浮力的案例
超持久耐用型無人機利用可變浮力推進技術實現飛行
英國高地與島嶼大學工程學教授Andrew Rae領導的團隊成功讓史上最大的可變浮力推進無人機起飛。通過設計，鳳凰無人機可以不斷地變化，使自己變得比空氣更輕或者更重，從而產生推動力，讓飛機前進。
原型機機身裝有氦氣，可像氣球一樣讓飛機上升。氣囊可以吸入外界空氣并對其進行壓縮，使飛機變重進行下沉。在利用碳纖維機翼滑行的過程中，“上升和下潛”運動能夠推動飛機前行。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/11058.html
Rae提到，“這類系統可以讓鳳凰無人機完全實現自給自足”，“泵和閥門所需的電力由電池提供，電池通過安裝于機翼和尾翼的靈活性輕型太陽能板進行充電”。
鳳凰無人機長15米，翼展寬10.5米，3月在英國樸次茅斯的Drystack工廠內多次試飛成功，飛行距離120米。這個項目為期三年，飛行測試用來證明可變浮力推進無人機的可行性。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/11044.html
超持久耐用型自動無人機背后的制造團隊，包括了學術界和工業界的代表。英國國家復合材料中心和英國布里斯托大學提供了碳纖維機翼、尾部結構件、機翼蒙皮以及吊艙。
基于這種技術的飛行器可以用作準衛星，能為電信業務提供更廉價的選項。目前，同等功能的飛機非常復雜并且昂貴。與此相比，鳳凰無人機是可以在消費后被舍棄的，能為用戶提供以前沒有過的選項。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/11034.html
鳳凰無人機團隊目前正在尋找主制造商進行合作，將技術運用到下一階段的開發中。該項目由英國創新署（Innovate UK）通過英國航空技術研究所（Aerospace Technology Institute）進行贊助。
展開 巖壇辯難：我們向巖土界提出的第4個問題！
（一）承壓水頭產生的浮力的定義及計算
基于滲流力的分類存在，承壓水頭浮力竊以為不應考慮滲流，則實際可以理解為承壓水對不透水層底的水壓力，通過不透水層往上傳遞，最后體現為對結構底板的一個水土壓作用合力，其總值應等于承壓水頭壓力扣除與結構底板間土層的飽和重度而不是浮重度，在不考慮其它因素的情況下，總浮力應該取承壓水頭浮力與設防水頭浮力的包絡值而不是累加值。
從規范統一公式的意圖出發，反推累加公式中的承壓水頭浮力應為在設防水位靜水浮力基礎上的附加浮力值，其附加值應為承壓水頭與設防水頭的壓力差值，扣除與結構底板間土層的浮重度，這樣就與規范中浮重度的定義一致，但是Pw的定義就建議修改為“承壓水頭與抗浮設防水位的水頭壓力差值”，Ffc的定義建議修改為“承壓水水頭產生的附加浮力標準值，負值時取等于零”。這樣定義，才符合總浮力為三類浮力累加的統一公式。
事實上，如果考慮自下往上的滲流，承壓水頭壓力與滲流引起的壓力是互相交錯的，情況比較復雜，難以在完全區分開的情況下表達清楚。
（二）穩定滲流產生的浮力的定義
關于滲流產生的浮力的定義，規范6.2.3條中表述為“滲透壓力產生的浮力”，竊以為不合適，而6.2.4條中表述為“穩定滲流產生的浮力”更為合理。
從流網的概念來說，常規認為貼著結構底板的流線是基本平行于底板的，則底板接觸的水并不存在垂直底板方向的水頭差，所以滲流力是不會直接作用于結構上的（結構構件本身透水的情況除外，不在此議），所以從這個理解來說，結構構件直接受到的水壓，是不會同時有靜水壓力和滲流力作用的。
展開 LS-DYNA流固耦合--模擬靜水壓力、浮力、無板造波技術等的課程說明 ￥250
1、*INITIAL_HYDROSTATIC_ALE
2、*ALE_AMBIENT_HYDROSTATIC
3、*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL
4、*INITIAL_VOLUME_FRACTION_GEOMETRY
5、方向向量的創建
6、流固耦合關鍵字
7、曲線的函數表示方式
8、S-ALE創建方法及關鍵字的使用
讓你掌握又一種方式的流固耦合分析，并且對浮力、水壓力不可忽略的類似仿真得心應手，并且會在課程中介紹無板造波等相關知識
LS-DYNA | 模擬水的浮力
重力初始化
浮力作用下小球運動
路徑
LS-DYNA | 裂紋的模擬效果
LS-DYNA | 考慮后燃效應的空氣中爆炸沖擊波
LS-DYNA | EFP侵徹多層靶板
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LS-DYNA | 馬赫反射的數值模擬
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LS-DYNA | 破片侵徹充液容器的數值模擬
LS-DYNA | 鉆地彈侵徹混凝土
LS-DYNA | 鉆地彈+侵徹爆炸戰斗部
LS-DYNA | 裂紋擴展的模擬方法
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LS-DYNA | 爆炸與沖擊
LS-DYNA | MEFP侵徹多層靶板
LS-DYNA | 爆炸與沖擊
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LS-DYNA | MAT_RIGID 關鍵字定義剛體材料
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爆炸與沖擊 | 分享最近做的案例..
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OpenFOAM高級共軛傳熱仿真教程（英文+字幕+案例） ￥10
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展開 CFD基礎課程系列: 第4章 熱的基本概念
這個力被稱為浮力。圖4.3的熱氣球是利用浮力的典型例子。
圖4.3 氣球上升的原理
另外，對壓縮性流體，浮力可以被嚴密地描述和計算。而對非壓縮性流體，不能精確考慮體積的變化，因此采用浮力與溫度差的比例關系來近似表達。這個近似被稱為布辛涅司克近似。但是，需要注意的是，在溫度差很大的場合，這個近似的誤差會變大。
4.3 自然對流和強制對流
流體的流動，根據其驅動方法，可分類為自然流動和強制流動兩種。
自然對流中不存在風扇或者泵的驅動因素，是由于流體的溫度差引起浮力驅動的流動。而強制流動是指由風扇，泵等外部因素驅動的流動。
比如，如圖4.4所示，注水容器經過一段時間的加熱后，底部的熱水由于浮力的作用開始從底部向上流動（a），這是自然對流。而如（b）所示，容器的水是在被棍棒攪拌的情況下（在外部因素的驅動下）流動的，所以是強制對流。
圖4.4 自然對流和強制對流
一般對強制對流來說，由于風扇等的驅動，流體的慣性力比浮力的影響要大得多。在很多場合，浮力的影響可以忽略。而在自然對流和強制對流同時存在的場合，不能忽略浮力的作用，在計算中必須考慮浮力的影響。
4.4 熱的傳遞形態
有3種熱的傳遞形態：熱傳導，熱對流和輻射。如圖4.5所示房間的熱加溫，感覺地板下地熱的溫暖是熱傳導，從制熱空調的暖風感覺到的溫暖是熱對流，從身邊的電爐/火爐感覺到溫暖是輻射。以下對熱傳導，熱對流和輻射再做一些詳細說明。
展開 沒有大海也能沖浪-帶你學習尾波沖浪
此時，我和沖浪板整體受到的力，有重力、浮力、水的摩擦力，以及浪上涌時給板子的沖擊力。
其中，浮力很小，根據教練的講解以及我實操的感受，沖浪板不足以支撐我的體重。另外，我查了尾波沖浪板信息，最大排水量大約22.7L。
根據阿基米德浮力定律，全部浸沒到水中產生的浮力只有220牛，也就只能支撐起40多斤的小孩。更何況，沖浪時，沖浪板也差不多才只有三分之一浸在水中。那它產生的浮力就更小了，相比我受的重力甚至可以忽略不計。而水流過沖浪板產生的摩擦力，就更小了。因為沖浪板是玻璃纖維的，表面很光滑。忽略浮力和摩擦力，主要考慮的就2個力了，重力和水的沖擊力。
重力的大小和方向是固定的。那么在沖浪中，唯一需要并且可以調節的力就是水的沖擊力。加速、減速或者想勻速運動，都可以通過調節沖擊力實現。
怎么調呢？很簡單，就是靠調節身體重心，進而調整沖浪板的傾斜角度。如圖，向前調整重心，沖浪板會向順時針方向傾斜，水提供的沖擊力會減小，那么沖浪板會在重力作用下沿著斜面加速，向前運動。反之，當你發現離船太近時，可以向后調整重心讓沖浪板向逆時針方向傾斜，增大水的沖擊力，減速運動。
原理說起來很簡單，但我實際操作時深有體會，這可太難了。
整個調整過程很微妙，用力稍微過大或者過小，都會一頭栽下去。而且對于新手來說，一旦進入到浪頂或浪底，大概率就要落水了，想回到坡面很難。
了解了沖浪板為什么可以浮在浪上，最后一個關鍵的問題來了：浪哪來的呢？這就不得不說到這項運動的核心，也是真正的門檻了：造浪艇。
普通的游艇或船，都盡量讓航行時產生的浪越小越好。因為越大的浪就對應越大的興波阻力，導致更高的油耗。嘿，造浪艇恰恰相反，它是為了產生盡量大的浪。為此，艇的重心會更加靠后，讓尾部盡量埋進水中。調整重心的主要方式，原來是靠船上的人往某一側聚集。
展開 什么是自然對流Boussinesq假設？
自然對流中浮力是驅動力，因此動量方程（5）中的浮力項也是占主導作用，且密度變化△ρ遠小于參考密度ρ0,因此對于瞬態項、對流項可以忽略△ρ，即
最終簡化為
可以看到此時瞬態項、對流項的密度已被消去，只剩下浮力項還帶有密度，我們的目標是把浮力項中的密度也消去，這樣方程的非線性、內存需求都會降低。
3.浮力項密度可以用溫度代替嗎？帶著這樣一個疑問，在消去浮力項密度之前，首先定義一個名詞：熱膨脹系數β。
熱膨脹系數即為在定壓力下，密度隨溫度變化的相對變化率，可用氣體運動熱力學理論解釋，如圖所示，在箱體未加熱時，上層活動板在大氣壓力下保持平衡，當箱體加熱時，氣體運動加劇，氣體溫度上升，箱體體積膨脹，活動板上升，密度降低，該現象可用熱膨脹系數表征箱體膨脹程度的大小。
4.接著把熱膨脹系數作線性化，然后做一些整理，最終得到方程（18）形式，此時密度終于和溫度聯系到一起。
5.把密度和溫度的關系帶入到浮力項中，最終得到Boussinesq假設下的自然對流求解方程。
其中T0為參考溫度，通常取室溫或環境溫度，β為熱膨脹系數。可以知道，該方程消去了密度項，非線性和內存需要都降低，計算穩定及計算速度都會得到提升，這也是Boussinesq假設下受歡迎的原因。
Boussinesq假設適用的具體條件
Boussinesq假設適用場景非常關鍵，這也是我們經常忽略導致計算精度不高的主要原因。
如前所述，Boussinesq假設適用于
我們可以寫成如下形式：
密度相對變化率遠小于1，通常認為<1%。
展開 如何正確模擬不同類型的流體流動？
球殼中的自然對流
最后一個例子來自地球物理學主題，是關于球殼內浮力驅動的自然對流（無旋轉）。當對流開始時，首先形成固定的對流單元（瑞利-貝納爾單元）。這使得浮力增加，從而導致這些單元開始移動。最后，它們破裂后產生更小的渦流，在較短的時間尺度上支配著流動系統并產生湍流。
下面的動畫顯示了球殼內的自然對流，其中浮力作用在徑向方向。納維-斯托克斯方程是用無量綱參數而不是材料屬性定義的，而浮力則用瑞利數表示。該模型是使用一個含瞬態研究的層流方法來求解的。
從線性溫度分布開始，浮力首先形成對稱對流單元，但很快就獲得了 Ra = 250 的非對稱速度和溫度分布。
結論
我們通過研究不同的流態，得出以下結論，即選擇哪種流動接口并不總是很明確。
通過對上述不同流態的研究，我們得知，選擇哪種流動接口并不總是很明確。如果無量綱數 或 明顯小于或大于其配置的臨界值，那么選擇是明確的。
對于經常出現在微流體設備中的完全層流，您可以選擇層流 接口。如果 ，您應該選擇蠕動流接口。
許多工業應用具有高流速和高雷諾數，在這種情況下需要使用湍流接口。閱讀我們之前的文章，可以詳細了解您應該選擇哪種湍流模型。
畢竟，CFD 仿真具有一定的困難，因為流動的性質仍未完全了解。COMSOL 軟件提供了使用最新數值技術模擬所有流態的接口。COMSOL案例庫中的示例模型可以幫助您了解哪種接口適合您的應用。
展開 無人潛水艇的設計與仿真
譬如，導入一個阻力和浮力系數和雷諾數對應的數據庫，然后以查找表（look up table）的形式，在 Simulink 仿真的過程中動態改變阻力和浮力系數，達到精度更高的仿真效果。
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。
展開 VOF算法的浮體入水過程的數值模擬 ￥499
浮體首先自由下落，流體浮力和粘性阻力在接觸液體后逐漸增大，加速度隨之減小，速度增加變緩，當浮力與粘性阻力之和等于重力時，加速度等于零，達到最大下降速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大入水深度；接著物體緩慢上升，粘性阻力改變方向，當再次接觸到液面后，浮力減小，速度增加變緩，當浮力等于重力與粘性阻力之和時，達到最大上升速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大上升高度。浮體重復上述運動過程，且由于流體粘性，幅度逐漸衰減。
每周一文_20210314——有趣的流體力學02
這就是水的浮力。使勁擠一下小黃鴨，有的還會吹口哨。瞬間的高速氣流產生口哨的聲音。再后來就有了帶發條的小黃鴨，擰幾圈，就可以在澡盆里游啊游。這個和我們劃船用的槳葉是一個原理。
隨著寶寶的成長，大人們還會給他們玩竹蜻蜓，這個十分具有中國特色的玩具。利用的原理和直升機的螺旋槳一樣。轉動使得氣流流過兩個葉片產生升力，這樣竹蜻蜓就飛起來了。
上小學以后孩子們就開始自己做手工了，疊紙飛機，使勁一扔，就飛了起來。有些還會疊燕子飛機，把翅膀卷一下，這樣可以更加穩定。同樣的飛行玩具還有風箏。用幾根竹簽綁在帆布或塑料布上，拴上繩子。先跑一跑，等風箏飛的高了以后，上空的氣流速度快了，就可以輕輕的拽繩子，一下一下的，風箏就穩穩的飛在天上了。再者就是孔明燈，下面點上蠟燭，熱空氣上升，充滿整個孔明燈，里面的空氣溫度高密度低，外面的空氣溫度低密度高，兩者間的密度差，產生浮力，孔明燈就飛上天了。除了空中的浮力還有水里的浮力，孩子們折紙船。還有男孩子們最喜歡玩的竄天猴，插在地上，點火，看著它飛向天空。
回頭看看孩子們玩紙飛機，孔明燈，小紙船，竄天猴，這些不就是大人世界里的飛機，熱氣球，輪船，火箭。
有趣的流體力學，使得童年時光無比美好。
展開 既上天又入海！海空兩棲的無人航行器“哪吒”在滬成功研制
上海交大海洋技術團隊連璉教授、曾錚副研究員帶領盧迪、熊程珂、呂晨昕、胡銳等成員，在上海市社會發展科技攻關項目、上海交通大學重點前瞻布局基金項目、青島國家海洋科學與技術國家實驗室開放基金項目等支持下，成功研發了承壓耐蝕高速電機、小型輕量化浮力調節系統、海空跨介質航行的非線性穩定控制器等一系列關鍵核心技術。
其中，承壓耐蝕高速電機采用了和傳統水下推進器動密封完全不同的技術，既能夠在空中高速轉動，同時也能在水下承壓。獲得國家發明專利的高壓氣動浮力調節系統，采用高壓氣體源作為浮力調節驅動力，實現航行器浮力和俯仰姿態的同步調節，通過這套獨特的小型輕量化浮力調節系統，可滿足兩棲航行器對載重的嚴苛要求。此外，針對航行器在入水過程中受到風浪流的干擾，團隊成員設計了多種控制算法，做了大量仿真實驗，為攻克這一難題提供了解決方案。
目前，“哪吒”已具備50米級水下航行、5千克負載能力以及良好的空中運動與跨介質能力。2020年，“哪吒”在浙江千島湖成功進行了測試，今年還將赴南海進行海試。
上海交通大學海洋學院海洋技術團隊在工作中。新華社記者 張建松 攝
“我們之所以將這種新概念的海空兩棲航行器命名為‘哪吒’，是國產電影《哪吒》中有句話讓我們深深共鳴，人們眼中的成見是一座大山，我們要勇于打破這種是非成見。”曾錚說，“在人們的傳統印象中，空氣和水是兩種截然不同的介質，航行器是不可能同時飛行的。哪吒就是要打破這種成見，實現在空氣和水里的自由穿越。”
上海交通大學海洋技術團隊實力雄厚，近年來承擔了多個國家重大項目，在無人遙控潛水器作業系統、深海智能浮標、海空兩棲航行器、深海探測與作業技術等方面取得了多個重要進展和成果。
展開 海空兩棲的無人航行器“哪吒”在滬成功研制
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其中，承壓耐蝕高速電機采用了和傳統水下推進器動密封完全不同的技術，既能夠在空中高速轉動，同時也能在水下承壓。獲得國家發明專利的高壓氣動浮力調節系統，采用高壓氣體源作為浮力調節驅動力，實現航行器浮力和俯仰姿態的同步調節，通過這套獨特的小型輕量化浮力調節系統，可滿足兩棲航行器對載重的嚴苛要求。此外，針對航行器在入水過程中受到風浪流的干擾，團隊成員設計了多種控制算法，做了大量仿真實驗，為攻克這一難題提供了解決方案。
目前，“哪吒”已具備50米級水下航行、5千克負載能力以及良好的空中運動與跨介質能力。2020年，“哪吒”在浙江千島湖成功進行了測試，今年還將赴南海進行海試。
上海交通大學海洋學院海洋技術團隊在工作中。新華社記者張建松攝
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上海交通大學海洋技術團隊實力雄厚，近年來承擔了多個國家重大項目，在無人遙控潛水器作業系統、深海智能浮標、海空兩棲航行器、深海探測與作業技術等方面取得了多個重要進展和成果。
展開 19種常見液位計工作原理圖，可滿足多數工況，動畫展示很有趣！
原理：連通器原理，根據浮力原理和磁性耦合作用研發而成，當被測容器中的液位升降時，浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到磁翻柱指示面板，使紅白翻柱翻轉180°，當液位上升時翻柱由白色轉為紅色，當液位下降時翻柱由紅色轉為白色，面板上紅白交界處為容器內液位的實際高度，從而實現液位顯示。
2、浮球液位計
原理： 浮球液位計結構主要基于浮力和靜磁場原理設計生產的。帶有磁體的浮球（簡稱浮球）在被測介質中的位置受浮力作用影響：液位的變化導致磁性浮子位置的變化。浮球中的磁體和傳感器（磁簧開關）作用，使串連入電路的元件（如定值電阻）的數量發生變化，進而使儀表電路系統的電學量發生改變。也就是使磁性浮子位置的變化引起電學量的變化。通過檢測電學量的變化來反映容器內液位的情況。
3、鋼帶液位計
原理：它是利用力學平衡原理設計制作的。當液位改變時，原有的力學平衡在浮子受浮力的擾動下，將通過鋼帶的移動達到新的平衡。液位檢測裝置（浮子）根據液位的情況帶動鋼帶移動，位移傳動系統通過鋼帶的移動策動傳動銷轉動，進而作用于計數器來顯示液位的情況。
4、雷達液位計
原理：雷達液位計是基于時間行程原理的測量儀表，雷達波以光速運行，運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。探頭發出高頻脈沖并沿纜式探頭傳播，當脈沖遇到物料表面時反射回來被儀表內的接收器接收，并將距離信號轉化為物位信號。
5、磁致伸縮液位計
原理：磁致伸縮液位計的傳感器工作時，傳感器的電路部分將在波導絲上激勵出脈沖電流，該電流沿波導絲傳播時會在波導絲的周圍產生脈沖電流磁場。在磁致伸縮液位計的傳感器測桿外配有一浮子，此浮子可以沿測桿隨液位的變化而上下移動。
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