《工程流体力学》三级项目报告

《工程流体力学》三级项目报告

流体对曲面壁作用力分布

班级：14级机电3班

指导老师：郑小军

小组成员：

目录

项目目的和要求

二、小组成员及分工

三、计算过程

四、软件编程求解

五、总结

六、参考文献

项目目的及要求

1、项目目的

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记分

来算出，可以通过软件来得出结果。

2、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；

(3)查找英制量纲与国标量纲的转换；

(4)计算和分析流体作用在曲面壁上的力，求下图中闸门宽度

1ft(英尺)宽度上的水平分力和垂直分力。

二、小组成员与分工

三、计算过程

(1)英制量纲与国标量纲的转换

lft=O.3047999995367米

18ft=18X0.3047999995367=5.486米

(2)受力分析推导：

设曲面ab的面积为A,置于液体之中，如上图所示。液面通

大气，即液面表压强为零，在曲面ab上任取一微小面积dA(淹深

为h),其所受压力

dF=PghdA

将dF分解为水平分力dFy和垂直分力dFz.然后分别在整个面

积A上求积分，得

F=JdF尸fAdFcos0

=JAPghdAy=pgJAhdAy

式中/AhdAy=h,Ay为面积A在zox坐标面上的投影面Ay对ox轴的

面积矩(x轴垂直于纸面)，于是水平分力

3

F=PghcA=lX10X9.81X2.743X1.673N=45018.47N

其作用线通过A、投影面的压力中心D

垂直分力

F2=fAdFz=JAdFsin。=/APghdAsin0=pgfAhdAz

式中A’,为面积A在yox坐标面上的投影面积，九dF”为曲面ab上的

液柱体积V,称这个体积为压力体，于是有

Fz=PgV

即曲面上所受到的总压力的垂直分力等于压力体的液重，其作用线

通过压力体的重心，其中体积V为曲面上半部分及其下半部分由于受

力方向不同所抵消之后的等效体积，于是垂直分力有

E=PgV=1000*9.81*[0.305*(Ji*R76-J3*R2/4)]

=1000*9.81*0.832

=8161.92N

对柱体曲面，所受总压力的水平分力F、和垂直分力K,因为一定共

面，合成的总作用力

F=V(F；+F，)=J(45018.472+8161.922)

=45752.37

它与垂直方向夹角

a=arctan(Fy/Fx)=79.72

同时压力作用线必然通过垂直分力与水平分力的交点。

四、软件编程

%1.已知参数

clear;

p=10"3;

g=9.81;

z=0:0.0001:5.486;

h=z/2;

A=0.3048*z;

%2.图像绘制

z=0:0.0001:5.486;

Fz=1495.04*z「2;

plot(z,Fy);

%3.修改坐标系

xlabel('z');

ylabel('Fy');

title('曲面壁受水平作用力');

axis([-28-2*10^45*10^4]);

%1.已知参数

clear;

p=l(T3;

g=9.81;

z=0:0.000001:2.743;

hl=sqrt(-z.2+5.4864*z+22.575)-3.9563;

Al=0.5*sqrt(-z/4+5.4864*z.3+22.575*z.2)-1.9782*z;

9⑵图像绘制

z=0:0.000001:2.743;

Fy=l*Al;

plot(z,Fy);

%3.修改坐标系

xlabel('z');

ylabelCFx,);

titleC下半曲面壁受水平作用力');

axis([O303]);

%1.已知参数

clear;

p=10^3;

g=9.81;

z=2.743:0.000001:5.486;

hl=sqrt(-z."2+5.4864*z+22.575)-3.9563;

Al=8.9458-sqrt(169.884-7.5252*z「2+41.286*z)+0.5*sqrt(-

z.*4+5.4864*z.3+22.575*z.2)-1.9782*z;

%2.图像绘制

z=2.743:0.000001:5.486;

Fy=-1*A1;

plot(z,Fy);

烧.修改坐标系

xlabel('z');

ylabel('Fx');

titleC下半曲面壁受水平作用力')；

%3.修改坐标系

xlabel('z');

ylabel('Fx，);

titleC上半曲面壁受水平作用力')；

axis([2605]);

总结:

在这次三级项目中，我们对流体力学进一步的巩固，加深和拓宽了所

学的知识，通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思

和竞争意识，熟悉掌握了流体力学的一般规律，也培养了分析和解决

问题的能力。我们团队合作，共同分析，讨论，在合作中提升自己,

并在此次三级项目中，掌握了MATLAB的基本运用方法，提高了学习

和处理问题的能力。我们将继续我们的学习，进行跟深入的调查研究

来提升我们的实力，充实自己是自己能在日后的历练中更快地找到自

己的方向。

五、参考文献

[1]《工程流体力学》高殿荣张伟编