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流体力学的研究方向范文1
【关键词】工程流体力学 石油教学 学习 改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）12-0231-02
近几年随着后备储量持续增长，我国的石油工业以前所未有的速度向前发展，这就要求石油工程技术人员必须掌握扎实先进的专业知识。石油工程专业有其自身浓郁的行业特点，其目标是培养能在石油工程领域从事油气钻井工程、采油工程、油藏工程、油气储运等方面人才。在油气勘探开发储存运输过程中，存在广泛而复杂的流体流动现象，所以工程流体力学一直以来都是石油工程专业的核心基础课。
一、上好“绪论”课
“绪论”是教材的开篇之言，通常对全书有一个概括性的介绍。包括内容的设置、该学科的发展简史、与相关学科的联系和今后的发展方向及动态。在教学过程中，充分备课，形象生动地上好绪论课，使教师在后继的教学工作中事半而功倍。总结多年的实践经验，讲好“绪论”可从以下几个方面对教学产生积极的作用和影响：1.可激发学生的学习兴趣和求知欲。知之者不如好之者，好之者不如乐知者，三个层次呈递进状态，乐学是最高层次的学习热情，浓厚的兴趣能推动学生独立进行探索性的学习，而且在学习中主动克服困难，排除干扰；2.可促使学生在学习过程中将流体知识运用到专业课中，使知识融会贯通，有利于加深对专业知识的理解；3.可帮助学生了解学科的前沿动态，吸收最新知识，有利于学生对个人求学生涯的整体规划，优化职业生涯。
二、定位教材，扩展内容
很多工科院校都开设了工程流体力学，针对不同的专业，流体力学的学习侧重点肯定不一样，那么对于石油工程专业而言，流体力学知识服务于钻井、采油，偏重于工程运用，所以在讲授过程中不必要求学生熟练掌握每一个公式的推导过程，只需了解就可以，更多讲解与专业相关的实际运用，那么教材的选择就很重要了。广泛阅读流体教材，选择与专业最匹配的教材是首要任务。目前市面上有很多版本内容不同的教材，在定位教材后，难免教材在编排上不是尽善尽美，那么就要对选定教材的内容进行适当的扩展，可以加深加宽知识体系，更有利于激发学生的学习热情。
三、讲究课堂内教学方法和手段
自工作来，对于教学方法和手段进行了不断的摸索完善，工程流体力学侧重于应用流体力学的基本原理、理论与方法研究，解决工程实际问题。研究方法也遵循“实践-理论-实践”的基本规律。在实际教学过程中，发现学生最大的问题在于――不知道怎么学，不是学不会，而是没有找到适合这门课的学习方法。所以需要教师讲究课堂教学方法，采用合适的教学手段，让学生不至于感到知识晦涩难懂，继而失去学习兴趣。例如：每次上课前提问回答上次课的学习重点内容，集中学生的注意力，在此同时给了学生收拾情绪的时间，以利于新课的讲授；在上课过程中对于有散发性的问题，可以采用提问的方式调动学生主动思考，并给予一定的奖励；如果章节内容相对简单易懂，可以促使学生自己上台讲授，一方面激发学生自主学通学透，另一方面建立学生强大的自信心。
四、积极收集反馈信息
一方面在课间与学生主动沟通，了解学生的思想动态，拉近与学生的距离，才能最广化地获得反馈信息，师生关系。另一方面及时布置练习，既要起到巩固的作用，又要充分发现学生的学习难点，然后有的放矢的解决难题。要想获得预期的效果，教师在布置作业前必须精心研究习题内容，布置有代表性的习题，既不重复也不遗漏，然后尽快批改作业，在知识遗忘的截止时间前纠正错误，使学生形成正确的知识结构。
五、善用多媒体工具
随着科技越来越发达，原本的板书形式慢慢远离学生的视线，取而代之的是多媒体教学，在充分享受信息化的同时，要考虑学生的接受能力与接受程度。目前学生普遍反映多媒体教学虽然信息量大，但对于较大的信息量，学生难以全部接受，更容易形成抵触心理。在充分征求学生的意见后，得到的结论是：善用多媒体工具――用于展示图片、动画和教学影像。
将板书与多媒体合理地结合在一起，板书用于基础知识的学习，多媒体展示流体复杂的流动状态与工程实际运用，便于学生的理解接受，最大化地保持学生的学习热情。
六、重视实验课
目前，学生中普遍存在重理论轻实践的心理，做实验敷衍了事，写实验报告只用粘贴复制就可以了，无论数据合理与否，应付交差就完事了，数据不正常也不思考，实属本末倒置。流体力学是一门以实验为基础的力学分支，实验探究不仅是教学的内容，更是培养学生科学素养的手段。加强实验教学有利于激发学生学习兴趣、有利于培养学生动手能力、有利于概念的构建、有利于模型的建立、有利于定律的导出、有利于结论的检验、有利于创新能力的培养。特别是流体力学中很多经验公式，都是大量做实验总结出来的，所以实验是理论的源泉。现在实验课均是实验教师演示给学生看，然后学生参照实验指导书依葫芦画瓢做一遍，遇到问题依赖于教师，不主动思考，完全失去了做实验的意义。
七、结论
工程流体力学是一门专业基础课，对专业知识的学习有着至关重要的意义，对工程流体力学的教学思考是永无止境的，作为一线教师，要在工作中不断摸索实践，积累丰富的教学经验，在教学中实践改革，提高教学质量，使学习工程流体力学的过程充满乐趣与动力。
参考文献：
[1]李会芬.热能动力类《工程流体力学》课程学习的几点建议[J].广西大学学报，2007，（10）.
[2]黄卫星，肖泽仪，伍勇，魏文韫.过程装备专业工程流体力学课程的地位与教学要求[J].化工高等教育，2010，（1）.
流体力学的研究方向范文2
教育模式在从应试教育向素质教育转换的过程中，如何去把握课堂上教师的“教”与学生的“学”之间的关系，己成为教育界同仁们共同关注的问题。教育的最终目的是让学生在掌握前人积累的丰富知识及经验的基础上，不断发展和创新。前苏联著名教育家苏霍姆林斯基说：“只有能够去激发学生进行自我教育能力的教育才是真正的教育”[1]。现代社会信息瞬息万变，教育者除教授知识外，更重要的是教给学生获取知识的方法和激发学生的学习兴趣，由学生主动去学习适合自己特点的课程。因此，学校的任务是研究如何向学生提供最好的服务，提供可以自由探索、自主学习的学习环境，改变“以教师为主体”的传统教学模式，在先进的教育科学理念的指引下，充分发挥现代化教育技术手段的作用，管理教学，组织教学，实施“以学生为主体”的教学模式。
一“以学生为主体”教学方式的内涵
“以学生为主体”的教学理论，目的是让学生亲身经历知识的获得过程，体验成功的喜悦，培养学生的独立性、自主性、创造性。教师应该注重培养学生的参与意识，为学生探究知识创设物理情境，激发学生的创造潜能。在传统的教学中，教师是知识的拥有者、传授者，是教学过程中的绝对“权威”，学生则是“容器”，教师讲课的主要教学手段和方法是如何将知识输送到所谓的“容器”中去[2]。整个课堂上教师是主导者，是核心人物，而学生则是服从者；课堂是教师讲，学生听；教师写，学生记。教学中，学生完全处于被动状态，主要依靠教师在进行消极地学习。该方法严重影响了学生创造力和想象力的发挥，不利于提高学生学习知识的兴趣和运用所学知识的能力，这是与培养学生的创造性、自主性、独立性教育目标背道而驰的。教师应是整个教学活动的设计者、组织者，应该扮演引导者和参与者的角色，学生才是教学活动的主体。因此，教师应该在把握住“以学生为主体”的教育模式的内涵的基础上，努力为学生创造一种探究学习的气氛或情境，让学生根据探究的目标进行探索、甚至猜测，由学生通过自己的努力去获得最后的结论，让学生真正成为整个教学活动中的主体。当然了，“以学生为主体”的教学理论并不意味着教师的指导没有必要，教师不仅要帮助学生营造一个良好的学习气氛，更重要的是，教师在教学中应起引导和导向的作用。让学生独立自主地进行探究和学习当然重要，但是，为保证学生的探究和学习活动顺利进行下去，教师的有效引导也是非常必要的。
二计算流体力学课程的特点
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，以下简称为CFD）是通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上通过数值解来定量的描述流场，从而达到对物理问题研究的目的的一门课程。CFD 可以作为一种研究工具去形象的展示流场的内部结构，从机理的角度解释相应流动的特点；也可以作为一种设计工具对产品的性能进行预测，从而达到节省研发成本的目的。总之，CFD 在现代生活和工业生产中的很多方面已表现出了巨大的作用[3]。
计算流体力学是流体力学的一个分支，它不仅是一种有效的关于流动和传热问题的研究手段，而且在几十年的发展中，又自成体系而成为一门独立的学科。CFD 是建立在流体力学的基础之上的，它的主要目的是求解微分方程，所以要学好这门课程，就要很好的掌握计算方法、偏微分方程的数值求解等课程的基本知识，同时，还要有很好的物理问题抽像简化能力及对结果的各种处理分析能力，正是由于CFD 课程的这种多学科交叉基础的特点，所以将其设置为研究生课程，也正因为如此，大部分学生在学习该课程时，常感到该课程的理论性强、概念抽象、公式推导复杂等诸多难点。
三硕士研究生阶段的教学特点
硕士研究生阶段专业课与本科专业课相比有深、广、新、专等特点，同时还要更高层次地体现素质教育的特点。所谓深，是指研究生课程应对该课程所涉及到的领域具有更深的论证、探讨与描述，以使学生对本学科有更深层次的理解。所谓广，是指研究生课程所涉及的内容应比相应的本科生课程涉及更广泛的领域，特别是与本学科的交叉领域。所谓新，是指研究生课程的内容应主要反应该领域科学技术的最新成果、最新的理论、观点与研究方法。所谓专, 是指与本科生相比，研究生教育具有更强的专业性，是为科研、教育、企业、政府、社会等各个部门培养实用的高级专业人才。研究生专业课的内容除了应具有上述特点之外还必须在更高层次上体现素质教育的特点，研究生的专业课教学必须在所有细节上都渗入素质教育的思想，使学生能够在自我培养、知识创新、思想表述、学术交流、协作精神、竞争意识等方面都有所提高。硕士研究生专业课程的教学内容不应该全部都是完全成熟了的经典的理论与方法, 而是要让学生了解本领域正在发展着的、有争议的、探索性的观点、假说、设计思想、研究思路、实验方法,等等。这就要求学生具有自主的、批判与选择的能动性；具有能够发现问题，研究问题和解决问题的能力；具有将所学内容进行能动比较，融汇贯通和总结提高的能力；具有将所选定的研究方向和现有条件相结合并归纳与提炼出研究课题的能力。
硕士研究生一般都经过了完整的本科四年教育，大多数为本专业或相关专业的优秀毕业生。他们大都较好地掌握了学习方法，特别是自学方法，并已养成了刻苦钻研的习惯。这一群体不但已初步掌握了本专业的最基本的理论基础、基本概念，还掌握了在这一领域工作的基本方法与基本原则。具有了在本领域进行科学技术研究或工程设计的基本素质。同时，这一群体的成员都经历过严格的毕业论文或毕业设计的工作与答辩过程，具有一定的独立分析问题、解决问题的能力。因此，硕士研究生到了专业课学习阶段，已具备了“学生主体”模式的教学条件。
四在教学和考试中应体现“以学生为主体”
研究生阶段的教学不同于本科阶段及其之前阶段的教学方式，前者以“研”为主，后者则以“学”为主，所以研究生教学应以研究为导向，以创新或者说研究成果的数量和质量为评判优劣的标准。
1 教学方法的改变
培养研究生检索文献和自主学习的能力是实施“以学生为主体”教学方式的第一步。文献检索是研究生从事科学研究的最重要环节。科学研究是具有连续性和继承性的，尤其是对刚从事研究性学习的学生，查找文献资料，掌握某一研究领域的发展现状及动态是进行研究性学习的第一步，这一步进行得好坏直接关系到以后一系列的研究活动。因此，在计算流体力学课程的学习中，教师可通过布置“文献检索”作业，让学生根据自己的兴趣爱好或课题方向查阅最新的中文或外文文献，写出此方向的文献综述；并鼓励学生整理成科技论文向国内外相关科技刊物投稿，并争取发表。研究生通过这样的学习锻炼，能提高他们的文献检索和总结提炼的能力，可为他们将来进行科研和撰写毕业论文奠定一定的基础。
开展课题研讨活动，培养研究生解决问题的实际能力及口头汇报能力是实施“以学生为主体”教学方式的关键。为达到此目的，教师在教学中可以将3～4 名研究生分为一个讨论小组，为每个小组布置不同的研究课题，让学生们在认真研究和理解文献的基础上，找出具体的切入点深入研究，并在课堂上分批次的汇报各自小组的研究内容，包括物理问题的简化，数学模型的建立，具体的求解过程及参数设置，以及结果的详细分析及讨论。在课堂上，每个研究生还可有选择性地汇报各自文献检索结果的综述，把自己感兴趣的和有深刻理解的专题进行讲解，其他的学生也可以现场提问，这样，研究生在汇报和回答提问的过程中，他们的理解能力和表达能力也都同时得到了锻炼．
2 考核方式的改变
在选修课的学习中，如果仍然采取传统的闭卷考试作为课程考评方式的话，就很难看到创新的教学改革手段体现在研究生身上的效果，因此，在课程的考核方法上应大胆改革，比如考核内容和成绩可如此规定：在100 分的总成绩中，报告占50 分。其中，对理论和方法的理解是否全面、准确和深刻占30 分；讲述是否清晰和是否引人入胜占10 分；讲解过程是否结合现代化媒体手段（如POWerpOINT，FLASH）占10 分，同时对积极提问和踊跃发言者适当加分；文献检索作业占10分，对检索较多外文文献的学生，如文献内容新颖，且紧跟科技发展的，可给予加分，而少交或迟交作业者则酌情扣分；FLUENT 软件实例计算作业占20 分，要求有详细的前处理网络模型和详细的结果处理分析，并且对总结成科技论文在优秀刊物上发表者给予加分；期末论文投稿占20 分，要求按标准科技论文格式书写，内容要详实、全面和观点独到，并以优秀篇数和刊物水平作为加分依据[4]。以上课程考核措施的制定，都是以调动研究生学习计算流体力学课程的积极性为首要前提，旨在提高他们的科技论文写作能力和解决流动传热实际问题的能力。
总之，“以学生为主体”的教学模式的实施是一个长期的、循序渐进的过程。在此过程中，势必会出现诸如教学内容更新、教学进度和学时调整等一系列新问题，这就要求任课教师要具有坚定不移的决心和高度负责的责任心，要以提高研究生的竞争力和生命力为己任，要不断创新、开拓和探索更加有效的教学手段和方法。另一方面，各级领导应该鼓励和支持对研究生课程的改革，研究生教学管理部门应承认并奖励教师在实施教学改革中增加的学时数量，在政策和经济上给予支持，创造有利于实施教学改革的环境和氛围，从而使之得到不断的深入和完善。
参考文献
[1]杨梅. 关于“以学生为主体”教学方法的探讨[J].铜仁师范高等专科学校学报, 2005, 7(3):67-68.
[2]陈德平, 倪文. 硕士研究生专业课教学中的“学生主体”模式认识与实践[J].中国冶金教育，200(5):65-68.
流体力学的研究方向范文3
[关键词]湍流；模式；FLUENT软件
中图分类号：TB126 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0093-01
1 前言
为了分析湍流，科学家在湍流运动的随机性研究中采用统计力学或统计平均方法。研究湍流的手段也使用了理论分析、数值计算和实验等。湍流数值计算实质上是求湍流基本方程的数值解。60年代以前，积分方法和常微分方程方法成为工程技术部门的常规算法。60年代中期以后，由于高速电子计算机的应用，偏微分方程方法获得了迅速发展。70年代以来，由于第四代巨型高速计算机的使用，湍流数值计算向大规模的数值模拟的更高阶段发展。
2 湍流理论的发展
湍流是对空间不规则和对时间无秩序的一种非线性、多尺度的流体运动，这种运动与不规则的流动边界一起产生了非常复杂的流动状态。在宏观尺度上流体微团做不规则随机脉动的流体运动。也称紊流。更确切地说，高雷诺数下的流体运动通常都是湍流。湍流的基本特征是流体微团运动的随机性，各局部流动量如速度、压强、温度、浓度等的瞬时值均可表示为某平均值与一个在时间和空间上都做急剧随机变化的脉动值之和，其脉动部分的平均值等于零。湍流在某些情况下对人类有利。例如它可强化传热与化学反应过程，而在另一些情况下又对人类不利，例如它可使摩擦阻力和能量损耗剧增。
对于工程中出现的湍流问题，其求解方法可归纳为四种：理论分析、风洞实验、现场测试和数值模拟。四种方法相互补充，以风洞实验和现场测试为主，理论分析和数值模拟为辅。数值模拟又称数值风洞，是目前数值计算领域的热点之一，它是数值计算方法、计算机软硬件发展的结果。
3 湍流模式理论
流模式理论或简称湍流模型，就是以雷诺平均运动方程与脉动运动方程为基础，依靠理论与经验的结合，引进一系列模型假设，而建立起的一组描写湍流平均量的封闭方程组。虽然N-S方程能够准确地描述湍流运动地细节，但求解这样一个复杂的方程会花费大量的精力和时间。目前虽然许多湍流模型已经取得了某些预报能力，但至今还没有得到一个有效的统一的湍流模型。同样，在叶轮机械内流研究中，如何找到一种更合适更准确的湍流模型也有待于进一步研究。
4 Fluent软件中的湍流模型
大多数工程中的流体力学问题都应当用湍流理论进行处理。国内外都在研究如何用湍流理论解决工程中的湍流问题。工程上最常用的还是采用各种湍流模型。尤其是近代.随着计算机技术和流体力学的发展，各种应用软件应运而生.FLUENT作为其中一种已被成功地用来解决一些工程湍流问题。
Fluent的软件设计基于"CFD计算机软件群的概念"，针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。FLUENT软件中提供以下湍流模型：
5 结语
工程上最常用的还是采用各种湍流模型。尽管如此，我们应该看到，由于湍流是一种晋遍的物理现象，同时又具有极端复杂的流动特征，也是至今未能解决的世界性难题，长期以来人们试图利用各种工具对其进行研究，作为研究湍流的一种新的有效的方法，湍流模式已经在湍流研究中取得了一些令人鼓舞的成果，并且蕴藏着的巨大潜力，我们有理由相信，随着人们在这一领域的不懈探索和实践，湍流理论及湍流模式将具有更加光明的应用前景。
参考文献
[1] Davici C Wilcox. Turhulenc：e Modeling for CFD. 1993
[2]符松.湍流模式一一研究现状和发展趋势应用基础与工程科学学报.1994，2
[3] Haworth D C，Ngo T.Incernational Journal of Engineering Sciences 1988，26
流体力学的研究方向范文4
关键词 ：道路绿化；绿化型式；自然通风；计算流体力学；仿真分析
中图分类号： TU024；X7
文献标识码：A
文章编号：1671-2641（2012）06-0000-00
近年来，随着CFD（计算流体力学）技术的长足进步，计算机仿真模拟设计不仅在绿色建筑和城市规划领域得到了极大的应用和普及，还从室内走向了建筑外环境。一些研究者开始尝试在不同绿化型式对于室外热环境和风环境的影响方面开展数值模拟研究比较[1]。但是，由于植物自身具有的流动性冠层、蒸腾介导热质传递等特性，用对于计算机模拟绿化植物的流体环境计算机模拟仍面临着是个难题，制约了CFD技术在定量预测绿化对于通风环境和热环境的影响方面的发展[2]。本文通过建立绿化植物的三维冠层模拟方法，结合植物冠层分析技术，建立绿化植物多孔介质模型，模拟研究了两种绿化型式对广州城市道路自然通风环境的不同影响。在此基础上，与现场测试结果进行拟合度验证，以期帮助定量化评价、优化道路绿化设计，进而为改善城市自然通风环境和建设生态城市提供技术支撑。
1研究方法
1.1样地概况：
测试的道路绿地斑块位于广州市海珠区的南洲路（E113°19′， N22°47′），测试路段为东西走向，道路绿化植物种类简单，长势良好。绿化型式分为两种：一种为纯行道树绿化，乔木层种类为非洲桃花心木（Khaya senegalensis）；另一种型式为行道树
基金/项目： 国家星火计划项目（No.2011GA7800）、广东省科技攻关项目（ 2009B021500004）、广东省教育厅高层次人才项目和广州市教育局羊城学者科技计划项目（10B004D）。
第一作者简介： 聂磊（ 1973- ） ， 男， 吉林长春人， 博士， 教授， 研究方向为园林生态、绿地植物。
下整齐种植有灌木层，种类为黄金榕（Ficus microcarpa cv.Golden Leaves），其组成效果如图1所示。测试路段的道路两侧退界距离达到20 m以上，参考岩田达明等的分析结论，对道路绿化风场的影响视为忽略不计[1]。
1.2 植物冠层结构建模：
测量单株植物的树高、枝下高、冠幅、胸径、树冠外轮廓曲率拐点坐标等形态特征数据，其中曲率拐点坐标采用手持红外线测距仪测定。运用3DMAX软件建模出圆柱形、圆球形、尖塔形、圆锥形、卵圆形、倒卵形、钟形、伞形等园林植物冠层的不同结构类型。其中非洲桃花心木为倒卵形树冠，黄金榕为卵圆形树冠。
1.3多孔介质模型参数设定：
由于植物冠层可视为多孔介质，因此必须计算不同植物冠层模型的空隙度。冠层空隙度可由冠层分析仪测出，在阴天或晴天清晨，采用基于半球摄影的HEMIVIEW冠层分析仪对单株植物进行冠层数据采集，用鱼眼镜头捕获不同方向的冠层图象后，应用Delta-D软件计算太阳光直射透过系数，从而得出群落的叶面积指数（LAI）及冠层空隙大小、间隙率参数等指标数值。经计算非洲桃花心木树冠的空隙率在0.09～0.15范围内，黄金榕在0.04～0.10范围。
1.4 CFD仿真分析
：模拟工具为英国CHEM公司开发的PHOENICS软件，设定的气候条件参数为：东南方向（广州夏季主导风向），参考风速为2.0m.s-1（广州夏季平均风速），区域温度为28℃（广州最热月室外平均温度）[3]。边界风速满足梯度风变化v/v0=（z/z0）α，其中，v0为标准高度处的风速， 取2.0m.s-1，z0为标准高度，取10m，α为地面粗糙程度， 取0.0333。自然通风环境通用模拟体系由空气模型、植物冠层模型、下垫面固体传热模型构成[4]。采用流场模拟计算耦合迭代求解，利用有限差分法求解空气流场模拟计算的边界条件，由空气流场计算程序模拟得到整个计算区域空气的速度场和压力场，通过软件设置固定观测点，得出1.5m和3.0m高度的风速云图与压力图。
1.5计算机模拟与实际观测数值的拟合度检验
：采用风速衰减率（R）来讨论不同绿化型式影响下的自然通风效果。R=1-Vi/Vo，其中，Vi，Vo分别指绿化带下风向及上风向观测点的风速（m・s-1）。从绿化带设定起点每隔5m共设置10处观测点，在每处观测点的前后各5m，采用美国Kestrel 4500手持式气象仪测定不同型式绿化带上风向及下风向的实时风速，高度为1.5 m。在计算机模型内输入上风向的实时风速，测出相同坐标的10处观测点的下风向模拟风速，并计算风速衰减率。采用SPSS18.0软件进行风速计算机模拟理论值与实际观测数值的拟合度回归模型检验。
2 结果与分析
2.1 不同绿化型式对自然通风的影响结果
大约2m高度以下的城市空间是人们经常活动的区域高度大约在2 m以下，同时，3 m高度以上的道路绿化空间中，仅存在有乔木层分布，灌木层是无法达到这个高度的。故本文对1.5 m和3 m高度处的风速进行了分析。一般认为，风速>1m.s-1时，在夏季室外人们感觉是舒适的，风速>5m.s-1时， 会影响人们的活动[5]。所以，1～5m.s-1之内的风速，是比较理想的室外风速。经CFD仿真模拟，结果表明单纯乔木绿化的型式下，1.5 m高度的模拟风速达到了1.64 m.s-1的风速，而3 m高度的模拟风速达到了1.31m.s-1的风速，都有着令人感觉较为舒适的自然通风效果（图2、3）。
绿化型式对于城市道路空气流动有着重要影响。有研究表明，行道树对污染物扩散的阻碍作用主要受控于树木郁闭度而非绿量。当行道树植株间距较密，形成枝杈搭接时，茂密树冠会在道路上方产生顶盖效应，阻碍污染物向上扩散，导致道路两侧污染物浓度升高，恶化街区大气环境。污染物扩散速率很大程度上受到街道内气流铅直湍流强度的影响。对于没有树冠顶盖的街道，街谷内有较大的风速梯度，这将会有利于增强机械湍流的增强[6]。但在行道树郁闭度较高的街道内，高大茂密植物在减低风速的同时，不仅导致街区内部气流的垂直涡动减小，也大大减弱了绿化带内外气流的垂直交换。我们的计算机仿真模拟结果表明，1.5 m高度时单纯乔木的绿化型式较乔木+灌木绿化型式的0.47m.s-1的风速多出了近70%，而3 m高度的模拟风速较乔木+灌木绿化型式的0.73 m.s-1多出了44.3%，表明有灌木层的存在，直接导致道路空气流通速度明显下降（图2～、3）。之所以1.5 m处单纯乔木绿化的道路风速较高，主要是因为非洲桃花心在1.5 m处仍处于枝下高以下，且无灌木层遮挡阻碍空气流通，因为风速衰减的较少；而在3.0 m高度时，乔木冠层对于自然空气流通起到了明显的阻碍效应，因此下风向观测点的风速纪录仅为1.5 m处风速的79.9%，整个模拟区域的风速也明显下降。
2006年建设部的《绿色建筑评价标准》中要求热岛强度不高于1.5℃，同时夏季无涡旋死角，建筑前后压差不低于1.5Pa[7]。CFD计算机模拟结果表明，由于道路绿化处于开阔的室外空间，道路绿化带上下风向之间的正负风压维持在0.5～0.8Pa之间，基本上无法维持较为明显的风压。
2.2计算机模拟与实际观测数值的拟合度检验结果
对1.5 m和3 m的CFD模拟风速衰减率和实地观测的风速衰减率计算结果进行了线性回归模型的拟合度检验分析，其中1.5 m风速衰减率的拟合度R2=0.726（P
3结论与讨论
CFD（Computational Fluid Dynamics）是近代流体力学、数值数学和计算机科学相结合的产物。随着近年来 CFD 物理模型和计算方法的不断完善和改进，计算机运算速度的不断提高，许多成熟的商业化CFD计算软件得到了不断地推广。CFD研究以 3 大守恒定律（质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律）作为计算的控制方程，采用有限体积法（Finite Volume Method）把连续的计算域离散成许多个子区域（体积单元），借助高性能计算机在每个体积单元上对控制方程组进行数值求解，进而在整个计算域上分析流体流动、传热和传质的规律[8]。近年来，CFD技术已广泛应用于绿色建筑领域，在该领域 CFD 被用来模拟室内外气候环境，然而在园林绿化领域，仍属于应用的初步阶段。目前通用的CFD 软件主要有CFX、FLUENT、STAR-CD、PHOENICS以及FIDAP等类型，其中PHOENICS是世界上第一个投放市场的 CFD 商用软件（1981），可以算是CFD商用软件的鼻祖。这一软件中所采用的一些基本算法，如SIMPLE方法、混合格式等，由该软件的创始人D.B.Spalding及其合作者S.V.Patankar等所提出，并得到广泛验证和应用[9，～10]。
城市绿化对于改善环境质量、获得清新洁净的空气、有效降低城市热岛效应有着不可替代的重要意义。自然通风是城市绿地实现节能、健康、生态等功能目标的重要形式。城市绿地的绿化型式对于环境的自然通风效果有着重要影响。例如在我们以往的研究中发现，当前道路绿化方面，由于种植密度过大，物种之间竞争激烈，植株普遍生长不良，、干旱甚至枯死现象比较普遍，不仅浪费了大量的投资和养护成本， 而且也不利于发挥绿地的生态功能，尤其是阻碍了道路的自然通风[11]。然而长期以来对于不同绿化型式在影响自然通风的场效应方面，仍然缺乏有效可靠的定量预测分析方法。在本研究中，利用CFD仿真软件模拟出的分析图形直接显示出不同绿化型式对道路自然通风效果确实存在不同效果。乔、灌木绿化型式下的自然风速明显低于单纯乔木绿化型式，验证证明了灌木层的存在直接导致了道路空气流通速度明显下降。试验结果显示，如果从道路绿化的空气扩散、通风散热的生态功能来说，单纯乔木层的道路绿化结构效果反而更佳；然而，考虑到绿地的滞尘吸污、固碳释氧以及增加空气湿度等方面的整体生态功能，则更应推荐乔灌草的群落式绿化结构。综合考虑，道路绿化型式的最优方案应为既具备立体结构、同时又留有足够扩散空间的的疏落式乔灌草立体绿化结构。
试验结果表明，计算机模拟与实际观测的风速衰减率数值存在良好的拟合度，证明CFD仿真分析能较好地预测道路绿化实际自然通风状况。在本项研究中，通过测定冠层空隙度来设定植物冠层多孔介质模型参数以及完成冠层三维结构建模的计算模式，在今后推广CFD分析绿地自然通风方面有一定的参考价值。 当前我国在建设低碳可持续社会中大力提倡绿色建筑标准，逐步实行了绿色建筑评价标识制度，对于评价为星级的绿色建筑乃至绿色低碳园区、居住小区予以高额的资金补贴。当前使用的《绿色建筑评价标准》中要求热岛强度不高于1.5℃[7]。城市绿地在改善热环境、降低热岛效应方面有着得天独厚的优势。以往在绿化领域欠缺良好可靠的计算机模拟分析技术，而CFD仿真分析能够建立通用辐射计算体系，结合植物与环境的热质传递模型及地表、植被、水体、建筑等表面导热的有限差分计算方法，对有绿化情况下的城市热环境进行详细可靠的预测分析。因此，今后在城市绿化建设中，应大力推广CFD仿真技术在预测绿化方案在自然通风及热环境方面的实施效果应用，帮助定量化优化绿化设计方案，从而在真正意义上实现使城市绿化在真正意义上走上生态可持续设计的道路。
参考文献：
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[8] Chun C ， Kwok A ， Mitamura T ， et al. Overall thermal sensation ，acceptability and comfort[J]. Building and Environment， 2008， 43（1）： 45～-50.
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[10] Michael B， Heribert F. Simulating surface-plant-air interactions inside urban environments with a three dimensional numerical model[J]. Environmental Modelling& Software， 2005， 13， 272～-284.
[11]聂磊，代色平，陆璃. 广州城市绿地植物群落生态效应分析[J]. 2008，35（4）：29～-33.
作者简介：
流体力学的研究方向范文5
关键词： 洗浴器；节水；节能；校园；专利转让
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0920078—02
2011年全年水资源总量24022亿立方米。年末全国422座大型水库蓄水总量1956亿立方米，比上年末少蓄水69亿立方米。全年总用水量6080亿立方米，比上年增长1.0%。生态补水下降4.0%。人均用水量452立方米，增长0.4%。
——《中华人民共和国2011年国民经济和社会发展统计公报[1]》
随着时代的发展，科学的进步，电力、燃料等能源的短缺现象已得到了极大的改善，但水资源的短缺却愈演愈烈。如何合理使用水，怎样才能节水已成为社会热点难题之一。国家经贸委副主任李荣融指出水资源短缺已经成为我国经济社会可持续发展的重要制约因素。
就水资源现状来看，一方面水资源越来越短缺，水价越来越高，政府在积极的倡导建立节水型社会；另一方面是水资源的使用者却不知珍惜，任意挥霍。我们该如何应对这种处境？近年来，由于高校后勤社会化的不断深入，众多高校对大学生洗澡实行刷卡收费制度，收费制度则有“一票制”和“计时制”两种，“一票制”收费从一次三元到一次五元不等，“计时制”从每分钟0.15元到0.30元不等。根据网络调查这一制度带来如下一些不良问题。
① 在“计时制”的制度下，有同学表示在浴池洗澡时会有心理压力。一些同学表示“这样的计费方式，让我觉得很难受，就像是打车跳表一样紧张，水龙头里流出热水，就感觉自己的钱在变少”，同学大多不愿意去浴室洗澡；② 在“一票制”的制度下，同学们都会钻收费的空子将衣服带到浴室一起洗，这样造成水资源的严重浪费；③ 在“计时制”制度下，不少同学表示洗澡收费高，尤其是女生强烈反应由于洗澡时间每次洗澡都要7到9元；除了校园内存在这种洗澡问题外，在外务工人员、城市底层工人、城市流动性人口、农村家庭，与住校学生，都存在一个共同的洗澡难的问题。该节能洗浴器充分考虑到以上人群的住宿条件特点，理论上可以很大程度解决这个问题。
为响应“国家节约用水”的号召，本人研发设计了这款节能洗浴器，于校园推广使用节能洗浴器的意义重大，由于全国高校众多，大学生、高中生群体大等特点，推广使用节能洗浴器必然带来大量水资源的节约，其价值有待估量。该节能洗浴器的推广和应用主要是解决提高用水效率，使每一滴水都能发挥它的最大作用。现以一名在校学生为例：一普通高校中，学生洗澡一般需要一桶水，基本用水量为25升，采用节能洗浴器后，由于水资源的利用效率提高，大大减少了用水量，实际用水量减少到15升以内，因此用水量可以达到以前的60%即可节水10升。由于用水量减少40%，为此所付出的燃料，管理等保障费用也会成比例减少。下面是摘自《中华人民共和国2011年国民经济和社会发展统计公报[1]——2012年2月22日》的一组数据：全国在学研究生164.6万人，全国普通高等教育本专科在校生2308.5万人，全国各类中等职业教育在校生2196.6万人，全国普通高中在校生2454.8万人，全国初中在校生5066.8万人，合计12191.3万在校生。如果所有人或者一般人采用该洗浴器洗澡，其产生的效益不用我罗列出庞大的数据也一目了然。下面详细介绍该款节能洗浴器原理、结构、使用方法、优点以及不足之处。
1 原理简介
这款节能洗浴器是根据一维绝能流体的连续性原理和流体力学伯努利原理设计制作，其基本原理解释如下：① 无压缩流体的连续性：稳定无压缩流体通过整个管道的某一段时，其重量流量是相同的，由无压缩流体连接性原理可知速度V与截面积S成反比关系，即减小截面积即可提高流速；② 流体伯努利原理：一维绝能流体伯努利方程：?V?+P/ρ=C（常数）（式中V：流速；P：压强；ρ：密度；C定值）由式子可看出流速V与压强P的关系，即流速与压强是相互制约的，流速高的位置压强低，压强大的位置流速低，因此通过提高流速可降低流体内压强。
2 结构简介
该产品主要有水龙头接口、进水管、出水管、混合器、吸热水管、吸盘挂钩、流量调节阀等结构组成，其中水龙头接口根据产品使用环境的复杂性我们专门配套设计制作了多功能接头，接头里设计装有橡胶密封圈，密封性能好，适应水龙头粗细的范围更广，适用水龙头口径在16—19mm。不得不提的是混合器：混合器是最核心的部件，内部结构非常精细。热水容器：热水容器自备，使用水桶或者保温水壶均可。
3 安装使用方法
1）检查水压：用拇指堵住水龙头出水口，开大水龙头，水喷出来，再稍用力堵，还能喷出来，即表示水压正常，可以达到理想的淋浴效果，如果稍用力堵水龙头，就不出水，那么水压偏低，会影响使用效果。
2）安装细节：将接头套在自来水龙头上，花洒头安装在适当的地方或握在手中，把“吸热水管”插入准备好的热水容器里，打开自来水龙头，喷头就会流出混合好的温水，注意以下事项：
① 水龙头目前有六分水龙头和四分水龙头，六分直径在18—19mm，四分直径在15—16mm，本产品设计的多功能接头都可以解决龙头连接问题。
② 花洒挂钩不高于1.8m，加花洒本身20cm，出水高度在2m左右，足够一般身高使用，也可根据实际身高需要调节挂钩高度，挂钩越低，温度相应越高。
③ 建议将盛热水的茶壶、热水瓶、水桶及其他容器放在50cm以上的凳子上并加固，这样既可以防止脏水淋到容器里，还可以提高出水温度，其次还可以在不使用的时候顺手就可以拔出吸热水软管，起到节约热水的效果。
3）水温调节：调节水温的方式很多。
① 控制水龙头开合大小可控制水温大小，开大水温高，开小水温低；
② 其次可以通过提高热水容器的高度h来提高出水温度，夏天在热水容器加入冷水，冬天要用烧开的水，莲蓬头与热水容器的相对距离h越小水温越高，反之越低。
③ 调节热水调节阀，可以很好控制热水的流量，以使夏天可以用低温水冲凉。
4 维护与保养
多次使用后，由于水中的杂物，混合器或莲蓬头可能会出现堵塞现象，从而会造成出水温度偏低，混合器全堵则不会出水（概率极小）。清除混合器内的杂物只需反向冲水即可处理。
5 主要优点及不足
5.1 优点
1）该洗浴器大大提高洗浴效率，减少了不必要的水资源浪费，有效节约生命之源，真正体现其节能的特点；
2）节能便捷式洗浴器不需用电用气、节能之余十分安全环保；
3）节能便捷式洗浴器为洗浴人群提供了自由无压力的洗浴环境，轻松自在，这样洗浴过程中会更加放松，达到洗浴的更高追求；
4）制作可选材料广泛，产品生产成本低廉；
5）节能捷式洗浴器原理简单、结构清晰；安装简单、便于捷带、使用方便，可行性高，具有实用价值。
5.2 不足
由于热水流量取决于混合器产生的负压，调节水温尚不能达到完全灵活，水温调节范围只能维持在20—60℃之间，洗浴效果不能满足所有消费者的需求。
6 市场前景
校园内存在洗澡难问题，此外，在外务工人员、城市底层工人、城市流动性人口、农村家庭都存在一个共同的问题。该节能洗浴器充分考虑到以上人群的住宿条件特点，其突出的节能特点以及巧妙的结构设计，生产成本低，使用方便，必将成为广大住校学生、在外务工人员、农村家庭、城市流动性人群等的生活必需品，具有很好的市场前景！欢迎有识之士转让专利产权技术。
本厂品已获得专利产权，受到校园学生的青睐，试用效果良好。产品专利号：ZL 2011 2 0391304.7
参考文献：
[1]赵凯华、罗蔚茵，新概念物理教程：力学第1版[M].高等教育出版社，1995：235—244.
[2]L.普朗特等著，力学名著译丛：流体力学概论，科学出版社，1981.
[3]孔玲主编，流体力学（Ⅰ），高等教育出版社，2003.
流体力学的研究方向范文6
关键词:EHD;离子风;电晕放电;电流体泵
随着科学技术的发展,现代人对家居环境质量的要求日益提高,高噪音的风扇空气压缩机等设备的噪音成为一大困扰,同时由于全球能源危机的加剧,特别是在我国建设节约型社会的倡导下,摒除传统电机驱动风扇做功的新型装置日益受到研究者关注。研究表明在电晕放电时会产生高速离子射流流动,这种离子射流对周围流体流动产生强烈的扰动,形成附加的流体运动,即所谓的电诱导二次流。离子的高速运动将会催动空气的流动。这为我们研究新兴空气传输装置提供了思路。特别是近年来,随着电流体动力学的发展,在EHD领域的电流体泵机理成为高压直流下空气流动的研究基础。本文将从电流体泵驱动机理方面定性阐述装置的理论基础,并提出一种简单的实现装置,即利用单片机控制的高压直流电源驱动电晕放电,结合线板式电极设计,形成一个完整的空气传输装置。
一、EHD原理实现空气传输的定性分析
(一)机理简介。EHD(Electrohydrodynamics,电流体动力学)作为流体力学 的一个重要分支,其研究方向为电场对流体介质的作用,也被看做是在运动电介质中的电场力学。介于此,在电场中,空气作为一种特殊的电介质会产生很多重要的现象,其中在强化传热方面、电流体泵方面渐渐为各方所重视。本文结合EHD领域电流体泵机理,着重讨论EHD在空气传输方面的应用,其中涉及直流高压放电下空气流动的数学建模计算。电流体泵有两种驱动机理,一是利用高压直流电场驱动流体,即离子泵拖拽,另一种是高压行波驱动流体;其介质中电荷来源于高压电极发射的单极性离子或是电解质分子受电击所产生的离子。本文正是讨论在直流高压下,由线―线电极放电促成“离子雪崩”效应,大量离子带动空气流动,从而实现空气传输的效应。
二、系统总体设计
该系统的基本结构如图3所示,它由电晕极、直流高压电源、收集极和气流通道组成。 其基本原理为,空气中的电子和离子在强电场的加速下,碰撞空气中的中性分子。使空气分子电离产生电子和正离子,能量足够大的电子继续撞击中性空气分子又使其电离产生电子和离子,与此同时有些能量不够大的电子吸附在空气中性分子中产生负离子,诱导其发生电子雪崩。空中的正离子在电场的作用加速,于此同时正离子将所获得的动能传递给空气分子,使其向前运动产生空气流。电晕放电以电晕为特点的一种放电,本装置是依据电晕放电而产生离子风。在电极制作上,吸取国内外在电晕放电领域的研究成果,通过大实验确定电极形状及间距。电源上,运用单片机技术保证脉冲频率及其波形以利于最大限度的电离空气。
三、电极结构设计
(一)电晕放电原理。本作品电极的设计基于脉冲电晕放电原理。脉冲电晕放电法脉冲放电产生等离子体的基本物理过程如下:在前沿陡峭、脉宽窄的脉冲高电压作用下,放电电极间的气体击穿,形成不均匀的很细的火花通道。电离产生的电子在电场作用下,以很高的速度向阳极运动,使气体进一步电离,形成电子流,电子流逐步扩大以致沟通整个放电通道,使储存在电容器上的电能通过放电通道迅速地释放。由于电容器释放出较大的能量,脉冲电流很大,可达每平方厘米数千安培,因而会在电极间形成等离子体。
(二)线板式电极结构。常见的脉冲放电等离子体反应容器有三种:线――筒(应该把―都改成――),线――板和针――板。本装置中将采用线――板式电极结构,线板型电极特性。放电线数一定时,线板电极间距增加,脉冲电压峰值和直流偏压增加,单次放电能量减小。线板电极间距一定时,随着线线间距变化,反应器上放电电压的峰值、流光能量有一最大值范围,直流偏压随着线线间距的增加而降低并渐趋稳定。本实验中线线与线板间距大致相当时,流光能量较大。线板电极间距一定时,随放电线间距增加,放电线数减少,峰值电压、直流偏压和流光消耗的能量逐渐减小并趋于平缓。但直流偏压在放电线数少到一定值时有增加趋势。
此为我们设计同性电极间距与异性电极间距及整个电极排布布局的依据。
四、驱动电源设计
电源作为本装置重要的工作元件,要求具有高频高压,稳定高效,低成本等优点。针对本装置的要求――产生电子雪崩效应应满足以下要求。
首先,鉴于上文所述脉冲电晕放电的相对直流电晕的优点,我们选用脉冲电晕放电,即要求脉冲频率可调,脉冲频率频率在1KHz到100KHz可调,电压上升时间
结束语:本装置立意新颖,目前国内在这一领域还未有应用实例,其关键在于装置的实现难度较大,具体体现在电晕放电分为暗流放电、辉光放电、刷状放电、流注放电、火花放电等情况,而电晕放电较不稳定,研究表明电晕放电最稳定状态为其辉光放电阶段。因此,为得到稳定的离子风,将设法使设备工作在辉光放电状态。要将设备控制在辉光放电状态,且使设备产生的离子风最大化,其对外部电压及极间距离有相当高的要求,而这则是该装置研究的核心难点所在。
作者单位:浙江理工大学
参考文献:
