工程流体力学课程三级项目

1、工程流体力学课程三级项目流线的计算及绘制流线图组 员：指导教师:2014-10-26燕山大学工程流体力学三级项目研究报告书 目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 机械设计12-1班流体力学课程三级项目导书 2课题方向及要求4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 小组分工及贡献5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第一章绪论6. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.1课题背

2、景6. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第二章 流线的基本知识及计算 .6. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.1流线的基本知识6.流线 6流线的性质 7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.2流线的计算7.流线的计算方法 7流线计算实例 7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第三章软件编程求解及绘图 8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document

3、3.1软件介绍8 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3 .2MATLAB编程 9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.3绘制流线图11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第四章总结与心得13机械设计12-1班流体力学课程三级项目指导书任课教师：郑小军开课学期：第五学期课程类别：三级项目课程性质：基础课适用专业：机械设计制造及自动化1、整体思路将工程流体力学课程中学到的基础理论知识用于分析和解决工程实践中 出现的问题，使学生在项目分析中深入理解如

4、何将所学理论知识应用于解决 实际问题的方法和思路。介绍先进的计算辅助计算方法，引导学生积极思考、 学会学习、主动学习，综合训练学生能力，提高学生综合运用本专业基础理 论知识，分析、理解和解决本专业及相关行业的理论和实践问题的能力，并 为后续其他专业课程的学习打下基础。2、目的和意义通过基于团队的学生分工协作，在充分分析讨论的基础上，给出解决 问题的方案。使学生在沟通能力、团队合作能力等方面得到锻炼和提高；学会查阅文献、阅读相关技术资料和调查研究能力；更深地了解工程实践。3、具体实施方案时间安排学生利用课外时间完成项目。项目成绩项目教学从属于课程教学，占本门课程总成绩的10%。成绩由二部分组成：

5、组内互评总分5分，最优分和最差分相差不得小于1分，组内人均得 分4分/人；导师评每组得分5分，最优分和最差分相差不得小于1分；分组安排及指导老师机设1班共28名学生，分成6个组；每个组3-5人，每组选1名组长。 任课教师为指导老师。课题设置共设置6个题目，每个组随机抽取一题。课题四、流线的计算及绘制流线图一、项目目的学习和掌握流线的基本知识及计算，并通过软件来得出结果。二、项目要求1）查阅相关文献，查找符号分析方面的软件；2）掌握流线的计算方法；3）已知流场的速度为 ux=2kx uy=2ky uz=-4kz （k为常数），求通过（2，0， 1/4 ）点的流线方程并绘制流线图；4）用软件编程求

6、解。 要求在项目研究过程中：1）每组组长对组内人员的工作进行分工，每个组内成员根据自己的分 工，向组长提交相应的研究报告；2）每个组内成员报告完成后，组长组织成员对每个成员的报告进行评 议，并打分；3）指导教师对每组学生的研究报告进行评议，并打分；4）组内每个成员的报告汇总成总研究报告，并制作汇报PPT。四、提交形式1）每组提交研究报告一份（B5纸打印，格式参考课程设计说明书）；2）每组提交汇报PPT 一份。3）报告要求明示组内成员分工及自评成绩。小组分工及贡献姓名课题组分工李景雷研究报告撰写及编程1201010101364分单鹏程审核研究报告，PPT制作1201010101384分孙智勇查找

7、流线的基本知识及课题背120101010145景4分刘国歌计算求解流线方程1201010101224分郑芳归纳总结流线方程的计算方法1201010101104分第一章绪论1.1课题背景随着流体力学、科学计算可视化、计算机图形学、网络三维游戏等的发 展，可视化技术得到了广泛的应用。流线可视化技术是矢量场可视化技术中 的一种，主要包括流线的计算与流线的显示。由于它与常用流体实验技术的 相似性，流线可视化技术在计算流体力学可视化中被普遍采用，流线可视化 技术的研究已经成为可视化研究十分活跃的课题。因而流线的计算及绘制流 线图也显得十分重要。第二章流线的基本知识及计算2.1流线的基本知识2.1.1流线

8、流线是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上的所有 质点的速度矢量均与这条曲线相切。它是欧拉法描述流动的一种方法。在运动液体的整个空间，可绘出一系列的流线，称为流线簇。流线簇构成 的流线图称为流谱。常微分方程理论中的存在唯一性定理证明,t时刻过定点A的流线是存在 且唯一的,这就是可以利用流线来描述流体运动状况的理论依据。流线表示的是某一瞬时流场中许多处于这一流线上的流体质点的运动情 况，而不是某一个流体质点的运动轨迹。只有定常流动，流线才为流体质点的轨迹。B9 6*312.1.2流线的性质1）流线簇的疏密程度反映了该时刻流场中各点速度的变化。2）对于恒定流，流线的形状和位置不随时

9、间而变化。3）恒定流时，流线和迹线重合。4）一般情况下，流线不能相交，不能折转，只能是一条光滑曲线。2.2流线的计算2.2.1 流线的计算方法某时刻to，过流线上任一点，取一微小线段dl=dx+dy+dz。dx、dy、dz是线段dl在x、y、z坐标轴上的分量，过该点的速度向量为 v=u i + v j +3k。 U、 V、 3 是速度的坐标分量。根据流线的定义有dl x v =0在直角坐标系中，上式变为d x/u=d y / v =d z/ 3这就是to时刻的流线微分方程。2.2.2计算实例已知流场的速度为 Ux=2kx Uy=2ky Uz=-4kz （k为常数），求通过（2, 0, 1/4）

10、 点的流线方程由于流线微分方程为 鱼=业二主ux uy uz当 dx = dy 时，即竺=dy 则y=m x +ln Ciux uy2kx 2ky即 y= Ci x 将x = 2， y=0 代入，得 Ci =0所以y=0 TOC o 1-5 h z 当 dx = dz 时，即卫仝=_ 则 in x=- - ln z +ln C2 ux uz2kx - 4kz2C21即 x= 将 x=2， z= 一 代入，得 C2=1-z4所以x=y = 综上所述，得流线方程x二去第三章软件编程求解及绘图3.1软件介绍MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实 验室）。是

11、由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交 互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视 化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的 视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学 领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序 设计语言（如C、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先 进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科 技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制 函数和数据、实现算法、

12、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要 应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融 建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用 的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完 成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使 MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN， C+，JAVA的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入 到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的 MATLAB爱好者都编 写了一些经典的程

13、序，用户直接进行下载就可以用。主要功能数值分析数值和符号计算工程与科学绘图控制系统的设计与仿真数字图像处理数字信号处理通讯系统设计与仿真财务与金融工程我们用到的是数值和符号计算功能3.2 MATLAB 编程代码：subplot(2,1,1);zuobiao=;for x=1:0.01:10;z=1/(xA2);y=sqrt(0/z);zuobiao=zuobiao;x y z;plot3(x,y,z,.,markersize,4);gridon ;holdon ;endtext(2,0,0.25.(2,0,0.25)，EdgeColor, red,VerticalAlignmentbottom

14、 );xlabel(x);ylabel(y);zlabel(z);subplot(2,1,2);for x=1:0.01:10; z=1/(xA2);plot(x,z, grid hold1 1on ;on ;,markersizeendtext(2,0.25,(2,0.25),EdgeColorom);xlabel(x);ylabel(z);,4)；,red，VerticalAlignment,bott3.3绘制流线图坐标显示zuoLi吉o * 01x3 double nucj H i o23&3 99.&SOOo0.01 028909.3900o0,01 02ST9+9OOOo0*01 0

15、2&939.91 OOo0.01 029.9200o0.01 028号49,9300o0,01 OTS959+9-400o0*01 O1S9&979.9500o0.01 O16P6OOo0.01018939,9700o0,01 OT3999+9aoooO+O1 OO9 009.9900o0.01 OO第四章 总结与心得4.1总结在这次三级项目中我们通过查阅有关资料了解和掌握了流线的基本知识 以及流线方程的计算方法，并通过 MATLAB编程绘制了流线图，完成了项目 要求中的全部工作。4.2心得通过这次流体力学的三级项目，让我对流线的定义以及流线的计算方法有了更深一 步的了解。也让我对流体力学这门

16、学科产生了更为浓厚的兴趣，以前我觉得流体力学枯 燥而乏味，但通过此次查阅很多资料，了解流体力学的历史，亲身经历计算推导，让我 觉得流体力学也有其独特的魅力。也让我对其他的力学科目有了更新的认识。此次通过与同学的交流沟通也让我学到了更多。他们耐心地解答了我遇到的许多困 惑，让我对知识体系有了更全面更系统的了解。也让我明白了不懂就要问的道理。如果 遇到难题只知道自己一个人闷着纠结，还不如问一些了解的人，这样才能更高效快速的 学好知识。还有就是通过与同学的合作让我明白集思广益，众人拾材火焰高的道理。 一个人的思维方式和范围是有限的。而一群人的思维范围确是广阔的。我们不应该只沉浸在自己的 思维世界里，

17、而应该走出自己的思维圈子，看看别人都在想些什么，怎么想的。这样对 于我们的成长与进步才更有益处。在最后真的很感激我们的流体力学老师，将我带进这片神奇有趣的领域。也感谢学校开设这次的三级项目，让我有更多的机会锻炼自己，也让我学会学以致用，把学过的知 识用到实际生活中。还要感谢我的同学，感谢他们对我无私的帮助，感谢他们教给我的 道理。还有就是希望自己在以后的学习工作中能做的更好。通过这次流体力学的三级项目的课程设计，收获啦很多，同时学到了书本上没有的 知识。首先，加深了对这门课程的了解。平时我们对本课程可能只有一个大致的感性认识， 并没有学会如何将学的知识运用到实际问题中，为我们以后的学习和工作打

18、下了良好的 基础。其次，发现所学的知识都在生活中有所体现，让我们对它产生了浓厚兴趣，给了我 们学习这门课的动力。 在此次项目中，我主要负责流线方程的有关计算。在这个过程中,首先看了书本中有关的知识点，然后查阅了有关的资料，让我对这个问题的理解更加深 刻。在这个过程中，遇到一些瓶颈，以积极心态面对，在老师和同学的帮助下，顺利解 燕山大学工程流体力学三级项目研究报告书决了。运用所学的知识，解决了其相关的实际问题，锻炼了查阅资料的能力和自学能力,与此同时提高学习能力和运用专业术语的表达能力。最后对团队的重要性有了更加深刻的体会。一个人不可能完成这项工作，只要大家 齐心协力，每个人发挥自己的强项，才能

19、最终圆满的完成任务。在合作的过程中，发现 别人的长处，向他人学习，同时认识到自己的不足，并努力改正，才能让自己变得优秀。在这次的三级项目中，锻炼了我们的能力，学到了很多东西，在与老师和同学的交 流过程中，互动学习，将知识融会贯通。现在想来，也许学校安排的三级项目有着它更 深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道 了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能。在大量的实践和计算从课本里学到的 知识，我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。其次我们意识到了自己所 学课程的中重要性，生活中许多方面用到了流体力学。我们对它产生了浓厚兴趣，这给 了我们学习更多知识的动力，兴趣是成功的开始，我相信这对我们以后发展非常有益处。 对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一 份拥有。通过这次流体力学的三级项目，使我了解到有些事并非想的那么简单