流体力学模拟
流体力学模拟考试题+参考答案
流体力学模拟考试题+参考答案1、离心泵装置中( )的滤网可以阻拦液体中的固体颗粒被吸入而堵塞管道和泵壳。
A、排出管路B、调节管路C、吸入管路D、分支管路答案：C2、关小离心泵的出口阀，吸入口处的压力如何变化( )A、减小B、不能确定C、不变D、增大答案：D3、喘振是( )时，所出现的一种不稳定工作状态A、实际流量小于性能曲线所表明的最小流量B、实际流量小于性能曲线所表明的最大流量C、实际流量大于性能曲线所表明的最大流量D、实际流量大于性能曲线所表明的最小流量答案：A4、流体运动时，能量损失的根本原因是由于流体存在着( )A、湍流B、压力C、黏性D、动能答案：C5、气体的黏度随温度升高…….( )A、略有改变B、增大C、减小D、不变答案：B6、流体在变径管中作稳定流动，在管径缩小的地方其静压能将( )A、不变B、增加C、减小答案：C7、低温乙烯泵的泵出口最小流量止回阀在( )打开。
A、泵出口流量小于额定流量的10％B、泵出口流量超过额定流量的10％C、泵出口流量超过额定流量的25％D、泵出口流量小于额定流量的25％答案：D8、流体流动时的摩擦阻力损失hf所损失的是机械能中的( )项A、动能B、静压能C、位能D、总机械能答案：B9、输送小流量，但需高扬程的物料（如精馏塔回流液）。
应选用：( )A、旋涡泵B、齿轮泵C、离心泵D、往复泵答案：A10、当两个同规格的离心泵串联使用时，只能说( )A、串联泵的工作点处较单台泵的工作点处扬程增大一倍B、当流量相同时，串联泵特性曲线上的扬程是单台泵特性曲线上的扬程的两倍C、在管路中操作的串联泵，流量与单台泵操作时相同，但扬程增大两倍D、串联泵较单台泵实际的扬程增大一倍答案：B11、往复泵的流量调节采用( )A、入口支路B、入口阀开度C、出口支路D、出口阀开度答案：C12、在完全湍流时（阻力平方区），粗糙管的摩擦系数λ数值( )A、与光滑管一样B、与粗糙度无关C、只取决于ReD、取决于相对粗糙度答案：D13、用离心泵向高压容器输送液体，现将高压容器改为常压容器，其它条件不变，则该泵输送液体流量( )，轴功率（）。
流体力学模拟题
模拟试题一、单项选择题（4个备选项中只有1个是正确的）1. 已知某变径有压管段的管径之比5.021=d d ，则相应的（ ）。
A 流速之比=21v v 1，流量之比12Q Q =2，雷诺数之比=21Re Re 4 B 流速之比=21v v 2，流量之比12Q Q =1， 雷诺数之比=21Re Re 4 C 流速之比=21v v 4，流量之比12Q Q =1，雷诺数之比=21Re Re 2 D 流速之比=21v v 4，流量之比12Q Q =2，雷诺数之比=21Re Re 1 2. 若在同一长直等径管道中用不同流体进行试验，当流速相等时，其沿程水头损失f h 在（ ）是相同的。
A 层流区B 紊流光滑区C 紊流过渡区D 紊流粗糙区3. 当510Re =（处于紊流光滑区）时，管径=1d （ ）mm 的镀锌钢管（m m 25.01=∆）与管径=2d 300mm 的铸铁管（m m 30.02=∆）的沿程阻力系数相等 。
A 150B 200C 250D 3004. 下列关于流体切应力的说法中，不正确的为（ ）A 、静止流体，0τ= B.相对平衡流体，0τ= C 、理想流体， 0τ=D 、层流、紊流运动流体，22d d ()d d u u l y yτμρ=+ 5. 渗流系数k 的量纲为（ ）A 、M 0L 0T 0B 、M 0L 2T -1C 、M 0LT -1D 、M 0LT -26. ．欲保证明渠均匀流原、模型的流动相似，则其渠壁糙率比尺n λ与相应的长度比尺l λ 和渠底坡度比尺i λ之间的关系为n λ=（ ）。
A 1/21/2l i λλB 1/21/6l i λλC 1/61/2l i λλD 1/61/6l i λλ7. 对于平坡和逆坡棱柱形明渠流动，必有（ ）。
A d 0d e s > B d 0d e s = C d 0d e s < D d d 0d d e E s s=<8. 下列关于渗流模型概念的说法中，不正确的为（ ）。
流体力学模拟练习题含答案
流体力学模拟练习题含答案1、抽气器的工作原理是（）A、连续性方程B、伯努利方程C、动量方程D、静力学基本方程答案：B2、金属压力表的读数值是()。
A、绝对压强B、相对压强C、绝对压强加当地大气压D、相对压强加当地大气压答案：B3、不随时间变化的流动称为（）A、理想流体B、实际流体C、定常流动D、不可压缩流体答案：C4、等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（）。
A、1.0倍B、1/3倍C、1/4倍D、1/2倍答案：D5、油的黏度随温度升高而（）。
A、不变B、降低C、升高D、凝固答案：B6、下列关于流体压强的说法中，正确的是（）。
A、绝对压强可正可负B、相对压强可正可负C、真空压强可正可负D、以上均不对答案：B7、伯努利方程说明，流体在等直径管内定常流动中，位能增加（）A、压力上升B、压力不变C、压力下降D、都可能答案：C8、（）的分子间隙最小。
A、流体B、气体C、固体D、液体答案：C9、文丘里流量计使用时（）A、只能水平放置B、只能垂直放置C、只能45度斜角放置D、可以任意放置答案：D10、绝对压力Pa与表压力Pr的关系是（）（Pn代表标准大气压力）A、Pa=Pr+PnB、Pr=Pa+PnC、Pr=PaD、Pa=Pr-Pn答案：A11、不可压缩流体的特征是（）。
A、温度不变B、压强不变C、体积不变D、密度不变答案：D12、水平管段中有效截面1和有效截面2的压力方向（ )A、都向右B、都向左C、与坐标轴方向一致为正D、与坐标轴方向一致为负答案：C13、计算流量时用的速度是指（）A、最大速度B、最小速度C、平均速度D、瞬时速度答案：C14、液体黏度随温度的升高而( )，气体黏度随温度的升高而( )。
A、减小，升高B、增大，减小C、减小，不变D、减小，减小答案：A15、静止的流体中存在（）。
A、压应力B、压应力和拉应力C、压应力和剪切力D、压应力、拉应力和剪切力答案：A16、下列哪个属于牛顿流体（）A、汽油B、纸浆C、血液D、沥青答案：A17、一元流动连续性方程Q＝CA成立的必要条件是（）A、理想流体B、黏性流体C、可压缩流体D、不可压缩流体答案：D18、圆管层流流动，过流断面上切应力分布为（）。
流体力学实验装置的流场模拟与分析方法
流体力学实验装置的流场模拟与分析方法流体力学实验是研究流体运动规律和性质的重要手段，而流场模拟与分析则是实验过程中至关重要的环节。
本文将就流体力学实验装置的流场模拟与分析方法进行探讨，以帮助读者更好地理解和应用相关技术。
一、数值模拟方法在流体力学实验中，数值模拟是一种常用的流场分析方法。
通过数值模拟，可以建立数学模型，利用计算机对流体的流动状态进行仿真，从而实现对流场的模拟和分析。
1.1 流场建模在进行流体力学实验时，首先需要对流场进行建模。
建模的过程是将实际流场问题抽象为数学模型，确定流场的边界条件和初始条件，以便进行数值求解。
常用的流场建模方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
1.2 数值求解建立了数学模型之后，接下来是选择适当的数值方法进行求解。
常用的数值求解方法包括迭代法、差分法、有限元法等。
通过数值求解，可以得到流场的速度场、压力场等重要参数，进而进行流场的分析与研究。
1.3 后处理与分析完成数值模拟后，需要对求解结果进行后处理与分析。
后处理是指对数值计算结果进行处理，得到更直观、更容易理解的信息，如绘制流线图、压力分布图等。
通过后处理与分析，可以更全面地了解流场的性质与规律。
二、实验方法除了数值模拟外，实验方法也是流体力学实验装置流场模拟与分析的重要手段。
实验方法可以通过实际实验获得流场的实时数据，与数值模拟相结合，更全面地研究流体流动过程。
2.1 流场测量在流体力学实验中，流场测量是一种常用的实验方法。
通过使用流场测量仪器，如PIV（粒子图像测速仪）、LDA（激光多普勒测速仪）等，可以实时测量和记录流场的速度、压力等参数，为后续的分析提供数据支持。
2.2 数据分析与比对获得了流场实验数据后，需要进行数据分析与比对。
通过对实验数据进行处理和分析，与数值模拟结果进行比对，可以验证数值模拟的准确性，并发现其中的误差和不足之处，有助于进一步优化模拟方法。
2.3 实验验证与仿真实验验证与仿真是流体力学实验装置流场模拟的重要环节。
流体力学中的流体流动的数值模拟
流体力学中的流体流动的数值模拟流体力学是研究流体在力作用下的运动规律的科学，而流体流动的数值模拟则是利用数值计算方法对流体力学问题进行模拟和求解的过程。
通过数值模拟，我们可以更好地理解流体的运动行为，为工程设计和科学研究提供重要的参考和依据。
一、引言数值模拟方法已经成为流体力学研究和应用的重要手段之一。
其基本思想是将连续介质的宏观性质离散化，通过有限元、有限体积或有限差分等方法，将流体力学方程转化为代数方程组。
然后使用计算机进行迭代求解，得到流体的运动状态和相关的物理参数。
二、数值模拟的基本原理数值模拟的基本原理是基于流体力学方程和边界条件，在计算区域上进行离散网格划分，将流体领域划分为有限个单元。
然后，通过数值方法将连续的流体问题转化为离散的代数问题，通过迭代求解代数方程组，得到流体流动的数值解。
数值模拟的基本步骤包括：网格生成、离散化、求解方程组和结果后处理。
其中，网格生成是模拟的基础，合适的网格划分可以有效地提高计算精度和计算效率。
离散化过程是将流体力学方程离散化为代数方程组，可以使用有限差分、有限元和有限体积等方法。
求解方程组的过程则是通过迭代算法，逐步逼近方程的解。
结果后处理包括对计算结果的可视化、分析和验证，以便对数值模拟结果进行评估。
三、数值模拟的应用领域数值模拟在流体力学中的应用非常广泛。
以下是一些常见的应用领域：1.流体流动研究：通过数值模拟可以研究不同流动条件下流体的运动规律和特性，如湍流流动、层流流动、气液两相流等。
2.流体工程设计：数值模拟可以帮助工程师优化流体系统的设计，例如风洞实验、船舶流体力学、飞机气动性能研究等。
3.环境与生态学研究：数值模拟可以模拟和预测环境中的流体运动过程，如水体污染传输、大气污染扩散等，为环境保护提供科学依据。
4.天气预报与气候研究：通过数值模拟可以对大气流动进行模拟和预测，帮助气象学家预报天气、研究气候变化等。
5.地质工程：数值模拟可以模拟地下水流动、土壤渗流、地下油藏开发等问题，为地质工程提供参考和辅助分析。
管道流体力学模拟分析及优化设计
管道流体力学模拟分析及优化设计引言管道系统是现代化社会不可或缺的一部分，它们在供水、供气、供热、输油、输气等领域具有广泛的应用。
然而，为了保证管道系统的稳定运行和有效性，我们需要对其进行流体力学模拟分析和优化设计。
本文将探讨管道流体力学模拟分析及其在优化设计中的应用。
流体力学模拟分析1. 流体力学模拟简介流体力学模拟是利用计算机技术对流体的运动进行数值模拟和计算的过程。
它基于流体力学的方程和基本假设，通过离散网格、数值格式和迭代算法等方法，模拟流体在管道中的流动行为。
2. 管道流体力学模拟的数学模型管道流体力学模拟的数学模型主要包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
其中，质量守恒方程描述了流体质量的连续性，动量守恒方程描述了流体的运动和压力变化，能量守恒方程描述了流体的热力学性质。
3. 数值方法与流体力学模拟在管道流体力学模拟中，我们常常采用有限体积法、有限元法和边界元法等数值方法。
有限体积法将流域划分为一系列离散的有限体积单元，通过求解守恒方程与边界条件来计算流体的物理量。
有限元法则将流管网分解为一系列子域，通过求解局部的微分方程来得到全局的解析解。
边界元法则利用边界上的力和流体速度来求解整个流域的流动。
优化设计1. 管道流体力学模拟在设计中的应用通过管道流体力学模拟，我们可以对不同设计方案进行评估和比较。
例如，在供水系统中，我们可以通过模拟分析不同管道材料、管径和布局等因素对水流速度、压力损失和管道磨损的影响。
在输油系统中，我们可以通过模拟分析不同油品和输送速度对管道内摩擦、泄漏和腐蚀的影响。
2. 优化设计的目标和方法管道系统的优化设计旨在提高其效率、降低能量消耗和减少运维成本。
我们可以通过调整管道材料、直径和布局、增加泵站和阀门等方式来实现这些目标。
优化设计的方法包括优选法、遗传算法和模糊聚类分析等。
3. 管道流体力学模拟在优化设计中的案例以供水系统为例，通过管道流体力学模拟，我们可以对管道布局进行优化，减少管道的压力损失和泄露，并优化能量消耗。
流体力学的数值模拟计算流体力学(CFD)的基础和局限性
流体力学的数值模拟计算流体力学（CFD）的基础和局限性流体力学（Fluid Mechanics）是研究流体（包括气体和液体）运动和力学性质的学科。
数值模拟计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是利用计算机和数值计算方法对流体力学问题进行模拟和求解的一种方法。
CFD已经成为研究流体力学问题、设计和优化工程流体系统的重要工具。
本文将探讨CFD的基础原理和其在实践中的局限性。
一、CFD的基础原理1. 连续性方程和Navier-Stokes方程CFD的基础原理建立在连续性方程和Navier-Stokes方程的基础上。
连续性方程描述了流体的质量守恒，即流入和流出某一区域的质量流量必须相等。
Navier-Stokes方程则描述了流体的运动和力学性质。
它包含了质量守恒、动量守恒和能量守恒三个方程。
2. 网格划分在进行CFD计算之前，需要将流体区域划分为离散的小单元，即网格。
网格的形状和大小对数值模拟的精度和计算量有着重要的影响。
常见的网格划分方法包括结构化网格和非结构化网格。
3. 控制方程的离散化将连续性方程和Navier-Stokes方程进行离散化处理，将其转化为代数方程组，是CFD模拟的关键步骤。
常用的离散化方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。
4. 数值求解方法求解离散化后的方程组是CFD计算的核心内容。
数值求解方法可以分为显式方法和隐式方法。
显式方法将未知变量推导到当前时间级，然后通过已知的变量进行计算，计算速度快但对时间步长有限制；隐式方法则将未知变量推导到下一个时间级，需要迭代求解，计算速度较慢但更稳定。
二、CFD的局限性1. 网格依赖性CFD模拟的结果在很大程度上受到网格划分的影响。
过大或过小的网格单元都会导致计算结果的不准确性。
此外，网格的形状对流场的模拟结果也有很大的影响。
如果网格不够细致，细小的涡旋等流动细节可能无法被捕捉到。
2. 数值扩散和耗散数值模拟中的离散化和近似计算会引入数值扩散和耗散。
生物流体力学模拟及应用研究
生物流体力学模拟及应用研究随着计算机技术的不断进步，数值模拟在生物医学领域得到了广泛的应用。
生物流体力学模拟是其中之一，它可以用来研究生物流体在生物体内的流动特性，分析各种生理和病理状态下生物流体的相互作用，并探索一些生物学和医学问题的答案。
本文将简要介绍生物流体力学模拟的基本概念、数值方法和应用研究方向。
一、生物流体力学模拟的基本概念生物流体力学模拟是指利用计算机模拟生物体内的流体运动，包括血液和淋巴液的流动，呼吸系统和消化系统中的气体和液体的流动，以及其他生物流体的运动。
生物流体力学模拟所涉及的流体力学知识包括连续介质力学、纳细胞尺度流体力学和多相流体力学等。
它的基本思想是根据连续介质力学的原理，建立生物体内流体的数学模型，通过数值计算方法求解数学模型的解析解或近似解，并用计算机可视化的方法展现出来。
在生物流体力学模拟中，数值模拟方法是研究生物流体运动最常用的方法之一。
数值模拟方法包括计算流体力学方法和有限元方法等。
计算流体力学是一种基于连续介质微分方程的数值方法，通过数值离散化和迭代求解微分方程的数值解，得到流体的速度和压力场。
有限元法是另一种数值方法，可以将生物组织和流体连续介质看作有限大小的单元，通过求解单元的变形和运动轨迹，得到连续组织和流体的变形和运动状态。
二、生物流体力学模拟的数值方法生物流体力学模拟的数值方法主要有计算流体力学和有限元方法两种。
（一）计算流体力学方法计算流体力学是一种基于连续介质微分方程和数值离散化的数值方法。
计算流体力学的基本思想是：将流体介质看作连续可压缩介质，建立基于连续介质假设的Navier-Stokes 方程组，通过有限体积法、有限元法或其他迭代求解算法，计算节点的速度和压力值，并通过数值模拟方法求解时间步长，从而得到流体在空间和时间的变化情况。
（二）有限元方法有限元方法是一种基于速度和压力场连续性的数值方法。
它采用非结构化网格和有限元理论，将复杂的流场分解成有限大小的元素来描述流体运动。
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交通流
流体力学模拟理论
4.车流连续性方程的建立
假设车辆顺次通过断面I和II的时间间隔为Δt，两断面的间距为Δx。
Δx
qk
q+Δq k-Δk
I
II
车流在断面I的流入量为q，密度为k。车流在断面II的流出量为 (q+Δq)，密度为(k-Δk)。
流体力学模拟理论
根据物质守恒定律：流入量-流出量＝Δx内车辆数的变化，即：
虚线AB是低密度状态向高密度状 态转变的分界，它体现的车流波为集 结波；
虚线AC是高密度状态向低密度 状态转变的分界，它体现的车流波为 疏散波。
虚线的斜率就是波速。
车队运行状态变化图
流体力学模拟理论
6.波速公式的推导：
这个车队从速度V1、密度K1，(对应于车间距离l1)转变到速度 V2、密度K2(对应于车间距离l2)。O为第一辆车的变速点，A 为第二辆车的变速点、虚线OA的斜率就是集散波的波速。
177 veh / km
w q1 q2 4200 3880 2.58km/ h k1 k2 53 177
表明此处为排队反向波，波速为2.58km/h，因距离为速度与时 间的乘积，整个过程中排队长度均匀变化，故平均排队长度为：
集结波在波动产生的那一点
原地集结。
Q (K1,Q1)
当Q2=Q1 、K2<K1时， 产生一个消散波， w=0，
消散波在波动产生的那一 点原地消散。
Q (K2,Q2)
(K2,Q2)
K (K1,Q1)
K
流体力学模拟理论
8.理论应用
例1：车流在一条6车道的公路上畅通行驶，其速度V为80km/h。路上有 4车道的桥，每车道的通行能力为1940辆/h，高峰时车流量为4200辆/h （单向）。在过渡段的车速降至22km/h，这样持续了1.69h，然后车流 量减到1956辆/h（单向）。 试估计：1）1.69h内桥前的车辆平均排队长度；
疏散波 车流波由高密度状态向低密度状态转变的界面移动，交叉路口进口
引道上红灯期间的排队车辆绿灯时开始驶离，车流从瓶颈路段驶出等 都会产生疏散波。
车流的波动 车流中两种不同密度部分的分界面经过一辆辆车向车队后部传播的
现象。
波速 车流波动沿道路移动的速度。
流体力学模拟理论
图中每根曲线表示一辆车运行的 时间—空间轨迹，曲线间的水平距离 表示车头时距，垂直距离表示车头间 距，两条虚线分隔出I、II和III三个 时间—空间区域。虚线代表车流密度 变化的分界线。
流体力学模拟理论
3.流体流与交通流的比较
物理意义 流体特性 交通流特性 物理意义 流体特性 交通流特性
离散元素 流体分子
运动方向
一向性
连续体 可压缩或不可
形态
压缩流体
车辆
单向
不可压缩 交通流
变量 动量
流速v 压力P
Mv
变量 质量(密度)m 密度K 状态方程 P=cmT
车速v 流量Q
Kv Q=Kv
流体流
2）整个过程的阻塞时间。
解：1）桥前高峰时车流量为4200辆/h，与通行能力的比值（V/C）
约为0.72，交通流能够保持畅通行驶。因此桥前来车的交通流密度
k1为：
k1
q1 v1
4200 80
53veh / km
在过渡段只能通过1940X2=3880辆/h，过渡段的交通密度k2为：
k2
q2 v2
3880 22
流体力学模拟理论 2.流体力学模拟理论建立
在实际交通观测中，常会发现交通流的某些行为非常类似流 体波的行为。
1955年,英国学者莱脱希尔和惠特汉将交通流比拟为流体流，用 流体力学的基本原理，模拟流体的连续性方程来建立车流的连续性 方程。把车流密度的疏密变化比拟成水波的起伏而抽象为车流波。 对一条很长的公体动力学模拟理论。
[q (q q)]t [k (k k)]x
或：
k q 0
t x
取极限可得： 又： 故：
k q 0 t x
q ku
k (ku) 0 t x
车流连续 性方程
流体力学模拟理论
5.车流波动理论
集结波 车流波由低密度状态向高密度状态转变的界面移动，车流在交叉口
遇红灯，车流通过瓶颈路段、桥梁等都会产生集结波。
11
k1 k2
k1 k2
l1 l2
如果车流前后两行驶状态的流量和密度非常接近，则：
W dQ dk
集散波总是从前车向后车传播的，把单位时间内集散波所 掠过的车辆数称为波流量。
QW
v2 v1 1 1
k2 k1
流体力学模拟理论
7.车流波动状态讨论
Q
当Q2<Q1 、K2<K1时，产
(K1,Q1)
生一个消散波，w为正值，消
设变速点A的时刻为t，位置为x, 则：
l2 v1t v2t l1
故集散波从第一辆车传到第二辆 车所需时间为:
t l2 l1 v2 v1
又因x tv1 l1，于是有
W
x t
l1 t
v1
l1 (v2 v1 ) l2 l1
v1
l 2 v1 l2
l1v2 l1
v1 v2
l1 l2 k1v1 k2v2 Q1 Q2
散波在波动产生的那一点，沿
(K2,Q2)
着与车流相同的方向，以相对
路面为w的速度移动。
K
当Q2>Q1 、K2>K1时，产
Q
(K2,Q2)
生一个集结波，w为正值，集
结波在波动产生的那一点，沿 着与车流相同的方向，以相对
(K1,Q1)
路面为w的速度移动。
K
流体力学模拟理论
Q
当Q2<Q1 、K2>K1时，产生 一个集结波， w为负值，集结
流体力学模拟理论
小组成员：王文 温峰
1.概 述
目录
2.流体力学模拟理论建立
3.流体流与交通流的比较
4.车流连续性方程的建立
5.车流波动理论
6.波速公式的推导
7.车流波动状态讨论
8.理论应用
1.概 述
流体力学模拟理论
运用流体力学的基本原理， 模拟流体的连续性方程，建 立车流的连续性方程。把密 度很大的交通流看作流体， 把车流密度的变化抽象为车 流波，通过分析车流波的传 播速度，寻求交通流流量和 速度、密度之间的关系，描 述车流的拥挤—消散过程
波在波动产生的那一点，沿着 与车流相反的方向，以相对路
面为w的速度移动。
Q
当Q2>Q1 、K2<K1时，产生 一个消散波， w为负值，消散
波在波动产生的那一点，沿着 与车流相反的方向，以相对路
面为w的速度移动。
(K1,Q1)
(K2,Q2)
(K2,Q2)
K (K1,Q1)
K
流体力学模拟理论
当Q2=Q1 、K2>K1时， 产生一个集结波，w=0，