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流体的力学特性范文1
【关键词】 粒细胞; 流行病学研究; 感染
epidemiological characteristic of epidemic situation about the humaninfected granulocytic anaplasmosis in southern anhui cheng zhouxiang1, yang xiaoxiang1, li qun2, he jiangang1, dou zhengdong1, wu jiabing3, yu yanlin4, wang fei1. 1.wuhu center for disease control and prevention, wuhu 241000, china; 2.office for disease control and emergency response, chinese center for disease control and prevention, beijing 100050, china; 3.anhui center for disease control and prevention, hefei 230061, china; 4.yijishan hospital of wannan medical college, wuhu 241001, china
【abstract】 objective to describe the epidemiological and clinical characteristics of epidemic situation about the humaninfected granulocytic anaplasmosis. methods the whole cases were collected which had occurred in this epidemic. then the epidemiological and clinical characteristics were analyzed by descriptive epidemiology, compared with the clinical characteristic of previous tickinfected human granulocytic anaplasmosis. at the same time, the risk factor of infection was analyzed. results the cases had the typical clinical characteristic, such as hyperpyrexia, progressive falling of wbc and plt. the fever process was 1～6 days, the incubation period being 4～13 days and its median 7. the infection rate of the persons who had close contact with the first case during his or her illness was 14.3%. the attack cases among the persons who had close contact with the first case when he or she was in a critical condition were 23.1%. the blood sample from 8 secondary attack cases was tested positive about the 16s rrna gene of granulocytic anaplasma. the specific serum antibody was seroconversion in convalescence and its titer was 1∶64～1∶128. conclusions this is not only the first report about humaninfected granulocytic anaplasmosis but also the first one that granulocytic anaplasmosis can result in iatrogenic infection. there is even no infectiousness in the early light situation of disease, but the possibility of infection increases if people have close contact with patients when their illness is serious. therefore, isolation and protection have to be practiced.
【key words】 granulocytes; epidemiologic studies; infection
“人粒细胞无形体病”(human granulocytic anaplasmosis，hga)(以前称“人粒细胞埃立克体病”[1])是一种人类新发传染病。1994年在美国明尼苏达州杜鲁士首次发现一种不同于查菲埃立克体的感染，病原体主要侵犯中性粒细胞，被命名为人粒细胞埃立克体(human granulocytic ehrlichiosis,hge)[2]，此后美国[3]、斯洛文尼亚[4]、比利时[5]、澳大利亚[6]、意大利[7]、瑞典[8]、德国[9]等欧美国家都有病例报道或有流行病学资料证实该病原体感染。2001年高东旗等[10]在大兴安岭地区开展人群埃立克体感染的调查，结果首次在亚洲从人血中扩增出人粒细胞埃立克体16s rrna基因片段。初步认为我国大兴安岭地区存在人粒细胞埃立克体感染人群。但以上报道所有的病例或感染者都有蜱叮咬史，传染源是野外动物。2006年11月安徽省芜湖市y医院收治10例“人粒细胞无形体病”病例，由于其中后9例均是与首例病人有密切接触的医务人员或陪护亲属，且无蜱叮咬史等可能的传播途径，目前认为这起疫情是全球首次发现的人传“人粒细胞无形体病”疫情。使人类对人粒细胞无形体病的流行病学特征又有了进一步了解和认识。现将这起疫情的流行病学和临床特征做一描述。
1 对象与方法
1.1 病例临床资料 来源于芜湖市y医院。
1.2 现场流行病学调查
1.2.1 病例定义 因急性发病，发热(t≥38 ℃)，外周血白细胞(white blood cell,wbc)和血小板(platelet count,plt)均下降的病人，可合并多脏器功能损害，具有可疑动物或首例病例接触史并发病的病人，以及与这些病例在诊疗过程中接触并具有以上类似病症的病例，实验室检验结果符合粒细胞埃立克体感染特征[11]。
1.2.2 个案调查 根据以上病例定义搜索病例，并对符合定义的10例病人或其家属开展调查，调点内容为发病前可能的暴露因素、发病经过、诊疗过程、接触者、接触方式、接触时间、个人防护情况、年龄、职业、生活环境和首例病人可能的动物接触史。
1.2.3 病例密切接触者调查 内容基本与病例相同。
1.2.4 病例资料描述性流行病学分析 发病时间分布，病例的性别、年龄、职业分布，地区分布。
1.3 样品采集和实验室检验
1.3.1 首例病人(死亡病例)血清 送安徽省疾病预防控制中心，免疫荧光法检测流行性出血热igg。
1.3.2 继发病例和对照样本 继发病例病后每隔3 d采取抗凝血2.5 ml和不抗凝血5 ml，采取病例早期咽拭子样3 ml，病程中后期尿液2 ml。密切接触者血清标本216人份(153人)，自然人群血清标本40份(40人)，检测特异抗体和核酸。送安徽省疾病预防控制中心和中国疾病预防控制中心进行病原学检测。
1.3.3 病例白细胞形态学检查 吉姆萨染色观察白细胞内包涵体。
2 结果
2.1 临床特征
2.1.1 临床症状 所有病例均有畏寒和发热，最高体温都超过39 ℃，如果不进行对症处理，则高热不退。大多体温39.5 ℃，最高40 ℃。病例的热程在1～6 d，中位数为4 d。大多数病例(7/10)有腹泻。在发病后1～4 d出现，多为1～2 d,大多数每天腹泻3～4次，多的有5～6次。见表1。1例进展成急性呼吸窘迫综合征(aucte respiratory distress syndrome,ards)，合并弥散性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation,dic)死亡。表1 皖南地区人粒细胞无形体病疫情临床症状出现频次
2.1.2 临床检验结果 所有病例均先出现血液系统的改变，wbc和plt均出现进行性下降，wbc多为2.0×109/l～3.0×109/l、中性粒细胞比例减少多见 ，部分可见异形细胞，plt多为30×109/l左右;尿常规检查4例尿蛋白阳性，可有血尿和颗粒管型;7例出现酶学改变，肌酶和肝酶升高，如乳酸脱氢酶、转氨酶(alt和ast)异常，心肌酶谱升高(同工酶正常)等;肾功能异常出现较晚，且不是很严重(包括死亡病例)。
2.2 流行病学调查资料分析
2.2.1 发病时间分布 首例病人10月18日发现自己被野兔身上的草蜱咬伤右踝关节内侧，10月21日上午在家衣橱中捕杀一窝老鼠，并清理和清洗部分被老鼠污染的衣物。10月30日晚20：00发病，10月31日在该村卫生室就诊，11月3日晚21:00到x县人民医院治疗，11月4日中午转往芜湖市y医院就诊，初步诊断为“流行性出血热(少尿期)”。11月5日凌晨患者存在多脏器衰竭，11月5日6：55死亡。
从11月9日起陆续出现新病例，在12日出现发病高峰(4例)，后逐渐下降，见图1。
2.2.2 性别、年龄、职业分布 10例病例中，男性6例，女性4例。职业为：农民5例，医务人员4例，教师1例。年龄在25～67岁之间，其中20～年龄组4例，30～岁组3例，40～、50～、60～年龄组各1例。
2.2.3 地区分布 10例病例中，宣城市x县新杭镇6例，芜湖市y医院4例。
2.2.4 密切接触者情况 经宣城、芜湖两市疾病预防控制中心对所有密切接触者进行追踪、隔离观察及医学观察，结果共搜索与死亡病例(首例病人)病后有过密切接触人员共63人，亲属21人，医护人员42人(y医院24人、x县医院16人、村医2人)，其中9人陆续发病，4人为y医护人员，5人为病人亲属，感染率14.3%。在y医院有过密切接触者39人中，发病9人，发病率为23.1%。与首例病人仅在病情尚不危重，未转入y医院之前密切接触者24人没有发现续发病例(χ2=4.7,p<0.05)。提示此阶段病人不具备传染性或传染性不强，在y医院与死亡病例危重时有过密切接触是发病的危险因素。
与9例续发病例的密切接触人员有90人，其中亲属朋友48人，医护人员42人(y医院20人、x县医院22人)。所有密切接触者经医学观察14 d，未再发现类似病例。
2.2.5 潜伏期估计 首例病人10月18日被蜱叮咬,21日接触老鼠,30日发病。因为人粒细胞无形体病通常是蜱传疾病，所以推算潜伏期为12 d。
9例续发病例在y医院与死亡病例危重时有过密切接触时间在11月4日或5日，发病在此接触后4～13 d之间，中位数为7 d，主要集中在7～9 d，占66.7%(6/9)，见图2。
2.3 实验室结果
2.3.1 首例病人(死亡病例)血清流行性出血热免疫荧光抗体igg(-)
2.3.2 继发病例实验室结果
2.3.2.1 排除可能的病原体感染的有关检验 11月15日～17日共5例病人血清标本流行性出血热igm抗体阴性(elisa法)。11月17日采集的7例患者血清除一人流感igg(+)外，检测sars、流感、副流感、柯萨奇、呼吸道合胞病毒、腺病毒、支原体、衣原体igm、igg抗体，均为阴性。7例患者咽拭子样本流感通用型、b型、h5核酸检测均阴性。斑疹伤寒、斑点热、恙虫病核酸检测均无特异条带扩增。 能引起出血热的病毒如沙粒病毒属、丝状病毒(埃博拉病毒、马尔堡病毒)、黄病毒、布尼亚病毒(汉坦病毒、cchf病毒、立夫特谷热 )核酸和抗体均阴性。
2.3.2.2 病原体特异检测 11月24日，9位患者早期(发病后3～5 d)血清抗粒细胞无形体igm(1∶20)、igg(1∶64)抗体检测均为阴性，病后3 w对其中的5例病人恢复期血清进行了特异抗体igg检测，5例病人血清igg抗体均为阳性,其中3人阳性滴度1∶64，2人阳性滴度1∶128(呈4倍增高)。8位患者的血标本的无形体和埃立克体属16s rrna基因检测阳性,pcr产物经过测序分析验证与嗜粒细胞无形体16s rrna序列100%同源。白细胞形态学检查，1例病人白细胞内可见嗜粒细胞无形体桑椹包涵体。
3 讨论
3.1 这起疫情是嗜粒细胞无形体感染引起的 从临床特征上分析，10例病人均有急性起病、寒战、高热、体温超过39 ℃、相对缓脉、乏力不适、外周血wbc计数下降、plt下降，部分患者出现腹泻、肝功能损害、肾功能损害，少见皮疹。符合嗜粒细胞无形体病临床特点[2，12，13]。实验室检测排除斑疹伤寒、斑点热、恙虫病、能引起出血热的一些病毒等病原体感染。继发病例早期血清抗粒细胞无形体抗体阴性，恢复期转为阳性,血标本的嗜粒细胞无形体16s rrna基因检测阳性,pcr产物经过测序分析验证与嗜粒细胞无形体16s rrna序列100%同源。病人白细胞内可见特异性桑椹包涵体。这些资料表明这些病人符合嗜粒细胞无形体病的诊断标准[11]。虽然首例病人在早期临床上诊断为“流行性出血热”，也没有实验室结果支持为嗜粒细胞无形体病，但该患者有蜱叮咬史，潜伏期为12 d，符合该病潜伏期7～14 d(平均9 d)的特征[12～14]。其病程发展符合该病临床特点。与其密切接触者发生与其临床特点相符的病症。可以推断首例病人也应该是嗜粒细胞无形体感染。
3.2 这起疫情是一次罕见的、首次发现的人传嗜粒细胞无形体病疫情和医源性感染暴发 在此以前，嗜粒细胞无形体病已确认是蜱叮咬传播的人畜共患的新发传染病[1，8，13]。传播媒介是硬蜱属的一些蜱种[12，15]。在我国已经报道过的嗜粒细胞无形体病(埃立克体病)病例或流行病学调查发现的感染者中，也都有蜱叮咬史[10，14]。皖南这起疫情的9例续发病例都没有蜱叮咬史，也没有其他野生动物接触史，只是与首例病人在医院中有过密切接触，且发生医务人员感染。由此来看，嗜粒细胞无形体病的传染源可以是病人，传播途径可以是与危重病人近距离接触而非一定是蜱传。
3.3 人传嗜粒细胞无形体病临床特征和潜伏期与蜱传嗜粒细胞无形体病基本相同 这起疫情病人临床表现和体征以及实验室检验结果与以往报道蜱传嗜粒细胞无形体病没有特异性。病人潜伏期多为7～9 d，以往报道蜱传嗜粒细胞无形体病潜伏期为7～14 d(平均9 d)。病原体不同侵入部位和方式所引起的病理过程是否有差异有待研究。与危重病人近距离接触传播最可能的侵入途径是吸入或沾染粘膜和破损皮肤，而蜱叮咬多在四肢暴露部位。
3.4 病人作为嗜粒细胞无形体病的传染源的传染力大小因其处在不同病程阶段而不同 这起疫情与死亡病例(首例病人)病后有过密切接触人员感染率14.3%。但其中与首例病人仅在病情尚不危重，未转入y医院之前密切接触者24人没有发现续发病例。与病人在危重时有过密切接触者发病率为23.1%。提示这类病人在危重时应严格隔离，禁止病房内陪护，医务人员应加强卫生防护。
【参考文献】
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流体的力学特性范文2
【关键词】翼片；动力学；ADAMS；FLUENT
1.引言
空投滑翔体与飞机分离一段时间后滑翔翼展开。此时滑翔体具有较高的水平运动速度和一定的竖直运动速度，翼板在展开机构和在空气动力的共同作用下迅速展开，运动到极限位置与限位固定锁紧装置发生碰撞并锁紧。该过程是一个及其复杂的过程，在设计过程中，明确翼板的展开方式，掌握翼板的动力学参数，对翼板的结构设计具有重要指导意义。
本文对包腹翼展开过程进行了动力学分析，建立了动力学模型；通过对翼板流体动力学仿真计算，得到了翼板的流体动力方程。在此基础上，应用ADAMS建立了翼板展开过程的动力学仿真模型，通过仿真计算，得到了翼板在展开过程中的运动学和动力学参数。
2.系统动力学分析
2.1 坐标系
在分析过程中，由于开翼时间比较短，忽略系统纵向速度变化，并且假设滑翔体不动，受到系统运动反方向的气流，这样该系统就简化成一个二自由度系统，建立如图1所示的直角坐标系xoy。为了更方便进行动力学分析，采用广义坐标系θ1、θ2来描述该系统，其中θ1是翼片1的弦与竖直方向的夹角，θ2为翼片2的弦与竖直方向的夹角。A、B分别为翼片1和翼片2的质心。
3.动力学仿真
在ADAMS中建立模型，如图3所示。
仿真结果可以看出，展开过程中翼片2首先开始动作，绕两翼片的连接轴旋转展开，只到两翼片限位机构发生碰撞并锁定，在此过程中翼片1保持不动，当两翼片之间锁定之后，一起绕翼片1与滑翔体之间的轴旋转展开到位。整个过程用时0.18s，两翼片所受最大流体力分别为730N和623N，翼片展开最大角速度为1336°/s。
4.结束语
本文对翼片展开全过程的系统动力学特性进行了研究，得到了翼板的流体动力特性、运动学和动力学特性，为翼片结构的强度校核提供了输入，对翼片的设计和修改提供了强有力的技术支持，也为同类机构的设计提供了快捷的研究方法。
参考文献
[1]李莉，任茶仙，张铎.折叠翼机构展开动力学仿真及优化[J].强度与环境，2007，34（1）：17-21.
[2]谭湘霞.折叠翼弹性动力学分析[D].西北工业大学801教研室硕士学位论文，1999.
流体的力学特性范文3
（浙江大学城乡规划设计研究院有限公司，杭州 310013）
摘要： 计算流体力学可以模拟正在规划的城市建筑群的小气候的数值，也可以较为准确的预测城市规划方案使城市楼宇、街道的小气候即将发生的改变，从而在城市规划设计中趋利避害。本文简要探讨了计算流体力学在城市规划设计中的应用，希望能给大家一些借鉴学习之处。
关键词 ： 城市规划；设计；计算流体力学
中图分类号：O243；TU984 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0096-02
作者简介：龚韩庆（1978-），男，浙江义乌人，工程师，本科，研究方向为城市规划。
0 引言
计算流体力学简称CFD，计算流体力学应用于城市规划设计中可以有效预测城市规划方案对城市楼宇、街区的小气候的影响，所以计算流体力学被越来越多的应用于城市规划设计，相对于一般的实验研究而言，计算流体力学具有应用成本低、计算速度快、周期短、效率高,可以任意模拟真实及理想的条件,计算流体力学后处理技术较完善,便于分析流体力学计算结果等优点。比如，在建设好的街道内存在风口，形成很大的局部风速，甚至可能直接对街区内的行人或者附近的建筑物造成影响。
1 计算流体力学在城市规划设计中应用的局限性
计算流体力学在城市规划设计中的应用存在一定的局限性，主要表现在计算流体力学必须要有准确的数学模型，并且在模拟数据中用离散化的方法处理数学方程时需要对流体力学计算中所碰到的收敛性、稳定性等问题进行分析，然而做的这些分析一般只对线性方程有效，对不是线性的方程则没有效果。而且计算流体力学受计算机内存、运行速度等计算机固有条件的限制，只有计算机的运行速度等硬件设施达到一定程度计算流体力学才会出现新的发展阶段。
2 计算流体力学的概念和在城市规划设计中的计算方法
计算流体力学的步骤为先确定了那些能够描述的连续变化的对象的流动参量的微分方程组后，然后采用计算数值的方法，通过离散化的方法用离散时间和空间的值来表示连续变化的参量，用代数方程组的形式替代微分方程组转，空间的离散位置可用计算网格上的节点来描述，最后流体运动特性是通过计算机求解这些离散的数学方程组来研究的，同时可以给出流体运动空间非定常或定常流动规律，这样的学科就是计算流体力学。计算流体动力学的工作程序建立体现物理现象或工程问题本质的数学模型就是模拟数值的出发点，就是要塑造体现问题每个量之间关系的微分方程唯一解前提及方程，寻找高精确度、高工作效率的计算措施，也就是塑造针对控制方程的数值离散化措施，比如有限元法和差分法、有限体积法等，编写程序和计算分析。计算流体力学涵盖了计算网格的划分、初始条件的导入和边界条件、假设控制参数等。在城市建筑物之间的空气流动为不稳定状态，并且建筑物的朝向、形态存在很多种变化、地形凹凸不一。所以，以准备流体力学计算对象的物理特性为基础，本文将进行CFD模拟的基本控制方程选取为k-ε双方程紊流数学模型，为适应规划设计中由于各建筑物地形、高度、形状等因素所产生的复杂网格体系我们采用贴体坐标系统。控制方程的通用形式为
方程中当q=1，表示方程的连续性；当q=u1，u2，u3，表示ξ1，ξ2，ξ（3曲线坐标）方向的动量方程；当q=k，表示紊动动能方程；当q=ε，表示紊动能耗散率方程，i，j=1，2，3，表示三维空间坐标的3个方向。式中Ui，J和Gij分别表示Jacobian速度变换矩阵、变换矩阵以及扩散量度矩阵。其定义分别为
方程（1）和（2）组成了整个求解区域小气候场的方程组。
3 对城市规划设计中应用计算流体力学典型案例的分析
为了探讨计算流体力学在城市规划设计中的应用，本文以某一个文化广场的规划设计为例详细阐述了计算流体力学在城市规划中的应用，希望能为大家更好的理解计算流体力学在城市规划设计中的应用。
3.1 计算流体力学的区域和网格 案例中进行规划的区域东边是一个已经规划好了的体育场，西边为一个山坡，南边和北边都已经盖好了建筑。根据规划区域的地形图和已有建筑的分布图可以生成一个计算流体力学的计算网格（如图1），这个规划设计中我们采用的是结构化的计算网格，该计算网格总共设置了68×67×31个计算流体力学的点，流体力学的分析计算范畴为1km×1km×50m。流体力学计算网格运用POINTWISE公司的计算流体力学网格生成软件包GRIDGEN生成。这个软件包是专门替流体力学的计算而编写的一种商业用途的计算流体力学生成网格软件，这个软件可以生成很多复杂形状的近体坐标计算流体力学网格系统，并且这个软件还能够比对优化生成的网格质量。因为流体力学的计算网格的繁琐性，流体力学的分析计算是比较麻烦的。这又是在城市规划设计领域应用计算流体力学的比较典型的案例。因为该案例的流体力学的计算区域非常的不规则，所以生成计算流体力学网格和计算流场将把工作重心放在解决不规则的流体力学计算网格所带来的一系列问题上，也就是如何控制网格的生成质量和怎么处理流体力学计算过程中由于不规则的计算网格所导致的和收敛性相关的问题。利用GRIDGEN这个程序同时通过该软件程序本身设置的简化算法，可以得到较高质量的流体力学计算网格；但是和收敛性有关的问题只能够以流体力学计算的求解程序为基础和使用者的经验来处理。在研究这个案例的过程中，我们运用拟不稳定状态的计算方法较快的收敛流体力学计算。这个方法就是从非稳态的算法开始以更深的研究稳态的问题，在一定的时间范畴内，进行N次的迭代，从而使得较为复杂的流动难题能够快速稳定的收敛于它的解。在流体力学计算领域，拟不稳定状态的计算措施是使流体力学计算得到收敛的一个行之有效的措施。
3.2 流体力学计算边界条件 在计算城市规划设计流体力学过程中确定适合的计算边界条件为流体力学计算运用于城市建筑规划领域探讨的一个很关键的方面。在实际的流体力学计算过程中，计算的区域除了上空采用开放的适意流动的边界，地面和规划区内建筑物表面采用固体的表面边界，其它4个方向的边界取值也将对流体力学的计算区域有较大的影响。因为规划区外已经存在的建筑物会对流体力学的计算存在一定影响，东南西北4个方向的边界条件的取值非常复杂。在本文的探究中，因为是简单探讨计算流体力学在城市规划设计中的应用，所以我们采取的是最简单的方式来设定流体力学计算的边界条件值。以某一些原则为依据，而且经过整理分析规划区域本地的气象文件资料，我们明确选取风向频率较高的北风和东北风作为流体力学的计算前提，选取的风力的大小会影响人群的生活、当地每年都会出现的10米每秒的风速作为导入的风速，并且不考虑城市规划区域外已经存在的建筑物对流体力学计算边界条件的影响。竖直方向的阶梯风也会影响流体力学的计算结果。本次研究采用的流体力学计算边界条件如下：地面和已有建筑物的表面为固定墙壁；天空为自由的流动边界，也就是滑移的界限。分析东北风的工况时：东面和北面为10×0.714m/s的风速入口，风向为东北方向时，南、西面为自由的出口边界。
4 结束语
综上所述，计算流体力学为城市规划设计做出了很大贡献，CFD很大程度上使城市规划设计更加合理，所以流体力学计算在城市规划设计中的运用会更加普遍，我们需要经常地了解总结流体力学计算在城市规划设计中的运用的经验，不断地对流体力学计算技术加以完善，使其更好地为城市规划设计做出贡献。
参考文献：
[1]李建强.流体力学在工程建设中的应用[J].华东交通大学学报,2001(4)：66-67.
流体的力学特性范文4
关键词：流体力学；多元化；课堂教学模式
作者简介：张明辉（1972-），女，河北沧州人，山东科技大学机械电子工程学院，副教授；陈庆光（1969-），男，山东临沂人，山东科技大学机械电子工程学院，教授。（山东 青岛 266590）
基金项目：本文系山东科技大学省级机械电子工程品牌专业建设项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0064-02
“流体力学”课程是我国高等院校工科各专业的一门主干专业基础课。该课程是联系前期“高等数学”、“理论力学”等基础课程和后续专业课程的桥梁和纽带，在学生能力培养和知识体系构建过程中起着“承上启下”的作用。[1]当前的“流体力学”主要以经典理论或实验内容为主，教材中包含大量的计算公式及理论推导，这就要求学生具备一定的高等数学知识及较高的综合分析和处理问题能力。但由于大多工科学生数学知识相对薄弱，再加上学生自主学习的能力较差，导致教师难教、学生厌学成为较普遍的现象。如何提高学生的学习兴趣，让学生正确理解和掌握流体力学知识，使“流体力学”课程的教学水平迈上一个新台阶，是教育工作者的责任和使命。许多文献[2][3]为了提高流体力学的教学效果，在课堂教学模式、教学手段、实验教学等方面进行了探讨和研究。通过多年来在“流体力学”教学中的若干思考和实践，笔者提出了构建多元化教学模式的教学理念，即将启发式教学、对比分析法教学贯穿课堂教学中，以加深学生对理论知识的感性认识。同时，为了适应个性化发展和高素质教育，培养学生创新能力，在引导他们熟练掌握基本分析方法的同时，还要教会学生多视角、多层次的分析问题和解决问题。另外，为了提高教学效果，课堂教学中还运用多媒体技术作为辅助教学手段，工程图片、计算机动画和视频素材等各种教育信息使得教学更加生动、直观和多样化，开阔了学生的视野，激发了学习兴趣。
一、启发式教学模式
启发式教学就是让学生充分运用他们拥有的知识和能力去正确比较、分析、综合、判断、概括、归纳和解决问题，探索结论。一方面可以使学生开动脑筋，积极思维，另一方面也能够开发学生的智力，培养学生的能力。笔者在教学过程中将启发式教学贯穿始终。例如，流体微团运动分析是流体力学中的一个难点问题，很多学生对微团运动过程中发生的角变形很困惑。为了让学生更好地理解角变形的原因，笔者将矩形流体微团四个角点的速度全部写出，如图1所示。然后分别用红笔标出C、D点和A、B两点X方向速度的第三项，让学生观察两者的差别，学生很快发现D点比C点、A点比B点在X方向的速度大，这势必产生一个与垂直方向的夹角。接着，笔者又用蓝色笔标出，C、B点和D、A两点Y方向速度的第二项，让学生观察两者的差别，学生很快发现B点比C点、A点比D点在Y方向的速度大，这势必产生一个与水平方向的夹角。这样，学生很自然就画出了流体微团的角变形图，如图2所示。最后，笔者又把问题引申到三维，让学生写出其他两个方向上的角变形公式。这样学生在学习过程中，在理解和接受理论知识的基础上，学会了发现、解决和总结。除了在分析问题时采用启发式教学外，也可以启发学生对所学的概念、理论、公式进行对比，在加深理解的同时找出它们的内在联系和区别。譬如，在推导伯努利积分方程时先让学生回忆流体静力学基本方程。这样学生很快发现两者之间仅相差动能项。从而明白在流体静力学中满足势能守恒，而在动力学中转换为机械能守恒。通过对比分析，学生不但很容易地理解了伯努利方程的物理意义，也对静力学基本方程加深了印象。
二、对比分析法教学
由于“流体力学”课程涉及的知识比较广，如材料力学、大学物理、线性代数、工程热力学、高等数学等多学科的知识，再加上“流体力学”比较抽象，理解起来相当困难。在教学中“流体力学”这门课教师难教，学生难学。为了便于学生掌握流体力学的概念和基本原理，在讲授流体力学知识时，笔者经常采用对比分析教学法，让学生通过思考与对比增强所学知识的连贯性，提高学习效果。由于流体力学是力学的分支，因此力学的定律也适用流体力学，但流体的特性决定了流体力学在与固体力学有千丝万缕联系的同时，又有它独有的一些特性。所以，笔者在授课时会让学生先回忆相关的固体力学知识，再将固体力学定律引申到流体力学当中，让学生轻松地理解和掌握流体力学中的概念和原理。例如在讲授流体静平衡微分方程这一章节时，笔者就会问学生：在理论力学中，如果物体处于平衡状态应满足什么样的条件？学生很自然地想到要所有的合外力为零。然后笔者又会引导学生流体力学的研究对象为流体质点，而流体质点在空间上是很小的，需要对微元体建立平衡方程。换句话说就是微元体要保持平衡，其所受的合外力也需要为零，由此就可得到流体静平衡微分方程。这样静平衡微分方程的物理意义就很直观地展现在学生面前。除了将流体力学和固体力学进行对比分析外，笔者还会将流体力学中的一些概念通过列表的方式进行对比，让学生了解这些概念的异同点。比如，笔者在讲到流体运动学这一章节时讲解两种描述流体运动的方法，就给出了表1。学生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和欧拉法各自的特点。通过对比分析法不但有助于学生理解和掌握流体力学知识，还能让学生将所学知识融会贯通，提高分析问题、解决问题的能力。
三、多层次多视角分析问题
现代教育观念认为，高等教育应当融知识的传授和能力的培养于一体。[4]为了适应个性化发展和高素质教育，培养学生创新能力，在引导他们熟练掌握基本分析方法的同时，还要教会学生多视角、多层次的分析问题和解决问题。为此，笔者除了讲授基本方程、基本定理的推导，还会将问题进一步深化、演绎，将枯燥乏味的理论知识点进行归纳整合，建立学生的哲学思维观。例如，在学习静止流体对平面的总压力这一节时要求学生能够计算总压力大小、方向和作用位置。讲授首先从求解矩形水平面的总压力入手，再延伸到求解矩形垂直面总压力，再到求解矩形斜平面总压力，最后求解任意平面的总压力，如图3所示。这种层层剥茧的讲授让学生不知不觉中掌握了求解总压力的方法和技巧。逐层分析的方法教会了学生如何将一个复杂问题分解，然后再借助已有的知识进行求解，达到触类旁通的效果。同时，为了让学生更加深入、全面地了解平面所受的静压力，讲授时又分别采用了解析法和压力图法进行求解。通过这一章节的学习，学生明白了解决许多工程问题可以从多个侧面、多个视角分析，尽管采用的方法和理论不尽相同，但都可以获得正确的结果，殊途同归，增强了创新意识。
除了在教学过程中改变传统的教学方法，构建多元化的课堂教学模式以外，为了提高教学效果，运用多媒体技术为基础的立体化辅助教学手段也非常重要。随着计算机技术的发展，工程实际图片、动画和视频素材使各种教育信息的表达更加生动、直观和多样化，能很好地刺激学生的感官，激发学生学习的兴趣，开阔学生的视野，可以收到纯板书教学所无法达到的效果。因此，“流体力学”教学过程中对于难以理解的概念，如势流与旋流、流线与迹线的概念、流场的演示、流态的判别和波的传播、边界层的形成等内容均利用计算机动画给学生进行演示，起到了画龙点睛的作用。
四、结束语
多元化课堂教学模式是一个先进的教学理念。本文提出的启发式教学、对比分析和多视角教学模式将原本抽象的概念、复杂的理论推导直观地展现在学生面前，让学生在分析比较与思考中学会将固体力学遵循的原理定律融会贯通到流体力学中，寻求概念之间、知识点之间和章节之间内在的关联性，举一反三，把原本杂乱的概念形成清晰的知识体系。这种多元化的教学模式在很大程度上提高了学生的学习兴趣和学习积极性，培养了学生分析、解决工程实际问题的能力，改善了教学效果。
参考文献：
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[2]孙恒，朱鸿梅，舒丹.“启发—联想式”教学方法在流体力学教学中的应用[J].中国电力教育，2011，（5）：81-82.
流体的力学特性范文5
摘要：采用正交组合回归设计试验方法研究了亚温淬火条件下，淬火温度和回火温度对45钢强度及硬度的影响规律，并分析了该钢亚温淬火后的组织与性能。结果表明，在740～800 ℃范围内，随淬火温度升高， 45钢的强度及硬度升高，淬火组织中铁素体量逐步减少，其分布形态也发生明显变化， 800 ℃淬火后的力学性能接近于常规的840 ℃淬火。在试验的基础上，提出了45钢活塞（780 ±10） ℃淬火+ （550 ±10） ℃回火的调质处理新工艺。
关键词：调质处理 抗拉强度 显微组织
1 金属热处理的实在意义
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。金属热处理是材料生产中的最重要的工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体化学成分，而是通过改变工件的内部的显微组织，或改变工件的表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能观察到的。金属热处理中的“四把火”指退火、正火、淬火（固溶）和回火（时效）。
退火是指将工件加热到适当温度，根据材料的和工件的尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，其目的主要是降低材料的硬度，提高塑性，以利于后续加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化。退火根据目的不同分为再结晶退火、去应力退火球化退火、完全退火等。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，有时也用于对一些要求不高的零件的最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液淬冷介质中快速冷却。淬火后材料为不平衡组织，通常很硬很脆，需要在高于室温的某一温度进行长时间的保温，再进行冷 却，这种工艺叫回火（时效）。
2 成型处理方法的研究
从以上定义可以看出，不论是退火、正火、淬火还是回火，热处理过程中都要对工件进行加热、保温和冷却。所以金属热处理中，加热速度，保温时间和冷却速度成为热处理工艺中最重要的工艺参数。
“四把火”中，淬火和回火（时效）关系最为密切，常常配合使用，二者缺一不可。但在实际生产中，为了节约成本，提高生产效率，对于性能要求低的产品，往往用在线淬火代替淬火炉淬火，用自然时效代替回火。
3 热处理和材料成型结合验证
在微观设计活动的语境下，材料、成型、形态三者有着相互作用的关系，不仅仅是选择和被选择或是选择和接受的一般关系。材料和成型——材料是微观设计活动中所涉及到的材料（包括天然材料和人造材料），成型是材料基于其物理和化学特性上的成型 ；成型是材料在物理上和化学上变化后的结果或以化学变化为手段产生的物理上的形态结果。如 ：铝材在铸造的过程中，利用其化学特性使之在特定条件下改变材料特性，又因特定外部条件的作用恢复铸造之前的特性，但此时的物理形态已经发生了较大的变化，达到设计师的设计需求。材料决定成型，也就是说，在材料既定的前提下，成型是材料的特性（物理、化学特性）规定的；超出材料特性（物理、化学特性）的成型方式，在现实的微观设计活动中存在的几率很小，或只能通过材料和材料的复合使用才能达到 ；即使在CAD软体中可以近似模拟，在微观设计活动中可能成本很高失去实用价值或存在本身并不合理。如：一个由塑料制成的箱子和一个由木材制成的箱子，由于他们应用的材料不同，使得在实践加工之后产生的形态结果迥然不同。在为广大受众服务的批量化生产条件下，塑料的箱子以注塑成型的方式制成，材料的物理和化学特性，如上文所介绍的，其转角和过度的部位应呈现r半径转角的形态，以方便液态的塑料在模腔中的均匀流动和分布，减少生产缺陷 ；而换一种加工方式，塑料箱子的形态也可能是清棱清角的形态，但其结果理想程度不如前者。
4 热能动力工程的研究方向
热动主要研究热能与动力方面，是跨热能与动力工程、机械工程等学科领域的工程应用型专业。目前我国有120多所院校开设有该专业，它由旧本科的九个相关专业合并而成，包括了原来的热力发动机（080311）、热能工程（080501）、流体机械及流体工程（080313）、热能工程与动力机械（080319W）、制冷与低温技术（080502）、能源工程（080506W）、工程热物理（080507W）、水利水电动力工程（080903）、冷冻冷藏工程（081409）专业。
热动主要学习机械工程、热能动力工程和工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术。专业通过理论力学、材料力学、工程制图、机械设计、电工与电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、热工测试技术以及专业方向课程的学习，使我们具备工程热力学、流体力学、传热学和热工测试技术等热能与动力工程领域的基础理论、实验技能和基本专业知识，掌握制冷空调设备、制冷装置、动力机械与动力工程、流体机械等设计、制造和实验研究的基本技术。在此基础上，它是一个宽口径的专业，拓展空间很大，就业方向很广，有电厂热能工程及其自动化方向、工程热物理过程及其自动控制方向、流体机械及其自动控制方向、空调制冷方向等。同时，热动还是现代动力工程师的基本训练，可见热动是现代动力工程的基础。
5 金属热处理在成型技术中的应用
由于材料的特性决定这样的缺陷明显——应力的分布没有注塑成型的形态分布均匀，在粘接处应力集中，容易变形或损坏。并且，从生产的角度考虑，由于粘接成型加工特点的限制，这样的成型方式在大多情况下要由手工完成，很难适应服务广义大众的批量化生产。成型和形态不一定是一一对应的方式，相同的成型方式由于所应用的材料不同而产生不同的加工形态 ；不同材料之间的相似性决定了不同材料，在不同的外部环境下（如温度不同、压力不同、应用于材料中的添加剂不同等），可以应用同一种或是原理相同的成型方式 ；而材料之间的差异性使材料在应用了相同的成型工艺之后产生的形态不尽相同。两种材料在工艺成型上，采用了相似的方式，却产生了不尽相同的形态和外观 ；导致在微观设计活动中，设计师在最终形态上的要求改变。相同的形态可以由不同的成型方式来实现 ；相同的形态在结构上不一定相同，即同样的产品形态可以由不同的结构方式结合而成，不同的材料在实现同一个形态时采用的方式不尽相同。
参考文献：
流体的力学特性范文6
关键词：汽车车身；振动；噪声；模态分析；流固耦合系统；有限元；ANSYS
中图分类号：U467.4；O32；O35；TB115文献标志码：A
Modal analysis on fluid-structure coupling system of automotive body structure and cavity
CHEN Jianghong
(College of Automotive Eng., Tongji Univ., Shanghai 201804, China)
Abstract：To study the vibration and noise characteristics of automobile, the finite element model of an automotive body structure and cavity is established with shell, beam and fluid element by using ANSYS. In the model, the body structure is taken as elastic body and the air in passenger compartment is taken as fluid. The modal analysis is done for automotive body, fluid of cavity and their coupling structure. The results of three cases are compared and their relationship is obtained, which benefits the automobile vibration and noise research.
Key words：automotive body; vibration; noise; modal analysis; fluid-structure coupling system; finite element; ANSYS
0引言
现代汽车的振动噪声特性是衡量汽车质量的重要标志.汽车噪声不仅造成周围环境的污染，影响人们的生活和工作，而且车内噪声与振动、温度、湿度等诸多环境因素有关，是降低车辆舒适性的主要因素之一，因而世界各国都对车内噪声制定严格的控制标准，并将车内噪声的控制作为重要的研究方向.研究车内噪声特性，不仅要考虑整车结构，还需考虑车内流体的动力学特性，属于流固耦合问题.
关于该问题的研究，国外早在20世纪70年代初就已开始.最早是从理论上探讨板状结构物振动时所辐射的声功率，以及离板状结构一定距离、一定角度某点的声压预测理论及预测公式.[1]20世纪70年代初期，CRAGGS[2]等研究如何利用有限元法分析不规则空间声场和声学模态的二维、三维模型和方法.到了80年代，在轿车的车内噪声特性预测和虚拟设计方面做了大量的研究工作[3-4]，系统研究汽车车内室的声学模态有限元建模问题.90年代以来，随着计算机技术的飞速发展，各种在工作站上使用的软件系统被纷纷推出市场.在声学分析方面出现Nastran和ANSYS等软件.此外，比利时LMS公司开发的SYSNOISE软件[5,6]也是目前市场上最好的噪声分析软件之一.该软件结合有限元和边界元，不仅能分析车内噪声，也能分析车外噪声.目前国内有关车内噪声问题的研究也越来越受到各方面的重视，吉林大学利用ANSYS软件分析载重汽车驾驶室在路面激励和发动机激励下产生的噪声，同济大学靳晓雄等对车身结构和车内空腔声振特性建模及预测分析方法进行了系统研究，白胜永[7]等利用整车流固耦合模型对车内噪声进行预测分析和优化设计，刘懿[8]等介绍发动机振动激发的车内噪声预测方法.
对汽车进行噪声特性研究，首先必须对汽车车身和车内流体进行模态分析，它是一切动力学特性研究的基础，为此本文利用有限元法建立用于车内噪声研究的车身和车内流体的流固耦合系统模型，并对车身结构、车内空腔流体及车身和车内空腔流体的耦合结构进行模态分析，对计算结果进行分析对比，为整车振动噪声特性研究提供理论依据.
1流体―结构耦合的动力学方程
声压是指媒质受到声扰动后压强的改变量.以声压p为变量的声波方程为
求解该方程可以计算有吸声材料时的有限单元节点位移和声压.如果不考虑吸声材料，则流体阻尼矩阵为零矩阵；如果不考虑结构阻尼，则结构阻尼矩阵为零矩阵.式(5)为吸声材料和结构阻尼皆不考虑时的情况.
2流体―结构耦合有限元模型建立
现利用ANSYS有限元分析软件建立某车型车身结构及车内空腔的三维实体模型.由于车身外形一般是空间曲面，故通过空间曲线的组合来创建面，这样有利于以后的单元网格划分.由于本文关心的问题是轿车乘坐室内的振动和噪声特性，因此在创建车身外表面时，除考虑车身的前围板和后围板等因素外，还尽量较好地反映车内室的实际形状，这样就使乘坐室成为一个封闭的空腔，并采用三维声学单元建模.车身主要梁结构的横断面尺寸，通过ANSYS的自定义截面属性确定，这样能使梁的横断面惯性矩和质心位置等计算更为精确.
定义完实体模型属性后，对其进行有限单元的网格划分，建立结构―声学耦合系统的有限元模型，并赋予与室内声学单元耦合的车身板间阻抗值等.车身结构及车内声场三维有限元模型见图1和2.
3结构、流体及其耦合系统的模态分析
上面得到的有限元离散化方程的自由度很多，为了对其进行缩减，获得车身和车内流体耦合系统在模态坐标下的运动方程，需要对系统进行模态分析.
3.1车身结构的模态分析
由于本文讨论的车室内部噪声由车身结构振动引起，车身结构既是噪声信号的激励源，也是不平路面激励的响应系统，因此分析车身结构的模态可以更好地掌握振动传递和噪声产生的机理，为车内噪声分析等提供依据.用SUBSPACE求解器对车身结构模型进行模态分析，模态频率的结果见表1.
由模态分析结果可见：车身结构模型的自由度多、模态密集，且多以结构的局部变形为主.图3为车身结构模型的部分模态振型.一些局部模态(如发动机罩的变形等)对车室内噪声水平影响不大，分析时可以不考虑.
3.2车室空腔的模态分析
3.3耦合系统的模态分析
空腔声学模态通过边界条件与车身结构的振动相耦合.这种边界条件建立车室内声压变化和车身壁板振动之间的关系，可以通过FLUID30很好地实现这一耦合，因此空腔声学特性和车身结构动力学特性共同决定车室内的声压.试验表明：车身壁板的振动会改动声学模态的频率和移动节线的位置，并使车室内的噪声响应发生重大变化.
由于耦合系统由结构和空腔相互作用形成，因此其模态与结构和空腔两个系统的模态基本对应.耦合系统的模态振型由两部分组成：结构的变形和空腔流体中声压的分布.这些模态可能是由于结构的振动引起声压分布的变化，也可能是声压变化引起结构的振动而产生的，它们分别对应结构和空腔两个系统的模态.表3是频率不为0的前8阶耦合模态，它们均以结构变形为主.表中同时列出相对应的结构模态，图5是耦合系统模态与相应结构模态的结构变形情况.
3.4结果讨论
对比表中所列两种模态的频率可以看出，由于空气的作用，耦合系统的模态频率稍有变化，但变化基本不会超过1 Hz.大部分模态车身结构的变形部位变化不大，也有少量模态的结构变形相差较大，如图5(a)和(b)就出现交叉现象.
由于以结构变形为主的耦合系统模态非常密集，因此直到第47阶才出现第1个以空腔声压变化为主的耦合系统模态.它对应着空腔系统的第1阶声学模态76.359 Hz的亚谐共振.由于结构壁板的振动，耦合系统中空腔流体的振动模态也出现变化.与空腔系统声学模态相比，模态振型变得更加不规则，见图6.
流体与结构的相互作用不但能够改变原来系统存在的模态，还能激励另一个系统产生新的振动模式.图7和8为结构和流体模态分别激励出的流体和结构的振动模式.18.070 Hz的耦合系统模态是以车身结构变形为主的模态，对应着18.069 Hz的结构模态，其振动使空腔流体的声压发生变化，产生图7中的振动模式.同样，以流体声压变化的耦合系统模态中，结构也会由于流体的振动而产生变形，见图8.
4结论
采用有限元法对车身结构、车内空腔流体以及两者耦合系统模型进行模态分析，并对计算结果进行分析对比发现：
(1)车身结构模型的自由度多，模态密集，且多以结构的局部变形为主，一些局部模态对车室内噪声水平贡献不大，分析时可以忽略.
(2)轿车车室空腔的第1阶模态频率是0，相应的振型中车室内各点声压变化的幅值相同，相当于结构模态中的刚体模态.由于空腔系统中的模态振型出现横向、垂向及各向综合的变化模式，模型在各个方向上是不规则的.
(3)声固耦合系统的模态分别对应着结构和空腔系统的模态，耦合系统的模态包括结构变形和声压分布.由于两个系统之间的相互作用，耦合系统模态中一个系统将使另一个系统的振动形态产生较明显变化.
参考文献：
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[7]白胜永. 轿车车内噪声动态分析及其优化设计研究[D]. 上海：同济大学, 2000.
[8]刘懿. 基于室内噪声控制的发动机悬置优化设计[D]. 上海：同济大学, 2000.
