流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。
流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系范文第1篇
知識與技能
2、了解飛機(jī)的升力是怎樣產(chǎn)生的。
3、了解生活中跟氣體的壓強(qiáng)與流速相關(guān)的現(xiàn)象。
4、學(xué)會通過實驗的方法研究物理規(guī)律。
過程與方法
1、通過觀察，認(rèn)識流體的壓強(qiáng)個流速有關(guān)的現(xiàn)象。
2、通過探究實驗體驗由氣體的壓強(qiáng)差異產(chǎn)生的力。
情感態(tài)度與價值觀
1、初步領(lǐng)略流體壓強(qiáng)差異所產(chǎn)生現(xiàn)象的奧妙，獲得對科學(xué)的熱愛和親近大自然的體驗。
2、培養(yǎng)學(xué)生交流討論意識和協(xié)作精神。
教學(xué)重難點
重點：流體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。
難點：運用氣體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系解釋日常生活中的現(xiàn)象。
【教學(xué)用具】
1. 教師用具
流體壓強(qiáng)演示器、直尺、一元硬幣，自制的PPT課件
2. 學(xué)生用具
大號注射器一支、水槽一個、兩只小紙船、漏斗、乒乓球、一杯水、一根中間切開（未斷）折成直角的飲料吸管、自制機(jī)翼模型、兩張紙。
【教學(xué)過程】
一、新課引入
請大家把一個乒乓球放在倒置的漏斗中間，用力向下吹氣。
問：說說你看到什么現(xiàn)象？你認(rèn)為出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是什么呢？想到什么問題？
二、新課教學(xué)
（一）簡單介紹流體的概念
（二）氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
利用教材的“想想做做”探究實驗研究氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。
抽學(xué)生上講臺演示，要求其余學(xué)生認(rèn)真觀察。
問：1、硬幣在空中飛行時，豎直方向受幾個力？這幾個力的大小關(guān)系如何？
2、猜想一下，氣體壓強(qiáng)與流速之間存在什么關(guān)系？
3、怎樣利用兩張紙來驗證你的猜想？
4、你能解釋引課中觀察到的現(xiàn)象嗎？生活中還有其他類似的現(xiàn)象嗎？
引導(dǎo)學(xué)生通過實驗探究發(fā)表自己的觀點并得出結(jié)論。
5、學(xué)生動手實驗并解釋現(xiàn)象。
（1）學(xué)生完成課本圖14.4-2所示的探究實驗
實驗現(xiàn)象：在兩張紙中間向下吹氣時，發(fā)現(xiàn)兩張紙相互靠攏，而且吹氣越快，兩張紙靠攏的越緊。
分析：向兩張紙中間吹氣時，兩張紙中間空氣流速變大，中間壓強(qiáng)比兩紙外側(cè)的壓強(qiáng)小，兩紙外側(cè)和中間的壓強(qiáng)差使兩紙靠攏在一起，吹氣越快，兩紙中間空氣流速越快，其間壓強(qiáng)越小，兩紙靠的越緊。
（2）在靠近的兩摞書上放一張紙，在兩摞書中間吹氣，你發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？并解釋為什么會有這種情況發(fā)生。
實驗現(xiàn)象：紙中間向下凹，吹氣越快，下凹的越多。
分析：當(dāng)吹氣時，紙下面中間部分空氣流速變快，壓強(qiáng)變小，紙面上下的壓強(qiáng)差使紙向下凹，吹氣越快，壓強(qiáng)差越大，下凹也越多。
6、利用流體壓強(qiáng)演示器驗證結(jié)論的正確性。
（三）液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
多媒體播放 一次海難
1912年秋天，遠(yuǎn)洋輪船“奧林匹克”號與較小的巡洋艦同向航行，但是當(dāng)二船平行的時候，突然小船竟然扭頭幾乎筆直地向大船沖來，結(jié)果小船把一次海難“奧林匹克”的船舷撞了一個大洞。
問：1、兩船間液體流速比兩船外側(cè)液體流速大還是小？
2、兩船相撞，說明兩船間的壓強(qiáng)與兩船外側(cè)的壓強(qiáng)存在什么關(guān)系？
3、實驗探究液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系
實驗：
在水面上放兩只小船，用水管向中間的水域沖水，觀察其現(xiàn)象。
實驗現(xiàn)象：小船向中間靠攏。
分析：充水時使船內(nèi)側(cè)水流速度增大，壓強(qiáng)減小，船外側(cè)水流速度小，壓強(qiáng)大，船內(nèi)側(cè)的壓力小于外側(cè)的壓力，內(nèi)外的壓力差使船向中間靠攏。
引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：流動液體的壓強(qiáng)與流速有關(guān)，在流速大的地方壓強(qiáng)小，在流速小的地方壓強(qiáng)大。
（四）飛機(jī)的升力
1、利用多媒體出示幾種鳥及飛機(jī)機(jī)翼的放大圖片，要求學(xué)生仔細(xì)觀察并對比自己制作的機(jī)翼模型，分析飛機(jī)利用機(jī)翼產(chǎn)生升力的原理。
2、鳥兒是怎樣飛翔的？
解析：鳥向前飛翔，空氣沿著鳥翼流過，由于鳥翼橫截面的形狀上下不對稱，在相同的時間內(nèi)，鳥翼上方氣流通過的路程較長，因而速度快，它對鳥翼的壓強(qiáng)較?。幌路綒饬魍ㄟ^的路程較短，因而速度慢，它對鳥翼的壓強(qiáng)較大；這樣在鳥翼的上下表面產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，這個壓強(qiáng)差就形成了鳥翼向上的升力。
3、機(jī)翼的形狀和鳥兒的翅膀類似 ――上凸下平
飛機(jī)起飛之前，先得在跑道上跑一段距離。飛機(jī)向前跑，空氣就相對地向后移動，空氣的壓強(qiáng)作用在機(jī)翼上使機(jī)翼獲得巨大的升力。機(jī)翼的形狀起了很重要的作用。
4、飛機(jī)獲得升力的原因：
上方流速快，壓強(qiáng)??；下方流速慢，壓強(qiáng)大
解析：迎面吹來的風(fēng)被機(jī)翼分成兩部分，由于機(jī)翼橫截面形狀上下不對稱，在相同的時間里機(jī)翼上方氣流通過的路程長，所以速度大比下方氣流大．氣流在機(jī)翼上下表面由于流速不同產(chǎn)生壓力差，這就是向上的升力．
還知道嗎？
1、火車站站臺上有安全線的原因。
2、解釋：八月秋高風(fēng)怒號，卷我屋上三重茅。
3、做機(jī)翼模型的實驗：把細(xì)線拉平繃緊，用嘴對著“機(jī)翼”前端細(xì)線的位置用力水平吹氣，可以看到“機(jī)翼”在氣流的作用下向上翹起，這是什么現(xiàn)象？
三、鞏固練習(xí)：
1. 物理學(xué)中把具有_________的液體和氣體統(tǒng)稱為流體．流體的壓強(qiáng)與_______有關(guān)，______越大的位置壓強(qiáng)反而越小。
2. 學(xué)生完成課本練習(xí)題2.
3、A管中水面上升是什么原因？
分析：A管上方空氣流速變快，壓強(qiáng)變小，杯內(nèi)的水在壓強(qiáng)差得作用下沿A管上升。
如果用力吹氣，A管中的水將從管口流出，想一想，這時會有什么現(xiàn)象發(fā)生？有什么實用價值？
分析：用力吹氣，將發(fā)現(xiàn)水從A管口呈霧狀噴出，吹氣越快，噴得越遠(yuǎn)，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷膰婌F器就是根據(jù)這個原理制成的。
4、上旋的弧圈球的飛行弧線比不旋的弧線高還是低呢?
四、引導(dǎo)學(xué)生小結(jié)
1.流體：具有流動性的液體和氣體統(tǒng)稱流體。
2. 流體在流動時，流速較大的位置，壓強(qiáng)??；流速較小的位置，壓強(qiáng)大。
流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系范文第2篇
雙J管在臨床上使用廣泛[1]，特別是在輸尿管結(jié)石的治療中。但是與之相關(guān)的并發(fā)癥仍舊相當(dāng)頻繁地出現(xiàn)[2]，對患者產(chǎn)生各種各樣的副作用。在這個方面來說，放置有支架的輸尿管內(nèi)的尿動力學(xué)，在結(jié)晶形成和生長、生物膜及細(xì)菌菌落形成等這些物理化學(xué)作用或者是生物作用中起到了至關(guān)重要的作用[3，4]。不論是從數(shù)學(xué)角度還是實驗角度，一些研究者也嘗試著去模擬置入支架后的輸尿管中的尿液流動，但是對于量化支架性能上的流體動力學(xué)參數(shù)卻的基礎(chǔ)研究卻幾乎沒有。因此，了解輸尿管支架的置入對上泌尿道尿動力學(xué)的影響，以及其與一些臨床相關(guān)因素的關(guān)系，變得十分有必要，這些因素包括因細(xì)菌感染引起的尿液濃度變化，或者是輸尿管內(nèi)腔的不同程度阻塞。所以，本課題的主要目標(biāo)，是通過一個模仿輸尿管結(jié)構(gòu)制作的人工模型，研究置入輸尿管支架后并且有結(jié)石阻塞的輸尿管中的尿動力學(xué)。借助此模型，測得腎盂壓強(qiáng)在尿液粘度、液體流速和輸尿管阻塞率這些不同物理因素的變化下的定量數(shù)據(jù)。這項研究的結(jié)果會幫助我們理解這些參數(shù)是如何同時地或者獨立地影響輸尿管支架的性能，以及對整個上泌尿道起何作用。
2實驗方法
2.1設(shè)計制作輸尿管模型
使用ICEMCFD14.0制作家豬輸尿管的CAD模型（輸尿管尺寸數(shù)據(jù)取自當(dāng)?shù)赝涝讏觯?。與此同時，使用一個直徑2cm、高3.6cm的圓柱形空腔作為腎盂。使用3D打印機(jī)根據(jù)設(shè)計好的CAD圖形打印出硬質(zhì)陽模。然后準(zhǔn)備好一個透明空心塑料圓筒（內(nèi)直徑3.8cm，長33cm），將陽模沿圓筒中軸線置入其中，接著緩慢向圓筒內(nèi)灌入去除氣體的聚二甲基硅氧烷（PDMS）前體和固化劑的混合物（10：1w/w）并加熱固化，完成模型制作。由于PDMS材料高度透明，因此最終的輸尿管模型就是可以從外部一覽無余的一個中空圓柱體，內(nèi)腔道尺寸和之前實驗測得的尺寸一致。
2.2檢測腎盂內(nèi)液體壓強(qiáng)
正常情況下，腎盂內(nèi)的壓強(qiáng)的生理值低于20cmH2O[5]。本實驗?zāi)Ｐ椭心I盂部分的壓強(qiáng)是通過一只導(dǎo)管頂端壓力傳感器測得的，其中分別有三個獨立的變化量：體積流速、流體動力學(xué)粘度和輸尿管阻塞率。記錄壓強(qiáng)時使用一個在LabVIEW環(huán)境下編寫的簡易程序。嚴(yán)格按照臨床操作步奏向輸尿管模型中置入一根41cm長的雙J管，恰使其末端卷曲部分分別處于模型的腎盂部分和膀胱部分。此支架內(nèi)直徑1.28mm，外直徑2.08mm。為了研究尿液粘度變化對腎盂內(nèi)壓強(qiáng)的影響（例如尿液感染或者是腎功能障礙時），輸尿管模型中的尿液是由蒸餾水和甘油以不同濃度混合的甘油溶液所替代。實驗過程中，我們準(zhǔn)備了六種濃度的甘油溶液，每種都具有不用的流體動力學(xué)粘度，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：0，10，20，30，40，50。粘度值見表1。將注射器泵連接至腎盂部分，來模擬尿液在腎臟的產(chǎn)生過程。在實驗中采用四種不同的流速（Q）（表1），范圍在豬體內(nèi)尿液流速的生理范圍內(nèi)（0-20ml/min）。我們利用八只塑料小球體來充當(dāng)阻塞物，通過給每個小球沿中軸線方向鉆不同大小的圓孔，來控制阻塞率。
3實驗結(jié)果
圖2中列舉了在兩種阻塞率（圖2a中OB%=98.84%；圖2b中OB%=87.62%）之下，腎盂壓強(qiáng)與流速和尿液粘度的關(guān)系，其中不同濃度的甘油溶液，代表了不同的粘度，在圖中用符號區(qū)分開。通過圖2，可以看出，腎盂壓強(qiáng)與輸尿管內(nèi)流體流速和流體粘度分別成線性關(guān)系，并隨著流速的增大、粘度的增加而增加。輸尿管模型中，腎盂壓力與液體流速Q(mào)和輸尿管阻塞率OB%的關(guān)系如圖2所示。圖2a中顯示，模型上段阻塞率100%，液體粘度μ=1cP（蒸餾水）時的情形。圖中回歸線的斜率表示了系統(tǒng)里的流體阻力（m=1.06cmH2O/（ml/min））。同時我們可以看到，此時腎盂內(nèi)壓強(qiáng)只有在一種試驗情況下超過了臨界值20cmH2O，即流速Q(mào)=20ml/min。腎盂壓強(qiáng)和阻塞率的關(guān)系如圖2所示，在μ=1cP，Q=20ml/min時，可以看到有三組數(shù)據(jù)腎盂壓強(qiáng)超過了臨界值，分別為阻塞率OB%=96，99，100。結(jié)合μ和OB%的整個變化范圍，流體阻力（m）可以表示為P-Q插值函數(shù)的斜率，如圖2a。m的值見表2。隨著阻塞率OB%從0增至100（由下至上），或者隨著粘度μ從1cP增加至6cP（由左至右），m的值也隨之增長。大多數(shù)R2數(shù)值接近0.9，表示腎盂內(nèi)壓強(qiáng)P和阻塞率OB%存在線性關(guān)系，P和粘度μ也是線性關(guān)系。小一些的m和R2數(shù)值是由于處在輸尿管無阻塞的情況（OB%=0，輸尿管模型中無支架，也無塑料小球），這種情況下粘度μ的增加對壓強(qiáng)P影響很小。圖2a為阻塞率OB=100%，粘度為1cP時，腎盂壓強(qiáng)隨流速變化的情況（流速變化范圍為0-20ml/min）；圖2b為流速為20ml/min，粘度為1cP時，腎盂壓強(qiáng)隨阻塞率變化的情況（阻塞率變化范圍為80%-100%）。圖中上部橫線表示生理上腎盂可承受的最大壓強(qiáng)的臨界值（20cmH2O）。表2m為流體阻力（cmH2O*60s/ml），即回歸線斜率（壓強(qiáng)與流速之比），R2為線性回歸分析中的一個參數(shù)，值越接近于1，說明數(shù)據(jù)的擬合度越高。此表展示了流體阻力與粘度和阻塞率之間的關(guān)系。圖3中的A、B、C、D、E區(qū)域表示在流體力學(xué)粘度作用下的輸尿管模型中的腎盂壓強(qiáng)，其中X軸表示粘度（cP），Y軸表示流速（ml/min），數(shù)據(jù)來自對實驗測得數(shù)據(jù)點的線性內(nèi)插。圖中字母代表不同數(shù)值的壓強(qiáng)，依據(jù)對腎臟的不同影響，A部分表示生理上的“安全區(qū)域”（P<15cmH2O），B部分表示生理上的“警示區(qū)域”（15cmH2O<P<20cmH2O），C和D部分則表示“危險區(qū)域”（P>20cmH2O）。圖3a所示為未阻塞的輸尿管中的情況，即使當(dāng)流體粘度和流速都最高時，腎盂內(nèi)液體壓強(qiáng)也始終低于臨界值。這種情況下，最小壓強(qiáng)（當(dāng)Q=5ml/min，μ=1cP時）為0.4±0.08cmH2O，最大壓強(qiáng)（當(dāng)Q=20ml/min，μ=6cP時）為1.4±0.11cmH2O。圖3b所示情況為置入支架、但并沒有在模型內(nèi)腔上段放置塑料小球的輸尿管，流體阻力因輸尿管支架的插入，而顯著增大，在略高一些的流速Q(mào)和粘度μ值下，圖片上出現(xiàn)了警示區(qū)域、甚至危險區(qū)域。在有塑料小球存在的情況下（意味著更高的阻塞率，圖3c中OB%=88，圖3d中OB%=100），當(dāng)流速Q(mào)和度μ值都較低時，也會出現(xiàn)更大面積更嚴(yán)重的“警告區(qū)域”與“危險區(qū)域”。
4分析與討論
尿液通過置入有支架的輸尿管的排放，是一個受多種因素影響的復(fù)雜過程，它受控于腎盂內(nèi)的壓強(qiáng)、膀胱內(nèi)壓強(qiáng)、輸尿管阻塞的嚴(yán)重程度、輸尿管支架內(nèi)徑、外徑的大小、支架長度支架上孔洞的多少以及尿液本身的物理性質(zhì)（例如尿液粘度）。在有支架存在的輸尿管內(nèi)，尿液的流動范圍既可以順著腔外區(qū)域（支架外壁與輸尿管內(nèi)壁之間的間隙），也可以是支架的內(nèi)部區(qū)域。一些研究嘗試過從性質(zhì)上對置有支架的輸尿管內(nèi)的流體動力學(xué)進(jìn)行描述，然而，就我們所知，定量化的研究數(shù)據(jù)仍然是一片空白，定量的了解能夠引起腎臟損害、尿液感染或者是輸尿管支架結(jié)垢的種種因素才是學(xué)術(shù)研究更重要的主題。從這個角度來說，我們制作的仿生的透明模型可以作為非常接近地模擬阻塞并且有支架置入的輸尿管內(nèi)的流體力學(xué)環(huán)境的一次嘗試。如圖2和表2里所示的，我們證實了在絕大多數(shù)例子里，腎盂內(nèi)液體壓強(qiáng)與尿液濃度、流速以及輸尿管內(nèi)腔的阻塞程度之間成線性相關(guān)。在無阻塞的情況下，測得模型內(nèi)的最小流體阻力為0.007cmH2O/（ml/min），并且它并不會隨尿液濃度的改變而發(fā)生顯著變化。關(guān)于輸尿管支架能單方面造成有實質(zhì)性意義的阻塞的其他證據(jù)，我們還可以對比表2中，比較完全無阻塞的輸尿管中的流體阻力和僅放有支架（“僅支架”）時的輸尿管中的阻力兩者的大小，后者明顯高于前者。另外，在圖3b中出現(xiàn)的“警告區(qū)域”和“危險區(qū)域”同樣印證輸尿管支架的阻塞效果。此輸尿管模型還能為臨床醫(yī)生提供一些幫助，使他們能夠定量的了解，在一些具有臨床意義的情況下，單個或者多個變化因素對腎盂內(nèi)液體壓強(qiáng)的影響。例如，圖3中，我們可以很直觀的看出，在一定的阻塞率下，不同尿液流速和粘度的組合會產(chǎn)生多大腎盂內(nèi)的壓強(qiáng)，其究竟是處于20cmH2O等高線以上還是以下。而20cmH2O等高線左下方的區(qū)域是安全區(qū)域，代表了腎臟功能正常，右上方區(qū)域為相對危險的區(qū)域，可能會對腎臟功能造成潛在損害。同時，表2清晰的表明了上尿路中尿液粘度的微小增長或者是阻塞程度的微增在對腎盂內(nèi)壓強(qiáng)大幅影響的同時，是如何顯著影響系統(tǒng)中的流體阻力的。另外，比較圖3c和圖3d，圖3d較圖3c阻塞率有略微上升（從88%至100%），但是“安全區(qū)域”的范圍卻大大減小，若不想潛在地對腎臟造成損傷，尿液粘度和流速大小都需要加以限制。
5結(jié)束語
流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系范文第3篇
根據(jù)新課標(biāo)要求，物理課程應(yīng)改變過分強(qiáng)調(diào)知識傳承的傾向，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識.據(jù)此，本節(jié)內(nèi)容主體是使學(xué)生經(jīng)歷基本的探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)的探究方法，發(fā)展初步的探究能力，形成尊重事實，探索真理的科學(xué)態(tài)度.
二、教學(xué)背景分析
本節(jié)內(nèi)容與前面學(xué)習(xí)的“液體壓強(qiáng)”“氣體壓強(qiáng)”相比是從另一個角度討論學(xué)習(xí)液體、氣體壓強(qiáng)問題.與前面不同的是：其液體、氣體所處的狀態(tài)是流動的而不是靜止的.本節(jié)主要內(nèi)容由兩部分組成：一是“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”也是本節(jié)的重點，二是飛機(jī)的升力問題，屬于壓強(qiáng)與流速關(guān)系的應(yīng)用，是本節(jié)的難點.由于“流體流速大，壓強(qiáng)小”而產(chǎn)生的現(xiàn)象在日常生活中經(jīng)常遇到，教學(xué)中可應(yīng)用這些自然現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望.為培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力，安排了幾個探究實驗讓學(xué)生自主探究，分析結(jié)論.這幾個探究實驗操作簡單、現(xiàn)象明顯，更易于激起學(xué)深的探究欲望.
對機(jī)升力的理解，通過吹氣使紙條飄起實驗讓學(xué)生對升力形成初步認(rèn)識，再利用多媒體展示鳥飛翔的原理，與機(jī)翼對比分析流速情況，使學(xué)生對機(jī)翼升力形成深入理解.
三、教學(xué)目標(biāo)
知識與技能：（1）知道流體壓強(qiáng)與流速之間的關(guān)系即伯努利原理；（2）能根據(jù)流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系來解釋鳥以及飛機(jī)機(jī)翼升力產(chǎn)生的原因及相關(guān)的物理現(xiàn)象.
過程與方法：通過實驗培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力.通過討論，培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)能力.
情感，態(tài)度與價值觀：（1）初步領(lǐng)略流體壓強(qiáng)差所產(chǎn)生現(xiàn)象的奧妙，增強(qiáng)對科學(xué)的熱愛和親近大自然的體驗；（2）培養(yǎng)學(xué)生交流討論意識和協(xié)作精神.
四、教學(xué)設(shè)計教師活動2學(xué)生活動2教學(xué)目的引入課題：
教師：今天很高興認(rèn)識同學(xué)們，希望我們今天的合作能夠給大家?guī)碇R和快樂.
同學(xué)們，在我們的生活中存在著很多神奇的現(xiàn)象，等待著同學(xué)們?nèi)ヌ剿?，今天老師就給大家?guī)砹艘粋€神奇的小實驗.
教師：介紹實驗器材，乒乓球（三個）、塑料軟管（直徑大于乒乓球直徑）、網(wǎng)兜（套在軟管的一端）.
教師提出問題：如何能讓乒乓球通過軟管進(jìn)入往兜里呢？請同學(xué)們思考.
教師：哪位同學(xué)想到了？
教師預(yù)測學(xué)生能或者不能想到神奇的方法.如果能說出來，教師追問什么原因，如果不能說出來，教師演示.
（用手把住軟管的下端，讓他對準(zhǔn)乒乓球，用另一只手搖動上面的軟管，乒乓球會自動被吸進(jìn)網(wǎng)兜里.）
教師演示后提出來：大家知道為什么乒乓球會自動的進(jìn)入網(wǎng)兜里嗎？想要知道這個問題，就讓我們一起走進(jìn)今天的物理課堂
引入課題 在流體中運動
教師：我相信很多同學(xué)都想知道其中的奧妙，別著急！記下來的小實驗可能會對大家有所幫助.
教師提出：大家猜測一下，如果用吸管向火焰中間吹氣會出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象？
教師演示、提問：為什么火焰向中間靠攏而不是向兩側(cè)分離呢？哪位同學(xué)能夠發(fā)揮他的聰明才智，猜猜看！
學(xué)生：思考用什么樣的方法才能夠達(dá)到要求！既然老師說他神奇，那么什么樣的方法更神奇呢，
學(xué)生之間可以討論完成.
學(xué)生發(fā)表他們的看法，各抒己見.
學(xué)生仔細(xì)觀察，因為學(xué)生最容易想到的是常規(guī)方法，，而教師演示的方法卻不容易想到
學(xué)生仔細(xì)觀察老師演示的實驗，如果向兩只點燃的蠟燭火焰中間吹起會發(fā)生什么樣的現(xiàn)象.
學(xué)生先思考，再進(jìn)行猜測，教師最后做實驗，學(xué)生猜測可能靠攏，也可能猜測向兩邊分離.
2通過教師的煽動性的語言，激發(fā)學(xué)生的探索熱情，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入一個未知的物質(zhì)世界.
激發(fā)學(xué)生的合作意識.
培養(yǎng)學(xué)生的解決問題的能力.
教師用學(xué)生想不到的方法，展示了一個神奇的現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的探索熱情.
學(xué)生猜測
對學(xué)生大膽猜想給予表揚，提高進(jìn)一步探究的積極性
教師：一定會有學(xué)生知道中間空氣流速快，壓強(qiáng)小，外測壓強(qiáng)大，（教師可以根據(jù)實際情況，學(xué)生猜不出來，教師可以從氣壓形成風(fēng)的原因給同學(xué)們解釋.）
教師問：你認(rèn)為流體流速越大的地方壓強(qiáng)越小，還有其他的看法嗎？
教師：為了能夠驗證同學(xué)們的猜想，是不是流體在流速越大的地方壓強(qiáng)越小呢？老師為大家準(zhǔn)備了一系列的實驗器材，一會兒同學(xué)們就可以通過自己動手實驗來證明猜想，在實驗前老師這里有一些小提示，（幻燈）好，找同學(xué)給大家閱讀一下.
教師：希望同學(xué)們能夠根據(jù)老師給你的提示，合理的開發(fā)器材，做出更多的實驗，驗證你們的猜想，好，同學(xué)們現(xiàn)在可以進(jìn)行實驗.
教師：巡視指導(dǎo).
教師：好同學(xué)們！剛才老師看到學(xué)生做的都很認(rèn)真，而且每個組都開發(fā)了很多個實驗，我們?yōu)榱嗣總€組都有展示自我的機(jī)會，所以老師決定每個組上來只能展示一個實驗，要求：每組派兩名同學(xué)，一個人根據(jù)老師給大家的提示回報你們的實驗，另一名同學(xué)進(jìn)行實驗，看哪個組先來？
教師：通過同學(xué)們的大量的實驗證明了：流體在流速大的地方壓強(qiáng)小，流速小的地方壓強(qiáng)大.實際上這個結(jié)論早在1738年就被瑞士的物理學(xué)家伯努利發(fā)現(xiàn)了，后來人們把這條規(guī)律稱為伯努利原理.
板書： 伯努利原理：流體在流速大的地方壓強(qiáng)小，流速小的地方壓強(qiáng)大.
教師：伯努利原理為我們解釋了生活中的很多現(xiàn)象，例如：鳥的飛翔（幻燈）想要了解鳥是如何在空中翱翔的，就必須從鳥的翅膀形狀說起.同學(xué)們可能都見過鳥，誰能給大家形容一下鳥翼的橫截面是什么形狀的？（若說不出來，教師舉例雞翅中的形狀）
教師：老師這里也有一個鳥翼模型，下面我們就來模擬鳥飛上天的情形.由于我們沒有辦法讓模型向前高速運動，我們就用吹風(fēng)機(jī)代替鳥向前飛行的情景.
教師演示：模型升起
教師：同學(xué)們看到了什么現(xiàn)象？
教師：模型上升的力到底從哪里來的呢？看看哪位同學(xué)能夠讓大家明白？（若沒有同學(xué)答出，教師放映幻燈引導(dǎo)學(xué)生分析）
教師：正因為人們掌握了鳥飛翔的原理，后來經(jīng)過人們的不斷努力，研制成了大型的飛機(jī)（飛機(jī)幻燈）
教師提出：同學(xué)們知道飛機(jī)的什么部位與鳥很相似嗎？相似在哪？它對飛機(jī)的飛行有何幫助？
教師一定要強(qiáng)調(diào)飛機(jī)獲得的是空氣給他的向上的升力.
教師：在我們的生活中你可能會有這樣的體會（教師放映喝水似的情景，嘴不接觸到水，用力一吸水就進(jìn)入嘴里）
教師：上面所講的都是伯努利原理在我們生活中的應(yīng)用，但有時也正是由于伯努利原理給人們帶來了很大的麻煩.（幻燈片兩艘同向行駛的船相撞和風(fēng)卷屋頂）
課堂演練飛機(jī)飛行原理、火車站臺上有一條黃色的警戒線教師：同學(xué)們還記得上課前老師給大家展示的神奇的小實驗嗎？誰能通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，給大家解釋一下，為什么乒乓球能夠自動的進(jìn)入到網(wǎng)兜里呢？
作業(yè)：足球場上的“香蕉球”是怎么回事？2學(xué)生猜測原因可能是在吹氣時，使蠟燭火焰間的空氣流速加快，壓強(qiáng)變小，在外側(cè)氣壓下將火焰壓向中間.
學(xué)生可能答有、或者沒有.
學(xué)生進(jìn)行實驗，合理的開發(fā)實驗器材.
學(xué)生展示自己組的實驗，敘述實驗過程，得到的結(jié)論.
1.用漏斗吹乒乓球
2.在紙條上方吹氣，紙條飛起
3.向兩張白紙中間吹氣，兩張紙合攏.
4.將一只吸管插入水中，另一只在他上方吹氣，有水霧噴出.
5.硬幣跳高實驗
6.撞船實驗演示
7.將兩只筷子合攏，將兩個乒乓球放在上面，向中間吹氣乒乓球合攏.
學(xué)生描述鳥翼翅膀截面形狀（教師或?qū)W生將其花在黑板上）
學(xué)生思考鳥翼飛起來的原因
學(xué)生：模型上升
學(xué)生試著進(jìn)行解釋，鳥飛翔原理.
學(xué)生：機(jī)翼由機(jī)機(jī)翼上方空氣流動速度快，壓強(qiáng)小，下放空氣流動速度慢壓強(qiáng)大，空氣就給飛機(jī)一個向上的升力.
學(xué)生進(jìn)行解釋
學(xué)生進(jìn)行分析解決實際的問題.
學(xué)生進(jìn)行解釋2以簡單的實驗現(xiàn)象入手，簡化學(xué)生理解流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的繁瑣過程，使學(xué)生更容易想到，更容易猜測.
逐步的追問，培養(yǎng)了學(xué)生的問題意識，以及解決實際問題的能力.
尊重學(xué)生的意愿進(jìn)行科學(xué)的探究.
培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力，同時要求學(xué)生在實驗探究過程的目的性一定要明確，教師在提示中已給出.
培養(yǎng)學(xué)生的動手實驗?zāi)芰Γ?/p>
培養(yǎng)學(xué)生的合作能力，語言表達(dá)能力，給學(xué)生展示自我的機(jī)會.
開發(fā)實驗器材，學(xué)生進(jìn)行自我展示.激發(fā)學(xué)生的求知欲望，和表現(xiàn)欲望.
培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實際的能力，鼓勵學(xué)生要善于觀察事物的本質(zhì).
很容易的讓學(xué)生聯(lián)想到伯努利原理
培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會分析問題的能力，并能通過觀察得到結(jié)論.
流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系范文第4篇
摘 要 “弧線球”往往是一場足球比賽中的看點，看過本文的分析，只要多加練習(xí)，您也可以射出精彩的弧線球。
關(guān)鍵字 力學(xué) 伯努利 弧線球
在英超聯(lián)賽中精彩的弧線球射門場景讓人記憶猶新，作為一名體育工作者，在感嘆球員的精彩球技時，更應(yīng)關(guān)注其中蘊藏的科學(xué)道理。在本文中，我將依據(jù)自己有限的流體力學(xué)知識，分析精彩射門中的力學(xué)原理。眾所周知，當(dāng)人給球力的有個角度（0
一、伯努利原理
要弄清楚這個問題，就得先了解一下伯努利原理。伯努利原理認(rèn)為：“在流水或氣流里，如果流速小，對旁側(cè)的壓力就大，如果流速大，對旁側(cè)的壓力就小?！弊闱蜿爢T用腳踢球時，只踢球的一小部分，把球“搓”起來，球受力，就發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而當(dāng)球在空中高速旋轉(zhuǎn)并向前飛行時，它屬于剛體的一般運動，它包括了剛體的平移、定軸轉(zhuǎn)動、定點運動等。根據(jù)伯努利原理，球就受到了一個橫向的壓力差，這個壓力差，使球向旁側(cè)偏離，而球又是不斷向前飛行著，在這種情況下，足球同時參與了兩個直線運動，便沿一條彎曲的弧線運行了。
二、伯努利方程式
伯努利方程式：ρv2/2+ρgz+p=常量，實際上是流體運動中的功能關(guān)系式，即單位體積流體的機(jī)械能的增量等于壓力差所做的功。必須指出，伯努利方程式右邊的常量，對于不同的流管，其值不一定相同。由方程可知，流速v大的地方壓強(qiáng)p小，反之，流速小的地方壓強(qiáng)大。在粗細(xì)不均勻的水平流管中，根據(jù)連續(xù)性方程，管細(xì)處流速大，管粗處流速小，所以管細(xì)處壓強(qiáng)小，管粗處壓強(qiáng)大。從動力學(xué)角度分析，當(dāng)流體沿水平管道運動時，其質(zhì)元從管粗處流向管細(xì)處將加速，使質(zhì)元加速的作用力來源于壓力差。
三、伯努利原理在足球中的應(yīng)用
（一）伯努利原理是流體力學(xué)中的基本原理，流體運動速度越快，壓力越小，且中的壓力又是往各個方向都有的。
（二）形成弧線球的力學(xué)條件有二：1.踢球作用力（合力）不通過球體的重心――使球體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動；2.有一定位移――在空氣作用下，旋轉(zhuǎn)的球體發(fā)生軌跡改變。弧線球的受力分析：當(dāng)運動員踢球時，作用力F通過球體重心：球體不發(fā)生旋（作用力方向即法線方向）轉(zhuǎn)并沿直線方向運行，獲得100%的出球力量，即F1=F×100%。此力不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)運動員踢球時，作用力F不通過球體重心：與法線成α1=30度時，偏心距X1=5.55cm（足球競賽規(guī)則規(guī)定，正式比賽）用球圓周為68-77cm，切線分為F2將產(chǎn)生力矩作用，使球體沿著以F2為切線的方向旋轉(zhuǎn)。擊球時的力矩值為：M1=F2×r=2×F×r（M為力矩，F(xiàn)2為切線分力并F2=F/2，r為球體半徑。法線分力F1決定出球方向和遠(yuǎn)度，且F1=86.6%×F，它使球沿F2方向以較小的弧度運行（理論上計算其弧度數(shù)值為π/3）。
當(dāng)踢球作用力與法線成α2=60度時，偏心距X2=9.6cm。切線分為F2將產(chǎn)生力矩作用，使球體沿著以F2為切線的方向旋轉(zhuǎn)。其力矩值為：M2=F2×r=0.8663F×r（式中M2為力矩，F(xiàn)2為切線分力并F2=0.8663F，r為球體半徑）。法線分力F1決定出球方向和遠(yuǎn)度，且F1=50%×F，它使球沿F2方向以較大的弧度運行（理論上計算其弧度數(shù)值為2π/3），其運行遠(yuǎn)度較小。
當(dāng)踢球作用力與法線成α2=90度時垂直于法線時，只產(chǎn)生力矩使球旋轉(zhuǎn)，而不能使球位移，故不能構(gòu)成腳背內(nèi)側(cè)弧線球。
運動員踢球作用力F不通過球體重心，我們把這作用力分解為法線分力F1和切線分力F2。法線分力F2作用的結(jié)果，是使球體產(chǎn)生移動前進(jìn)，且前進(jìn)速度為V1；切線分力F2作用的結(jié)果是使球以ω為旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。根據(jù)動力學(xué)的基本公式，經(jīng)推導(dǎo)得：
F×t=m×V V=Ft/m，即球的前進(jìn)速度ω。
F×t×x=J×ω ω=Ftx/J，即球的轉(zhuǎn)動角速度。
因為球的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量均為常量所以，作用于球體的力F和力的作用時間t的值越大，則球體的前進(jìn)速度V和轉(zhuǎn)動ω角度速度就越快；反之，作用于球體的力F與力的作用時間t的值越小，則球體的前進(jìn)速度V和轉(zhuǎn)動角速度ω就越慢。而作用力的力臂X的值大即踢球角增大，則轉(zhuǎn)動角速度ω就加快；反之，力臂X的值小即踢球角減小，則轉(zhuǎn)動角速度ω減慢。如果我們把這兩種不同的運動按照合成規(guī)律（平行四邊形法）則組合起來，不難看出：前進(jìn)速度V和轉(zhuǎn)動角速度越快，那么球體的運行速度越快，且側(cè)旋弧線曲率也增大；反之，球的前進(jìn)速度V和轉(zhuǎn)動角速度越慢，則足球運行速度也越慢，弧線曲率也減小。
分析結(jié)論：踢球作用力F與法線所成角度α增大時（0
依據(jù)側(cè)弧線球形成的力學(xué)條件，即有一定的旋轉(zhuǎn)速度，又要有一定的位移，所以一般認(rèn)為在踢定位球時，α角在30度左右到60度之間將產(chǎn)生側(cè)旋弧線球。理想的弧線球多是借助于來球力量、重力和風(fēng)力等因素，運用不同的腳法以及巧妙的技術(shù)動作形成的。
流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系范文第5篇
摘要：
文章以氣體發(fā)生器裝藥燃燒模型和多孔介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，針對兩種不同燃燒性能的產(chǎn)氣藥進(jìn)行仿真計算，分析降溫劑孔隙率和排氣孔大小對燃燒室壓強(qiáng)的影響。結(jié)果表明排氣孔直徑對燃燒室壓強(qiáng)具有臨界值。當(dāng)直徑大于臨界值時，燃燒室壓強(qiáng)幾乎不受排氣孔直徑影響，此時，降溫劑孔隙率大小對燃燒室壓強(qiáng)影響更大；當(dāng)排氣孔直徑小于臨界值時，燃燒室壓強(qiáng)受排氣孔直徑影響更大。文章研究的計算模型可推廣至所有氣體發(fā)生器的仿真計算，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)和降溫劑的優(yōu)化設(shè)計。
關(guān)鍵詞：
氣體發(fā)生器；多孔介質(zhì)；降溫劑；排氣孔；航天器著陸
0引言
氣體發(fā)生器充氣技術(shù)開始于20世紀(jì)50年代，最早運用于海上救生筏、汽車安全氣囊等民用產(chǎn)品。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，熱氣源充氣技術(shù)開始應(yīng)用于航天器回收、探測器著陸緩沖等很多方面。美國早在20世紀(jì)90年代就成功地將該技術(shù)應(yīng)用于火星探測器著陸氣囊的充氣過程[1-5]。目前，我國陸續(xù)開展的深空探測計劃的一些重大科技專項，如嫦娥工程、火星探測、載人登月工程計劃等任務(wù)，為回收與著陸技術(shù)的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。無論是返回地球還是著陸于火星、月球或者其他星球，作為星球表面軟著陸技術(shù)的支撐，熱氣源氣囊充氣技術(shù)都將在深空探測中得到廣泛應(yīng)用，因此，對熱氣源氣囊充氣技術(shù)開展詳細(xì)、深入的研究顯得非常迫切和必要。熱氣源氣體發(fā)生器是利用火藥燃燒產(chǎn)生大量的高溫氣體，經(jīng)降溫和過濾處理后，充入氣囊使其達(dá)到額定壓力的充氣裝置，通過氣囊著陸時的緩沖功能，實現(xiàn)航天器的軟著陸。為高溫氣體進(jìn)行降溫的顆粒狀降溫劑堆積可形成多孔介質(zhì)。關(guān)于多孔介質(zhì)理論最早是從沙土內(nèi)流體的滲流開始，多用于地下水的勘探和預(yù)測[6]。在20世紀(jì)30年代，由于石油開采業(yè)的迅速崛起，加速了多孔介質(zhì)理論的全面發(fā)展。隨后，許多學(xué)者對多孔物料的干燥原理進(jìn)行了深入研究，使多孔介質(zhì)理論在能源、化工、冶金和核工業(yè)等領(lǐng)域中大量應(yīng)用，多孔介質(zhì)理論因此得到更為細(xì)化和深入發(fā)展[7-9]。本文研究的氣體發(fā)生器采用的顆粒狀降溫劑堆積形成的降溫通道和多孔介質(zhì)類似，因此，首次引入多孔介質(zhì)理論計算分析降溫劑參數(shù)對氣體發(fā)生器燃燒室壓強(qiáng)動態(tài)變化的影響，實現(xiàn)氣體發(fā)生器的優(yōu)化設(shè)計。
1計算模型
1.1基本結(jié)構(gòu)
航天器緩沖氣囊需經(jīng)受深空極低溫度，完成著陸緩沖或結(jié)構(gòu)支撐等功能。極低的氣溫使氣囊的壓強(qiáng)隨溫度降低而減小，為了保持氣囊的壓強(qiáng)，要求氣體發(fā)生器的充氣時間長、燃?xì)夂康停淮送?，航天器體積與質(zhì)量大，與之匹配的氣囊的體積也大，這就要求氣體發(fā)生器的產(chǎn)氣量要足夠大；為了保證高溫氣體長時間沖刷不損壞氣囊材料，需對燃?xì)膺M(jìn)行降溫。因此，氣體發(fā)生器需滿足產(chǎn)氣量大、充氣時間長、燃?xì)夂康停饽覊毫ψ兓。?、排出氣體溫度不損壞氣囊材料等要求。汽車安全氣囊氣體發(fā)生器由燃燒室和過濾網(wǎng)組成，裝藥瞬間燃燒充氣，過濾網(wǎng)對燃燒室壓強(qiáng)基本無影響。而深空探測氣體發(fā)生器為滿足上述要求，需設(shè)置燃燒室裝載大量產(chǎn)氣藥劑，還需設(shè)置降溫室裝載適量降溫劑對燃?xì)膺M(jìn)行過濾降溫，排氣口用于調(diào)節(jié)燃燒室壓強(qiáng)以及向氣囊充氣。為了保證產(chǎn)氣藥劑穩(wěn)定燃燒不發(fā)生爆燃，需在燃燒充氣過程中保證燃燒室壓強(qiáng)穩(wěn)定，而降溫劑和排氣口對燃?xì)獾淖枇髯饔脤θ紵业膲簭?qiáng)具有較大的影響，因此，下文將對降溫劑和排氣口的影響展開分析計算。建立降溫室和排氣口的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，在降溫劑通道內(nèi)，由降溫劑顆粒的孔隙組成了一段多孔介質(zhì)通道，高溫氣體在流經(jīng)降溫劑時，受到孔隙表面（降溫劑顆粒表面）對氣體的阻力以及流動通道的改變等因素的影響，氣體的壓強(qiáng)和流速都會發(fā)生改變。本文根據(jù)火藥燃燒基本理論建立燃燒室壓強(qiáng)的計算模型，以此模型結(jié)合多孔介質(zhì)基本理論，計算分析影響燃燒室壓強(qiáng)的主要設(shè)計參數(shù)。
1.2基本假設(shè)
降溫劑是由很多顆粒狀的物質(zhì)構(gòu)成的，這些顆粒構(gòu)成了具有一定孔隙率的多孔介質(zhì)部分，氣體流過降溫劑時，流阻變大，氣體流量變小。當(dāng)高溫氣體流經(jīng)降溫劑時，物理降溫劑通過熱傳導(dǎo)吸收熱量；化學(xué)降溫劑會吸收熱量發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使氣體溫度降低，并產(chǎn)生少量的氣體，使燃?xì)獬煞职l(fā)生變化。同時，氣體的壓強(qiáng)、流速、流動狀態(tài)以及溫度在多孔介質(zhì)中都會發(fā)生復(fù)雜的變化。這些變化要通過數(shù)值方法精確地計算非常困難，為簡化設(shè)計，在計算降溫劑對氣體流量的影響時，作以下假設(shè)[8,10]：1）氣體常數(shù)在整個工作過程中為定值；2）在計算流經(jīng)降溫劑的氣體流量過程中，主要關(guān)注滲流的宏觀平均效果，不關(guān)注氣體在孔隙中的具體流動細(xì)節(jié)，并且忽略溫度變化對流量的影響；3）化學(xué)降溫劑在吸熱分解反應(yīng)過程中，往往會產(chǎn)生部分氣體，并且本身會吸收水蒸氣或者產(chǎn)生少量水。在計算過程中，忽略降溫劑對氣體成分的影響；4）降溫劑中的孔隙空間是相互連通的，不連通或死端孔隙視為固體部分。
1.3燃燒室壓強(qiáng)計算模型
燃燒室的壓強(qiáng)會隨著裝藥燃燒產(chǎn)氣和氣體排出而動態(tài)變化，同時，燃燒室壓強(qiáng)會對裝藥燃燒產(chǎn)生影響[11-12]。由實際氣體狀態(tài)方程來表示燃燒室內(nèi)的溫度、壓力和體積關(guān)系：2gP+v=RTv（1）0g=RRM（2）式中P為氣體壓強(qiáng)；ν為火藥燃?xì)獗热荩竼挝毁|(zhì)量的火藥燃燒生產(chǎn)的氣體物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所占的體積（水為氣態(tài)）；α為火藥燃?xì)庥嗳?，近似等于火藥燃?xì)獗热莸?‰；Rg為1kg火藥氣體常數(shù)；T為氣體溫度；R0為摩爾氣體常數(shù)（R0=8.314J/（molK）；M為氣體摩爾質(zhì)量（kg/mol）；β/v2項考慮了分子間作用力所作的修正，由于火藥氣體溫度很高，分子間引力相對很小，因此，此項可以忽略不計，簡化為Noble-Abel方程：gPVw=wRT（3）式中w為氣體質(zhì)量；V為容腔自由容積。在絕熱條件下，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，同時令燃燒室的自由容積V1=V–wα。由式（3）可得11bg1PV=mGRT（4）式中P1為燃燒室壓強(qiáng)；mb為火藥燃燒產(chǎn)氣量；G為從降溫劑通道流出的氣體質(zhì)量，可通過1.4節(jié)的多孔介質(zhì)理論計算得到；T1為燃燒室氣體溫度。對式（4）微分得1b11g1bg11d1dddd=dddddPmGTVRTmGRPtVtttt（5）式中bddmt表示單位時間的產(chǎn)氣量，bbpd=dmArt，其中r為燃速，1=nraP，a為火藥燃燒的速度系數(shù)，n為壓強(qiáng)指數(shù)；V1=V10+Abrt–Abrρptα+Gα，其中ρp為火藥密度，Ab為燃面，V10為燃燒室初始自由容積。
1.4多孔介質(zhì)基本理論
多孔介質(zhì)是由多相物質(zhì)所占據(jù)的共同空間，可以把它分為很多小的體積，每個小體積中都包含固體和流體，其中固體部分稱為骨架，充滿流體（氣體和液體）的部分稱為“孔隙”，流體運動過程中受到孔隙壁的阻流作用和分流作用，對流體流量具有較大影響[13-14]。流體流經(jīng)多孔介質(zhì)的流率受多孔介質(zhì)眾多參數(shù)的影響，但主要的影響參數(shù)是多孔介質(zhì)的孔隙率和滲透系數(shù)。（1）孔隙率孔隙率是多孔材料的基本結(jié)構(gòu)參量，直接影響著多孔介質(zhì)內(nèi)流體容量?？紫堵师攀嵌嗫捉橘|(zhì)的一種宏觀描述，為多孔介質(zhì)孔隙空間體積Vv和總體積Vb之比[15]。vbsbb==VVVVV（6）式中VV為多孔介質(zhì)孔隙空間體積；Vs為多孔介質(zhì)固體顆粒體積；Vb為多孔介質(zhì)總體積。（2）滲透系數(shù)滲透系數(shù)K是一個代表多孔介質(zhì)滲透性強(qiáng)弱的定量指標(biāo)，也是流量計算中必須要考慮的基本參數(shù)。多孔介質(zhì)的滲透系數(shù)反映了流體流動過程中的流動阻力特性。根據(jù)堆積床中的經(jīng)驗公式得[9,15]23s2=1501dK（7）式中K為多孔介質(zhì)的滲透系數(shù)；ds為固體顆粒直徑。多孔介質(zhì)中流動阻力為粘性阻力和慣性阻力之和[8]，即F2=+PCuuLKK（8）式中CF為慣性阻力修正系數(shù)，由劉學(xué)強(qiáng)推薦的CF計算方法[16-17]，CF=1.5Re–0.2ε–0.2，其中Re為孔隙有效雷諾數(shù)，s2=31udRe；L為降溫劑通道長度；為燃?xì)鈩恿φ扯?；為氣體密度；u為氣體流速。聯(lián)立式（7）、（8），可以得到不同時刻的流速u，從而得到對應(yīng)不同時刻降溫劑的滲流流量為G=uAt（9）式中A為降溫劑通道橫截面積。忽略氣體在流動過程中的密度變化。
2仿真分析及驗證
2.1降溫劑參數(shù)對燃燒室壓強(qiáng)的影響
通過式（8）分析，氣體流速u和通道兩端壓差∆P、滲透系數(shù)K成正比，和降溫通道長度L成反比。由式（7）看出，滲透系數(shù)K與降溫劑的直徑ds和孔隙率有關(guān)。在圖1所示的降溫室模型基礎(chǔ)上，計算分析不同參數(shù)對氣體質(zhì)量流率的影響。在仿真計算幾個主要參數(shù)對氣體流量的影響時，每次計算取一個參數(shù)變化，其他參數(shù)不變?nèi)〕跏贾?。參?shù)初始值和變化范圍如表1所示。分別改變降溫通道長度L和孔隙率如表1所示。計算結(jié)果見圖2、圖3。如圖2所示，氣體流量受降溫劑通道長度影響較大，通道越長，氣體需要通過的孔隙路路徑越長，受到的流動阻力作用越大，導(dǎo)致氣體的流速不斷減小，從而導(dǎo)致流量減小。燃燒室裝藥不斷燃燒產(chǎn)生氣體，若流出氣體量太小，使燃燒室壓強(qiáng)不斷增大，甚至可能引起裝藥不穩(wěn)定燃燒，導(dǎo)致危險。圖3中，氣體流量和降溫劑孔隙率的的大小基本呈反比關(guān)系，孔隙率越大，氣體在降溫劑橫截面上流動的空間就越大，受到的阻力越小，進(jìn)而使氣體流量增大。氣體流量過大，使燃燒室壓強(qiáng)不斷降低，導(dǎo)致裝藥熄火。因此，在工程設(shè)計中，需要平衡降溫劑通道長度和孔隙率的關(guān)系。降溫劑通道長度主要與降溫劑的質(zhì)量和降溫通道橫截面有關(guān)，易于調(diào)整。
2.2降溫劑和排氣孔對燃燒室壓強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用
在氣體發(fā)生器的研制和仿真計算過程中，發(fā)現(xiàn)降溫劑結(jié)構(gòu)參數(shù)和排氣孔面積都會對氣體流量產(chǎn)生影響，從而影響燃燒室壓強(qiáng)。建立氣體發(fā)生器燃燒充氣過程的數(shù)學(xué)模型并仿真，在此模型基礎(chǔ)上針對兩種不同燃燒性能的裝藥，通過改變降溫劑孔隙率和排氣孔直徑大小，計算燃燒室壓強(qiáng)的變化。
2.2.1壓強(qiáng)敏感型產(chǎn)氣藥劑
煙火藥是氣體發(fā)生器目前常用的產(chǎn)氣藥劑，該藥劑燃速受燃燒室壓強(qiáng)影響較大，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下也可穩(wěn)定燃燒。因此，為了防止裝藥爆燃，可通過增大排氣孔面積和降溫劑孔隙率來降低燃燒室壓強(qiáng)。假設(shè)藥柱燃速為r=4.2×(P/(1.05×105))0.49mm/s，在計算過程中改變降溫劑孔隙率和排氣孔直徑，計算結(jié)果如表2所示。由表2的計算結(jié)果可以看出：1）孔隙率為0.25時，排氣孔直徑臨界值為8mm，當(dāng)排氣孔直徑大于臨界值時改變排氣孔直徑對燃燒室壓強(qiáng)影響很小，此時，降溫劑起主要的阻流作用；當(dāng)排氣孔直徑小于臨界值時，燃燒室壓強(qiáng)隨排氣孔直徑的減小明顯增大，此時，排氣孔直徑越小對氣體阻流作用越大；2）分別比較孔隙率為0.25和0.20的計算結(jié)果，表明孔隙率的大小對裝藥的燃燒和燃燒室的壓強(qiáng)影響更為明顯；當(dāng)排氣孔直徑較大時，調(diào)節(jié)孔隙率的大小對氣體質(zhì)量流量的影響更大，降溫劑起到主要的阻流作用；3）對于壓強(qiáng)敏感型藥劑，僅僅增大排氣孔直徑是不能達(dá)到降低燃燒室壓強(qiáng)的目的，需要同時增大降溫劑顆粒大小，并通過該計算模型仿真計算找到孔隙率和排氣孔大小間的關(guān)系。
2.2.2壓強(qiáng)鈍感型藥劑
推進(jìn)劑是目前常用的產(chǎn)氣藥，此類藥劑燃速穩(wěn)定，受燃燒室壓強(qiáng)影響較小，同時穩(wěn)定燃燒壓強(qiáng)較高。為了使裝藥穩(wěn)定燃燒，需要保持燃燒室壓強(qiáng)達(dá)到5~10MPa。對于裝藥藥型一定的氣體發(fā)生器，在計算過程中改變排氣孔直徑，尋找排氣孔直徑臨界值，同時更改孔隙率大小，計算孔隙率改變對燃燒室壓強(qiáng)的影響。計算結(jié)果如表3所示。由表3的計算結(jié)果可以看出：1）當(dāng)降溫劑孔隙率保持0.05不變，改變排氣孔直徑，發(fā)現(xiàn)排氣孔直徑的臨界值為2mm，當(dāng)排氣孔直徑大于2mm時，增大排氣孔直徑對燃燒室壓強(qiáng)影響不大，此時主要是降溫劑對氣流起到阻流作用；2）保持排氣孔直徑為2mm，改變降溫劑孔隙率為0.08和0.10，燃燒室的壓強(qiáng)迅速降低，孔隙率改變對壓強(qiáng)影響較大，可見在排氣孔直徑大于臨界值時，應(yīng)通過調(diào)節(jié)降溫劑孔隙率來調(diào)節(jié)燃燒室壓強(qiáng)；3）對于壓強(qiáng)鈍感型藥劑，可將節(jié)流孔設(shè)計在燃燒室和降溫室之間，讓節(jié)流孔起到關(guān)鍵的調(diào)壓作用，降溫劑的影響仍可通過多孔介質(zhì)理論進(jìn)行仿真計算。
2.2.3試驗驗證
根據(jù)壓強(qiáng)鈍感型藥劑的仿真計算結(jié)果，選取表4的設(shè)計參數(shù)制造氣體發(fā)生器樣機(jī)，通過試驗測試燃燒室壓強(qiáng)，驗證仿真模型的準(zhǔn)確性，計算結(jié)果和仿真結(jié)果對比如表4所示。經(jīng)對比，氣體發(fā)生器樣機(jī)試驗和仿真計算結(jié)果接近，表明模型正確有效。計算模型的一些簡化對計算精度的影響，可通過反復(fù)試驗積累數(shù)據(jù)，對仿真模型中的經(jīng)驗系數(shù)進(jìn)行修正；降溫劑的實際有效孔隙率和設(shè)計孔隙率的偏差，導(dǎo)致仿真結(jié)果和試驗結(jié)果有少量偏差，可采取工程手段先測量不同直徑和形狀降溫劑的堆積孔隙率，然后修改仿真計算的參數(shù)，計算預(yù)測燃燒室壓強(qiáng)是否滿足要求。
3結(jié)束語
本文針對航天著陸器緩沖氣囊氣體發(fā)生器的深空環(huán)境適應(yīng)性，設(shè)計了相應(yīng)的氣體發(fā)生器結(jié)構(gòu)，建立了燃燒室裝藥燃燒產(chǎn)氣模型，采用多孔介質(zhì)理論計算降溫室降溫劑對燃?xì)獾淖枇髯饔?。在此計算模型基礎(chǔ)上，通過對兩種不同燃燒性能藥劑的燃燒室壓強(qiáng)進(jìn)行計算，分析排氣孔直徑和降溫劑孔隙率對燃燒室壓強(qiáng)的影響。結(jié)果表明兩種參數(shù)共同影響燃燒室壓強(qiáng)，是串聯(lián)的關(guān)系，燃燒室壓強(qiáng)受較嚴(yán)苛的參數(shù)影響更為明顯。氣體發(fā)生器樣機(jī)的試驗驗證結(jié)果表明，本文建立的模型計算精度較高，該仿真模型可用于深空探測用氣體發(fā)生器工程輔助設(shè)計，初步確定設(shè)計參數(shù)，再輔以試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計修正，可減少試驗次數(shù)，降低研制成本。后續(xù)，該計算模型還需進(jìn)一步優(yōu)化，以提高計算精度。
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