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流體力學的研究方向范文1
【關鍵詞】工程流體力學 石油教學 學習 改革
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）12-0231-02
近幾年隨著后備儲量持續增長，我國的石油工業以前所未有的速度向前發展，這就要求石油工程技術人員必須掌握扎實先進的專業知識。石油工程專業有其自身濃郁的行業特點，其目標是培養能在石油工程領域從事油氣鉆井工程、采油工程、油藏工程、油氣儲運等方面人才。在油氣勘探開發儲存運輸過程中，存在廣泛而復雜的流體流動現象，所以工程流體力學一直以來都是石油工程專業的核心基礎課。
一、上好“緒論”課
“緒論”是教材的開篇之言，通常對全書有一個概括性的介紹。包括內容的設置、該學科的發展簡史、與相關學科的聯系和今后的發展方向及動態。在教學過程中，充分備課，形象生動地上好緒論課，使教師在后繼的教學工作中事半而功倍?？偨Y多年的實踐經驗，講好“緒論”可從以下幾個方面對教學產生積極的作用和影響：1.可激發學生的學習興趣和求知欲。知之者不如好之者，好之者不如樂知者，三個層次呈遞進狀態，樂學是最高層次的學習熱情，濃厚的興趣能推動學生獨立進行探索性的學習，而且在學習中主動克服困難，排除干擾；2.可促使學生在學習過程中將流體知識運用到專業課中，使知識融會貫通，有利于加深對專業知識的理解；3.可幫助學生了解學科的前沿動態，吸收最新知識，有利于學生對個人求學生涯的整體規劃，優化職業生涯。
二、定位教材，擴展內容
很多工科院校都開設了工程流體力學，針對不同的專業，流體力學的學習側重點肯定不一樣，那么對于石油工程專業而言，流體力學知識服務于鉆井、采油，偏重于工程運用，所以在講授過程中不必要求學生熟練掌握每一個公式的推導過程，只需了解就可以，更多講解與專業相關的實際運用，那么教材的選擇就很重要了。廣泛閱讀流體教材，選擇與專業最匹配的教材是首要任務。目前市面上有很多版本內容不同的教材，在定位教材后，難免教材在編排上不是盡善盡美，那么就要對選定教材的內容進行適當的擴展，可以加深加寬知識體系，更有利于激發學生的學習熱情。
三、講究課堂內教學方法和手段
自工作來，對于教學方法和手段進行了不斷的摸索完善，工程流體力學側重于應用流體力學的基本原理、理論與方法研究，解決工程實際問題。研究方法也遵循“實踐-理論-實踐”的基本規律。在實際教學過程中，發現學生最大的問題在于――不知道怎么學，不是學不會，而是沒有找到適合這門課的學習方法。所以需要教師講究課堂教學方法，采用合適的教學手段，讓學生不至于感到知識晦澀難懂，繼而失去學習興趣。例如：每次上課前提問回答上次課的學習重點內容，集中學生的注意力，在此同時給了學生收拾情緒的時間，以利于新課的講授；在上課過程中對于有散發性的問題，可以采用提問的方式調動學生主動思考，并給予一定的獎勵；如果章節內容相對簡單易懂，可以促使學生自己上臺講授，一方面激發學生自主學通學透，另一方面建立學生強大的自信心。
四、積極收集反饋信息
一方面在課間與學生主動溝通，了解學生的思想動態，拉近與學生的距離，才能最廣化地獲得反饋信息，師生關系。另一方面及時布置練習，既要起到鞏固的作用，又要充分發現學生的學習難點，然后有的放矢的解決難題。要想獲得預期的效果，教師在布置作業前必須精心研究習題內容，布置有代表性的習題，既不重復也不遺漏，然后盡快批改作業，在知識遺忘的截止時間前糾正錯誤，使學生形成正確的知識結構。
五、善用多媒體工具
隨著科技越來越發達，原本的板書形式慢慢遠離學生的視線，取而代之的是多媒體教學，在充分享受信息化的同時，要考慮學生的接受能力與接受程度。目前學生普遍反映多媒體教學雖然信息量大，但對于較大的信息量，學生難以全部接受，更容易形成抵觸心理。在充分征求學生的意見后，得到的結論是：善用多媒體工具――用于展示圖片、動畫和教學影像。
將板書與多媒體合理地結合在一起，板書用于基礎知識的學習，多媒體展示流體復雜的流動狀態與工程實際運用，便于學生的理解接受，最大化地保持學生的學習熱情。
六、重視實驗課
目前，學生中普遍存在重理論輕實踐的心理，做實驗敷衍了事，寫實驗報告只用粘貼復制就可以了，無論數據合理與否，應付交差就完事了，數據不正常也不思考，實屬本末倒置。流體力學是一門以實驗為基礎的力學分支，實驗探究不僅是教學的內容，更是培養學生科學素養的手段。加強實驗教學有利于激發學生學習興趣、有利于培養學生動手能力、有利于概念的構建、有利于模型的建立、有利于定律的導出、有利于結論的檢驗、有利于創新能力的培養。特別是流體力學中很多經驗公式，都是大量做實驗總結出來的，所以實驗是理論的源泉。現在實驗課均是實驗教師演示給學生看，然后學生參照實驗指導書依葫蘆畫瓢做一遍，遇到問題依賴于教師，不主動思考，完全失去了做實驗的意義。
七、結論
工程流體力學是一門專業基礎課，對專業知識的學習有著至關重要的意義，對工程流體力學的教學思考是永無止境的，作為一線教師，要在工作中不斷摸索實踐，積累豐富的教學經驗，在教學中實踐改革，提高教學質量，使學習工程流體力學的過程充滿樂趣與動力。
參考文獻：
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[2]黃衛星，肖澤儀，伍勇，魏文韞.過程裝備專業工程流體力學課程的地位與教學要求[J].化工高等教育，2010，（1）.
流體力學的研究方向范文2
教育模式在從應試教育向素質教育轉換的過程中，如何去把握課堂上教師的“教”與學生的“學”之間的關系，己成為教育界同仁們共同關注的問題。教育的最終目的是讓學生在掌握前人積累的豐富知識及經驗的基礎上，不斷發展和創新。前蘇聯著名教育家蘇霍姆林斯基說：“只有能夠去激發學生進行自我教育能力的教育才是真正的教育”[1]?，F代社會信息瞬息萬變，教育者除教授知識外，更重要的是教給學生獲取知識的方法和激發學生的學習興趣，由學生主動去學習適合自己特點的課程。因此，學校的任務是研究如何向學生提供最好的服務，提供可以自由探索、自主學習的學習環境，改變“以教師為主體”的傳統教學模式，在先進的教育科學理念的指引下，充分發揮現代化教育技術手段的作用，管理教學，組織教學，實施“以學生為主體”的教學模式。
一“以學生為主體”教學方式的內涵
“以學生為主體”的教學理論，目的是讓學生親身經歷知識的獲得過程，體驗成功的喜悅，培養學生的獨立性、自主性、創造性。教師應該注重培養學生的參與意識，為學生探究知識創設物理情境，激發學生的創造潛能。在傳統的教學中，教師是知識的擁有者、傳授者，是教學過程中的絕對“權威”，學生則是“容器”，教師講課的主要教學手段和方法是如何將知識輸送到所謂的“容器”中去[2]。整個課堂上教師是主導者，是核心人物，而學生則是服從者；課堂是教師講，學生聽；教師寫，學生記。教學中，學生完全處于被動狀態，主要依靠教師在進行消極地學習。該方法嚴重影響了學生創造力和想象力的發揮，不利于提高學生學習知識的興趣和運用所學知識的能力，這是與培養學生的創造性、自主性、獨立性教育目標背道而馳的。教師應是整個教學活動的設計者、組織者，應該扮演引導者和參與者的角色，學生才是教學活動的主體。因此，教師應該在把握住“以學生為主體”的教育模式的內涵的基礎上，努力為學生創造一種探究學習的氣氛或情境，讓學生根據探究的目標進行探索、甚至猜測，由學生通過自己的努力去獲得最后的結論，讓學生真正成為整個教學活動中的主體。當然了，“以學生為主體”的教學理論并不意味著教師的指導沒有必要，教師不僅要幫助學生營造一個良好的學習氣氛，更重要的是，教師在教學中應起引導和導向的作用。讓學生獨立自主地進行探究和學習當然重要，但是，為保證學生的探究和學習活動順利進行下去，教師的有效引導也是非常必要的。
二計算流體力學課程的特點
計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，以下簡稱為CFD）是通過計算機數值計算和圖像顯示的方法，在時間和空間上通過數值解來定量的描述流場，從而達到對物理問題研究的目的的一門課程。CFD 可以作為一種研究工具去形象的展示流場的內部結構，從機理的角度解釋相應流動的特點；也可以作為一種設計工具對產品的性能進行預測，從而達到節省研發成本的目的?？傊?，CFD 在現代生活和工業生產中的很多方面已表現出了巨大的作用[3]。
計算流體力學是流體力學的一個分支，它不僅是一種有效的關于流動和傳熱問題的研究手段，而且在幾十年的發展中，又自成體系而成為一門獨立的學科。CFD 是建立在流體力學的基礎之上的，它的主要目的是求解微分方程，所以要學好這門課程，就要很好的掌握計算方法、偏微分方程的數值求解等課程的基本知識，同時，還要有很好的物理問題抽像簡化能力及對結果的各種處理分析能力，正是由于CFD 課程的這種多學科交叉基礎的特點，所以將其設置為研究生課程，也正因為如此，大部分學生在學習該課程時，常感到該課程的理論性強、概念抽象、公式推導復雜等諸多難點。
三碩士研究生階段的教學特點
碩士研究生階段專業課與本科專業課相比有深、廣、新、專等特點，同時還要更高層次地體現素質教育的特點。所謂深，是指研究生課程應對該課程所涉及到的領域具有更深的論證、探討與描述，以使學生對本學科有更深層次的理解。所謂廣，是指研究生課程所涉及的內容應比相應的本科生課程涉及更廣泛的領域，特別是與本學科的交叉領域。所謂新，是指研究生課程的內容應主要反應該領域科學技術的最新成果、最新的理論、觀點與研究方法。所謂專, 是指與本科生相比，研究生教育具有更強的專業性，是為科研、教育、企業、政府、社會等各個部門培養實用的高級專業人才。研究生專業課的內容除了應具有上述特點之外還必須在更高層次上體現素質教育的特點，研究生的專業課教學必須在所有細節上都滲入素質教育的思想，使學生能夠在自我培養、知識創新、思想表述、學術交流、協作精神、競爭意識等方面都有所提高。碩士研究生專業課程的教學內容不應該全部都是完全成熟了的經典的理論與方法, 而是要讓學生了解本領域正在發展著的、有爭議的、探索性的觀點、假說、設計思想、研究思路、實驗方法,等等。這就要求學生具有自主的、批判與選擇的能動性；具有能夠發現問題，研究問題和解決問題的能力；具有將所學內容進行能動比較，融匯貫通和總結提高的能力；具有將所選定的研究方向和現有條件相結合并歸納與提煉出研究課題的能力。
碩士研究生一般都經過了完整的本科四年教育，大多數為本專業或相關專業的優秀畢業生。他們大都較好地掌握了學習方法，特別是自學方法，并已養成了刻苦鉆研的習慣。這一群體不但已初步掌握了本專業的最基本的理論基礎、基本概念，還掌握了在這一領域工作的基本方法與基本原則。具有了在本領域進行科學技術研究或工程設計的基本素質。同時，這一群體的成員都經歷過嚴格的畢業論文或畢業設計的工作與答辯過程，具有一定的獨立分析問題、解決問題的能力。因此，碩士研究生到了專業課學習階段，已具備了“學生主體”模式的教學條件。
四在教學和考試中應體現“以學生為主體”
研究生階段的教學不同于本科階段及其之前階段的教學方式，前者以“研”為主，后者則以“學”為主，所以研究生教學應以研究為導向，以創新或者說研究成果的數量和質量為評判優劣的標準。
1 教學方法的改變
培養研究生檢索文獻和自主學習的能力是實施“以學生為主體”教學方式的第一步。文獻檢索是研究生從事科學研究的最重要環節?？茖W研究是具有連續性和繼承性的，尤其是對剛從事研究性學習的學生，查找文獻資料，掌握某一研究領域的發展現狀及動態是進行研究性學習的第一步，這一步進行得好壞直接關系到以后一系列的研究活動。因此，在計算流體力學課程的學習中，教師可通過布置“文獻檢索”作業，讓學生根據自己的興趣愛好或課題方向查閱最新的中文或外文文獻，寫出此方向的文獻綜述；并鼓勵學生整理成科技論文向國內外相關科技刊物投稿，并爭取發表。研究生通過這樣的學習鍛煉，能提高他們的文獻檢索和總結提煉的能力，可為他們將來進行科研和撰寫畢業論文奠定一定的基礎。
開展課題研討活動，培養研究生解決問題的實際能力及口頭匯報能力是實施“以學生為主體”教學方式的關鍵。為達到此目的，教師在教學中可以將3～4 名研究生分為一個討論小組，為每個小組布置不同的研究課題，讓學生們在認真研究和理解文獻的基礎上，找出具體的切入點深入研究，并在課堂上分批次的匯報各自小組的研究內容，包括物理問題的簡化，數學模型的建立，具體的求解過程及參數設置，以及結果的詳細分析及討論。在課堂上，每個研究生還可有選擇性地匯報各自文獻檢索結果的綜述，把自己感興趣的和有深刻理解的專題進行講解，其他的學生也可以現場提問，這樣，研究生在匯報和回答提問的過程中，他們的理解能力和表達能力也都同時得到了鍛煉．
2 考核方式的改變
在選修課的學習中，如果仍然采取傳統的閉卷考試作為課程考評方式的話，就很難看到創新的教學改革手段體現在研究生身上的效果，因此，在課程的考核方法上應大膽改革，比如考核內容和成績可如此規定：在100 分的總成績中，報告占50 分。其中，對理論和方法的理解是否全面、準確和深刻占30 分；講述是否清晰和是否引人入勝占10 分；講解過程是否結合現代化媒體手段（如POWerpOINT，FLASH）占10 分，同時對積極提問和踴躍發言者適當加分；文獻檢索作業占10分，對檢索較多外文文獻的學生，如文獻內容新穎，且緊跟科技發展的，可給予加分，而少交或遲交作業者則酌情扣分；FLUENT 軟件實例計算作業占20 分，要求有詳細的前處理網絡模型和詳細的結果處理分析，并且對總結成科技論文在優秀刊物上發表者給予加分；期末論文投稿占20 分，要求按標準科技論文格式書寫，內容要詳實、全面和觀點獨到，并以優秀篇數和刊物水平作為加分依據[4]。以上課程考核措施的制定，都是以調動研究生學習計算流體力學課程的積極性為首要前提，旨在提高他們的科技論文寫作能力和解決流動傳熱實際問題的能力。
總之，“以學生為主體”的教學模式的實施是一個長期的、循序漸進的過程。在此過程中，勢必會出現諸如教學內容更新、教學進度和學時調整等一系列新問題，這就要求任課教師要具有堅定不移的決心和高度負責的責任心，要以提高研究生的競爭力和生命力為己任，要不斷創新、開拓和探索更加有效的教學手段和方法。另一方面，各級領導應該鼓勵和支持對研究生課程的改革，研究生教學管理部門應承認并獎勵教師在實施教學改革中增加的學時數量，在政策和經濟上給予支持，創造有利于實施教學改革的環境和氛圍，從而使之得到不斷的深入和完善。
參考文獻
[1]楊梅. 關于“以學生為主體”教學方法的探討[J].銅仁師范高等?？茖W校學報, 2005, 7(3):67-68.
[2]陳德平, 倪文. 碩士研究生專業課教學中的“學生主體”模式認識與實踐[J].中國冶金教育，200(5):65-68.
流體力學的研究方向范文3
[關鍵詞]湍流；模式；FLUENT軟件
中圖分類號：TB126 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0093-01
1 前言
為了分析湍流，科學家在湍流運動的隨機性研究中采用統計力學或統計平均方法。研究湍流的手段也使用了理論分析、數值計算和實驗等。湍流數值計算實質上是求湍流基本方程的數值解。60年代以前，積分方法和常微分方程方法成為工程技術部門的常規算法。60年代中期以后，由于高速電子計算機的應用，偏微分方程方法獲得了迅速發展。70年代以來，由于第四代巨型高速計算機的使用，湍流數值計算向大規模的數值模擬的更高階段發展。
2 湍流理論的發展
湍流是對空間不規則和對時間無秩序的一種非線性、多尺度的流體運動，這種運動與不規則的流動邊界一起產生了非常復雜的流動狀態。在宏觀尺度上流體微團做不規則隨機脈動的流體運動。也稱紊流。更確切地說，高雷諾數下的流體運動通常都是湍流。湍流的基本特征是流體微團運動的隨機性，各局部流動量如速度、壓強、溫度、濃度等的瞬時值均可表示為某平均值與一個在時間和空間上都做急劇隨機變化的脈動值之和，其脈動部分的平均值等于零。湍流在某些情況下對人類有利。例如它可強化傳熱與化學反應過程，而在另一些情況下又對人類不利，例如它可使摩擦阻力和能量損耗劇增。
對于工程中出現的湍流問題，其求解方法可歸納為四種：理論分析、風洞實驗、現場測試和數值模擬。四種方法相互補充，以風洞實驗和現場測試為主，理論分析和數值模擬為輔。數值模擬又稱數值風洞，是目前數值計算領域的熱點之一，它是數值計算方法、計算機軟硬件發展的結果。
3 湍流模式理論
流模式理論或簡稱湍流模型，就是以雷諾平均運動方程與脈動運動方程為基礎，依靠理論與經驗的結合，引進一系列模型假設，而建立起的一組描寫湍流平均量的封閉方程組。雖然N-S方程能夠準確地描述湍流運動地細節，但求解這樣一個復雜的方程會花費大量的精力和時間。目前雖然許多湍流模型已經取得了某些預報能力，但至今還沒有得到一個有效的統一的湍流模型。同樣，在葉輪機械內流研究中，如何找到一種更合適更準確的湍流模型也有待于進一步研究。
4 Fluent軟件中的湍流模型
大多數工程中的流體力學問題都應當用湍流理論進行處理。國內外都在研究如何用湍流理論解決工程中的湍流問題。工程上最常用的還是采用各種湍流模型。尤其是近代.隨著計算機技術和流體力學的發展，各種應用軟件應運而生.FLUENT作為其中一種已被成功地用來解決一些工程湍流問題。
Fluent的軟件設計基于"CFD計算機軟件群的概念"，針對每一種流動的物理問題的特點，采用適合于它的數值解法在計算速度、穩定性和精度等各方面達到最佳。FLUENT軟件中提供以下湍流模型：
5 結語
工程上最常用的還是采用各種湍流模型。盡管如此，我們應該看到，由于湍流是一種晉遍的物理現象，同時又具有極端復雜的流動特征，也是至今未能解決的世界性難題，長期以來人們試圖利用各種工具對其進行研究，作為研究湍流的一種新的有效的方法，湍流模式已經在湍流研究中取得了一些令人鼓舞的成果，并且蘊藏著的巨大潛力，我們有理由相信，隨著人們在這一領域的不懈探索和實踐，湍流理論及湍流模式將具有更加光明的應用前景。
參考文獻
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[2]符松.湍流模式一一研究現狀和發展趨勢應用基礎與工程科學學報.1994，2
[3] Haworth D C，Ngo T.Incernational Journal of Engineering Sciences 1988，26
流體力學的研究方向范文4
關鍵詞 ：道路綠化；綠化型式；自然通風；計算流體力學；仿真分析
中圖分類號： TU024；X7
文獻標識碼：A
文章編號：1671-2641（2012）06-0000-00
近年來，隨著CFD（計算流體力學）技術的長足進步，計算機仿真模擬設計不僅在綠色建筑和城市規劃領域得到了極大的應用和普及，還從室內走向了建筑外環境。一些研究者開始嘗試在不同綠化型式對于室外熱環境和風環境的影響方面開展數值模擬研究比較[1]。但是，由于植物自身具有的流動性冠層、蒸騰介導熱質傳遞等特性，用對于計算機模擬綠化植物的流體環境計算機模擬仍面臨著是個難題，制約了CFD技術在定量預測綠化對于通風環境和熱環境的影響方面的發展[2]。本文通過建立綠化植物的三維冠層模擬方法，結合植物冠層分析技術，建立綠化植物多孔介質模型，模擬研究了兩種綠化型式對廣州城市道路自然通風環境的不同影響。在此基礎上，與現場測試結果進行擬合度驗證，以期幫助定量化評價、優化道路綠化設計，進而為改善城市自然通風環境和建設生態城市提供技術支撐。
1研究方法
1.1樣地概況：
測試的道路綠地斑塊位于廣州市海珠區的南洲路（E113°19′， N22°47′），測試路段為東西走向，道路綠化植物種類簡單，長勢良好。綠化型式分為兩種：一種為純行道樹綠化，喬木層種類為非洲桃花心木（Khaya senegalensis）；另一種型式為行道樹
基金/項目： 國家星火計劃項目（No.2011GA7800）、廣東省科技攻關項目（ 2009B021500004）、廣東省教育廳高層次人才項目和廣州市教育局羊城學者科技計劃項目（10B004D）。
第一作者簡介： 聶磊（ 1973- ） ， 男， 吉林長春人， 博士， 教授， 研究方向為園林生態、綠地植物。
下整齊種植有灌木層，種類為黃金榕（Ficus microcarpa cv.Golden Leaves），其組成效果如圖1所示。測試路段的道路兩側退界距離達到20 m以上，參考巖田達明等的分析結論，對道路綠化風場的影響視為忽略不計[1]。
1.2 植物冠層結構建模：
測量單株植物的樹高、枝下高、冠幅、胸徑、樹冠外輪廓曲率拐點坐標等形態特征數據，其中曲率拐點坐標采用手持紅外線測距儀測定。運用3DMAX軟件建模出圓柱形、圓球形、尖塔形、圓錐形、卵圓形、倒卵形、鐘形、傘形等園林植物冠層的不同結構類型。其中非洲桃花心木為倒卵形樹冠，黃金榕為卵圓形樹冠。
1.3多孔介質模型參數設定：
由于植物冠層可視為多孔介質，因此必須計算不同植物冠層模型的空隙度。冠層空隙度可由冠層分析儀測出，在陰天或晴天清晨，采用基于半球攝影的HEMIVIEW冠層分析儀對單株植物進行冠層數據采集，用魚眼鏡頭捕獲不同方向的冠層圖象后，應用Delta-D軟件計算太陽光直射透過系數，從而得出群落的葉面積指數（LAI）及冠層空隙大小、間隙率參數等指標數值。經計算非洲桃花心木樹冠的空隙率在0.09～0.15范圍內，黃金榕在0.04～0.10范圍。
1.4 CFD仿真分析
：模擬工具為英國CHEM公司開發的PHOENICS軟件，設定的氣候條件參數為：東南方向（廣州夏季主導風向），參考風速為2.0m.s-1（廣州夏季平均風速），區域溫度為28℃（廣州最熱月室外平均溫度）[3]。邊界風速滿足梯度風變化v/v0=（z/z0）α，其中，v0為標準高度處的風速， 取2.0m.s-1，z0為標準高度，取10m，α為地面粗糙程度， 取0.0333。自然通風環境通用模擬體系由空氣模型、植物冠層模型、下墊面固體傳熱模型構成[4]。采用流場模擬計算耦合迭代求解，利用有限差分法求解空氣流場模擬計算的邊界條件，由空氣流場計算程序模擬得到整個計算區域空氣的速度場和壓力場，通過軟件設置固定觀測點，得出1.5m和3.0m高度的風速云圖與壓力圖。
1.5計算機模擬與實際觀測數值的擬合度檢驗
：采用風速衰減率（R）來討論不同綠化型式影響下的自然通風效果。R=1-Vi/Vo，其中，Vi，Vo分別指綠化帶下風向及上風向觀測點的風速（m?s-1）。從綠化帶設定起點每隔5m共設置10處觀測點，在每處觀測點的前后各5m，采用美國Kestrel 4500手持式氣象儀測定不同型式綠化帶上風向及下風向的實時風速，高度為1.5 m。在計算機模型內輸入上風向的實時風速，測出相同坐標的10處觀測點的下風向模擬風速，并計算風速衰減率。采用SPSS18.0軟件進行風速計算機模擬理論值與實際觀測數值的擬合度回歸模型檢驗。
2 結果與分析
2.1 不同綠化型式對自然通風的影響結果
大約2m高度以下的城市空間是人們經?；顒拥膮^域高度大約在2 m以下，同時，3 m高度以上的道路綠化空間中，僅存在有喬木層分布，灌木層是無法達到這個高度的。故本文對1.5 m和3 m高度處的風速進行了分析。一般認為，風速>1m.s-1時，在夏季室外人們感覺是舒適的，風速>5m.s-1時， 會影響人們的活動[5]。所以，1～5m.s-1之內的風速，是比較理想的室外風速。經CFD仿真模擬，結果表明單純喬木綠化的型式下，1.5 m高度的模擬風速達到了1.64 m.s-1的風速，而3 m高度的模擬風速達到了1.31m.s-1的風速，都有著令人感覺較為舒適的自然通風效果（圖2、3）。
綠化型式對于城市道路空氣流動有著重要影響。有研究表明，行道樹對污染物擴散的阻礙作用主要受控于樹木郁閉度而非綠量。當行道樹植株間距較密，形成枝杈搭接時，茂密樹冠會在道路上方產生頂蓋效應，阻礙污染物向上擴散，導致道路兩側污染物濃度升高，惡化街區大氣環境。污染物擴散速率很大程度上受到街道內氣流鉛直湍流強度的影響。對于沒有樹冠頂蓋的街道，街谷內有較大的風速梯度，這將會有利于增強機械湍流的增強[6]。但在行道樹郁閉度較高的街道內，高大茂密植物在減低風速的同時，不僅導致街區內部氣流的垂直渦動減小，也大大減弱了綠化帶內外氣流的垂直交換。我們的計算機仿真模擬結果表明，1.5 m高度時單純喬木的綠化型式較喬木+灌木綠化型式的0.47m.s-1的風速多出了近70%，而3 m高度的模擬風速較喬木+灌木綠化型式的0.73 m.s-1多出了44.3%，表明有灌木層的存在，直接導致道路空氣流通速度明顯下降（圖2～、3）。之所以1.5 m處單純喬木綠化的道路風速較高，主要是因為非洲桃花心在1.5 m處仍處于枝下高以下，且無灌木層遮擋阻礙空氣流通，因為風速衰減的較少；而在3.0 m高度時，喬木冠層對于自然空氣流通起到了明顯的阻礙效應，因此下風向觀測點的風速紀錄僅為1.5 m處風速的79.9%，整個模擬區域的風速也明顯下降。
2006年建設部的《綠色建筑評價標準》中要求熱島強度不高于1.5℃，同時夏季無渦旋死角，建筑前后壓差不低于1.5Pa[7]。CFD計算機模擬結果表明，由于道路綠化處于開闊的室外空間，道路綠化帶上下風向之間的正負風壓維持在0.5～0.8Pa之間，基本上無法維持較為明顯的風壓。
2.2計算機模擬與實際觀測數值的擬合度檢驗結果
對1.5 m和3 m的CFD模擬風速衰減率和實地觀測的風速衰減率計算結果進行了線性回歸模型的擬合度檢驗分析，其中1.5 m風速衰減率的擬合度R2=0.726（P
3結論與討論
CFD（Computational Fluid Dynamics）是近代流體力學、數值數學和計算機科學相結合的產物。隨著近年來 CFD 物理模型和計算方法的不斷完善和改進，計算機運算速度的不斷提高，許多成熟的商業化CFD計算軟件得到了不斷地推廣。CFD研究以 3 大守恒定律（質量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律）作為計算的控制方程，采用有限體積法（Finite Volume Method）把連續的計算域離散成許多個子區域（體積單元），借助高性能計算機在每個體積單元上對控制方程組進行數值求解，進而在整個計算域上分析流體流動、傳熱和傳質的規律[8]。近年來，CFD技術已廣泛應用于綠色建筑領域，在該領域 CFD 被用來模擬室內外氣候環境，然而在園林綠化領域，仍屬于應用的初步階段。目前通用的CFD 軟件主要有CFX、FLUENT、STAR-CD、PHOENICS以及FIDAP等類型，其中PHOENICS是世界上第一個投放市場的 CFD 商用軟件（1981），可以算是CFD商用軟件的鼻祖。這一軟件中所采用的一些基本算法，如SIMPLE方法、混合格式等，由該軟件的創始人D.B.Spalding及其合作者S.V.Patankar等所提出，并得到廣泛驗證和應用[9，～10]。
城市綠化對于改善環境質量、獲得清新潔凈的空氣、有效降低城市熱島效應有著不可替代的重要意義。自然通風是城市綠地實現節能、健康、生態等功能目標的重要形式。城市綠地的綠化型式對于環境的自然通風效果有著重要影響。例如在我們以往的研究中發現，當前道路綠化方面，由于種植密度過大，物種之間競爭激烈，植株普遍生長不良，、干旱甚至枯死現象比較普遍，不僅浪費了大量的投資和養護成本， 而且也不利于發揮綠地的生態功能，尤其是阻礙了道路的自然通風[11]。然而長期以來對于不同綠化型式在影響自然通風的場效應方面，仍然缺乏有效可靠的定量預測分析方法。在本研究中，利用CFD仿真軟件模擬出的分析圖形直接顯示出不同綠化型式對道路自然通風效果確實存在不同效果。喬、灌木綠化型式下的自然風速明顯低于單純喬木綠化型式，驗證證明了灌木層的存在直接導致了道路空氣流通速度明顯下降。試驗結果顯示，如果從道路綠化的空氣擴散、通風散熱的生態功能來說，單純喬木層的道路綠化結構效果反而更佳；然而，考慮到綠地的滯塵吸污、固碳釋氧以及增加空氣濕度等方面的整體生態功能，則更應推薦喬灌草的群落式綠化結構。綜合考慮，道路綠化型式的最優方案應為既具備立體結構、同時又留有足夠擴散空間的的疏落式喬灌草立體綠化結構。
試驗結果表明，計算機模擬與實際觀測的風速衰減率數值存在良好的擬合度，證明CFD仿真分析能較好地預測道路綠化實際自然通風狀況。在本項研究中，通過測定冠層空隙度來設定植物冠層多孔介質模型參數以及完成冠層三維結構建模的計算模式，在今后推廣CFD分析綠地自然通風方面有一定的參考價值。 當前我國在建設低碳可持續社會中大力提倡綠色建筑標準，逐步實行了綠色建筑評價標識制度，對于評價為星級的綠色建筑乃至綠色低碳園區、居住小區予以高額的資金補貼。當前使用的《綠色建筑評價標準》中要求熱島強度不高于1.5℃[7]。城市綠地在改善熱環境、降低熱島效應方面有著得天獨厚的優勢。以往在綠化領域欠缺良好可靠的計算機模擬分析技術，而CFD仿真分析能夠建立通用輻射計算體系，結合植物與環境的熱質傳遞模型及地表、植被、水體、建筑等表面導熱的有限差分計算方法，對有綠化情況下的城市熱環境進行詳細可靠的預測分析。因此，今后在城市綠化建設中，應大力推廣CFD仿真技術在預測綠化方案在自然通風及熱環境方面的實施效果應用，幫助定量化優化綠化設計方案，從而在真正意義上實現使城市綠化在真正意義上走上生態可持續設計的道路。
參考文獻：
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作者簡介：
流體力學的研究方向范文5
關鍵詞： 洗浴器；節水；節能；校園；專利轉讓
中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671—7597（2012）0920078—02
2011年全年水資源總量24022億立方米。年末全國422座大型水庫蓄水總量1956億立方米，比上年末少蓄水69億立方米。全年總用水量6080億立方米，比上年增長1.0%。生態補水下降4.0%。人均用水量452立方米，增長0.4%。
——《中華人民共和國2011年國民經濟和社會發展統計公報[1]》
隨著時代的發展，科學的進步，電力、燃料等能源的短缺現象已得到了極大的改善，但水資源的短缺卻愈演愈烈。如何合理使用水，怎樣才能節水已成為社會熱點難題之一。國家經貿委副主任李榮融指出水資源短缺已經成為我國經濟社會可持續發展的重要制約因素。
就水資源現狀來看，一方面水資源越來越短缺，水價越來越高，政府在積極的倡導建立節水型社會；另一方面是水資源的使用者卻不知珍惜，任意揮霍。我們該如何應對這種處境？近年來，由于高校后勤社會化的不斷深入，眾多高校對大學生洗澡實行刷卡收費制度，收費制度則有“一票制”和“計時制”兩種，“一票制”收費從一次三元到一次五元不等，“計時制”從每分鐘0.15元到0.30元不等。根據網絡調查這一制度帶來如下一些不良問題。
① 在“計時制”的制度下，有同學表示在浴池洗澡時會有心理壓力。一些同學表示“這樣的計費方式，讓我覺得很難受，就像是打車跳表一樣緊張，水龍頭里流出熱水，就感覺自己的錢在變少”，同學大多不愿意去浴室洗澡；② 在“一票制”的制度下，同學們都會鉆收費的空子將衣服帶到浴室一起洗，這樣造成水資源的嚴重浪費；③ 在“計時制”制度下，不少同學表示洗澡收費高，尤其是女生強烈反應由于洗澡時間每次洗澡都要7到9元；除了校園內存在這種洗澡問題外，在外務工人員、城市底層工人、城市流動性人口、農村家庭，與住校學生，都存在一個共同的洗澡難的問題。該節能洗浴器充分考慮到以上人群的住宿條件特點，理論上可以很大程度解決這個問題。
為響應“國家節約用水”的號召，本人研發設計了這款節能洗浴器，于校園推廣使用節能洗浴器的意義重大，由于全國高校眾多，大學生、高中生群體大等特點，推廣使用節能洗浴器必然帶來大量水資源的節約，其價值有待估量。該節能洗浴器的推廣和應用主要是解決提高用水效率，使每一滴水都能發揮它的最大作用。現以一名在校學生為例：一普通高校中，學生洗澡一般需要一桶水，基本用水量為25升，采用節能洗浴器后，由于水資源的利用效率提高，大大減少了用水量，實際用水量減少到15升以內，因此用水量可以達到以前的60%即可節水10升。由于用水量減少40%，為此所付出的燃料，管理等保障費用也會成比例減少。下面是摘自《中華人民共和國2011年國民經濟和社會發展統計公報[1]——2012年2月22日》的一組數據：全國在學研究生164.6萬人，全國普通高等教育本?？圃谛Ｉ?308.5萬人，全國各類中等職業教育在校生2196.6萬人，全國普通高中在校生2454.8萬人，全國初中在校生5066.8萬人，合計12191.3萬在校生。如果所有人或者一般人采用該洗浴器洗澡，其產生的效益不用我羅列出龐大的數據也一目了然。下面詳細介紹該款節能洗浴器原理、結構、使用方法、優點以及不足之處。
1 原理簡介
這款節能洗浴器是根據一維絕能流體的連續性原理和流體力學伯努利原理設計制作，其基本原理解釋如下：① 無壓縮流體的連續性：穩定無壓縮流體通過整個管道的某一段時，其重量流量是相同的，由無壓縮流體連接性原理可知速度V與截面積S成反比關系，即減小截面積即可提高流速；② 流體伯努利原理：一維絕能流體伯努利方程：?V?+P/ρ=C（常數）（式中V：流速；P：壓強；ρ：密度；C定值）由式子可看出流速V與壓強P的關系，即流速與壓強是相互制約的，流速高的位置壓強低，壓強大的位置流速低，因此通過提高流速可降低流體內壓強。
2 結構簡介
該產品主要有水龍頭接口、進水管、出水管、混合器、吸熱水管、吸盤掛鉤、流量調節閥等結構組成，其中水龍頭接口根據產品使用環境的復雜性我們專門配套設計制作了多功能接頭，接頭里設計裝有橡膠密封圈，密封性能好，適應水龍頭粗細的范圍更廣，適用水龍頭口徑在16—19mm。不得不提的是混合器：混合器是最核心的部件，內部結構非常精細。熱水容器：熱水容器自備，使用水桶或者保溫水壺均可。
3 安裝使用方法
1）檢查水壓：用拇指堵住水龍頭出水口，開大水龍頭，水噴出來，再稍用力堵，還能噴出來，即表示水壓正常，可以達到理想的淋浴效果，如果稍用力堵水龍頭，就不出水，那么水壓偏低，會影響使用效果。
2）安裝細節：將接頭套在自來水龍頭上，花灑頭安裝在適當的地方或握在手中，把“吸熱水管”插入準備好的熱水容器里，打開自來水龍頭，噴頭就會流出混合好的溫水，注意以下事項：
① 水龍頭目前有六分水龍頭和四分水龍頭，六分直徑在18—19mm，四分直徑在15—16mm，本產品設計的多功能接頭都可以解決龍頭連接問題。
② 花灑掛鉤不高于1.8m，加花灑本身20cm，出水高度在2m左右，足夠一般身高使用，也可根據實際身高需要調節掛鉤高度，掛鉤越低，溫度相應越高。
③ 建議將盛熱水的茶壺、熱水瓶、水桶及其他容器放在50cm以上的凳子上并加固，這樣既可以防止臟水淋到容器里，還可以提高出水溫度，其次還可以在不使用的時候順手就可以拔出吸熱水軟管，起到節約熱水的效果。
3）水溫調節：調節水溫的方式很多。
① 控制水龍頭開合大小可控制水溫大小，開大水溫高，開小水溫低；
② 其次可以通過提高熱水容器的高度h來提高出水溫度，夏天在熱水容器加入冷水，冬天要用燒開的水，蓮蓬頭與熱水容器的相對距離h越小水溫越高，反之越低。
③ 調節熱水調節閥，可以很好控制熱水的流量，以使夏天可以用低溫水沖涼。
4 維護與保養
多次使用后，由于水中的雜物，混合器或蓮蓬頭可能會出現堵塞現象，從而會造成出水溫度偏低，混合器全堵則不會出水（概率極?。?。清除混合器內的雜物只需反向沖水即可處理。
5 主要優點及不足
5.1 優點
1）該洗浴器大大提高洗浴效率，減少了不必要的水資源浪費，有效節約生命之源，真正體現其節能的特點；
2）節能便捷式洗浴器不需用電用氣、節能之余十分安全環保；
3）節能便捷式洗浴器為洗浴人群提供了自由無壓力的洗浴環境，輕松自在，這樣洗浴過程中會更加放松，達到洗浴的更高追求；
4）制作可選材料廣泛，產品生產成本低廉；
5）節能捷式洗浴器原理簡單、結構清晰；安裝簡單、便于捷帶、使用方便，可行性高，具有實用價值。
5.2 不足
由于熱水流量取決于混合器產生的負壓，調節水溫尚不能達到完全靈活，水溫調節范圍只能維持在20—60℃之間，洗浴效果不能滿足所有消費者的需求。
6 市場前景
校園內存在洗澡難問題，此外，在外務工人員、城市底層工人、城市流動性人口、農村家庭都存在一個共同的問題。該節能洗浴器充分考慮到以上人群的住宿條件特點，其突出的節能特點以及巧妙的結構設計，生產成本低，使用方便，必將成為廣大住校學生、在外務工人員、農村家庭、城市流動性人群等的生活必需品，具有很好的市場前景！歡迎有識之士轉讓專利產權技術。
本廠品已獲得專利產權，受到校園學生的青睞，試用效果良好。產品專利號：ZL 2011 2 0391304.7
參考文獻：
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流體力學的研究方向范文6
關鍵詞:EHD;離子風;電暈放電;電流體泵
隨著科學技術的發展,現代人對家居環境質量的要求日益提高,高噪音的風扇空氣壓縮機等設備的噪音成為一大困擾,同時由于全球能源危機的加劇,特別是在我國建設節約型社會的倡導下,摒除傳統電機驅動風扇做功的新型裝置日益受到研究者關注。研究表明在電暈放電時會產生高速離子射流流動,這種離子射流對周圍流體流動產生強烈的擾動,形成附加的流體運動,即所謂的電誘導二次流。離子的高速運動將會催動空氣的流動。這為我們研究新興空氣傳輸裝置提供了思路。特別是近年來,隨著電流體動力學的發展,在EHD領域的電流體泵機理成為高壓直流下空氣流動的研究基礎。本文將從電流體泵驅動機理方面定性闡述裝置的理論基礎,并提出一種簡單的實現裝置,即利用單片機控制的高壓直流電源驅動電暈放電,結合線板式電極設計,形成一個完整的空氣傳輸裝置。
一、EHD原理實現空氣傳輸的定性分析
(一)機理簡介。EHD(Electrohydrodynamics,電流體動力學)作為流體力學 的一個重要分支,其研究方向為電場對流體介質的作用,也被看做是在運動電介質中的電場力學。介于此,在電場中,空氣作為一種特殊的電介質會產生很多重要的現象,其中在強化傳熱方面、電流體泵方面漸漸為各方所重視。本文結合EHD領域電流體泵機理,著重討論EHD在空氣傳輸方面的應用,其中涉及直流高壓放電下空氣流動的數學建模計算。電流體泵有兩種驅動機理,一是利用高壓直流電場驅動流體,即離子泵拖拽,另一種是高壓行波驅動流體;其介質中電荷來源于高壓電極發射的單極性離子或是電解質分子受電擊所產生的離子。本文正是討論在直流高壓下,由線―線電極放電促成“離子雪崩”效應,大量離子帶動空氣流動,從而實現空氣傳輸的效應。
二、系統總體設計
該系統的基本結構如圖3所示,它由電暈極、直流高壓電源、收集極和氣流通道組成。 其基本原理為,空氣中的電子和離子在強電場的加速下,碰撞空氣中的中性分子。使空氣分子電離產生電子和正離子,能量足夠大的電子繼續撞擊中性空氣分子又使其電離產生電子和離子,與此同時有些能量不夠大的電子吸附在空氣中性分子中產生負離子,誘導其發生電子雪崩。空中的正離子在電場的作用加速,于此同時正離子將所獲得的動能傳遞給空氣分子,使其向前運動產生空氣流。電暈放電以電暈為特點的一種放電,本裝置是依據電暈放電而產生離子風。在電極制作上,吸取國內外在電暈放電領域的研究成果,通過大實驗確定電極形狀及間距。電源上,運用單片機技術保證脈沖頻率及其波形以利于最大限度的電離空氣。
三、電極結構設計
(一)電暈放電原理。本作品電極的設計基于脈沖電暈放電原理。脈沖電暈放電法脈沖放電產生等離子體的基本物理過程如下:在前沿陡峭、脈寬窄的脈沖高電壓作用下,放電電極間的氣體擊穿,形成不均勻的很細的火花通道。電離產生的電子在電場作用下,以很高的速度向陽極運動,使氣體進一步電離,形成電子流,電子流逐步擴大以致溝通整個放電通道,使儲存在電容器上的電能通過放電通道迅速地釋放。由于電容器釋放出較大的能量,脈沖電流很大,可達每平方厘米數千安培,因而會在電極間形成等離子體。
(二)線板式電極結構。常見的脈沖放電等離子體反應容器有三種:線――筒(應該把―都改成――),線――板和針――板。本裝置中將采用線――板式電極結構,線板型電極特性。放電線數一定時,線板電極間距增加,脈沖電壓峰值和直流偏壓增加,單次放電能量減小。線板電極間距一定時,隨著線線間距變化,反應器上放電電壓的峰值、流光能量有一最大值范圍,直流偏壓隨著線線間距的增加而降低并漸趨穩定。本實驗中線線與線板間距大致相當時,流光能量較大。線板電極間距一定時,隨放電線間距增加,放電線數減少,峰值電壓、直流偏壓和流光消耗的能量逐漸減小并趨于平緩。但直流偏壓在放電線數少到一定值時有增加趨勢。
此為我們設計同性電極間距與異性電極間距及整個電極排布布局的依據。
四、驅動電源設計
電源作為本裝置重要的工作元件,要求具有高頻高壓,穩定高效,低成本等優點。針對本裝置的要求――產生電子雪崩效應應滿足以下要求。
首先,鑒于上文所述脈沖電暈放電的相對直流電暈的優點,我們選用脈沖電暈放電,即要求脈沖頻率可調,脈沖頻率頻率在1KHz到100KHz可調,電壓上升時間
結束語:本裝置立意新穎,目前國內在這一領域還未有應用實例,其關鍵在于裝置的實現難度較大,具體體現在電暈放電分為暗流放電、輝光放電、刷狀放電、流注放電、火花放電等情況,而電暈放電較不穩定,研究表明電暈放電最穩定狀態為其輝光放電階段。因此,為得到穩定的離子風,將設法使設備工作在輝光放電狀態。要將設備控制在輝光放電狀態,且使設備產生的離子風最大化,其對外部電壓及極間距離有相當高的要求,而這則是該裝置研究的核心難點所在。
作者單位:浙江理工大學
參考文獻:
