流体力学WEB(网络版)虚拟仿真实验CAI软件——浙江大学土建类虚拟仿真实验中心

本科实验报告（流体力学）姓名：学院：系：专业：学号：指导教师：2019年12 月30 日实验报告课程名称：流体力学实验类型：验证性实验项目名称：(一)流体静力学综合型实验实验日期：2019 年11月13日一、实验目的和要求1.掌握用测压管测量流体静压强的技能;2.验证不可压缩流体静力学基本方程;3.测定油的密度;4.通过对诸多流体静力学现象的实验观察分析,加深流体静力学基本概念理解,提高解决静力学实际问题的能力。

二、实验内容和原理1.在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程z + p/ρg = C 或p = p0 + ρgh式中:z——被测点相对基准面的位置高度;p——被测点的静水压强(用相对压强表示,以下同)p0——水箱中液面的表面压强;ρ——液体密度;h——被测点的液体深度。

2.油密度测量原理方法一：测定油的密度ρ0，简单的方法是利用实验装置的U型测压管8，再另备一根直尺进行直接测量。

实验时需打开通气阀4，使p0 =0。

若水的密度ρw为已知值，由等压面原理有ρ0/ρw = h1/H方法二：不另备测量尺，只利用测管2的自带标尺测量。

先用加压打气球5打气加压使U型测压管8中的水面与油水交界面齐平，有p01 =ρw gh1 = ρ0gH再打开减压放水阀11降压，使U型测压管8中的水面与油面齐平，有p02 = -ρw gh2 = ρ0gH-ρw gH联立两式则有ρ0/ρw = h1/(h1+h2)三、主要仪器设备图.1 流体静力学综合型实验装置图1. 测压管2. 带标尺测压管3. 连通管4. 通气阀5. 加压打气球6. 真空测压管7. 截止阀8. U型测压管9. 油柱10. 水柱11. 减压放水阀四、操作方法与实验步骤1.定性分析实验（1）测压管和连通管判定。

按测压管和连通管的定义,实验装置中管1、2、6、8都是测压管，当通气阀关闭时,管3无自由液面,是连通管。

(2)测压管高度、压强水头、位置水头和测压管水头判定。

在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作，是目前高校迫在眉睫的重要实验室建设任务。

杭州源流科技毛根海教授团队研发的流体力学虚拟仿真实验平台，具有典型性和统一性，值得兄弟院校借鉴和引用。

毛根海教授团队研发的基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台主要包含项目如下：MGH-RJ 6-2-1基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-流体静水力学实验软件MGH-RJ 6-2-2基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-能量方程实验软件MGH-RJ 6-2-3基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-文丘里实验软件MGH-RJ 6-2-4基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-雷诺实验软件MGH-RJ 6-2-5基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-动量定律实验软件MGH-RJ 6-2-6基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-孔口管嘴实验软件MGH-RJ 6-2-7基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-局部水头损失实验软件MGH-RJ 6-2-8基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-沿程水头损失实验软件MGH-RJ 6-2-9基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-毕托管测速实验软件MGH-RJ 6-2-10基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-泵特性曲线实验软件MGH-RJ 6-2-11基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台-泵特性综合实验软件MGH-RJ 6-3-1 基于WEB云平台的水面曲线实验虚拟仿真CAI软件MGH-RJ 6-3-2 基于WEB云平台的堰流实验虚拟仿真CAI软件MGH-RJ 6-3-3 基于WEB云平台的水跃实验虚拟仿真CAI软件MGH-RJ 6-3-4 基于WEB云平台的消能池实验虚拟仿真CAI软件MGH-RJ 6-3-5 基于WEB云平台的消能坎实验虚拟仿真CAI软件MGH-RJ 6-3-6 基于WEB云平台的挑流消能实验虚拟仿真CAI软件WEB网络版实验虚拟仿真CAI软件的技术特性如下：1、基于互联网+，电脑、IPAD、手机都可通过其上的WEB浏览器访问云平台网站做实验，不需下载APP，网上实验真正做到了24小时全开放，方便学生实验虚实结合，随时随地进行实验预习和复习。

摘要流体力学数值模拟软件是一种通过数值计算方法对流体流动过程进行仿真模拟的工具。

在科学研究和工程实际中，流体力学数值模拟软件被广泛应用于各种流体流动问题的研究和解决方案的设计。

本文将详细描述流体力学数值模拟软件在科学研究和工程实际中的应用背景、应用过程和应用效果。

引言流体力学数值模拟软件是在计算机上通过运用数值计算方法对流体的运动、流动和相互作用过程进行仿真模拟的工具。

它可以通过离散化方程组，并在计算网格上进行离散计算来模拟真实流体的运动行为。

流体力学数值模拟软件广泛应用于科学研究和工程实际中，帮助研究人员和工程师解决各种与流体流动相关的问题，包括但不限于流体的流动状态、流体行为的预测与评估、流体流动中的物质输运、空气动力学、流体结构相互作用等。

应用背景流体力学数值模拟软件作为一种计算机仿真工具，广泛应用于科学研究和工程实际中。

在科学研究领域，流体力学数值模拟软件可用于深入理解流体流动现象的物理本质、探究流体流动规律和发展新的数学模型。

在工程实际中，流体力学数值模拟软件可用于设计和优化流体系统和流体设备，以提高工程性能、降低成本和减少试验与实验。

应用过程流体力学数值模拟软件的应用过程可以大致分为以下步骤：1.建立几何模型：根据实际流体系统或设备的几何形状和边界条件，使用计算机辅助设计（CAD）软件构建三维几何模型。

2.网格划分：将几何模型离散封闭为计算网格，根据流场参数和边界条件等要求，选择合适的网格划分方法和网格密度。

3.边界条件定义：规定计算域和物体表面的边界条件，如速度、压力、温度等。

边界条件的设置对模拟效果和计算精度有重要影响。

4.纳维-斯托克斯方程求解：使用数值计算方法求解离散化的纳维-斯托克斯方程组，采用迭代方法求解流场参数，如流速、压力、温度和浓度等。

5.结果分析与评估：对求解得到的流场参数进行后处理、结果分析和评估，比如流体的速度分布、压力分布、温度分布、浓度分布等。

6.结果验证与优化：根据应用需求，对数值模拟结果进行验证，如与实验数据比对，评估模拟结果的准确性和可靠性，并根据结果进行优化设计。

流体力学课程虚拟仿真教学资源库平台开发作者：刘雪岭王悦来源：《高教学刊》2017年第04期摘要：流体力学是一门工科专业基础课程，其理论性强、概念抽象的特征在常规的理论与实验教学中，是学生普遍反映难懂、难学的课程之一。

流体力学虚拟仿真资源库平台是对抽象复杂的理论和实验知识的验证和演示，有利于快速加深学生对复杂的理论知识的理解。

同时，虚拟仿真资源库也是对当前理论教学的补充、实验教学的拓展，它实现对学生知识与能力、理论和实践的有机结合，并培养学生的严谨求实的科学态度。

关键词：流体力学；虚拟仿真教学；资源库；平台开发中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）04-0076-02Abstract： Fluid mechanics is a basic course for the engineering specialty， and its profound theories and abstract concepts can not to understood， one of the difficult subject in the conventional theory and experiment teaching. The virtual simulation teaching database platform on fluid mechanics course is the validation and demonstration about abstract complex knowledge of theory and experiment， conducive to rapid deepen students understanding of the complex theory knowledge. At the same time， the virtual simulation resource is addition to the current theory teaching and experiment teaching.Keywords： fluid mechanics； virtual simulation teaching； database； platform development引言流体力学课程是热能与动力工程以及相近专业（土木工程、环境工程、安全工程等）的一门重要专业基础课。

流体力学与水力学系列实验教学仪器与配套软件为曾获得两次国家级教学成果奖的毛根海教授团队研发成果，设备在高等院校教学一线广泛应用，并根据教学实践不断推陈出新。

根据实验功能分类介绍如下：演示类：自循环流动演示实验、自循环流谱流线演示实验、自循环水击综合实验、自循环静压传递扬水实验、自循环虹吸原理实验、自循环空化机理实验、自循环紊动机理实验、三维旋涡实验等。

流体力学测量类：流体静力学综合实验、伯努利方程综合实验、文丘里实验、环雷诺实验、动量定律综合实验、孔口管嘴综合实验、局部阻力综合实验、沿程阻力综合实验、毕托管测速实验、自循环达西渗流实验、曲面上的静水总压力实验仪和水电比拟实验仪等。

水力学测量类：自循环活动水槽实验、自循环明渠水力学多功能实验、明渠水力学缓流实验、明渠水力学多功能变坡实验。

泵特性系列实验：泵特性曲线实验、双泵并串联综合实验系统。

系列配套实验软件：实验数据处理软件、基于WEB的流体力学虚拟仿真实验平台（网络版CAI虚拟仿真软件）。

杭州源流科技毛根海教授团队，下设有研发创新、仪器质检、电工电子、虚拟实验、精密智造和对外服务六个团队，技术实力强、需求响应快、服务保障好！不仅是本公司产品的售后服务尽心尽责，就是公司成立前，毛教授团队早期以浙江大学水利实验室名义提供给三百余所院校的流体力学及水力学实验设备，在公司成立后的服务期限内，也全部由本公司毛教授的老团队，自始至终免费提供售后服务。

"售后服务好"是杭州源流毛教授团队受到普遍好评的一大亮点。

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源远流长，源流公司将继往开来，欢迎与更多院校开展更广泛合作，共同为我国教育事业贡献正能量。

流体力学数值模拟软件的使用流程1. 简介流体力学数值模拟软件是一种用于模拟流体力学现象的工具。

通过数值计算和模拟，该软件可以预测和分析各种流体在不同条件下的行为。

本文将介绍使用流体力学数值模拟软件的详细流程。

2. 安装软件在开始使用流体力学数值模拟软件之前，首先需要确保软件已经安装在您的计算机上。

根据您使用的操作系统，选择正确的安装文件并按照提示完成安装过程。

3. 准备模拟对象在进行流体力学数值模拟之前，需要准备好模拟对象的几何模型。

可以使用CAD软件创建模型，或者导入现有的模型文件。

确保模型的几何尺寸和细节符合实际需求。

4. 设置模拟参数在进行流体力学数值模拟之前，需要设置模拟的参数。

这些参数包括但不限于流体的性质、边界条件、初始条件等。

根据实际需求和模拟对象的特点，合理设置这些参数以获得准确的模拟结果。

•流体性质：设置流体的密度、粘度等性质参数。

•边界条件：设置流体的进口和出口边界条件。

•初始条件：设置流体的初始状态。

5. 网格划分在进行流体力学数值模拟之前，需要将模拟对象划分成有限个小单元，即网格。

网格的划分精度将直接影响模拟结果的准确性和计算的效率。

•划分大小：根据模拟对象的几何尺寸和复杂程度，合理划分网格的大小。

•划分密度：根据模拟对象内部流动特点，划分网格的密度。

6. 模拟计算在完成网格划分后，即可进行流体力学数值模拟的计算。

•求解方程：根据模拟对象的性质和参数设置，利用流体力学的基本方程进行求解。

•迭代计算：利用迭代算法，将模拟结果逐步逼近真实结果。

•模拟结果：最终得到模拟结果，包括流体的速度、压力、温度等信息。

7. 结果分析在获得模拟结果后，可以对结果进行进一步分析和处理。

根据实际需求，可以选择不同的处理方法和工具。

•可视化结果：使用可视化工具将模拟结果以图形或动画的方式展示出来。

•结果比对：将模拟结果与实际观测结果进行比对，判断模拟结果的准确性。

•结果导出：将模拟结果导出为文档或数据文件，方便后续参考和使用。

基于虚拟实验平台的流体力学课程教学设计作者：高军霞来源：《科教导刊》2014年第22期摘要针对流体力学课程概念抽象、理论性强，学生对流体运动又缺乏感性认识的特点，将流体力学虚拟实验平台融入课堂教学设计环节，用图片、动画等媒体手段讲解知识点的工程背景和应用、解释概念和公式的物理意义等，并将课堂教学与虚拟实验教学相结合，不仅帮助学生进行了流体力学实验理论与基本操作的预习，而且使得学生对实验现象及其蕴含的理论理解得更加透彻深入，提升学生综合素质等方面效果明显。

关键词流体力学虚拟实验平台教学设计课堂教学实验教学中图分类号：G424 文献标识码：AFluid Mechanics Course Teaching DesignBased on Virtual Experiment PlatformGAO Junxia（Department of Mechanical and Electrical Engineering， Tangshan College， Tangshan，Hebei 063000）Abstract Fluid mechanics courses for abstract concepts， theories and strong， fluid movement and the lack of student perceptions of the characteristics of the fluid dynamics of virtual experiment platform designed to integrate into the classroom session， with pictures， animations and other media means and application of knowledge engineering background to explain the point， explain the physical meaning of the concepts and formulas， and combine classroom teaching with virtual experiment teaching， not only preview to help students hydrodynamic theory and the basic operation of the experiment， but also makes the students' theoretical and experimental phenomena inherent in a more thorough understanding， further enhance the overall quality of students and so the effect is obvious.Key words fluid mechanics； virtual experiment platform； teaching design； classroom teaching； experimental teaching1 流体力学课程改革现状由于流体力学概念抽象、理论性强，学生对流体运动又缺乏感性认识，流体力学课程历来被认为是学生难学、教师难教的课程之一。

杭州源流科技有限公司续2015年12月中标“浙江大学流体力学实验课程仪器”项目（浙江大学海洋学院舟山新校区实验室建设项目——计算机测控型新一代流体力学实验仪器）标后，2018年5月底再次中标“浙江大学数字型沿程阻力综合实验仪、数字型雷诺实验仪等”项目（浙大建筑工程学院土木水利工程实验中心流体力学实验课程更新新一代数字型流体力学实验设备）。

浙江大学海洋学院舟山新校区（供货于流体力学实验室建设）杭州源流科技有限公司毛根海教授自浙江大学建工学院二级教授岗退休后，继续长期被学院聘为教学顾问，毛根海一直专注于中国高校的流体力学水力学实验仪器（装置）的创新，在浙江大学期间率领团队获得了二次国家级教学成果一、二等奖，退休后仍然不忘将原来的创新传统手动流体力学实验平台进行新一代的结合现代量测技术的改造。

经过多年的研发创新，与浙江大学土木水利工程实验中心毛欣炜高工一起又为浙江大学和公司申请了十多项发明专利，同时还获得了“第四届全国高校自制实验教学仪器设备一等奖”，源自浙江大学，退休后毛根海教授仍然为浙江大学在国内高校领域的先进流体力学实验教学地位发挥着余热！杭州源流科技毛根海教授团队质优价廉的中标浙江大学的流体力学实验设备项目，是浙江大学老师对毛根海教授团队的认可，同时对公司也是一份责任，针对浙大流体力学实验仪器项目，公司毛根海教授团队都是怀着一种反哺的认真态度来制作完成的，同时还将长期的为母校提供优质的免费维修维护服务。

让源自浙江大学的的创新流体力学实验装置通过杭州源流科技毛根海教授团队的努力，推广到更多的高校，在更多的高校尊定浙江大学在流体力学实验教学的先进水平地位，是我们源流科技毛根海教授团队的目标！浙江大学建筑工程学院土木水利工程实验中心（杭州紫金港校区）（供货于流体力学实验室建设）杭州源流科技有限公司（拥有“流体力学基地.中国”和"力学基地.com"等中文域名）注册并入驻于浙大玉泉老校区侧畔的浙江大学国家大学科技园。

流体力学数值模拟软件在科学研究和工程实际中具有广泛的应用。

它可以模拟和预测液体和气体在不同条件下的流动行为，帮助科学家和工程师解决各种与流体相关的问题。

下面将详细描述流体力学数值模拟软件在科学研究和工程实际中的应用背景、应用过程和应用效果。

一、应用背景流体力学数值模拟软件主要应用于以下领域： 1. 空气动力学：在航空航天领域，流体力学数值模拟软件可以帮助设计飞机、导弹、火箭等飞行器的外形，优化空气动力性能。

2. 汽车工程：在汽车设计中，流体力学数值模拟软件可以模拟车辆行驶时的空气阻力，优化车身外形，提高燃油效率。

3. 能源工程：在能源领域，流体力学数值模拟软件可以模拟火电厂、核电站等能源设备中的水或蒸汽流动情况，优化能量转换效率。

4. 石油工程：在石油勘探和开采中，流体力学数值模拟软件可以模拟油藏中的油气运移规律，预测油藏的产能和开采效果。

5. 生物医学工程：在生物医学领域，流体力学数值模拟软件可以模拟血液流动、心脏泵血等生理过程，帮助研究心血管疾病和设计医疗器械。

二、应用过程流体力学数值模拟软件的应用过程一般包括以下几个步骤： 1. 建立几何模型：根据实际问题的几何形状，使用CAD软件或三维建模软件建立相应的几何模型。

在飞机设计中，可以使用CAD软件绘制出飞机的外形。

2. 网格划分：将几何模型分割成小的网格单元，形成计算网格。

这些网格单元将用于计算流体参数。

网格划分的精度和密度对计算结果有重要影响。

3. 设置边界条件：根据实际问题设置边界条件，如入口速度、出口压力等。

边界条件是模拟过程中必须给定的参数。

4. 定义物理模型：选择适当的流体模型和物理参数，如雷诺数、黏度等。

这些参数将用于描述流体的运动规律。

5. 求解数值方程：根据选择的流体模型和物理参数，使用数值方法求解相关的流体动力学方程，如Navier-Stokes方程。

这些方程描述了流体运动的基本规律。

6. 进行模拟计算：通过迭代求解数值方程，计算出流体在不同条件下的流动行为。

流体力学是一门研究流体的平衡和力学运动规律及其应用的科学。

侧重于工程应用的应用流体力学（有的简称流体力学或水力学）是高等院校的水利、土木、环境、海洋、机械、化工等许多理工科专业的必修课程。

应用流体力学的特点是理论和实践紧密结合，它的许多问题，即使能用现代理论分析与数值计算求解，最终还是要借助实验检验修正。

因此，实验教学在流体力学课程中占有相当重要的地位。

流体力学实验以培养学生的动手能力、分析解决问题能力和创造创新能力为目标。

因此，流体力学实验教学仪器的品质成为了能否实现实验教学目标非常关键的一个环节。

以浙江大学流体力学与水力学实验技术为基础，近三十年来，毛根海教授团队研发的流体力学及水力学实验教学仪器，历经了第一代他循环、第二代自循环、第三代流量自动检测和第四代远近程控制采集这样的四代创新进程，是浙江大学两项国家级教学成果的重要载体之一。

第三代仪器配置有1级精度的智能型数显瞬时流量仪；PLC触摸屏测控型与远近程AR型仪器则配有PLC数字巡检测控仪，实现压差、流量或流速、水位、测压管水头等所有测量值的数字化测量巡检，多支测管水头、实时流量或流速与零位检测等，同时配置实时校零、多测管同步电动排气、结束时自动排除其中积水，以防长苔等电控装置。

毛根海教授团队研发的系列流体力学实验教学仪器配套有高教社出版的实验教材，新开发的WEB网络版实验虚拟仿真CAI软件，全功能实验数据处理软件等，同时还要配套的理论课教材《应用流体力学》，课外辅助教材《奇妙的流体运动科学》，多项教学配套，资源丰富。

毛根海教授团队巧妙应用了流体力学原理进行了多项前端测量结构创新，并结合现代量测技术，解决了桌面小型流体水力学教学实验设备小流量低水头的高精度数字化测量等难题，在实验仪器领域拿到拥有发明专利15项，实用新型专利18项，软件著作权11项，公司新注册商标“毛根海”。