发布时间：2023-12-21 10:32:14
绪论：一篇引人入胜的流体力学重要知识点，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
作者简介：韦鲁滨（1962-），男，江苏扬州人，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，教授；曾鸣（1957-），男，重庆人，中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，教授。（北京 100083）
基金项目：本文系中国矿业大学（北京）课程建设与教学改革项目（项目编号：K120304）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）10-0085-01
“工程流体力学”涉及数学、力学、物理学内容和必要的工程背景。作为矿物加工、化工等学科的专业基础课，“工程流体力学”课程理论性强、概念多、公式烦杂、工程应用广，对学生综合运用知识和联系实际的能力要求较高，是后续专业课程学习、科学研究和工程应用的重要基础。因此，教师在传授课程知识点的同时，更要注重学生学习、综合运用以及科研实践能力的培养。
一、注重课程导论，激发求知兴趣
“工程流体力学”学时少、任务重，教师讲授课程导论时要确保学生在对课程有整体认识的基础上，激发他们对课程的求知欲望和学习兴趣，丰富学生的想象力。流体力学是研究流体运动及其作用的学科，从数学的角度看，流体力学是对有解方程在不同定解条件下的求解；从美学的角度看，流体力学将变化万千的流体世界，按照相对简单的数学规律给予描述，体现了客观世界的内在美与和谐；从物理和工程的角度看，流体力学是一个由一般到特殊，再由特殊到一般的过程，即对现实问题进行简化，提出方程并构造定解条件，应用实验法、解析法和数值模拟法等手段去寻求问题的答案，再回到所设定问题，根据所解的特定问题寻找带有普遍性的规律，从而指导进一步研究和实践的过程。这样的讲授能使学生从不同角度理解流体力学的美与价值。
引入学生感兴趣和当今工程领域的热点问题，分析流体力学知识在其中的应用。如运载火箭整流罩形状变化对火箭飞行过程的作用；鲨鱼皮泳衣对运动员游泳速度的影响等。通过相关问题的讨论，学生了解学习这门课以后，能够运用所学的相关知识解决实际生活和工程实践中的问题，从而增强学生发现问题与解决问题的能力，调动起学生学习的主动性与积极性。
二、注重深入浅出，促进消化吸收
“工程流体力学”的讲授过程要求内容深入浅出、浅显易懂，由静力学到动力学，由理想流体到粘性流体。学生在对简单知识充分了解和掌握的基础上能够更容易接受相关的扩展和推广的知识点。以恒定不可压缩流体的动量方程为例，具体说明深入浅出的授课过程：将问题简化，给出限定条件，即在恒定渐变流的过水断面上列方程；由动力守恒的角度给出质点系的动量方程；假设将流体看成系统，利用拉格朗日观点解释；结合不可压缩流体连续性方程得出：
（1）
其欧拉观点的物理解释为，作用于控制体上的合力等于单位时间流出控制体的动量减去流入控制体的动量；由物理解释可知其在渐变流过水断面，速度分布不均匀的情况下仍然成立；由恒定不可压缩流体总流动量方程对任意封闭管面的控制体均成立，可进一步推广为雷诺输运方程：
（2）
其中，P为任何物理量。
上述循序渐进的过程表明，先对问题进行适当简化，后逐渐由浅入深、层层推进，有助于学生对较难知识点的接收、理解和掌握。
三、注重物理解释，加强理解记忆
“工程流体力学”涉及的数学公式较多，授课过程中若过分强调数学推导会使得学生提不起兴趣且难于理解和记忆，注重相关公式的物理解释可以加强学生对公式的理解程度，便于记忆和应用。如，理想流体恒定元流的伯努利方程一般给出的是欧拉描述法解释，还可给出更为直观的拉格朗日描述法解释：重力作用下的恒定不可压缩理想流体，给定质点的机械能在流动过程中保持不变。
例如，“工程流体力学”中经常涉及的随体导数运算符号，除了解释位移加速度和当地加速度之外，还应将随体导数的应用范围自然延伸，拓展后的物理意义为：追踪观察场中的某一流体质点，单位时间内该质点的物理量在流动过程中的变化。随体导数物理意义可用于不可压缩流体连续性方程的导出，纠正了不可压缩流体密度为常数的错误认识。综上所述，物理解释无论是对学生理解概念和公式，还是对知识的进一步应用都具有较大促进作用。
四、注重详略得当，掌握重点知识
“工程流体力学”涉及范围广，知识点多，若面面俱到地将教材内容一并灌输给学生，会增加他们的学习负担，很难达到很好的教学效果。因此，要在整个教学过程中贯穿“少而精”的原则，对于那些学生已经学过或能够自学理解的内容安排课下自学，对于专业不相关的内容进行适当删减；要重点突出、究其实质，详略对比，使学生能够由此及彼，触类旁通。例如，《工程
流体力学》教材中密度、浮力、压力等知识点在普通物理的课程中已经有所涉及，完全可以安排学生自学；而流体运动的连续性方程、伯努利方程和动量方程作为研究流体运动的核心内容则需要多花精力，详细讲解。在学生已掌握核心内容基础上，知识点的进一步扩展和延伸可以通过对比方式给出，省去复杂的推导过程，使学生遇到相关问题时直接应用即可。例如，动量矩方程可以确定运动流体与边界之间的作用力位置，在介绍动量矩方程时可以简单地与动量方程对比得出，而无需进行过程推演，进而可知恒定不可压缩流体的动量矩方程，其物理意义为：
（3）
合力矩等于单位时间从控制体输出的流体动量矩减去向控制体内输入的流体动量矩。以上过程表明，对于重点知识的掌握有助于相关知识的拓展，因此要详略得当，使学生学习过程更轻松。
五、注重工程背景，培养科研能力
教师在授课过程中一方面要考虑学生对各个知识点掌握，另一方面还要培养学生综合运用知识以及科研和工程实践能力，以便学生在将来的学习和工作中能够学以致用。一个简单的水流经过喷管的过程就涉及伯努利方程、连续性方程和动量方程。因此，要想很好地掌握理论知识，解决实际问题，对工程流体力学知识的综合运用能力必不可少。“工程流体力学”作为矿物加工工程专业的专业课，在矿物分离过程中应用极其广泛，教师在授课过程中应结合选矿应用实例进行讲解，使学生在掌握理论知识的同时体会到在具体问题解决过程中如何分析和建模。例如，跳汰机可看作一个不等断面的连通管，其水流运动是周期性的非定常流，各点运动速度随位置和时间而变，且推动水流运动的源动力也不是恒定的，而是时间的函数；水力旋流器内流体速度切向速度可由强制涡和准自由涡描述，颗粒在水力旋流器离心力场的分离可从颗粒重力场中分离类比推演。通过理论结合实际的方式，培养学生实践中认识问题和解决问题的能力。
六、结束语
“工程流体力学”作为一门专业基础课，既有较强的理论性，又和工程实践紧密结合。因此学好这门课程对学生综合运用、科学研究、工程实践能力的培养都具有重要意义。教师在教学过程中，应充分做到内容、方法和手段相结合，培养学生学习和综合运用的能力，为将来从事科学研究和工程实践打下坚实基础。
参考文献：
1引言
“流体力学”作为理工科的一门专业基础课和必修课，它的重要性是众所周知的，作为力学分支，其在安全工程专业有着广泛的应用，与泄漏、火灾、爆炸、通风等有着密切的关系，是后续工业通风、消防工程等专业课程学习的重要基础。近年来流体力学学科发生深刻变化，对流体运动认识加深，测量手段更为先进，对流体运动分析和处理的能力空前强大，与工程应用结合更加紧密。然而“流体力学”这门课程概念抽象、数学公式多，在以往课程教学过程中更多重视理论知识的传授，人才培养过程中存在着过分偏重理论知识学习，缺乏对学生工程能力的培养等不足之处。因此，本文借鉴国际流行的CDIO工程教育理念，拟对安全工程专业“流体力学”课程进行教学改革，使理论知识服务于后续的安全知识学习及工作实际，将知识教育和能力培养有机地结合起来，增强学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，使学生专业理论知识的学习真正地更好地融入之后的安全工作中。
2CDIO工程教育理念
CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Imple-ment）和运行（Operate）的简称。“C”构思指系统性的构想、思考，明确产业需求。“D”设计是把将要被实现的计划通过视觉的形式描述出来的活动过程；“I”实施是执行、施行实际的行为，指把设计转变为产品的过程；“O”运行是指产品实现之后（即实施之后）使用其来达到想要的价值的过程。从构思、设计、实施到运行的全过程就是产品的整个生命周期，用它来代表工程的范畴[1]。CDIO教育模式提倡培养具有较高专业理论水平和符合产业需求的综合性应用能力并重的高等工程教育专业学生，这种模式在安全工程专业领域具有一定的借鉴意义[2]。CDIO强调在系统和产品构思、设计、实施、运行的真实工程实践环境中培养学生的工程能力，通过引导学生以主动的、实践的、知识之间有机联系的方式培养学生的工程能力，使学生在创新思维能力、终生学习能力、团队合作能力和工程实践能力等方面得到全面的训练和提高。
3基于CDIO理念的流体力学课程实施
3.1优化教学内容
在教学时，教材的选取是非常重要的，首先要选择一本好的教材，然后围绕教材的内容，进行全方位的内容设计。湖南工学院安全工程专业选用的教材为蔡增基、龙天渝主编的《流体力学泵与风机》，该教材详细介绍了流体力学及泵与风机的基础知识，并配有丰富的习题供学生课后练习巩固，另围绕教学大纲，每章设置了思考题。但教材内容多是从供热通风空调类专业角度出发，内容较多。按照安全专业职业能力与素质需求为导向，结合我校安全工程专业对该课程课时安排较少，学生文科生多，理科基础薄弱的特点、安全工程专业需求及其与后续专业课程之间的关系，课程教学内容分为四部分：（1）流体静力学。掌握流体平衡的规律，对其中与安全工程关系不大的小节进行删除。（2）流体动力学。研究流体在运动状态时，作用于流体上的力与运动要素之间的关系，以及流体的运动特征与能量转换等。（3）有关流体静力学和流体动力学在生产和生活中的应用，如孔口与管嘴恒定流、管道恒定流等。注重与工业通风、消防、安全工程中常见的泄漏等问题相结合。（4）泵与风机工作原理及运行知识，重点掌握如何选择泵与风机。由于课时有限，其他知识可通过学生自主学习来完成。内容设置注重培养学生的创新能力、学习能力和分析解决问题的能力，不因课时少而删除其物理背景、力学建模和求解过程等方面的学习，只讲授结果、计算公式、图表等这种短视的做法培养出来的学生只是现成公式的计算机器，面对新的问题将束手无策，学生没有创新能力，没有利用所学知识解决实际问题的能力。只有掌握正确的基本概念和流体运动一般规律，才能认识特殊规律，才能有分析实际问题的能力，才能正确应用和处理流体力学商业软件。
3.2转变教学方法
在课堂教学中注重学生综合思维、系统思维和工程能力的培养。结合传统的教学方法，采用以问题学习的形式，要求学生基于问题学习。（1）首先要讲授该门课程的性质及作用，让学生掌握该课程在整个专业培养中的作用以及工程实践中的具体应用价值，以及该课程与其他课程之间的关系，从而在学生的整体知识架构中建立起清晰的课程逻辑联系[3]，培养学生的系统思维能力。（2）各知识点的教学过程采用启发式教学法，先由老师设置问题，让学生带着问题进行学习；学完之后让学生思考学了什么，有什么用；除了基本的教学过程外，在课程中设置一些小专题讨论，培养学生分析问题、解决问题的能力。（3）传统的教学模式由于缺乏对知识的应用，学生通常将通过考试作为学习目标而专注于记忆考试内容。因此在教学中注重相应知识点的讲解的同时，注重对各知识点的应用和拓展，各知识点多方面地与安全工程专业相结合（如在讲述孔口管嘴出留时与危险化学品物质泄漏进而导致火灾、爆炸、中毒事故相结合；讲述流动阻力时与工业通风管道设计、消防水管道设计相结合），强调其对专业的支撑作用，要求理论知识必须服务于安全工作实际，将知识教育和工程能力培养有机地结合起来。
3.3实验教学改革
实验环节是CDIO模式下教学环节的非常重要的组成部分，学生工程能力的培养和综合应用能力的提高，有赖于此环节[4]。实验教学方面通过建设流体力学实验室，将实践教学贯穿于学生的整个学习过程，实现对学生的动手实践能力、技术应用能力、研究创新能力的培养。实验模块分为基础验证类实验模块、综合性实验模块和开放性实验模块。基础验证类实验主要包括雷诺实验、能量守恒验证实验、沿程阻力实验、局部阻力实验、文丘里管实验、流量计实验、离心泵实验等[5]。这些实验过程简单，能帮助学生更好地理解流体力学的基本原理和定律，但缺乏创造性，没有与安全工程专业实际相结合。综合性实验如与工业通风课程相结合，设计一个通风除尘管道模型，学生通过流体力学知识制定实验方案，使用仪器测量风速、压强等相关参数计算通风阻力。让学生把流体力学知识更好地与安全工程专业相结合，解决专业实际问题。综合类型的实验相对较复杂，采用团队协作的方式，通过互相交流讨论解决实验过程中遇到的问题，发散思维，实验结束后进行汇报，培养学生的团队协作能力和沟通能力。开放性实验模块通过建设开放性实验室，为学生参加各类学科竞赛、科技创新活动、自主实验、参与大学生研究性与创新性实验项目、参与教师科研项目提供实践平台。如学生可进行计算机虚拟流体力学实验、利用flunet软件模拟火灾发生时烟气流动过程。开放性实验可锻炼学生创新能力。
4结论
1）安全工程专业“流体力学”课程作为一门学科基础课，其教学改革应以专业能力需求为导向、学生能力培养为目标，引入CDIO理念进行教学改革，可提高学生创新思维能力、系统思维能力、和工程能力的培养，提高学生的工程意识及大工程观。2）基于CDIO理念的“流体力学”课程教学改革应注重学生主体作用的发挥，以学生为主体、教师为主导，采用问题学习的形式进行教学，培养学生用基础理论分析、解决实际问题的能力。3）在“流体力学”课程教学改革中，应注重实验教学环节，实验教学除了基本的基础验证类实验外，组织学生做一些综合性、设计性、开放性实验，教学中注重学生团队协作能力，人际交往能力和创新能力的培养。
参考文献
[1]顾佩华,等.重新认识工程教育一国际CDIO培养模式与方法[M].北京:高等教育出版社,2009.
[2]张景钢.基于CDIO的创新型安全工程培养方式研究[A]//安全科学理论与创新[C].郑州:郑州大学出版社,2016:92-96.
[3]赵庆贤,葛秀坤,毕海普,等.“变焦式”教学法在专业基础课程教学中的应用[A]//第26届全国高校安全工程专业学术年会论文集[C].北京:气象出版社,2014:262-265.
0引言
以航空为特色的滨州学院的航空专业学生，流体力学是后期学习气体动力学、航空发动机构造、航空发动机原理等等课程的基础课程，航空发动机分为活塞式和喷气式，目前大型飞机多采用喷气式发动机产生飞机向前运动的推力，其原理是从外部大气中吸入大量的气体经压气机压缩后部分气体流入燃烧室和燃油充分混合燃烧后形成高温高压的热气流入涡轮，最后所有吸进发动机的气体由尾喷管喷出，吸入前和排除的气体发生了变化变为高压高温高速气体，根据力的反作用，由尾喷口喷出的气体可在发动机上产生强劲的推力，先进的喷气式发动机在设计阶段会根据相应的流体力学原理设计不同管径的流道，设计压气机和涡轮的叶片，因此理顺流体力学的知识点及学习思路至关重要。流体力学的研究方法可分为理论方法、实验方法、数值方法[1-2]。因此在教学时，可将3种研究方法贯穿流体力学的教学过程中。课程学习目标有如下4项：①了解流体力学与其他力学的本质的区别；②掌握最基本的流体力学理论知识点，如静力学、动力学、运动学等；③具有应用流体力学的知识，分析、处理基本流体力学问题的能力；④利用数值方法和实验方法，培养学生分析数据、整理数据、撰写实验报告的能力。
1理论方法
理论知识的学习是学生学习时的基础环节，而流体力学理论知识的学习过程中，多注重公式的推导。本文以流体力学的三大方程之一的连续性方程为例，讲解该公式学习的具体的过程，连续性方程式是质量守恒在流体力学中的表达式。首先学习连续性微分方程。需要建立流体的模型，在空间坐标系下选取一个微小的直角六面体A，并假设六面体内流体的密度ρ有梯度，六面体内流体的流动沿着x、y、z轴向，速度为ux、uy、uz，如图1所示。dt时刻内微小的直角六面体A的质量流量该变量驻M可分解为在x、y、z方向上质量流量的改变量驻Mx、驻My、驻Mz。以x方向为例，dt时间内，流进六面体A的流体质量流量Mx为ρuxdxdydt，流出六面体A的流体质量流量Mx′为。因此，dt时刻内在x方向上的流出的质量流量驻Mx可表示为：根据上述推导，可知dt时刻内在y、z方向上流出的质量流量驻My、驻Mz的大小表示为：因此，dt时刻内流出微小的直角六面体A的质量流量驻M：结合质量守恒定律，可推出dt时刻内直角六面体A的质量流量的变化量的变化关系。质量流量与密度、体积、速度的变量有关，又因为体积及速度没有变化，因此只和密度有关。控制体内密度的减小而减少的质量流量：然后学习恒定总流的连续性微分方程对总流的积分。从恒定总流A任意截取出来的细微的一段管道称为控制体[3-4]。其控制面如图2所示。过流断面截面积为A1、A2，平均流速为u1、u2。在单位时间内，经控制面流进流出控制体积内的液体质量流量应相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面处的速度与面积成反比关系，截面积越大速度越小，反之亦然。
2实验操作
