构；喷嘴流量

中图分类号：V233 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0027-03

1 概述

燃油喷嘴是航空发动机的重要零件之一，它的主要功用是按照发动机不同的工作状态，供给燃烧室合适数量的、具有良好雾化质量的燃油。其中喷嘴的供油量是保证发动机推力要求、影响燃烧效率和性能的一个主要指标。所以，发动机在装配试车之前，必须将单个喷嘴的流量调试到符合设计要求，且每台发动机必须装用同一组流量的喷嘴，以保证出口温度场的均匀。

本文根据流体力学的基础知识以及加工过程中积累的经验，对某型发动机燃油喷嘴流量的调试进行了较为全面的分析和探讨。

2 燃油喷嘴结构及工作原理

某型发动机燃油喷嘴属单油路离心式喷嘴，工作时，来自总管的燃油经支管进入壳体和油滤形成的环形空间，油滤体内设有纵向铣切槽，其中的两条将燃油引入油滤，燃油沿着油滤的螺旋槽进入喷嘴壳体的通道，过滤后的燃油沿壳体的通道输送到由分流杆、涡流器、喷口组成的雾化组件，然后由喷口喷出。

燃油经过涡流器上的四个切向槽时得到很大的扭矩，并以较高的切向速度进入涡流室，燃油受喷嘴圆形壁面作用形成了旋转流动，同时，以较小的径向速度和轴向速度向喷嘴内中心孔流动，燃油到达喷口边缘时，开始以较高的轴向速度从喷口喷出。

3 影响燃油喷嘴流量的因素分析

上面对燃油喷嘴的工作原理进行了说明，下面对影响喷嘴流量的因素进行分析：

3.1 燃油喷嘴几何特性与流量的关系

基本假设：燃油为理想流体；不考虑摩擦；零件质量符合设计图纸要求。

根据该喷嘴的结构和工作原理可知：燃油在涡流室中的流动可看作是轴向运动与自由旋涡表面合成的螺旋运动。燃油在喷口中心形成一个空气涡，且这个空气涡的尺寸能保证喷嘴稳定工作时流量

最大。

切向进口通道面积增加，喷嘴几何特性参数K增加（呈线性关系），从而使流量系数μ增加，流量增加；涡流室面积增加，喷嘴几何特性参数K减小（呈方根关系），从而使流量系数μ减小，流量减小；喷口出口中心孔面积增加，喷嘴几何特性参数K减小（呈方根关系），流量系数μ减小；但由公式（1）可知，流量与中心孔面积呈线性关系增加，因此最终流量仍将增加，不过不是呈线性关系。

对某型发动机燃油喷嘴而言：=4BH（B、H分别为切向槽的宽度和深度尺寸），=π，=π。

所以，涡流器切向槽宽度B、深度H、涡流室半径R及喷口中心孔半径rc都直接影响喷嘴的流量。

3.2 零件表面质量对流量的影响

上面介绍了喷嘴结构对流量的影响，而实际调试过程中，零件表面粗糙度及喷嘴内局部状态对流量的影响也不容忽视。

零件表面粗糙度对流量的影响：当涡流器与喷口结合处表面有拉沟、划伤或有缺口时，燃油除从4个切向槽进入涡流室中外，同时也从拉沟、划伤或缺口处渗入，也就等于增大了进口通道面积，从而使流量变大。

喷嘴内局部状态对流量的影响：上面的分析考虑的是理想流体，而实际流体因粘度的变化，对喷嘴流量的影响也不容忽视。喷嘴内局部状态不同，因燃油粘性产生的局部损失不同，所以使喷嘴前后压降不一样，即喷嘴流量发生改变。

喷口的状态直接影响了燃油在喷嘴内流动时产生的局部损失的大小。由流体力学知识可知：当B处为锐边时，局部损失系数较大，因而流量较小，而B处呈光滑圆角时，局部损失系数较小，近似为零，流量就增大。

另外，涡流器4个切向槽的表面质量对流量的影响也很大，由于没有这么小的铣刀，这4个槽只能用电火花加工，而电火花加工的表面不光滑，所以流量局部损失较大。

3.3 喷口、涡流器加工的形位误差对流量的影响

燃油经涡流器的4个切向槽进入圆形壁面内，如果涡流器的大外圆对端面的垂直度Φ0.015达不到，那么涡流器与喷口就不能很好地贴合，此时燃油除从4个切向槽进入外，同时也从结合面进入，也就增大了进口通道面积，从而使流量值变得很大。

另外，燃油在圆形壁面作用下产生旋转运动，然后从Φ1.35孔喷出。如果Φ1.35孔为椭圆，则A2

变大，从而也会使流量值变大。

4 某型发动机燃油喷嘴流量调试方法

在实际工作中，应该具体情况具体分析，并采取相应的调试方法。在保证供油压力和试验温度符合要求的前提下，按前面分析的尺寸B、H、R、rc的大小对流量的影响，在进行流量调试时，改变上述几何参数来达到设计规定的流量要求。

4.1 燃油喷嘴流量偏大时的调试

4.2 燃油喷嘴流量偏小时的调试

另一种增大流量值的方法是：因喷口转接处为锐边或近似锐边，若将转接处修成光滑圆角，则可使流量增大。当对流量为1210mL/min的喷嘴修研喷口转接处后，流量可达到1270mL/min。

为了减少流量调试的难度，更好地保证零件的加工质量，我们在加工涡流器的4个切向槽时，将槽宽和槽深的尺寸加工至上差，且尺寸公差尽量控制在0.01mm范围内，以保证流量试验时流量值偏上差，又不至于超过太多。

4.3 燃油喷嘴流量值出现异常时的调试

当燃油喷嘴流量值出现异常时（与合格流量相差几百毫升每分钟），此时切不可盲目地按照上述方法进行修理，而应该仔细地分析其产生原因。

若比合格流量大几百毫升每分钟，则需将喷嘴分解，目视检查涡流器与喷口相结合表面的质量，检查表面是否有拉沟、划伤或缺口等，如果有，则必须研磨涡流器或喷口的表面；如果没有，则可能是涡流器未装到底引起，重新装到底即可；如果确信已装到底，则可能是涡流器端面与大外圆不垂直造成，必须采用专用工装校正。

若比合格流量小几百毫升每分钟，则可能是零件组合时支管与油滤的纵向铣切槽未对准造成，此时只需重新组合好就可以了。

5 结语

通过前面的讨论，我们对某型发动机燃油喷嘴流量的调试有了比较全面的认识。加工者调试时只需针对不同的情况进行修磨就可以了，这样就大大地提高了生产效率，同时也杜绝了因盲目修理而造成零件报废，节省了生产成本。在实际调试过程中，在保证喷嘴流量的同时，还要保证喷嘴的雾化质量，这也就使得喷嘴的调试工作更加复杂。

参考文献

[1] 张春霞.航空燃气涡轮发动机喷嘴制造工艺[M].

[2] 西北工业大学，南京航空学院.航空燃气涡轮发动机原理[M].

第9篇：流体力学研究方向范文

关键词:EHD;离子风;电晕放电;电流体泵

随着科学技术的发展,现代人对家居环境质量的要求日益提高,高噪音的风扇空气压缩机等设备的噪音成为一大困扰,同时由于全球能源危机的加剧,特别是在我国建设节约型社会的倡导下,摒除传统电机驱动风扇做功的新型装置日益受到研究者关注。研究表明在电晕放电时会产生高速离子射流流动,这种离子射流对周围流体流动产生强烈的扰动,形成附加的流体运动,即所谓的电诱导二次流。离子的高速运动将会催动空气的流动。这为我们研究新兴空气传输装置提供了思路。特别是近年来,随着电流体动力学的发展,在EHD领域的电流体泵机理成为高压直流下空气流动的研究基础。本文将从电流体泵驱动机理方面定性阐述装置的理论基础,并提出一种简单的实现装置,即利用单片机控制的高压直流电源驱动电晕放电,结合线板式电极设计,形成一个完整的空气传输装置。

一、EHD原理实现空气传输的定性分析

(一)机理简介。EHD(Electrohydrodynamics,电流体动力学)作为流体力学 的一个重要分支,其研究方向为电场对流体介质的作用,也被看做是在运动电介质中的电场力学。介于此,在电场中,空气作为一种特殊的电介质会产生很多重要的现象,其中在强化传热方面、电流体泵方面渐渐为各方所重视。本文结合EHD领域电流体泵机理,着重讨论EHD在空气传输方面的应用,其中涉及直流高压放电下空气流动的数学建模计算。电流体泵有两种驱动机理,一是利用高压直流电场驱动流体,即离子泵拖拽,另一种是高压行波驱动流体;其介质中电荷来源于高压电极发射的单极性离子或是电解质分子受电击所产生的离子。本文正是讨论在直流高压下,由线―线电极放电促成“离子雪崩”效应,大量离子带动空气流动,从而实现空气传输的效应。

二、系统总体设计

该系统的基本结构如图3所示,它由电晕极、直流高压电源、收集极和气流通道组成。 其基本原理为,空气中的电子和离子在强电场的加速下,碰撞空气中的中性分子。使空气分子电离产生电子和正离子,能量足够大的电子继续撞击中性空气分子又使其电离产生电子和离子,与此同时有些能量不够大的电子吸附在空气中性分子中产生负离子,诱导其发生电子雪崩。空中的正离子在电场的作用加速,于此同时正离子将所获得的动能传递给空气分子,使其向前运动产生空气流。电晕放电以电晕为特点的一种放电,本装置是依据电晕放电而产生离子风。在电极制作上,吸取国内外在电晕放电领域的研究成果,通过大实验确定电极形状及间距。电源上,运用单片机技术保证脉冲频率及其波形以利于最大限度的电离空气。

三、电极结构设计

(一)电晕放电原理。本作品电极的设计基于脉冲电晕放电原理。脉冲电晕放电法脉冲放电产生等离子体的基本物理过程如下:在前沿陡峭、脉宽窄的脉冲高电压作用下,放电电极间的气体击穿,形成不均匀的很细的火花通道。电离产生的电子在电场作用下,以很高的速度向阳极运动,使气体进一步电离,形成电子流,电子流逐步扩大以致沟通整个放电通道,使储存在电容器上的电能通过放电通道迅速地释放。由于电容器释放出较大的能量,脉冲电流很大,可达每平方厘米数千安培,因而会在电极间形成等离子体。

(二)线板式电极结构。常见的脉冲放电等离子体反应容器有三种:线――筒(应该把―都改成――),线――板和针――板。本装置中将采用线――板式电极结构,线板型电极特性。放电线数一定时,线板电极间距增加,脉冲电压峰值和直流偏压增加,单次放电能量减小。线板电极间距一定时,随着线线间距变化,反应器上放电电压的峰值、流光能量有一最大值范围,直流偏压随着线线间距的增加而降低并渐趋稳定。本实验中线线与线板间距大致相当时,流光能量较大。线板电极间距一定时,随放电线间距增加,放电线数减少,峰值电压、直流偏压和流光消耗的能量逐渐减小并趋于平缓。但直流偏压在放电线数少到一定值时有增加趋势。

此为我们设计同性电极间距与异性电极间距及整个电极排布布局的依据。

四、驱动电源设计

电源作为本装置重要的工作元件,要求具有高频高压,稳定高效,低成本等优点。针对本装置的要求――产生电子雪崩效应应满足以下要求。

首先,鉴于上文所述脉冲电晕放电的相对直流电晕的优点,我们选用脉冲电晕放电,即要求脉冲频率可调,脉冲频率频率在1KHz到100KHz可调,电压上升时间

结束语:本装置立意新颖,目前国内在这一领域还未有应用实例,其关键在于装置的实现难度较大,具体体现在电晕放电分为暗流放电、辉光放电、刷状放电、流注放电、火花放电等情况,而电晕放电较不稳定,研究表明电晕放电最稳定状态为其辉光放电阶段。因此,为得到稳定的离子风,将设法使设备工作在辉光放电状态。要将设备控制在辉光放电状态,且使设备产生的离子风最大化,其对外部电压及极间距离有相当高的要求,而这则是该装置研究的核心难点所在。

作者单位:浙江理工大学

参考文献: