船舶水动力学
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航行器跨介质高速水动力学机理研究及工程应用航行器跨介质高速水动力学机理研究及工程应用是指对在空气和水介质中进行高速航行的航行器进行水动力学机理的研究,并将研究成果应用于相关工程中。
航行器在空气和水介质中的高速航行会面临许多挑战,例如液体与气体介质的性质不同所带来的阻力和流场变化、介质界面处的动压影响以及航行器本身受力和稳定性等方面。
因此,为了实现航行器的高效高速航行,需要对航行器在跨介质情况下的水动力学机理进行深入研究。
航行器跨介质高速水动力学机理研究主要包括以下方面内容:1. 跨介质流场数值模拟和实验研究:通过使用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟,或者利用水槽试验等实验手段观测航行器在空气和水介质中的流场分布和流动特性。
2. 跨介质航行器的阻力研究:通过对航行器在空气和水中的阻力进行分析和测试,研究阻力的来源和改善方案,以减少阻力对航行器的影响。
3. 跨介质航行器运动的稳定性研究:通过研究航行器在跨介质过程中的运动稳定性,探索航行器设计和控制方案,以保证航行器的稳定性和安全性。
4. 跨介质航行器的推进系统研究:通过研究航行器在空气和水中的推进系统,优化推进系统的设计和性能,提高航行器的速度和效率。
航行器跨介质高速水动力学机理研究的工程应用主要包括以下方面:1. 跨介质高速船舶设计和优化:通过研究航行器的水动力学机理,改进船舶的设计和配置,提高船舶的速度和航行性能。
2. 跨介质水下和空中飞行器设计和控制:通过研究航行器的水动力学机理,设计和控制水下和空中飞行器,改善其飞行性能和稳定性。
3. 跨介质运动员装备设计和改进:通过研究跨介质高速运动员装备的水动力学机理,提高运动员的速度和姿势控制能力,提升运动员的竞技成绩和安全性。
总的来说,航行器跨介质高速水动力学机理研究及工程应用旨在揭示航行器在空气和水介质中的流动特性和力学行为,并将研究成果应用于相关工程领域,以提高航行器的性能和安全性。
船舶海洋与工程专业专业一般开设的课程船舶海洋与工程专业涉及广泛,其课程设置通常包括工程、海洋科学、船舶设计、导航和海洋工程等方面的内容。
以下是一般开设的一些课程:
1.船舶结构与设计:介绍船舶的结构、设计原理以及相
关的船体工程学。
2.船舶动力学:研究船舶的动力系统,包括发动机、推
进系统和船舶的运动特性。
3.海洋工程与技术:涉及海洋环境、海洋资源开发、海
洋能源等方面的工程技术和应用。
4.船舶工程管理:着重于船舶项目的计划、组织、控制
和监督,培养学生的项目管理技能。
5.导航与海洋信息技术:学习船舶导航系统、海洋信息
技术及其在航海中的应用。
6.船舶水动力学:研究船舶在水中的运动,涉及到流体
动力学、浮力等概念。
7.船舶制造工艺与技术:学习船舶制造过程中的工艺、
材料和相关技术。
8.油轮管理与操作:针对油轮运营、安全、管理等方面
的专业课程。
9.海事法规与安全管理:学习国际海事法规、航海安全
管理等相关知识。
10.海洋资源与环境保护:关注海洋资源的可持续开发和
海洋环境的保护。
11.船舶电气与自动化:研究船舶电气系统、自动控制系
统及其应用。
这些课程旨在培养学生对船舶、海洋和工程领域的深刻理解,使他们具备设计、建造、运营和管理船舶及相关工程项目的能力。
课程设置可能有所不同,具体以各个学校和专业的要求为准。
船海与能源动力工程领域基础知识船海与能源动力工程是涉及船舶和海洋能源利用的学科领域,是海洋工程和能源工程的交叉学科。
本文将介绍船海与能源动力工程的基础知识,包括船舶工程和能源动力系统。
一、船舶工程船舶工程是研究船舶设计、建造和维修的学科,主要包括船舶结构、船舶力学、船舶流体力学和船舶动力学等方面的知识。
1. 船舶结构船舶结构是指船体的各个部分,包括船体骨架、船体壳体和船舶上部结构等。
船舶结构的设计需要考虑船舶的承载能力、稳定性和安全性等因素。
2. 船舶力学船舶力学是研究船舶在水中运动的学科,包括船舶静力学、船舶动力学和船舶操纵性等方面的知识。
船舶力学的研究可以帮助设计出性能优良的船舶,提高船舶的运动性能和操纵性能。
3. 船舶流体力学船舶流体力学是研究船舶在水中运动时与水的相互作用的学科,包括水动力学和潮汐学等方面的知识。
船舶流体力学的研究可以帮助设计出具有良好流线型的船舶,减小船舶的水阻力,提高船舶的经济性和航行速度。
4. 船舶动力学船舶动力学是研究船舶动力系统和船舶运动之间关系的学科,包括船舶推进系统和船舶运动控制系统等方面的知识。
船舶动力学的研究可以帮助设计出具有良好推进性能和操纵性能的船舶。
二、能源动力系统能源动力系统是指船舶上用于提供动力的设备和系统,主要包括燃料系统、发动机系统和传动系统等。
1. 燃料系统燃料系统是指船舶上用于储存和供应燃料的设备和管线,包括燃料储存装置、燃料供应装置和燃料管线等。
燃料系统的设计需要考虑燃料的安全性和经济性,确保船舶能够长时间航行。
2. 发动机系统发动机系统是指船舶上用于提供动力的发动机和相关设备,包括主机系统和辅机系统等。
主机系统一般采用内燃机或蒸汽机,辅机系统包括发电机组、冷却系统和润滑系统等。
发动机系统的设计需要考虑船舶的动力需求和航行条件,确保发动机能够有效运行。
3. 传动系统传动系统是指船舶上用于将发动机输出的动力传递到船舶推进装置上的设备和系统,包括传动轴、传动齿轮和传动联轴器等。
MPS方法研究进展及其在船舶水动力学问题中的应用陈翔;张友林;万德成【摘要】移动粒子半隐式方法(moving particle semi-implicit, MPS)是基于Lagrangian观点来描述流体的运动,具有能够灵活处理自由面的大幅度变形及物体的运动变形等优点,近年来受到越来越多研究人员的关注.本文对MPS方法的研究进展及其在船舶与海洋工程水动力学问题中的应用现状进行介绍.从计算精度方面,介绍了研究人员为提高压力场的光滑性及稳定性,对粒子间相互作用模型做出的多种改进.从计算效率方面,介绍了提高MPS方法计算速度的主要技术手段,同时从扩展MPS方法在实际水动力学问题中应用范围的角度,介绍了研究人员在数值边界条件和多相流方面做出的贡献.本文回顾了MPS方法在船舶与海洋工程典型水动力学问题中的应用成果,对该方法在数值格式改进、与其他方法耦合及三维复杂实际工程应用方面的发展空间进行了展望.%The moving particle semi-implicit (MPS) method, a recently introduced meshless method based on La-grangian description,has drawn increasing attention from researchers owing to its advantages in handling flows char-acterized by a violent free surface. In this paper,we focus on the development and application of the MPS method to marine hydrodynamic problems. To ensure computational accuracy, we introduce various improvements on the particle interaction model to enhance computation stability and pressure smoothness. We then present some compu-tational acceleration techniques for increasing computational efficiency. To apply the MPS method to hydrodynamic problems,researchers must address a number of issues relating to the boundary conditions and multiphase flow model. We review some of thelatest naval architecture and ocean engineering applications using the MPS method and evaluate its potential developments with respect to its numerical format, combination with other methods, and application to three-dimensional problems.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】18页(P955-972)【关键词】无网格粒子法;移动粒子半隐式方法;并行加速技术;重叠粒子技术;多分辨率粒子技术;多相流;流固耦合【作者】陈翔;张友林;万德成【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O35;U663移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit, MPS)是一种基于Lagrangian系统描述流场的无网格粒子类方法,采用任意分布的粒子对流场进行空间离散,基于预估-修正(半隐式)的方式来求解流体控制方程,通过核函数表征的相互作用模型实现粒子间质量、动量、压力等信息的传递。
船模的原理船模的原理是通过模拟真实船只的运动和水动力学原理,对船舶的运动特性、稳定性和操纵性进行分析和实验。
船模试验是海洋工程、船舶设计和航行安全等领域的重要研究手段之一,可用于验证理论计算结果、优化船体设计、评估船舶性能以及研究船舶与海洋环境的相互作用。
船模试验的原理基于流体力学和运动学原理。
在船模试验中,将实际船舶的形状等比例地缩小,制作成船模,并将船模放置在水槽或水池中进行试验。
通过受力传递原理,船模受到水流的作用,会产生各种水动力效应,如阻力、抗侧力、抗扭力等。
通过测量这些效应,可以得到对应的数据,进而分析船体的性能。
船模的试验主要分为自由航行试验和受控试验两种。
自由航行试验是指船模在水中自由行驶,模拟实船的航行状态。
受控试验是指通过在水槽中设置相应的控制装置,控制船模的姿态和运动状态,模拟特定的操作和海洋环境条件。
不同类型的试验可以根据具体需要进行选择。
船模试验所揭示的原理包括以下几个方面:1. 水动力学效应:船模试验通过测量水动力学效应,如阻力、推力、升力、侧力等,来了解不同船体形状、尺寸和运动条件下的水动力学特性。
通过这些数据,可以评估船舶的性能,并为船舶设计和改进提供依据。
2. 运动学特性:船模试验可以测量船模在不同操作和海洋环境条件下的运动特性,如航行稳定性、加速度、姿态角等。
这些数据对船舶操纵和航行安全具有重要意义,能够为船舶设计提供指导。
3. 流场分析:船模试验可以通过测量船模周围的流体运动状态,如流速、流向、流线等,来研究船体和海洋环境的相互作用。
这对于理解海洋波浪、水流等环境条件对船舶运动的影响,以及船舶的涨落和姿态稳定性具有重要意义。
4. 操纵性能:船模试验可以模拟船舶在各种操作和操纵条件下的性能,如转向灵活性、加减速响应、停泊和锚泊操作等。
这对于评估船舶的操纵性能、优化船舶设计和指导船舶操作具有重要意义。
船模试验不仅可以提供直观的实验数据,还可以辅助理论计算和数值模拟。
船舶设计知识点分级船舶设计是关于船舶结构、性能和功能的科学与艺术的结合。
对于想要学习船舶设计的人来说,了解和掌握船舶设计的各个知识点是非常重要的。
本文将根据难度和重要性,将船舶设计知识点分为初级、中级和高级三个级别,以帮助读者系统学习船舶设计。
一、初级船舶设计知识点初级船舶设计知识点主要包括以下内容:1. 船舶基本结构:了解船舶的基本结构,包括船体、甲板、船首、船尾、舱室等部分的功能和设计原理。
2. 船舶舾装设计:学习船舶的舾装设计,包括船舶的船桥、船舱、船舱设备、防污涂料等方面的设计。
3. 船舶舾装材料:了解船舶舾装材料的种类、性能和选用原则,包括钢铁、铝合金、玻璃钢等材料。
4. 船舶稳性与浮力:掌握船舶稳性和浮力的基本概念和计算方法,了解船舶的平衡原理和稳定性控制方法。
二、中级船舶设计知识点中级船舶设计知识点主要包括以下内容:1. 船舶动力系统:学习船舶动力系统的设计,包括船舶发动机、传动系统、推进装置等方面的设计和选择。
2. 船舶水动力学:深入了解船舶的水动力学原理,包括船舶的流体阻力、推进力、航行性能等方面的计算和优化。
3. 船舶结构强度:研究船舶结构的强度设计和计算方法,包括船舶的承载力、应力分析、材料疲劳等方面的知识。
4. 船舶操纵性能:了解船舶的操纵性能,包括舵手力、转向性能、姿态稳定性等方面的设计和评估方法。
三、高级船舶设计知识点高级船舶设计知识点主要包括以下内容:1. 船舶结构优化:学习船舶结构优化的方法和工具,包括有限元分析、多目标优化等方面的知识。
2. 船舶系统集成:研究船舶各个系统的集成设计方法,包括船舶电气系统、自动控制系统、供配水系统等方面的知识。
3. 船舶设计规范:深入了解船舶设计的相关规范和标准,包括国际海事组织(IMO)的规章要求和船级社的规范。
4. 船舶性能预测:掌握船舶性能预测的方法和软件工具,包括数字化仿真、性能模型等方面的技术。
结语船舶设计是一门复杂而广泛的学科,需要系统学习和不断实践。
潜艇的转弯原理潜艇的转弯原理主要涉及到水动力学以及船舶工程学的知识。
下面我将详细介绍潜艇转弯的原理。
首先,潜艇的转弯依赖于舵的操作。
舵是潜艇上的控制装置,通过改变舵角来改变水流对潜艇的作用力,从而实现转弯。
在水下航行中,潜艇需要合理地控制舵角来调整方向。
当潜艇需要转弯时,舵会改变舵角,使水流在舵的作用下产生一个侧向力。
这个侧向力会对潜艇施加一个力矩,使潜艇开始偏离原始航向。
然后,潜艇的舵将继续保持一定的舵角,以持续产生侧向力,并在水流的作用下改变潜艇的航向。
潜艇的转弯原理还涉及到水流的变化。
当潜艇改变舵角时,水流的方向也会随之改变。
水流的变化会导致水动力学效应发生,对潜艇的浮力、阻力和推进力产生影响。
在转弯过程中,潜艇的浮力分布也会有所改变。
一般来说,潜艇的浮力大部分集中在艇首和艇尾。
当潜艇开始转弯时,水流的作用会使一侧的浮力增加,而另一侧的浮力减小。
这种浮力分布的改变会使潜艇产生一个向内的力矩,促使潜艇完成转弯。
与浮力的改变相对应的是阻力的变化。
阻力与潜艇的速度和形状有关,当潜艇改变航向时,水流的作用会使阻力分布发生变化。
一般来说,潜艇转弯时的阻力会增加,这是由于水流的作用与潜艇的方向变化相对应。
这种增加的阻力会进一步促使潜艇完成转弯。
另外,潜艇的转弯还依赖于推进力的调整。
推进力是潜艇航行的动力来源,通过潜艇的推进装置产生。
在转弯过程中,潜艇需要合理地调整推进力的大小和方向,以保持航行的平稳和稳定。
总结起来,潜艇的转弯原理主要涉及到舵的操作、水流的变化、浮力的分布、阻力的变化以及推进力的调整。
这些因素共同作用,使潜艇能够在水下完成转弯动作。
潜艇的转弯技术在潜艇的操纵中至关重要,对于潜艇的航行、战术应用等方面具有重要意义。
船舶原理知识点总结一、船舶基本概念1. 船舶与船体:船船是指所有的船只,船体是指船的物理结构。
2. 船舶分类:按用途分为货船、客船、渔船、军舰等;按船体结构分为平底船、V型船、双体船等。
3. 船舶主要组成部分:船体、船尾、船头、甲板、船底、船舱、推进系统、操纵系统等。
二、船舶浮力原理1. 阿基米德原理:任何浸泡在液体中的物体,受浮力的作用力等于其置于液体中排开的液体的重量。
2. 船舶浮力计算:船舶的浮力大小取决于船体形状、排水量、浸没深度等因素。
3. 浮力对船舶的作用:浮力使船舶获得浮起并支撑船体,是船舶能够悬浮在水面上的主要力量。
三、船舶稳性原理1. 船舶的稳性概念:船舶的稳性是指船体在受到外部干扰或载货作用时,能够恢复平衡状态的能力。
2. 影响船舶稳性的因素:船体形状、上层建筑、货物装载位置、载重量等因素均会影响船舶的稳性。
3. 稳性计算方法:稳性曲线法、GZ曲线法、倾覆角计算法等。
四、船舶设计原理1. 船体设计原理:船体形状、长度、宽度、吃水线等均是构成船体设计的基本要素。
2. 推进系统设计原理:船舶的推进系统包括主机、螺旋桨、舵机等,其设计应考虑功率、效率、可靠性和安全性等。
3. 操纵系统设计原理:船舶的操纵系统包括舵机、操纵台、转向装置等,应根据船舶的尺寸和用途进行设计。
五、船舶动力学原理1. 船舶的推进方式:螺旋桨推进、水动力推进、风帆推进、滑行推进等。
2. 船舶动力系统:主机、发电机、燃料系统、冷却系统、润滑系统等。
3. 动力系统的性能指标:功率、效率、稳定性、环保性等。
4. 燃料消耗与船舶速度:船舶的速度与推进功率和船舶阻力有关,通常通过燃料消耗与船速的关系来评估船舶的经济性。
六、船舶安全原理1. 船舶结构安全:船体、甲板、船底、舱室应具有足够的强度和刚度来承受外部载荷。
2. 船舶操纵安全:舵机、操纵台、转向装置等应具有灵活可靠、精准的操作性。
3. 船舶防火与逃生系统:船舶内部应具备有效的防火系统和逃生设备。
水动力特征试验研究前言水动力学是研究液体运动和作用的力学分支,它旨在探索液体从静止状态到运动状态中产生的各种力和运动过程。
而水动力特征试验则是水动力学领域的实验技术之一,它可用于研究船舶的水动力性能、研究水下机器人的运动特性、以及研究水中各种物质的流体特性等。
本文将从实验方法、实验内容以及实验设施三方面详细介绍水动力特征试验的相关知识。
一、实验方法水动力特征试验所采用的主要手段是水动力试验池,即在试验池中进行实验。
根据不同的试验对象,可以选择不同的试验池,但一般都要求试验池具有以下特点:1. 长度满足试验条件;2. 宽度足够宽,防止流线不稳定;3. 深度适中,以保证试验对象能够保持在试验水域中;4. 壁面光滑,减少壁面阻力,保证试验的准确性和可重复性;5. 试验水域中不要有其他干扰因素,以保证试验数据的准确性。
在试验前,需要做好依据不同场景选用合适的仪器和设备,并确保相关设备和信息的准确性和连续性。
二、实验内容1. 船体阻力在船体阻力测试中,主要测量船体各个速度下的阻力,为了使试验结果更为准确,试验时需要保持水温不变,一般控制在20-25°C。
此外,还需要对船型、长度、宽度等参数进行大量的变化实验,并根据实验结果对各参数进行调整,以获得更符合实际需要的设计方案。
2. 舵效舵效是舵头速度与推力比值的大小,实验需要测量不同速度下推力与舵头速度的比值以及船体与舵头距离。
数据结果可以用于推导出舵效公式,以判断船舶的舵闸情况。
3. 浪阻力浪阻力是指板条波、激浪、泡沫等所产生的阻力,这一参数的测量需要考虑的因素比较多,需要调整的测量参数包括波浪高度、波速、波形等等。
4. 加速性能加速性能是指船舶从静止开始直到达到最大航速的加速性能,测试时需要测量各个加速度时的加速度大小以及船速。
三、实验设施1. 模型制作设施水动力特征试验中,试验对象的制作是非常关键的一环。
对于船体试验对象,一般采用实物比例制作,而对于水下机器人等非常规的试验对象,则需要采用机械制作或复合材料制作等工艺进行制作。
船舶流体力学
船舶流体力学是一门应用于船舶流体和流体系统设计的重要学科,其基本任务就是利用理论分析和试验测试,完成船舶及其他流体复杂系统的设计运行计算。
它是船舶及流体系统的关键性学科,它既包括流体动力学的原理,建立了定量测量及分析理论,也运用计算机技术实现综合流体分析及设计。
首先,船舶流体力学学涉及众多运用流体物理学的原理分析动环境和船舶的诸多问题,从而能够从船舶流动field,把流体力学理论概念应用到船舶流动设计和运行中,达到节能污染减少的目的,以及通过模拟试验来确定船舶航行安全性能等方面。
其卓越的技术能力表现在:
1、力学分析:从物理学航海力学方面,对流体力学理论进行深入地分析,对流体的潮汐力、波浪力、定向噪声等流体力学现象,以及扰流器的流动和阻力等力学问题进行分析,进而可以通过计算来模拟模拟和估算船舶阻力及流动状况等。
2、计算模拟:应用船舶流体力学理论及具体技术实现数值模拟,针对螺旋桨流动、螺旋桨法帆洗、拖网活动等流体运动,采用生物水动力学及海洋物理建立船舶流体力学模型,建立数值计算模拟系统,实现船舶航行的精确研究。
3、实验测试:通过模拟和回归实验,实现船舶流动性能的有效测试,解决船舶运动设计、优化和水动力结构强度等科学问题,使得船舶设计理论更精确、更关乎实际、更有效。
因此,船舶流体力学可以说是船舶流动科学研究和设计的重要基础,它优化了船舶水动力结构设计,提高了船舶性能和安全性,进一步改善了流体系统技术和船舶设计业的发展状况,有助于创建合理有效的船舶水动力结构。
水动力特征水动力特征是指涉及水的运动和力学性质的特点和规律。
水动力学是一门研究液体运动规律的学科,广泛应用于船舶工程、水利工程、海洋工程等领域。
本文将从不同角度探讨水动力特征,包括水的流动性质、水的阻力、水的波浪等方面。
一、水的流动性质水的流动性质是指水在运动过程中的特点和规律。
水的流动性质可以通过研究流速、流量、流态等参数进行描述。
流体的流速是指单位时间内流经某一横截面的液体体积。
流体的流量是指单位时间内流经某一横截面的液体总体积。
流体的流态是指流体在运动过程中的状态,可以分为层流和湍流两种。
层流是指流体流动时,各个流层之间无明显的相互干扰,呈现出较为有序的状态。
湍流是指流体流动时,各个流层之间相互干扰剧烈,呈现出混乱无序的状态。
水的流动性质对于船舶、管道等工程结构设计和水力学模拟具有重要意义。
二、水的阻力水的阻力是指水对于物体运动的阻碍力。
水的阻力主要包括粘性阻力和形状阻力。
粘性阻力是由于水分子之间的相互作用而产生的阻力,与物体表面的摩擦有关。
形状阻力是由于物体在水中运动时所造成的阻力,与物体的形状和表面积有关。
水的阻力对于船舶、水泵等工程设计和运行具有重要影响。
减小水的阻力可以提高物体的运动效率,降低能耗。
三、水的波浪水的波浪是指水面上由于风力、地震等外界因素引起的波动现象。
水的波浪可以分为海浪、湖波、河浪等不同类型。
海浪是海洋中的波浪,受风力、地球自转等因素的影响较大。
湖波是湖泊中的波浪,受风力、地形等因素的影响较大。
河浪是河流中的波浪,受河道形状、水流速度等因素的影响较大。
水的波浪对于船舶、海岸工程等领域具有重要影响。
合理利用水的波浪能量可以提供清洁能源,如波浪发电。
水动力特征涉及到水的流动性质、水的阻力和水的波浪等方面。
研究水动力特征对于工程设计和科学研究具有重要意义。
通过深入了解水的流动性质、减小水的阻力、利用水的波浪能量等措施,可以提高工程结构的效率,降低能源消耗,推动可持续发展。
能源与动力工程水动方向专业简介能源与动力工程水动方向是能源与动力工程专业的一个专业方向。
该方向主要研究水动力学在能源与动力工程中的应用,包括水力发电、水泵与水轮机等领域。
水动力学是研究液体流动的力学规律的学科,它是力学的一个分支。
在能源与动力工程中,水动力学是一门非常重要的学科,它研究了水的流动规律及其在能源与动力转换中的应用。
在水动力方向的专业学习中,学生将学习与水动力学相关的基础知识和理论,如流体力学、流体力学方程、流体力学的数值计算方法等。
同时,学生还将学习水动力学在能源与动力工程中的应用,如水力发电、水泵与水轮机等。
水力发电是水动力学在能源与动力工程中的重要应用之一。
它利用水的流动能量来产生电能。
水力发电分为水库水电站和河流水电站两种类型。
水库水电站是利用水库中的水通过水轮机发电,而河流水电站是利用河流中的水流经过水轮机发电。
水力发电是一种清洁能源,对环境污染较小,并且具有可再生的特点。
水泵与水轮机是水动力学在动力工程中的应用。
水泵是将水从低处抽到高处的机械设备,它在工业生产和生活中有着广泛的应用。
水轮机是利用水的流动能量来驱动机械设备的装置,它在能源转换中起着重要的作用。
水动力学在能源与动力工程中的应用还有很多,如船舶水动力学、海洋工程水动力学等。
船舶水动力学研究船舶在水中的运动规律,对于船舶的设计和性能优化具有重要意义。
海洋工程水动力学研究海洋中的水流对于海洋工程的影响,如海上风电场的设计和建设等。
在能源与动力工程水动方向的专业学习中,学生将通过理论学习和实践训练,掌握水动力学在能源与动力工程中的应用技术和方法。
毕业后,他们可以从事水力发电、水泵与水轮机等领域的工作,为能源与动力工程的发展做出贡献。
能源与动力工程水动方向是一个研究水动力学在能源与动力工程中应用的专业方向。
学生将学习水动力学的基础知识和理论,同时也将学习水力发电、水泵与水轮机等领域的应用技术和方法。
通过专业学习,他们将成为能源与动力工程领域的专业人才,为能源与动力工程的发展做出贡献。
1. Kutta条件如何表述?对于具有尾缘点或角点的物体绕流,如何确定其环量?对于无尖角的物体绕流,在理想流体模型下能否用理论方法确定其环量?(北大吴望一编的流体力学下册p61) kutta条件:理想流体模型内无法确定T(环量),需补充一个合理的经验性假定。
常数
zRdzdW
;对具有尾缘点的物体绕流,上下表面的流体平滑的流过尾缘B,在尾
缘处流速为有限值。同时由E点(保角变换平面上的点)的保角性和E点与B点的速度关系知E为驻点,最后由驻点与流量的关系式即可将T唯一确定。 若物体不具有角点,则T的值须用实验测得或事先给出,而不能从理论上求出。 2. 当一阵微风吹过原本静止的水面时,可以看到水面波的传播,而此时水面漂浮的树叶并不“随波逐流”,试从流体力学的角度解释这一现象。 --设初始时刻t=0时自由面上各速度为零。现在一阵风给水面一个冲量,这个值是个有限值。由于流体是不可压缩的,这个冲量瞬间传到流体内各点,各点都有冲量,各点的压力和速度都发生变化。由于是小振幅波,流体质点围绕其平衡位置作微小振动。把树叶当做是一个质点,所以并不“随波逐流”。ζ=a cosk(x-δt/k).自由面的曲线是余弦曲线,振幅及波长都不随时间改变,不同时刻的波面相隔一个相位δt/k,也就是说整个波面随时间向前移动。参考书目:北大吴望一编的流体力学下册第8章 3.优秀足球运动员常常能以美妙的“香蕉球”(球的飞行轨迹呈弧线)破门,试分析:欲踢出弧线向右凸的“香蕉球”,应该用脚的什么部位踢球的哪一边? --应该用脚的内脚背踢球的右下侧。(欲踢出向右凸的“香蕉球”,应使球内旋,那样左侧气压低于右侧,产生向内的力,内脚背踢球的右下侧保证了使球内旋和前进这两个条件。)
4.何谓“辐射问题”?简述及辐射力表达中出现的两个系数jia与 jib的物理意义。物体
在规则波中的响应:})],,(),,(Re{[),,,(61iwtAjjjezyxAzyxtzyx 其中:j为无入射波时的“强迫振动”,称为“辐射问题”的解。 辐射力}Re{61ijiwtjjfeFi 其中jdsnifSBij ijijijiwbawf2
将其实部与虚部分开61)(jjijjijUbUaFi ija称附加质量系数(与加速度有关);ijb称阻尼系数(与速度有关)
5. 对于线性兴波问题,给出物面边界条件、自由面边界条件、水底边界条件和无穷远处扰动速度为零的条件后能否定解?不能定解,还要加上辐射条件才能定解。 三. 推演论证题举例 2.试导出以单位绝对速度势表示的附加质量的计算式。若物体有一个对称面,如何使其表达、计算简化?有一球体作变速直线运动,试比较其相应的附加质量与真实质量的大小。(北大吴望一编的流体力学下册p154-166) 根据流体动能定理:T=dVW22=dW)(2=dW)(2 =dSnss)(20=dSndSnSS022 =dSnS02
T=dSnVs00202 同时V0 , 式中0为绝对速度势 由动能定理公式,T=221V,可得出附加质量,=dSns000 又因为iiiV061,可得出T=dSnS02 =dSnVVjjjiiiS)(26100610
=dSnVViiSjjii00616102 仍由动能定理可得:T=jiijjiVV616121。ij=6,......,16,......,1000jidSnjiS 由于ij=ji,则需要求出的36个ij分量有15个是重复的,只需求出21个。而若物体有一个对称面时,将有9个ij分量为零,从而需要求的ij的分量只有12个。大大简化了计算量。 假设一个圆球在做变速直线运动,设其半径为a,则球心的平动速度是
;)()()()(0000ktwjtvitutV没有绕球心转动的角速度,所以;0654于是
;0665544其次对称性得到;0332211 dSnS
1
111
1是圆球以单位速度运动所产生的速度势,它是时间t的函数。若初始时刻坐标原点和圆
球中心重合,则该时刻速度势为2312ra,于是球面S:cos,2cos11na 因此可得:32cos23211adSaS其与时间无关, 进一步可以知道;323332211a 根据对称性,最终得到了T=)(32020203wvua 附加动量: B=0432Va, 附加动量矩:I=0 外力:R=,3203dtdVa 外力矩:L=0 圆球的运动方程按照RBKdtd)(,其中K为圆球固有动量,R为外力。 得出:,)32(03RdtdVam因此我们可以看出,圆球在做变速直线运动时将受到
dtdVa0332的反作用力,它相当于质量增加了332a后的圆球的运动,332a就是附加
质量,等于圆球所排出的流体质量的一半。 3. 某潜艇在水下深处作匀速直线运动,试导出其所受阻力的相似准则方程。 某潜艇在水下深处作匀速直线运动,试导出其所受阻力的相似准则方程。
解:设潜艇实长为L ,船速为V, 粘性系数ν;潜艇模型长度l, 速度为v, 粘
性系数ν。 因为在深水中不考虑兴波阻力,所以只考虑雷诺数相等。 Re=Re′
即: LV/ν=lv/ν,
即:v=LVν/νl (答案没把握) 流体现象相似的充分必要条件是满足同一微分方程式,而且边界条件和初始条件相似.由于两系统流体相似,将纳维尔-斯托克斯方程化简得:本176
)''''''''''''''''''('''2zVxVzyVxVyxVxVxClCvtCtVtCv
=)]''(''3''''''[''''''1''2vdivxvxClCvCxpCpClCpCgX 该式中各相似常数所组成的各项系数必须相等,才可把这些系数约去。 22ClCvCCpClCpCgClCvCtCl
局部惯性力、变位惯性力、质量力、压力表面力、粘性表面力 用变位惯性力项(ClCv2)除全式各项可得:
CvClCCpCvCpCvClCgCvCtCl221 深水中阻力与粘性表面力有关:CvClC=1 其中'''C '''vvCv '''llCl 1''''''/'''lvlvCvClC '''''''''lvlv '''''''''lvlv 即)Re(常数
vl
4. 试证:对于线性二元波,其动能与势能相等。 对于线性二元波 1. 动能 2221022kLEvdxdzdSdSxzρff
„„„„(1)
式中,dSdxdz,积分区域S的边界由波面0A,平底DB和两个铅垂面OD及AB组成。利用Green定理,(1)式的面积分可化为如下线积分:
2kEdllnρff„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(2)
式中,l——前述积分域S的封闭边界线。 由于铅垂面铅垂面OD及AB各对应点的nff等值反号,所以
0dlODABnff 此外,乎底上0nf,因此,(2)式的积分只剩下沿波面的积分。考虑到线性二元波,沿波面的积分可用沿x轴的线积分代替,于是,
0()02kzLEdzzρff„„„„„„„„„„„„„„„„„„(3)
将有限水深的速度势 ()sin()Agchkzdkxtchkdfs
s
代入上式,考虑到色散关系式,
2kgthkds
化简得 222
1sin()1cos2()00222kLLEAgkxtdxAgkxtdxρρ
ss
积分结果为 214kEgALρ„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(4)
2.势能 计算势能时,以静水线为基准计算势能的增量。如图所示,在被面线和静水线(x轴线) 之间所取的微元流体dxz从静水线以下搬到线上反对称位置,势能增加量为dxgρ(z)z,所以一个波长范围内的势能增量为
220PLEgdxρz„„„„„„„„„„„„„„„„„„(5)
将波面方程cos()Akxtzs代人(5)式积分得 214PEgALρ„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(6)
由(4)(6)两式有:对于线性二元波,其动能与势能相等 5. 试导出Euler方程的Bernoulli积分及Lagrange积分。(北大吴望一编的流体力学上册p267或者本科书p70)以下只有Bernoulli积分仅作参考 伯努利积分的前提条件 (1) 定常流动 则
0yxzvvvttt,0t
(2) 作用在流体的质量力有势,则存在势函数W使得
xWfx,yWfy,zWfz
(3) 正压流体密度只是压强的函数fp的流体称为正压流体。这时存在一个压力函数FP定义为
F
dpPp
它的三个坐标偏导数为 1FPpxx,1FPpyy,1FPpzz
如果是不可压缩均质流体,等于常数,则
FpP
如果是等温(0TT)流动中可压缩流体0/PRT,则 0FPRTlnp
如果是绝热流动中的可压缩流体,1kcp则 1FkpPk 在这三个条件下,葛罗米柯—兰姆运动微分方程可简化为