水射流冲击平板问题分析
水流冲击平板CAE演示
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4 结构分析 结构网格划分
水流冲击平板分析
平板结构网格
添加约束/载荷
水流冲击平板分析
添加流场压力载荷
水流冲击平板分析 查看已加载到固体表面的压力及合力
求解平板等效应力及变形量
水流冲分析 平板应力分布
水流冲击平板分析
五、结论
由平板变形结果和应力分布看以看出，最大变形发生在平板顶部，有6.951×10-8m，而 最大应力发生在平板底部中间部分，为2846Pa。
流体设置和求解
水流冲击平板分析
设置重力加速度
水流冲击平板分析 选择湍流模型
水流冲击平板分析 选择材料水
水流冲击平板分析 设定进口边界条件
水流冲击平板分析 松弛因子保持默认，收敛残差设置为0.001，初始化流场并计算。
收敛曲线
4、流体分析结果查看
水流冲击平板分析
查看压力分布
水流冲击平板分析 查看平板Z方向受力
水流冲击平板分析
四、解决过程 1.创建分析项目，启动FLUENT- Static Structural模块。
水流冲击平板分析 2、建立平板及外流域模型。。
平板设置信息
水流冲击平板分析 布尔运算后模型
3流体分析 划分网格
水流冲击平板分析
流场网格划分
为流体分析指定边界名称
水流冲击平板分析
指定流体边界面
水流冲击平板分析
ANSYS主要采用分离法也就是载荷传递法求解流固耦合问题。但从数据传递角 度出发，流固耦合分析可以分为两种：单向流固耦合和双向流固耦合。
本例采用单向流固耦合分析。
水流冲击平板分析
三、问题描述
平板厚0.1m，长、宽各1m，外部流域长5m，宽、高各2m。平板垂直而立，底部固定， 受到水流冲击作用，将会产生变形，要求计算平板的变形情况。
可压缩流体射流冲击平板的压力特性研究
动
与
冲
击
Ｖ０ Ｌ ３ ２ Ｎｏ ． ３ ２ ０ｌ ３
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ Ｂ ＲＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
可 压 缩流体 射 流 冲 击平板 的压 力特性 研 究
孙龙泉 ，张忠宇 ，丁建军 ，李 刚 ，孙 士 丽
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｊ ｅ ｔ ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｒ ｎ ｅ ｄ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｂ击 区域 的负压区 ， 自由液面变形 使 冲击 脉宽和 冲量 明显增 大。弹性振动 对冲击压 力峰值 基本无 影 响， 但 弹性振动可极大改变 冲击压力分布 ， 并能有效抑制负压 区的产生 。
关键词 ：射流冲击； 双渐近法 ； 流 固耦合 ； 自由液面变形 ； 弹性振动
中图 分 类 号 ：０ ３ ５ ３ 文献 标 识 码 ：Ａ
Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ｓ ｕ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｊ ｅ ｔ Ｓ Ｕ Ｎ Ｌ ｏ ｎ ｇ — ｑ ｕ ａ ｎ ， Ｚ Ｈ Ａ ＮＧ Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ — ｙ ｕ ， Ｄ Ｉ ＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ ￣ ｕ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｇ ａ ｎ ｇ ｓ Ｕ Ｎ Ｓ ｈ ｉ ． １ ｉ
（ １ ．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
水下爆炸强冲击波与平板结构相互作用的理论分析方法
水下爆炸强冲击波与平板结构相互作用的理论分析方法罗泽立;周章涛;毛海斌;刘建湖【摘要】针对水下爆炸一维强冲击波与平板结构的瞬态流固问题开展研究,综合考虑流体和结构材料的可压缩性,引入状态方程建立强冲击波在板表面反射后的波阵面参数关系,得到板表面的反射系数.然后依据动量守恒定律建立平板的运动方程,求解得到板表面的壁压及板的速度时程,形成了水下爆炸强冲击波与平板结构相互作用的理论分析方法.在此基础上给出了强冲击波与平板相互作用的冲量传递比近似估算公式.最后开展平板结构的近距及接触水下爆炸实验,并结合数值计算对理论方法进行验证.结果表明,建立的理论方法与实验及数值模拟结果吻合良好,为水下近距爆炸强冲击波与结构的相互作用分析提供了理论基础.%To investigate the fluid-structure interaction of the one-dimensional strong shock wave with the plate,we took the compressibility of fluid and structural material into account and,by introducing state of equation of water and structural material into our theoretical analysis,obtained the reflected wave front parameter and reflection coefficient.Then,we established the motion equation of the plate according to the law of conservation of momentum and calculated the plate's wall pressure and velocityhistories.Furthermore,on the basis of these results,we came up with an approximate formula for estimating the impulse transfer ratio of the interaction between the strong shock wave and the plate.Finally,we verified the theoretical approach to the shock-structure interaction by carrying out an underwater explosion experiment accompanied with numerical calculation.The results show that the theoretical method proposed here isin good agreement with experimental and numerical results.The method provides a theoretical basis for research on problems of close-in underwater explosion acting on the broadside structure.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2017(031)004【总页数】10页(P443-452)【关键词】水下爆炸;流固耦合;强冲击波;雨贡纽曲线【作者】罗泽立;周章涛;毛海斌;刘建湖【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082;中国船舶科学研究中心,江苏无锡214082【正文语种】中文【中图分类】O383.11 引言舰船、潜艇等作战平台在战时容易遭受鱼雷、水雷等水中兵器的攻击。
水力学实验报告思考题答案(想你所要)
水力学实验报告实验分析与讨论1.同一静止液体内的测管水头线是根什么线？测压管水头指，即静水力学实验仪显示的测管液面至基准面的垂直高度。
测压管水头线指测压管液面的连线。
实验直接观察可知，同一静止液面的测压管水头线是一根水平线。
2.当P B<0时，试根据记录数据，确定水箱内的真空区域。
，相应容器的真空区域包括以下三部分：(1)过测压管2液面作一水平面，由等压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面为等压面，均为大气压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。
(2)同理，过箱顶小水杯的液面作一水平面，测压管4中，该平面以上的水体亦为真空区域。
(3)在测压管5中，自水面向下深度某一段水柱亦为真空区。
这段高度与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液面高于小水杯液面高度相等。
3.若再备一根直尺，试采用另外最简便的方法测定γ0。
最简单的方法，是用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的垂直高度h和h0，由式，从而求得γ0。
4.如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响？设被测液体为水，测压管太细，测压管液面因毛细现象而升高，造成测量误差，毛细高度由下式计算式中，为表面张力系数；为液体的容量；d为测压管的内径；h为毛细升高。
常温(t=20℃)的水，=7.28dyn/mm，=0.98dyn/mm。
水与玻璃的浸润角很小，可认为cosθ=1.0。
于是有(h、d单位为mm)一般来说，当玻璃测压管的内径大于10mm时，毛细影响可略而不计。
另外，当水质不洁时，减小，毛细高度亦较净水小；当采用有机玻璃作测压管时，浸润角较大，其h较普通玻璃管小。
如果用同一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。
因为测量高、低压强时均有毛细现象，但在计算压差时，互相抵消了。
5.过C点作一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是不是等压面？哪一部分液体是同一等压面？不全是等压面，它仅相对管1、2及水箱中的液体而言，这个水平面才是等压面。
李玉柱流体力学课后题答案-第四章
第四章 流体动力学基础4-1 设固定平行平板间液体的断面流速分布为1/7max /2/2u B y u B -⎛⎫= ⎪⎝⎭，0y ≥总流的动能修正系数为何值?解：172max max 0127282B A A B y v ud u dy u B A B ⎛⎫- ⎪=== ⎪⎝⎭⎰⎰因为31.0A A u d A v α∆⎛⎫≈+⎪⎝⎭⎰ u u v ∆=-所以 172233821.0 1.01 1.0572B B A A B y u v d dy B A v B α-⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎛⎫⎪≈+=+⋅-= ⎪⎪ ⎪⎝⎭ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰⎰4-2 如图示一股水流自狭长的缝中水平射出，其厚度00.03m δ=，平均流速V 0＝8m/s ，假设此射流受重力作用而向下弯曲，但其水平分速保持不变。
试求(1)在倾斜角45θ=o 处的平均流速V ；(2)该处的水股厚度δ。
解：（1）由题意可知：在45度水流处，其水平分速度仍为8m/s,由勾股定理可得：V=︒45sin 8=11.31m/s （2）水股厚度由流量守恒可得：VD D V δδ=000，由于缝狭长，所以两处厚度近似相等，所以000.0380.02111.31V V δδ⨯===m 。
4-3 如图所示管路，出口接一收缩管嘴，水流射人大气的速度V 2=20m/s ，管径d 1＝0.1m ，管嘴出口直径d 2＝0.05m ，压力表断面至出口断面高差H ＝5m ，两断面间的水头损失为210.5(/2)V g 。
试求此时压力表的读数。
解：取压力表处截面为截面1-1，收缩管嘴处截面为截面2-2，选择两截面包围的空间为控制体，由实际流体的恒定总流能量方程得：2211221222wV p V p z z h g g g g ρρ'++=+++， 由连续性方程2211V A V A =可得1-1断面流速s m 51=V ，由上述两个方程可得压力表的读数（相对压强）：222112212w V V p p z z h g g ρ⎛⎫-'-=+-+ ⎪⎝⎭，上式计算结果为：2.48at 。
流体力学动量定理实验
流体力学动量定理实验动量定理实验一、概述动量定理表示：流体微团动量的变化率等同于促进作用在该微团上所有外力的矢量和。
即为某掌控体内的动量在时间dt内的增量等同于促进作用在掌控体上所有外力在dt时间内的总冲量。
水射流冲击平板和内半球是用来验证动量定理的一个很好实例，本实验仪则采用水射流冲击平板通过称重系统测出冲击力。
二、实验目的：1．测定管嘴喷射水流对平板或曲面板所施加的冲击力。
2．测量动量修正系数，以实验分析射流辐照度角度与动量力的相关性3．将测出的冲击力与用动量方程计算出的冲击力进行比较，加深对动量方程的理解。
三、设备性能与主要技术参数1、该实验装置主要由：流量计、水泵、实验水箱、管嘴、蓄水箱和平衡秤等组成。
2、流量计采用lzs-15（60-600）l/h。
3、水泵为增压泵，最低扬程：10m，最小流量：10l/min，输出功率2800r/min，输出功率90w。
4、量器为平衡杆秤，上面刻度每小各格为2mm,称上平衡游码为150g。
5、实验水箱由有机玻璃做成，顶部装有称量装置，内部则存有实验平板与管嘴，其中管及嘴距平板距离为40mm，管及嘴的内径为9mm。
6、蓄水箱由pvc板焊制而变成。
容积：35l。
四、实验原理1、本实验装置得出计量杠杆为平衡杆表示。
2、排序每个状态下的体积流量和质量流量体积流量qv通过转子流量计直接得出读数，质量流量qm＝ρwqv其中水的密度ρw可根据水温查得。
3、排序每个状态下水射流冲击模型的当地速度u。
由公式u0=qv/a0(m/s)计算管嘴出口处的水流速度，其中a0为喷嘴出口截面积（m2）。
在地心引力的作用下，水射流离开喷嘴后要减速，当水流射到模板上时，当地速度u应当根据横向向上抛运动的公式展开修正，即为：u=√u20-2gs,式中s为从燃烧室出口至模板实际碰触距离。
lsgf五、实验流程图109876543s211、水泵2、水箱3、喷管4、喷嘴5、水射流6、平板7、筒体8、平衡秤9、传感力10、平衡杆自循环供水装置由涡轮水泵和蓄水箱组合而成。
基于FLUENT的水射流冲击力影响因素仿真分析
基于FLUENT的水射流冲击力影响因素仿真分析叶建友;吕彦明【摘要】Based on water jet impact model,the jet impact numerical simulation and simulation analysis was carried out by FLUENT. The content include the effect of different jet pressures ,jet distances and the diameters of nozzle outlet on jet impact force and area. The results indicate that impact force increases with the increase of jet pressure ,decreases after first increase with the increase of target distance when other related factors was determined. The ratio of impact is approximately equal to the nozzle exit diameter ratio of the square. Jet impact area is related to the nozzle exit diameter ,its area is about 2.9 times of the exit zone.%基于水射流冲击模型，应用FLUENT流体分析软件对喷嘴射流冲击力数值模拟和仿真，得出不同的射流压强、喷距及喷嘴出口直径对射流冲击力及冲击作用区域的影响。
结果表明：其他相关因素确定时，射流冲击力随着射流压强的增加而增大，随着喷距的增加先增大、后减小；不同喷嘴出口直径的射流冲击力的比值约为喷嘴出口直径的平方比，射流冲击的作用区域与喷嘴出口直径有关，其面积约为出口直径的2.9倍。
水射流冲击平板问题分析
１ 物理描 述
ｌ Ｑ ｌ ＝ ￣ Ｑ ｏ （ １ ＋ Ｃ Ｏ Ｓ ） 最终可得： ｛
ｌ Ｑ ２ ＝ 寺 （ １ 一 ｃ ｏ ｓ ０ ） 本文考虑二维情况下的水射流冲击平板问题 ， 并对其进行了分析。 二维模型如 图 １ 所示 ， 一股速度为 ， 体积流量为 的水射流从管道入射 ， 冲击在一倾斜角为 的平板上 ，其后在平板上分为两股流体 ，体积流量 ３ 数值计算 分别 为 和 ，根据理论 分析可得到平 板所受冲击 力以及平板上流 量的 ３ １ 数 值 计 算 方 法 分配情况 。 考虑空气 中水射流 冲击平 板问题 ，水流的流动必然 引起周 围空气 的流动 ，故为气液两相流 问题 ，计算中采用 “ 流体体积 （ Ｖ ｏ ｌ ｕ ｍ ｅ ｏ ｆ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ — ＶＯＦ ）方法求解。 Ｖ Ｏ Ｆ 方法作为一种解决两相流 问题的方法 ，是通过体积函数来追 踪相 间界面 ，具 有物理概念清晰、容易实现 、计算量小 以及精 度较高 的优点 。 追踪各相流体的体积分数可 以通过连续性方程来求解 ，例如第 相 流体 的体积分数可 以通过如下的连续性方程求解 ：
由 动 量 方 程 得 ： ∑ ， ： Ｉ Ｊ ｐ Ｖ ｄ ｖ Ｊ ＋ ∑ （ ） 一 ∑ （ ｇ ）
在定常流动 的情况下 ，上式右边第一项为零 。因此其分量式为 ：
∑ ＝ ∑（ ） 一 ∑（ ）
∑ ＝ ∑（ ） 一 ∑ ）
由图 １ 所示可知其具体表达式分别为 ：
去 Ｉ 昙 （ ＋ ｖ ． ａ ｋ Ｐ ｋ ） ＝ Ｓ ｋ ＋ ｎ （ ｍ ） ｌ
图 １ 水射流 冲击平板 问题示 意图
式中 ：巳 ｋ 是第 ｋ相流体 的密度 ；Ｉ Ｔ １ ： 是第 ｋ相流体 流入 第 Ｚ相流 体 中的质量 ；ｒ ｎ 是第 Ｚ相流体流入第 ｋ相流体 中的质量 ； Ｓ 为源项 ， 如果多相流体 间没有特殊的质量输运 ，该项一般取 ０ 。 ３ ２ 计算 区域及边界条件 建立如 图 ２ 所示流动 区域进行模拟 ，其 中 Ｂ Ｃ ，Ａ Ｄ 为水流入射管
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水射流冲击平板问题分析
摘要：为了加深对水射流冲击平板问题的理解，将该问题简化为二维模型，并对此二维模型进行了理论分析和数值模拟。
理论分析采用理想流体模型，并在忽略重力条件下运用流体连续性方程、动量方程和能量方程对该问题进行了研究。
此外，采用fluent软件中的VOF模型对该问题进行数值模拟。
最后将两种方法获得的平板受力和流量分配情况进行对比，两者吻合良好。
关键词：射流冲击；理论分析；数值模拟；VOF模型
0 引言
射流，是指流体从管口、孔口、狭缝中射出，并同周围流体掺混的一股流体流动，是一种广泛存在于自然界和工业生产中的现象，如喷泉、蒸汽泵、喷气式飞机等都是射流现象的典型代表。
射流运动具有一定的能量，在工业上常利用射流冲击材料实现清洗、剥层、切割等工序，而此时材料受射流冲击力的大小以及射流流量分配为重要的参数。
本文通过理论分析与数值模拟两种方法，分别对平板所受水流冲击力以及平板上的流量分配进行了研究。
1 物理描述
本文考虑二维情况下的水射流冲击平板问题，并对其进行了分析。
二维模型如图1所示，一股速度为，体积流量为的水射流从管道入射，冲击在一倾斜角为的平板上，其后在平板上分为两股流体，体积流量分别为和，根据理论分析可得到平板所受冲击力以及平板上流量的分配情况。
2 理论计算
真实流体所具有的粘性会对理论分析带来极大的困难，简便起见，这里考虑入射流体为处于环境压力内的定常不可压缩理想流体，并忽略流体所受的重力，此时建立如图1所示的坐标系，设平板对水流的冲击力方向如图1所示。
分析：
（1）在此水射流冲击平板的二维模型中，数值模拟结果与理论计算结果可以较好吻合。
（2）由计算可知数值模拟值与理论值相接近，可知VOF方法对水射流冲击平板的二维模型有较好的模拟。
（3）在理论计算的过程中，由于不考虑摩擦（即视为理想流体）和忽略了
重力，故肯定与实际情况存在一定偏差。
（4）数值模拟结果可能存在误差，分析造成模拟值有可能存在误差的原因有：流体边界值难以预测，边界条件不一定准确，网格划分过程中存在截断误差，选用的模型中引入一些假设等。
（5）理论分析与数值模拟相比，更加简便快捷，但是计算结果较为简单，数值模拟可以获得更多的流场信息。
5 总结
在学习过程中要善于思考，把学到的知识综合运用起来。
本文将流体力学知识和计算流体知识相结合，互相验证，有利于对两种知识更进一步的理解和掌握。
各种数据显示数值模拟的结果与实际情况存在一定的误差，但对于本文所研究的二维问题而言，数值模拟与理论分析误差比较小，都可以较好的符合实际情况，大大了方便研究分析，虽然数值模拟的方法没有理论分析快捷方便，但是可以显示流线分布情况，速度矢量分布情况等大量的流场信息，便于更加全面、直观的掌握流动细节，是工程应用中一种很方便的工具。
参考资料：
[1]倪玲英.工程流体力学[M].北京：中国石油大学出版社，2012.
[2]陈庆光，徐忠，张永建.轴对称湍流冲击射流场的数值预测[J]. 动力工程，2002，22（06）：2015-2019.
[3]赵永志，顾兆林，郁永章等.盆池涡涡动过程数值研究[J].水利学报，2002（12）：1-6.
[4]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.。