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中圖分類號：TU71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2013）-12-0194-01

一、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)概述

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)即Computational Fluid Dynamics ，簡稱為CFD，是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)值計(jì)算技術(shù)發(fā)展而來的一種先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對流體流動(dòng)及換熱模擬，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等眾多領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。在建筑領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以對小區(qū)建筑物是空氣流動(dòng)、室內(nèi)通風(fēng)、室內(nèi)供熱制冷設(shè)備布置、建筑物與外界環(huán)境換熱等狀況進(jìn)行模擬與研究，從而提高建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性及合理性，打造宜居環(huán)境。

（一）計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析方法

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，是在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上，對實(shí)際流體流動(dòng)狀況進(jìn)行模擬仿真。其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基本原理為：通過數(shù)值求解控制流體流動(dòng)微分方程，獲得流體流動(dòng)流場在區(qū)域范圍內(nèi)離散分布狀況。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)分析方法主要分為三個(gè)環(huán)節(jié)，分別為數(shù)學(xué)物理模型構(gòu)建、數(shù)值算法求解與結(jié)果可視化。

1.數(shù)學(xué)物理模型構(gòu)建。針對所需要研究的流動(dòng)問題，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型進(jìn)行描述與研究。在建筑環(huán)境領(lǐng)域，其流體流動(dòng)問題主要是進(jìn)行不可壓流體粘性流體流動(dòng)控制微分方程求解，為此，可以建立湍流模型并進(jìn)行數(shù)值求解。如下公式為粘性流體流動(dòng)控制微分方程：

在方程中，S代表源項(xiàng)，Γ代表擴(kuò)散系數(shù)，p代表密度，其變量φ所代表的物理量不同，其方程含義不同。在應(yīng)用該方程的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行建筑工程環(huán)境中溫度、濃度、流場速度等物理量分布。

2.數(shù)值算法求解?？紤]到粘性流體流動(dòng)控制微分方程具有較強(qiáng)的非線性特征，只能應(yīng)用數(shù)值方法進(jìn)行求解。為此，應(yīng)對求解區(qū)域進(jìn)行離散處理，一般采取有限元、有限差分、有限容積等離散形式。在進(jìn)行不可壓流動(dòng)與傳熱問題研究時(shí)所采取有限容積法進(jìn)行離散。通過離散，可以獲得代數(shù)方程并進(jìn)行求解，獲得流場離散分布。

3.結(jié)果可視化。單純進(jìn)行方程求解無法讓一般工作人員進(jìn)行理解，應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)將速度場、溫度場等進(jìn)行模擬描述，通過計(jì)算機(jī)圖形，直觀表達(dá)出模擬結(jié)果。在可視化處理后，可以將復(fù)雜數(shù)值以直觀圖像進(jìn)行顯示，便于非專業(yè)工作人員理解。當(dāng)前，應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以生成靜態(tài)速度圖、靜態(tài)溫度場圖，并可以描繪出流場軌跡。

（二）計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)優(yōu)勢

在建筑環(huán)境工程中，其建筑群風(fēng)環(huán)境預(yù)測、室內(nèi)熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、設(shè)備性能等均是通過試驗(yàn)方式來實(shí)現(xiàn)，如進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)等，其試驗(yàn)存在著一定缺陷，且試驗(yàn)周期較長。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬，其成本較低，速度較快，且模擬真實(shí)度較高，其模擬準(zhǔn)確性有保障。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)可以生成可視化結(jié)果，可以為建筑設(shè)計(jì)及優(yōu)化發(fā)揮指導(dǎo)意義。

二、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)在建筑環(huán)境工程中的應(yīng)用

（一）建筑外環(huán)境分析設(shè)計(jì)。在建筑工程中，其外環(huán)境對建筑內(nèi)居住者生活存在著很大影響，尤其是建筑設(shè)計(jì)較為密集的區(qū)域，其小區(qū)熱環(huán)境問題與二次風(fēng)問題逐漸受到人們的重視。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以對建筑外環(huán)境進(jìn)行仿真模擬，為建筑設(shè)計(jì)提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。在仿真模擬建筑外環(huán)境風(fēng)流動(dòng)分布狀況的基礎(chǔ)上，還可以對建筑內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)提出意見。按照模擬獲得風(fēng)速大小，進(jìn)行住宅建筑風(fēng)荷載承受值計(jì)算，有助于優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（二）通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織設(shè)計(jì)。通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織是建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其空調(diào)空間氣流組織直接關(guān)系著通風(fēng)空調(diào)效果，如空調(diào)空間氣流組織質(zhì)量較好，則室內(nèi)空調(diào)溫度及速度能夠滿足建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的要求，反之，則不能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)。為此，在進(jìn)行建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工之前，應(yīng)進(jìn)行空調(diào)空間氣流組織的設(shè)計(jì)與預(yù)測。在傳統(tǒng)方法中，多是選擇典型送回風(fēng)方式的氣流組織狀況研究，其精度及應(yīng)用范圍難以滿足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以通過模擬仿真對建筑物內(nèi)部空氣氣流分布及溫度分布情況進(jìn)行描述，可以實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)通風(fēng)效果及空氣質(zhì)量的評價(jià)，指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織設(shè)計(jì)工作。

（三）建筑物及外環(huán)境傳熱計(jì)算。在建筑工程中，其建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)所具備的熱工性能會對室內(nèi)熱環(huán)境造成直接影響。如隔熱保溫性較差的圍護(hù)結(jié)構(gòu)其建筑室內(nèi)熱環(huán)境表現(xiàn)為冬冷夏熱。為此，在工程施工中應(yīng)綜合分析室內(nèi)與室外熱交換等情況。通過應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，結(jié)合數(shù)值傳熱學(xué)，可以對建筑流固耦合進(jìn)行傳熱計(jì)算，根據(jù)研究結(jié)果，合理選擇建筑圍護(hù)材料，有效控制建筑室內(nèi)熱環(huán)境，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

（四）建筑設(shè)備性能研究。在建筑工程施工中，會應(yīng)用到多種設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、空調(diào)等，其設(shè)備運(yùn)行均是通過流體工質(zhì)流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，流體流動(dòng)狀況直接影響著設(shè)備性能，如流道設(shè)置良好，其流體流動(dòng)阻力較小，可以降低設(shè)備噪音，節(jié)約能耗等。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，可以對設(shè)備內(nèi)部流體流動(dòng)狀況進(jìn)行模擬研究，在研究結(jié)果上分析設(shè)備性能，改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備應(yīng)用的綜合效益。

三、結(jié)語

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)流體流動(dòng)與換熱模擬，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等眾多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)分析主要分為數(shù)學(xué)物理模型構(gòu)建、數(shù)值算法求解與結(jié)果可視化三個(gè)環(huán)節(jié)，在實(shí)際應(yīng)用中展示出較大優(yōu)勢。從建筑外環(huán)境分析設(shè)計(jì)、通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織設(shè)計(jì)、建筑物與外環(huán)境傳熱計(jì)算、建筑設(shè)備性能研究四個(gè)方面對建筑環(huán)境工程中計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。實(shí)踐證明，通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高建筑環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)建筑施工綜合效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳雪宇，黃曉家，謝水波，沃留杰，譚斌. 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）在建筑排水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 給水排水，2009，11：204-208.

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關(guān)鍵詞： 高考物理 電磁學(xué)試題 分析

隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁場理論成為一些交叉學(xué)科的生長點(diǎn)和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，其發(fā)展對應(yīng)用學(xué)科和技術(shù)起著巨大的推動(dòng)作用。對它的把握和理解的深度直接關(guān)系到學(xué)生今后的發(fā)展。因此，《電磁學(xué)》課程內(nèi)容在中學(xué)物理教學(xué)和高考占據(jù)的分量很重。在普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）中，電磁學(xué)的知識也占了很大的篇幅，包括選修模塊1-1、1-2、2-1、3-1、3-2全部，以及選修3-4的部分內(nèi)容。

本文通過對廣東省2006—2011年高考物理電磁學(xué)試題的分析，特別是通過關(guān)注2010—2011年變動(dòng)的部分，對于引導(dǎo)廣大高三師生及時(shí)調(diào)整復(fù)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)、方式，制定合理可行的教學(xué)目標(biāo)，實(shí)施科學(xué)高效的復(fù)習(xí)策略，具有重要的意義。

1.新課標(biāo)及高考考試說明對電磁學(xué)的要求

2004年廣東開始新課程改革，全新的理念和教材極大地促進(jìn)了中學(xué)物理教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變，普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)、考試說明成為高三物理學(xué)教師高考復(fù)習(xí)教學(xué)的指南，順應(yīng)了復(fù)習(xí)教學(xué)的需要。

1.1《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》物理課程結(jié)構(gòu)及其電磁學(xué)課程內(nèi)容與要求。

1.1.1物理課程結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)高中物理課程由12個(gè)模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊占2學(xué)分，其中物理1和物理2為共同必修模塊，其余為選修模塊，詳見表1［1］。

1.1.2物理教學(xué)對電磁學(xué)教學(xué)內(nèi)容的要求。

從表1可以看到，在10個(gè)選修模塊中，電磁學(xué)占6個(gè)，即選修1-1，1-2，2-1，3-1，3-2，3-4。包含6大主題，即電磁現(xiàn)象和規(guī)律，電磁技術(shù)與社會發(fā)展，家用電器與日常生活，能源與社會發(fā)展，電路與電工，電磁波與信息技術(shù)。

1.2普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理科考試大綱的要求（廣東卷）。

1.2.1能力要求。

2006年，廣東高考實(shí)行的是3＋綜合＋X科（物理、化學(xué)、生物、政治、歷史、地理）。物理作為單科形式命題，隸屬于X科，滿分150分。2007年開始，采用“3+文科基礎(chǔ)/理科基礎(chǔ)+X”的考試模式，恢復(fù)了文理科的區(qū)別，文理科分開劃線錄取。2010—2011年，實(shí)施3＋文/理綜合模式，物理歸屬于理科綜合科，滿分100分。

盡管廣東高考方案在變，但對能力的要求依舊；而在內(nèi)容上，2006—2009年，廣東高考物理是以單科的形式出現(xiàn)，無論是在廣度還是在深度上要求學(xué)生對知識的掌握都要比2010—2011年理科綜合高。調(diào)整后的高考大綱更注重五方面的能力，即理解、推理、分析綜合、應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

1.2.2電磁學(xué)考試內(nèi)容與要求（含Ⅰ、Ⅱ級要求）。

（1）命題要求。以能力測試為主導(dǎo)，考查考生對所學(xué)相關(guān)課程基礎(chǔ)知識、基本技能的掌握程度和綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析、解決問題的能力。重視理論聯(lián)系實(shí)際，關(guān)注科學(xué)技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展；重視對考生科學(xué)素養(yǎng)的考查。

（2）必考內(nèi)容和選考內(nèi)容。從近六年廣東高考試卷可以看出，在物理部分內(nèi)容中，電磁學(xué)占的比例較重，約占46.0%。

（3）電磁學(xué)試題內(nèi)容要求。知識內(nèi)容要求掌握的程度，在“2006—2011年廣東高考物理電磁學(xué)內(nèi)容要求”附表（本文略）中用Ⅰ、Ⅱ標(biāo)出，Ⅰ指對所列知識要知道其內(nèi)容及含義，并能在有關(guān)問題中識別和直接使用，與課程標(biāo)準(zhǔn)中的“了解”和“認(rèn)識”相當(dāng)；Ⅱ指對所列知識要理解其確切含義及其他知識的聯(lián)系，能夠進(jìn)行敘述和解釋，并能在實(shí)際問題的分析、綜合、推理和判斷等過程中運(yùn)用，與課程標(biāo)準(zhǔn)中的“理解”和“應(yīng)用”相當(dāng)。

2.近六年廣東高考物理電磁學(xué)試題分析

從表2可以得出：電磁學(xué)內(nèi)容占的比例在42.7%—57.3%之間，平均46.0%。雖然電磁學(xué)內(nèi)容所占比例有所不同，但考查的電磁學(xué)基本知識和重點(diǎn)知識大同小異，主要為：電場力及其做功、電勢能、洛侖茲力、電磁感應(yīng)、穩(wěn)恒電流及實(shí)驗(yàn)、帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)等［2］。廣東省近六年電磁學(xué)所考知識點(diǎn)詳見表3。

從表3可以得出，近六年廣東高考電磁學(xué)試題一共考了40題，帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)共考了12次，導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)也考了5次。由于帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)涉及力學(xué)的諸多核心知識，在高考電磁學(xué)內(nèi)容中考查頻率最高，無論是選擇題，計(jì)算題甚至實(shí)驗(yàn)題都會涉及。

實(shí)驗(yàn)題考查幾乎都是以電路實(shí)驗(yàn)為主的主要考查點(diǎn)，每年的實(shí)驗(yàn)題中至少有一題為電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)。這6年所考的6個(gè)實(shí)驗(yàn)中，多屬于探究性實(shí)驗(yàn)，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的掌握情況，科學(xué)探究能力，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的要求。

3.近六年廣東高考物理電磁學(xué)試題的研究結(jié)論

3.1總體分析。

對2006—2011年廣東高考物理試卷及其電磁學(xué)試題分析得出，電磁學(xué)和力學(xué)內(nèi)容比重較大，并且在試卷的后半部分較有難度的解答題大多是電磁學(xué)和力學(xué)知識的結(jié)合，由此可見，學(xué)生打好力學(xué)基礎(chǔ)，有利于學(xué)生對電磁學(xué)知識的掌握及學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

電磁學(xué)知識的實(shí)驗(yàn)題既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，不僅要求學(xué)生掌握《考試大綱》中所要求的五個(gè)實(shí)驗(yàn)，而且要求學(xué)生能夠正確使用電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱、示波器等基本電學(xué)儀器。電學(xué)實(shí)驗(yàn)還凸顯了考綱中對誤差問題要求的分析研究，它涉及儀器的選擇、電路的組裝、數(shù)據(jù)的讀取和處理等，這也使試題更具探究性和時(shí)代性，強(qiáng)化了試題的選拔［3］。

3.2廣東省高考電磁學(xué)部分試題分析對高中電磁學(xué)教學(xué)的啟示。

電磁學(xué)在高中物理中的重要地位決定了它在高考中的權(quán)重，因此無論高中物理教師教學(xué)還是高三復(fù)習(xí)都要安排足夠的時(shí)間，投入足夠的精力，采用有效的方法，訓(xùn)練適量的試題［4］。

（1）立足本學(xué)科，全面掌握知識結(jié)構(gòu)，弄清各知識點(diǎn)之間的聯(lián)系；狠抓基礎(chǔ)，強(qiáng)化綜合，提高能力。

（2）分析典型例題并透徹理解，熟練掌握解題方法；規(guī)范解題，提高解題的速度和準(zhǔn)確率。比如在電磁場中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題可設(shè)計(jì)這樣的幾個(gè)小專題：帶電體在電磁正交復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，交變電磁場中帶電體的運(yùn)動(dòng)，電場、磁場和重力場共同作用下物體的運(yùn)動(dòng)，等等。

（3）重視電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

高考中電學(xué)實(shí)驗(yàn)占有較重要的地位，每年基本都有測電阻的實(shí)驗(yàn)考題。近年理綜實(shí)驗(yàn)考查更注重設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，因此，應(yīng)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（4）關(guān)注科技前沿和社會熱點(diǎn)，擴(kuò)大視野，強(qiáng)化應(yīng)用。

在狠抓基礎(chǔ)的同時(shí)，還要注意密切聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，關(guān)注科技前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)。在近幾年高考試題中已出現(xiàn)過的有：靜電學(xué)知識中的靜電除塵、靜電分選器、靜電透鏡、靜電復(fù)印等；恒定電流中的傳感器、PTC元件、光敏電阻的使用等；磁學(xué)部分的顯像管、示波器、質(zhì)譜儀、電磁汞、電磁炮、速度選擇器、加速器、電磁流量計(jì)、磁流體發(fā)電機(jī)等。

參考文獻(xiàn)：

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ANSYS Mechanical系列軟件可快速有效解決復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題。

1.可確保預(yù)測并優(yōu)化產(chǎn)品性能

ANSYS的結(jié)構(gòu)力學(xué)方案建立了工程的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，擁有廣泛的動(dòng)力學(xué)求解功能，包括用于計(jì)算固有頻率和振型的模態(tài)分析、荷載正弦變化的諧響應(yīng)分析，線性、非線性的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析等。復(fù)合材料在內(nèi)的任何材料的力學(xué)行為可在ANSYS豐富的本構(gòu)模型庫中直接選取。

2.最短的時(shí)間更深入理解產(chǎn)品設(shè)計(jì)

ANSYS與所有主流CAD軟件的雙向參數(shù)互動(dòng)可自動(dòng)更新設(shè)計(jì)模型，而不必再進(jìn)行幾何修改。其對任意幾何類型的自動(dòng)化網(wǎng)格功能和自動(dòng)接觸探測功能可幫助用戶節(jié)省大量的建模時(shí)間。ANSYS還提供廣泛的加載方式和邊界約束條件，以準(zhǔn)確模擬更為真實(shí)的產(chǎn)品行為特性。此外，ANSYS完善的后處理工具可幫助工程師更深層次地進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，通過建模向?qū)Ш湍０逄嵘こ處煼治瞿芰Α?/p>

3.快速求解大型模型能力

ANSYS Mechanical加入了并行算法來加快求解速度，ANSYS還提供基于GPU的獨(dú)特技術(shù)，該技術(shù)與并行計(jì)算結(jié)合可以進(jìn)一步提高計(jì)算速度。另外，高級技術(shù)包含的子結(jié)構(gòu)（CMS）、子模型和專有加速技術(shù)可有效解決大型模型處理難題。

4.穩(wěn)健的非線性分析

為準(zhǔn)確理解材料的力學(xué)行為，ANSYS在仿真材料庫中添加了大量的材料模型。ANSYS擁有結(jié)構(gòu)、熱以及多物理場的接觸分析能力，依靠自動(dòng)接觸探測的強(qiáng)大能力可快速準(zhǔn)確地進(jìn)行接觸分析。

5.復(fù)雜問題的強(qiáng)健求解算法

ANSYS結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器提供了多種方程求解方案，包括直接稀疏矩陣求解、共軛梯度迭代求解（PCG）和雅可比共軛梯度求解（JCG）等。

6.高級求解方案

Mechanical系統(tǒng)可分析復(fù)雜的承受大范圍運(yùn)動(dòng)的零件裝配體，例如：車輛懸架系統(tǒng)、飛機(jī)起落架系統(tǒng)，并提供多剛體動(dòng)力分析模型。在研發(fā)過程中，以最小投入的分析設(shè)置和計(jì)算，來獲得對力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及穩(wěn)定的深入了解。

7.復(fù)雜接觸條件下的振動(dòng)分析

使用ANSYS技術(shù)，用戶可通過復(fù)特征值求解確定不穩(wěn)定模態(tài)。不同的模態(tài)計(jì)算方法提供不同準(zhǔn)確性及計(jì)算速度之間的多種選擇，包括考慮不同水平的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。

8.超越標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的功能

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【關(guān)鍵詞】進(jìn)氣道；模型；仿真

1.引言

進(jìn)氣道氣流流動(dòng)狀態(tài)最終直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、排放性以及動(dòng)力性。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的理論研究和實(shí)際工程的設(shè)計(jì)成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究者的重要課題之一。傳統(tǒng)的進(jìn)氣道設(shè)計(jì)流程是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)加穩(wěn)流試驗(yàn)臺上的反復(fù)試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)開發(fā)中存在著較大的盲目性與局限性，不僅設(shè)計(jì)開發(fā)期長，耗費(fèi)大，而且較難得到理想的方案。通過對進(jìn)氣道內(nèi)氣體流動(dòng)的三維數(shù)值模擬計(jì)算，可獲得流量系數(shù)，氣道內(nèi)壓力、流速等參數(shù)的空間分布，并建立氣道形狀、安裝位置與氣體流動(dòng)特性（包括流量數(shù)等）的關(guān)系，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣道的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供依據(jù)。

2.工作流程

工作流程如圖1所示?；究刂品匠掏ǔ０ㄙ|(zhì)量守恒方程、能量守恒方程、動(dòng)量守恒方程，以及這些方程相應(yīng)的定解條件。確定離散化方法。即確定高精度、高效率的離散化方法，具體的說就是確定針對控制方程的離散化法，如有限差分法、有限元法、有限體積法等。這里的離散方法不僅包括微分方程的離散方法及求解方法，還包括貼體坐標(biāo)的建立、邊界條件的處理等。

圖1 工作流程圖

3.模型的建立

氣缸直徑取68mm，氣缸的長度為170mm。在進(jìn)氣道進(jìn)口處增加一個(gè)穩(wěn)壓箱，作用時(shí)使進(jìn)氣道入口處的氣流流動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定，這樣便在計(jì)算入口邊界條件中施加了一個(gè)穩(wěn)定的壓力條件。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道如圖2所示，氣缸簡化為圓柱體，氣缸蓋如圖3所示，進(jìn)氣道-氣門-氣缸如圖4所示，最終計(jì)算用模型如圖5所示。

本文采用六面體和四面體的混合網(wǎng)格，在穩(wěn)壓箱及氣缸內(nèi)采用六面體網(wǎng)格，在進(jìn)氣道、氣門、氣缸蓋處采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。這樣既節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，又解決了進(jìn)氣道處外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)的網(wǎng)格劃分。將入口、出口、氣缸壁面等分別創(chuàng)建PART，以增加邊界條件；將進(jìn)氣道-氣門-氣缸蓋所在空間創(chuàng)建BODY命名為LIVE1并保證該點(diǎn)在各個(gè)棉所圍成的空間內(nèi)，如圖6所示。由于四面體網(wǎng)格生成是以BODY為單位進(jìn)行的，將穩(wěn)壓箱、氣缸部分創(chuàng)建塊，利用約束、拉伸塊等工具創(chuàng)建、分割塊，以適應(yīng)本部分體積結(jié)構(gòu)。并在此部分生成六面體網(wǎng)格，對局部網(wǎng)格進(jìn)行加密，并檢查網(wǎng)格質(zhì)量。生成四面體網(wǎng)格。生成四面體網(wǎng)格時(shí)需要對邊界處進(jìn)行加密，以便觀察近壁面處，且確保壁面函數(shù)法有效，如圖7所示。

圖6 創(chuàng)建PART及BODY 圖7 生成的網(wǎng)格

網(wǎng)格數(shù)目、類型及體積如表1所示。

4.氣道模擬仿真結(jié)果與分析

圖8是當(dāng)氣門升程為8mm時(shí)，截面a上的速度分布圖，由圖可知排氣門處（即圖中1）、喉口位置（即圖中2和3處）及氣門下方可以很明顯的看見此氣道存在明顯的滯止回流區(qū)，以上地方會造成缸內(nèi)混合不均勻，極大的影響發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能機(jī)動(dòng)力性能，設(shè)計(jì)時(shí)需要對以上地方進(jìn)行修改。圖中4處氣流與氣門頭部發(fā)生碰撞，氣流流動(dòng)方向發(fā)生改變，并消耗了氣流流動(dòng)動(dòng)能。其流動(dòng)能的減小與流動(dòng)方向的變化導(dǎo)致4處氣流速度減小。在三維建模時(shí)盡量增大4處的圓角，這樣就能減小交接處的碰撞。

圖8 截面a處的速度矢

圖9為當(dāng)氣門升程為8mm時(shí)，截面a的速度等值線云圖。由圖可知在氣門喉口位置的速度等值線分布很不均勻。其中速度等值線在喉口位置相對進(jìn)氣道等其他地方要密，表明喉口位置速度比進(jìn)氣道其他位置速度要大。氣門下方有兩個(gè)地方速度比氣道其他地方速度等值線要密（圖中1和2處），其分布是以這兩處為中心成漩渦狀。這也可以說明上述位置會產(chǎn)生很強(qiáng)的滾流。

圖9 截面a的速度等值線云圖

5.結(jié)論

運(yùn)用三維造型軟件Auto CAD，建立氣道-氣門-氣缸實(shí)體模型，利用Ansys，建立包括氣道一氣門一氣缸在內(nèi)的計(jì)算域網(wǎng)格，利用Ansys對Auto CAD建立好的計(jì)算模型劃分網(wǎng)格，進(jìn)行三維模擬計(jì)算。通過三維數(shù)值模擬找出了氣道幾何不合理的部分，采用CAD/CFD進(jìn)行優(yōu)化，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣道的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：GLUMA脫敏劑；3MP60復(fù)合樹脂；牙本質(zhì)過敏癥；療效觀察

牙本質(zhì)過敏癥是口腔門診常見的病癥之一，由于牙釉質(zhì)完整性受到破壞，牙本質(zhì)暴露，牙齒受到外界刺激，如冷、熱、酸、甜以及摩擦或咬硬物等引起酸痛癥狀[1]。重度牙本質(zhì)過敏癥以中老年人牙齒多見，因牙體硬組織長期磨耗、磨損，在牙合面出現(xiàn)不均勻磨耗呈凹坑狀，出現(xiàn)重度過敏癥狀[2]。本文使用GLUMA和3MP60聯(lián)合充填治療重度牙本質(zhì)過敏癥，臨床效果顯著，現(xiàn)報(bào)道如下。

1資料與方法

1.1 一般資料選擇從2011年9月~2012年9月我院門診治療診斷為重度牙本質(zhì)過敏癥的患者68例140顆患牙作為觀察對象，患者年齡58～82(平均70)歲；其中男36例，女32例。隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，實(shí)驗(yàn)組GLUMA和3MP60聯(lián)合充填72顆患牙，對照組3MP60復(fù)合樹脂充填68顆患牙。重度牙本質(zhì)過敏癥的主要原因?yàn)檠烂嬷囟炔痪鶆蚰ズ?、磨損；牙合面磨損呈凹坑狀。

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]依據(jù)石川修二的評定標(biāo)準(zhǔn)將牙本質(zhì)過敏癥分為4度， 0度：冷熱及機(jī)械刺激無疼痛；1度：輕度疼痛或不適感；2度：可以忍受的疼痛；3度：可誘發(fā)難以忍受的疼痛。納入病例為2~3度牙本質(zhì)過敏癥，下頜后牙牙合面磨耗較深凹坑狀，有一定充填深度；患牙無齲；無隱裂及創(chuàng)傷；無牙髓炎癥狀；近3個(gè)月未做過脫敏治療。

1.3 方法用探針檢查牙齒敏感點(diǎn)，局部預(yù)備洞形，調(diào)磨對合過銳牙尖，實(shí)驗(yàn)組清潔患牙，吹干后用酸蝕劑酸蝕20s，沖洗吹干后用小棉球蘸最小量GLUMA脫敏劑涂抹于敏感區(qū)30~60s，用氣槍吹干牙齒表面，使液體薄膜消失，牙齒表面不再發(fā)亮，用3MP60復(fù)合樹脂常規(guī)充填，修形、拋光；對照組清潔患牙，吹干后用酸蝕劑酸蝕20s，3MP60復(fù)合樹脂常規(guī)充填，修形、拋光。

1.4療效評定標(biāo)準(zhǔn)用探針在牙面上滑動(dòng)，同時(shí)用氣槍在牙面吹冷空氣，觀察牙齒疼痛反應(yīng)。計(jì)算治療前后的疼痛度差值，顯效：差值為2或3；有效：差值為1；無效：差值為0 。有效和顯效記為有效。有效率（%）=【（顯效牙數(shù)+有效牙數(shù)）/總牙數(shù)】×100%

1.5 數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)資料均采用SPSS11.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用χ2檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

2結(jié)果

治療后即刻和3個(gè)月后復(fù)查時(shí)兩組療效比較見表1。

從上表數(shù)據(jù)可以看出，兩組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P

3討論

牙齒敏感癥是口腔科常見的牙體非齲性疾病之一，重度牙本質(zhì)過敏癥以中老年人多見，多為牙體磨損不均，不良咀嚼習(xí)慣等因素引起的，牙本質(zhì)暴露呈凹坑狀，過敏癥狀較重，影響咀嚼[4]。采用單純藥物脫敏治療往往療效不佳。牙本質(zhì)敏感癥的發(fā)病機(jī)制有神經(jīng)終末傳導(dǎo)學(xué)說、牙本質(zhì)細(xì)胞傳導(dǎo)學(xué)說、流體動(dòng)力學(xué)說[5]，其中流體動(dòng)力學(xué)說認(rèn)為牙本質(zhì)小管內(nèi)的液體流動(dòng)起重要作用，根據(jù)這個(gè)理論，對過敏癥的有效治療是封閉牙本質(zhì)小管，以減少或避免牙本質(zhì)內(nèi)的液體流動(dòng)[6]。3MP60是后牙專用復(fù)合樹脂，充填治療前需對充填區(qū)進(jìn)行酸蝕處理，酸蝕使牙本質(zhì)小管口開放，通透性增加，易增加牙齒敏感癥狀。GLUMA脫敏劑是在GLUMA粘接劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來的脫敏材料[7]，由5%戊二醛和36%羥乙基甲基烯酸以及水組成，當(dāng)脫敏劑均勻涂布于牙本質(zhì)表面，脫敏劑中的戊二醛直接進(jìn)入開放的牙本質(zhì)小管，并于小管內(nèi)液體的蛋白發(fā)生反應(yīng)，使其凝固，降低牙本質(zhì)小管的通透性，阻塞牙本質(zhì)小管從而達(dá)到脫敏的目的[8-9]。經(jīng)過臨床檢測證明，GLUMA脫敏劑和3MP60復(fù)合樹脂聯(lián)合充填治療重度牙本質(zhì)過敏癥療效明顯優(yōu)于3MP60復(fù)合樹脂充填，牙齒敏感性降低，療效滿意。

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[關(guān)鍵詞]本科院校；環(huán)境工程；流體力學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0038-02

流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講述工程流體力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，主要內(nèi)容包括流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、流動(dòng)能量損失及有壓管流和明渠流等。由于該課程涉及高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)等，基本概念多且抽象，對學(xué)生的綜合分析和處理問題的能力要求高，因此學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)較為困難。流體力學(xué)課程一般在第4學(xué)期開設(shè)，開設(shè)在高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)等課程之后。

隨著教學(xué)改革的不斷深入，如何針對流體力學(xué)抽象概念多、數(shù)學(xué)分量重、理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，有針對性地對環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生尤其是應(yīng)用型本科院校的學(xué)生進(jìn)行授課，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了探討。

一、針對專業(yè)特色和課時(shí)量，優(yōu)選教材

流體力學(xué)分為理論流體力學(xué)和工程流體力學(xué)。前者適用理科專業(yè)方向，偏重理論；后者適用工科專業(yè)方向，著重于工程應(yīng)用。對于應(yīng)用型本科院校來說，應(yīng)選用偏重于工程應(yīng)用的工程流體力學(xué)作為教學(xué)內(nèi)容。目前，環(huán)境工程專業(yè)尤其是側(cè)重于水處理的環(huán)境工程專業(yè)，其流體力學(xué)的知識主要用于解決污水處理廠設(shè)計(jì)中的流體力學(xué)問題，課時(shí)量被壓縮到50個(gè)課時(shí)左右。因此，要選用適用于較短學(xué)時(shí)，并且側(cè)重于水力學(xué)知識的教材。教材要能夠與時(shí)俱進(jìn)，精益求精，注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重內(nèi)容的系統(tǒng)性與完整性，能夠涵蓋流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、有壓管流、明渠流等基本內(nèi)容。教材要有一定的例題和課后思考、復(fù)習(xí)題，能夠開拓學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最好能附有實(shí)驗(yàn)演示的光盤。

二、豐富教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

學(xué)生普遍反映流體力學(xué)很難，其中的主要原因在于W生的學(xué)習(xí)積極性不高，不肯花時(shí)間去鉆研。確實(shí)，流體力學(xué)對于初學(xué)者來說，是有一定的難度，這就要求教師在講授緒論課時(shí)，要讓學(xué)生了解流體力學(xué)的任務(wù)以及在專業(yè)及后續(xù)課程中的作用，從而啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師要對學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)提出明確要求，如哪些內(nèi)容需要掌握，哪些內(nèi)容需要了解，使學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)做到心中有數(shù)，樹立學(xué)好這門課程的自信心。[1]

三、改進(jìn)教學(xué)方法和手段，突出重點(diǎn)

流體力學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于公式的推導(dǎo)和理論的理解，以及用理論和公式解決實(shí)際問題。例如，在流體靜力學(xué)這一章中，關(guān)于流體平衡微分方程的推導(dǎo)，就涉及高等數(shù)學(xué)中的連續(xù)函數(shù)和泰勒展開式等，這是一個(gè)難點(diǎn)，對學(xué)生的高數(shù)基礎(chǔ)要求比較高。而求解作用在平面上的靜水總壓力有兩種計(jì)算方法，一種是解析法，一種是圖解法。解析法要求學(xué)生有工程力學(xué)的靜力矩和慣性矩的知識以及基本的幾何知識，此法的壓力中心在受壓面的形心的下面，與形心不重合；而在圖解法中，靜水總壓力的壓力中心與壓強(qiáng)分布圖的形心重合。雖然課上教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)兩種方法的區(qū)別，但基礎(chǔ)差和理解能力不強(qiáng)的學(xué)生仍然一頭霧水，不能很好地解決實(shí)際問題。針對這一情況，教師在課堂講解時(shí)應(yīng)盡量利用多媒體課件進(jìn)行講解，最好還能結(jié)合模型進(jìn)行講解。例如可以借助一塊平板，將其置于水下，標(biāo)注其形心和壓力中心的位置，再將平板與一棱柱體結(jié)合，分析壓強(qiáng)分布圖的形心位置。這種形象地講解，有助于學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容。

在教學(xué)過程中，多媒體可充分利用圖形、圖像、聲音、錄像將教學(xué)內(nèi)容充分表現(xiàn)出來，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加快教學(xué)信息的傳遞速度，提高課堂教學(xué)效率，擴(kuò)大學(xué)生知識面。[2]但多媒體也帶來了一系列的問題，如學(xué)生在聽課過程中，多媒體課件一晃而過，當(dāng)時(shí)學(xué)生感覺很好， 但真正留在腦海里能掌握的內(nèi)容卻很少，這容易造成學(xué)生眼高手低。因此，流體力學(xué)的教學(xué)要多媒體和板書相結(jié)合，在進(jìn)行公式的推導(dǎo)和例題的講解時(shí)，最好使用板書，這樣可以使學(xué)生印象深刻，增加記憶的時(shí)間；而在講解流線和跡線等比較抽象的內(nèi)容時(shí)，可以采用動(dòng)畫形式，這樣能夠加深學(xué)生的直觀理解， 有助于提高教學(xué)效果。

流體力學(xué)的學(xué)習(xí)講究系統(tǒng)性，各章之間又相對獨(dú)立。在每次上課之前，教師應(yīng)對上節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)，并可以采用提問的形式，讓學(xué)生了解自己對上節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容的掌握情況。在每一章節(jié)開始時(shí)，教師應(yīng)首先向?qū)W生介紹本章的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)以及與前后章節(jié)的聯(lián)系，每學(xué)完一章后教師要進(jìn)行歸納總結(jié)，以便讓學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通。對于重要的內(nèi)容，教師在課上講解的時(shí)候要明確指出，回顧的時(shí)候要對這部分內(nèi)容進(jìn)行提問，在一章講完歸納總結(jié)的時(shí)候，要再次強(qiáng)調(diào)這部分內(nèi)容，相信這樣可以使學(xué)生印象比較深刻。

四、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，充分利用有限的課時(shí)

流體力學(xué)往往有0.5個(gè)學(xué)分的實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)的主要目的是通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，更好地運(yùn)用所學(xué)理論解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)讓學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)物理量之間的相互關(guān)系，以便發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，這非常重要。[3]很多教師的做法是理論課全部講完了，再集中上實(shí)驗(yàn)課，這種做法有利有弊。優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生在上完理論課后，在實(shí)驗(yàn)課上教師再講解一遍實(shí)驗(yàn)原理，可以加深其對知識的理解和記憶。弊端是上理論課時(shí)，教師不能形象地講解，學(xué)生不能很好地掌握；上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，教師再講解一遍，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。對于應(yīng)用型本科院校來說，其培養(yǎng)的是應(yīng)用型人才，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是人才培養(yǎng)最基本的工作。尤其在總課時(shí)量被壓縮的情況下，充分利用實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間，將理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，就成為一種行之有效的手段。流體力學(xué)中的很多內(nèi)容，例如雷諾實(shí)驗(yàn)，沿程水頭損失和局部水頭損失的計(jì)算都可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行講解，一邊講解，一邊實(shí)驗(yàn)演示。還可以在流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中增加多媒體設(shè)備或者其他可視化設(shè)備，課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)，課上講解完理論，直接就讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，課后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣既能充分利用有限的課時(shí)，又能使學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識，還能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和歸納總結(jié)的能力，一舉數(shù)得。

五、加作業(yè)環(huán)節(jié)，改革考核方式

學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨(dú)立自主地解決實(shí)際工程問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對所學(xué)知識理解、掌握程度的一種手段，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。[4]當(dāng)然，布置作業(yè)不等于搞題海戰(zhàn)術(shù)。例如，關(guān)于典型的三大方程，即連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程的應(yīng)用，有三種類型的典型題目，即彎管內(nèi)水流對管壁的作用力，水流對建筑物的作用力和射流對平面壁的沖擊力，每種類型的題目可以布置1～2道作業(yè)題。而關(guān)于求解作用在平面上和曲面上靜水總壓力的計(jì)算，題目形式多樣，壓力體的形狀靈活多變，可以適當(dāng)多布置作業(yè)題，讓學(xué)生盡可能多掌握各種類型的題目。同時(shí)教師可以在課堂上專門安排習(xí)題課。這樣一方面可對學(xué)生所做作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評，剖析典型例題，啟發(fā)學(xué)生舉一反三；另一方面，這也可給學(xué)生提供了課堂討論的機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生掌握發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思路、方法和技巧，能對學(xué)生思維進(jìn)行鍛煉，讓學(xué)生觸類旁通。[5]除了典型的計(jì)算題以外，習(xí)題課上還可以設(shè)置選擇題、填空題和判斷題等，避免學(xué)生重計(jì)算，輕概念。

目前，在考核方式上，一般是平時(shí)成績占20%，實(shí)驗(yàn)成績占20%，期末成績占60%。這種考核方式雖然兼顧了期末考試和平時(shí)表現(xiàn)，但也存在弊端。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生平時(shí)作業(yè)做得不錯(cuò)，但期末卷面成績非常不理想。究其原因，可能是平常作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象，上課雖然出勤率高，但課上聽講不認(rèn)真。如何改變這一現(xiàn)狀？一方面，可以適當(dāng)減少平時(shí)成績所占的比重，例如平時(shí)成績占10%，期末成績占70%，實(shí)驗(yàn)成績占20%；另一方面，實(shí)驗(yàn)成績單獨(dú)計(jì)算，而在理論考試中，平時(shí)成績占20%，期末成績占80%。當(dāng)然，更為重要的是教師要練就“火眼金睛”，要具有高度的責(zé)任心：一是對作業(yè)雷同的現(xiàn)象，一律給予當(dāng)次作業(yè)不及格；二是要加強(qiáng)課堂紀(jì)律的管理，對于回答問題的情況、課上表現(xiàn)等都要作為平時(shí)成績的重要方面進(jìn)行考核。只有這樣，才能真正體現(xiàn)出考核的公正性和合理性。

總之，針對應(yīng)用型本科院校，流體力學(xué)的教學(xué)應(yīng)與學(xué)校的辦學(xué)特色、辦學(xué)定位相結(jié)合。應(yīng)在總課時(shí)量不增加的前提下，優(yōu)選教材；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)；加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手研發(fā)、設(shè)計(jì)小型實(shí)驗(yàn)裝置，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)造能力，這樣才能夠提高學(xué)生各方面的能力，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、善實(shí)踐、能創(chuàng)新、高素質(zhì)”的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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篇7

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車；風(fēng)道；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元

1.背景

內(nèi)燃機(jī)車上有大量需要散熱的部件，要利用風(fēng)道來連接風(fēng)源，為其提供冷卻用風(fēng)。但由于空間、結(jié)構(gòu)等原因，該類風(fēng)道往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜且異形結(jié)構(gòu)，能夠巧妙的布置符合要求的風(fēng)道尤為重要。本文以160km客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車為實(shí)例，并結(jié)合有限元仿真技術(shù)和性能計(jì)算，設(shè)計(jì)出了滿足阻力要求的主發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)道，為今后的類似設(shè)計(jì)提供了參考。

2.工作原理

首次在干線內(nèi)燃機(jī)車上布置冷卻塔，該部件主要用于集中冷卻從機(jī)車主變流器、輔助變流器以及主發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的熱量。混流式主冷風(fēng)機(jī)安裝在冷卻塔主體機(jī)架內(nèi)，首先由風(fēng)機(jī)將冷卻空氣從機(jī)車電機(jī)室吸入，經(jīng)過冷卻塔散熱器，將冷卻液冷卻后，冷卻空氣從冷卻塔底部進(jìn)入主發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)道，最后對主發(fā)電機(jī)冷卻，隨后排向車外。部件外形具體見圖1：

3. 主發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1方案設(shè)計(jì)

風(fēng)道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能降低阻力來為整個(gè)系統(tǒng)騰出更多的設(shè)計(jì)余量。由于本例中受機(jī)車整體空間布局的限制，風(fēng)道設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖2。

3.2有限元仿真

3.2.1 網(wǎng)格劃分

為了更準(zhǔn)確的計(jì)算風(fēng)道阻力，需要借助仿真分析軟件ANSYS 14.0對箱體沿程阻力和局部阻力進(jìn)行估算，本次分析主要利用幾何模型處理工具ANSYS DM 、流體網(wǎng)格劃分工具ICEM CFD及流體動(dòng)力學(xué)分析軟件FLUENT等軟件，最終得到風(fēng)道的流場分布和阻力特性。

從Creo 2.0輸出到ANSYS中的模型，在ANSYS ICEM CFD中⒛P痛理為沒有厚度的壁面來進(jìn)行網(wǎng)格劃分，針對進(jìn)出口段增長了一部分管道，有利于提高CFD分析的收斂性以及分析精度。在該幾何模型的基礎(chǔ)上，使用ICEM CFD中的直接從幾何體上劃分網(wǎng)格的魯棒性高的Octree的四面體劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格模型及流場場線見圖3和圖4：

3.2.2 邊界條件及分析模型

邊界條件見表1。

分析模型見表2。

3.2.3 分析結(jié)果

通過收斂曲線、監(jiān)控變量的值是否不再變化及進(jìn)出口流量差是否小于規(guī)定值來判斷分析過程是否收斂，獲得了風(fēng)道阻力= 550pa。由于此阻力超過了設(shè)計(jì)需求，不滿足要求，需要設(shè)計(jì)優(yōu)化。

4.改進(jìn)方案

4.1 優(yōu)化項(xiàng)點(diǎn)

1）風(fēng)道與冷卻塔座設(shè)計(jì)了連接式倒流板2）在風(fēng)道直段處，設(shè)計(jì)了均衡風(fēng)速的導(dǎo)流板3）增大進(jìn)風(fēng)口，具體結(jié)構(gòu)見下圖5、6：

4.2 有限元仿真結(jié)果

網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置同上，最后獲得優(yōu)化后風(fēng)道最大流速為66.31m/s，風(fēng)道阻力位340pa。仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，見圖7。

5.結(jié)論

因?yàn)轱L(fēng)道阻力與風(fēng)速的平方成正比，所以在設(shè)計(jì)風(fēng)道時(shí)需要盡可能的優(yōu)化結(jié)構(gòu)來降低風(fēng)速。本文中通過優(yōu)化主發(fā)電機(jī)進(jìn)風(fēng)道的結(jié)構(gòu)，并通過有限元仿真，最終獲得了滿足要求的風(fēng)道，并為今后類似設(shè)計(jì)提供了參考。

篇8

【關(guān)鍵詞】 急性等容性血液稀釋自體輸血； 骨科大手術(shù)； 臨床麻醉； 血流動(dòng)力學(xué)； 變化

【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

急性等容血液稀釋指術(shù)前短時(shí)間內(nèi)將患者一定量的自身血采集下來，采集過程中嚴(yán)格依據(jù)患者的自身狀況預(yù)計(jì)出血量，同時(shí)將膠體液及晶體液輸入，以對正常的機(jī)體血容量進(jìn)行有效的維持[1]。完成手術(shù)后對失血量進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)其達(dá)到必須輸血的程度時(shí)，回輸采集的自身血，由于自身血在體外具有較短的貯存時(shí)間，凝血因子及血小板富集，因此一方面能夠促進(jìn)患者術(shù)后實(shí)際出血量的減少，另一方面還能夠?qū)斎氘愺w血引發(fā)的并發(fā)癥進(jìn)行避免[2]。此研究統(tǒng)計(jì)分析了2014年4月-2016年4月本院收治的擇期接受骨科大手術(shù)治療的患者80例的臨床資料，分析了急性等容性血液稀釋自體輸血應(yīng)用于骨科大手術(shù)時(shí)臨床麻醉及血流動(dòng)力學(xué)的變化，現(xiàn)報(bào)道如下。

綜上所述，急性等容性血液稀釋自體輸血應(yīng)用于骨科大手術(shù)時(shí)臨床麻醉及血流動(dòng)力學(xué)的變化小，安全有效，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

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篇9

【關(guān)鍵詞】燃燒爆炸；數(shù)學(xué)模型；數(shù)值模擬；FLUENT

0 引言

可燃?xì)怏w爆炸是工業(yè)生產(chǎn)和生活領(lǐng)域爆炸災(zāi)害的主要形式之一，迫切要求能夠預(yù)測好潛在的氣體爆炸的威力和危害，并以此為基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)和實(shí)際建筑安裝中提出合理的方案。氣體爆炸是預(yù)混燃燒的一種?？扇?xì)怏w燃燒爆炸的模式大致可以有4種：定壓燃燒、爆燃、定容爆炸、爆轟。管道內(nèi)可燃?xì)怏w爆炸事故中最常見的形式是爆燃，即火焰陣面相對于未燃?xì)怏w以亞音速傳播，工業(yè)可燃?xì)怏w爆炸事故多足由弱點(diǎn)火（點(diǎn)火能量小于100J）點(diǎn)燃可燃?xì)庠埔鸬?。傳播形式多為亞音速傳播的爆燃波。燃燒率、預(yù)混火焰陣面的傳播率及障礙物幾何形狀對爆燃超壓都有影響，與之相關(guān)的問題是現(xiàn)今研究的主要課題之一。包括實(shí)驗(yàn)研究、理論分析、模型的建立及數(shù)值模擬等。本文以甲烷燃燒為對象，首先建立了其物理模型和數(shù)學(xué)模型，并利用商用CFD軟件FLUENT對二維熱態(tài)燃燒空間進(jìn)行模擬。

1 數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展概述

A.K.Gupta利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法研究了高溫空氣燃燒的火焰狀態(tài)。利用了非均勻網(wǎng)格系統(tǒng)，引入了傳熱模型，湍流模型，考慮了體系內(nèi)的輻射和化學(xué)反應(yīng)。得出了在不同的空氣預(yù)熱溫度（1400K和1200K）下，隨著含氧濃度（21%，15%，8%，5%，2%）的降低，火焰的最高溫度都降低，火焰的體積增大。W.Blasiak，B.Lindblad模擬了具有一個(gè)燃料噴嘴的長方體型燃燒室，選用不同的模型（RSM/MPDF模型和k-e/FRDE模型），得出空氣預(yù)熱到1300K，氧氣濃度分別為21%，15%，8%，3%時(shí)燃燒室的流場、溫度場和濃度場圖，說明了高溫空氣燃燒具有溫度分布均勻，低污染物排放的優(yōu)點(diǎn)。并且得出RSM/MPDF模型模擬火焰燃燒的結(jié)果比k-e/FRDE模型更接近試驗(yàn)拍攝的結(jié)果。

國內(nèi)具有代表性的是文獻(xiàn)中對高溫空氣燃燒的火焰特性，全輻射式鍋爐內(nèi)火焰流股結(jié)構(gòu)以及換向瞬間爐膛內(nèi)熱工作特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果與前期的熱態(tài)實(shí)驗(yàn)和日本學(xué)者發(fā)表的結(jié)果相吻合。西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室首先借助Fluent軟件平臺，應(yīng)用Eulerian/Lagrangian方法，在3種不同工況下對200MW四角切向燃燒煤粉鍋爐爐內(nèi)的流動(dòng)、傳熱以及燃燒進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了爐膛內(nèi)的速度場、溫度場分布，而且對爐內(nèi)CO、O2、CO2的質(zhì)量濃度分布給出了趨勢圖，給出了煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。清華大學(xué)熱能工程系由長福等人比較了軟件FLUENT提供的不同湍流模型：K-ε模型、RNGK-ε模型、帶旋流修正的RNGK-ε模型、Realizable K-ε模型、雷諾應(yīng)力模型在對四角切向燃燒煤粉鍋爐內(nèi)冷態(tài)氣相流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬的效果；探討了為減小數(shù)值偽擴(kuò)散對強(qiáng)旋流動(dòng)的影響采用的減小網(wǎng)格尺寸和提高差分格式精度等措施的優(yōu)劣，為理論分析強(qiáng)旋湍流流動(dòng)和對四角切向燃燒煤粉鍋爐內(nèi)流體流動(dòng)的工程設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。同濟(jì)大學(xué)熱能工程系金穎等運(yùn)用FLUENT軟件模擬計(jì)算了小尺寸下的簡單煙氣擴(kuò)散規(guī)律，結(jié)果與正態(tài)分布假設(shè)下的高斯煙羽模型驗(yàn)證表明該軟件能很好的模擬出煙氣擴(kuò)散問題。法國杜埃礦業(yè)研究院工業(yè)能源實(shí)驗(yàn)室在FLUENT平臺上對原型為600MW四角切圓燃燒鍋爐進(jìn)行爐膛內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)力場模擬，研究了經(jīng)不同燃燒器送入的空氣在爐膛內(nèi)的流動(dòng)情況以及爐膛內(nèi)的速度分布[1]。

2 物理模型及其網(wǎng)格劃分

本文所建的物理模型是二維圓筒形燃燒器。在燃燒器的中心有一個(gè)小的噴嘴注入甲烷?？諝鈴膰娮熘車M(jìn)入燃燒器。其質(zhì)量分?jǐn)?shù)和速度由操作面板輸入。圓筒內(nèi)壁每格0.5m有高為0.1m的擋板。物理模型及尺寸如圖1所示：

本物理模型的特點(diǎn)是：燃料噴嘴為絕熱材料，壁面初始溫度為300K，燃料由噴嘴處高速噴出，并與低速流動(dòng)的空氣混合。壁面上的擋板會使氣流產(chǎn)生明顯的渦流，在模擬中可以清晰的看到。

本模擬采用FLUENT的前置處理器GAMBIT進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于模型是軸對稱結(jié)構(gòu)，可以只對一半模型進(jìn)行劃分，除了周邊界和4個(gè)長壁面的ratio分別選為0.38和0.55外，其他均為1。噴嘴處的網(wǎng)格放大圖如圖2所示：

由圖2可以看出，網(wǎng)格劃分采用的是非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。網(wǎng)格信息如表1：

1 cell zone，7 face zones。最大網(wǎng)格體積為5.389917e-005m3，最小網(wǎng)格體積為4.484518e-007m3，大于0，可以正常計(jì)算。

3 數(shù)值模擬結(jié)果

計(jì)算工程可以生成火焰從發(fā)生到噴出燃燒器的動(dòng)畫效果。以下是計(jì)算過程中的溫度場和壓力場隨時(shí)間的變化圖（圖3、圖4、圖5）。

4 結(jié)論

本文采用具有模擬復(fù)雜外形的流體流動(dòng)及熱傳導(dǎo)的CFD軟件FLUENT，建立了一個(gè)具有高效蓄熱式燒嘴的二維燃燒空間；選用k-湍流模型、species transport模型對二維空間進(jìn)行數(shù)值模擬。通過計(jì)算結(jié)果分析得出以下結(jié)論：

（1）計(jì)算模型、湍流模型和組分模型的選擇對收斂的速度和計(jì)算的花費(fèi)有著直接的影響，因此應(yīng)該綜合考慮，以使計(jì)算花費(fèi)和收斂時(shí)間達(dá)到能夠接受的程度。

（2）FLUENT的計(jì)算只是一種數(shù)值模擬計(jì)算，跟實(shí)際實(shí)驗(yàn)值存在一定誤差。

（3）組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能影響火焰的發(fā)生和傳輸。燃料組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低或過高都不能順利進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。過低可能導(dǎo)致火焰不能點(diǎn)燃，過高則有可能使火焰在短時(shí)間內(nèi)迅速熄滅。

（4）本實(shí)驗(yàn)假定除了密度以外的所有物性不變進(jìn)行初始化計(jì)算。因?yàn)榱鲃?dòng)為完全發(fā)展湍流，使用常傳輸物性是可以接受的。但是不變比熱的假定對燃燒的求解有較大的影響。

（5）擋板對燃燒的氣流有明顯的影響，通過動(dòng)畫可以明顯的看出在擋板處產(chǎn)生了渦旋氣流。

（6）本實(shí)驗(yàn)的渦―耗散反應(yīng)模型忽略了化學(xué)動(dòng)力學(xué)。因此僅使用混合率參數(shù)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)未被激活。

【參考文獻(xiàn)】

[1]韓占平，王敬，蘭小平，編.FLUENT流體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.6.

[2]王福軍，編.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析――CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社.

篇10

關(guān)鍵詞：脫硫站除塵;煙氣捕集;改進(jìn)措施;有限元分析

1 概述

脫硫站作為煉鋼車間的主要塵源點(diǎn)之一，目前的除塵效果不盡理想。常用的解決方法是增大除塵風(fēng)量，但也伴隨著增加投資及能耗等問題[1]。因此，本文深入探討了單工位攪拌脫硫站煙氣捕集的改進(jìn)措施，研究如何利用合理的風(fēng)量分配，達(dá)到最佳的除塵效果，以改善煉鋼車間內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境。

2 單工位攪拌脫硫站除塵工藝介紹

所謂單工位攪拌脫硫站，就是鐵水?dāng)嚢杳摿蚝桶窃ば虿贾迷谕晃恢蒙?[2]。傳統(tǒng)的除塵系統(tǒng)共設(shè)有2個(gè)抽塵點(diǎn)，攪拌位及扒渣位各1個(gè)，如圖1所示。由于抽塵點(diǎn)比較靠近扒渣機(jī)，在扒渣時(shí)除塵效果較理想;但在攪拌脫硫時(shí)就有部分煙氣沿著進(jìn)罐側(cè)狗屋頂部下檐，通過密封門邊沿的縫隙向外逃逸，使得該區(qū)域短時(shí)間內(nèi)布滿了煙塵并慢慢向四周擴(kuò)散，嚴(yán)重污染了主廠房內(nèi)的工作環(huán)境。通過以上分析，結(jié)合現(xiàn)場觀察，可以得出傳統(tǒng)除塵系統(tǒng)效果不理想的原因：（1）攪拌工位抽塵點(diǎn)距攪拌工位稍遠(yuǎn)，只能收集部分煙氣;（2）狗屋密封不嚴(yán)，含塵煙氣在熱壓及動(dòng)壓的作用下，逃逸至狗屋外，進(jìn)而影響該區(qū)域內(nèi)的工作環(huán)境。

因此，改進(jìn)除塵效果必須從以上兩點(diǎn)著手。

3 脫硫除塵系統(tǒng)改進(jìn)措施

通過上述原因分析，本文提出了脫硫站除塵系統(tǒng)的改進(jìn)措施：

3.1 增加密封措施

對狗屋加以改造，在主要漏風(fēng)處增加密封措施，如下：

（1）在攪拌機(jī)通過狗屋頂部處增設(shè)蓋板或采用不燃?xì)怏w封閉;

（2）在密封門內(nèi)側(cè)的上面及兩邊增設(shè)柔性密封板;

（3）在扒渣側(cè)采取密封措施，以減少扒渣側(cè)的漏風(fēng)面積。

通過以上措施，可以有效地控制煙氣外溢，將煙氣集中在狗屋內(nèi)處理。

3.2 增加抽塵點(diǎn)

從攪拌工位溢出的含塵煙氣，集中在狗屋內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，本文通過ANYSCS模擬，分析煙塵的擴(kuò)散流動(dòng)，為提出除塵系統(tǒng)的改進(jìn)措施提供有效依據(jù)[3]。

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?。本研究以某鋼廠脫硫站的實(shí)際尺寸建立了物理模型，設(shè)置了煙氣捕集系統(tǒng)、鐵水罐（塵源）、隔熱層、狗屋等（障礙物），對煙氣的速度場進(jìn)行了模擬。結(jié)果如圖2所示。

（2）脫硫站抽塵方式改進(jìn)方案的提出。從模擬結(jié)果可以看出，大部分煙氣被扒渣工位及攪拌工位的除塵管道抽走，但仍有部分煙氣從狗屋進(jìn)罐側(cè)上方逃逸。為此，本文提出了改進(jìn)除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，即在狗屋進(jìn)罐側(cè)上方增設(shè)抽塵點(diǎn)，接入除塵總管中。

（3）改進(jìn)方案的效果分析。為了驗(yàn)證該方案的效果，本文對改進(jìn)后的除塵系統(tǒng)再次進(jìn)行了模擬，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，在狗屋進(jìn)罐側(cè)上方增設(shè)了抽塵點(diǎn)后，從攪拌工位逸出的煙塵很快被除塵系統(tǒng)抽走，從而解決了煙塵外逸的問題;且新增抽塵點(diǎn)抽風(fēng)量小，投資少，大大提高了除塵系統(tǒng)對煙氣的捕集效率。

以上改進(jìn)措施已在多個(gè)鋼廠的脫硫改造項(xiàng)目中投入使用，脫硫站區(qū)域內(nèi)工作環(huán)境有了較大的改善，深受業(yè)主的好評。

4 結(jié)論

為達(dá)到除塵系統(tǒng)的最佳效果，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)盡量將塵源點(diǎn)封閉，避免煙塵外逸對周邊環(huán)境造成污染;（2）在得出煙氣擴(kuò)散的機(jī)理特性及外逸的走向規(guī)律后，可在煙氣擴(kuò)散的路徑中增加抽塵點(diǎn)，以提高除塵系統(tǒng)對煙氣的捕集效率;（3）除塵系統(tǒng)的改造，不能影響工藝設(shè)備的布置、操作和檢修。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊永利.轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵技術(shù)現(xiàn)狀及常見問題的分析[J].民營科技，2014（02）：6-6.