工程流体力学
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工程流体力学的名词解释一、名词解释。
1、雷诺数:是反应流体流动状态的数,雷诺数的大小反应了流体流动时,流体质点惯性力和粘性力的对比关系。
2、流线:流场中,在某一时刻,给点的切线方向与通过该点的流体质点的刘速方向重合的空间曲线称为流线。
3、压力体:压力体是指三个面所封闭的流体体积,即底面是受压曲面,顶面是受压曲面边界线封闭的面积在自由面或者其延长面上的投影面,中间是通过受压曲面边界线所作的铅直投影面。
4、牛顿流体:把在作剪切运动时满足牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
5、欧拉法:研究流体力学的一种方法,是指通过描述物理量在空间的分布来研究流体运动的方法。
6、拉格朗日法:通过描述每一质点的运动达到了解流体运动的方法称为拉格朗日法。
7、自由紊流射流:当气体自孔口、管嘴或条缝以紊流的形式向自由空间喷射时,形成的流动即为自由紊流射流。
8、流场:充满流体的空间。
9、无旋流动:流动微团的旋转角速度为零的流动。
10、有旋流动:运动流体微团的旋转角速度不全为零的流动。
11、自由射流:气体自孔口或条缝向无限空间喷射所形成的流动。
12、稳定流动:流体流动过程与时间无关的流动。
13、不可压缩流体:流体密度不随温度与流动过程而变化的液体。
14、驻点:流体绕流物体迎流方向速度为零的点。
15、流体动力粘滞系数u:表征单位速度梯度作用下的切应力,反映了粘滞的动力性质。
16、压力管路的定义。
---凡是液流充满全管在一定压差下流动的管路都称为压力管路。
17、作用水头的定义。
----任意断面处水的能量,等于比能除以。
含位置、压力水头和速度水头。
单位为m。
18、层流:当流体运动规则,各部分分层流动互不掺混,流体质点的迹线是光滑的,而且流场稳定时,此种流动形态称为层流。
19、湍流:当流体运动极不规则,各部分流体相互剧烈掺混,流体质点的迹线杂乱无章,流场极不稳定时。
此种流动形态称为“湍流”。
20、表面张力:液体表面任意两个相邻部分之间的垂直与它们的分界线的相互作用的拉力。
流体:一种受任何微小剪切力作用,都能产生连续变形的物质。
流动性:当某些分子的能量大到一定程度时,将做相对的移动改变它的平衡位置。
流体介质:取宏观上足够小、微观上足够大的流体微团,从而将流体看成是由空间上连续分布的流体质点所组成的连续介质压缩性:流体的体积随压力变化的特性称为流体的压缩性。
膨胀性:流体的体积随温度变化的特性称为流体的膨胀性。
粘性:流体内部存在内摩擦力的特性,或者说是流体抵抗变形的特性。
牛顿流体:将遵守牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体,反之称为非牛顿流体。
理想流体:忽略流体的粘性,将流体当成是完全没有粘性的理想流体。
表面张力:液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。
表面力:大小及表面面积有关而且分布作用在流体微团表面上的力称为表面力。
质量力:所有流体质点受某种力场作用而产生,它的大小及流体的质量成正比。
压强:把流体的内法线应力称作流体压强。
流体静压强:当流体处于静止或相对静止时,流体的压强称为流体静压强。
流体静压强的特性:一、作用方向总是沿其作用面的内法线方向。
二、任意一点上的压强及作用方位无关,其值均相等(流体静压强是一个标量)。
绝对压强:以完全真空为基准计量的压强。
相对压强:以当地大气压为基准计量的压强。
真空度:当地大气压-绝对压强液体的相对平衡:指流体质点之间虽然没有相对运动,但盛装液体的容器却对地面上的固定坐标系有相对运动时的平衡。
压力体:曲面上方的液柱体积。
等压面:在平衡流体中,压力相等的各点所组成的面称为等压面。
特性一、在平衡的流体中,过任意一点的等压面,必及该点所受的质量力互相垂直。
特性二、当两种互不相混的液体处于平衡时,它们的分界面必为等压面。
流场:充满运动流体的空间称为流场。
定常流动:流场中各空间点上的物理量不随时间变化。
缓变流:当流动边界是直的,且大小形状不变时,流线是平行(或近似平行)的直线的流动状态为缓变流。
急变流:当流边界变化比较剧烈,流线不再是平行的直线,呈现出比较紊乱的流动状态称为急变流。
工程流体力学中的流体力学模型建立与验证工程流体力学是研究流体在工程领域中运动与力学行为的学科。
在工程实践中,建立合适的流体力学模型是设计、优化和验证工程系统的关键。
本文将介绍工程流体力学中的流体力学模型的建立与验证方法。
一、流体力学模型的建立1. 宏观层面的模型建立在工程流体力学中,通常采用连续介质假设,即将流体看作是连续均匀的介质。
根据质量、动量和能量守恒定律,可以得到流体力学模型的基本方程组,包括连续性方程、动量方程和能量方程。
这些方程描述了流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒。
2. 微观层面的模型建立在某些情况下,宏观层面的流体力学方程无法准确描述流体行为。
在这种情况下,可以采用微观模型,如分子动力学模型或格子气模型,来模拟流体的微观行为。
通过统计力学的方法,可以得到微观模型的动力学方程,并从中推导出宏观流体力学方程。
3. 边界条件的设定在建立流体力学模型时,还需要根据实际情况设置边界条件。
边界条件包括入口条件、出口条件和壁面条件。
合理设置边界条件可以使流体力学模型更加贴近实际情况。
二、流体力学模型的验证1. 数值模拟验证数值模拟是流体力学模型验证的重要手段之一。
通过利用计算流体力学软件进行数值模拟,可以计算得到流体在复杂边界条件下的流动行为。
与理论分析对比,可以验证流体力学模型的准确性。
2. 实验验证实验验证是另一种常用的流体力学模型验证方法。
通过在实验室建立相应的流体力学实验装置,测量流体的动态行为,并与流体力学模型的计算结果进行对比。
实验验证不仅可以验证流体力学模型的准确性,还可以提供实际工程应用中的参数参考。
3. 对比分析验证对比分析验证是将流体力学模型的结果与已有的实验数据或经验值进行对比分析。
如果模型的计算结果能够与实验数据或经验值相吻合,那么就可以说明流体力学模型的准确性。
4. 灵敏度分析验证灵敏度分析验证是通过调整模型中的参数或边界条件,观察模型结果的变化情况。
如果模型的结果对参数或边界条件的变化非常敏感,那么可以说明流体力学模型的准确性。
工程流体力学公式1.流体静力学公式:(1) 压强公式:P = ρgh,其中P为压强,ρ为流体密度,g为重力加速度,h为液面高度。
(2)压力公式:P=F/A,其中P为压力,F为作用力,A为受力面积。
2.流体力学基本方程:(1)质量守恒方程:∂(ρ)/∂t+∇·(ρv)=0,其中ρ为密度,t为时间,v为速度矢量。
(2) 动量守恒方程:∂(ρv)/∂t + ∇·(ρvv) = -∇P + ∇·τ +ρg,其中P为压力,τ为应力张量,g为重力加速度。
(3) 能量守恒方程:∂(ρe)/∂t + ∇·(ρev) = -P∇·v +∇·(k∇T) + ρg·v,其中e为单位质量的总能量,T为温度,k为热传导系数。
3.流体动力学方程:(1)欧拉方程:∂v/∂t+(v·∇)v=-∇(P/ρ)+g,其中v为速度矢量,P为压力,ρ为密度,g为重力加速度。
(2)再循环方程:∂v/∂t+(v·∇)v=-∇(P/ρ)+g+F/M,其中F为体积力,M为质量。
4.流体阻力公式:(1) 粘性流体的阻力公式:F = 6πμrv,其中F为阻力,μ为粘度,r为流体直径,v为速度。
(2)粘性流体在管道中的流量公式:Q=(π/8)ΔP(R^4)/(Lμ),其中Q为流量,ΔP为压差,R为半径,L为管道长度,μ为粘度。
5.流体力学定律:(1) Pascal定律:在封闭的液体容器中,施加在液体上的外力将均匀传递到液体的每一个点。
(2) Bernoulli定律:沿着流体流动方向,速度增大则压力减小,速度减小则压力增大。
除了上述公式之外,还有许多与特定问题相关的公式,如雷诺数、流体阻力系数、泵和液力传动公式等。
这些公式是工程流体力学研究和设计的基础,可以帮助工程师分析和解决与流体运动和相互作用有关的问题。
工程流体力学中的流量分析与计算工程流体力学是应用力学原理和流体力学理论研究各种工程问题的一门学科。
流量分析与计算是工程流体力学中的重要内容之一,它是研究流体在管道、河流、水利工程等流动过程中的流量变化规律与计算方法。
在工程流体力学中,流量是指单位时间内通过某一截面的流体体积。
根据流量分析与计算的要求,我们需要了解以下几个方面的内容:1. 流量的计算公式:在工程流体力学中,可以根据不同的条件和假设推导出流量的计算公式。
例如,对于定常、稳定的流体流动,可以使用流量公式Q=Av,其中Q表示流量,A表示截面积,v表示流速。
对于非定常流动或复杂的工程问题,可能需要采用更为复杂的计算方法。
2. 流量的测量方法:对于工程实际应用中的流量测量,通常会采用流量仪表进行测量。
常见的流量仪表有流量计、流量传感器等。
根据具体需求和实际情况,选择合适的流量仪表进行测量,并且校准仪表以确保测量结果的准确性。
3. 流量分析:在工程实践中,常常需要对流体的流动进行分析,例如管道系统的设计、水泵的选型等。
流量分析主要包括对流体流动特性、流速分布、流道阻力等方面的研究,以便对工程问题进行定量分析和优化设计。
4. 流量计算的应用:流量计算在各种工程领域有着广泛的应用。
例如,在供水工程中,需要计算水的流量来确定供水量;在管道输油工程中,需要计算油管中的流量来确保输送效率;在河流治理中,需要计算河水的流量来评估洪水风险等。
通过流量计算,可以为工程设计和管理提供科学依据。
5. 数值模拟方法:随着计算机技术的发展,数值模拟成为流量分析与计算的重要手段之一。
通过建立计算流体力学(CFD)模型,可以对复杂的流动问题进行模拟和计算,以获得流量以及其他流动参数的精确预测。
数值模拟方法在工程流体力学中具有重要的应用价值。
在进行流量分析与计算时,需要注意以下几个关键点:1. 边界条件的合理设定:在进行流量计算时,必须合理设定流体流动的边界条件,如入口和出口的流速、压力等,以及管道、河流的几何特征。
工程流体力学1 工程流体力学是什么工程流体力学(Engineering Fluid Mechanics,简写为EFM)是一门系统的学科,讨论的是涉及流体流动的物理原理及其在各种工程上的应用。
涵盖了气体和液体的流动,包括固体的流动。
它是材料科学,力学,电子学,电气工程,化学工程,热传导,机械工程等学科的综合。
它借助物理学和数学的方法来研究和分析流体物理过程,以及流体对各种物质,细节,器件和装置的影响。
2 流体力学的主要内容工程流体力学的主要内容包括静动力流体力学、压力与流量特性、热力学与流变学、不可压缩流体力学和固态流体力学。
其中,静动力流体力学研究流体的性质,及其在用于指定流体流经体系的一般条件下的性能;压力与流量特性研究的是特定的流体在给定的动压条件下的行为;热力学与流变学则是研究由于温度、压力和流速变化而引起的流体性质变化;而不可压缩流体力学则是研究气体的流动;固态流体力学则是研究固体材料的流动。
3 工程流体力学的应用工程流体力学的主要应用有液压传动,气动传动,涡轮机械和内燃机,压气机,增压机械,气体充填、分离、加热、蒸发、蒸馏及纯化等技术,空气动力学,水力学,污水处理,风力发电,水轮机械,水利工程等等。
工程流体力学的应用可以涉及空气动力学,流体压缩机和气动传动,涡轮机械,水体模型,机械设备等等。
它们可用于航空、轨道运输、宇宙空间技术、清洁能源技术、海洋技术、矿井技术等和其他工业等行业,复杂系统设计,军事科学及其它新技术中应用。
4 结论工程流体力学是涉及流体流动的物理原理及其在各种工程上的应用的系统学科,主要包括静动力流体力学、压力与流量特性、热力学与流变学、不可压缩流体力学和固态流体力学。
它的应用范围相当广泛,涉及到了航空、轨道运输、宇宙空间技术、清洁能源技术、海洋技术、矿井技术等等,作为工程科学技术的重要组成部分,它给人类带来了许多积极的影响。
《工程流体力学》课程标准课程名称:工程流体力学适用专业:石油工程技术计划学时:64一、课程性质《工程流体力学》课程是石油工程技术专业的一门有特色的必修专业基础课程,也是一门知识性、技能性和实践性要求很强的课程。
流体力学课程是学生理解掌握现代化石油勘探、设计、运行与管理的知识基础,也是学生继续深造及将来从事研究工作的重要工具,为今后的专业学习和工作实践奠定基础。
本课程是石油工程技术专业一门必修的专业基础课程,具有较强的实际应用性,在学生职业能力培养和职业素质养成两个方面起支撑和促进作用。
二、培养目标《工程流体力学》课程立足于高职院校的人才培养目标,培养拥护党的基本路线,适应社会主义市场经济需要,德、智、体、美全面发展,面向石油工业生产、管理和服务第一线,牢固掌握石化职业岗位 (群)所需的基础理论知识和专业知识,重点掌握从事石化领域实际工作的基本能力利基本技能,具有良好的职业道德、创业精神和健全体魄的高等技术应用型专门人才。
按照职业岗位标准和工作内容的要求,通过对本课程的学习,使学生掌握化学分析中、高级工的应知理论、应会技能和必备的职业素养。
成为满足石化企业分析检验岗位对所需人才知识、能力、素质要求的高技能人才。
通过项目导向,教学探究型的教学,加强学生实践技能的培养,培养学生的综合职业能力和职业素养、独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力和与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。
通过本课程的实践教学,使学生毕业后可胜任流体力学学科或相邻学科的教学、科研、技术开发与维护工作,能够解决能源化工等工程中遇到的流体力学问题,从而实现本专业的培养目标。
知识目标(1)使学生掌握流体力学的基本知识、基本理论、基本实验技能。
(2)培养学生对流体力学基本概念、基本理论、基本运算原理的应用能力。
(3)使学生具有实验实训室常用仪器、设备的规范使用能力。
(4)使学生掌握连续性方程、能量方程、动量方程的应用。
方法能力目标(1)使学生掌握流体力学的基本原理及分析方法,在进行教学的同时,注重基础理论的发展过程及联系,培养学生解决一般问题的能力。
(2)将一些较典型的属于知识传授性质的内容以及较简单重复的内容通过课外教学的形式传授给学生,培养学生的自学能力。
(3)使学生掌握一定的实验技能与方法,具有测量运动参数、分析实验参数和编写实验报告的能力。
社会能力目标(1)注重向学生介绍化学的思想及该学科在研究、发展过程中的特色。
(2)树立“绿色”的现代实验理念。
(3)培养学生养成独立思考的习惯。
(4)注重学生严谨、求实科学作风的培养。
(5)养成热爱科学、实事求是的学风和创新意识、创新精神。
(6)具有良好的人文素质和职业道德,能够与人和睦相处,团队意识强。
三、课程理念应面向全体学生,为学生进入和适应社会打下基础,着眼于学生全面发展和终身发展的需要,有助于学生的终身学习;改变学生的学习方式,引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,突出创新精神和实践能力的培养;树立以学生为主体的教学观念,鼓励教师创造性地探索新的教学途径,改进教学方法和教学手段;促进学生全面发展、采用灵活多样的评价方法,注重学生学习过程和学习结果的全程评价;建立评价目标多元、评价方法多样的评价体系体验探究过程,养成科学的态度,具备适应未来生存和发展所必备的科学素养。
四、课程设计课程设计理念以学生就业能力培养为导向,创新人才培养模式,坚持以高职教育培养目标为依据,遵循“结合理论联系实际,以应知、应会、必需、够用”的原则,以培养锻炼职业技能为重点,让每一位学生都能成为社会和企业必需的优秀的专门型技术人才。
本课程以石化工作岗位的职业能力培养为重点,以岗位职业标准利工作任务为依据,通过分析石化生产过程、石化分析检测过程任务设计教学内容,让课程内容与生产工作任务一一对应;突出学生职业能力培养。
校内实训与企业生产内容相同,按照仿真生产进行,把课程设在实训室及实训基地,融教学生产为一体,教学做为一体,营造良好的职业氛围和环境,注重培养学生的专业思维能力和专业实践能力。
通过专业教学与实训实习相结合,体现高职课程的职业性、实践性、开放性,设计教学任务,在教师的指导下让学生自己设计实训项目,自己完成实训项目,培养学生分析问题、解决问题的能力。
课程设计思路《工程流体力学》课程在设计思想上充分体现一体化,即:理论与实践内容一体化、知识传授与动手实验一体化、理论与实践教师为一人的“一体化”,课程采用项目导向,任务驱动的教学模式。
《工程流体力学》的课程内容要经历由企业调研到行业岗位分析到典型工作任务确定,从典型工作任务对职业核心能力的要求到学习领域的设定,强调学习领域的教学内容是由多个学习情景的整合,在每个学习情景构建中分成应知知识点、职业能力要点、职业素质训练三个部分,为学生素质能力、职业能力、创新能力培养开拓了新的途径,每一个学习情景对应一个典型工作过程。
与前后课程的联系该课程前承《油田化学》,后继《采油工程原理》、《内燃机原理》等课程,为后续实习和毕业设计做必要的知识准备;起着承上启下的关键作用。
对教师的要求(1)具备物理、化学、高等数学的理论基础知识;(2)具备操作基本分析实验能力;(3)有1年以上企业一线生产经验或3年以上企业见习经历;(4)具备设计基于任务驱动的教学法的设计应用能力。
(5)对学习场地、设施的要求为保证学生顺利完成项目任务,本课程理论部分需要在多媒体教室完成教学过程,学生能在图书馆或机房通过网络查找有关资料;实验实训部分需要在化工综合实验室和分析化学实验室进行。
学习资源的选用(1)教材选取的原则以培养实践能力、创新能力和创业能力为指导思想,贯彻高职高专培养目标,强调理论与实践的结合、教材与实际的结合、操作与管理的结合。
(2)推荐教材王楠等工程流体力学 (第三版) 石油工业出版社 2005年(3)参考的教学资料袁恩熙工程流体力学石油工业出版社 1995年张兆顺等流体力学清华大学出版社 2006年五、教学设计教学设计的理念和原则本课程教学以理论“必需、够用”为基本原则,根据学生职业人生设计教学项目,以职业工作流程为线索,以职场情境创设为导入,以项目和任务为载体,设计《分析化学》课程。
(1)建立“项目化”的课程结构。
重点是突破学科教育重知识系统、重文体知识、重章节结构的课程体系,以职业工作流程为线索,以项目(任务)为载体,对课程内容进行整体设计。
(2)采用“任务驱动”的教学模式。
根据课程内容模块,以完成职业任务为核心派生工作项目,以完成工作项目为目标派生工作职责,以胜任工作职责为目的重组理论与实践教学内容。
(3)确定“能力培养为主”的教学方案。
为使学生适应本专业就业环境,注重强化训练学生动手、动口和动脑能力。
(4)建立综合实训平台。
通过实验实训,让学生在操作过程中对知识和技能有更进一步的认识和理解。
学习情景设计按照以项目为导向,任务为驱动,以岗位职业能力培养为重点,根据石化采油、钻井岗位能力要求,将教学内容设置成6个学习情境。
教学方法与手段本课程采用讲授法、案例法、任务驱动法、多媒体教学。
(1)本课程的教学要不断摸索适合高职教育特点的教学方式。
采取灵活的教学方法,启发、诱导、因材施教,注意给学生更多的思维活动空间,发挥教与学两方面的积极性,提高教学质量和教学水平。
在规定的学时内,保证该标准的贯彻实施。
(2)教学过程中,要从高职教育的目标出发,了解学生的基础和情况,结合其实际水平和能力,认真指导。
(3)教学中要结合教学内容的特点,培养学生独立学习的习惯,开动脑筋,努力提高学生的自学能力和创新精神,分析原因,找到解决问题的方法和技巧。
(4)重视学生之间的团结和协作,培养共同解决问题的团队精神。
(5)加强对学生分析技能的指导。
(6)教学中注重任务驱动教学方法的应用。
(7)任课教师根据学生情况及学院条件,可设计相应难度的主题,以达到教学目的。
教学评价与考核方式对学生实行以职业能力为中心的考核。
通过各种考试形式激发学生自主学习的积极性,并体现在解决实际问题的应用能力、获取新知识、新技能的学习能力、团队活动的合作能力和职业语言表达能力等方面。
(1)采用阶段性评价、过程评价与目标评价、项目评价相结合,理论与实践一体化评价模式。
(2)关注评价的多元性,结合课堂提问、学生作业、平时测验、学生实践教学体会、分析化学基本技能竞赛及考试情况,综合评价学生成绩(3)应注重学生实践中分析问题、解决问题能力的考核,对在学习和应用上有创新的学生应予特别鼓励,全面综合评价学生能力。
(4)考核知识点与技能点全面开放,以项目带动知识点的学习。
(5)以定量方式呈现评价结果。
采用平时成绩和答辩成绩相结合的形式。
考核方式设计建立过程考评与期末考评相结合的方法。
具体考核要求见上表。
六、课程资源的开发与利用教材编写(1)必须依据本课程标准编写教材,教材应充分体现项目导向、任务驱动的课程设计思想。
(2)教材应将本专业职业活动,分解成若干典型的工作项目,按完成工作项目的需要和岗位操作规程。
要以生产工艺为载体,引入必须的专业知识,增加实践内容,强调理论在实践过程中的应用。
(3)教材应图文并茂,提高学生的学习兴趣,加探学生对工厂生产设备的认识和理解,教材表达必须精炼、准确、科学。
(4)教材内容应体现先进性、通用性、实用性,要将本专业新技术、新方法、新成果及时地纳入教材,使教材更贴近本专业的发展和实际需要。
(5)教材中的活动设计的内容要具体,并具有可操作性。
信息技术应用(1)注重课程资源和现代化教学资源的开发和利用,这些资源有利于创设形象生动的工作情景,激发学生的学习兴趣,促进学生对知识的理解和掌握。
建议加强课程资源的开发,建立多媒体课程资源的数据库,努力实现跨学校多媒体资源的共享,以提高课程资源利用效率。
(2)积极开发和利用网络课程资源,充分利用诸如电子书籍、电子期刊、数据库、数字图书馆、教育网站和电子论坛等网上信息资源,使教学从单一媒体向多种媒体转变,教学活动从信息的单向传递向双向交换转变,学生单独学习向合作学习转变。
(3)运用现代教育技术和虚拟现实技术,建立虚拟社会、虚拟企业、虚拟车间、虚拟项目等仿真教学环境,优化教学过程,提高教学质量和效率,有利于规范学生操作流程,有利于培养学生专业素质。
(4)建立习题库及答案,同时为学生提供多版本的参考书,有利于学生复习和巩固知识。
(5)建立学习资料库,推荐国内与专业有关的网站地址,积极引导与培养学生学会自主学习、资料查询等能力。
工学结合(1)产学合作开发课程资源,充分利用本行业典型的生产企业的资源,进行产学合作,建立实习实训基地,实践“工学”交替,满足学生的实习实训,同时为学生的就业创造机会。
(2)建立一支适应本专业的、稳定的、开放性的、具有丰富实践施工经验的兼职教师,实现理论与实践教学合一、专职教师与兼职教师合一、课堂教学与生产现场教学合一,满足学生综合职业能力培养的要求。