试论静力学在流体力学课程中的地位

从材料的本构方程和基本运动方程出发, 比较了静力学在弹性力学和流体力学中的 地位. 与弹性静力学在弹性力学中占有重要地位不同, 流体静力学在流体力学中仅处 于次要地位, 它不是流体动力学的基础, 而只是一个特例. 确立这种观点有助于提高对流体 力学学科特点的认识, 提高流体力学教学质量.     

爆轰驱动平板的抛射角方程

在运动坐标系中,将材料视作不可压缩流体,考虑流体微元间的相互挤压作用,由动量方程出发,推导出爆轰驱动二维平板过程中物质元的抛射角方程,并讨论了方程的解与矢量三角形几何关系的等价性。     

势流中弹性薄板的变形与应力分析

应用弹性薄板的基本理论和流体力学的基本方程,采用相容拉格朗日-欧拉法,深入研究弹性薄板在理想流体横向绕流时的弯曲变形及应力状态.结合接触面处流体与弹性薄板相互作用的运动学方程和动力学方程,建立不间断横向绕流条件下弹性薄板弯曲变形的微分方程.根据边界条件给出挠度函数,采用泰勒展开的方法得到弹性薄板变形与应力的表达式.通过具体算例分析弹性体参数对变形以及应力大小的影响.其分析结果可为流体作用下弹性薄板的强度与刚度设计提供参考.     

不可压缩平面问题的位移-压力混合重心插值配点法

引入人工压力变量,将弹性本构方程以应力、应变和压力表达,建立求解不可压缩平面弹性问题的位移-压力方程和不可压缩条件方程的耦合偏微分方程组。利用张量积型重心Lagrange插值近似二元函数,得到计算插值节点处偏导数的偏微分矩阵。采用配点法离散不可压缩弹性控制方程,利用偏微分矩阵直接离散弹性力学控制方程为矩阵形式方程组。利用插值公式离散位移和应力边界条件,将离散边界条件与离散控制方程组合为新的方程组,得到求解弹性问题的过约束线性代数方程组;利用最小二乘法求解线性方程组,得到弹性力学问题位移数值解。数值算例验证了所提方法的数值计算精度为10-14~10-10。     

用微元六面体推导流体力学基本方程时参考点的选择

用微元六面体证明流体力学基本方程是流体力学教学的基本内容,也是学生需要培养的思维方式.有些流体力学教科书中在用微元六面体推导流体力学方程时,由于参考点的选取不恰当,对推导过程的解释有的不清晰,有的有错误,不利于学生准确理解和掌握这个基本方法.本文对微元上物理量的分布进行了探讨与分析,指出参考点的选取对于正确推导流体力学方程的意义,并分析了为什么参考点选错了也能推导出正确结论的原因.     

伯努利方程教学设计中的若干问题1)

针对流体力学课程中伯努利方程内容的教学设计,分析了伯努利方程演示实验中的常见误解,提供了伯努利方程的不同推导方法,讨论了方程中压强项的物理意义,并将伯努利方程进一步联系拓展,以加深学生的理解认识,建立科学严谨的分析方法。伯努利方程的推导是我们认识该方程最基本的出发点,在运用伯努利方程对演示实验解释时一定要注意伯努利方程的适用条件,且综合考虑流体黏性、卷吸等因素的影响。大多数中文教材和英文教材关于伯努利方程中压强项的物理意义解读不同,由伯努利方程推导过程可知,方程中的压强项具有势能的特性,这一特性仅对流体成立。通过建立伯努利方程与其他知识点的联系,对比了可压缩和不可压缩伯努利方程的形式,加深了学生对伯努利方程的理解认识。     

流固耦合振动问题的普遍方程与解法

本文研究了在一般正交曲线坐标下，分别就理想不可压缩流体与粘性流体两种不同情况时的流固耦合振动。综合运动了混合座标法（动－－静坐标法）及曲面映射方法，考虑了原来难以描 流体自由表面和流固耦合面的运动情况，并保持了方程中的非线性项，从而获得了一组较为切合实际的方程，以描写流固耦合振动的性态。讨论了由Ｍ个弹性 本（或弹性板）组成的容器与流体耦合振动的方程的解法，并举例说明这类问题的方程的具体形式与解当，     

水下爆炸气泡运动的理论研究

在适当深度的无黏、无旋的流体中对水下爆炸气泡运动特性进行理论研究。综合运用势流理论、能量方程以及拉格朗日方程建立气泡在不可压缩流体中的运动方程。并以此为基础,考虑重力、浮力以及阻力等多种因素对气泡运动特性的影响,通过引入新的边界积分方程,结合分析力学中完整非保守系统的Hamilton原理建立气泡在可压缩流体中的运动微分方程,并对微分方程进行求解。将方程的数值解与MSC.DYTRAN非线性有限元软件的计算结果以及经验公式进行对比,方程数值解与二者都具有较好的一致性。结果表明,基于非保守系统可压缩流体建立的气泡运动方程正确、可行,相关的理论研究和计算具有一定参考价值。     

第二届全国"三流"学术会议非牛顿流体力学论文介绍

非牛顿流体力学是流体力学中的一个新领域,它在国民经济,尤其是在化学工业中获得广泛应用。1982年4月举行的第二届全国多相流体力学、非牛顿流体力学、物理-化学流体力学(简称"三流")学术会议上,收到这方面的论文有十七篇。分别介绍如下: 本构方程是非牛顿流体动力学的基础理论。陈文芳在"非牛顿流体的一些本构方程"一文中综述各向同性的不可压缩流体的各种本构方程,包括非弹性液体、...     

An important fundamental concept of °uid mechanics

不可压缩流体是流体力学的一个重要基本概念,但在流体力学教学的过程中,不可压缩流体与不可压缩均质流体这两个概念经常被混淆,在一些流体力学的教科书中,这两个概念也常被混为一谈,其关键是对物质(随体)导数这个概念理解不正确. 本文对不可压缩流体与不可压缩均质流体这两个重要的流体力学概念进行了辨析,并以此为切入点,介绍了如何理解物质(随体)导数、时间导数、空间导数等概念的区别与关系,澄清了一些教科书中的错误论述.     

浸没的球面各向同性球壳的自由振动

本文引入三个们移函数并用球面调和函数展开，可将球面各向同性弹性力学的基本方程转化成一个独立的二阶常微分方程和另一个耦合的二阶常微分方程组，采用液动压力表示流体与壳的相互作用，可以把无限大不可压缩流体中任意厚度球面各向同性球壳的自由振动频率计算归结为一个代数循征值问题，文中计算了若干种情况下球壳的频率，在各向同性情形与有关文献作了比较。     

考虑质量耦合效应的流体饱和孔隙介质波动方程

利用混合物理论和连续介质力学的基本原理，推导了考虑质量耦合效应的流体饱和弹性孔隙介质的波动方程，并与经典的Biot波动方程进行了对比．结果表明：该文得到的方程包含了Biot波动方程的所有要素，且形式与后者基本相同．比较而言，该文推导过程具有更明确的物理意义，概念也更完整．     

Matlab求解库埃特流在计算流体力学课程中的应用

计算流体力学主要研究如何通过数值方法来求解流体力学的控制方程。本文以不可压缩库埃特流为例,在有理论解析解的基础上建立显式、隐式方法的有限差分法控制方程,并提出了基于压力修正法的第三种方法,采用Matlab编程求解流场分布,并研究推进步数、等分数、时间间隔与雷诺数对计算误差的影响。通过对经典流动现象力学特性的学习,可加深学生对计算流体力学求解基本方法和思路的理解,培养理论联系实践的能力。

     

三维横向流体诱发直管振动的数值研究

基于计算流体力学和计算结构动力学,并考虑流体-结构两个物理场之间的相互作用,利用有限体积法及LES方法离散非稳态、粘性、不可压缩湍流流场;采用有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格控制技术,建立了横向流体作用下传热管流致振动计算的三维仿真模型。首先,基于建立的模型得到了横流作用下传热管的振动响应,并通过与已有的文献数据进行比较发现,两者趋势一致、数值上吻合较好,证明了本文模型的合理性;其次,在较宽的折减速度和频率比范围内,研究了直管的响应、流体力系数、涡脱落频率,并通过管表面压力分布、尾流区的时均速度等分析了时均流场特性;第三,研究了两种折减速度的归一化方法,指出对于三维弹性管的流体诱发振动问题,采用通用的折合速度来表示响应图能清晰地表征其响应特征;最后,比较分析了弹性支撑刚性管与弹性管的流体诱发振动特性。结果表明,对于三维弹性管的流体诱发振动计算应考虑结构的弹性变形与流体流动间的相互作用。     

流体力学课程教学中几个基本概念的教学方法

基于作者多年来在流体力学课程教学中的经验和体会,结合授课班级学生反馈回来的信息,对流体力学课程中关于流体质点与流体微团、连续介质假设、牛顿内摩擦定律、不可压缩流体等几个学生普遍反映抽象难懂的基本概念的教学方法进行了总结,希望对学生在学习这些内容时能够有所帮助,同时为其他教师在讲授流体力学课程时提供参考.     

黏弹性本构关系构建方法及应用举例

黏弹性力学是力学重要分支之一。本文从基本的黏弹性元件出发,逐级从黏弹性变形基本单元推广到普遍的黏弹性变形模型,引入并推导本构方程。最后结合典型黏弹性材料的高温蠕变行为,介绍了黏弹性理论在工程实际中的应用。结合笔者近几年的黏弹性理论教学实践,结合学生的课堂反应,从教学内容、方法和环节等方面进行探讨。文中教学措施可为讲授力学课程的教师提供参考。

     

用三维半人工瞬变法计算圆管内圆柱绕流

本文提出一种计算三维定常流动的半人工瞬变法,本方法的特点是直接利用流体力学的原始基本方程组进行数值计算。运动方程中的一个分量方程被用于计算压力,另外两个分量方程被加入人工瞬变项而成为人工瞬变方程,这两个人工瞬变方程被用于计算速度的两个分量,第三个速度分量则通过连续性方程进行计算得到。根据半人工瞬变方程组的特点和流动区域的特性,本方法采用半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系进行数值计算,并利用质点导数差分格式使计算更简便。本文以圆管中不可压缩流体对圆柱的三维定常绕流问题为算例,具体画出计算用的半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系,介绍三维半人工瞬变法的计算方法和步骤,并通过数值计算得到了此算例的计算结果。     

充液层合压电圆柱壳的自由振动

推导得到轴向极化的圆柱型正交各向异性压电弹性力学的三维状态方程，采用细分近似方法，得到了状态方程的解，并建立了圆柱壳内外表面边界量之间的传递关系，分析了内充可压缩流体的层合压电圆柱壳的自由振动问题，给出了频率方程的精确形式，并作了具体计算。     

把小微元分析法的教学贯彻流体力学课程的始终

 小微元分析法是流体力学最重要的基本功之一, 用该法求解流体 力学问题具有概念清晰、 过程简洁等优点. 因此, 在教学中应将该方 法贯彻全课程的始终, 并不断加以深化, 使学生学会从物理本质上简化 问题, 建立合理的力学模型.     

非线性流体弹性力学研究进展

流体弹性力学理论是用来描述液体、气体的运动与弹性结构相互作用的学科.由于其交叉性质, 涉及到人类日常生活中的方方面面,致使在许多学科和工程领域中都成了主要的研究内容,并得到了广泛地应用.本文在阐述研究流体与弹性体相互作用的非线性问题的重要意义及分类方法的基础上,介绍了非线性流体弹性力学的特征、研究现状和非线性问题的研究方法,如理论分析法、实验分析法、数值分析法和半解析法等的进展;介绍了描述介质相互作用的任意拉格朗日-欧拉(ALE)法、相容拉格朗日-欧拉(ULE)法、单一拉格朗日(SL)法和单一欧拉(SE)法之间的关系,并且对这些研究方法的优缺点进行了比较;介绍了非线性流体弹性力学研究的内容和在气动弹性力学、水弹性力学、环境流体弹性力学、微尺度流体弹性力学和涡激振动等领域中的应用;阐述了非线性流体弹性力学的发展前景和所面临的任务.