流体动力学分析范文

导语：如何才能写好一篇流体动力学分析，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2013）-12-0194-01

一、计算流体动力学概述

计算流体动力学即Computational Fluid Dynamics ，简称为CFD，是伴随着计算机技术与数值计算技术发展而来的一种先进技术，可以实现对流体流动及换热模拟，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等众多领域内获得广泛应用。在建筑领域应用计算流体动力学技术，可以对小区建筑物是空气流动、室内通风、室内供热制冷设备布置、建筑物与外界环境换热等状况进行模拟与研究，从而提高建筑设计方案的科学性及合理性，打造宜居环境。

（一）计算流体动力学分析方法

计算流体动力学技术的应用，是在计算机基础上，对实际流体流动状况进行模拟仿真。其技术实现的基本原理为：通过数值求解控制流体流动微分方程，获得流体流动流场在区域范围内离散分布状况。计算流体动力学技术分析方法主要分为三个环节，分别为数学物理模型构建、数值算法求解与结果可视化。

1.数学物理模型构建。针对所需要研究的流动问题，通过构建数学物理模型进行描述与研究。在建筑环境领域，其流体流动问题主要是进行不可压流体粘性流体流动控制微分方程求解，为此，可以建立湍流模型并进行数值求解。如下公式为粘性流体流动控制微分方程：

在方程中，S代表源项，Γ代表扩散系数，p代表密度，其变量φ所代表的物理量不同，其方程含义不同。在应用该方程的基础上，可以进行建筑工程环境中温度、浓度、流场速度等物理量分布。

2.数值算法求解。考虑到粘性流体流动控制微分方程具有较强的非线性特征，只能应用数值方法进行求解。为此，应对求解区域进行离散处理，一般采取有限元、有限差分、有限容积等离散形式。在进行不可压流动与传热问题研究时所采取有限容积法进行离散。通过离散，可以获得代数方程并进行求解，获得流场离散分布。

3.结果可视化。单纯进行方程求解无法让一般工作人员进行理解，应用计算流体动力学技术将速度场、温度场等进行模拟描述，通过计算机图形，直观表达出模拟结果。在可视化处理后，可以将复杂数值以直观图像进行显示，便于非专业工作人员理解。当前，应用计算流体动力学技术，可以生成静态速度图、静态温度场图，并可以描绘出流场轨迹。

（二）计算流体动力学技术优势

在建筑环境工程中，其建筑群风环境预测、室内热环境、风环境、设备性能等均是通过试验方式来实现，如进行风洞试验等，其试验存在着一定缺陷，且试验周期较长。应用计算流体动力学技术进行计算机仿真模拟，其成本较低，速度较快，且模拟真实度较高，其模拟准确性有保障。应用计算流体动力学技术可以生成可视化结果，可以为建筑设计及优化发挥指导意义。

二、计算流体动力学在建筑环境工程中的应用

（一）建筑外环境分析设计。在建筑工程中，其外环境对建筑内居住者生活存在着很大影响，尤其是建筑设计较为密集的区域，其小区热环境问题与二次风问题逐渐受到人们的重视。应用计算流体动力学技术，可以对建筑外环境进行仿真模拟，为建筑设计提供依据，实现建筑风环境设计的合理性与科学性。在仿真模拟建筑外环境风流动分布状况的基础上，还可以对建筑内自然通风设计提出意见。按照模拟获得风速大小，进行住宅建筑风荷载承受值计算，有助于优化建筑结构设计。

（二）通风空调空间气流组织设计。通风空调空间气流组织是建筑环境设计的重要内容，其空调空间气流组织直接关系着通风空调效果，如空调空间气流组织质量较好，则室内空调温度及速度能够满足建筑环境设计的要求，反之，则不能实现其设计目标。为此，在进行建筑空调系统设计施工之前，应进行空调空间气流组织的设计与预测。在传统方法中，多是选择典型送回风方式的气流组织状况研究，其精度及应用范围难以满足设计要求。应用计算流体动力学技术，可以通过模拟仿真对建筑物内部空气气流分布及温度分布情况进行描述，可以实现对室内通风效果及空气质量的评价，指导通风空调空间气流组织设计工作。

（三）建筑物及外环境传热计算。在建筑工程中，其建筑围护结构所具备的热工性能会对室内热环境造成直接影响。如隔热保温性较差的围护结构其建筑室内热环境表现为冬冷夏热。为此，在工程施工中应综合分析室内与室外热交换等情况。通过应用计算流体动力学技术，结合数值传热学，可以对建筑流固耦合进行传热计算，根据研究结果，合理选择建筑围护材料，有效控制建筑室内热环境，实现节能目的。

（四）建筑设备性能研究。在建筑工程施工中，会应用到多种设备，如风机、空调等，其设备运行均是通过流体工质流动来实现，流体流动状况直接影响着设备性能，如流道设置良好，其流体流动阻力较小，可以降低设备噪音，节约能耗等。应用计算流体动力学，可以对设备内部流体流动状况进行模拟研究，在研究结果上分析设备性能，改进设备结构，实现设备应用的综合效益。

三、结语

计算流体动力学技术的应用可以实现流体流动与换热模拟，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等众多领域获得广泛应用。计算流体动力学技术分析主要分为数学物理模型构建、数值算法求解与结果可视化三个环节，在实际应用中展示出较大优势。从建筑外环境分析设计、通风空调空间气流组织设计、建筑物与外环境传热计算、建筑设备性能研究四个方面对建筑环境工程中计算流体动力学技术的应用进行了研究。实践证明，通过计算流体动力学技术的应用，可以有效提高建筑环境质量，实现建筑施工综合效益。

参考文献：

[1]李康吉. 建筑室内环境建模、控制与优化及能耗预测[D].浙江大学，2013.

[2]陈雪宇，黄晓家，谢水波，沃留杰，谭斌. 计算流体动力学（CFD）在建筑排水系统中的应用[J]. 给水排水，2009，11：204-208.

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关键词： 高考物理 电磁学试题 分析

随着近代科学技术的发展，电磁场理论成为一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，其发展对应用学科和技术起着巨大的推动作用。对它的把握和理解的深度直接关系到学生今后的发展。因此，《电磁学》课程内容在中学物理教学和高考占据的分量很重。在普通高中课程标准（以下简称“课程标准”）中，电磁学的知识也占了很大的篇幅，包括选修模块1-1、1-2、2-1、3-1、3-2全部，以及选修3-4的部分内容。

本文通过对广东省2006—2011年高考物理电磁学试题的分析，特别是通过关注2010—2011年变动的部分，对于引导广大高三师生及时调整复习的重点、难点、方式，制定合理可行的教学目标，实施科学高效的复习策略，具有重要的意义。

1.新课标及高考考试说明对电磁学的要求

2004年广东开始新课程改革，全新的理念和教材极大地促进了中学物理教学观念的转变，普通高中物理课程标准、考试说明成为高三物理学教师高考复习教学的指南，顺应了复习教学的需要。

1.1《普通高中物理课程标准》物理课程结构及其电磁学课程内容与要求。

1.1.1物理课程结构。

现高中物理课程由12个模块构成，每个模块占2学分，其中物理1和物理2为共同必修模块，其余为选修模块，详见表1［1］。

1.1.2物理教学对电磁学教学内容的要求。

从表1可以看到，在10个选修模块中，电磁学占6个，即选修1-1，1-2，2-1，3-1，3-2，3-4。包含6大主题，即电磁现象和规律，电磁技术与社会发展，家用电器与日常生活，能源与社会发展，电路与电工，电磁波与信息技术。

1.2普通高等学校招生全国统一考试物理科考试大纲的要求（广东卷）。

1.2.1能力要求。

2006年，广东高考实行的是3＋综合＋X科（物理、化学、生物、政治、历史、地理）。物理作为单科形式命题，隶属于X科，满分150分。2007年开始，采用“3+文科基础/理科基础+X”的考试模式，恢复了文理科的区别，文理科分开划线录取。2010—2011年，实施3＋文/理综合模式，物理归属于理科综合科，满分100分。

尽管广东高考方案在变，但对能力的要求依旧；而在内容上，2006—2009年，广东高考物理是以单科的形式出现，无论是在广度还是在深度上要求学生对知识的掌握都要比2010—2011年理科综合高。调整后的高考大纲更注重五方面的能力，即理解、推理、分析综合、应用数学处理物理问题及实验能力。

1.2.2电磁学考试内容与要求（含Ⅰ、Ⅱ级要求）。

（1）命题要求。以能力测试为主导，考查考生对所学相关课程基础知识、基本技能的掌握程度和综合运用所学知识分析、解决问题的能力。重视理论联系实际，关注科学技术、社会经济和生态环境的协调发展；重视对考生科学素养的考查。

（2）必考内容和选考内容。从近六年广东高考试卷可以看出，在物理部分内容中，电磁学占的比例较重，约占46.0%。

（3）电磁学试题内容要求。知识内容要求掌握的程度，在“2006—2011年广东高考物理电磁学内容要求”附表（本文略）中用Ⅰ、Ⅱ标出，Ⅰ指对所列知识要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用，与课程标准中的“了解”和“认识”相当；Ⅱ指对所列知识要理解其确切含义及其他知识的联系，能够进行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断等过程中运用，与课程标准中的“理解”和“应用”相当。

2.近六年广东高考物理电磁学试题分析

从表2可以得出：电磁学内容占的比例在42.7%—57.3%之间，平均46.0%。虽然电磁学内容所占比例有所不同，但考查的电磁学基本知识和重点知识大同小异，主要为：电场力及其做功、电势能、洛仑兹力、电磁感应、稳恒电流及实验、带电粒子在电磁场中的运动等［2］。广东省近六年电磁学所考知识点详见表3。

从表3可以得出，近六年广东高考电磁学试题一共考了40题，带电粒子在电磁场中的运动共考了12次，导体切割磁感线运动也考了5次。由于带电粒子在电磁场中的运动涉及力学的诸多核心知识，在高考电磁学内容中考查频率最高，无论是选择题，计算题甚至实验题都会涉及。

实验题考查几乎都是以电路实验为主的主要考查点，每年的实验题中至少有一题为电磁学实验。这6年所考的6个实验中，多属于探究性实验，考查学生对实验的掌握情况，科学探究能力，符合新课程标准中培养学生科学素养的要求。

3.近六年广东高考物理电磁学试题的研究结论

3.1总体分析。

对2006—2011年广东高考物理试卷及其电磁学试题分析得出，电磁学和力学内容比重较大，并且在试卷的后半部分较有难度的解答题大多是电磁学和力学知识的结合，由此可见，学生打好力学基础，有利于学生对电磁学知识的掌握及学生科学素养的提升。

电磁学知识的实验题既是重点也是难点，不仅要求学生掌握《考试大纲》中所要求的五个实验，而且要求学生能够正确使用电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱、示波器等基本电学仪器。电学实验还凸显了考纲中对误差问题要求的分析研究，它涉及仪器的选择、电路的组装、数据的读取和处理等，这也使试题更具探究性和时代性，强化了试题的选拔［3］。

3.2广东省高考电磁学部分试题分析对高中电磁学教学的启示。

电磁学在高中物理中的重要地位决定了它在高考中的权重，因此无论高中物理教师教学还是高三复习都要安排足够的时间，投入足够的精力，采用有效的方法，训练适量的试题［4］。

（1）立足本学科，全面掌握知识结构，弄清各知识点之间的联系；狠抓基础，强化综合，提高能力。

（2）分析典型例题并透彻理解，熟练掌握解题方法；规范解题，提高解题的速度和准确率。比如在电磁场中带电粒子的运动问题可设计这样的几个小专题：带电体在电磁正交复合场中的运动，交变电磁场中带电体的运动，电场、磁场和重力场共同作用下物体的运动，等等。

（3）重视电学实验。

高考中电学实验占有较重要的地位，每年基本都有测电阻的实验考题。近年理综实验考查更注重设计性实验，因此，应强化实验教学。

（4）关注科技前沿和社会热点，扩大视野，强化应用。

在狠抓基础的同时，还要注意密切联系生产、生活实际，关注科技前沿的发展动态。在近几年高考试题中已出现过的有：静电学知识中的静电除尘、静电分选器、静电透镜、静电复印等；恒定电流中的传感器、PTC元件、光敏电阻的使用等；磁学部分的显像管、示波器、质谱仪、电磁汞、电磁炮、速度选择器、加速器、电磁流量计、磁流体发电机等。

参考文献：

［1］广东省教育厅教研室.普通高中新课程物理教学与评价指导［M］.广州:广东教育出版社，2006.9.

［2］李秀美.二十年物理高考试卷的纵向分析［D］.济南:山东师范大学，2006.

［3］刘婧.1978年以来我国高考物理考查内容的特点及演变规律［D］.重庆:西南大学，2007.

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ANSYS Mechanical系列软件可快速有效解决复杂的结构问题。

1.可确保预测并优化产品性能

ANSYS的结构力学方案建立了工程的行业标准，拥有广泛的动力学求解功能，包括用于计算固有频率和振型的模态分析、荷载正弦变化的谐响应分析，线性、非线性的瞬态动力学分析等。复合材料在内的任何材料的力学行为可在ANSYS丰富的本构模型库中直接选取。

2.最短的时间更深入理解产品设计

ANSYS与所有主流CAD软件的双向参数互动可自动更新设计模型，而不必再进行几何修改。其对任意几何类型的自动化网格功能和自动接触探测功能可帮助用户节省大量的建模时间。ANSYS还提供广泛的加载方式和边界约束条件，以准确模拟更为真实的产品行为特性。此外，ANSYS完善的后处理工具可帮助工程师更深层次地进行设计分析，通过建模向导和模板提升工程师分析能力。

3.快速求解大型模型能力

ANSYS Mechanical加入了并行算法来加快求解速度，ANSYS还提供基于GPU的独特技术，该技术与并行计算结合可以进一步提高计算速度。另外，高级技术包含的子结构（CMS）、子模型和专有加速技术可有效解决大型模型处理难题。

4.稳健的非线性分析

为准确理解材料的力学行为，ANSYS在仿真材料库中添加了大量的材料模型。ANSYS拥有结构、热以及多物理场的接触分析能力，依靠自动接触探测的强大能力可快速准确地进行接触分析。

5.复杂问题的强健求解算法

ANSYS结构力学求解器提供了多种方程求解方案，包括直接稀疏矩阵求解、共轭梯度迭代求解（PCG）和雅可比共轭梯度求解（JCG）等。

6.高级求解方案

Mechanical系统可分析复杂的承受大范围运动的零件装配体，例如：车辆悬架系统、飞机起落架系统，并提供多刚体动力分析模型。在研发过程中，以最小投入的分析设置和计算，来获得对力学系统运动及稳定的深入了解。

7.复杂接触条件下的振动分析

使用ANSYS技术，用户可通过复特征值求解确定不稳定模态。不同的模态计算方法提供不同准确性及计算速度之间的多种选择，包括考虑不同水平的预应力状态。

8.超越标准应用的功能

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【关键词】进气道；模型；仿真

1.引言

进气道气流流动状态最终直接影响发动机经济性、排放性以及动力性。因此，发动机进气道的理论研究和实际工程的设计成为发动机研究者的重要课题之一。传统的进气道设计流程是经验设计加稳流试验台上的反复试验。在设计开发中存在着较大的盲目性与局限性，不仅设计开发期长，耗费大，而且较难得到理想的方案。通过对进气道内气体流动的三维数值模拟计算，可获得流量系数，气道内压力、流速等参数的空间分布，并建立气道形状、安装位置与气体流动特性（包括流量数等）的关系，为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。

2.工作流程

工作流程如图1所示。基本控制方程通常包括质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程，以及这些方程相应的定解条件。确定离散化方法。即确定高精度、高效率的离散化方法，具体的说就是确定针对控制方程的离散化法，如有限差分法、有限元法、有限体积法等。这里的离散方法不仅包括微分方程的离散方法及求解方法，还包括贴体坐标的建立、边界条件的处理等。

图1 工作流程图

3.模型的建立

气缸直径取68mm，气缸的长度为170mm。在进气道进口处增加一个稳压箱，作用时使进气道入口处的气流流动状态稳定，这样便在计算入口边界条件中施加了一个稳定的压力条件。发动机进气道如图2所示，气缸简化为圆柱体，气缸盖如图3所示，进气道-气门-气缸如图4所示，最终计算用模型如图5所示。

本文采用六面体和四面体的混合网格，在稳压箱及气缸内采用六面体网格，在进气道、气门、气缸盖处采用非结构化网格。这样既节省了运算时间，又解决了进气道处外形结构复杂区的网格划分。将入口、出口、气缸壁面等分别创建PART，以增加边界条件；将进气道-气门-气缸盖所在空间创建BODY命名为LIVE1并保证该点在各个棉所围成的空间内，如图6所示。由于四面体网格生成是以BODY为单位进行的，将稳压箱、气缸部分创建块，利用约束、拉伸块等工具创建、分割块，以适应本部分体积结构。并在此部分生成六面体网格，对局部网格进行加密，并检查网格质量。生成四面体网格。生成四面体网格时需要对边界处进行加密，以便观察近壁面处，且确保壁面函数法有效，如图7所示。

图6 创建PART及BODY 图7 生成的网格

网格数目、类型及体积如表1所示。

4.气道模拟仿真结果与分析

图8是当气门升程为8mm时，截面a上的速度分布图，由图可知排气门处（即图中1）、喉口位置（即图中2和3处）及气门下方可以很明显的看见此气道存在明显的滞止回流区，以上地方会造成缸内混合不均匀，极大的影响发动机的排放性能机动力性能，设计时需要对以上地方进行修改。图中4处气流与气门头部发生碰撞，气流流动方向发生改变，并消耗了气流流动动能。其流动能的减小与流动方向的变化导致4处气流速度减小。在三维建模时尽量增大4处的圆角，这样就能减小交接处的碰撞。

图8 截面a处的速度矢

图9为当气门升程为8mm时，截面a的速度等值线云图。由图可知在气门喉口位置的速度等值线分布很不均匀。其中速度等值线在喉口位置相对进气道等其他地方要密，表明喉口位置速度比进气道其他位置速度要大。气门下方有两个地方速度比气道其他地方速度等值线要密（图中1和2处），其分布是以这两处为中心成漩涡状。这也可以说明上述位置会产生很强的滚流。

图9 截面a的速度等值线云图

5.结论

运用三维造型软件Auto CAD，建立气道-气门-气缸实体模型，利用Ansys，建立包括气道一气门一气缸在内的计算域网格，利用Ansys对Auto CAD建立好的计算模型划分网格，进行三维模拟计算。通过三维数值模拟找出了气道几何不合理的部分，采用CAD/CFD进行优化，为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。

参考文献

[1]周光桐.流体力学[M].北京：高等教育出版社（2版），2000.

[2]石皓天.GDI发动机进气系统的数值模拟研究[D].天津：天津大学，2008.

[3]王福军.计算流体动力学分析――CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

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关键词：GLUMA脱敏剂；3MP60复合树脂；牙本质过敏症；疗效观察

牙本质过敏症是口腔门诊常见的病症之一，由于牙釉质完整性受到破坏，牙本质暴露，牙齿受到外界刺激，如冷、热、酸、甜以及摩擦或咬硬物等引起酸痛症状[1]。重度牙本质过敏症以中老年人牙齿多见，因牙体硬组织长期磨耗、磨损，在牙合面出现不均匀磨耗呈凹坑状，出现重度过敏症状[2]。本文使用GLUMA和3MP60联合充填治疗重度牙本质过敏症，临床效果显著，现报道如下。

1资料与方法

1.1 一般资料选择从2011年9月~2012年9月我院门诊治疗诊断为重度牙本质过敏症的患者68例140颗患牙作为观察对象，患者年龄58～82(平均70)岁；其中男36例，女32例。随机分为实验组和对照组，实验组GLUMA和3MP60联合充填72颗患牙，对照组3MP60复合树脂充填68颗患牙。重度牙本质过敏症的主要原因为牙面重度不均匀磨耗、磨损；牙合面磨损呈凹坑状。

1.2 诊断标准[3]依据石川修二的评定标准将牙本质过敏症分为4度， 0度：冷热及机械刺激无疼痛；1度：轻度疼痛或不适感；2度：可以忍受的疼痛；3度：可诱发难以忍受的疼痛。纳入病例为2~3度牙本质过敏症，下颌后牙牙合面磨耗较深凹坑状，有一定充填深度；患牙无龋；无隐裂及创伤；无牙髓炎症状；近3个月未做过脱敏治疗。

1.3 方法用探针检查牙齿敏感点，局部预备洞形，调磨对合过锐牙尖，实验组清洁患牙，吹干后用酸蚀剂酸蚀20s，冲洗吹干后用小棉球蘸最小量GLUMA脱敏剂涂抹于敏感区30~60s，用气枪吹干牙齿表面，使液体薄膜消失，牙齿表面不再发亮，用3MP60复合树脂常规充填，修形、抛光；对照组清洁患牙，吹干后用酸蚀剂酸蚀20s，3MP60复合树脂常规充填，修形、抛光。

1.4疗效评定标准用探针在牙面上滑动，同时用气枪在牙面吹冷空气，观察牙齿疼痛反应。计算治疗前后的疼痛度差值，显效：差值为2或3；有效：差值为1；无效：差值为0 。有效和显效记为有效。有效率（%）=【（显效牙数+有效牙数）/总牙数】×100%

1.5 数据处理所有数据资料均采用SPSS11.0软件进行统计学分析，采用χ2检验，差异有统计学意义（P

2结果

治疗后即刻和3个月后复查时两组疗效比较见表1。

从上表数据可以看出，两组间有统计学差异（P

3讨论

牙齿敏感症是口腔科常见的牙体非龋性疾病之一，重度牙本质过敏症以中老年人多见，多为牙体磨损不均，不良咀嚼习惯等因素引起的，牙本质暴露呈凹坑状，过敏症状较重，影响咀嚼[4]。采用单纯药物脱敏治疗往往疗效不佳。牙本质敏感症的发病机制有神经终末传导学说、牙本质细胞传导学说、流体动力学说[5]，其中流体动力学说认为牙本质小管内的液体流动起重要作用，根据这个理论，对过敏症的有效治疗是封闭牙本质小管，以减少或避免牙本质内的液体流动[6]。3MP60是后牙专用复合树脂，充填治疗前需对充填区进行酸蚀处理，酸蚀使牙本质小管口开放，通透性增加，易增加牙齿敏感症状。GLUMA脱敏剂是在GLUMA粘接剂基础上发展起来的脱敏材料[7]，由5%戊二醛和36%羟乙基甲基烯酸以及水组成，当脱敏剂均匀涂布于牙本质表面，脱敏剂中的戊二醛直接进入开放的牙本质小管，并于小管内液体的蛋白发生反应，使其凝固，降低牙本质小管的通透性，阻塞牙本质小管从而达到脱敏的目的[8-9]。经过临床检测证明，GLUMA脱敏剂和3MP60复合树脂联合充填治疗重度牙本质过敏症疗效明显优于3MP60复合树脂充填，牙齿敏感性降低，疗效满意。

参考文献：

[1] LIANG C, HUANG D, YANG W. Clinical Effect of Transparent Pressure-swage with Delivering Medicine on Dentine Hypersensitivity[J]. Journal of Dental Prevention and Treatment, 2010, 3: 004.

[2] Pol D G, Jonnala J, Chute M, et al. Association Between Dentinal Hypersensitivity, Tooth Wear and Faulty Teeth Cleaning Habits[J]. Journal of the Indian Dental Association, 2011, 5(4): 563.

[3] Umberto R, Claudia R, Gaspare P, et al. Treatment of dentine hypersensitivity by diode laser: a clinical study[J]. International journal of dentistry, 2012, 2012.

[4] Cunha-Cruz J, Wataha J C, Heaton L J, et al. The prevalence of dentin hypersensitivity in general dental practices in the northwest United States[J]. The Journal of the American Dental Association, 2013, 144(3): 288-296.

[5] Cunha-Cruz J, Stout J R, Heaton L J, et al. Dentin Hypersensitivity and Oxalates a Systematic Review[J]. Journal of dental research, 2011, 90(3): 304-310.

[6]YANG H, LI J. Observation on the clinical effect of fluor protector combined with Nd: YAG laser irradiation in treating dentin hypersensitivity[J]. Anhui Medical and Pharmaceutical Journal, 2011, 6: 030.

[7] REN Y, YOU Y, LI B, et al. Treatment of Dentine Hypersensitivity Caused by Ultrasonic Cleaning and Sandblasting Scaling[J]. Journal of Nanchang University (Medical Science), 2012, 12: 020.

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[关键词]本科院校；环境工程；流体力学；教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0038-02

流体力学是环境工程专业的专业基础课，主要讲述工程流体力学的基本概念、基本原理和基本方法，主要内容包括流体静力学、流体动力学、流动能量损失及有压管流和明渠流等。由于该课程涉及高等数学、大学物理、工程力学等，基本概念多且抽象，对学生的综合分析和处理问题的能力要求高，因此学生普遍感觉学习较为困难。流体力学课程一般在第4学期开设，开设在高等数学、工程力学等课程之后。

随着教学改革的不断深入，如何针对流体力学抽象概念多、数学分量重、理论性较强的特点，有针对性地对环境工程专业的学生尤其是应用型本科院校的学生进行授课，本文从以下几个方面进行了探讨。

一、针对专业特色和课时量，优选教材

流体力学分为理论流体力学和工程流体力学。前者适用理科专业方向，偏重理论；后者适用工科专业方向，着重于工程应用。对于应用型本科院校来说，应选用偏重于工程应用的工程流体力学作为教学内容。目前，环境工程专业尤其是侧重于水处理的环境工程专业，其流体力学的知识主要用于解决污水处理厂设计中的流体力学问题，课时量被压缩到50个课时左右。因此，要选用适用于较短学时，并且侧重于水力学知识的教材。教材要能够与时俱进，精益求精，注重理论联系实际，注重内容的系统性与完整性，能够涵盖流体静力学、流体动力学、有压管流、明渠流等基本内容。教材要有一定的例题和课后思考、复习题，能够开拓学生的思维，激发学生的学习兴趣，最好能附有实验演示的光盘。

二、丰富教学内容，增加学生学习积极性

学生普遍反映流体力学很难，其中的主要原因在于W生的学习积极性不高，不肯花时间去钻研。确实，流体力学对于初学者来说，是有一定的难度，这就要求教师在讲授绪论课时，要让学生了解流体力学的任务以及在专业及后续课程中的作用，从而启发学生思维，激发学生学习兴趣。同时，教师要对学生学习流体力学提出明确要求，如哪些内容需要掌握，哪些内容需要了解，使学生对课程的学习做到心中有数，树立学好这门课程的自信心。[1]

三、改进教学方法和手段，突出重点

流体力学的重点和难点在于公式的推导和理论的理解，以及用理论和公式解决实际问题。例如，在流体静力学这一章中，关于流体平衡微分方程的推导，就涉及高等数学中的连续函数和泰勒展开式等，这是一个难点，对学生的高数基础要求比较高。而求解作用在平面上的静水总压力有两种计算方法，一种是解析法，一种是图解法。解析法要求学生有工程力学的静力矩和惯性矩的知识以及基本的几何知识，此法的压力中心在受压面的形心的下面，与形心不重合；而在图解法中，静水总压力的压力中心与压强分布图的形心重合。虽然课上教师反复强调两种方法的区别，但基础差和理解能力不强的学生仍然一头雾水，不能很好地解决实际问题。针对这一情况，教师在课堂讲解时应尽量利用多媒体课件进行讲解，最好还能结合模型进行讲解。例如可以借助一块平板，将其置于水下，标注其形心和压力中心的位置，再将平板与一棱柱体结合，分析压强分布图的形心位置。这种形象地讲解，有助于学生更好地理解教学内容。

在教学过程中，多媒体可充分利用图形、图像、声音、录像将教学内容充分表现出来，从而激发学生的学习兴趣，加快教学信息的传递速度，提高课堂教学效率，扩大学生知识面。[2]但多媒体也带来了一系列的问题，如学生在听课过程中，多媒体课件一晃而过，当时学生感觉很好， 但真正留在脑海里能掌握的内容却很少，这容易造成学生眼高手低。因此，流体力学的教学要多媒体和板书相结合，在进行公式的推导和例题的讲解时，最好使用板书，这样可以使学生印象深刻，增加记忆的时间；而在讲解流线和迹线等比较抽象的内容时，可以采用动画形式，这样能够加深学生的直观理解， 有助于提高教学效果。

流体力学的学习讲究系统性，各章之间又相对独立。在每次上课之前，教师应对上节课的内容进行回顾复习，并可以采用提问的形式，让学生了解自己对上节课重点内容的掌握情况。在每一章节开始时，教师应首先向学生介绍本章的主要内容、重点和难点以及与前后章节的联系，每学完一章后教师要进行归纳总结，以便让学生将所学知识融会贯通。对于重要的内容，教师在课上讲解的时候要明确指出，回顾的时候要对这部分内容进行提问，在一章讲完归纳总结的时候，要再次强调这部分内容，相信这样可以使学生印象比较深刻。

四、理论和实验相结合，充分利用有限的课时

流体力学往往有0.5个学分的实验课。实验的主要目的是通过实验加深学生对理论知识的理解，提高学生的实践操作能力，更好地运用所学理论解决生产中的实际问题。实验结束后，应让学生整理实验数据，总结物理量之间的相互关系，以便发现其中的规律，这非常重要。[3]很多教师的做法是理论课全部讲完了，再集中上实验课，这种做法有利有弊。优点是学生在上完理论课后，在实验课上教师再讲解一遍实验原理，可以加深其对知识的理解和记忆。弊端是上理论课时，教师不能形象地讲解，学生不能很好地掌握；上实验课时，教师再讲解一遍，费时费力。对于应用型本科院校来说，其培养的是应用型人才，实验教学是人才培养最基本的工作。尤其在总课时量被压缩的情况下，充分利用实验课的时间，将理论和实验相结合，就成为一种行之有效的手段。流体力学中的很多内容，例如雷诺实验，沿程水头损失和局部水头损失的计算都可以在实验室进行讲解，一边讲解，一边实验演示。还可以在流体力学实验室中增加多媒体设备或者其他可视化设备，课前让学生预习，课上讲解完理论，直接就让学生动手做实验，课后处理实验数据。这样既能充分利用有限的课时，又能使学生更好地掌握所学知识，还能锻炼学生的动手能力和归纳总结的能力，一举数得。

五、加作业环节，改革考核方式

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。[4]当然，布置作业不等于搞题海战术。例如，关于典型的三大方程，即连续性方程、能量方程、动量方程的应用，有三种类型的典型题目，即弯管内水流对管壁的作用力，水流对建筑物的作用力和射流对平面壁的冲击力，每种类型的题目可以布置1～2道作业题。而关于求解作用在平面上和曲面上静水总压力的计算，题目形式多样，压力体的形状灵活多变，可以适当多布置作业题，让学生尽可能多掌握各种类型的题目。同时教师可以在课堂上专门安排习题课。这样一方面可对学生所做作业进行点评，剖析典型例题，启发学生举一反三；另一方面，这也可给学生提供了课堂讨论的机会，引导学生掌握发现问题、解决问题的思路、方法和技巧，能对学生思维进行锻炼，让学生触类旁通。[5]除了典型的计算题以外，习题课上还可以设置选择题、填空题和判断题等，避免学生重计算，轻概念。

目前，在考核方式上，一般是平时成绩占20%，实验成绩占20%，期末成绩占60%。这种考核方式虽然兼顾了期末考试和平时表现，但也存在弊端。笔者在教学过程中发现，很多学生平时作业做得不错，但期末卷面成绩非常不理想。究其原因，可能是平常作业存在抄袭现象，上课虽然出勤率高，但课上听讲不认真。如何改变这一现状？一方面，可以适当减少平时成绩所占的比重，例如平时成绩占10%，期末成绩占70%，实验成绩占20%；另一方面，实验成绩单独计算，而在理论考试中，平时成绩占20%，期末成绩占80%。当然，更为重要的是教师要练就“火眼金睛”，要具有高度的责任心：一是对作业雷同的现象，一律给予当次作业不及格；二是要加强课堂纪律的管理，对于回答问题的情况、课上表现等都要作为平时成绩的重要方面进行考核。只有这样，才能真正体现出考核的公正性和合理性。

总之，针对应用型本科院校，流体力学的教学应与学校的办学特色、办学定位相结合。应在总课时量不增加的前提下，优选教材；激发学生的学习兴趣，注重学生分析问题、解决问题能力的培养；加强理论与实验相结合，增加综合性、设计性实验项目，鼓励学生自己动手研发、设计小型实验装置，培养学生的动手能力与创造能力，这样才能够提高学生各方面的能力，最终实现培养“厚基础、善实践、能创新、高素质”的应用型人才的目标。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张羽，张仙娥.环境工程专业《流体力学》的教学探讨[J]. 华北水利水电学院学报（社科版），2010（4）：156-157.

[2] 宿程远，张建昆，陈孟林.师范学院环境工程专业流体力学课程改革初探[J].中国电力教育，2008（12）：117-118.

[3] 王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建筑，2008（21）：182-183.

篇7

关键词：内燃机车；风道；结构设计；有限元

1.背景

内燃机车上有大量需要散热的部件，要利用风道来连接风源，为其提供冷却用风。但由于空间、结构等原因，该类风道往往结构复杂且异形结构，能够巧妙的布置符合要求的风道尤为重要。本文以160km客运内燃机车为实例，并结合有限元仿真技术和性能计算，设计出了满足阻力要求的主发电机进风道，为今后的类似设计提供了参考。

2.工作原理

首次在干线内燃机车上布置冷却塔，该部件主要用于集中冷却从机车主变流器、辅助变流器以及主发电机所产生的热量。混流式主冷风机安装在冷却塔主体机架内，首先由风机将冷却空气从机车电机室吸入，经过冷却塔散热器，将冷却液冷却后，冷却空气从冷却塔底部进入主发电机冷却风道，最后对主发电机冷却，随后排向车外。部件外形具体见图1：

3. 主发电机进风道结构设计

3.1方案设计

风道设计时，应尽可能降低阻力来为整个系统腾出更多的设计余量。由于本例中受机车整体空间布局的限制，风道设计结构见图2。

3.2有限元仿真

3.2.1 网格划分

为了更准确的计算风道阻力，需要借助仿真分析软件ANSYS 14.0对箱体沿程阻力和局部阻力进行估算，本次分析主要利用几何模型处理工具ANSYS DM 、流体网格划分工具ICEM CFD及流体动力学分析软件FLUENT等软件，最终得到风道的流场分布和阻力特性。

从Creo 2.0输出到ANSYS中的模型，在ANSYS ICEM CFD中⒛P痛理为没有厚度的壁面来进行网格划分，针对进出口段增长了一部分管道，有利于提高CFD分析的收敛性以及分析精度。在该几何模型的基础上，使用ICEM CFD中的直接从几何体上划分网格的鲁棒性高的Octree的四面体划分网格，网格模型及流场场线见图3和图4：

3.2.2 边界条件及分析模型

边界条件见表1。

分析模型见表2。

3.2.3 分析结果

通过收敛曲线、监控变量的值是否不再变化及进出口流量差是否小于规定值来判断分析过程是否收敛，获得了风道阻力= 550pa。由于此阻力超过了设计需求，不满足要求，需要设计优化。

4.改进方案

4.1 优化项点

1）风道与冷却塔座设计了连接式倒流板2）在风道直段处，设计了均衡风速的导流板3）增大进风口，具体结构见下图5、6：

4.2 有限元仿真结果

网格划分及边界条件设置同上，最后获得优化后风道最大流速为66.31m/s，风道阻力位340pa。仿真结果满足设计要求，见图7。

5.结论

因为风道阻力与风速的平方成正比，所以在设计风道时需要尽可能的优化结构来降低风速。本文中通过优化主发电机进风道的结构，并通过有限元仿真，最终获得了满足要求的风道，并为今后类似设计提供了参考。

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【关键词】 急性等容性血液稀释自体输血； 骨科大手术； 临床麻醉； 血流动力学； 变化

【Abstract】 Objective：To analyze the clinical anesthesiology and hemodynamics changes in acute equal volume blood dilution of autologous blood transfusion in the application of orthopedic surgery.Method：From April 2014 to April 2016，80 cases of elective major orthopedic surgery treatment in our hospital were selected as the research objects，they were divided into the pre storage autologous blood transfusion group（pre storage group） and acute equal volume blood dilution autologous blood transfusion group（acute blood dilution group） according to the treatment method，each group had 40 cases.Two groups of hemoglobin（Hb），hematocri（HCT），heart rate（HR），arterial blood pressure（ABP），Na+，K+，Cl-value were compared.Result：The input amount of fresh frozen plasma and the concentration of red blood cells in the acute blood dilution group were significantly lower than the pre storage group，the differences were statistically significant（P

【Key words】 Acute equal volume blood dilution of autologous blood transfusion； Major orthopedic surgery； Clinical anesthesiology； Hemodynamics； Change

First-author’s address：Baoan District Central Hospital of Shenzhen City，Shenzhen 518102，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.21.008

急性等容血液稀释指术前短时间内将患者一定量的自身血采集下来，采集过程中严格依据患者的自身状况预计出血量，同时将胶体液及晶体液输入，以对正常的机体血容量进行有效的维持[1]。完成手术后对失血量进行监测发现其达到必须输血的程度时，回输采集的自身血，由于自身血在体外具有较短的贮存时间，凝血因子及血小板富集，因此一方面能够促进患者术后实际出血量的减少，另一方面还能够对输入异体血引发的并发症进行避免[2]。此研究统计分析了2014年4月-2016年4月本院收治的择期接受骨科大手术治疗的患者80例的临床资料，分析了急性等容性血液稀释自体输血应用于骨科大手术时临床麻醉及血流动力学的变化，现报道如下。

综上所述，急性等容性血液稀释自体输血应用于骨科大手术时临床麻醉及血流动力学的变化小，安全有效，值得推广。

参考文献

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[19]解寒冰，夏云展，杨大勇，等.肝癌患者手术治疗过程中应用急性等容性血液稀释（ANH）自体输血的临床效果[J].当代医学，2015，21（10）：39-40.

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【关键词】燃烧爆炸；数学模型；数值模拟；FLUENT

0 引言

可燃气体爆炸是工业生产和生活领域爆炸灾害的主要形式之一，迫切要求能够预测好潜在的气体爆炸的威力和危害，并以此为基础在设计和实际建筑安装中提出合理的方案。气体爆炸是预混燃烧的一种。可燃气体燃烧爆炸的模式大致可以有4种：定压燃烧、爆燃、定容爆炸、爆轰。管道内可燃气体爆炸事故中最常见的形式是爆燃，即火焰阵面相对于未燃气体以亚音速传播，工业可燃气体爆炸事故多足由弱点火（点火能量小于100J）点燃可燃气云引起的。传播形式多为亚音速传播的爆燃波。燃烧率、预混火焰阵面的传播率及障碍物几何形状对爆燃超压都有影响，与之相关的问题是现今研究的主要课题之一。包括实验研究、理论分析、模型的建立及数值模拟等。本文以甲烷燃烧为对象，首先建立了其物理模型和数学模型，并利用商用CFD软件FLUENT对二维热态燃烧空间进行模拟。

1 数值模拟技术的发展概述

A.K.Gupta利用计算机数值模拟的方法研究了高温空气燃烧的火焰状态。利用了非均匀网格系统，引入了传热模型，湍流模型，考虑了体系内的辐射和化学反应。得出了在不同的空气预热温度（1400K和1200K）下，随着含氧浓度（21%，15%，8%，5%，2%）的降低，火焰的最高温度都降低，火焰的体积增大。W.Blasiak，B.Lindblad模拟了具有一个燃料喷嘴的长方体型燃烧室，选用不同的模型（RSM/MPDF模型和k-e/FRDE模型），得出空气预热到1300K，氧气浓度分别为21%，15%，8%，3%时燃烧室的流场、温度场和浓度场图，说明了高温空气燃烧具有温度分布均匀，低污染物排放的优点。并且得出RSM/MPDF模型模拟火焰燃烧的结果比k-e/FRDE模型更接近试验拍摄的结果。

国内具有代表性的是文献中对高温空气燃烧的火焰特性，全辐射式锅炉内火焰流股结构以及换向瞬间炉膛内热工作特性进行了数值模拟，结果与前期的热态实验和日本学者发表的结果相吻合。西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室首先借助Fluent软件平台，应用Eulerian/Lagrangian方法，在3种不同工况下对200MW四角切向燃烧煤粉锅炉炉内的流动、传热以及燃烧进行了数值模拟，得到了炉膛内的速度场、温度场分布，而且对炉内CO、O2、CO2的质量浓度分布给出了趋势图，给出了煤粉颗粒的运动轨迹。清华大学热能工程系由长福等人比较了软件FLUENT提供的不同湍流模型：K-ε模型、RNGK-ε模型、带旋流修正的RNGK-ε模型、Realizable K-ε模型、雷诺应力模型在对四角切向燃烧煤粉锅炉内冷态气相流动进行数值模拟的效果；探讨了为减小数值伪扩散对强旋流动的影响采用的减小网格尺寸和提高差分格式精度等措施的优劣，为理论分析强旋湍流流动和对四角切向燃烧煤粉锅炉内流体流动的工程设计提供了参考依据。同济大学热能工程系金颖等运用FLUENT软件模拟计算了小尺寸下的简单烟气扩散规律，结果与正态分布假设下的高斯烟羽模型验证表明该软件能很好的模拟出烟气扩散问题。法国杜埃矿业研究院工业能源实验室在FLUENT平台上对原型为600MW四角切圆燃烧锅炉进行炉膛内冷态空气动力场模拟，研究了经不同燃烧器送入的空气在炉膛内的流动情况以及炉膛内的速度分布[1]。

2 物理模型及其网格划分

本文所建的物理模型是二维圆筒形燃烧器。在燃烧器的中心有一个小的喷嘴注入甲烷。空气从喷嘴周围进入燃烧器。其质量分数和速度由操作面板输入。圆筒内壁每格0.5m有高为0.1m的挡板。物理模型及尺寸如图1所示：

本物理模型的特点是：燃料喷嘴为绝热材料，壁面初始温度为300K，燃料由喷嘴处高速喷出，并与低速流动的空气混合。壁面上的挡板会使气流产生明显的涡流，在模拟中可以清晰的看到。

本模拟采用FLUENT的前置处理器GAMBIT进行网格划分，由于模型是轴对称结构，可以只对一半模型进行划分，除了周边界和4个长壁面的ratio分别选为0.38和0.55外，其他均为1。喷嘴处的网格放大图如图2所示：

由图2可以看出，网格划分采用的是非结构化网格。网格信息如表1：

1 cell zone，7 face zones。最大网格体积为5.389917e-005m3，最小网格体积为4.484518e-007m3，大于0，可以正常计算。

3 数值模拟结果

计算工程可以生成火焰从发生到喷出燃烧器的动画效果。以下是计算过程中的温度场和压力场随时间的变化图（图3、图4、图5）。

4 结论

本文采用具有模拟复杂外形的流体流动及热传导的CFD软件FLUENT，建立了一个具有高效蓄热式烧嘴的二维燃烧空间；选用k-湍流模型、species transport模型对二维空间进行数值模拟。通过计算结果分析得出以下结论：

（1）计算模型、湍流模型和组分模型的选择对收敛的速度和计算的花费有着直接的影响，因此应该综合考虑，以使计算花费和收敛时间达到能够接受的程度。

（2）FLUENT的计算只是一种数值模拟计算，跟实际实验值存在一定误差。

（3）组分质量分数可能影响火焰的发生和传输。燃料组分的质量分数过低或过高都不能顺利进行实验。过低可能导致火焰不能点燃，过高则有可能使火焰在短时间内迅速熄灭。

（4）本实验假定除了密度以外的所有物性不变进行初始化计算。因为流动为完全发展湍流，使用常传输物性是可以接受的。但是不变比热的假定对燃烧的求解有较大的影响。

（5）挡板对燃烧的气流有明显的影响，通过动画可以明显的看出在挡板处产生了涡旋气流。

（6）本实验的涡―耗散反应模型忽略了化学动力学。因此仅使用混合率参数，化学动力学参数未被激活。

【参考文献】

[1]韩占平，王敬，兰小平，编.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2004.6.

[2]王福军，编.计算流体动力学分析――CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社.

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关键词：脱硫站除尘;烟气捕集;改进措施;有限元分析

1 概述

脱硫站作为炼钢车间的主要尘源点之一，目前的除尘效果不尽理想。常用的解决方法是增大除尘风量，但也伴随着增加投资及能耗等问题[1]。因此，本文深入探讨了单工位搅拌脱硫站烟气捕集的改进措施，研究如何利用合理的风量分配，达到最佳的除尘效果，以改善炼钢车间内的生产环境。

2 单工位搅拌脱硫站除尘工艺介绍

所谓单工位搅拌脱硫站，就是铁水搅拌脱硫和扒渣工序布置在同一位置上 [2]。传统的除尘系统共设有2个抽尘点，搅拌位及扒渣位各1个，如图1所示。由于抽尘点比较靠近扒渣机，在扒渣时除尘效果较理想;但在搅拌脱硫时就有部分烟气沿着进罐侧狗屋顶部下檐，通过密封门边沿的缝隙向外逃逸，使得该区域短时间内布满了烟尘并慢慢向四周扩散，严重污染了主厂房内的工作环境。通过以上分析，结合现场观察，可以得出传统除尘系统效果不理想的原因：（1）搅拌工位抽尘点距搅拌工位稍远，只能收集部分烟气;（2）狗屋密封不严，含尘烟气在热压及动压的作用下，逃逸至狗屋外，进而影响该区域内的工作环境。

因此，改进除尘效果必须从以上两点着手。

3 脱硫除尘系统改进措施

通过上述原因分析，本文提出了脱硫站除尘系统的改进措施：

3.1 增加密封措施

对狗屋加以改造，在主要漏风处增加密封措施，如下：

（1）在搅拌机通过狗屋顶部处增设盖板或采用不燃气体封闭;

（2）在密封门内侧的上面及两边增设柔性密封板;

（3）在扒渣侧采取密封措施，以减少扒渣侧的漏风面积。

通过以上措施，可以有效地控制烟气外溢，将烟气集中在狗屋内处理。

3.2 增加抽尘点

从搅拌工位溢出的含尘烟气，集中在狗屋内。在此基础上，本文通过ANYSCS模拟，分析烟尘的扩散流动，为提出除尘系统的改进措施提供有效依据[3]。

（1）实验模型的建立。本研究以某钢厂脱硫站的实际尺寸建立了物理模型，设置了烟气捕集系统、铁水罐（尘源）、隔热层、狗屋等（障碍物），对烟气的速度场进行了模拟。结果如图2所示。

（2）脱硫站抽尘方式改进方案的提出。从模拟结果可以看出，大部分烟气被扒渣工位及搅拌工位的除尘管道抽走，但仍有部分烟气从狗屋进罐侧上方逃逸。为此，本文提出了改进除尘系统的设计方案，即在狗屋进罐侧上方增设抽尘点，接入除尘总管中。

（3）改进方案的效果分析。为了验证该方案的效果，本文对改进后的除尘系统再次进行了模拟，结果如图3所示。

从图3可以看出，在狗屋进罐侧上方增设了抽尘点后，从搅拌工位逸出的烟尘很快被除尘系统抽走，从而解决了烟尘外逸的问题;且新增抽尘点抽风量小，投资少，大大提高了除尘系统对烟气的捕集效率。

以上改进措施已在多个钢厂的脱硫改造项目中投入使用，脱硫站区域内工作环境有了较大的改善，深受业主的好评。

4 结论

为达到除尘系统的最佳效果，应做到以下几点：（1）应尽量将尘源点封闭，避免烟尘外逸对周边环境造成污染;（2）在得出烟气扩散的机理特性及外逸的走向规律后，可在烟气扩散的路径中增加抽尘点，以提高除尘系统对烟气的捕集效率;（3）除尘系统的改造，不能影响工艺设备的布置、操作和检修。

参考文献：

[1]杨永利.转炉炼钢除尘技术现状及常见问题的分析[J].民营科技，2014（02）：6-6.