5 有限元方法 53 5.1 简介 53 5.2 基本原理 53 5.3 一维模型 54 5.4 二维模型 55 5.4.1 二维深度积分模型 55 5.4.2 二维横向积分模型 56 5.5 三维模型 57 5.6 特征-Galerkin 方法 58 5.6.1 离散方程的公式 58 5.6.2 两步算法 61 5.6.3 基于特征的方法 62 5.6.4 保守的流体动力学和质量传输方程 64 5.6.5 对流主导问题的精度分析 66 5.7 数值方案的验证 68 5.7.1 高斯丘陵的纯对流 69 5.7.2 高斯丘陵的纯旋转山丘 70 5.7.3 平面剪切流中的平流扩散 71 5.7.4 潮流中的连续源 73 5.7.5 具有二次底部水深的矩形水道中的长波 74 5.8 优点和缺点 76 5.9 原型应用 I:海水养殖管理 77 5.9.1 吐露港的概述 77 5.9.2 动态稳态模拟:M2 潮汐强迫 79 5.9.3 七天的真实潮汐模拟(42 个潮汐分水岭) 81 5.10 原型应用 II:填海对潮流的影响 83 5.10.1 维多利亚港的概述 83 5.10.2 M2 潮汐强迫的水动力学模拟 83 5.10.3 四个主要潮汐分水岭的真实潮汐模拟 86 5.10.4填海工程的效果 86 5.11 结论 89
凹坑表面技术旨在通过涡流强化通道中的传热,同时保持水力损失的适度增长,该技术在热能工程中有着广泛的应用[1,2]。微电子领域对此也产生了一定的兴趣[3-5],而关于普朗特数对层流传热强化影响的研究发表得就更少了。具体来说,在综述[2]中提到了[6,7]项研究,其中讨论了变压器油在加热壁面上具有单排球形和椭圆形凹坑的微通道中的流动。研究发现,在一个加热到 30 ◦ C 的九段微通道(宽度为 2,高度为 0.5,以通道高度为单位)的壁上,在低速(雷诺数 Re = 308)变压器油流动的情况下,定位具有中等深度(0.2)和螺距为 1.5 的球形凹坑,可以促进涡流强化传热,并且与光滑通道的情况相比,该壁面的传热增加了约 2.5 倍,水力损失减少了 7%。与光滑通道的情况相比,具有相同斑点面积(宽度为 0.55,长度为 1.5,以底部凹坑斑点直径为单位)和相同深度的椭圆形凹坑可以使传热进一步增强 3.4 倍(即,总共增强了 8.5 倍),水力损失减少 2.1%。 [8] 中发现了具有稀疏单排倾斜槽的通道稳定段中层流气流的局部加速。形成剪切流中的最大纵向速度几乎是平面平行通道中最大流速的 1.5 倍。后来确定,热效率由冲洗通道上平均的相对总努塞尔特数指定
由于斯托克斯方程[1,2]的运动学可逆性,最令人信服的例证是 G.I.泰勒的库埃特细胞实验[3,4],低雷诺数下的流体混合需要平流(搅拌)和扩散[5,6]的相互作用。剪切引起的扩散混合增强,也称为泰勒扩散[7],是许多生物和人工系统的基础,从纤毛水生微生物对氧气、营养物质或化学信号的吸收,到微反应器和“芯片实验室”应用[8-12]。事实上,它代表了任何由平流扩散方程控制的非平衡松弛过程的基本特征[5],包括对流层上部和平流层的污染物扩散[13]。因此,设计最优混合方案是一个既具有基础性又具有实际意义的问题[14-17],并且与人们对将最优控制理论概念应用于非平衡物理[18-25]日益增长的兴趣相一致。传统上,全局混合效率通过施加一个初始模式(如溶质分布或温度分布)并通过其 L 2 /Sobolev 范数[26, 27]或 Shannon 熵的变化来表征搅拌对后者的影响[14, 28, 29]。局部混合也可以用 Lyapunov 指数来量化[2, 30]。最近,以混合前后粒子位置之间的互信息的形式引入了一种通用的无假设(即与模式无关)的全局混合效率度量[15]。在实验中,可以使用无损压缩算法从示踪数据中估计互信息 [ 31 ]。在这里,我们将这一新度量应用于无散度线性剪切流混合流体的问题。将时间相关的剪切速率定义为我们的协议,我们将互信息重新表示为后者的非线性函数,并精确求解最优控制问题,以在总剪切和总粘性耗散的约束下得出最优协议
航空航天和机械工程课程 (AME) 2103 交互式工程设计图形。先决条件:工程 1112、数学 1823。产品设计和开发的可视化和建模技术。设计方法、图形标准、投影理论、徒手素描、空间几何、CAD 系统、几何建模和公差。解决开放式设计和可视化问题。实验室 (Sp) 2222 航空航天工程概论。先决条件:物理 2514。飞行和飞行器的性质、飞行器的初步设计以及航空航天工程中的当前问题。(F) 2533 动力学。先决条件:工程学 2113,数学 2433。直线和曲线运动的粒子和刚体动力学;能量和动量方法;机械振动简介。(Sp) 3112 固体力学实验室。先决条件:工程学 2113,数学 3113;共同要求:3143。位移测量;速度、加速度、力、扭矩、应变、应力、数据采集和处理;数据分析。实验室 (F) 3143 固体力学 I。先决条件:工程学 2113;共同要求:3112。应力和应变的概念;工程材料的机械行为;均匀应力状态的分析;扭转构件分析;梁的应力和挠度;失效模式和理论;设计标准。(F) 3253 空气动力学。先决条件:2222、2533、数学 3113。流体运动基础、薄翼型理论要素、有限翼理论要素;压缩性的影响、超音速翼型理论、粘性效应和阻力估计以及空气动力学的当前主题。(F) 3272 风洞实验室。共同要求:3253。亚音速和超音速风洞的操作和校准、功率和测量。模型飞机和气动形状的实验测试;确定飞行器部件的阻力。实验室 (F) 3333 飞行力学。先决条件:2222、3253。飞机性能和稳定性与控制介绍(开环)。(Sp) 3523 航空航天结构分析。先决条件:3143,数学 3113。(Sp) 3803 可压缩流体流动。先决条件:3253。一维气体动力学、管道中的亚音速和超音速流动,包括面积变化、摩擦、热量增加及其任何组合。应力和应变的高级概念;航空航天工程结构分析简介:复杂弯曲和扭转、薄壁和纵梁蒙皮截面中的剪切流;屈曲;有限元法简介;复合材料简介。正激波、斜激波、特征线法。(Sp) G4243 航空航天推进系统。先决条件:3803。推进系统、热力循环、燃烧和热化学分析、往复式发动机、燃气涡轮和喷气发动机、推进系统的最新发展。(F) 4273 航空航天飞行器设计 I。先决条件:3333。初步设计和配置选择、联邦和军事规范、性能和操控品质、结构和设计。两个学期设计课程的第一学期。(F) 4373 航空航天飞行器设计 II。先决条件:4273。初步设计和配置、选择、联邦和军事规范、性能和操控品质、结构和设计、系统设计、业务方面。实验室 (Sp) G4513 飞行控制。先决条件:3333。经典控制理论及其在飞机飞行控制系统设计中的应用。(F) G4593 空间科学与系统。先决条件:数学 4163、工程学 2113。天体力学、动力飞行和地球大气层、空间环境、飞行器性能、空间科学和系统的当前主题。(F,Sp)