流体力学三级项目

1、精选优质文档-倾情为你奉上流体力学三级项目流体对曲面壁作用力分布班级：机电二班小组成员：陈兵建 庞祖锋 蔡世伟 台 宁指导教师：郑晓军完成时间:2016/10/25 专心-专注-专业 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 数字图像处理 技术 数字信号处理 技术 通讯系统设计与仿真 流体对曲面壁作用力分布一研究题目计算和分析流体作用在曲面壁上的力，一个闸门的横截面如图所示，垂直于纸面的深度是7m，外形x=0.27y2，此闸门可以绕O点旋转，试以闸门浅的水深度为自变量，推倒以下参量的表达式：水平分力；垂直分力；作用在 闸门上的顺时针方向力矩. 图1 闸门横截面 图2 闸门大致受力图二、研究目的

2、学习和掌握流体作用在曲面壁上的力，通过作用力对面积的积分来算出，可以通过软件来得出结果。三项目要求1查阅相关文献，查找符号分析方面的软件 2掌握流体作用在曲面壁上的力的计算方法 四、研究方法首先，我们小组成员进行了合理的分工，陈兵建同学主要进行理论分析和电脑软件编程，台宁同学主要进行流体力学知识的理论指导，庞祖锋同学进行对软件的调试和校准，查找相关软件的教程并进行软件使用方面的指导，蔡世伟同学主要是后期整理思路并制作PPT，研究报告等。进行分组以后，小组成员开始工作，我们经过几次讨论以后，形成了两个思路，第一个是普通的算法即笔算，这个方法虽然笨拙，但是确是最可靠的方法，可以帮助我们检验软件的出

3、的结果，以防由于软件水平限制造成错误。第二个是用MATLAB进行公式的推算以及图形的绘制，经过把作用力对面积积分来得出最后的结果。五研究结果 我们首先通过公式推导计算出闸门所受的水平方向，竖直方向的分力，以及闸门所受的转矩。接着用软件Matlab进行编程求解，计算出所受力及转矩的大小。然后用课堂上的方法计算出力和转矩的大小。最后将结果进行比较。MATLAB软件介绍 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix L

4、aboratory）的简称，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、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 产品族可以用来进行以下各种工作：l 数值分析l 数值和符号计算l 工程与科学绘图l 数字图像处理技术l 数字信号处理技术l 通讯系统设计与仿真以下便是我们的理论分析，数值计算，软件求解，结果比较的具体过程。1.推导过程(1)dFx=g(h-y)cos*dA=g(h-

5、y)b* ds* cos -密度-合力与曲面的夹角A-曲面的面积 b-垂直于纸面的深度s-弧线的长度其中ds=(dx)2+(dy)2=(1+(x)2)dycos=1/1+(tan)2=1/1+(x)2带入得：dFx=g(h-y)b *dyFx=dFx=g(h-y)b *dyMx=dFx*y=g(h-y)b *y *dy积分结果为 :Fx=(gb*h2)/2Mx=(gb*h3)/6+(0.272)*(gb*h5)/10(2)同理，求Fy与MydFy=g(h-y)sin*dA=g(h-y)b* ds* sindFy=2*0.27*gb(h-y)y *dyFy=dFy=2*0.27*gb(h-y)y

6、 *dyMy=dFy*x=2*0.27*x*gb(h-y)y *dy=2*0.27*0.27*y*ygb(h-y)y *dy=2*0.27*0.27*gb(h-y)y 3*dy积分结果为：Fy=0.09*gbh3My=(2*0.272)*(gbh5)/20(3)求对闸门的转矩MM=Mx+My= (gb*h3)/6+(2*0.272)*(gbh5)/5(4)带入数值进行计算Fx=34335*h2Fy=6180.3*h3M=500.6043*h5+ 11445*h32.MATLAB编程(1)Matlab程序代码p=1000; %密度是1000kg/m3b=7; %深度是7mg=9.81; %重力加

7、速度是9.81syms y h;Fx=int(p*g*b*(h-y),0,h);%水平方向所受力Mx=int(p*g*b*y*(h-y),0,h); %水平分力形成的转矩Fy=int(0.54*p*g*b*y*(h-y),0,h); %竖直方向所受力My=int(0.54*0.27*y2*p*g*b*y*(h-y),0,h); %竖直分力形成的转矩M=Mx+My;Fx=34335*h.*hMxf=29005/6;Fy=f*h.*h.*hMyM=(*h.*h.*h.*h.*h)/10000 + 11445*h.*h.*hh=0:2:20;a=34335*h.*h; b=(29005*h.*h.*

8、h)/6;c=(*h.*h.*h.*h.*h)/10000 + 11445*h.*h.*h;subplot(3,1,1); plot(h,a,'-r'),xlabel('h'),ylabel('Fx'),title('水平方向分力')subplot(3,1,2); plot(h,b,'-b'),xlabel('h'),ylabel('Fy'),title('竖直方向分力')subplot(3,1,3);plot(h,c,'-g'),xlabel(

9、9;h'),ylabel('M') ,title('转矩')grid（2）代码运行结果 Fx =34335*h2Mx =11445*h3Fy =(61803*h3)/10My =(*h5)/10000M =(*h5)/10000 + 11445*h3（3）水深与曲壁所受力与力矩的图象3.课本计算方法Fx=g*h/2*h*b=34335*h2Fy=gV=g2*0.27*g*b(h-y)y *dy=6180.3*h3M=Mx+My=(gb*h3)/6+(2*0.272)*(gbh5)/5=(*h5)/10000 + 11445*h34.计算结果比较比较公式推

10、导，Matlab编程计算，课本方法计算，所得数据一致。六、成员感想陈兵建： 经过这几天的学习，我们小组成员相互配合，共同完成了工程流体力学的三级项目。在这个过程中我主要是学习matlab编程，这个软件是一个处理数学问题强有力的工具，但是我们以前没有学过，因此刚开始是很迷茫的，不知道从哪里下手，在图书馆借了本书，自己又在网上下了软件，开始了几天的学习。蔡世伟：从这次工程流体力学三级项目中,我们有很多的感触和收获，同时也学到了许多书本上没有的知识。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。庞祖锋：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。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际计算中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将