1、工程流體力學課程三級項目變水頭下的液體出流研究報告學 院： 機械工程學院 班 級： 鍛壓二班 指導教師： 劉濤 組 員： 朱林東 閆曉堯 郭子揚 2015-10-16燕山大學工程流體力學課程三級項目指導書1、整體思路將工程流體力學課程中學到的基礎理論知識用于分析和解決工程實踐中出現的問題，使學生在項目分析中深入理解如何將所學理論知識應用于解決實際問題的方法和思路。介紹先進的計算輔助計算方法，引導學生積極思考、學會學習、主動學習，綜合訓練學生能力，提高學生綜合運用本專業基礎理論知識，分析、理解和解決本專業及相關行業的理論和實踐問題的能力，并為后續其他專業課程的學習打下基礎。2、目的和意義(1)通

2、過基于團隊的學生分工協作，在充分分析討論的基礎上，給出解決問題的方案。使學生在溝通能力、團隊合作能力等方面得到鍛煉和提高；(2)學會查閱文獻、閱讀相關技術資料和調查研究能力； (3)更深地了解工程實踐。3、具體實施方案教學時間安排鼓勵學生利用課外時間完成項目，課堂教學安排如下：設計內容講解、匯報總結1學時2)項目成績項目教學從屬于課程教學，占本門課程總成績的10%。成績由二部分組成：(1) 組內互評5分，最優分和最差分相差不得小于1分；(2) 導師評分5分，最優分和最差分相差不得小于1分；3)分組安排及指導老師鍛壓132班共19名學生，分成5個組；每個組4-5人，每組選1名組長。任課教師為指導

3、老師。燕山大學課題方向及要求：課題五、變水頭下的液體出流一、項目目的學習和掌握管變水頭下液體出流計算方法，及其計算機求解。二、項目要求1)、查閱相關文獻，查找符號分析方面的軟件；2)、掌握變水頭下的液體出流；3)、計算和分析，半徑為5m的半球形容器裝滿水，在最低位開面積 的小孔，液流多長時間放盡？4）、用軟件編程求解。三、要求在項目研究過程中：1)、每組組長對組內人員的工作進行分工，每個組內成員根據自己的分工，向組長提交相應的研究報告；2)、每個組內成員報告完成后，組長組織成員對每個成員的報告進行評議，并打分；3)、指導教師對每名學生的研究報告進行評議，并打分；4)、組內每個成員的報告匯總成總

4、研究報告，并制作匯報PPT，完成后，向指導教師提出答辯申請；5)、組織答辯，并打分。四、提交形式1)、匯總研究報告；2)、匯報PPT。 小組分工及貢獻姓 名課題組分工朱林東負責查閱資料,分析題目,及后期整理熟悉軟件并用軟件計算求解閆曉堯負責手算題目結果及報告的匯總及計算機求解郭子揚負責后期的制作，工作報告的匯總13目 錄小組分工及貢獻4第1章 緒論61.1 課題背景61.2 MATLAB軟件介紹6第2章 理論計算72.1 變截面容器液體出流72.2 半圓形截面液體出流8第3章 Matlab編程求解9結論10心得體會11參考文獻12小組評分13第1章 緒論1.1 課題背景當液體通過孔口注入容器或

5、從容器中泄出時，其有效水頭隨時間改變，為孔口變水頭出流。這種出流的流速、流量都隨時間改變，屬非恒定流。給水工程中水池的注水和放空，水床的放空，船閘閘室的充水及放水等均屬變水頭出流之例。一般地，當容器的面積較大或孔口的面積較小時，容器內液面高程變化緩慢，則把整個非恒定流過程分成很多微小時段，在每一個微小的時間段內，認為液面的高程不變，孔口的恒定流公式仍然適用，這樣就把非恒定流的問題轉化為恒定流的問題來處理。變水頭出流的計算主要是計算泄空和充滿所需的間，或根據出流時間反求泄流量和液面高程變化情況。1.2 MATLAB軟件介紹MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠

6、（矩陣實驗室）。是由美國mathworks公司發布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數學軟件。它在數學類科技應用軟件中在數值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、

7、創建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。 第2章 理論計算2.1 等截面容器液體出流根據試驗資料，收縮管嘴在全部、完善收縮情況下，各項系數列于下表 收縮系數 阻力系數 流速系數 流量系數0.980.090.960.95下面分析等截面積、孔口面積為 形容器，水流經孔口出流放空所需的時間。設時刻t時孔口的水頭為h，在微小的時段dt內流經孔口的體積為在相同的時段內，容器內液面降落 ，則體積減少為 容器內減少的體積等于通過孔口流出的體積，即 對上式積分得水頭由 降至所需的時間 若，即容器放空，所用的時間為2.2

8、 半圓形截面液體出流半圓形截面的橫截面面積隨液體高度變化函數關系：又因為： 所以： 代入 整理得 又有課題可知 , ,取， 得 t =2739700 s 第3章 Matlab編程求解clear allh = 0:0.01:5;g=9.81;Cd=0.9;A0=1.5*10(-5);R=5y =(2*R*sqrt(h)-h.(3/2)*pi/( Cd * A0*sqrt(2*g)t=cumsum(y)*0.01t1=t(end)t2= trapz(h,y)figureplot(h,y,r-);hold onplot(h,t,b:)legend(被積函數,積分曲線) 最后輸出得t = 274100

9、0 s被積函數與積分曲線結論項目-變水頭下的液體出流 確定了之后，我們組對課題進行了仔細的分析，查閱教材發現該項目屬于第八章內容，第七節講的剛好是我們的課題。于是我們五個人就把第八章內容仔細的讀了一遍，有不懂的地方我們就相互討論、詢問他人或者去圖書館查閱相關資料。分析過課題之后，我們把項目分了兩大塊，一是手算求解，二是編程求解。然后對組內成員進行了明確的分工。手算求解不是什么大問題，編程求解就不同了，因為我們沒有人會matlab，于是我們就去圖書館查找資料來學習matlab。經過幾天的努力，最終克服了種種困難，完成了該項目。經過這次項目，我們懂得了團隊合作的重要性，并且簡單掌握了matlab的

10、應用，總之收獲很多，以后一定要更正自己的學習態度，知其然，知其所以然。 心得體會朱林東：通過這次三級項目的分析以及完成過程，讓我們深入的理解了如何將所學理論知識應用于解決實際問題的方法和理論，使學習由紙上談兵提高到了學以致用的高度，為以后的工作中解決工程實際問題做好鋪墊。此次項目的分析計算中需要用到matlab等軟件的輔助計算與設計，引導我們自主學習，主動學習先進的計算軟件，提高了自學能力，訓練了充分利用資源解決實際問題的綜合能力。 閆曉堯：我認為，在這學期的實驗中，不僅培養了獨立思考、動手操作的能力，在各種其他能力上也都有了提高。更重要的是沒在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的天戰，只有不斷學習、時間，再學習、再實踐。 郭子揚：由于此次項目是班內分組設計，在大家積極討論分析課題，尋找解決方案，以及最后大家分工制作的過程。經過這些天的努力，項目終于完成。回想我們做項目的過程，可以說是難易并存的。難在將所學知識的綜合與歸納，易在我們能