流体力学在发动机上的应用
流体力学在发动机上的应用
研究空气和燃气与发动机各零部件相对运动及其相互作用的学科，是流体力学的一个分支。发动机气动力学的理论基础与空气动力学相同。空气和燃气流经发动机的各个部件时，气体的压力、温度、速度都发生很大的变化，发动机运动部件和气体之间还有机械能的传递。对发动机气动力学的深入研究，为提高发动机各个部件的工作性能打下了基础。进气道空气动力学研究各种类型的亚音速和超音速进气道内部和外部空气的流动，寻求最佳的进气道几何形状，使得空气在进气道内部流动时具有最小的流动损失，在进气道外部具有较小的阻力。随着飞行器飞行速度的提高和飞行速度的大范围变化，空气流过进气道时产生复杂的激波系，激波与固体壁的附面层相交往往使附面层分离产生空气旋涡,这不仅会增加流动损失,而且使进气道出口流场不均匀，产生流场畸变，导致发动机工作不稳定。为减少超音速进气道的流动损失，减小进气道出口的流场畸变，正进行大量的研究工作。喷管气动力学研究各种类型收敛喷管和收敛-扩张喷管内气体的流动和在不同压降条件下喷管几何形状的调节。根据发动机性能的要求确定喷管的尺寸和形状，使气体在喷管中加速流动时具有最小的流动损失，从而获得更大的推力。在喷管燃气流中含有液态或固态物质时的流动称为两相流动或多相流动。叶片机气动力学压气机和燃气涡轮统称为叶片机。叶片机气动力学研究空气在压气机中和燃气在燃气涡轮中的流动。提高气体在叶片通道中的流动速度可以减少级数、缩小尺寸、改进设计。气体的流动速度往往接近或超过音速。对叶片通道中的流动规律的研究，使压气机和燃气涡轮部件与气体之间能有效地进行机械能的传递，减小流动损失，提高压气机和燃气涡轮的性能。燃烧气动力学研究火焰在可燃气体中的传播、火焰稳定的条件，以设计出燃烧效率高、流动阻力小并具有宽广稳定工作范围的燃烧室(见燃烧室、加力燃烧室)。在燃烧气动力学和燃烧学的指导下，中国发明了沙丘驻涡火焰稳定器，使发动机加力燃烧室的性能获得显著提高。发动机气动力学还研究两股不同能量气流的渗混或引射。发动机气动力学的研究，在计算机技术的辅助下已广泛应用有限差分、有限元素等数值计算方法，并在发动机气动力学的许多领域内达到数值计算与实验结果比较吻合的状况。
电子技术在发动机上的应用
汽油发动机所用混合气的空燃比、点火时刻、怠速转速、配气定时等对发动机的动力性、经济性和排气净化有很大的影响,采用控制空燃比的电子燃油喷射系统,调节点火时刻的电子点火调节系统及
控制怠速转速、配气定时、可变排量发动机的微机控制装置等发动机的电子控制系统就可满足上述要求。
：发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等，这些传感器向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。
汽车发动机工作时的苛刻环境对发动机所用的非金属材料有耐久性和可靠性等使用要求;发动机零部件的设计还要考虑动力性、振动噪声、环保性和经济性的要求。因此,对发动机用非金属材料要求非常高。对根据不同工作条件选择适合的非金属材料以满足和平衡各方面的性能需求进行了综述。
电气技术在发动机上的第一个应用是启动发动机
船舶流体力学习题答案
习题5 5.1 已知2,2,2,x y z v y z v z x v x y =+=+=+求： (1)涡量及涡线方程；（2）在z=0平面的面积dS=0.0001上的涡通量。 解：（1） ()()()(21)(21)(21)y y x x z z i j k y z z x x y i j k i j k ??????Ω=-+-+-??????=-+-+-=++νννννν 所以 流线方程为 y=x+c1,z=y+c2 (2) 2J 2*0.5*0.00010.0001/wnds m s ===? 5.4设在（1，0）点上有0Γ=Γ的旋涡，在（-1，0）点上有0Γ=-Γ的旋涡，求下列路线的速度环流。 2222(1)4;(2)(1)1;(3)2,20.5,0.5x y x y x y x y +=-+==±=±=±=±的方框。 （4）的方框。 解：（1）由斯托克斯定理可知：因为涡通量为0，所以c 20s vdl wnds ==??? （4）由斯托克斯定理可知：因为涡通量为0，所以c 0vdl - =?? 5.6如题图5.6所示，初始在（0，1）、（-1，0）、（0，1）和（0，-1）四点上有环量Γ等于常值的点涡，求其运动轨迹。 解：取其中一点（-1，0）作为研究对象。 42222cos 45cos 4534CA BA BA A CA BA BA v v v v v v v τππ π τπ ====++=
由于四个涡相对位置将不会改变，转动角速度为： 3434v w ar v wt t τπτ π= === 用极坐标表示为r=1, 34t τθπ = 同理，其他点的轨迹与之相同。 5.10如题图5.10所示有一形涡，强度为，两平行线段延伸至无穷远，求x 轴上各点的诱导速度。 解：令（0，a ）点为A 点，（0.-a ）为B 点 在OA 段与OB 段 1222222212(cos90) 4(cos 0) 42()() 2x v x a x v xa a x v v v x a x xa τπτπτ π= ++=++∴=+=++ 习题六 6.1平面不可压缩流动的速度场为 （1）,;x y v y v x ==- (2) ,;x y v x y v x y =-=+ (3) 2 2 ,2;x y v x y v xy y =-=-- 判断以上流场是否满足速度势和流函数存在条件，进而求出。 解： V 0 (v ) v y x x y φ???=?-?=??存在 存在
2019年上海交通大学船舶与海洋工程考研良心经验
2019年上海交通大学船舶与海洋工程考研良心经验 我本科是武汉理工大学的，学的也是船舶与海洋工程，成绩属于中等偏上吧，也拿过两次校三等奖学金，六级第二次才考过。 由于种种原因，我到了8月份才终于下定决心考交大船海并开始准备，只有4个多月，时间比较紧迫。但只要你下定决心，什么时候开始都不算晚，也不要因为复习得不好，开始的晚了就降低学校的要求，放弃了自己的名校梦。每个人情况不一样，自己好好做决定，即使暂时难以决定，也要早点开始复习。决定是在可以在学习过程中做的，学习计划也是可以根据自己的情况更改的。所以即使不知道考哪，每天学习多久，怎样安排学习计划，那也要先开始，这样你才能更清楚学习的难度和量。万事开头难，千万不要拖。由于准备的晚怕靠个人来不及，于是在朋友推荐下我报了新祥旭专业课的一对一，个人觉得一对一比班课好，新祥旭刚好之专门做一对一比较专业，所以果断选择了新祥旭，如果有同学需要可以加卫：chentaoge123 上交船海考研学硕和专硕的科目是一样的，英语一、数学一、政治、船舶与海洋工程专业基础（801）。英语主要是背单词和刷真题，我复习的时间不多，背单词太花时间，就慢慢放弃了，就只是刷真题，真题中出现的陌生单词，都抄到笔记本上背，作文要背一下，准备一下套路，最好自己准备。英语考时感觉着超级简单，但只考了65分，还是很郁闷的。数学是重中之重，我八月份开时复习，直接上手复习全书，我觉得没有必要看课本，毕竟太基础，而且和考研重点不一样，看了课本或许也觉得很难，但是和考研不沾边。计划的是两个月复习一遍，开始刷题，然后一边复习其他的，可是计划跟不上变化，数学基础稍差，复习的较慢，我又不想为了赶进度而应付，某些地方掌握多少自己心里有数，若是只掌握个大概，也不利于后面的学习。所以自打复习开始，我就没放下过数学，期间也听一些网课，高数听张宇、武忠祥的，线代肯定是李永乐，概率论听王式安，课可以听，但最主要还是自己做题，我只听了一些强化班，感觉自己复习不好的地方听了一下。我真题到了11月中旬才开始做，实在是太晚，我8月开始复习时网上就有人说真题刷两遍了，能不慌吗，但再慌也要淡定，不要因此为了赶进度而自欺欺人，做什么事外界的声音是一回事，自己的节奏要自己把握好，不然
流体力学基础知识
流体力学基础知识 第一节 流体的物理性质 一、流体的密度和重度 流体单位体积内所具有的质量称为密度，密度用字母ρ表示，单位为kg/m 3。流体单位体积内所具有的重量称为重度，重度用γ表示，单位为N/m 3，两者之间的关系为g ργ=，g 为重力加速度，通常g ＝9．806m/s 2 流体的密度和重度不仅随流体种类而异，而且与流体的温度和压力有关。因为当温度和压力不同时，流体的体积要发生变化，所以其密度和重度亦随之变化。对于液体来讲，密度和重度受压力和温度变化的影响不大，可近似认为它们是常数。对于气体来讲，压力和温度对密度和重度的影响就很大。 二、流体的粘滞性 流体粘滞性是指流体运动时，在流体的层间产生内摩擦力的一种性质。 所谓动力粘度系数是指流体单位接触面积上的内摩擦力与垂直于运动方向上的速度变化率的比值，用μ来表示。 所谓运动粘度是指动力粘度μ与相应的流体密度ρ之比，用ν来表示。 运动粘度或动力粘度的大小与流体的种类有关，对于同一流体，其值又随温度而异。气体的粘性系数随温度升高而升高，而液体的粘性系数则随温度的升高而降低。 液体粘滞性随温度升高而降低的特性，对电厂锅炉燃油输送和雾化是有利的，因此锅炉燃用的重油需加热到一定温度后，才用油泵打出。但这个特性对水泵和风机等转动机械则是不利的，因为润滑油温超过60℃时，由于粘滞性下降，而妨碍润滑油膜的形成，造成轴承温度升高，以致发生烧瓦事故。故轴承回油温度一般保持在以60℃下。 第二节 液体静力学知识 一、液体静压力及其特性 液体的静压力是指作用在单位面积上的力，其单位为Pa 。 平均静压力是指作用在某个面积上的总压力与该面积之比。点静压力是指在该面积某点附近取一个小面积△F ，当△F 逐渐趋近于零时作用在△F 面积上的平均静压力的极限叫做该面积某点的液体静压力。 平均静压力值可能大于该面积上某些点的液体静压力值，或小于另一些点的液体静压力值，因而它与该面积上某点的实际静压力是不相符的，为了表示
船舶流体力学考试答案
船舶流体力学考试答案
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船舶流体力学 试题卷 考试形式：闭卷 ，答题时间：100分钟，本卷面满分100分，占课程成绩的100 % 题号 一 二 三 四 五 卷 面 总 分 平 时 成 绩 课 程 总 成 绩 分数 一、(20分) 某对称机翼展长10m ，弦长2.0m ，厚度0.5m ，前缘半径0.2 m ，后缘半径近似为零，升角为12o。 (1) 画出翼型示意图，并在图上注明上述各部分(8分)。 (2) 求出展弦比、相对厚度、相对拱度。(6分) (3) 该机翼在水中运动，速度为2m/s ，水的动力粘度1×10-3 Pa·s ，密度1000kg/m 3，当升力系数0.75时，所产生的升力有多大？(6分)。 解： (1) 翼型示意图如下 (2) 展弦比=b/l ；相对厚度=t/b ；相对拱度f/b ； (3) 升力L =C L 21ρv 2lb =0.75×2 1×1000×22×10×2=30000N 姓名: 班级： 遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规 范 教研室主任签字：
二、 (20分) 有一圆柱体将两侧的水分开。已知圆柱体的半径a=1m，圆柱左边水深2a，右边水深a，水的密度1000kg/m3，周围都是大气压力p a。 求：(1) 单位长圆柱面上所受静止流体的x方向总压力P x；(6分) (2) 单位长圆柱面上所受静止流体的z方向总压力P z；(6分) (3) 单位长圆柱面上所受静止流体的作用的总压力P。(8分 ) 得分 解： (1)水平方向单位宽度作用力 F x =ρg(2a·a-a·a/2) =1.5ρg a2 =1.5×1000×9.8×12=14700N 方向向右。 铅锤方向作用力 (2)F y=ρg(πa2-πa2/4) =0.75ρgπa2 =0.75×1000×9.8×π×12=23100N 方向向上。 (3)总作用力大小及方向。
流体力学在研究汽车性能中的应用
2010年度流体力学结业论文 流体力学在研究汽车性能中的应用 姓名： 班级： 学号： 日期：2010年11月20日
流体力学在研究汽车性能中的应用 摘要：流体力学是人们在利用流体的过程中逐渐形成的一门学科，它起源于公元前3世纪阿基米德对浮力的研究，由于数理学科和流体工程学科相互推动而得到发展。现今它已经成为航空航天、动力、机械、环境生物等工程学科的基础之一，本文从流体力学中空气阻力、表面的压强、气动升力、气动侧力等方面分析了流体力学在汽车研究中的作用。 关键词：空气阻力气动升力汽车研究 0引言 汽车问世后的100多年间,科技突飞猛进,时至今日,已成为集当代高科技于一身且与人类生活息息相关的时代骄子。尤其是近年来,国家加大交通设施的投资力度,高速公路等交通网络四通八达,大大缩短了城市之间的距离,方便了人们的日常生活。欣喜之余,能否进一步提高汽车车速摆在了每一个汽车工作者的面前。为此,本文将对汽车行驶时的空气阻力空气阻力、表面的压强、气动升力、气动侧力等不可忽视的关键因素进行具体分析,以期探讨流体力学在汽车研究方面的应用。 1汽车外流场分析 空气阻力的组成汽车行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。对于汽车车身,空气阻力分为摩擦阻力和压力阻力。摩擦阻力是由空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力;压力阻力则是作用在汽车车身表面上的正压力的合力在行驶方向的分力,它可分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力。其中,形状阻力占压力阻力的大部分,与车身形状有直接关系;干扰阻力是车身表面突起部分引起的气流干扰而产生的阻力;诱导阻力则是空气升力在水平方向的分力。在空气阻力中,形状阻力约占60%,可见,车身形状是影响空气阻力的主要因素[1]。 汽车在行驶过程中，随着速度的提高，空气阻力也随之增加，在无风条件下空气阻力的计算[2]： 25.21u 2a w A C F D =其中，w F 为空气阻力，D C 为空气阻力系数，A 为迎风面积，a u 为汽车行驶速度。 可见,空气阻力与汽车的空气阻力系数、迎风面积和车速的平方成正比。为了减少
(完整版)华科船舶流体力学习题答案
习题二 2.1 设质量力2 2 2 2 2 2 f ()()()y yz z z zx x x xy y =++++++++i j k 在此力场中，正压流 体和斜压流体是否可以保持静止？说明原因。 解：22 (22)(22)()0f y z i z x j x xy y k ??=-+-+++≠r r r u v Q 333333 ()2222220f f y z z x x y ???=-+-+-=u u r u r u v 固正压流体不能保持静止，斜压流体可以保持静止。 2.2 在自由面以下10m 深处，水的绝对压力和表压分别是多少？假定水的密度为1000kg 3 m -g ,大气压为101kpa 。 解： 表压为： 10p p p gh ρ=-==1000*9.81=98100pa. 绝对压力为： 10p p p =+=98100+101000=199100pa. 2.3 正立方体水箱内空间每边长0.6m,水箱上面装有一根长30m 的垂直水管，内径为25mm, 水管下端与水箱内部上表面齐平，箱底是水平的。若水箱和管装满水（密度为 1000kg 3 m -g ），试计算：（1）作用在箱底的静水压力；（2）作用在承箱台面上的力。 解： （1）p gh ρ==1000*9.8*（30+0.6）=300186pa (2) F gv ρ==1000*9.8*(0.216+0.015)=2264N. 2.4 如题图2.4所示，大气压力为a p =100kN 2m -g ,底部A 点出绝对压力为130kN 2m -g ,问压力计B 和压力计C 所显示的表压各是多少？ 解：C 表显示： 1c A p p gh ρ=-=130-9.81*1=120.43kN 2m -g B 表显示： 2B A p p gh ρ=-=100+9.81*1*3=139.43kN 2m -g
流体力学在车辆工程中的应用与分析
流体力学在车辆工程中的应用与分析 小组成员： 专业班级： 指导教师：
【摘要】近年来随着液压与气压技术的发展和在车辆工程的应用，车辆的各项性能都有了很大地提高，尤其是现代车辆上使用了电脑、机电液一体化的高新技术，使车辆的发展更上了一个新的台级。了解流体力学在车辆工程中的应用，不仅可以加深我们对于专业学习的理解，对于从事汽车理论学习和设计制造维修的人员更加具有重要的意义。 【关键词】液压与气压流体力学车辆工程应用 1 引言 车辆在现代社会中使用广泛，它关系着我国经济建设支柱产业之一的汽车工业及交通运输事业的振兴和发展，并对农业现代化和国防装备现代化具有重大的影响。现在汽车都在向着驾驶方便、运行平稳、乘坐舒适、安全可靠、节能环保的方向发展。在这些发展中液压气压与液力传动技术起了主导作用。液压气压与液力传动在汽车上的应用具有一定的特点，由于汽车整体结构和轻量化的要求，系统结构紧凑、元件组合性强与电气结合，能够根据汽车的运行状况进行控制。本文就流体力学在车辆工程中的应用进行了分析与介绍。 2 流体力学在车辆工程中的应用与分析 2.1流体力学在汽车外型上的应用 1减小阻力 随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考虑机械工程学、人机工程学和美观，并且越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。降低风阻和提高下压力有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力。 2 增加附着力 从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面的间距变窄，而车体的前后部与地面的距离较大。这样，流体在通过狭窄的部分时，流速加快，此处的压力就会下降，使车体被吸向路面，增加附着力，从而防止打滑，使高速行驶变为可能。 2.2流体力学在自动减速器中的应用 汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。汽车自动变速器常见的型式有液力自动变速器（AT）、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)、双离合器变速器（DSG）。目前应用最广泛的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来实现变速变矩。其中液力变扭器是最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。 2.3流体力学在悬架系统中的应用 汽车电控液压悬架可以使司乘人员都有乘坐软弹簧的舒服感，而且还能保证汽车的灵活性和稳定性。目前轿车上采用的电子控制悬架都具有灵敏的车高调节功能，不管车辆(规定
传热学基础试题及答案
传热学基础试题 一、选择题 1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过程次序为 A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C.导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（ ）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m 2·K ）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.8×104W/m 2 B.6×104 W/m 2 C.7×104 W/m 2 D.5×104 W/m 2 4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t 1 >t 2,r 1
A. 0.5 B. 0.65 C. 0.15 D. 0.35 7.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 8．当采用加肋片的方法增强传热时，将肋片加在（）会最有效。 A. 换热系数较大一侧 B. 热流体一侧 C. 换热系数较小一侧 D. 冷流体一侧 9. 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将( )材料放在内层。 A. 导热系数较大的材料 B. 导热系数较小的材料 C. 任选一种均可 D. 不能确定 10．下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流速 B.管内加插入物增加流体扰动 C. 设置肋片 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是( ) A.l/d≥70 B.Re≥104 C.l/d<50 D.l/d<104 14.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 15.冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小
船舶流体力学第7章(打印)
第七章 势流理论（二） 本章主要讨论： 轴对称有势流动和机翼绕流的有关理论。 §7.1 轴对称流动 一条曲线绕轴旋转一周形成的物体形状称为旋成体。 当来流沿旋成体中轴线方向绕流旋成体时，通过中轴线的各子午面上的流动均相同，这种流动称为轴对称流动。比如，均匀流绕圆球的流动。 对于无旋轴对称流动，存在速度势函数φ和流函数ψ 。 但，速度势函数φ是调和函数，流函数 ψ 不是调和函数。 采用柱坐标(r ,θ,x )，设 x 轴为对称轴，流动参数不随 θ 变化。 ),,(t x r v v r r = ),,(t x r v v x x = 不可压缩流体的轴对称势流应该满足： ()()0=??+??x rv r rv x r 连续性方程： 0=??-??r v x v x r 无旋条件： 如果存在物体壁面S ，速度应该在物面上满足边界条件： 0=v 物面法向流速为零： ∞=V 无穷远处流速： 求解不可压缩流体轴对称势流问题的主要任务就是寻求满足以上方程组和边界条件的速度矢量。 有两种数学求解途经: r x V ∞ 轴对称轴
途径一：0122222 =??+??+??=?x r r r φφφφ控制方程： 0=物面无穿透条件： ∞=无穷远处来流： x v r v x r ??= ??= φφ,这里： 速度势函数φ是调和函数，可以采用叠加法求解。 途径二：012 2222 =??+??-??=x r r r D ψψψψ控制方程： 0=物面无穿透条件： ∞=无穷远处来流： r r v x r v x r ??= ??- =ψ ψ1,1这里： 流函数函数Ψ不是调和函数，称为斯托克斯函数。但它是线性的，也可采用叠加法求解。 一.基本的轴对称势流： 1.均匀直线流： 0,,0===∞θv V v v x r ∞=??==??= V x v r v x r φφ,0Θ x V ∞=∴φ ∞=??==??-=V r r v x r v x r ψψ1,01Θ 又 22 1 r V ∞=∴ ψ 2.空间点源(汇)流： (0 , 0)处有一点源 Q ： R v R Q 2 4π=
CFD 基 础(流体力学)解析
第1章 CFD 基 础 计算流体动力学(computational fluid dynamics ，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、 热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。 本章介绍CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。 1.1 流体力学的基本概念 1.1.1 流体的连续介质模型 流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。 连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。 连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。 1.1.2 流体的性质 1. 惯性 惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为 m V ρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。若取包含某点在内的体积V ?，其中质量m ?，则该点密度需要用极限方式表示，即 0lim V m V ρ?→?=? (1-2) 2. 压缩性 作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度
流体力学在汽车外形上的应用王彬
流线性 汽车的造型的确是影响油耗的重要因素，流线型的设计和符合空气动力学的外型有利于降低风阻和汽车在高速行驶时的稳定性。 当然用料也是很重要的 简单的讲气流在车身流过时受的扰动越小对汽车的阻力越小也就越省油，但汽车必须靠空压来增加抓地力，以增加操控和稳定性，所以需要均衡考虑。 汽车流线型流体力学 生活中我们看到各式各样的汽车，包括在汽车拉力赛或者F1赛事中出现的赛车，虽然样式都不相同，但都有一个共同的特点，那就是车身像鸟儿或鱼儿一样呈流线型。为什么汽车要做成这种形状，而不是球形，矩形或其他的形状呢？用流体力学可以完全解开这个谜。 一流线型的产生 一般来说，从高压向低压的流动是自然的，因此，在扩大的流动时，受某种诱发因素的影响，会很容易产生逆流。如图所示，急剧扩大的流动和阶梯状扩大的流动，都是因为使流动急剧扩大，所以在固体表面产生了逆流。在扩大的部分，产生的逆流在循环着，这就是流动的剥离。像这样，在流动扩大的地方，因为压强的上升易导致剥离的产生，所以设计时必须要注意。一旦产生了剥离，阻力则急剧增加，能量的损失也就加大。因此为了减小阻力，原则就是要避免流动的急剧的扩大。 二流线型的形状
在流线形的前半部分，流路面积减小，呈缩小的流动。因为不易产生剥离，所以物体的宽度变化稍微急剧一些也不要紧。但是，如果前端过于尖锐，当前端相对于流动的方向改变时，前端的流体无法急剧弯转，则会产生剥离。为了防止这种情况的产生，前端通常为圆形。 在流线形的后半部分，因为流路面积扩大，呈扩大的流动，为了避免急剧的扩大和折角等引起剥离的因素，通常流路的断面积都是渐开的，也就是物体的宽度渐渐地变小，最后变得尖锐。 三流线型的应用 1减小阻力 从汽车外形的演变，我们可以看出流体力学对汽车的影响。随着汽车速度的增加，汽车外形不仅要考虑机械工程学、人机工程学和美观，并且越来越多的考虑空气动力学，以减小阻力。降低风阻和提高下压力有两个主要的办法，减少迎风面积和采用流线形状。流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流，从而减少阻力。 2 增加附着力 从汽车的外形设计，需要考虑保持行车稳定所需要的下压力，特别是在高速场合里。可以通过流线形来改变空气于车体上部和地盘下部的气流流速来控制下压力。赛车需要高速拐弯以及急加速时，需要增加轮胎对地面确实的附着力，防止打滑。车体底部的中间部分向下突起，使之与路面的间距变窄，而车体的前后部与地面的距离较大。这样，流体在通过狭窄的部分时，流速加快，此处的压力就会下降，使车体被吸向路面，增加附着力，从而防止打滑，使高速行驶变为可 能。
【精品】流体力学与传热学教案设计
流体力学与传热学 流体静力学:研究静止流体中压强分布规律及对固体接触面的作用问题 流体动力学:研究运动流体中各运动参数变化规律，流体与固体作用面的相互作用力的问题 传热学研究内容：研究热传导和热平衡规律的科学上篇：流体力学基础 第一章流体及其主要力学性质 第一节流体的概念 一流体的概述 ⒈流体的概念：流体是液体和气体的统称 ⒉流体的特点:易流动性—在微小剪切力的作用下，都将连续不断的产生变形（区 别于固体的特点） ⑴液体：具有固定的体积；在容器中能够形成一定的自由表面；不可压缩性 ⑵气体;没有固定容积;总是充满所占容器的空间;可压缩性
二连续介质的模型 ⒈连续介质的概念 所谓连续介质即是将实际流体看成是一种假想的,由无限多流体质点所组成的稠密而无间隙的连续介质.而且这种连续介质仍然具有流体的一切基本力学性质. ⒉连续介质模型意义 所谓流体介质的连续性,不仅是指物质的连续不间断,也指一些物理性质的连续不间断性.即反映宏观流体的密度,流速,压力等物理量也必定是空间坐标的连续函数(可用连续函数解决流体力学问题）
第二节流体的性质 一密度—--表征流体质量性质 ⒈密度定义:单位体积内所具有的流体质量 ⑴对于均质流体:ρ=m/v 式中ρ-流体的密度（㎏/m 3） m-流体的质量（㎏） v —流体的体积（m 3) ⑵对于非均质流体:ρ=⒉比体积（比容)：单位质量流体所具有的体积（热力学和 气体动力学概念） ⑴对于均质流体：v=V/m=1/ρ（m 3/㎏) 3．液体的密度在一般情况下，可视为不随温度或压强而变化；但气体的密度则随温度和压强可发生很大的变化。 二流体的压缩性和膨胀性 dv dm v m v =??→?0lim
读书报告--船舶之中的流体力学
读书报告 ——船舶之中的流体力学摘要： 凡不能像固体一样保持其一定形状，并容易流动的物质称为流体。流体包括液体和气体。流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。流体力学在造船学和海洋工程学中的应用包括独立的专题，并涉及到广泛的先进技术。人们根据流体力学的理论知识，可以提高船舶的运行速度和效率。 关键词：流体，船舶，阻力，动力 凡不能像固体一样保持其一定形状，并容易流动的物质称为流体。流体包括液体和气体。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。1738年伯努利出版他的专著时，首先采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动的规律。而流体力学又有很多的分支，比如航空里面应用的空气动力学，水利、土木工程里面应用到的水力学，而我此次读书报告所涉及的则是造船中应用广泛的船舶流体力学。 船，人类最早的运输工具之一。它连接了七大洲，把文明传向世界。在科学知识的海洋里，我们乘坐探索之船，向那片未知的水域驶近。由阿基米德原理我们知道浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力大小等于物体排开的流体的重力，这个合力称为浮力。船在正常的行驶条件下，受到的是向上的水的浮力和向下的重力，这两个力构成一对相互平衡力，使船在水面上不至于沉没，这是我们最初知道的最简单的力学关系。然而，在江河湖海里面航行的船只，除了简单的受到浮力和重力外，航行还会收到很多因素影响，比如前进过程中水的阻力、水流速度、水的深度、水面波浪等。这些因素综合起来影响到船只航行的速度和效率。另外船舶在航行时不可能一帆风顺，经常会有意外
流体力学基础
第 二章 流 体 力 学 基础 ξ 1 流体的主要性质 1.1 流体的主要物理性质 1、 流体的流动性 ——流体的易变形性 流体的基本属性 流体的力学定义：不能抵抗任何剪切力作用下的剪切变形趋势的物质 2、流体的连续性 ? 连续介质模型 ? 流体质点：含有大量分子的流体微团 3、质量和重力特性 – 密度（ kg/ m 3）、 比容： （ m 3/kg ）、比重：无量纲量 – 浓度：质量浓度（kg/m3）、摩尔浓度(mol/m3) 4、流体的可压缩性与热膨胀性 ? 等温压缩系数（ m 2/N ）： ? 热膨胀系数（1/K ） ? 液体的压缩系数和膨胀系数都很小 ? 压强和温度的变化对气体密度和体积的变化影响较大 ? 可压缩流体与不可压缩流体 5. 流体的粘滞性 (1) 粘滞性： ? ——由于相对运动而产生内摩擦力以反抗自身的相对运动的性质。 ? 一切流体都具有粘性，这是流体固有的特性。 ? 粘性的物理本质：分子间引力、分子的热运动,动量交换 (2) 牛顿粘性定律 ? 粘性力（内摩擦力）： ? ? 粘性切应力： （3） 粘性系数 动力粘滞系数或动力粘度(μ)（Pa·S ） 运动粘度 （m2/s ） : 理想流体（无粘性流体,μ＝0）与实际流体（粘性流体μ≠0） )/(2m N dy u d μτ-=) (N A dy u d F μ-=ρμν=
1.3 作用于流体上的力 1、 质量力 表征：单位质量力：----单位质量流体所受到的质量力 当质量力仅为重力：F bx =0，F by =0，F bz = -g 2 表面力 表征： 切向应力（剪切应力）：τ =T/（N/m 2） 法向应力（压应力）：p=P/A （N/m 2） ξ 2 流体运动的微分方程 1、 流体运动的描述 （1）描述流体运动的数学方法——拉格朗日法和欧拉法 拉格朗日法—— – 着眼于流体质点，设法描述每个流体质点自始至终的运动过程 – 描述流体质点的物理量表示为：f ＝f （a ，b ，c ，τ） – 欧拉法——空间描述 – 着眼于流体质点，设法描述每个流体质点自始至终的运动过程 – 描述流体物理量表示为：f ＝F （x ，y ，z ，τ） （2） 迹线与流线 迹线： – 同一流体质点在连续时间内的运动轨迹线 – 是拉格朗日法对流体运动的描述 流线： – 某一时刻流场中不同位置的连续流体质点的流动方向线 – 是欧拉法对流体运动的描述 – 流线的性质：流线不能相交，也不能是折线，流线只能是一条光滑的曲线；对于稳定流动，流线与迹线相重合； – (3)系统与控制体 系统 ——某一确定的流体质点集合的总体，与外界无质量交换 流体系统的描述是与拉格朗日描述相对应 控制体 ——流场中确定的空间区域 可与外界进行质量交换和能量交换 控制体描述则是与欧拉描述相对应 2、质量守恒定律——连续性方程 m F F m F F m F F z bz y by x bx ===,,
传热学基础复习资料
传热学基础 一、填空题 1、传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。 热传导、热对流、热辐射 2、传热过程可分为不随时间变化的和随时间变化的。 稳态传热、非稳态传热 3、对流换热实质是和两种传热机理共同作用的结果。 热对流、导热 4、某瞬时物体内部各点温度的集合称为该物体的，其同温度各点连成的面称为，其法线方向上温度的变化率用表示。 温度场、等温面、温度梯度 5、当物质的种类一定时，影响导热系数大小的外因主要是和。 6、表示物体的蓄热量与界面上换热量的比值称为。 时间常数 7、在湍流传热时，热阻主要集中在，因此，减薄该层的厚度是强化的重要途径。 层流内层、对流传热 8、对流传热系数的主要影响因素有（1）（2）（3）（4）（5） 。 流体的种类和相变化的情况；流体的性质；流体流动的状态；流体流动的原因； 穿热面的形状、分布和大小 9、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正的影响。当流体被加热时，n 取，被冷却时n 取。 热流方向、0.4、0.3 10、努塞尔特准数Nu 表示的准数，其表达式为，普兰特准数Pr 表示的准数，其表达式为。 对流传热系数、λ αl Nu =、物性影响、λμP C =Pr 11、蒸汽冷凝有和两种方式。 膜状冷凝、滴状冷凝 12、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为。 1λ<2λ 二、简答题 1、何谓热对流？何谓对流传热？对流换热又可分为哪两大类？ 答：热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。通常，对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程，它是热对流和热传导的结合。它又可分为强制对流和自然对流两类。 2、请简述辐射换热区别于导热和热对流方式最主要的特征。 它是唯一一种非接触的传热方式；它不仅产生能量转移，而且还伴随着能量形式的转换，即发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。 3、请简述在非稳态导热过程中物体中温度分布存在的两个阶段。
汽车流体力学
车辆05级（A)卷解答 一、选择题: （每题1分，共8分） 1-4 C D C D 5-8 C B A A 二、是非题: （每题一分，正确打∨，错误打×，共10分） 9-13 ×∨×∨× 14-18 ×∨∨×× 三、 简答题: （每题4分，共12分） 19、答： 与空气的粘性有关；与汽车的外形状有关；与来流的速度 等有关。要减小绕流阻力，应尽可能使汽车表面流线形，减小尾涡区，使压差阻力减小。 20、答： 超音速气流流经扩大管时：压力下降、速度增加、马赫数 增加；超音速气流流经缩小管时，压力上升、速度下降、马赫数变小。 21、答： 流体在管中做紊流运动时，其切应力由粘性切应力和紊流 切应力两部份组成。粘性切应力与流体的粘性大小、速度梯度有关，它主要发生在层流底层；紊流切应力与流体的脉动速度、密度有关它主要发生在紊流核心区。 四、计算题: （共70分）计算过程中只需保留两位小数；每题分步给分 解：22题： 由 0 1.60.57140.52832.8 b p p ==>，喷管出口没有达到音速，选用收缩喷管。 (3分) 此时出口压力等于背压， 即52 1.610b p p Pa =?＝ (3分) 由 222Q u A ρ= 需计算出口速度、密度 由 1 000 210.422 1.4 02550 468.731.75p T T T K p T p p γ γγγ --??== = = ??? ?? ??? 2403.77/u m s ===
5 3222 1.610 1.19/287468.73 p kg m RT ρ?===? 222 1.19403.770.02512.01/Q u A kg s ρ==??= (7分 ) 20.93M === (3分) 解：23题：(1) 求压力p 2 由题意可得 V 1=1.02 m/s ， V 2=2.49 m/s (2分) 建立断面1－2的粘性流体的伯努利方程： 222 211221212222p V p V V V L L g g g g d g g λξ ρρ+=++++ 222 22112121222221121212222()2p p V V V V L L g g g g d g g L p p V V V V gL d λξρρρ λξρ∴=+----∴ =+---- (10分) 4222224 21000 2.5 510(1.02 2.490.02 1.020.3 2.49)1000 2.59.820.252.1910(/) p N m =?+--??-?-??=? (2) 求高度差h 21214412'(') 510 2.1886101000 2.59.80.03 () (')(13.61)10009.8 p gL gb gh p gh gb p p gL hg p p gL h m g ρρρρρρρρρρρ+++=++-+=---?-?-??∴===--?? (8分) 解：24题：取控制体如图 3 1222 14431.4101/Q Q V V m s A d d ππ-??===== （2分） 由1－2的Br.eq 方程求出p 2：
船舶流体力学试卷-答案
船舶流体力学 试题卷 考试形式：闭卷 ，答题时间：100分钟，本卷面满分100分，占课程成绩的100 % 一、(20分) 某对称机翼展长10m ，弦长2.0m ，厚度0.5m ，前缘半径0.2 m ，后缘半径近似为零，升角为12o。 (1) 画出翼型示意图，并在图上注明上述各部分(8分)。 (2) 求出展弦比、相对厚度、相对拱度。(6分) (3) 该机翼在水中运动，速度为2m/s ，水的动力粘度1×10-3 Pa·s ，密度1000kg/m 3，当升力系数0.75时，所产生的升力有多大？(6分)。 解： (1) 翼型示意图如下 (2) 展弦比=b/l ；相对厚度=t/b ；相对拱度f/b ； (3) 升力L =C L 21ρv 2lb =0.75×2 1 ×1000×22×10×2=30000N 姓名: 班级： 学号： 遵 守 考 试 纪 律 注 意 行 为 规
二、 (20分) 有一圆柱体将两侧的水分开。已知圆柱体的半径a =1m ，圆柱左边水深2a ，右边水深a ，水的密度1000kg/m 3，周围都是大气压力p a 。 求：(1) 单位长圆柱面上所受静止流体的x 方向总压力P x ；(6分) (2) 单位长圆柱面上所受静止流体的z 方向总压力P z ；(6分) (3) 单位长圆柱面上所受静止流体的作用的总压力P 。(8分 ) 解： (1)水平方向单位宽度作用力 F x =ρg (2a·a -a·a/2) =1.5ρg a 2 =1.5×1000×9.8×12=14700N 方向向右。 铅锤方向作用力 (2)F y =ρg (πa 2-πa 2/4) =0.75ρg πa 2 =0.75×1000×9.8×π×12=23100N 方向向上。 (3)总作用力大小及方向。 2 2y x F F F +=x y F F arctan =α
流体力学路线图
流体力学基础理论的学习历来被初学者视为畏途，每到学习结束要进入期末考试的时候，老师和学生一样心中难免忐忑，在流体力学这门课上挂科已经成为某种常态。即使是学习多年的老手也会在具体问题面前感到基础尚不完备，还不够扎实。这个问题的起源当然与流体运动规律本身的复杂性有关，这个复杂性导致流体力学与大家印象中的“学科”概念有一定的出入。比如我们在学习高等数学时，很容易发现，数学是一门“咬文嚼字”的学科，里面充满严格定义的概念，不论学习线性代数还是微积分，都是从一些基本公理出发，循着一条严格的逻辑路线，架构起整门课程。因为数学有这样逻辑严密的特点，所以虽然学起来也不容易，但大家一致认为数学是美的，而且不论谁写的数学书，比如微积分的书，内容都只有程度深浅的差异，而绝没有内容上的巨大差异。 流体力学则有所不同，流体的流动本身是一种连续不断的变形过程，经典的流体力学理论以连续介质假设为基础，将整个流体看作连续介质，同时将其运动看作连续运动。但是由于流体是复杂的，实际上至今还没有完全掌握其全貌，因此流体力学在建立了基本控制方程后，就开始转而从一些特殊的流动出发，采用根据流动特点进行简化的方式，先建立物理模型，再得到数学模型，进而得到我们在书中经常看到的很多“理论”，比如不可压无旋流、旋涡动力学、水波动力学、气体动力学等等，甚至理论中还包括理论，比如不可压无旋流中还有自由流线理论，等等。形成一个类似于俄罗斯套娃的学科结构，这种结构容易给人一种支离破碎的印象。特别是在各个理论之间联系比较薄弱的时候，更容易给人这种印象。似乎一门课中又包含了很多门“小课”，每门“小课”使用的数学工具也完全不同，甚至很多同行还进一步把自己分成是学气的（比如空气动力学），或者是学水的（比如学船舶的）等等。 就象旅行者要有一张地图才能更高效率地到达目的地一样，如果能有一张流体力学的地图，或者叫路线图（roadmap），应该对初学者有很大帮助。这张图就是这门学科的脉络，其中应包含流体力学的主要理论内容，扩展一步的话，还应该包括数学基础（先修课）和主要分支学科。先在这里做个记号，有时间的时候慢慢地先从流体力学基础理论入手，给出一个粗略的路线图，然后再逐渐给出分支学科的路线图，比如空气动力学、计算流体力学的路线图。希望能抛砖引玉，激发出同行们的兴趣，加入绘制路线图的工作。在想象中，这个路线图应该有学科的主要内容，同时应该有相关的参考书。这样初学者就可以按图索骥，沿着一
生活中的流体力学
生活中的流体力学 姚** 北京科技大学数理学院，北京，100083 Email： Sunday, June 10, 2012 摘要：本文介绍了流体力学的基本定理，牛顿黏性定率，并给出了流体力学在生活中的几个利用的例子。 关键字：流体力学生活牛顿流体 1、牛顿粘性定理和非牛流体 英国科学家牛顿于1687年，发表了以水为工作介质的一维剪切流动的实验结果。实验是在两平行平板间充满水时进行的，下平板固定不动，上平板在其自身平面内以等速U向右运动。此时，附着于上、下平板的流体质点的速度，分别是U和0，如图1-1，两平板间的速度呈线性分布，斜率是黏度系数。由此得到了著名的牛顿黏性定律。[1] 图1-1 牛顿粘性定律 而斯托克斯1845年在牛顿粘性定律的基础上，作了应力张量是应变率张量的线性函数、流体各向同性及流体静止时应变率为零的三项假设，从而导出了广泛应用于流体力学研究的线性本构方程，以及被广泛应用的纳维-斯托克斯方程（简称：纳斯方程）。 后来人们在进一步的研究中知道，牛顿黏性实验定律（以及在此基础上建立的纳斯方程），对于描述像水和空气这样低分子量的简单流体是适合的，而对描述具有高分子量的流体就不合适了，那时剪应力与剪切应变率之间己不再满足线
性关系。为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。人身上的血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”，都属于非牛顿流体。 2、几个生活中流体力学应用的例子 2.1、汽车设计上的流体力学 在我们身边来来往往飞驰的汽车，更是与流体力学的巧妙结合。 以汽车为例，影响和提升汽车的动力特性的装置主要的是它的导流罩。研究表明，在厢式货车上安装导流罩，可以大幅度的降低气动阻力、节省燃料消耗。安装导流罩使得气动阻力系数曲线上的临界雷诺数增大:设置薄壁式的导流罩底边和驾驶室顶面之间的间隙，可以增强导流罩的减阻效果。在厢式货车尾部安装涡流稳定器，可以降低尾涡区内气流能量的消耗，使静压回升，压差阻力减小。 图2-1-1 鱼型图2-1-2 楔型 前上部导流罩装在驾驶室顶上，能将迎面气流导向车顶和侧围，消除或向高出驾驶室顶部以及驾驶室与货箱之间空间的影响。他有三种形式：板罩式，立体式和涡流凹板式，三种形式分别可使气动阻力降低20%~30%，25%~35%，15%~20%，第一种已被大量采用，第二种用得比较广，第三种使用的有限。前下部导流罩和前侧阻翼板，俩者均装在保险杠上，下部导流罩使进入车下的导流不与车下部分突出的构建相互作用，从而可使汽车的气动阻力降低10%~15%。车身前侧导流罩和前侧翼板，这俩种装置都在车身前部分的流线形，可以改善车身部分的流线形，使汽车的气动阻力分别降低10%~15%和5%~10%。 导流罩对卡车的气动特性有很大的影响。卡车要采用辅助措施使其有平滑的过渡面，是其表面外形不易产生涡流。最重要的是导流罩的处理，应由到气流平顺的流过顶盖。厢式货车安装导流罩可使汽车表面的流谱发生重要变化，流谱的改变可大幅度的减小气动阻力，对减阻节能意义重大。[2]