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kanghuizhenlty

金虫 (小有名气)

[求助] 球面摆与弹簧摆已有1人参与

端着杯子走路(v-t接近正弦),杯子的形状影响液体的固有频率,问自由液面晃动应该视为球面摆还是弹簧摆?
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pippi6

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【答案】应助回帖

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kanghuizhenlty: 金币+5 2015-05-22 23:04:30
两者应都不是很好的类比。球面摆有两个自由度,弹簧摆有一个,可是自由液面系统的自由度就高了。首先,如果手拿着的话,容器的自由度(激发源)就有6个。其次自由液面波动的自由度(特征态)应是分立谱的无穷个。特征态取决于容器形状、尺寸、液体比重、粘性等。当然,绝大多数的特征态都是非常阻尼的,一般不容易激发出来。
2楼2015-05-21 08:02:04
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kanghuizhenlty

金虫 (小有名气)

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2楼: Originally posted by pippi6 at 2015-05-21 08:02:04
两者应都不是很好的类比。球面摆有两个自由度,弹簧摆有一个,可是自由液面系统的自由度就高了。首先,如果手拿着的话,容器的自由度(激发源)就有6个。其次自由液面波动的自由度(特征态)应是分立谱的无穷个。特征 ...

那请问你觉得拿什么类比比较好?对了,有个前提,人端着杯子,与杯子保持相对静止,这样自由度就没有6个那么多了吧? 还有你的最后一句话我不太懂求解释,谢谢大神了
3楼2015-05-21 19:44:16
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pippi6

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3楼: Originally posted by kanghuizhenlty at 2015-05-21 19:44:16
那请问你觉得拿什么类比比较好?对了,有个前提,人端着杯子,与杯子保持相对静止,这样自由度就没有6个那么多了吧? 还有你的最后一句话我不太懂求解释,谢谢大神了...

首先,我不认为有通用的简单类比。复杂系统的特点就是自由度高。再一个,每个容器都有自己的特点。比如板坯连铸结晶器可以看成是矩形容器。如果研究透了就很有用处。我不觉得有脱离具体容器形状的一般类比。每个形状都有自己的特点,钻进去就是一门学问。
其实,容器的6个刚体自由度只是扰动驱动。但系统的响应主要取决于系统的本证状态。尽管系统的自由度是分离的无限点谱(每个谱点都是一个本征态),真正起作用的是阻尼最小的几个本征态。他们是最容易被激发的。绝大多是本征态(短波)由于阻尼太大,实际中是不会被激发的,对系统的影响会很小。但恰恰长波谱是由容器的形状决定的,所以这也是为什么具体几何是有关系的。也就是说,很难有一般的、脱离几何形状的结论。就好比在流体问题都要具体谈论几何:圆柱绕流还是方形管道。

当然,以上的讨论假定小扰动和线性分析。非线性的东西恐怕只有做大涡模拟了。

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4楼2015-05-22 07:57:03
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kanghuizhenlty

金虫 (小有名气)

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4楼: Originally posted by pippi6 at 2015-05-22 07:57:03
首先,我不认为有通用的简单类比。复杂系统的特点就是自由度高。再一个,每个容器都有自己的特点。比如板坯连铸结晶器可以看成是矩形容器。如果研究透了就很有用处。我不觉得有脱离具体容器形状的一般类比。每个形 ...

说实话,我还没到大神你的深度,我才大二......能不能简单的说几句,我的杯子是圆柱形的半径3cm高度6cm,液面高度是5cm,求解振动方程我现在采用球面摆模型用拉格朗日方程可以求出解析解,但是有点不理想,你应该是这方面的专业学者,你有好的建议吗?谢谢!
5楼2015-05-22 18:56:30
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pippi6

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5楼: Originally posted by kanghuizhenlty at 2015-05-22 18:56:30
说实话,我还没到大神你的深度,我才大二......能不能简单的说几句,我的杯子是圆柱形的半径3cm高度6cm,液面高度是5cm,求解振动方程我现在采用球面摆模型用拉格朗日方程可以求出解析解,但是有点不理想,你应该是 ...

你的原始问题是类比性,这我们已经讨论过了。结论就是没有类比性。如果真想做的话,这是一个流体线性稳定性问题。由于没有背景流动,而且几何规整,应该是相对容易的。但仍有很多工作要做。可以谈一点基本思路,就是用所谓谱方法。在高度和圆周方向显然都是用Fourier展开,在半径方向上使用Bessel函数展开,但注意角向速度和径向速度的展开和普通标量(比如压力和z-向速度)是不一样的。基本方程是0背景速度的线性化的Navier-Stokes equation。应该能写出解析的色散关系,然后把谱点解出来。可以先试矩形几何,更简单些。
6楼2015-05-22 21:40:33
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kanghuizhenlty

金虫 (小有名气)

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6楼: Originally posted by pippi6 at 2015-05-22 21:40:33
你的原始问题是类比性,这我们已经讨论过了。结论就是没有类比性。如果真想做的话,这是一个流体线性稳定性问题。由于没有背景流动,而且几何规整,应该是相对容易的。但仍有很多工作要做。可以谈一点基本思路,就 ...

。。。。。。。。。。。额,我实在不会你的方法,我估计我离你的差距太大了,我看了一些参考文献都是可以直接用拉式方程解出来的,解得过程也就是求导,能量守恒之类最基本的东西,虽然你的提示对我没什么帮助,但还是感谢吧!
7楼2015-05-22 23:04:20
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李清同学你好

新虫 (初入文坛)

送红花一朵
如果晃动幅度比较小,可以用等效单摆替代,这种等效力学模型很早就已经有研究了的。

发自小木虫Android客户端
8楼2016-07-11 11:31:05
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