流体的圆柱绕流和球体绕流
流体力学选择题
2009年预赛流体力学部分1、如图所示，船在平静水面快速行驶，环境风速为零。
下图中a、b、c、d四点位于驾驶舱外的甲板上。
其中d点位于船头甲板上，a点位于驾驶舱正前方附件的甲板上，b、c两点分别位于驾驶舱左右两侧的甲板上。
a、b、c、d四点，哪点速度最大？哪点速度最小？为了排出驾驶舱内的烟气，应在驾驶舱的什么位置开排风口？(B)A、b、c点速度最大，d点速度最小，应在驾驶舱的b、c两侧上部设置排风口B、b、c点速度最大，a点速度最小，应在驾驶舱的b、c两侧上部设置排风口C、d点速度最小，a点速度最大，应在驾驶舱的a上部设置排风口D、d点速度最大，b、c点速度最小，应在驾驶舱的b、c两侧上部设置排风口2、理想流体的特征是（D ）A、不可压缩B、所受压应力为零C、粘度是常数D、无粘滞性3、两条长度相同，断面积相等的风道，一为圆形，一为方形，若二者沿程阻力损失相等，且均处于阻力平方区，则（D ）A、二者的过流能力没有区别B、确定哪个的过流能力大的条件不足C、方形风道的过流能力大D、圆形风道的过流能力大4、如图所示，当喷淋头喷水时，浴帘会怎样运动？（ A ）A、飘向喷淋侧B、飘向无喷淋侧C、不动D、左右摆动5、如图实际流体的管流，管径不变，沿途有流体从管内流出。
管流沿程A、B、C断面上必定有（B ）A、A断面静压=B断面静压=C断面静压B、A断面动压>B断面动压>C断面动压C、A断面全压=B断面全压=C断面全压D、A断面静压<B断面静压<C断面静压6、如图设计的虹吸管要将水箱1的水，越过障碍Z送到水箱2中，试分析以下哪种措施选项不是必需的（D ）A、h1<9.8mB、h2>SHQ2<SH是虹吸管的阻抗，Q是虹吸管的设计流量C、排除虹吸管中的空气D、h1<h27、并联管道1、2，如图所示。
两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度L2=3L1，通过的流量之间的关系为( A )A、Q1=1.73Q2B、Q1=3Q2C、Q1=Q2D、Q1=1.5Q28、如图在弯管后的A断面用毕托管和微压计测管内流体的压强。
08.圆柱绕流解析
2
2
2
流体力学实验室
14-10
流体力学实验 I ——圆柱绕流
§3.4 圆柱表面压力分布的测量
流体力学实验室
14-11
流体力学实验 I ——圆柱绕流
§3.4 圆柱表面压力分布测量
➢ 数据处理
❖ 计算来流速度V∞和实验雷诺数Re； ❖ 作圆柱表面压力分布向量图和Cp～θ 曲线； ❖ 用数值积分方法求圆柱的阻力系数CD。
流体力学实验室
14-3
流体力学实验 I ——圆柱绕流
§2.1 粘性流体绕流圆柱
➢ 壁面流体无滑移（柱表面流速 u = 0），产生壁面摩擦力， 圆柱壁面附近产生附面层；
➢ 当Re > 40时，流动非定常、出现流动分离，流动上、下游
前后不对称；
➢ 时均压力系数 关于 θ =±90° 平面不对称， 形成压差阻力；
流体力学实验I
(http://202.120.227.42，用户名：gmm)
圆柱绕流
流体力学实验室 郭明旻 编写 办公室电话：65642748 电子邮件：mmguo@
流体力学实验 I ——圆柱绕流
内容提要
➢ 理想流体绕流圆柱 ➢ 粘性流体绕流圆柱 ➢ 圆柱表面压力分布的测量 ➢ 旋涡脱落频率的测量
径圆柱，有S＝1×d＝d，d为圆柱直径。
➢ 单位宽度圆柱体所受压差阻力和圆柱的阻力系数分别为：
D
2
1
d
p cos d
d
02
2
2
0 ( p p ) cos d
d
CD
1
D
v2 d
2
2
0 ( p p ) cos d 1
1 v2 d
2
2 p p cos d 1
圆柱绕流
二维圆柱绕流摘要:采用有限体积法求解二维N -S 方程，对雷诺数1,10,100的二维圆柱非定常流场进行了数值模拟，对比各雷诺数下其流动情况发现，在Re=1时，圆柱上下游的流线前后对称，此Re 数范围的绕流称为斯托克斯区；随着Re 的增大，圆柱上下游的流线逐渐失去对称性。
当Re=10时，沿圆柱表面流动的流体在到达圆柱顶点（90度）附近就离开了壁面，分离后的流体在圆柱下游形成一对固定不动的对称漩涡（附着涡），涡内流体自成封闭回路而成为“死水区”；随着Re 的增大，死水区逐渐拉长圆柱前后流场的非对称性逐渐明显，此Re 数范围称为对称尾流区。
圆柱下游流场不再是定常的，圆柱后缘上下两侧有涡周期性地轮流脱落，形成规则排列的涡阵，这种涡阵称为卡门涡街。
1. 圆柱绕流研究圆柱绕流是一个经典的流体力学问题，流体绕圆柱体流动时，过流断面收缩，流速沿程增加，压强沿程减小，由于粘性力的存在，，就会在柱体周围发生边界层的分离，形成圆柱绕流。
圆柱绕流现象比较复杂，因此，对圆柱绕流研究具有重要的基础理论意义。
研究圆柱绕流问题在工程实际中也具有非常重要的意义。
如水流对桥梁、海上钻井平台支柱、海上输运管线、桩基码头等的作用中，风对塔设备、化工塔设备，高空电缆等的作用中，都有着重要的工程应用背景。
因此，对圆柱绕流进行深入研究，对其流动机理进行分析，不仅具有理论意义，还有明显的社会经济效益。
2. 数值方法因为本文主要求解雷诺数Re=1,10,100时的圆柱绕流情况，需要求解二维非定常不可压的N—S 方程组：本文采用有限体积法对上述微分方程进行离散，然后用SIMPLE 算法对离散方程进行求解，计算中时间推进采用二阶隐式格式，空间离散采用三阶精度的QUICK 格式。
控制方程如下：0jju x ∂=∂ (1) 1()()ji j i j j j ju u p u u t x u x x νρ∂∂∂∂∂+=-+∂∂∂∂∂ (2) 3. 网格划分及模拟工况3.1计算网格计算的区域大小为上游边界距圆柱圆心为2.5D ，下游边界距圆柱圆心10D ，顶部和底部边界距圆柱圆心2.5D ，如图1所示。
流体运动中的绕流现象
流体运动中的绕流现象概述流体运动指的是液体或气体在外力驱动下发生的运动现象。
在流体运动中，经常会出现一些特殊的现象，例如绕流现象。
绕流现象指的是流体在遇到障碍物时，形成绕过障碍物的流动路径。
这种现象在自然界和工程实践中都非常常见，对于了解流体的运动规律以及优化流体的工程应用具有重要意义。
本文将从绕流现象的原理、影响因素及应用等方面进行探讨，通过分析相关实验研究和工程案例，深入了解绕流现象在流体运动中的重要性和发展现状。
绕流现象的原理绕流现象的产生主要是由于流体与障碍物之间的相互作用引起的。
当流体遇到障碍物时，会形成流体分层和速度分布的变化，从而导致流体绕过障碍物流动形成绕流。
绕流现象的原理可归纳为以下几个方面：1. 动量传递流体运动中的绕流现象是由于流体中质点的力相互作用引起的。
当流体流过障碍物时，由于障碍物表面与流体之间的摩擦力，会导致流体分子传递动量给障碍物表面。
这种动量传递会产生反作用力，使流体开始绕过障碍物流动。
这个过程中，障碍物表面的形状和材质对动量传递起着重要的影响。
2. 惯性效应在流体运动中，流体的惯性也是产生绕流现象的重要原因之一。
当流体流动的速度较大时，流体分子具有较大的惯性，因此在遇到障碍物时会产生绕流现象。
这种绕流现象在高速流动的情况下尤为显著，流体分子会在障碍物周围形成旋涡，并绕过障碍物流动。
3. 障碍物形状和大小障碍物的形状和大小也对绕流现象起着重要的影响。
当障碍物的形状和大小与流体流动的特性相匹配时，绕流现象会更加明显。
例如，当流体遇到一个圆柱体时，会形成一个稳定的绕流区域；而当流体遇到一个尖锐的障碍物时，会形成一个不稳定的绕流区域。
因此，通过调整障碍物的形状和大小，可以控制绕流现象的发生和发展。
绕流现象的影响因素绕流现象被广泛应用于工程实践中，因此了解绕流现象受到的影响因素对于合理设计和优化工程具有重要意义。
以下是常见的影响因素：1. 流体性质流体的性质对绕流现象的发生和发展具有重要影响。
传热学简答题
1.热量传递的三种基本方式？机理？自然界是否存在单一的热量传递方式？举例答：三种方式为热传导，热辐射，热对流。
热传导是物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。
热对流是由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。
热辐射是物体通过由于热的原因而产生的电磁波来传递能量的方式。
存在，太阳与地球间的热辐射，固体的热量由热的一端流向冷的一端。
2.导热系数及不同相态的材料导热系数差异？ 答：n xt q ∂∂=λ，一般来说，导热系数：对于不同物质，金属固体＞非金属固体＞液体＞气体；对于同种物质，固态＞液态＞气态。
它与物质的种类及热力学状态（温度、压力）等有关。
3．导热、对流、辐射换热之间的区别？答：导热与辐射中物体各部分是不发生相对位移的，而对流中流体各部分发生相对位移。
导热与对流均需要介质才能传递热量且无能量形式的转换，而辐射则不需要介质且有伴随着能量形式的转换。
4.什么是温度场？什么是温度梯度？答：各个时刻物体的各点温度所组成的集合称为温度场。
温度梯度是温度变化的速度与方向，它是温度变化最剧烈的方向。
5.等温线的概念与性质？答：温度场在同一瞬间相同温度的各点连成的线叫等温线。
物体中的任一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。
当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观的反映出不同区域导热热流密度的相对大小，等温线越密，热流密度越大。
6.导热微分方程及其理论依据？ 答：Φ+∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂=∂∂)()()(zt z y t y x t x t pc λλλτ，依据为能量守恒定律，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。
7.定解条件及常见边界条件？答：定解条件：使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件。
关于绕流问题的几点扩充
关于绕流问题的几点扩充关键词：圆球绕流、双列圆柱绕流、椭圆绕流、三椭圆柱体绕流。
摘要：1、背景：圆柱体是一种最基本的钝体，但工程中其他形状的钝体，例如圆球体、串列的双圆柱体、椭圆柱体随处可见，因此对于除了圆柱体外其他形状物体的研究在理论上和实际工程中都有很重要的意义。
2、主要内容：类比于圆柱绕流，研究了圆球的绕流问题；利用“二阶投影法求解二维不可压粘性流体的N - S 方程”的方法计算了高雷诺数Re = 1 ×10^5 下串列圆柱的非定常绕流，以此来研究串列的双圆柱绕流问题；采用将“椭圆化圆”的方法研究椭圆柱体的相关绕流问题；最后采用了边界元方法对“三椭圆柱体的绕流流场和压力场”问题进行了研究。
3、结论：通过研究，对工程上的多种绕流问题有了进一步的理解与系统化的归纳与总结。
正文：课堂上余老师关于圆柱绕流的各种情况进行了很细致地讲解，本文将就圆球、双圆柱、椭圆柱体、三椭圆柱体绕流问题加以拓展。
圆球绕流问题：圆球绕流是所有三维物体绕流中最简单的一种，随着雷诺数的增大，圆球与圆柱的阻力形成发展有很大的相似性，只是圆柱和二维物体如翼型往往连带着涡街，而对三维物体却不存在涡街，这是例外。
代替涡街的是涡环，发生在Re=10左右，并当200<Re<2000,涡环就变得不稳定，倾向于物体的下游方向运动并立即被新的涡街所代替。
然而这个过程不是周期性的，并不引起圆球的振动。
圆球绕流的研究具有很重要的现实意义，因为它是流体力学一个分支的基础，即质点力学。
研究对象涉及到与流体中固体质点的流动或气体中液体质点的流动有关的所有问题，并包括气体输运、质点分离、沉淀、渗漏等质点问题。
当Re 值很小时，在圆球绕流期间亦叫“蠕动”，可假定不计惯性影响，从而恒定流动的N-S 方程可省略方程左边的惯性项而大大简化，这样求解压强的梯度grad p 得到压强分布，因而使粘性阻力的计算成为可能。
斯托克斯根据简化的N-S 方程与极坐标表示的连续性方程联立，并用圆球表面处所有的速度分量皆为零的边界条件得到了阻力的解，即众所周知的公式：6RU D πμ=，式中R 是圆球半径，U 是流体自由流速度，μ是流体自由粘性系数。
流体力学4.5 圆柱绕流
柱面上的最大速度点发生在
2
的位置上;
并且 Vbmax 2V
由伯努利方程可以求出压力场
p
p
1 2
V2 V 2
在柱面上 Vr b 0,V b 2V sin
pb
p
1 2
V 2
1 4 sin2
令压力系数cp
流体力学第四章
第四章 不可压理想流体平
面无旋流动
4.5圆柱绕流
流体力学第四章
4.5 圆柱绕流
流体力学第四章
4.5.1 无环量圆柱绕流——均匀流、偶极子的组合
一、均匀流与偶极子的组合
在坐标原点，布置一个强度为m，方向与x轴相反的 偶极子，再叠加一个沿x轴的均匀流，如图所示。
复势为
W
V z
m
2
1 z
Vrei
m
2
1 r
e
i
相应的速度势及流函数
Vr cos Vr sin
m
2
m
2
1 r
cos
1 r
sin
流体力学第四章
利用 const作流线,得流场图.
流体力学第四章
讨论:
流体力学第四章
（1）零流线
考察 0的流线
sin
2 r
由驻点速度为0得
Vr
V
1
a2 r2
cos
rss
a
2
,
3
2
第一种情况，柱面上速度为零
圆柱绕流过程
圆柱绕流过程嘿，朋友们！今天咱来聊聊圆柱绕流这个有意思的事儿。
你看啊，那圆柱就像是个安静的卫士，站在流体中间。
当流体欢快地跑过来的时候，它们可就开始了一场特别的互动。
想象一下，流体就像一群调皮的孩子，围着圆柱转啊转。
在圆柱的前面，这些流体就像是被吸引住了一样，拼命地往前挤，速度也变得越来越快。
这就好像我们看到好吃的，都争着往前凑呢！然后呢，在圆柱的两侧，流体就会形成一种特别的漩涡，就像小旋风似的。
这漩涡可有意思啦！有时候它们转得很顺畅，有时候又好像有点纠结，不知道该往哪儿走。
这多像我们有时候面对选择，也会有点不知所措呀！而在圆柱的后面呢，会出现一个长长的尾巴，那里的流体好像有点迷茫，不知道该怎么跟着大部队走了。
这圆柱绕流可不只是好玩哦，它在我们生活中其实有着很重要的作用呢！比如说在航空领域，飞机翅膀的设计就得考虑这个圆柱绕流的原理。
要是没搞清楚，那飞机飞起来可能就不那么稳当了，多吓人呐！在水利工程中也是一样，水流绕过桥墩什么的，都得好好研究圆柱绕流。
再想想我们家里的水管，水在里面流的时候，不也有点类似圆柱绕流嘛。
要是我们能更好地理解它，说不定还能让水流得更顺畅，省水又省力呢！而且哦，科学家们一直在研究圆柱绕流，想要弄清楚它的各种奥秘。
这就像是我们对一个神秘的宝藏充满了好奇，不停地去挖掘，去探索。
每一次新的发现，都像是找到了一颗闪亮的宝石，让人兴奋不已！这不就是科学的魅力吗？虽然圆柱绕流看起来只是一个小小的现象，但它背后蕴含的知识和奥秘，却能让我们不断地去追寻，去探索。
我们能从中学到很多东西，也能让我们的生活变得更加美好。
所以啊，别小看了这圆柱绕流，它可真是个神奇的存在呢！它就像一个隐藏在流体世界里的小秘密，等待着我们去揭开它的面纱，发现它的美妙之处。
让我们一起加油，去探索更多关于圆柱绕流的精彩吧！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
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流体的圆柱绕流和球体绕流
流体力学是一门研究流体运动规律的学科，其中圆柱绕流和球体绕
流是其中两个重要的研究领域。
本文将对这两个问题进行探讨和分析。
一、圆柱绕流
圆柱绕流是指流体绕过圆柱体的运动情况。
这个问题的研究对于建
筑物、桥梁等结构的设计以及风力发电、水力发电等领域的应用具有
重要意义。
圆柱绕流问题的研究可分为二维和三维两种情况。
二维情况下，流
体运动在一个平面内进行，圆柱绕流主要表现为流体分离和脱落现象。
三维情况考虑了流体运动的立体特性，圆柱绕流的现象更加复杂，例
如涡脱落、涡欧拉现象等。
对于圆柱绕流问题，研究者发现了一些重要的现象和特点。
例如，
在二维情况下，当雷诺数（Reynolds number）小于约50时，流体边界
层分离现象较为明显；而在Reynolds数大于约50时，主要以卡门漩涡（von Kármán vortex）为特征。
此外，三维情况下，流体流动情况更为复杂，存在多种多样的涡流结构。
圆柱绕流问题的研究方法有很多，例如实验方法和数值模拟方法。
实验方法通常使用风洞试验或水洞试验，通过测量流场参数来获得流
体运动规律。
数值模拟方法则通过计算流体的动力学方程，以及采用
适当的网格划分和离散算法，模拟圆柱绕流的流体运动情况。
二、球体绕流
球体绕流是指流体绕过球体的运动情况。
球体绕流问题的研究同样
对于许多领域具有重要意义，如船舶设计、飞行器空气动力学、流体
工程等。
和圆柱绕流相比，球体绕流的流动状态更加复杂。
在低雷诺数下，
流体会产生分离现象，形成稳定的涡结构；而在高雷诺数下，流体的
运动规律更加多样，可能出现流体脱离球体的现象。
球体绕流问题的研究同样采用实验方法和数值模拟方法。
实验方法中，可以通过在风洞中进行测量，如测量压力分布和速度分布，来获
得流体运动的相关信息。
数值模拟方法则通过求解流体动力学方程，
并应用适当的离散化算法计算球体绕流的流场。
综合来说，圆柱绕流和球体绕流是流体力学领域中的两个重要问题。
研究者通过实验和数值模拟等方法，不断深入探索流体的运动规律和
特点。
对于这两个问题的研究不仅在科学领域有重要意义，也为工程
应用提供了有力的支持。