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流體的力學特性范文1
【關鍵詞】 粒細胞; 流行病學研究; 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
“人粒細胞無形體病”(human granulocytic anaplasmosis，hga)(以前稱“人粒細胞埃立克體病”[1])是一種人類新發傳染病。1994年在美國明尼蘇達州杜魯士首次發現一種不同于查菲埃立克體的感染，病原體主要侵犯中性粒細胞，被命名為人粒細胞埃立克體(human granulocytic ehrlichiosis,hge)[2]，此后美國[3]、斯洛文尼亞[4]、比利時[5]、澳大利亞[6]、意大利[7]、瑞典[8]、德國[9]等歐美國家都有病例報道或有流行病學資料證實該病原體感染。2001年高東旗等[10]在大興安嶺地區開展人群埃立克體感染的調查，結果首次在亞洲從人血中擴增出人粒細胞埃立克體16s rrna基因片段。初步認為我國大興安嶺地區存在人粒細胞埃立克體感染人群。但以上報道所有的病例或感染者都有蜱叮咬史，傳染源是野外動物。2006年11月安徽省蕪湖市y醫院收治10例“人粒細胞無形體病”病例，由于其中后9例均是與首例病人有密切接觸的醫務人員或陪護親屬，且無蜱叮咬史等可能的傳播途徑，目前認為這起疫情是全球首次發現的人傳“人粒細胞無形體病”疫情。使人類對人粒細胞無形體病的流行病學特征又有了進一步了解和認識?，F將這起疫情的流行病學和臨床特征做一描述。
1 對象與方法
1.1 病例臨床資料 來源于蕪湖市y醫院。
1.2 現場流行病學調查
1.2.1 病例定義 因急性發病，發熱(t≥38 ℃)，外周血白細胞(white blood cell,wbc)和血小板(platelet count,plt)均下降的病人，可合并多臟器功能損害，具有可疑動物或首例病例接觸史并發病的病人，以及與這些病例在診療過程中接觸并具有以上類似病癥的病例，實驗室檢驗結果符合粒細胞埃立克體感染特征[11]。
1.2.2 個案調查 根據以上病例定義搜索病例，并對符合定義的10例病人或其家屬開展調查，調點內容為發病前可能的暴露因素、發病經過、診療過程、接觸者、接觸方式、接觸時間、個人防護情況、年齡、職業、生活環境和首例病人可能的動物接觸史。
1.2.3 病例密切接觸者調查 內容基本與病例相同。
1.2.4 病例資料描述性流行病學分析 發病時間分布，病例的性別、年齡、職業分布，地區分布。
1.3 樣品采集和實驗室檢驗
1.3.1 首例病人(死亡病例)血清 送安徽省疾病預防控制中心，免疫熒光法檢測流行性出血熱igg。
1.3.2 繼發病例和對照樣本 繼發病例病后每隔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樣3 ml，病程中后期尿液2 ml。密切接觸者血清標本216人份(153人)，自然人群血清標本40份(40人)，檢測特異抗體和核酸。送安徽省疾病預防控制中心和中國疾病預防控制中心進行病原學檢測。
1.3.3 病例白細胞形態學檢查 吉姆薩染色觀察白細胞內包涵體。
2 結果
2.1 臨床特征
2.1.1 臨床癥狀 所有病例均有畏寒和發熱，最高體溫都超過39 ℃，如果不進行對癥處理，則高熱不退。大多體溫39.5 ℃，最高40 ℃。病例的熱程在1～6 d，中位數為4 d。大多數病例(7/10)有腹瀉。在發病后1～4 d出現，多為1～2 d,大多數每天腹瀉3～4次，多的有5～6次。見表1。1例進展成急性呼吸窘迫綜合征(aucte respiratory distress syndrome,ards)，合并彌散性血管內凝血(disseminated intravascular coagulation,dic)死亡。表1 皖南地區人粒細胞無形體病疫情臨床癥狀出現頻次
2.1.2 臨床檢驗結果 所有病例均先出現血液系統的改變，wbc和plt均出現進行性下降，wbc多為2.0×109/l～3.0×109/l、中性粒細胞比例減少多見 ，部分可見異形細胞，plt多為30×109/l左右;尿常規檢查4例尿蛋白陽性，可有血尿和顆粒管型;7例出現酶學改變，肌酶和肝酶升高，如乳酸脫氫酶、轉氨酶(alt和ast)異常，心肌酶譜升高(同工酶正常)等;腎功能異常出現較晚，且不是很嚴重(包括死亡病例)。
2.2 流行病學調查資料分析
2.2.1 發病時間分布 首例病人10月18日發現自己被野兔身上的草蜱咬傷右踝關節內側，10月21日上午在家衣櫥中捕殺一窩老鼠，并清理和清洗部分被老鼠污染的衣物。10月30日晚20：00發病，10月31日在該村衛生室就診，11月3日晚21:00到x縣人民醫院治療，11月4日中午轉往蕪湖市y醫院就診，初步診斷為“流行性出血熱(少尿期)”。11月5日凌晨患者存在多臟器衰竭，11月5日6：55死亡。
從11月9日起陸續出現新病例，在12日出現發病高峰(4例)，后逐漸下降，見圖1。
2.2.2 性別、年齡、職業分布 10例病例中，男性6例，女性4例。職業為：農民5例，醫務人員4例，教師1例。年齡在25～67歲之間，其中20～年齡組4例，30～歲組3例，40～、50～、60～年齡組各1例。
2.2.3 地區分布 10例病例中，宣城市x縣新杭鎮6例，蕪湖市y醫院4例。
2.2.4 密切接觸者情況 經宣城、蕪湖兩市疾病預防控制中心對所有密切接觸者進行追蹤、隔離觀察及醫學觀察，結果共搜索與死亡病例(首例病人)病后有過密切接觸人員共63人，親屬21人，醫護人員42人(y醫院24人、x縣醫院16人、村醫2人)，其中9人陸續發病，4人為y醫護人員，5人為病人親屬，感染率14.3%。在y醫院有過密切接觸者39人中，發病9人，發病率為23.1%。與首例病人僅在病情尚不危重，未轉入y醫院之前密切接觸者24人沒有發現續發病例(χ2=4.7,p<0.05)。提示此階段病人不具備傳染性或傳染性不強，在y醫院與死亡病例危重時有過密切接觸是發病的危險因素。
與9例續發病例的密切接觸人員有90人，其中親屬朋友48人，醫護人員42人(y醫院20人、x縣醫院22人)。所有密切接觸者經醫學觀察14 d，未再發現類似病例。
2.2.5 潛伏期估計 首例病人10月18日被蜱叮咬,21日接觸老鼠,30日發病。因為人粒細胞無形體病通常是蜱傳疾病，所以推算潛伏期為12 d。
9例續發病例在y醫院與死亡病例危重時有過密切接觸時間在11月4日或5日，發病在此接觸后4～13 d之間，中位數為7 d，主要集中在7～9 d，占66.7%(6/9)，見圖2。
2.3 實驗室結果
2.3.1 首例病人(死亡病例)血清流行性出血熱免疫熒光抗體igg(-)
2.3.2 繼發病例實驗室結果
2.3.2.1 排除可能的病原體感染的有關檢驗 11月15日～17日共5例病人血清標本流行性出血熱igm抗體陰性(elisa法)。11月17日采集的7例患者血清除一人流感igg(+)外，檢測sars、流感、副流感、柯薩奇、呼吸道合胞病毒、腺病毒、支原體、衣原體igm、igg抗體，均為陰性。7例患者咽拭子樣本流感通用型、b型、h5核酸檢測均陰性。斑疹傷寒、斑點熱、恙蟲病核酸檢測均無特異條帶擴增。 能引起出血熱的病毒如沙粒病毒屬、絲狀病毒(埃博拉病毒、馬爾堡病毒)、黃病毒、布尼亞病毒(漢坦病毒、cchf病毒、立夫特谷熱 )核酸和抗體均陰性。
2.3.2.2 病原體特異檢測 11月24日，9位患者早期(發病后3～5 d)血清抗粒細胞無形體igm(1∶20)、igg(1∶64)抗體檢測均為陰性，病后3 w對其中的5例病人恢復期血清進行了特異抗體igg檢測，5例病人血清igg抗體均為陽性,其中3人陽性滴度1∶64，2人陽性滴度1∶128(呈4倍增高)。8位患者的血標本的無形體和埃立克體屬16s rrna基因檢測陽性,pcr產物經過測序分析驗證與嗜粒細胞無形體16s rrna序列100%同源。白細胞形態學檢查，1例病人白細胞內可見嗜粒細胞無形體桑椹包涵體。
3 討論
3.1 這起疫情是嗜粒細胞無形體感染引起的 從臨床特征上分析，10例病人均有急性起病、寒戰、高熱、體溫超過39 ℃、相對緩脈、乏力不適、外周血wbc計數下降、plt下降，部分患者出現腹瀉、肝功能損害、腎功能損害，少見皮疹。符合嗜粒細胞無形體病臨床特點[2，12，13]。實驗室檢測排除斑疹傷寒、斑點熱、恙蟲病、能引起出血熱的一些病毒等病原體感染。繼發病例早期血清抗粒細胞無形體抗體陰性，恢復期轉為陽性,血標本的嗜粒細胞無形體16s rrna基因檢測陽性,pcr產物經過測序分析驗證與嗜粒細胞無形體16s rrna序列100%同源。病人白細胞內可見特異性桑椹包涵體。這些資料表明這些病人符合嗜粒細胞無形體病的診斷標準[11]。雖然首例病人在早期臨床上診斷為“流行性出血熱”，也沒有實驗室結果支持為嗜粒細胞無形體病，但該患者有蜱叮咬史，潛伏期為12 d，符合該病潛伏期7～14 d(平均9 d)的特征[12～14]。其病程發展符合該病臨床特點。與其密切接觸者發生與其臨床特點相符的病癥?？梢酝茢嗍桌∪艘矐撌鞘攘＜毎麩o形體感染。
3.2 這起疫情是一次罕見的、首次發現的人傳嗜粒細胞無形體病疫情和醫源性感染暴發 在此以前，嗜粒細胞無形體病已確認是蜱叮咬傳播的人畜共患的新發傳染病[1，8，13]。傳播媒介是硬蜱屬的一些蜱種[12，15]。在我國已經報道過的嗜粒細胞無形體病(埃立克體病)病例或流行病學調查發現的感染者中，也都有蜱叮咬史[10，14]。皖南這起疫情的9例續發病例都沒有蜱叮咬史，也沒有其他野生動物接觸史，只是與首例病人在醫院中有過密切接觸，且發生醫務人員感染。由此來看，嗜粒細胞無形體病的傳染源可以是病人，傳播途徑可以是與危重病人近距離接觸而非一定是蜱傳。
3.3 人傳嗜粒細胞無形體病臨床特征和潛伏期與蜱傳嗜粒細胞無形體病基本相同 這起疫情病人臨床表現和體征以及實驗室檢驗結果與以往報道蜱傳嗜粒細胞無形體病沒有特異性。病人潛伏期多為7～9 d，以往報道蜱傳嗜粒細胞無形體病潛伏期為7～14 d(平均9 d)。病原體不同侵入部位和方式所引起的病理過程是否有差異有待研究。與危重病人近距離接觸傳播最可能的侵入途徑是吸入或沾染粘膜和破損皮膚，而蜱叮咬多在四肢暴露部位。
3.4 病人作為嗜粒細胞無形體病的傳染源的傳染力大小因其處在不同病程階段而不同 這起疫情與死亡病例(首例病人)病后有過密切接觸人員感染率14.3%。但其中與首例病人僅在病情尚不危重，未轉入y醫院之前密切接觸者24人沒有發現續發病例。與病人在危重時有過密切接觸者發病率為23.1%。提示這類病人在危重時應嚴格隔離，禁止病房內陪護，醫務人員應加強衛生防護。
【參考文獻】
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流體的力學特性范文2
【關鍵詞】翼片；動力學；ADAMS；FLUENT
1.引言
空投滑翔體與飛機分離一段時間后滑翔翼展開。此時滑翔體具有較高的水平運動速度和一定的豎直運動速度，翼板在展開機構和在空氣動力的共同作用下迅速展開，運動到極限位置與限位固定鎖緊裝置發生碰撞并鎖緊。該過程是一個及其復雜的過程，在設計過程中，明確翼板的展開方式，掌握翼板的動力學參數，對翼板的結構設計具有重要指導意義。
本文對包腹翼展開過程進行了動力學分析，建立了動力學模型；通過對翼板流體動力學仿真計算，得到了翼板的流體動力方程。在此基礎上，應用ADAMS建立了翼板展開過程的動力學仿真模型，通過仿真計算，得到了翼板在展開過程中的運動學和動力學參數。
2.系統動力學分析
2.1 坐標系
在分析過程中，由于開翼時間比較短，忽略系統縱向速度變化，并且假設滑翔體不動，受到系統運動反方向的氣流，這樣該系統就簡化成一個二自由度系統，建立如圖1所示的直角坐標系xoy。為了更方便進行動力學分析，采用廣義坐標系θ1、θ2來描述該系統，其中θ1是翼片1的弦與豎直方向的夾角，θ2為翼片2的弦與豎直方向的夾角。A、B分別為翼片1和翼片2的質心。
3.動力學仿真
在ADAMS中建立模型，如圖3所示。
仿真結果可以看出，展開過程中翼片2首先開始動作，繞兩翼片的連接軸旋轉展開，只到兩翼片限位機構發生碰撞并鎖定，在此過程中翼片1保持不動，當兩翼片之間鎖定之后，一起繞翼片1與滑翔體之間的軸旋轉展開到位。整個過程用時0.18s，兩翼片所受最大流體力分別為730N和623N，翼片展開最大角速度為1336°/s。
4.結束語
本文對翼片展開全過程的系統動力學特性進行了研究，得到了翼板的流體動力特性、運動學和動力學特性，為翼片結構的強度校核提供了輸入，對翼片的設計和修改提供了強有力的技術支持，也為同類機構的設計提供了快捷的研究方法。
參考文獻
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流體的力學特性范文3
（浙江大學城鄉規劃設計研究院有限公司，杭州 310013）
摘要： 計算流體力學可以模擬正在規劃的城市建筑群的小氣候的數值，也可以較為準確的預測城市規劃方案使城市樓宇、街道的小氣候即將發生的改變，從而在城市規劃設計中趨利避害。本文簡要探討了計算流體力學在城市規劃設計中的應用，希望能給大家一些借鑒學習之處。
關鍵詞 ： 城市規劃；設計；計算流體力學
中圖分類號：O243；TU984 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）03-0096-02
作者簡介：龔韓慶（1978-），男，浙江義烏人，工程師，本科，研究方向為城市規劃。
0 引言
計算流體力學簡稱CFD，計算流體力學應用于城市規劃設計中可以有效預測城市規劃方案對城市樓宇、街區的小氣候的影響，所以計算流體力學被越來越多的應用于城市規劃設計，相對于一般的實驗研究而言，計算流體力學具有應用成本低、計算速度快、周期短、效率高,可以任意模擬真實及理想的條件,計算流體力學后處理技術較完善,便于分析流體力學計算結果等優點。比如，在建設好的街道內存在風口，形成很大的局部風速，甚至可能直接對街區內的行人或者附近的建筑物造成影響。
1 計算流體力學在城市規劃設計中應用的局限性
計算流體力學在城市規劃設計中的應用存在一定的局限性，主要表現在計算流體力學必須要有準確的數學模型，并且在模擬數據中用離散化的方法處理數學方程時需要對流體力學計算中所碰到的收斂性、穩定性等問題進行分析，然而做的這些分析一般只對線性方程有效，對不是線性的方程則沒有效果。而且計算流體力學受計算機內存、運行速度等計算機固有條件的限制，只有計算機的運行速度等硬件設施達到一定程度計算流體力學才會出現新的發展階段。
2 計算流體力學的概念和在城市規劃設計中的計算方法
計算流體力學的步驟為先確定了那些能夠描述的連續變化的對象的流動參量的微分方程組后，然后采用計算數值的方法，通過離散化的方法用離散時間和空間的值來表示連續變化的參量，用代數方程組的形式替代微分方程組轉，空間的離散位置可用計算網格上的節點來描述，最后流體運動特性是通過計算機求解這些離散的數學方程組來研究的，同時可以給出流體運動空間非定?；蚨ǔＡ鲃右幝?，這樣的學科就是計算流體力學。計算流體動力學的工作程序建立體現物理現象或工程問題本質的數學模型就是模擬數值的出發點，就是要塑造體現問題每個量之間關系的微分方程唯一解前提及方程，尋找高精確度、高工作效率的計算措施，也就是塑造針對控制方程的數值離散化措施，比如有限元法和差分法、有限體積法等，編寫程序和計算分析。計算流體力學涵蓋了計算網格的劃分、初始條件的導入和邊界條件、假設控制參數等。在城市建筑物之間的空氣流動為不穩定狀態，并且建筑物的朝向、形態存在很多種變化、地形凹凸不一。所以，以準備流體力學計算對象的物理特性為基礎，本文將進行CFD模擬的基本控制方程選取為k-ε雙方程紊流數學模型，為適應規劃設計中由于各建筑物地形、高度、形狀等因素所產生的復雜網格體系我們采用貼體坐標系統。控制方程的通用形式為
方程中當q=1，表示方程的連續性；當q=u1，u2，u3，表示ξ1，ξ2，ξ（3曲線坐標）方向的動量方程；當q=k，表示紊動動能方程；當q=ε，表示紊動能耗散率方程，i，j=1，2，3，表示三維空間坐標的3個方向。式中Ui，J和Gij分別表示Jacobian速度變換矩陣、變換矩陣以及擴散量度矩陣。其定義分別為
方程（1）和（2）組成了整個求解區域小氣候場的方程組。
3 對城市規劃設計中應用計算流體力學典型案例的分析
為了探討計算流體力學在城市規劃設計中的應用，本文以某一個文化廣場的規劃設計為例詳細闡述了計算流體力學在城市規劃中的應用，希望能為大家更好的理解計算流體力學在城市規劃設計中的應用。
3.1 計算流體力學的區域和網格 案例中進行規劃的區域東邊是一個已經規劃好了的體育場，西邊為一個山坡，南邊和北邊都已經蓋好了建筑。根據規劃區域的地形圖和已有建筑的分布圖可以生成一個計算流體力學的計算網格（如圖1），這個規劃設計中我們采用的是結構化的計算網格，該計算網格總共設置了68×67×31個計算流體力學的點，流體力學的分析計算范疇為1km×1km×50m。流體力學計算網格運用POINTWISE公司的計算流體力學網格生成軟件包GRIDGEN生成。這個軟件包是專門替流體力學的計算而編寫的一種商業用途的計算流體力學生成網格軟件，這個軟件可以生成很多復雜形狀的近體坐標計算流體力學網格系統，并且這個軟件還能夠比對優化生成的網格質量。因為流體力學的計算網格的繁瑣性，流體力學的分析計算是比較麻煩的。這又是在城市規劃設計領域應用計算流體力學的比較典型的案例。因為該案例的流體力學的計算區域非常的不規則，所以生成計算流體力學網格和計算流場將把工作重心放在解決不規則的流體力學計算網格所帶來的一系列問題上，也就是如何控制網格的生成質量和怎么處理流體力學計算過程中由于不規則的計算網格所導致的和收斂性相關的問題。利用GRIDGEN這個程序同時通過該軟件程序本身設置的簡化算法，可以得到較高質量的流體力學計算網格；但是和收斂性有關的問題只能夠以流體力學計算的求解程序為基礎和使用者的經驗來處理。在研究這個案例的過程中，我們運用擬不穩定狀態的計算方法較快的收斂流體力學計算。這個方法就是從非穩態的算法開始以更深的研究穩態的問題，在一定的時間范疇內，進行N次的迭代，從而使得較為復雜的流動難題能夠快速穩定的收斂于它的解。在流體力學計算領域，擬不穩定狀態的計算措施是使流體力學計算得到收斂的一個行之有效的措施。
3.2 流體力學計算邊界條件 在計算城市規劃設計流體力學過程中確定適合的計算邊界條件為流體力學計算運用于城市建筑規劃領域探討的一個很關鍵的方面。在實際的流體力學計算過程中，計算的區域除了上空采用開放的適意流動的邊界，地面和規劃區內建筑物表面采用固體的表面邊界，其它4個方向的邊界取值也將對流體力學的計算區域有較大的影響。因為規劃區外已經存在的建筑物會對流體力學的計算存在一定影響，東南西北4個方向的邊界條件的取值非常復雜。在本文的探究中，因為是簡單探討計算流體力學在城市規劃設計中的應用，所以我們采取的是最簡單的方式來設定流體力學計算的邊界條件值。以某一些原則為依據，而且經過整理分析規劃區域本地的氣象文件資料，我們明確選取風向頻率較高的北風和東北風作為流體力學的計算前提，選取的風力的大小會影響人群的生活、當地每年都會出現的10米每秒的風速作為導入的風速，并且不考慮城市規劃區域外已經存在的建筑物對流體力學計算邊界條件的影響。豎直方向的階梯風也會影響流體力學的計算結果。本次研究采用的流體力學計算邊界條件如下：地面和已有建筑物的表面為固定墻壁；天空為自由的流動邊界，也就是滑移的界限。分析東北風的工況時：東面和北面為10×0.714m/s的風速入口，風向為東北方向時，南、西面為自由的出口邊界。
4 結束語
綜上所述，計算流體力學為城市規劃設計做出了很大貢獻，CFD很大程度上使城市規劃設計更加合理，所以流體力學計算在城市規劃設計中的運用會更加普遍，我們需要經常地了解總結流體力學計算在城市規劃設計中的運用的經驗，不斷地對流體力學計算技術加以完善，使其更好地為城市規劃設計做出貢獻。
參考文獻：
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流體的力學特性范文4
關鍵詞：流體力學；多元化；課堂教學模式
作者簡介：張明輝（1972-），女，河北滄州人，山東科技大學機械電子工程學院，副教授；陳慶光（1969-），男，山東臨沂人，山東科技大學機械電子工程學院，教授。（山東 青島 266590）
基金項目：本文系山東科技大學省級機械電子工程品牌專業建設項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）01-0064-02
“流體力學”課程是我國高等院校工科各專業的一門主干專業基礎課。該課程是聯系前期“高等數學”、“理論力學”等基礎課程和后續專業課程的橋梁和紐帶，在學生能力培養和知識體系構建過程中起著“承上啟下”的作用。[1]當前的“流體力學”主要以經典理論或實驗內容為主，教材中包含大量的計算公式及理論推導，這就要求學生具備一定的高等數學知識及較高的綜合分析和處理問題能力。但由于大多工科學生數學知識相對薄弱，再加上學生自主學習的能力較差，導致教師難教、學生厭學成為較普遍的現象。如何提高學生的學習興趣，讓學生正確理解和掌握流體力學知識，使“流體力學”課程的教學水平邁上一個新臺階，是教育工作者的責任和使命。許多文獻[2][3]為了提高流體力學的教學效果，在課堂教學模式、教學手段、實驗教學等方面進行了探討和研究。通過多年來在“流體力學”教學中的若干思考和實踐，筆者提出了構建多元化教學模式的教學理念，即將啟發式教學、對比分析法教學貫穿課堂教學中，以加深學生對理論知識的感性認識。同時，為了適應個性化發展和高素質教育，培養學生創新能力，在引導他們熟練掌握基本分析方法的同時，還要教會學生多視角、多層次的分析問題和解決問題。另外，為了提高教學效果，課堂教學中還運用多媒體技術作為輔助教學手段，工程圖片、計算機動畫和視頻素材等各種教育信息使得教學更加生動、直觀和多樣化，開闊了學生的視野，激發了學習興趣。
一、啟發式教學模式
啟發式教學就是讓學生充分運用他們擁有的知識和能力去正確比較、分析、綜合、判斷、概括、歸納和解決問題，探索結論。一方面可以使學生開動腦筋，積極思維，另一方面也能夠開發學生的智力，培養學生的能力。筆者在教學過程中將啟發式教學貫穿始終。例如，流體微團運動分析是流體力學中的一個難點問題，很多學生對微團運動過程中發生的角變形很困惑。為了讓學生更好地理解角變形的原因，筆者將矩形流體微團四個角點的速度全部寫出，如圖1所示。然后分別用紅筆標出C、D點和A、B兩點X方向速度的第三項，讓學生觀察兩者的差別，學生很快發現D點比C點、A點比B點在X方向的速度大，這勢必產生一個與垂直方向的夾角。接著，筆者又用藍色筆標出，C、B點和D、A兩點Y方向速度的第二項，讓學生觀察兩者的差別，學生很快發現B點比C點、A點比D點在Y方向的速度大，這勢必產生一個與水平方向的夾角。這樣，學生很自然就畫出了流體微團的角變形圖，如圖2所示。最后，筆者又把問題引申到三維，讓學生寫出其他兩個方向上的角變形公式。這樣學生在學習過程中，在理解和接受理論知識的基礎上，學會了發現、解決和總結。除了在分析問題時采用啟發式教學外，也可以啟發學生對所學的概念、理論、公式進行對比，在加深理解的同時找出它們的內在聯系和區別。譬如，在推導伯努利積分方程時先讓學生回憶流體靜力學基本方程。這樣學生很快發現兩者之間僅相差動能項。從而明白在流體靜力學中滿足勢能守恒，而在動力學中轉換為機械能守恒。通過對比分析，學生不但很容易地理解了伯努利方程的物理意義，也對靜力學基本方程加深了印象。
二、對比分析法教學
由于“流體力學”課程涉及的知識比較廣，如材料力學、大學物理、線性代數、工程熱力學、高等數學等多學科的知識，再加上“流體力學”比較抽象，理解起來相當困難。在教學中“流體力學”這門課教師難教，學生難學。為了便于學生掌握流體力學的概念和基本原理，在講授流體力學知識時，筆者經常采用對比分析教學法，讓學生通過思考與對比增強所學知識的連貫性，提高學習效果。由于流體力學是力學的分支，因此力學的定律也適用流體力學，但流體的特性決定了流體力學在與固體力學有千絲萬縷聯系的同時，又有它獨有的一些特性。所以，筆者在授課時會讓學生先回憶相關的固體力學知識，再將固體力學定律引申到流體力學當中，讓學生輕松地理解和掌握流體力學中的概念和原理。例如在講授流體靜平衡微分方程這一章節時，筆者就會問學生：在理論力學中，如果物體處于平衡狀態應滿足什么樣的條件？學生很自然地想到要所有的合外力為零。然后筆者又會引導學生流體力學的研究對象為流體質點，而流體質點在空間上是很小的，需要對微元體建立平衡方程。換句話說就是微元體要保持平衡，其所受的合外力也需要為零，由此就可得到流體靜平衡微分方程。這樣靜平衡微分方程的物理意義就很直觀地展現在學生面前。除了將流體力學和固體力學進行對比分析外，筆者還會將流體力學中的一些概念通過列表的方式進行對比，讓學生了解這些概念的異同點。比如，筆者在講到流體運動學這一章節時講解兩種描述流體運動的方法，就給出了表1。學生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和歐拉法各自的特點。通過對比分析法不但有助于學生理解和掌握流體力學知識，還能讓學生將所學知識融會貫通，提高分析問題、解決問題的能力。
三、多層次多視角分析問題
現代教育觀念認為，高等教育應當融知識的傳授和能力的培養于一體。[4]為了適應個性化發展和高素質教育，培養學生創新能力，在引導他們熟練掌握基本分析方法的同時，還要教會學生多視角、多層次的分析問題和解決問題。為此，筆者除了講授基本方程、基本定理的推導，還會將問題進一步深化、演繹，將枯燥乏味的理論知識點進行歸納整合，建立學生的哲學思維觀。例如，在學習靜止流體對平面的總壓力這一節時要求學生能夠計算總壓力大小、方向和作用位置。講授首先從求解矩形水平面的總壓力入手，再延伸到求解矩形垂直面總壓力，再到求解矩形斜平面總壓力，最后求解任意平面的總壓力，如圖3所示。這種層層剝繭的講授讓學生不知不覺中掌握了求解總壓力的方法和技巧。逐層分析的方法教會了學生如何將一個復雜問題分解，然后再借助已有的知識進行求解，達到觸類旁通的效果。同時，為了讓學生更加深入、全面地了解平面所受的靜壓力，講授時又分別采用了解析法和壓力圖法進行求解。通過這一章節的學習，學生明白了解決許多工程問題可以從多個側面、多個視角分析，盡管采用的方法和理論不盡相同，但都可以獲得正確的結果，殊途同歸，增強了創新意識。
除了在教學過程中改變傳統的教學方法，構建多元化的課堂教學模式以外，為了提高教學效果，運用多媒體技術為基礎的立體化輔助教學手段也非常重要。隨著計算機技術的發展，工程實際圖片、動畫和視頻素材使各種教育信息的表達更加生動、直觀和多樣化，能很好地刺激學生的感官，激發學生學習的興趣，開闊學生的視野，可以收到純板書教學所無法達到的效果。因此，“流體力學”教學過程中對于難以理解的概念，如勢流與旋流、流線與跡線的概念、流場的演示、流態的判別和波的傳播、邊界層的形成等內容均利用計算機動畫給學生進行演示，起到了畫龍點睛的作用。
四、結束語
多元化課堂教學模式是一個先進的教學理念。本文提出的啟發式教學、對比分析和多視角教學模式將原本抽象的概念、復雜的理論推導直觀地展現在學生面前，讓學生在分析比較與思考中學會將固體力學遵循的原理定律融會貫通到流體力學中，尋求概念之間、知識點之間和章節之間內在的關聯性，舉一反三，把原本雜亂的概念形成清晰的知識體系。這種多元化的教學模式在很大程度上提高了學生的學習興趣和學習積極性，培養了學生分析、解決工程實際問題的能力，改善了教學效果。
參考文獻：
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流體的力學特性范文5
摘要：采用正交組合回歸設計試驗方法研究了亞溫淬火條件下，淬火溫度和回火溫度對45鋼強度及硬度的影響規律，并分析了該鋼亞溫淬火后的組織與性能。結果表明，在740～800 ℃范圍內，隨淬火溫度升高， 45鋼的強度及硬度升高，淬火組織中鐵素體量逐步減少，其分布形態也發生明顯變化， 800 ℃淬火后的力學性能接近于常規的840 ℃淬火。在試驗的基礎上，提出了45鋼活塞（780 ±10） ℃淬火+ （550 ±10） ℃回火的調質處理新工藝。
關鍵詞：調質處理 抗拉強度 顯微組織
1 金屬熱處理的實在意義
金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。金屬熱處理是材料生產中的最重要的工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體化學成分，而是通過改變工件的內部的顯微組織，或改變工件的表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能觀察到的。金屬熱處理中的“四把火”指退火、正火、淬火（固溶）和回火（時效）。
退火是指將工件加熱到適當溫度，根據材料的和工件的尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，其目的主要是降低材料的硬度，提高塑性，以利于后續加工，減少殘余應力，提高組織和成分的均勻化。退火根據目的不同分為再結晶退火、去應力退火球化退火、完全退火等。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，有時也用于對一些要求不高的零件的最終熱處理。淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其他無機鹽、有機水溶液淬冷介質中快速冷卻。淬火后材料為不平衡組織，通常很硬很脆，需要在高于室溫的某一溫度進行長時間的保溫，再進行冷 卻，這種工藝叫回火（時效）。
2 成型處理方法的研究
從以上定義可以看出，不論是退火、正火、淬火還是回火，熱處理過程中都要對工件進行加熱、保溫和冷卻。所以金屬熱處理中，加熱速度，保溫時間和冷卻速度成為熱處理工藝中最重要的工藝參數。
“四把火”中，淬火和回火（時效）關系最為密切，常常配合使用，二者缺一不可。但在實際生產中，為了節約成本，提高生產效率，對于性能要求低的產品，往往用在線淬火代替淬火爐淬火，用自然時效代替回火。
3 熱處理和材料成型結合驗證
在微觀設計活動的語境下，材料、成型、形態三者有著相互作用的關系，不僅僅是選擇和被選擇或是選擇和接受的一般關系。材料和成型——材料是微觀設計活動中所涉及到的材料（包括天然材料和人造材料），成型是材料基于其物理和化學特性上的成型 ；成型是材料在物理上和化學上變化后的結果或以化學變化為手段產生的物理上的形態結果。如 ：鋁材在鑄造的過程中，利用其化學特性使之在特定條件下改變材料特性，又因特定外部條件的作用恢復鑄造之前的特性，但此時的物理形態已經發生了較大的變化，達到設計師的設計需求。材料決定成型，也就是說，在材料既定的前提下，成型是材料的特性（物理、化學特性）規定的；超出材料特性（物理、化學特性）的成型方式，在現實的微觀設計活動中存在的幾率很小，或只能通過材料和材料的復合使用才能達到 ；即使在CAD軟體中可以近似模擬，在微觀設計活動中可能成本很高失去實用價值或存在本身并不合理。如：一個由塑料制成的箱子和一個由木材制成的箱子，由于他們應用的材料不同，使得在實踐加工之后產生的形態結果迥然不同。在為廣大受眾服務的批量化生產條件下，塑料的箱子以注塑成型的方式制成，材料的物理和化學特性，如上文所介紹的，其轉角和過度的部位應呈現r半徑轉角的形態，以方便液態的塑料在模腔中的均勻流動和分布，減少生產缺陷 ；而換一種加工方式，塑料箱子的形態也可能是清棱清角的形態，但其結果理想程度不如前者。
4 熱能動力工程的研究方向
熱動主要研究熱能與動力方面，是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。目前我國有120多所院校開設有該專業，它由舊本科的九個相關專業合并而成，包括了原來的熱力發動機（080311）、熱能工程（080501）、流體機械及流體工程（080313）、熱能工程與動力機械（080319W）、制冷與低溫技術（080502）、能源工程（080506W）、工程熱物理（080507W）、水利水電動力工程（080903）、冷凍冷藏工程（081409）專業。
熱動主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論，學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。專業通過理論力學、材料力學、工程制圖、機械設計、電工與電子技術、工程熱力學、流體力學、傳熱學、控制理論、熱工測試技術以及專業方向課程的學習，使我們具備工程熱力學、流體力學、傳熱學和熱工測試技術等熱能與動力工程領域的基礎理論、實驗技能和基本專業知識，掌握制冷空調設備、制冷裝置、動力機械與動力工程、流體機械等設計、制造和實驗研究的基本技術。在此基礎上，它是一個寬口徑的專業，拓展空間很大，就業方向很廣，有電廠熱能工程及其自動化方向、工程熱物理過程及其自動控制方向、流體機械及其自動控制方向、空調制冷方向等。同時，熱動還是現代動力工程師的基本訓練，可見熱動是現代動力工程的基礎。
5 金屬熱處理在成型技術中的應用
由于材料的特性決定這樣的缺陷明顯——應力的分布沒有注塑成型的形態分布均勻，在粘接處應力集中，容易變形或損壞。并且，從生產的角度考慮，由于粘接成型加工特點的限制，這樣的成型方式在大多情況下要由手工完成，很難適應服務廣義大眾的批量化生產。成型和形態不一定是一一對應的方式，相同的成型方式由于所應用的材料不同而產生不同的加工形態 ；不同材料之間的相似性決定了不同材料，在不同的外部環境下（如溫度不同、壓力不同、應用于材料中的添加劑不同等），可以應用同一種或是原理相同的成型方式 ；而材料之間的差異性使材料在應用了相同的成型工藝之后產生的形態不盡相同。兩種材料在工藝成型上，采用了相似的方式，卻產生了不盡相同的形態和外觀 ；導致在微觀設計活動中，設計師在最終形態上的要求改變。相同的形態可以由不同的成型方式來實現 ；相同的形態在結構上不一定相同，即同樣的產品形態可以由不同的結構方式結合而成，不同的材料在實現同一個形態時采用的方式不盡相同。
參考文獻：
流體的力學特性范文6
關鍵詞：汽車車身；振動；噪聲；模態分析；流固耦合系統；有限元；ANSYS
中圖分類號：U467.4；O32；O35；TB115文獻標志碼：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
現代汽車的振動噪聲特性是衡量汽車質量的重要標志.汽車噪聲不僅造成周圍環境的污染，影響人們的生活和工作，而且車內噪聲與振動、溫度、濕度等諸多環境因素有關，是降低車輛舒適性的主要因素之一，因而世界各國都對車內噪聲制定嚴格的控制標準，并將車內噪聲的控制作為重要的研究方向.研究車內噪聲特性，不僅要考慮整車結構，還需考慮車內流體的動力學特性，屬于流固耦合問題.
關于該問題的研究，國外早在20世紀70年代初就已開始.最早是從理論上探討板狀結構物振動時所輻射的聲功率，以及離板狀結構一定距離、一定角度某點的聲壓預測理論及預測公式.[1]20世紀70年代初期，CRAGGS[2]等研究如何利用有限元法分析不規則空間聲場和聲學模態的二維、三維模型和方法.到了80年代，在轎車的車內噪聲特性預測和虛擬設計方面做了大量的研究工作[3-4]，系統研究汽車車內室的聲學模態有限元建模問題.90年代以來，隨著計算機技術的飛速發展，各種在工作站上使用的軟件系統被紛紛推出市場.在聲學分析方面出現Nastran和ANSYS等軟件.此外，比利時LMS公司開發的SYSNOISE軟件[5,6]也是目前市場上最好的噪聲分析軟件之一.該軟件結合有限元和邊界元，不僅能分析車內噪聲，也能分析車外噪聲.目前國內有關車內噪聲問題的研究也越來越受到各方面的重視，吉林大學利用ANSYS軟件分析載重汽車駕駛室在路面激勵和發動機激勵下產生的噪聲，同濟大學靳曉雄等對車身結構和車內空腔聲振特性建模及預測分析方法進行了系統研究，白勝永[7]等利用整車流固耦合模型對車內噪聲進行預測分析和優化設計，劉懿[8]等介紹發動機振動激發的車內噪聲預測方法.
對汽車進行噪聲特性研究，首先必須對汽車車身和車內流體進行模態分析，它是一切動力學特性研究的基礎，為此本文利用有限元法建立用于車內噪聲研究的車身和車內流體的流固耦合系統模型，并對車身結構、車內空腔流體及車身和車內空腔流體的耦合結構進行模態分析，對計算結果進行分析對比，為整車振動噪聲特性研究提供理論依據.
1流體―結構耦合的動力學方程
聲壓是指媒質受到聲擾動后壓強的改變量.以聲壓p為變量的聲波方程為
求解該方程可以計算有吸聲材料時的有限單元節點位移和聲壓.如果不考慮吸聲材料，則流體阻尼矩陣為零矩陣；如果不考慮結構阻尼，則結構阻尼矩陣為零矩陣.式(5)為吸聲材料和結構阻尼皆不考慮時的情況.
2流體―結構耦合有限元模型建立
現利用ANSYS有限元分析軟件建立某車型車身結構及車內空腔的三維實體模型.由于車身外形一般是空間曲面，故通過空間曲線的組合來創建面，這樣有利于以后的單元網格劃分.由于本文關心的問題是轎車乘坐室內的振動和噪聲特性，因此在創建車身外表面時，除考慮車身的前圍板和后圍板等因素外，還盡量較好地反映車內室的實際形狀，這樣就使乘坐室成為一個封閉的空腔，并采用三維聲學單元建模.車身主要梁結構的橫斷面尺寸，通過ANSYS的自定義截面屬性確定，這樣能使梁的橫斷面慣性矩和質心位置等計算更為精確.
定義完實體模型屬性后，對其進行有限單元的網格劃分，建立結構―聲學耦合系統的有限元模型，并賦予與室內聲學單元耦合的車身板間阻抗值等.車身結構及車內聲場三維有限元模型見圖1和2.
3結構、流體及其耦合系統的模態分析
上面得到的有限元離散化方程的自由度很多，為了對其進行縮減，獲得車身和車內流體耦合系統在模態坐標下的運動方程，需要對系統進行模態分析.
3.1車身結構的模態分析
由于本文討論的車室內部噪聲由車身結構振動引起，車身結構既是噪聲信號的激勵源，也是不平路面激勵的響應系統，因此分析車身結構的模態可以更好地掌握振動傳遞和噪聲產生的機理，為車內噪聲分析等提供依據.用SUBSPACE求解器對車身結構模型進行模態分析，模態頻率的結果見表1.
由模態分析結果可見：車身結構模型的自由度多、模態密集，且多以結構的局部變形為主.圖3為車身結構模型的部分模態振型.一些局部模態(如發動機罩的變形等)對車室內噪聲水平影響不大，分析時可以不考慮.
3.2車室空腔的模態分析
3.3耦合系統的模態分析
空腔聲學模態通過邊界條件與車身結構的振動相耦合.這種邊界條件建立車室內聲壓變化和車身壁板振動之間的關系，可以通過FLUID30很好地實現這一耦合，因此空腔聲學特性和車身結構動力學特性共同決定車室內的聲壓.試驗表明：車身壁板的振動會改動聲學模態的頻率和移動節線的位置，并使車室內的噪聲響應發生重大變化.
由于耦合系統由結構和空腔相互作用形成，因此其模態與結構和空腔兩個系統的模態基本對應.耦合系統的模態振型由兩部分組成：結構的變形和空腔流體中聲壓的分布.這些模態可能是由于結構的振動引起聲壓分布的變化，也可能是聲壓變化引起結構的振動而產生的，它們分別對應結構和空腔兩個系統的模態.表3是頻率不為0的前8階耦合模態，它們均以結構變形為主.表中同時列出相對應的結構模態，圖5是耦合系統模態與相應結構模態的結構變形情況.
3.4結果討論
對比表中所列兩種模態的頻率可以看出，由于空氣的作用，耦合系統的模態頻率稍有變化，但變化基本不會超過1 Hz.大部分模態車身結構的變形部位變化不大，也有少量模態的結構變形相差較大，如圖5(a)和(b)就出現交叉現象.
由于以結構變形為主的耦合系統模態非常密集，因此直到第47階才出現第1個以空腔聲壓變化為主的耦合系統模態.它對應著空腔系統的第1階聲學模態76.359 Hz的亞諧共振.由于結構壁板的振動，耦合系統中空腔流體的振動模態也出現變化.與空腔系統聲學模態相比，模態振型變得更加不規則，見圖6.
流體與結構的相互作用不但能夠改變原來系統存在的模態，還能激勵另一個系統產生新的振動模式.圖7和8為結構和流體模態分別激勵出的流體和結構的振動模式.18.070 Hz的耦合系統模態是以車身結構變形為主的模態，對應著18.069 Hz的結構模態，其振動使空腔流體的聲壓發生變化，產生圖7中的振動模式.同樣，以流體聲壓變化的耦合系統模態中，結構也會由于流體的振動而產生變形，見圖8.
4結論
采用有限元法對車身結構、車內空腔流體以及兩者耦合系統模型進行模態分析，并對計算結果進行分析對比發現：
(1)車身結構模型的自由度多，模態密集，且多以結構的局部變形為主，一些局部模態對車室內噪聲水平貢獻不大，分析時可以忽略.
(2)轎車車室空腔的第1階模態頻率是0，相應的振型中車室內各點聲壓變化的幅值相同，相當于結構模態中的剛體模態.由于空腔系統中的模態振型出現橫向、垂向及各向綜合的變化模式，模型在各個方向上是不規則的.
(3)聲固耦合系統的模態分別對應著結構和空腔系統的模態，耦合系統的模態包括結構變形和聲壓分布.由于兩個系統之間的相互作用，耦合系統模態中一個系統將使另一個系統的振動形態產生較明顯變化.
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