靜力學、流體力學的案例
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流體動力學
- 科普小課堂-
流體力學，是研究流體（液體和氣體）的力學運動規律及其應用的學科。主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態之間的相互作用的力學分支。流體力學是力學的一個重要分支，它主要研究流體本身的靜止狀態和運動狀態，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動的規律。
展開 CFD（計算流體力學）在各行業中的應用 附王福軍計算流體動力學分析-CFD軟件原理與應用下載
礦業與冶金
以濕法冶金應用為例，CFD技術利用流體力學、傳熱學、冶金反應工程學等多學科交叉模擬實際反應過程中難以檢測和控制的環節，避免了傳統的基于半經驗、半理論方法對攪拌釜內多相流的預測缺陷，可節約成本、時間，以較小的代價達到優化反應設備、控制最佳反應過程的目。
6. 水利水電
以水利水電工程中灌漿工程為例，CFD模擬分析比理論分析更為直觀和細致，其不僅可以了解灌漿結果，而且可連續動態地展示整體和局部的漿液擴散發展過程。CFD模擬分析比傳統試驗研究具有更大的靈活性和經濟性，能綜合考慮更多的影響因素。CFD模擬分析可以揭示漿液在巖體裂隙和孔隙中的流動規律，并可以為灌漿工程的有效性分析提供理論基礎。由于灌漿工程面臨地質條件的不確定性和復雜性，施工過程工藝流程復雜，傳統的理論分析和經驗判斷對于指導灌漿工程存在很大困難，結果導致很多灌漿工程的質量管控存在偏差。隨著計算機技術和啟發式算法等新技術的發展，灌漿預測研究日漸成為解決壩基灌漿質量控制問題的重要理論與技術手段。
7. 農業
自20世紀90年代來，CFD技術開始應用于農業領域，目前CFD技術已被證明是一種有效和成熟的工具，可用于分析受控環境農業（設施農業）中的流體動力學、熱力學和復雜的流體現象。目前CFD技術多應用于溫室、畜牧舍、植物工廠內部氣流場、溫度場等環境模擬研究。
8. 生物醫學
以顱內動脈瘤分析為例，借助計算流體力學（CFD）的手段，結合CT與MRI醫學影像可對真實病人顱內動脈瘤進行血流動力學分析，能夠分析出破裂的動脈瘤有高壁面摩擦力（’WSS）、高切應力震蕩指數（OSI）及明確的正負剪切力散度（’WSSD）分布。
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血流動力學/生物流體力學講座
碧咸一定學過流體力學
碧咸一定學過流體力學
足球比賽場上，一些腳法精湛的足球運動員主罰定位球時，經常會踢出運行軌跡詭異的“香蕉球”、“落葉球”，那么為什么踢出的足球能以弧線飛行呢？這可以用流體力學的馬格努斯效應來解釋。
馬格努斯效應
馬格努斯效應（MagnusEffect），以他的發現者馬格努斯命名，是一個流體力學當中的現象，是一個在流體中轉動的物體（如圓柱體）受到的力。馬格努斯效應可以用來解釋乒乓球中的弧線球、足球中的香蕉球等現象。在1742年英國的一位qiang炮工程師本杰明·羅賓斯（Benjamin Robins）解釋了在馬格努斯效應中步qiang彈丸（musket balls）運動軌跡的偏差。當一個旋轉物體的旋轉 角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力。
原理
當一個旋轉物體的旋轉 角速度 矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力。在這個橫向力的作用下物體飛行軌跡發生偏轉的現象稱作 馬格努斯效應。
旋轉物體之所以能在橫向產生力的作用，是由于物體旋轉可以帶動周圍流體旋轉，使得物體一側的流體速度增加，另一側流體速度減小。
根據伯努利定理，流體速度增加將導致壓強減小，流體速度減小將導致壓強增加，這樣就導致旋轉物體在橫向的壓力差，并形成橫向力。同時由于橫向力與物體運動方向相垂直，因此這個力主要改變飛行速度方向，即形成物體運動中的向心力，因而導致物體飛行方向的改變。用位勢流理論解釋，則旋轉物體的飛行運動可以簡化為“直勻流+點渦+偶極子”的運動，其中點渦是形成升力的根源。在二維情況下，旋轉圓柱繞流的橫向力可以用儒可夫斯基定理來計算，即橫向力=來流速度 x 流體密度 x 點渦環量。
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你是學流體力學的？去，給我倒杯水
多年前，網上流傳著一個經典的段子
“小明，聽說你大學的專業是流體力學？”
“是的，領導。”
“那好，去幫我倒杯水。”
“領導，請你尊重這門專業，流體力學是……”
“請你談談非等熵的穩態可壓磁流體力學方程在持續等離子體約束受控熱核聚變中的應用。”
“領導，飲水機在哪？”
哭笑不得之際，我們不禁要問，流體力學到底是干啥的？
醫學流體力學血流動力學仿真模擬培訓班
[圖片]
汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
隨著計算機性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，在產品開發的初期就確立設計方案。今天所面臨的挑戰是如何更好地利用這些軟件，以及由誰使用。
“大約十年前，我們要說服人們相信CFD 及仿真可以帶來價值。今天，CFD 已經成為汽車行業中普遍使用的工具，應用于整個汽車開發流程的各個階段，”福特公司熱系統及空氣動力系統工程以及計算機輔助工程主管Burkhard Hupertz 博士說道。他所領導的團隊主要負責新車空氣動力學及動力總成冷卻設計的虛擬優化及驗證工作。
一項成熟的技術一旦可以帶來可靠的結果就可以得到廣泛的應用。“在車輛基本空氣動力學設計及車輛外形及底部設計優化方面所采用的方法已經非常成熟了，”他說道。因此，人們對CAE技術在開發流程中所發揮的作用的期望也發生了巨大的改變。以前，CAE 主要用來評估設計提案的可行性。“今天，由于設計參數數量的大量增加，人們希望CAE 可以幫助推進整個車輛的開發流程。”Hupertz 說道。
為了達到這個目的，福特公司正在制訂新的開發流程——如何更好地通過CFD 軟件來確定車輛設計中最重要和最有依賴性的參數。Hupertz 認為基于CAE 的實驗設計（DOE）是最佳的解決方案。DOE 可以讓工程師對大量的有關車輛造型和系統性能的設計參數的效果進行深入探索。對如何利用幾百次的測試運行有詳細規劃的優化軟件包是關鍵。此外，還有一個關鍵因素是復雜的變形工具，可以幫助設計人員知道如何對車輛造型做出改進。最后， “我們在用戶友好界面方面投入了大量精力，這樣設計人員和作圖人員就可以了解并直觀地理解空氣動力學工程師想表達的意思，”Hupertz 表示。
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而對車輛周圍的流體結構仿真來說，網格劃分可以精確到5-10mm，最終模型可以包含8000 萬個單元，甚至更多，而這對今天的計算機來說也輕而易舉。
針對大多數車輛尺寸問題，包括造型及引擎蓋內流體力學仿真，ESI 通過OpenFOAM 軟件來實現。這是一款開源CFD 求解器，由OpenCFD 公司創建，由OpenFOAM 基金會發布。OpenFOAM 采用有限體積法， 主要用于求解控制自然流動的偏微分方程，如納維- 斯托克斯方程（Navier-Stokes equation）。Doroudian 指出汽車工程師采用OpenFOAM軟件用于多個系統的開發， 包括溫度控制、造型空氣動力學、飛行引發震動聲學， 以及發動機相關系統開發，比如進氣和排氣歧管設計及燃燒仿真。
高保真CFD 仿真之所以得到廣泛應用，主要得益于計算機領域多核處理器計算能力的提高。用戶甚至開始運行那些涉及大量運算、不穩定且隨時間變化的流體力學設計方案。據Doroudian 表示，因為大多數許可模型涉及的費用與處理器的數量是成正比的，一些較大的問題需要幾百個同步運行的處理器，費用往往非常昂貴。“這就是開放源OpenFOAM 的好處所在，因為是免費的，所以不管問題有多大，你都可以自由地運算。你還可以運行幾千個處理器，也不會產生額外的許可費用，”他解釋道。OpenFOAM 是ESI 集團旗下全資子公司。
工作流程自動化
Doroudian 還指出其汽車客戶更需要在工作流程方面的幫助，而不是更加先進的物理特性。“他們需要提高工作效率的方法，”他解釋道。這包含一系列的步驟，首先是發出有關CAD 模型的信息，為CAE 做好準備。然后，用戶需要創建網格并在運行之前對模型進行預處理。最后一步是對結果進行可視化。
展開 生物流體力學及血流動力學建模仿真技術培訓班
生物流體力學及血流動力學建模仿真技術培訓班
想獲得諾貝爾物理學獎？來研究流體力學啊！
2023年10月，諾貝爾物理學獎頒布，研究光脈沖的來自美國、德國和瑞典的三位物理學家獲此殊榮。同時，他們三人將共享大約100萬美元的獎金。
面對如此高的榮譽，這么多的獎金。再加上現在各地吸引人才的政策，比如東莞就承諾，拿到諾貝爾獎，在東莞買房可以補貼1000萬。
難道，你沒有眼饞嗎？那么問題來了，獲得諾貝爾獎的正確姿勢是什么呢?
從1901年諾貝爾物理學獎設立開始，一共有225人獲獎。他們的研究領域，涉及射線、磁場、熱輻射、超低溫、量子力學、光電效應、基本粒子、天體物理、無線電報、半導體、核反應、核磁共振、集成電路、光纖以及激光。
分析這些獲獎領域不難發現，他們主要分布在兩大塊兒：
一是帶領我們探求世界的本質，比如基本粒子；另一個，就是可以解決人類的實際需求，比如半導體和光纖。
那么你也可以從這兩方面入手。解決實際需求，可以研究核聚變或者室溫超導。搞定其中一項，獎牌就到手了。如果你想探求世界本質，該從哪兒發力呢？我給你指條路，絕對有前途，那就是流體力學。更具體一些，是流體力學領域的湍流。
首先，流體力學很重要。從人體內的血液流動，到飛機火箭上天，再到全球范圍的天氣變化，都離不開流體力學。
然而，如此重要的領域，人類對它的認識還很有限。尤其在復雜的湍流領域，還需要更進一步的探索。
流體力學的動量方程，最著名的N-S方程，已經建立了將近200年。但直到今天，人們依然無法完美解釋什么是湍流，為什么會有湍流，以及層流向湍流轉捩的具體過程。
我們在流體力學課本上看到的成果，基本都是簡化再簡化，或者經驗性質的。美國著名物理學家、諾貝爾獎獲得者費曼曾經說過：湍流是經典物理學中最后一個尚未解決的重要問題。
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高級結構力學和流體動力學仿真在井控設備行業的價值
了解Wild Well Control如何利用仿真技術量化并降低風險、規劃運營及改進響應效果。
在石油與天然氣行業，實現海底泄漏、大氣擴散、火災和爆炸等井控相關潛在風險的集成，對降低整個系統的影響，提高運營效率，以及確保人員健康安全而言至關重要。不僅要在設計階段加強系統完整性風險防御，在設備或系統投入運營后的整個生命周期內同樣需要解決系統完整性風險，以防發生危險。
在本視頻中，Wild Well Control公司工程服務部總經理Alistair E. Gill博士將為您展示高級結構力學和流體動力學仿真在井控、應急響應和規劃等方面的價值。Alistair E. Gill博士舉例說明了海底泄漏、氣體擴散、輻射熱、腐蝕和熱模擬以及結構分析等領域所使用的仿真技術。
Alistair E. Gill
總經理，工程服務部, Wild Well Control公司
點擊獲取完整視頻：http://jishulink555.mikecrm.com/PlTzZEh
以下為部分截取
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SOLIDWORKS軟件的優勢分析 碩迪科技
4、完整的模擬分析：SOLIDWORKS集成了強大的模擬分析工具，如靜力學、動力學、流體力學等。用戶可以進行各種工程分析，預測設計效果和性能。
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淺析流體力學知識點
流體力學是力學的一個重要分支，他主要研究流體本身的靜止狀態和運動狀態，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動規律，在生活、環保、科學技術及工程中具有重要的應用價值。
流體的介紹
流體屬性
連續介質假定：需要了解"宏觀上無窮小、微觀上無窮小"的概念以及knudsen數的定義方式。
Kn=λLKn=λL
其中，λ為分子自由程，L為系統長度尺度。Kn越大，意味著流體越稀薄。
流體密度：流體密度反映的是流體微團的平均密度。
流體粘度：反映剪切應力與應變之間的關系。
根據流體屬性可將流體分為不同的類型：
稀薄流體
可壓縮流體和不可壓縮流體
牛頓流體與非牛頓流體
粘性流體與理想流體
流體靜力學
流體靜力學：幾乎所有的流體力學參考資料上都會包含有流體靜力學方面的內容，這些內容說到底也就是一個流體靜止條件下壓力分配的問題。
在學習流體靜力學過程中，需要掌握的概念包括：
靜力學基本方程
流體壓力只與深度有關，與方向無關，同一深度位置壓力相等。
絕對壓力與相對壓力
表壓
流體動力學
流體動力學研究流體流動狀態下壓力速度分布，主要包括兩大塊的內容：
伯努利方程
在學習伯努利方程時，需要搞清楚幾個關于壓力的概念：
靜壓：即式中的P0
動壓：即式中的1/2PV2
總壓：靜壓與動壓的和稱之為總壓。
流動阻力計算
流動阻力包含沿程阻力與局部阻力。
局部阻力
式中，
阻力系數，不同設備的阻力系數需要通過實驗測定。
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