水中運動的案例
囊泡在水中運動及變形過程仿真 ￥800
</p><p>本案例基于流-固耦合方法，模擬了囊泡在水中的運動過程，囊泡由壁面固體結構和內部水分子（水溶液）組成為復合的生物膜結構。仿真結構如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/288cc3ea85db4cf8b49f0a6e68749039.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型，了解整個模擬過程。</p><p><br></p>
展開 橫向有限應變對部分浸入水中平面運動 柔性梁的非線性振動響應的影響
基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，根據克希霍夫假設以及拉格朗日函數，得到部分浸入水中柔性梁的大撓度條件下的 運動方程和邊界條件。在運動方程和邊界條件的推導過程中，考慮了橫向有限變形，并運用格林應變張量表示非 零的應變張量分量。然后，應用中心差分法對方程進行數值處理，研究不同渦旋脫落荷載作用下，橫向有限應變 對結構振動響應的影響。結果表明，渦旋脫落荷載超過一定幅值后，橫向有限應變的影響比較明顯，不應忽略。
橫向有限應變對部分浸入水中平面運動_柔性梁的非線性振動響應的影響.pdf
魚群 – 水中運動的“晶體點陣”
第二，魚如何在快速運動中始終保持穩定的隊形？目前，人們推測魚類的聚集原因大致有覓食、繁殖、防衛和高效推進等幾種可能。同時，人們一般認為魚群的形成和維持可能需要復雜的生理感知和主動控制機制。
關于第二個問題，著名的應用數學家詹姆斯·萊特希爾（James Lighthill）曾提出過一個完全不同的答案。他猜想魚群的形成與維持可能并非依靠精確的主動控制而是被動地借助了遠程的流體力學相互作用力。他還將這種作用力與晶體結構中微粒間的相互作用力相類比。這個猜想自從70年代提出后并沒有引起太多的關注。最近，“萊特希爾猜想”又重新進入了科學家的視野。近期的一些數值模擬和實驗研究均表明，前后兩個直線排列的自主推進體僅依靠流體力學相互作用就可以自發形成穩定的間距。但是，在這些研究中，物體的自主推進均由垂直于前進方向的振蕩驅動，而與魚類的擺動式推進相差甚遠。同時，這些研究只考慮了前后兩個自主推進體的直線排列情況。
近日，中科院力學所的科研人員在《皇家學會界面雜志》(Journal of the Royal Society Interface) 發表了關于“萊特希爾猜想”的最新研究成果（論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2018.0490）。他們通過數值模擬，研究了由多個仿魚式自主推進體組成的 “仿生魚群”。研究有以下兩點重要發現。首先，對于2，3，4條仿生魚組成的魚群，一共發現了14種自發形成的穩定隊形（如圖1所示）。其次，在所有的穩定隊形中，并列式隊形所能達到的推進效率最高。后一個發現質疑了流體力學界廣為流傳的 “鉆石型（菱形）隊列效率最優”的論斷。
展開 STAR-CCM+入水仿真/運動建模案例：落入水中的救生艇
1
問題描述
本案例演示如何使用具有自由表面流體的重疊網格功能和DFBI 對落入水中的救生艇的運動構建模型。STAR-CCM+ 自動進行方格重疊過程。在救生艇落水過程中具有三個自由度的運動的模型：豎直平移和水平平移以及俯仰旋轉。為了降低模擬的計算成本，本案例使用對稱條件，只包含一半幾何，因無需模擬船從坡道其余部分完全落水的情形。船在空氣中的運動可使用簡化的經典物理方程預先計算。模擬從船體初始位置剛好高于水表面開始，相關屬性設置如下：
?質量：10,000kg
?圍繞穿過質心的軸的慣性矩：16000.0 kg m^2
?初始下降速度：22 m/s
?初始角速度：0 rad/s
?初始傾斜角：35°
2
STAR-CCM+設置
（1）設置邊界類型；本案例把流體域分為兩個域，一個是救生艇，一個是背景。為能夠在兩個區域之間創建重疊交界面，將重疊網格類型分配給重疊區域中的至少一個邊界。此邊界類型應用于重疊區域的所有邊界表面，這些表面嵌入在背景區域內，不是船體的一部分。對于與背景區域的邊界共平面（在本例中是對稱平面）的重疊區域的邊界，必須為其指定相同的邊界類型。本案例backgroud域邊界設置類型如下：
Overset流體域邊界設置條件如下：
設置完成的結果如下：
（2）選擇物理模型；在將overset域耦合到backgroud域前，必須先有一個物理連續體，并將它同時指定給兩個區域。
展開 
【技術】潛艇船首形式的水聲學和水動力學優化
水動力噪聲包括潛艇在水中運動產生的各種噪聲源。機械噪聲是由潛艇上的推進、操縱和輔助機械產生的噪聲。水動力噪聲是主要的噪聲源，也是本次研究的主要研究對象。而潛艇模型是基于稱為DARPA SUBOFF的標準幾何模型。
本次研究利用高保真的CFD求解器 STAR-CCM + 求解流動的非定常RANS方程 和水聲學的 Ffowcs-William 和 Hawkings (FW-H)方程，開發了一個迭代設計過程，以降低水動力噪聲水平。利用CAESES軟件創建艇體的參數化幾何模型，由此，艇體的變體模型可以在搭建的自動化工作流程中被自動化的創建和利用。潛艇船首的形狀已用下列方程參數化，該方程創建了一條對稱曲線:
*參數化的對稱船首
多目標優化的目的是減少船體的總阻力以及螺旋槳槳轂后一米處產生的噪聲。所選擇的優化方法有一個使用 Sobol 算法的 DoE 初始步驟，得到的結果用作輸入，然后使用大家熟知的開放源碼 Python 庫中的LinearNDInterpolator方法建立代理模型。最后，用 NSGA-II 算法對目標函數進行求解。CAESES 軟件本身包含一個算法庫，算法有 Sobol 和 NSGA-II等。然而，LinearNDInterpolator 方法是通過 python 腳本實現的，并通過CAESES方便的特性定制功能與 CAESES 耦合。
數值模型
分別利用 STAR-CCM + 軟件的定常和非定常求解器求解阻力和水聲問題。采用 SST k-ω模型模擬湍流，利用隨時間變化的壓力數據作為 FW-H 方程的輸入，預測遠場聲學。
展開 無人潛水艇的設計與仿真
圖中是 6 個自由度上的浮力系數和船體與流體方向之間的夾角的對照圖
附加質量
是由周圍流體的慣性特性產生的壓力作用于潛艇的力和力矩，當潛艇加速或減速時必須帶動周圍一定質量的流體一同運動，這種效應對于水中運動的物體是很重要的，它的作用可認為是對潛艇實際質量的明顯增加。
計算附加質量矩陣系數是一個復雜的問題，需要使用 CFD 方法解決并通過實驗驗證。有幾種簡化的方法可以為一般形狀（球體、圓柱體、平板等）的潛艇提供適當的一階近似。
例子中，潛艇是典型的細長 myring 形狀，假設圍繞x軸旋轉對稱，應用細長理論和 Lamb’s k-factors 的組合來估計扁長球體的附加質量矩陣的系數，將其簡化為：
對應水下潛艇，這些系數常被視為常數，并假設自上而下和左右舷對稱，可以得出：
和
對于細長理論的細節，可參考 MIT 出版的 Maneuvering and control of Marine Vehicles 第 8 章節，電子書鏈接:
https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/35260/13-49Fall-2000/NR/rdonlyres/Ocean-Engineering/13-49Maneuvering-and-Control-of-Surface-and-Underwater-VehiclesFall2000/9902D412-8BF9-4401-874B-850F2FC6267A/0/all.pdf
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展開 詳解污水處理中各種沉淀工藝
新型中置式高密度沉淀池有以下優點：
1、占地小；
2、絮凝時間較短，由于污泥回流，可形成高濃度混合液，大大提高了絮凝效果，縮短了機械攪拌階段的絮凝時間；
3、布水均勻，由于采用了池中向兩側均勻布水形式，大大縮短了布水路徑，從而有效避免了布水不均影響出水水質的問題；
4、減少了加藥量；
5、沉淀池的水流流勢合理，由于進出沉淀池水流是由下而上再由下而上垂直運動，泥水分離效果更徹底，不宜跑礬花；
6、水廠可不設濃縮池，由于沉淀池底采用濃縮刮泥，污泥含固率高，可直接進行脫水處理；
7）結構設計簡單，布置簡潔合理。
5攔截式沉淀池
攔截式沉淀池是集重力、碰撞吸附力、接觸吸附力等多種沉降作用于一體的沉淀池，提高了顆粒沉降效率。攔截式沉淀池是在池內裝有攔截體，對水中自由運動的顆粒設置障礙，顆粒運動時與攔截體在三維空間發生碰撞，這樣運動顆粒在三維空間上與固定的攔截體實現了碰撞靜止，即顆粒運動速度為零。
這是由于顆粒靠攔截體摩擦力的約束，便于附著和吸附在攔截體上，攔截體吸附了無數小顆粒靜止的等待不斷運動的顆粒碰撞，結成大泥團，當泥團達到足夠質量后便克服攔截體摩擦力沉淀下來。由于水中顆粒運動是在三維空間上與固定的攔截體碰撞沉淀，因此呈現出多向性和短距離，不論顆粒尺寸、質量、形狀有何差異，只要與攔截體碰撞均能附著在攔截體上形成大泥團沉淀。攔截沉淀對于處理低濁水效果十分理想，不使用助凝劑，處理相同水量，攔截沉淀池可較其他沉淀池混凝劑用量降低20％左右。
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展開 氣泡冷凝運動， VOF&相變
水蒸氣氣泡在低于冷凝溫度的水中，一邊運動，一邊冷凝的問題。本例同時涉及到VOF模型及冷凝模型，其中冷凝模型需要利用UDF定義氣液交界面之間的物質交換和能量交換。難點則是如何找到氣液的交界面。
以下是無冷凝運動和有冷凝運動的對比：
下圖是氣泡當量直徑的變化：
更加詳細的情況請觀看視頻：
3d-冷凝
2d-冷凝
水文水資源名詞解釋匯總
按照在水中運動的方式，主要分為懸移質與推移質兩種。觀測和研究國體徑流的數量、性質及分布規律，為防治河流、水庫、渠道等淤積提供規劃依據。
【年、月徑流】
分別指一年或一月內流經河道上指定斷面的全部水量。通常用年平均流量、月平均流量表示。研究年、月徑流在地區和時間上的變化，可以為灌溉、發電等用水部門提供興利計算所必需的水文數據。
【徑流量】
在水文上有時指流量，有時指徑流總量。即單位時間內通過河槽某一斷面的徑流量。以米3／秒計。將瞬時流量按時間平均，可求得某時段（如一日、一月、一年等）的平均流量，如日平均流量、月平均流量、年平均流量等。在某時段內通過的總水量叫做徑流總量，如日徑流總量、月徑流總量、年徑流總量等。以米3、萬米或億米3計。
【多年平均徑流量】
指多年徑流量的算術平均值。以米3／秒計。用以總括歷年的徑流資料，估計水資源，并可作為測量或評定歷年徑流變化、最大徑流和最小徑流的基數。多年平均徑流量也可以多年平均徑流深度表示，即以多年平均徑流量轉化為流域面積上多年平均降水深度，以毫米數計。水文手冊上，常以各個流域的多年平均徑流深度值注在各該流域的中心點上，繪出等值線，叫做多年平均徑流深度等值線。
【徑流深】
在某一時段內通過河流上指定斷面的徑流總量（W以米3計）除以該斷面以上的流域面積（F，以公里2計）所得的值。它相當于該時段內平均分布于該面積上的水深（R，以毫米計），如下式：
R=W/1000F（毫米）
【徑流系數】
指同一地區同一時期內的徑流深度與形成該時期徑流的降水量之比。其值介于0與1之間。在干旱地區，徑流系數較小，甚至近于0，在濕潤地區則較大。有多年平均徑流系數、年徑流系數、次徑流系數、洪峰徑流系數等。
【降雨徑流】
指由降雨所形成的徑流。
展開 改良楔形葉片旋轉空化器水動力學特性數值模擬分析
在針對超空泡的實驗研究中，超空泡一般通過高速射彈（物體在靜水中運動）或是高速來流沖擊（水流沖擊靜止物體）這 2 種方式來產生[6]，前者往往需要有很高的射彈速度，穩定性難以控制且運動參數測量困難[7]，后者則需要借助龐大的水洞試驗系統[8]。旋轉空化器是一種通過高速旋轉的葉片在水中產生超空泡以滿足不同工程實際應用的裝置，可以應用于海水淡化、污水處理等領域，相比前面的 2 種方式，旋轉空化器可以在較小的受限空間內持續產生穩定的超空泡，其系統體積小、易于控制和利用[4]。本研究團隊曾針對不同葉片數的旋轉空化器開展研究，例如，曾針對四葉片楔形葉片旋轉空化器進行數值仿真，并研究了減速板對旋轉空化器的作用[9-10]；針對雙葉片空化器的核心部件—楔形葉片進行改型設計，通過對比 2 種改型葉片和原型葉片的性能，從空化器形成的空泡尺寸和空化強度的角度出發，確定了優化性能的改良方案[11]。為了確定葉片改良帶來的影響，本文擬通過三維定常數值模擬計算對這一改良楔形葉片旋轉空化器的水動力學特性開展深入研究，并與原型葉片的水動力學特性進行對比分析，得到不同轉速下葉型對旋轉空化器水動力學特性的影響規律，以為旋轉空化器的設計和應用提供參考。
1 計算模型
圖 1 所示為本文所研究旋轉空化器楔形葉片的原始葉型和改良葉型的橫截面。其中，原始葉型的橫截面是頂角為 45°的等腰三角形，如圖 1（a）所示，頂角迎向來流方向。改良葉型是在葉片進口邊的上、下兩側對稱性地加工 2 個平行于進口邊的溝槽，從而形成了 1 個主進口邊和位于兩側的 2 個副進口邊，如圖 1（b）所示。空化器葉片的旋轉直徑為 90 mm，轉軸直徑和高度分別為 28 mm和 20 mm。選取高 25 mm、直徑 100 mm 的圓柱體區域作為計算域，建立計算模型如圖 2 所示。
展開 二十七、6DOF石子自由落體入水
<p class="ql-align-center"><br></p><p><strong>1.概念介紹</strong></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">對于動網格，存在一類問題，邊界的運動并不是人為主動驅動的，而是通過外力如重力、水流被動推動的。這類問題需要使用6DOF方法來求解。6DOF是指物體存在六個自由度，即三個方向的平動和轉動。 </span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);"> </span></p><p><strong>2.模型描述</strong></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">模型如圖所示，石子用方形邊界wall_in表示，紅色區域為空氣，藍色區域為水。石子尺寸0.04m*0.04m，距水面1m，在重力的作用下，以9.8m/s</span><sup style="color: rgb(0, 0, 0);">2</sup><span style="color: rgb(0, 0, 0);">的加速度下落，后進入水中。石子在自由落體和水中運動時受到重力和浮力的作用，因此使用6DO模型進行求解。
展開 
多相流在仿真中的應用和展望
l 應用包括：船舶在水中的運動、潰壩、燃料箱晃動、分層流、段塞流（大氣泡穿過管道中的液體）和噴墨打印機噴嘴處的液滴破裂等。
l VOF模型使用方法：使用VOF方法，單個固定的網格覆蓋了整個流域，以此計算每一相的運動、局部體積分數以及各相之間交界面的形狀。在任一空間點，只存在一種流體相，且每個位置只有一個速度場，因此，通常只需要解決一種速度場。但是，在沿交界面的速度差較大的情況下，求解兩個單獨的速度場可以提高計算的魯棒性和準確性。
多種不同的界面跟蹤方法已被開發，每種方法都對應不同的計算準確度、計算速度和數值魯棒性。
離散相流
在離散多相流中，存在一個連續相和一個或多個離散相。
離散相由許多小的離散液滴、氣泡或固體顆粒組成，分布在整個連續相中。通常，這些顆粒的尺寸比流域小很多，并且通常小于單元格尺寸。
太多的粒子數導致無法計算出單個粒子的運動狀態，因此會采用歐拉法和拉格朗日法，這是兩種最常見的用于此類離散相粒子系統計算的模擬方法。
歐拉模型
歐拉方法將流體-粒子系統描述為混合連續相并求解每一相的質量、動量和能量方程。
l 液滴、氣泡、粒子的軌跡不單獨計算。
l 運動方程包括求解相之間拖曳力和離散多相流系統中發生的其他相關作用力。
l 計算結果通常包括每一相的本地速度、溫度和體積分數。
l 交界面形狀不被單獨計算。
l 歐拉多相流模型有幾種變體：在各相之間的速度差相對較小的情況下，通常可以僅求解一個混合物運動方程（而不是每一相的運動方程）來簡化模型。模型中可以包含氣泡或液滴的破裂和聚并，計算其尺寸分布。
展開 多相流在仿真中的應用和展望（上）
■ 應用包括：船舶在水中的運動、潰壩、燃料箱晃動、分層流、段塞流（大氣泡穿過管道中的液體）和噴墨打印機噴嘴處的液滴破裂等。
■ VOF模型使用方法：使用VOF方法，單個固定的網格覆蓋了整個流域，以此計算每一相的運動、局部體積分數以及各相之間交界面的形狀。在任一空間點，只存在一種流體相，且每個位置只有一個速度場，因此，通常只需要解決一種速度場。但是，在沿交界面的速度差較大的情況下，求解兩個單獨的速度場可以提高計算的魯棒性和準確性。
多種不同的界面跟蹤方法已被開發，每種方法都對應不同的計算準確度、計算速度和數值魯棒性。
離散相流
在離散多相流中，存在一個連續相和一個或多個離散相。
離散相由許多小的離散液滴、氣泡或固體顆粒組成，分布在整個連續相中。通常，這些顆粒的尺寸比流域小很多，并且通常小于單元格尺寸。
太多的粒子數導致無法計算出單個粒子的運動狀態，因此會采用歐拉法和拉格朗日法，這是兩種最常見的用于此類離散相粒子系統計算的模擬方法。
歐拉模型
歐拉方法將流體-粒子系統描述為混合連續相并求解每一相的質量、動量和能量方程。
■ 液滴、氣泡、粒子的軌跡不單獨計算。
■ 運動方程包括求解相之間拖曳力和離散多相流系統中發生的其他相關作用力。
■ 計算結果通常包括每一相的本地速度、溫度和體積分數。
■ 交界面形狀不被單獨計算。
展開 材料是一切的開始
然后，我們便要理解粒徑分析報告的重要性，利用細小的粉末在液體中進行的布朗運動（Brownian motion，1827年英國植物學家觀察到花粉在水中的運動）以雷射光穿透并收集到數據來分析粉末粒徑分布圖，如圖2所表示，能夠非常的形象的把難以計數的粉末進行定性的分析，因此得到一個平均粒徑的累進值，在均勻材料密度的前提下，在分析總量下進行平均粒徑的百分比(DXXX, XXX=1~100%)，其中最重要討論在d10/d50/d90以及d91-d100的總量占比值。一定要注意不能只看平均粒徑而不去觀察區段的體積占比，d1-d10的比例很少可是數量會很大，細小粉末過多有好有壞，這要根據制程而定，例如MIM的細小粉末可以幫助表面形成致密層；但d91-d100比例過高，在燒結產品上會留下孔洞，不適合做為表面要求拋光的零件。
圖2：典型的金屬粉末粒徑分布分析圖（圖片由廣東潮藝金屬提供）
粉末的形狀
粉末的形狀在有了計算機數值分析之后便不再如以前使用類比對比方式，透過數學模形如圖3可以定義成多面體來描述其形狀因子，而且是跟一個圓球體來做比較，這樣可以由定性分析走向定量分析來幫助數學模擬真實的粉末情況。當然，還有其他的分析方法，例如以二維影像數張來判別，使用的是早期的影像分析軟件以投影法分析；更精準還有使用工業計算機斷層掃描(Computed Tomography, CT)，搭配有限元素分析進行分割計算，獲得更為精準的數據。隨著計算機科學與檢驗探頭的技術越趨進步，粉末的分析結果由定性已經逐漸邁向定量分析結果，對于制造的精密度就會更準確，那么質量檢驗過程的效率包含取樣、檢驗、數據收集以及分析自然就要被要求更有效率。
展開 如果CFDer做化妝品代購...
把表面活性劑撒在水面上，表面活性劑分子的極性端一頭埋在水中，而脂肪鏈則伸向空氣一側，形成單分子膜。 這類分子在水中形成雙層膜，它是兩個單層膜的復合體：親油的脂肪鏈被夾在雙層膜內，而極性端則向外形成親水界面。日常用的肥皂就是雙層膜和水分子層疊合在 一起形成的表面活性劑的層狀相。
細胞膜是脂質的雙層膜，這些膜泡外面是親水界面，因此可以在水中自由運動。雙層膜的熱漲落還可產生與膜間距三次方成反比的熱斥力，這個力的存在 可以平衡范德瓦耳斯力(也是與距離的三次方成反比的吸引力)，因而避免了細胞的黏連，在生物學上有重大意義。雙層膜除了形成泡外，還可以形成連綿不斷、具 有復雜拓撲無序(或叫各向同性)的三維結構，稱為海綿相。
在稀溶液狀態，表面活性劑分子可以形成單純的分子球——膠束。隨著水溶液的減少，球形膠束會形成六角分布的柱狀膠束，直至形成層狀相的雙層膜疊 合層。在膠體中，分散的膠粒之所以不能被范德瓦耳斯力吸引成團，很大部分原因是這些膠粒表面被表面活性劑分子所包圍，如微乳是油滴在水中的分散體系，油滴 是由表面活性劑保護著的。而另外一部分膠體中的膠粒則是由聚合物保護著，如墨水中的炭黑之所以許多年也不會沉淀，則是由于墨水中加入了從洋槐樹的樹漿中提 煉出來的膠汁(一種親水的高分子)，這種高分子吸附在炭黑的表面，它們與水的黏合力比范德瓦耳斯力強，使炭黑得以長時間不沉淀。
總之，在軟物質中親水與疏水作用是最重要的分子間相互作用，這也正是生物體系可歸結為軟物質研究的原因。
fluent中使用非牛頓流體
FLUENT中比較常用的用于非牛頓流的計算的四種模型為冪律模型、Carreau模型、Cross 模型和Herschel-Bulkley 模型。
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