水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究
流体力学试题及答案
全国2015年4月高等教育自学考试 --工程流体力学试题 一、单项选择题(每小题1分，共20分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若流体的密度仅随( )变化而变化，则该流体称为正压性流体。 A.质量 B.体积 C.温度 D.压强 2.亚声速流动，是指马赫数( )时的流动。 A.等于1 B.等于临界马赫数 C.大于1 D.小于1 3.气体温度增加，气体粘度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.增加或减小 4.混合气体的密度可按各种气体( )的百分数来计算。 A.总体积 B.总质量 C.总比容 D.总压强 5.某单位购买了一台提升汽车的油压升降机(如图一所示)，原设计操纵方法是：从B管进高压油，A管排油时平台上升(图一的左图)；从A管进高压油，B管排油时平台下降。在安装现场工人不了解原设计意图，将A、B两管联在一起成为C管(图一的右图)。请你判断单靠一个C管通入高压油或排油，能操纵油压机升降吗?你的判断：( ) A.可以 B.不能动作 C.能升不能降 D.能降不能升 6.在一个储水箱的侧面上、下安装有两只水银U形管测压计(如图二)，当箱顶部压强p0=1个大气压时，两测压计水银柱高之差△h=h1-h2=760mm(Hg)，如果顶部再压入一部分空气，使p0=2个大气压时。则△h应为( )
C.△h=760mm(Hg) D.△h=1520mm(Hg) 7.流体流动时，流场各空间点的参数不随时间变化，仅随空间位置而变，这种流动称为( ) A.定常流 B.非定常流 C.非均匀流 D.均匀流 8.流体在流动时，根据流体微团( )来判断流动是有旋流动还是无旋流动。 A.运动轨迹是水平的 B.运动轨迹是曲线 C.运动轨迹是直线 D.是否绕自身轴旋转 9.在同一瞬时，流线上各个流体质点的速度方向总是在该点与此线( ) A.重合 B.相交 C.相切 D.平行 10.图示三个油动机的油缸的内径D相等，油压P也相等，而三缸所配的活塞结构不同，三个油动机的出力F1，F2，F3的大小关系是(忽略活塞重量)( ) A.F1=F2=F3 B.F1>F2>F3 C.F1
流体流动数值模拟
流体流动现象普遍存在于自然界及多种工程领域中。所有这些流动过程都遵循质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分守恒等基本物理定律；而且流动若处于湍流状态，则该流动系统还要遵守附加的湍流输运方程。本讲座将依据流体运动的特性阐述计算流体动力学的相关基础知识及任务；在流体运动所遵循的守恒定律及其数学描述的基础上，介绍数值求解这些基本方程的思想及其求解过程。 第一节计算流体动力学概述 计算流体动力学（CFD）技术用于流体机械部流动分析及其性能预测，具有成本低，效率高，方便、快捷用时少等优点。近年来随着计算流体力学和计算流体动力学及计算机技术的发展, CFD技术已成为解决各种流体运动和传热，以及场问题的强有力、有效的工具，广泛应用于水利、水电，航运，海洋，冶金，化工，建筑，环境，航空航天及流体机械与流体工程等科学领域。利用数值计算模拟的方法对流体机械的部流动进行全三维整机流场模拟，进而进行性能预测的方法越来越广泛地被从事流体机械及产品性能取决于各种场特性的设计、科研等科技人员所使用；过去只有通过实验才能获得的某些结果或结论，现在完全可借助CFD模拟的手段来准确地获取。这不仅既可以节省实验资源,还可以显示从实验中不能得到的许多场特性的细节信息。 一、什么是计算流体动力学 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，对包含流体流动和有热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压力场，以及热力场等），用一系列有限个离散点上变量值的集合来代替；并通过一定的原则和规律建立起关于这些离散点上的场变量之间关系，从而组成这些场变量之间关系的代数方程组；然后求解这种代数方程组，来获得这些场变量的近似值[1-3]；这就是流动的数值计算。或者直观地说，通过数值计算中的各种离散方法，把描述连续流体运动的控制偏微分方程离散成代数方程组，由此建立该流动的数值模型；再根据问题的具体情况，设定边界条件和初始条件封闭方程组；然后通过计算机数值计算求解这种代数方程组，从而获得描述该流场场变量的某些运动参数的数值解。 计算流体动力学是在经典流体力学、数值计算理论、计算方法，以及计算机科学与技术的基础上建立和发展起来的多学科、多领域交叉的流体力学中的一个新分支；或可以说是一门新学科。他将科学的理论知识与实际工程计算紧密地结合在了一起，是我们流体机械及流体工程学科和工程领域中目前科学研究与工程计算、分析或设计的高质、高效，短周期、低费用的强有力不可或缺的重要工具。
颗粒流介绍
年后 颗粒流（PFC)简介 2009-10-07 11:14:48| 分类：岩土工程| 标签：|字号大中小订阅 注：今天偶然间见到颗粒流的概念，以前一直不了解，今天查了查，贴在这里，以备以 后可以温故知新。 本文内容源自浙江大学罗永先生的博士论文，使得吾辈能花较少的时间看到广博的知 识，在此特向其表示感谢！ 岩土工程数值计算总体上可以分为两大类:一类是基于连续介质力学理论的方法，如有限元法(FEM)和快速拉格朗日法 (FLAC(1tasea，2002))等;另一类是不连续介质力学的方法，如离散元法UDEC(1tasca，2000)、3DEC(Itasea，1998)、PFC(Itasea，2002)和块体理论DDA(石根华，1988)等。离散元方法按其用途又可以分为宏观离散元方法和细观离散元方法，前者主要针对解决规模相对较大的不连续面，如断层节理结构与基础之间的结合面等引起的问题(UDEC，3DEC)，后者则着重于数目众多具有不连续特性的接触面或点，如破碎岩体中的破裂面、砂土中的接触面(点)和材料中颗粒之间的接触面(点)等。PFC(Particle Flow Code)是在著名学者Peter Cundall 主持下采用细观离散元理论(又称为粒子流理论)开发的一种数值计算平台，可以广泛地应用于研究细观结构控制问题。目前，PFC在世界上的应用并不广泛，成果报道也主要集中在PFC国际会议论文集中。
颗粒流PFC2D (Particle Flow Code in 2 Dimensions)平台数值模拟单元有两种:颗粒圆筒和颗粒(disc or particle)，主要用于平面应力和平面应变的特殊情况;颗粒流PFC3D(Particle Flow Code in 3 Dimensions)的数值模拟单元是三维球体颗粒(granular)，主要用于三维受力分析。 Cundall(2002)博士认为PFC在描述岩土体介质特殊特性方面有着其他常用数值方法不可比拟的优势，主要表现在如下方面: (l)能自动模拟介质基本特性随应力环境的变化; (2)能实现岩土体对历史应力一应变记忆特性的模拟(屈服面变化 Kaiser效等); (3)反映剪胀及其对历史应力等的依赖性; (4)自动反映介质的连续非线行应力一应变关系屈服强度和此后的应 变软化或硬化过程; (5)能描述循环加载条件下的滞后效应; (6)描述中间应力增大时介质特性的脆性一塑性转化;
工程流体力学A卷及答案
工程流体力学 A 卷 一、单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．交通土建工程施工中的新拌建筑砂浆属于（ ） A 、牛顿流体 B 、非牛顿流体 C 、理想流体 D 、无黏流体 2．牛顿内摩擦定律y u d d μτ=中的y u d d 为运动流体的（ ） A 、拉伸变形 B 、压缩变形 C 、剪切变形 D 、剪切变形速率 3．平衡流体的等压面方程为（ ） A 、0=--z y x f f f B 、0=++z y x f f f C 、0d d d =--z f y f x f z y x D 、0d d d =++z f y f x f z y x 4．金属测压计的读数为（ ） A 、绝对压强p ' B 、相对压强p C 、真空压强v p D 、当地大气压a p 5．水力最优梯形断面渠道的水力半径=R （ ） A 、4/h B 、3/h C 、2/h D 、h 6．圆柱形外管嘴的正常工作条件是（ ） A 、m 9,)4~3(0>=H d l B 、m 9,)4~3(0<=H d l C 、m 9,)4~3(0>>H d l D 、m 9,)4~3(0< 第30卷 第5期 岩 土 工 程 学 报 Vol.30 No.5 2008年 5月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering May, 2008 盾构隧道垂直土压力松动效应的颗粒流模拟 朱 伟1，2，钟小春2，加 瑞2 （1.河海大学环境科学与工程学院，江苏 南京 210098；2.河海大学土木工程学院，江苏 南京 210098） 摘 要：通过对比室内三轴试验和颗粒流程序双轴数值试验结果，确定了颗粒流模拟砂土的细观参数；通过对室内挡板下落试验的颗粒流数值模拟，验证了颗粒流模拟土拱效应的可行性。在此基础上对盾构隧道垂直土压力的松动效应进行了颗粒流模拟，分析了不同盾尾空隙、不同埋深、不同直径和不同围岩时作用在管片上的土压力、土体位移和土体颗粒接触力的变化情况。结果表明，土拱效应主要发生在隧道上部1～2倍隧道直径的范围内，隧道顶部土体通过土拱效应可大幅度减少作用在隧道上的土压力。 关键词：盾构隧道；垂直土压力；松动效应；颗粒流模拟 中图分类号：TU411.2；U455.43 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2008)05–0750–05 作者简介：朱 伟(1962–)，男，教授，博士生导师，主要从事隧道盾构技术和环境工程研究。E-mail: weizhu@https://www.360docs.net/doc/d611202896.html,。 Simulation on relaxation effect of vertical earth pressure for shield tunnels by particle flow code ZHU Wei1,2, ZHONG Xiao-chun2, JIA Rui2 （1. College of Environmental Science and Technology, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. College of Civil Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China） Abstract: Compared the results of laboratory triaxial tests with those of biaxial tests in the particle flow code, the microscopic parameters were determined, and sand characteristics in particle flow code were simulated. Simulation of soil arching by particle flow code was proven feasible through comparison of the results of trapdoor simulated by particle flow code with those of trapdoor tests. Based on the above study, the model of particle flow code was established for simulation on relaxation effect of vertical earth pressure in shield tunneling, and then was used to analyze the earth pressure on the lining, earth displacement and contact force between soil particles considering the factors of ground loss, buried depth and diameter of tunnels and soil properties. It was indicated that the soil arching mainly took place within the range of soil of 1~2 times the tunnel diameter above the tunnel, and that the earth pressure acting on the tunnel lining decreased greatly because of the soil arching. Key words: shield tunnel; vertical earth pressure; relaxation effect; particle flow simulation 0 引 言 在盾构隧道施工中管片的投资一般占工程投资的30%～40%，是影响施工经济性和结构安全性的重要因素。盾构隧道管片设计时的关键问题是合理地确定作用于衬砌上的土压力，它是衬砌结构设计安全且经济的基本要求。垂直土压力是难以准确计算的荷载，同时会影响到水平土压力和地基反力的确定。由于土拱效应的存在，在埋深较大或较硬土层中，作用在衬砌上的垂直土压力并不是上覆土体自重，而要比上覆土体自重小的多，这已被很多现场实测结果所证实[1]。合理地评价地层的松动效应是确定垂直土压力的关键，目前对盾构隧道垂直土压力松动效应的评价还存在争议。在垂直土压力的计算方面，有的国家采用了太沙基松动土压力，大部分国家仍采用较为保守的全覆土重[2]。周小文[3]对盾构隧道进行了离心模型试验研究，试验得到的土压力比太沙基松动土压力要小。 土体的宏观表现必然与其内在的细、微观特性相关，可从细观角度模拟土体来对土拱效应的机理进行研究。二维颗粒流程序（PFC2D）是一种离散单元法，它可以克服传统连续介质力学模型的宏观连续性假设，将土体微细观结构与宏观力学反应联系起来，可以对盾构隧道垂直土压力松动效应的形成机理有更深入的了解。A. Fakhimi等[4]运用PFC2D对岩石中的开挖问题进行了模拟，研究了圆洞周围的破坏情况。曾庆有和周健[5]用二维颗粒流程序对各种移动模式的刚性挡墙被动土压力进行了模拟，将计算结果与试验结─────── 收稿日期：2007–05–18 《工程流体力学》综合复习资料 一、判断题 1、 根据牛顿内摩擦定律，当流体流动时，流体内部内摩擦力大小与该处的流速大小成正比。 2、 一个接触液体的平面壁上形心处的水静压强正好等于整个受压壁面上所有各点水静压 强的平均值。 3、 流体流动时，只有当流速大小发生改变的情况下才有动量的变化。 4、 在相同条件下，管嘴出流流量系数大于孔口出流流量系数。 5、 稳定（定常）流一定是缓变流动。 6、 水击产生的根本原因是液体具有粘性。 7、 长管是指运算过程中流速水头不能略去的流动管路。 8、 所谓水力光滑管是指内壁面粗糙度很小的管道。 9、 外径为D ，内径为d 的环形过流有效断面，其水力半径为 4 d D -。 10、 凡是满管流流动，任何断面上的压强均大于大气的压强。 二、填空题 1、某输水安装的文丘利管流量计，当其汞-水压差计上读数cm h 4=?，通过的流量为 s L /2，分析当汞水压差计读数cm h 9=?，通过流量为 L/s 。 2、运动粘度与动力粘度的关系是 ，其国际单位是 。 3、因次分析的基本原理是： ；具体计算方法分为两种 。 4、断面平均流速V 与实际流速u 的区别是 。 5、实际流体总流的伯诺利方程表达式为 ， 其适用条件是 。 6、泵的扬程H 是指 。 7、稳定流的动量方程表达式为 。 8、计算水头损失的公式为 与 。 9、牛顿内摩擦定律的表达式 ，其适用范围是 。 10、压力中心是指 。 三、简答题 1、 稳定流动与不稳定流动。 2、 产生流动阻力的原因。 3、 串联管路的水力特性。 4、 如何区分水力光滑管和水力粗糙管，两者是否固定不变？ 5、 静压强的两个特性。 6、 连续介质假设的内容。 7、 实际流体总流的伯诺利方程表达式及其适用条件。 8、 因次分析方法的基本原理。 9、 欧拉数的定义式及物理意义。 10、 压力管路的定义。 11、 长管计算的第一类问题。 12、 作用水头的定义。 13、 喷射泵的工作原理。 14、 动量方程的标量形式。 15、 等压面的特性。 一、选择题（20分） 1理想流体是 （ ） a ）粘性大的流体 b ）服从牛顿内摩擦定律的流体 c ）没有粘性的流体 d ）具有粘性的不可压缩流体 2在恒定流中 （ ） a ）流线一定互相平行 b ）断面平均流速必定沿程不变 c ）不同瞬时流线有可能相交 d ）同一点处不同时刻的动水压强相等 3一封闭容器，水表面上气体压强的真空度kPa v p =10，水深2m 处的相对压强为（ ） a ）－10kPa b ） c ） d ） 4速度v 、密度ρ、压强p 的无量纲集合是 （ ） a ）p v ρ b ）v p ρ c ）pv ρ2 d ）p v ρ2 5 流动中，一定存在流函数。 （ ） a ）可压缩流体二元 b ）不可压缩流体二元 c ）不可压缩流体三元 d ）可压缩流体三元 6变直径管路，直径mm, mm d d ==12320160，流速.m/s v =115，v 2为 （ ） a ）3 m/s b ）4 m/s c ）6 m/s d ）9 m/s 7某棱柱形矩形渠道渠底宽b ＝4.0m ，则水力最优时的水深h 是 （ ） a ）1.0m b ）2.0m c ）4.0m d ）8.0m 8圆柱形外管嘴正常工作的条件是 （ ） a ）(~),m l d H =<0349 b ）(~),m l d H =>0349 c ）(~),m l d H ><0349 d ）(~),m l d H <<0349 9堰流是 （ ） a ）无压缓流经障壁溢流 b ）无压急流经障壁溢流 c ）无压均匀流动 d ）有压均匀流动 10渗流模型与实际模型相比较 （ ） a ）流速相同 b ）流量相同 c ）各点压强不同 d ）渗流阻力不同 二、简答题（30分） 1简述流体静压强的两个特性。 2简述渐变流。 3如图所示，两简单管道：（a ）图自由出流，（b ）图淹没出流，若两管道的作用水头H ，管长L ，管径d 及沿程阻力系数λ均相同，试问：两管中通过的流量是否相同？为什么？ 1．绝对压强p abs与相对压强p 、真空度p v、当地大气压p a之间的关系是： A. p abs =p+p v； B. p=p abs－p a C. p v= p a－p abs D. p=p abs+p a 2．如图所示 A. p0=p a； B. p0>p a； C. p0 f水银；D、不一定。 5．流动有势的充分必要条件是( )。 A. 流动是无旋的； B. 必须是平面流动； C. 必须是无旋的平面流动； D. 流线是直线的流动。 6．雷诺数Re 反映了( )的对比关系 A.粘滞力与重力 B.重力与惯性力 C. 惯性力与粘滞力 D. 粘滞力与动水压力7．一密闭容器内下部为水，上部为空气，液面下4.2m处测压管高度为2.2m，设当地大气压为1个工程大气压，则容器内气体部分的相对压强为___ 水柱（）。 A. 2m B. 1m C. 8m D. －2m 8．如图所示，下述静力学方程哪个正确？B 9．下列压强分布图中哪个是错误的？B 10．粘性流体总水头线沿程的变化是( ) 。 A. 沿程下降 B. 沿程上升 C. 保持水平 D. 前三种情况都有可能 一．名词解释（共10小题，每题2分，共20分） 1．粘滞性——流体在受到外部剪切力作用时发生变形(流 动)，其内部相应要产生对变形的抵抗，并以内摩擦力的形 式表现出来，这种流体的固有物理属性称为流体的粘滞性 或粘性 2．迹线——流体质点的运动轨迹曲线 流线——同一瞬时，流场中的一条线，线上每一点切线 方向与流体在该点的速度矢量方向一致 3．层流——流体运动规则、稳定，流体层之间没有宏观的横向掺混 4．量纲和谐——只有量纲相同的物理量才能相加减，所以正确的物理关系式中各加和 2010年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2010 收稿日期：2010-07-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No. 40972191)；上海市教育委员会科研创新项目(No. 09YZ39)。 第一作者简介：徐金明，男，1963年生，博士、教授、博士生导师，主要从事岩土工程和工程地质计算技术的教学和科研工作。Email: xjming@https://www.360docs.net/doc/d611202896.html, 文章编号：1000－7598 (2010)增刊2－0390－06 石灰岩细观力学特性的颗粒流模拟 徐金明1，谢芝蕾1，贾海涛2 （1. 上海大学 土木工程系，上海 200072；2. 上海自然博物馆工程建设指挥部，上海 200041） 摘 要：岩体地区地质灾害的发生和发展取决于岩石细观组分的运动学行为。研究岩石运动学行为时通常将岩石作为整体研究对象较多，而直接以细观组分为对象的研究较少。以石灰岩为例，根据室内试验获得的岩石力学性质指标，使用基于非连续介质理论的颗粒流方法，将材料离散成刚性颗粒组成的模型，把颗粒细观变化与宏观力学特性联系起来，建立了石灰岩的细观结构模型，获得了颗粒接触力、颗粒接触模量、接触连接强度和连接刚度比等细观力学参数。由于文中直接以细观成分为研究对象、反映了岩石和岩体组成的本质特点，所得结论不仅对含裂隙岩石本构关系研究具有广阔的应用前景，而且对岩体工程性质和地质灾害机制研究也具有重要的理论意义。 关 键 词：石灰岩；细观力学特性；颗粒流；模拟 中图分类号：TU 452 文献标识码：A Simulation of mesomechanical properties of limestone using particle flow code XU Jin-ming 1，XIE Zhi-lei 1，JIA Hai-tao 2 ( 1. Department of Civil Engineering ，Shanghai University, Shanghai 200072，China; 2. Shanghai Science and Technology Museum, Shanghai 200041，China) Abstract : The formation and development of geological disasters in rock area are dependant on the kinematic behaviors of rocks, especially of grains, fissures, and fillings in the rocks. In the conventional studies, rocks are generally treated as entireties and few concerns are concentrated on the individual meso-compositions in these rocks. Taking a limestone for example, macromechanical properties were obtained for the rock specimens of laboratory tests; and particle flow code in two-dimensions (PFC2D) was used for simulating the macromechanical properties of the rock material. In the simulation, the material was discretized as an assembly of rigid particles. The mesomechanical parameters, such as contact forces, contact modulus, normal contact strengths, and stiffness ratio, were obtained; and the mesostructural model was established for the limestone; connecting meso-level changes in particles with macromechanical properties. Because the individual compositions were taken as the direct objectives, reflecting the intrinsic features of rock materials or rock masses, the techniques presented herein may be of great significance in studying the constitutive law of fissured rocks, engineering properties of rock masses, and mechanism of geological disasters. Key words: limestone ；mesomechanical property ；particle flow ；simulation 1 引 言 岩体地区地质灾害的发生和发展取决于岩石的运动学行为、尤其是岩石中颗粒、裂隙、充填物等细观组分的变化情况，常规宏观分析方法以岩石整体为研究对象较多，直接以细观组分为对象进行研究较少。基于非连续介质理论的颗粒流方法，将材料离散成刚性颗粒组成的模型，把颗粒细观力学参数与宏观力学特性联系起来，可以用于模拟颗粒 之间的相互作用和破裂面的形成扩展过程。 使用颗粒流方法对土的细观力学行为进行细观模拟，多使用PFC2D (particle flow code in 2-dimensions)或PFC3D (particle flow code in 3-dimensions)。周健[1]研究团队在这方面做了大量工作（比如，模拟了不同水压下渗流引起砂土特性变化的全过程）。 使用颗粒流方法进行岩石力学特性的细观模拟也有一些报道。Potyondy [2]、 Potyondy 和Cundall [3] 考试试卷（A B 卷） 学年第 二 学期 课程名称：流体力学 一、判断题（20分） 1. 从微观的角度来看，流体的物理量在时间上的分布是不连续的。 （T ） 2. 大气层中的压强与密度、温度的变化有关而且受季节、气候等因素的影 响。（T ） 3. 压力体的体积表示一个数学积分，与压力体内是否有气体无关。（T ） 4. 流体静止时，切应力为零。 （T ） 5. 温度升高液体的表面张力系数增大。 （F ） 6. 液滴内的压强比大气压小。 （F ） 7. 声音传播过程是一个等熵过程。 （T ） 8. 气体的粘性随温度的升高而增大。 （T ） 9. 应用总流伯努利方程解题时，两个断面间一定是缓变流，方程才成立。（F ） 10. 雷诺数是表征重力与惯性力的比值。 （F ） 11. 不可压缩流体只有在有势力的作用下才能保持平衡。（T ） 12. 对流程是指海拔11km 以上的高空。 （F ） 13. 静止的流体中任意一点的各个方向上的压强值均相等。（T ） 14. 在拉格朗日法中，流体质点轨迹给定，因此加速度很容易求得。（T ） 15. 对于定常流动的总流，任意两个截面上的流量都是相等的。（T ） 16. 紊流水力粗糙管的沿程水头损失系数与雷诺数无关。（T ） 17. 在研究水击现象时，一定要考虑流体的压缩性。（T ） 18. 雷诺数是一个无量纲数，它反映流动的粘性力与重力的关系。 （F ） 19. 当马赫数小于一时，在收缩截面管道中作加速流动。 （T ） 20. 对于冷却流动dq 小于0，亚音速流作减速运动，超音速流作加速运动。（T ） 二、填空题（10分） 1. 管道截面的变化、 剪切应力 及壁面的热交换，都会对一元可压缩流动产生影响。 2. 自由面上的压强的任何变化，都会 等值 地传递到液体中的任何一点，这就是由斯卡定律。 3. 液体在相对静止时，液体在重力、 惯性力 、和压力的联合作用下保持平衡。 4. 从海平面到11km 处是 对流层 ，该层内温度随高度线性地 降低 。 5. 平面壁所受到的液体的总压力的大小等于 形心处 的表压强与面积的乘积。 6. 水头损失可分为两种类型： 沿层损失 和 局部损失 。 7. 在工程实践中，通常认为，当管流的雷诺数超过 2320 ，流态属于紊流。 8. 在工程实际中，如果管道比较长，沿程损失远大于局部损失，局部损失可以忽略，这种管在水 力学中称为 长管 。 9. 紊流区的时均速度分布具有对数函数的形式，比旋转抛物面要均匀得多，这主要是因为脉动速 度使流体质点之间发生强烈的 动量交换 ，使速度分布趋于均匀。 10. 流体在运动中如果遇到因边界发生急剧变化的局部障碍（如阀门，截面积突变），流线会发生变 形，并出现许多大小小的 旋涡 ，耗散一部分 机械能，这种在局部区域被耗散掉的机械能称为局部水头损失。 三、选择题（单选题，请正确的答案前字母下打“∨”） 1. 流体的粘性与流体的__ __无关。 (A) 分子内聚力 (B) 分子动量交换 (C) 温度 (D) ∨ 速度梯度 2. 表面张力系数 的量纲是____ 。 (A) ∨ (B) (C) (D) 3. 下列四种液体中，接触角 的液体不润湿固体。 (A) ∨120o (B) 20o (C) 10o (D) 0o 4. 毛细液柱高度h 与____成反比。 (A) 表面张力系数 (B) 接触角 (C) ∨ 管径 (D) 粘性系数 5. 用一块平板挡水，平板形心的淹深为 ，压力中心的淹深为 ，当 增大时， 。 (A)增大 (B)不变 (C) ∨减小 工程流体力学考试试卷 一． 解答下列概念或问题 （15分） 1． 恒定流动 2． 水力粗糙管 3． 压强的表示方法 4． 两流动力学相似条件 5． 减弱水击强度的措施 二． 填空 （10分） 1．流体粘度的表示方法有（ ）粘度、（ ）粘度和（ ）粘度。 2．断面平均流速表达式V =（ ）；时均流速表达式υ=（ ）。 3．一两维流动y 方向的速度为),,(y x t f y =υ，在欧拉法中y 方向的加速度为y a =（ ）。 4．动量修正因数（系数）的定义式0α=（ ）。 5．雷诺数e R =（ ），其物理意义为（ ）。 三． 试推求直角坐标系下流体的连续性微分方程。 （15分） 四． 已知平面不可压缩流体流动的流速为y x x x 422-+=υ， y xy y 22--=υ （20分） 1． 检查流动是否连续； 2． 检查流动是否有旋； 3．求流场驻点位置； 4．求流函数。 五．水射流以20s m/的速度从直径mm d100 =的喷口射出，冲击一对称叶片，叶片角度 θ，求：（20分） 45 = 1．当叶片不动时射流对叶片的冲击力； 2．当叶片以12s m/的速度后退而喷口固定不动时，射流对叶片的冲击力。 第（五）题图 六． 求如图所示管路系统中的输水流量V q ，已知H =24， m l l l l 1004321====， mm d d d 100421===， mm d 2003=， 025.0421===λλλ，02.03=λ，30=阀ξ。（20分） 第（六）题图 参考答案 一．1．流动参数不随时间变化的流动； 2．粘性底层小于壁面的绝对粗糙度（?<δ）； 3．绝对压强、计示压强（相对压强、表压强）、真空度； 4．几何相似、运动相似、动力相似； 5．a)在水击发生处安放蓄能器；b)原管中速度0V 设计的尽量小些；c)缓慢关闭；d)采用弹性管。 二．1．动力粘度，运动粘度，相对粘度； 第2 页 共2 页 中北大学 《流体力学》 期末题 目录 第四模块期末试题 (3) 中北大学2013—2014学年第1学期期末考试 (3) 流体力学考试试题（A） (3) 流体力学考试试题（A）参考答案 (6) 中北大学2012—2013学年第1学期期末考试 (8) 流体力学考试试题（A） (8) 流体力学考试试题（A）参考答案 (11) 第四模块 期末试题 中北大学2013—2014学年第1学期期末考试 流体力学考试试题（A ） 所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！ 一、 单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符 合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．交通土建工程施工中的新拌建筑砂浆属于（ ） A 、牛顿流体 B 、非牛顿流体 C 、理想流体 D 、无黏流体 2．牛顿内摩擦定律y u d d μ τ =中的 y u d d 为运动流体的（ ） A 、拉伸变形 B 、压缩变形 C 、剪切变形 D 、剪切变形速率 3．平衡流体的等压面方程为（ ） A 、0=--z y x f f f B 、0=++z y x f f f C 、 0d d d =--z f y f x f z y x D 、0d d d =++z f y f x f z y x 4．金属测压计的读数为（ ） A 、绝对压强 p ' B 、相对压强p C 、真空压强v p D 、当地大气压a p 5．水力最优梯形断面渠道的水力半径=R （ ） A 、4/h B 、3/h C 、2/h D 、h 6．圆柱形外管嘴的正常工作条件是（ ） A 、m 9,)4~3(0>=H d l B 、m 9,)4~3(0<=H d l C 、m 9,)4~3(0>>H d l D 、m 9,)4~3(0< 第30卷第4期 岩 土 力 学 V ol.30 No. 4 2009年4月 Rock and Soil Mechanics Apr. 2009 收稿日期：2008-10-17 基金项目：国家自然科学基金资助（No. 50578122）；上海市重点学科建设项目资助(No. B308)。 第一作者简介：贾敏才，男，1973年生，博士，主要从事地基处理和离散元数值模拟方面的研究。E-mail: mincai_jia@https://www.360docs.net/doc/d611202896.html, 文章编号：1000－7598 (2009) 04－0871－08 干砂强夯动力特性的细观颗粒流分析 贾敏才1,2，王 磊1，周 健1,2 （1. 同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092；2. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092） 摘 要：通过引进和开发二维颗粒流程序，基于相似理论建立了可以模拟砂土地基强夯加固的细观颗粒流模型，结合小比尺室内细观模型试验，从颗粒细观力学角度入手对干砂在强夯冲击加固过程中的动力反应特性进行了数值模拟。结果表明，数值模拟结果与试验结果有较好的一致性，利用颗粒流模型可以很好地模拟干砂在冲击荷载作用下的锤底动接触应力、颗粒间动接触应力和颗粒位移场分布情况，并可以实时跟踪颗粒的变位及接触应力变化，实现从细观角度揭示干砂强夯动力响应特性，研究工作为今后砂土强夯加固宏细观机制研究提供了一条新的思路。 关 键 词：强夯；干砂；颗粒流；动应力；位移场 中图分类号：TU 473 文献标识码：A Mesomechanical analysis of characteristics of dry sands in response to dynamic compaction with PFC 2D JIA Min-cai 1,2，WANG Lei 1，ZHOU Jian 1,2 (1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key laboratory of Geotechnical & Underground Engineering. of Education Ministry, Tongji University, Shanghai 200092, China) Abstract: Based on the similarity theory, the numerical analysis model is established to study the mechanism of dynamic compaction of dry sands by means of secondary exploitation using the PFC 2D (particle flow code in 2 dimensions). Dynamic response characteristics of dry sands to impacting are simulated in combination with laboratory mesomechanical model test. The availability and rationality of the proposed numerical method is verified by comparing the numerical solutions with the results of real data. The results show that the dynamic stress of tamper bottom can be well simulated with PFC 2D as well as dynamic stress among sand grains and displacement field during dynamic compaction. Apart from movement of sand grains, the change of dynamic stress can be real-time traced and recorded. The findings of this study provide a new route to research the macro-meso mechanism of sands dynamic compaction. Key words: dynamic compaction; dry sands; particle flow code; dynamic stress; displacement field 1 引 言 强夯法已成为软弱地基特别是砂性土地基最为常用的加固措施之一。强夯加固地基利用巨大的冲击能量，在地基中产生极大的冲击波和动应力，使地基土体产生密实或动力固结，从而达到改善地基工程特性的目的[1-3]。因此，要真正了解和弄清强夯加固地基的全貌，必须深入理解强夯过程中地基土体动应力场和位移场的分布规律和变化特征。 由于强夯过程地基的动力响应问题非常复杂， 理论上很难用解析方法进行分析和求解，目前国内外学者主要采用数值模拟[4-12]和现场测试[13-15]等方法进行研究。但是，常用的有限元等数值方法多建立在小变形连续介质力学基础上，用于研究砂土这类典型的散体介质时具有较大的局限性，无法如实反映散体介质特有的细观组构变化规律及其与宏观密实的关系。而现场测试一般耗资巨大，且受到测点数量和测试仪器等诸多因素影响，资料积累有 限，尚无法基于这些资料对砂土强夯动力响应问题进行深入分析。 颗粒流（PFC)简介 2009-10-07 11:14:48| 分类：岩土工程| 标签：|字号大中小订阅 注：今天偶然间见到颗粒流的概念，以前一直不了解，今天查了查，贴在这里，以备以后可以温故知新。 本文内容源自浙江大学罗永先生的博士论文，使得吾辈能花较少的时间看到广博的知识，在此特向其表示感谢！ 岩土工程数值计算总体上可以分为两大类:一类是基于连续介质 力学理论的方法，如有限元法(FEM)和快速拉格朗日法(FLAC(1tasea，2002))等;另一类是不连续介质力学的方法，如离散元法UDEC(1tasca，2000)、3DEC(Itasea，1998)、PFC(Itasea，2002)和块体理论DDA(石 根华，1988)等。离散元方法按其用途又可以分为宏观离散元方法和 细观离散元方法，前者主要针对解决规模相对较大的不连续面，如断层节理结构与基础之间的结合面等引起的问题(UDEC，3DEC)，后者则着重于数目众多具有不连续特性的接触面或点，如破碎岩体中的破裂面、砂土中的接触面(点)和材料中颗粒之间的接触面(点)等。 PFC(Particle Flow Code)是在著名学者Peter Cundall主持下采用细观 离散元理论(又称为粒子流理论)开发的一种数值计算平台，可以广泛地应用于研究细观结构控制问题。目前，PFC在世界上的应用并不广泛，成果报道也主要集中在PFC国际会议论文集中。 颗粒流PFCZD (Particle Flow Code in 2 Dimensions)平台数值模拟单元有两种:颗粒圆筒和颗粒(disc or particle)，主要用于平面应力和平面应变的特殊情况;颗粒流PFC3D(Particle Flow Code in 3 Dimensions)的数值模拟单元是三维球体颗粒(granular)，主要用于三维受力分析。 Cundall(2002)博士认为PFC在描述岩土体介质特殊特性方面有着其他常用数值方法不可比拟的优势，主要表现在如下方面: (l)能自动模拟介质基本特性随应力环境的变化; (2)能实现岩土体对历史应力一应变记忆特性的模拟(屈服面变化Kaiser效等); (3)反映剪胀及其对历史应力等的依赖性; (4)自动反映介质的连续非线行应力一应变关系屈服强度和此后的应变软化或硬化过程; (5)能描述循环加载条件下的滞后效应; (6)描述中间应力增大时介质特性的脆性一塑性转化; (7)能考虑增量刚度对中间应力和应力历史的依赖性; (8)能反映应力一应变路径引起的刚度和强度的各向异性问题; (9)描述了强度包线的非线性特征;盾构隧道垂直土压力松动效应的颗粒流模拟_朱伟
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