導語：如何才能寫好一篇流體力學和化工原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：計算流體力學；求解；基本原理；化學工程；應用

化學工程在我國具有較長的研究與應用歷程，并在實際的生產與生活中取得到巨大的應用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時根據新材料的開發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學工程中，較多的反映環(huán)境和反應機制都是在溶液中進行的，具有質量守恒和熱量守恒定律的應用。而這種質量與能量的關系正是計算流體力學的主要原理。通過對實際應用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設計和工藝改進，提高化學工程的生產效率。

1計算流體力學在化學工程中的基本原理

計算流體力學簡稱CFD，是通過數值計算方法來求解化工中幾何形狀空間內的動量、熱量、質量方程等流動主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領域中各種流體的流動現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學方程式中的動量守恒定律、能量守恒定律及質量守恒方程為基礎。一般情況下，計算流體力學的數值計算方法主要包括數值差分法、數值有限元法及數值有限體積法，其也是一門多門學科交叉的科目，計算流體力學不僅要掌握流體力學的知識，也要掌握計算幾何學和數值分析等學科知識，其涉及面廣。針對計算流體力學的真實模擬，其主要目的是對流體流動進行預測，以獲得流體流動的信息，從而有效控制化工領域中的流體流動。隨著信息技術的發(fā)展，市場上也出現(xiàn)了計算流體力學軟件，其具有對流場進行分析、計算、預測的功能，計算流體力學軟件操作簡單，界面直觀形象，有利于化學工程師對流體進行準確的計算。

2計算流體力學砸你化學工程中的實際應用

2.1在攪拌中的應用分析

在攪拌的化學反應中，反映介質之間的流動性比較復雜，依據傳統(tǒng)的計算形式根本無法解決，并在化學試劑在攪拌中存在不均勻擴散的特點，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點。若是依據實驗手段測得反映中物質、能量和質量的變化規(guī)律，其得出的結構往往存在較差時效性，實驗騙差加大。通過對二維計算流體力學的應用，能夠對攪拌中流體的形式進行模擬，并進行質量、能量等數據的驗證。但是流體的變化，不僅與化學試劑的濃度、減半速度有關，還與時間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系，需要建立三維空間模擬形式進行計算流行力學。隨著科學技術和研究水平的提高，在通過借助多普勒激光測速儀后，已經對三維計算形式有了較大的突破，這對于化工工程中原料的有效應用和工程成本的減低具有促進的作用，但是在三維計算流體力學中還存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不斷的完善。

2.2CFD在化學工程換熱器中的應用分析

換熱器是化學工程中主要的應用設備，通過管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應用，能夠有效的控制化學試劑在反應中的溫度變化。其中根據換熱器的形式不同，計算流體力學的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過流體湍流速度的改變，增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過加大流體的接觸面積，提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中，熱量交換的形式更為復雜，但是卻群在重復性換熱的特點，增加了換熱的時間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計算流量力學中，需要對溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時間變化進行分析。通過CFD計算流體力學的應用，能夠計算出不同設備的熱交換效果，并根據生產的實際需求進行換熱器的選擇使用。

2.3在精餾塔中的應用

CFD已成為研究精餾塔內氣液兩相流動和傳質的重要工具,通過CFD模擬可獲得塔內氣液兩相微觀的流動狀況。在板式塔板上的氣液傳質方面,Vi-tankar等應用低雷諾數的k-ε模型對鼓泡塔反應器的持液量和速度分布進行了模擬,在塔氣相負荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數大范圍變化的情況下,模擬結果和現(xiàn)實的數據能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎,充分考慮了塔壁對塔內流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計算了矩形鼓泡塔內氣液相的分散性能,以及氣泡數量、大小和氣相速度之間的關系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內典型微型單元(REU)的流體力學性質來預測整塔的流體力學性質的方法,對每一個單元用FLUENT進行了模擬計算,發(fā)現(xiàn)塔內的主要能量損失來自于填料內的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預測了整塔的壓降。Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質相關,因此用CFD模擬計算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動產生的壓降,為改進填料提供了理論依據。CFD模擬精餾塔內流體流動也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內流體流動的結果與實驗值還有一定的偏差。這是由于對于許多問題所應用的數學模型還不夠精確,還需要加強流體力學的理論分析和實驗研究。

2.4CFD在化學反應工程中的應用研究

在化學反應工程中，反應物和生成物的化學反應速率與反應器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實際的反應中可以利用計算流體力學進行數據的獲取。但是這數據的獲取具有一定的溫度限制，當反應中溫度過大，就會造成分子的劇烈運動，其運動軌跡的變化規(guī)律就會異常，在利用計算流體力學的模型計算中，計算數據與實際情況會發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運動軌跡和運動速度難以獲取，在計算流體力學的實際計算中，就要借助FLUENT進行三維建型，并利用測速反應器進行速度的測量，通過綜合的比較分析，利用限元法進行數據的計算?？梢缘贸霾煌h(huán)境下的反應器的流線、反應器內部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預測反應器的速度、溫度及壓力場，可以更進一步理解化學反應工程中的聚合過程，詳細、準確的數據可以優(yōu)化化學反應中的操作參數。

結束語

計算流體力學對于化學工程的應用具有實際意義，并在經濟效益的提高上具有重要的價值，在近幾年，化學工程技術人員不斷的計算流體力學中展開研究，以二維空間計算和模擬為基礎，不斷的完善三維空間的流量計算，并得出了一系列的流體流動規(guī)律。根據計算流體力學在化學工程中的廣泛應用，在今后的化學工程發(fā)展中，應加強此類學科的教學與延伸，提供出更有效的反應設備和工藝操作。

參考文獻

[1]余金偉,馮曉鋒.計算流體力學發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代制造技術與裝備,2013(06).

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趙立娟

馬亞生

顧 磊

[摘 要] （工程流體力學）是能源與動力工程專業(yè)學生的專業(yè)基礎課，合理的評價體系能充分調動學生的學習積極性，提高學習效果。結合（工程流體力學）課程教學特點及現(xiàn)狀，對該課程的多元評價模式進行設計，并在教學中進行探索，結果表明教學效果多元評價方案能調動學生學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造力。

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關鍵詞 ]工程流體力學；多元評價；教學改革

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A文章編號：1671-0568(2014)35-0051-03

一、 （工程流體力學）教學現(xiàn)狀

《工程流體力學》是能源與動力工程專業(yè)學生的專業(yè)基礎課，有著承上啟下的作用，對后續(xù)專業(yè)課程的學習有著重要的影響。科學、全面、合理的評價體系能提高學習評價質量、提高學生學習的積極性。但目前的評價模式存在一定的局限性，沒能起到評價的導向作用，需要進一步改進。

1．教學中存在的問題。 《工程流體力學》課程要求學生要具備高等數學、大學物理、理論力學、材料力學工程熱力學等基礎課程的知識，尤其對高等數學和力學知識要求較高。同時也是泵與風機、汽輪機、鍋爐、制冷、空調、換熱器、液壓傳動、水力輸送等課程的基礎。 《工程流體力學》的授課內容是學生將來從事相關專業(yè)技術工作和科學研究工作重要的必備知識。流體力學是力學的一個分支，研究對象是不具有固定形狀的流體，研究理論比較抽象、一些流體現(xiàn)象不能憑直觀感覺或經驗去解釋，且經驗公式繁多、推導過程復雜。目前該課程的教學效果不是很理想，教師難“教”、學生難“學”已經成為師生的共識。河海大學（以下簡稱“我校”）熱能與動力工程專業(yè)開設了4學分，64學時（含8學時實驗）的工程流體力學課程，由于是90人以上的大班，教師無法深入了解學生。學生中存在著平時不學，考前突擊，考完全忘的現(xiàn)象。教學沒有循序漸進，易造成后續(xù)課程學習上的困難。 《工程流體力學》是面向工程技術中的流體力學，學生對大量無規(guī)律的經驗公式死記硬背是沒有意義的，能夠綜合運用所學知識分析解決問題才是教學的目的和核心。傳統(tǒng)的教學與評價方式對學生沒有導向性，學習的積極性不高，主觀能動性沒有得到很好地發(fā)揮，對身邊的流體力學問題無從下手，很難做到學以致用。

2．評價方式存在的問題。根據課程教學、學生反饋、后續(xù)課程等多方面的調查分析，目前《工程流體力學》課程學習評價的局限性表現(xiàn)在以下方面：

(1)評價的主體單一。現(xiàn)有的《工程流體力學》評價模式主體的是教師。所有環(huán)節(jié)都由教師進行評價，過于強調教師在教學中的主導作用，忽視了學生作為學習主體的地位。學生被動接受評價信息，存在客觀性缺失的現(xiàn)象。

(2)評價的內容片面。傳統(tǒng)的《工程流體力學》學習評價內容包括平時成績（書面作業(yè)、出勤、實驗）和期末考試。期末成績占70%，平時成績占30%。考試成績作為主要內容來評價學生學習成效，其最大缺點是側重于結果，忽視了過程。不能充分反映學生的學習態(tài)度和實際能力。工程流體力學課程學習目的是學以致用，所以既要重視學習過程，也要對學生實踐動手能力、創(chuàng)新能力、科研攻關力進行全面培養(yǎng)。

(3)評價的方式單調。 《工程流體力學》課程的評價方式是考試分數。雖然在一定程度上能反映學生對知識的掌握程度，卻不能客觀地反映學生積極的學習態(tài)度、學習效果及學以致用的能力?？己说膬H是學生對知識“復制”的能力，即評價的是學生的記憶和保持水平，沒發(fā)揮出學生的主觀能動性。在近幾年的教學中有出現(xiàn)不少高分低能學生，他們在課程考試中可能會取得較好的成績，但對于課本之外知識的獲取能力較差。部分學習成績好的學生還表現(xiàn)出死鉆牛角尖的特征，缺乏從宏觀上把握問題的主旨及方向。高能低分的情況屢見不鮮。因此，評價的方式應有側重，引導學生學習基本理論，重視解決問題能力和創(chuàng)新意識的提升。

二、 （工程流體力學）課程的多元評價模式的分析

學生各自有不同的特征，在學習過程中能表現(xiàn)出多方面的能力，各種能力的水平是有差異的。學生的學習效果應采多元的評價模式來進行，多方面考察學生的學習狀況和效果。 四針對《工程流體力學》課程的特點，多元評價模式包括以下幾方面：

1．評價主體的多元化。授課教師、學生個人、小組都作為評價主體，在條件允許的情況下后續(xù)課程的教師也可以作為評價的主體。教師由“一家之言”變?yōu)樵u價活動的參與者和組織者。學生由被動的被評價者變成評價主體的參與者。學生的能力是多方面的，有各自的優(yōu)點與不足。學生能參與自己學習效果的評價，能使學生的主動性、自尊心、心理個性得到張揚，發(fā)揮學生的自主性、探索性和創(chuàng)造性。將3-5名學生組成小組既可訓練學生的組織協(xié)調能力也有助于學生整體素質的提高。多元化的評價主體，有利于教師與學生之間的溝通，以及學生之間的相互學習與合作，提高了評價結果的客觀性。

2．評價內容的多元化。按照工程流體力學教學內容的可分為概念學習、原理學習以及解決問題等幾個階段。不同階段評價的內容應有不同的側重點。概念及原理階段的學習評價應以引導學生掌握基本理論、能獨立思考，培養(yǎng)學生的思維模式為目的，側重于啟迪學生的創(chuàng)造性思維。解決問題階段是以引導學生科學觀察、將流體力學知識與日常生活、水利、水電、能源、環(huán)境、化工等相關行業(yè)的實際工程有機結合。側重于學生流體力學知識的運用能力、理論聯(lián)系實際的創(chuàng)新意識、動手情況、團隊合作精神等。

3．評價方法的多元化。依據評價內容不同，可采用量化評價和質量評價兩種方法。這兩種評價方式的各項評價指標都要有明確的含義。量化評價各項指標要做到規(guī)范，易于操作，利于學生按照指標要求不斷修正自己的努力方向，以達到良好學習效果。質量評價是需確定學生是否積極、方向是否正確而對某些細節(jié)和小的利弊得失采取模糊評價的方法，包括到課率、課堂表現(xiàn)等。

三、 （工程流體力學）課程多元評價設計與實踐

1．《工程流體力學》課程的多元評價過程。①根據教學目標，合理設定評價內容的各項具體指標及權重系數，并在開始教學時公布評價的各項具體細則：②教學過程評價主體根據評價指標對各項評價內容進行評價，引導學生在評價過程中學習：③教學活動后統(tǒng)計分析各項評價數據，得出學生學習《工程流體力學》評價結果；④根據需要及時將評價的結果反饋給學生本人、授課教師、輔導員、家長及后續(xù)課程的教師。通過以上環(huán)節(jié)，學生對自己的學習狀況有了客觀的認識，授課教師可以在評價的結果中了解學生的普遍不足，在今后的教學中有所側重，后續(xù)課程的教師可以根據學生的掌握情況來調整授課安排，能對《工程流體力學》教學效果起到很大幫助。

2．《工程流體力學》課程多元評價體系。 《工程流體力學》的評價內容包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實驗操作、實驗數據，實驗報告、小測驗、小組學習、課程大作業(yè)和期末考試。 《工程流體力學》課程多元評價體系見圖1。

評價內容的不同評價主體也略有不同。例如，由于整個授課的周期較長（通常為16周）會在期中安排小測驗，目的是幫助學生鞏固以前學過的知識，這部分內容的評價由教師來完成比較恰當，也方便教師根據學生的掌握情況來調整課程的安排。

表1給出了《工程流體力學》評價內容的各項指標與權重。評價主體根據各項指標給出每項評價內容相應的等級或分數，成績加權平均得到各項評價內容的成績，最后總成績是由各項評價內容的分數乘上權重系數計算得出。

工程流體力學多元評價側重于學習獨立分析、解決實際問題的能力的提升，因而對學生在過程中的能力的體現(xiàn)評價內容權重系數較高，如大作業(yè)中分工任務的完成情況占到總成績的10%。質量評價的部分內容是按等級制來計分的，級別包括A+、A、A-、n+、B、B-等。這些等級在錄入成績管理系統(tǒng)時需換算成百分制，對應關系如表2所示。

筆者在教學中用多元評價方式對學生《工程流體力學》的學習效果進行探討。以課內大作業(yè)為例，之前的學生從未做過該項內容，在近兩年的教學中嘗試要求學生根據所學的工程流體力學的內容，聯(lián)系實際工程，以小組的形式完成流體力學的理論在實際應用情況調查的大作業(yè)。如學習了流體靜力學后，學生以小組為去調查研究流體靜力學在實際工程中應用，可以是千斤頂中“帕斯卡原理”，電梯的失重與超重，或者過山車為什么不允許高血壓患者乘坐等，最終用PPT展示給大家。在PPT制作的過程中，有前期資料的準備，又有中期的編輯，還有后期的展示。學生能根據自己的特長在小組承擔一定的任務，在完成的過程中，發(fā)現(xiàn)他人的優(yōu)勢和自己的不足，取長補短。同時，每次學生的展示活動都進行現(xiàn)場評價，讓學生對自己的表現(xiàn)有直接的了解。此外，還對大作業(yè)中創(chuàng)新的內容在評價時給予鼓勵和加分。兩年的實踐表明，學生對流體力學的學習興趣增加，各項評價內容能積極主動完成，對實際生活通到的一些流體現(xiàn)象有理性的認識。例如，曾有一組學生結合所學的流體繞流知識，實踐驗證了“打水漂”的技術要點。這些說明合理的評價方式對提高學生的學習效果、激發(fā)學生的創(chuàng)造力是有導向作用的。

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論文關鍵詞：高職院校；流體力學；學習興趣

“流體力學”課程是我國高等院校工科專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎課，涉及土木、能源、醫(yī)學、環(huán)境、化工等許多領域。該課程是聯(lián)系前期“高等數學”、“理論力學”等基礎課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁和紐帶，在學生能力培養(yǎng)和知識體系構建過程中起著“承上啟下”的作用。流體力學因曾經在20世紀五六十年代對航空航天事業(yè)的巨大推動而倍受世人矚目。近年來，流體力學廣泛深入地向邊緣學科交叉滲透，這就要求相關領域的工作者要善于從錯綜復雜的工程實際中獨立地提出問題和解決問題。

民辦高職院校的學生入學成績較差、自主學習的能力較差。很多學生對流體力學現(xiàn)象認識模糊，學生普遍感覺流體力學概念抽象，難以理解，對“流體力學”產生畏難情緒和厭學現(xiàn)象，學習積極性不高。2011年，江蘇省高職院校招生實行注冊入學，更意味著生源素質的良莠不齊，這對工科專業(yè)的民辦高職院校的“流體力學”課程教學是個嚴峻的挑戰(zhàn)。

一、民辦高職院校學生的特點

1.入學成績較差

民辦高職院校在高等院校中處于較低的地位，這尤其體現(xiàn)在招生中，往往是錄取批次的最后一批。這就意味著入學的學生往往入學成績較差，從這幾年金肯職業(yè)技術學院（以下簡稱“我校”）的錄取成績來看，從90分～330分都有，大多是在180分左右。因此民辦高職院校的學生往往數學物理基礎較差，計算能力較差，影響他們對工科課程的學習。

2.自主學習的能力較差

從和學生的交流情況來看，學生在課后很少主動學習、看相關的書籍，甚至連作業(yè)都有不能按時保質完成的時候。

二、如何調動學生學習“流體力學”的主觀能動性

民辦高職院校和公辦本科院校以及公辦高職院校有很大的區(qū)別，使得在“流體力學”課程教學中不能照搬上述公辦院校的方法，而要根據民辦高職院校的特點來實行教學。

陶行知在《中國教育改造》中指出：“大凡選擇職業(yè)科目之標準，不在適與不適，而在最適與非最適。所謂最適者有二，一曰才能，二曰興味。才能足以樂業(yè)。”學習最有興趣的專業(yè)，因其興趣，才會有樂趣，才會安于學習。托爾斯泰說過：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發(fā)學生的興趣?！睂γ褶k高職院校的學生更應注重興趣的培養(yǎng)。

1.教學內容優(yōu)化，降低難度

（1）教學內容精簡，理論夠用為度。鑒于高職院校學生的特點，再結合高職專業(yè)所實現(xiàn)的目標——技能性人才，根據各專業(yè)的側重點，對教學內容進行優(yōu)化。理論難度夠用為度，不求理論的系統(tǒng)性和完整性。以給排水工程專業(yè)為例，流體靜力學經優(yōu)化后，保留靜壓強及其特性、靜力學基本方程的應用、平面和曲面的靜水總壓力的內容，側重基本概念、基本定律和方程式，取消了平衡微分方程的內容。對我校學生而言，難以聽懂，不如加強基本知識的介紹，如能透徹理解，對工作和生活更有用。

（2）教學內容體現(xiàn)職業(yè)特點。應該在教學內容中體現(xiàn)本專業(yè)的專業(yè)內容。對于面向給排水工程專業(yè)開設的“流體力學”課程，其專業(yè)和自來水、污水的運輸和輸送緊密相關，都離不開管、泵的設計與使用，這就涉及到流體力學的許多方面。例如，分析流體在管道內的流動規(guī)律、壓力、阻力、流速和輸量的關系時，應向學生指出此處知識點的學習是為了根據流動規(guī)律和各參數關系來設計管徑、校核管材強度、布置管線以及選擇泵的大小和類型、設計泵的安裝位置等，把知識點融入到職業(yè)特點中，編成例題進行講解。有些概念和理論是學生首次在“流體力學”里學到的，并且會貫穿到整個專業(yè)知識的學習過程中，例如雷諾數、水頭損失、沿程水損等，所以，對于此類知識的反復強調也是非常必要的。把“流體力學”和“泵與風機”、“管道工程”、“水處理工程”等專業(yè)課聯(lián)系在一起，相關知識點能做到心中有數，為以后專業(yè)知識的學習打下堅實的基礎。優(yōu)化內容的同時，也不同程度地降低了學習內容的難度，這在客觀上為提高學生的學習積極性鋪平了道路。

2.活躍教學課堂氣氛，營造輕松的學習環(huán)境

（1）用重大事件激發(fā)學生學習“流體力學”的自覺性、主動性和積極性。在教學中適當地穿插講述一些有關的重大事故、重大災害和重大建設項目（統(tǒng)稱“重大事件”），對于學生認識現(xiàn)在的學習與未來工作之間的關系、提高學習自覺性、培養(yǎng)熱愛專業(yè)的思想和嚴謹的科學作風很有幫助，同時也有助于活躍課堂氣氛。

在講授“流體靜力學”這一章節(jié)內容時，可舉1993年青海溝后水庫垮壩事件。1993年8月27日夜間，庫容為330萬m3的青海省海南藏族自治州溝后水庫在庫水位低于設計水位0.75m3的情況下突然垮壩失事，造成288人死亡，40人失蹤，直接經濟損失1.53億元。水利部專家組調查認定，溝后水庫在設計上有缺陷，施工中又存在嚴重質量問題，運行管理工作薄弱，這次垮壩屬于重大責任事故。結合流體靜力學講述這一事件時指出：不管在什么崗位，責任心和專業(yè)技術素質也許會關系到千百人生命財產的安全。

（2）用工程或生活實例讓學生感受到科學很奇妙，身邊處處有科學。興趣是學習的最大動力，教師應該讓學生直觀形象地了解流體力學的廣泛應用性以及內容的趣味性，將與日常生活或生產實際有關的例子介紹給學生。“流體力學”的理論性較強，公式較多，學生理解比較困難。如果教師在課程的講解過程中，多穿插一些實際生活中的現(xiàn)象，與課本中的理論結合起來講，一定會大大提高學習興趣，使學生更好地熟記和應用知識。在靜力學章節(jié)的學習過程中，可舉“人能下潛多深？”的例子，幫助理解靜力學基本方程。小時候經常玩的一個游戲——吹紙條。拿出一個小紙條，讓它自然下垂。沿水平方向在它上面吹氣，紙條就會飄起，這是由于流動氣體的壓強小。而解釋流動氣體壓強為什么小，要借助伯努利方程來解釋?！罢九_安全線的由來”，“神奇的香蕉球”是如何踢出來的？這也要用伯努利方程來解釋。身邊的科學無處不在，只要仔細觀察，便能從中領悟到許多道理。

從奇妙的魚缸、小鳥喝水的杯子到飲水機的原理，介紹靜力學基本方程的應用及等壓面的概念。簡單的原理，小小的發(fā)明，卻給生活帶來極大的方便，這就是創(chuàng)造發(fā)明的價值所在。

（3）增加語言的藝術性，讓枯燥的流體力學變得優(yōu)美和富有哲理。子曰：“學而時習之，不亦悅乎？”學習應該是快樂輕松的事。從幼兒園到小學，都倡導素質教育、快樂教育。高等教育也應該貫徹這一思想，學習才能持久。

傳統(tǒng)的課堂教學極容易枯燥乏味，使學生聽課索然無味，這必將不利于教學質量的提高。如果我們的授課語言優(yōu)美，講述形象生動，把美的氣息、哲理的意味注入“流體力學”的教學，使學生學得輕松、自由，甚至浪漫，營造出輕松、快樂的學習氛圍。

在緒論中，可以談談流體力學中的人文文化。水與空氣都是流體的典型代表，是一切生命不可缺少的物質，自古至今人們對它的了解、探索和應用創(chuàng)造了豐富的文化物質成果?！俺烨Ю锴迩?，水隨天去秋無際”。秋風，天水一色，是大自然的美景，也是流體的流動現(xiàn)象。它們賦予我們靈感，承載著我們的喜怒哀樂。古圣人喜歡從哲理上描述水性，歌頌水德。老子說“智者樂水，仁者樂山”。老子的名言是“上善若水”。通過此類講述，使流體力學增加美的氣息，使力學融入人文，既說明我們的生活與其息息相關，又輕松了課堂氣氛。

在講授粘性流體流動存在著兩種流態(tài)時，可以借用古代文學中相關的名句，如描述湍流的有李白的“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”，描述層流的則有“半畝方塘一鑒開，天光云影共徘徊”等佳句。這樣可以幫助學生建立對流態(tài)十分形象而深刻的印象，從而有助于學生理解、掌握相關知識。

在教學過程中，還可穿插著向學生介紹定律知識背景的形成過程，以及相關科學家的工作，讓學生領悟科學思想，輕松接受相關知識?！芭ｎD粘性定律”是牛頓對流體力學的主要貢獻之一，是流體力學教學的重點內容。我們不僅僅要教給學生科學知識的本身，還應重視如何使學生感悟科學精神。此時穿插介紹牛頓的哲學思想和科學方法。牛頓用引力理論和運動三定律把天上行星和它們的衛(wèi)星運動規(guī)律，同地上重力下墜的現(xiàn)象統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了天上人間的統(tǒng)一，這是牛頓在自然哲學上的偉大貢獻。

3.突出實驗教學的特殊地位，讓學生樂在其中

突出實驗教學的特殊地位，使教學貼近實際，貼近生活。通過演示實驗、學生驗證性實驗、競賽型的設計性實驗、實驗錄像、照片、仿真實驗教學等多種方式貫穿教學的全過程，讓學生看到各類實驗最深刻、真實的一面，從而豐富學生的經驗，增強學生的見識，培養(yǎng)職業(yè)意識和實踐能力。

（1）開發(fā)課堂演示教具和演示實驗。開發(fā)一系列課堂教學演示教具，可以使學生耳目一新，課堂氣氛變得活躍起來。課堂演示教具和演示實驗的使用，必須簡單易行，價廉物美，且能解決教學問題，這對民辦高職院校的教師提出了較高的要求。講授表面張力和毛細管現(xiàn)象時，可演示毛巾浸濕的現(xiàn)象，順帶告訴學生如何在無人時給花草自動滴灌的方法；演示移液管移液凹面的現(xiàn)象時，告訴學生如何讀數，如何避免毛細管現(xiàn)象引起的誤差，同時可教學生化學實驗操作的細節(jié)。講述“流體靜力學”章節(jié)時，演示倒扣水杯的實驗，讓枯燥的方程變得形象，易于理解。從廢棄飲水機上拆下的“聰明頭”，介紹靜力學基本方程的實際應用。這些教具都非常簡單，也易于獲得，甚至無需額外花錢，學生也非常感興趣。

（2）應用多媒體教學演示。并不是所有的教學內容都能找到適合課堂演示的案例。隨著多媒體在教學中應用的普及，一些復雜的演示實驗和昂貴的演示教具可以通過多媒體教學來實現(xiàn)。如雷諾實驗、水躍實驗、水擊現(xiàn)象，在生產實踐中所應用的各種堰，都可一一演示，遠勝貧乏的語言描述。

（3）用設計性實驗讓學生參與其中，樂在其中。設計性實驗圍繞職業(yè)特色專題，依據學生的實際情況而設，如：“自動虹吸管的改進與應用”。指導教師根據學生對所學知識的掌握及興趣度，將他們分成幾個不同的實驗小組，然后指導和協(xié)助學生自己設計實驗方案，動手組裝，最后依據實驗結果給出實驗成績。

該實驗教學模式的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：激發(fā)學生的求知欲望和培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力；加深學生對理論知識的理解并向外延展；節(jié)省高校實驗室資金投入。

文中所提到的方法，最終需要教師來完成，這對教師提出了較高要求。雖然高職院校的教師的教學任務很繁重，尤其是民辦高職院校的教師，但這些方法都可以在平時的積累中完成，只需平時閱報、聽新聞、上網瀏覽、注意周遭事物，多和同行交流就可以做到。

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【關鍵詞】三本院校：工程力學；課程教學；現(xiàn)狀；教學改革

目前企業(yè)對人才觀念有了很大的改變，之前企業(yè)過于重視技能型人員的需求，而現(xiàn)在很多企業(yè)更加注重綜合型人才的需求。就目前教育體系而言，職業(yè)技能素質并不能完全代表勞動者的素質，因為職業(yè)道德、職業(yè)精神、安全意識、社會責任感、環(huán)保意識、團結協(xié)作能力以及矛盾處理能力等都是勞動者素質的范疇。所以培養(yǎng)熟練技能的勞動者并不是職業(yè)教育的唯一目標，培養(yǎng)具有社會責任的公民也是職業(yè)教育的主要目的。隨著時代的發(fā)展，在教育觀念方面，素質觀逐漸取代技能觀，培養(yǎng)學生的全面發(fā)展、讓學生成為綜合型人才已經成為現(xiàn)代職業(yè)教育的主要發(fā)展趨勢。企業(yè)人才需求的觀念是促進工程力學課程改革最主要的因素。

一、工程力學的應用

工程力學應用的范圍主要有：材料力學、固體力學、流體力學、結構力學四種類型。具體內容如下：①材料力學。在物品生產過程中，材料選擇十分重要，材料自身的剛度、強度以及韌性決定了物品使用的穩(wěn)定性。在生活中，機械生產、建筑結構都運用到材料力學。就連零食的包裝袋、鉚釘在設計、生產的過程中也必須涉及到材料力學。②固體力學。固體力學研究內容涉及物體的塑性、彈性以及線性等諸多問題。固體力學主要應用于航空航天、房屋橋梁建設等行業(yè)。此外，在地質勘探的過程中也離不開固體力學原理的支持。③流體力學。在地球上水和空氣是最常見的流體物質，因此水與空氣是流體力學主要的研究領域。像飛行器、潛艇、水面艦艇、航母等軍工業(yè)的發(fā)展都運用到流體力學原理。同時，像石油、天然氣、地下水等與人們休戚相關的資源開發(fā)也需要流體力學原料的支持。④結構力學。結構力學主要分為：狹義結構力學與廣義結構力學這兩種范圍。狹義結構力學的研究內容有：杠桿組成的體系、平面杠桿系。廣義結構力學研究內容有：平板、殼體以及塊體等領域。像汽車生產、橋梁與居民住宅建設、配電系統(tǒng)架構都運用到結構力學。同時在地球地質運動的研究、地震監(jiān)測系統(tǒng)的建設等領域也存在結構力學的身影。可以說，工程力學應用與我們的生產、生活有著密切的聯(lián)系。

二、三本院校工程力學課程教學中存在的問題

1、課程內容不系統(tǒng)

工程力學是力學的一個分支，它主要涉及機械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各種工程與力學結合的領域，分為六大研究方向：非線性力學與工程、工程穩(wěn)定性分析及控制技術、應力與變形測量理論和破壞檢測技術、數值分析方法與工程應用、工程材料物理力學性質、工程動力學與工程爆破。盡管工程力學一直是我國各大高校的重點專業(yè)，但是對于課程內容的選擇不夠系統(tǒng)。尤其是三本院校，由于教育投入相對較低，很多三本院校課程內容的設置并沒有緊跟社會的需求，并沒有以學生自身發(fā)展為中心。工程力學的學術含量較高，課程內容不系統(tǒng)導致畢業(yè)生缺乏社競爭力。

2、忽視實踐

工程力學課程和其它專業(yè)課程存在明顯不同，它是集理論與實踐于一身的課程。但是就目前實際教學情況而言，很多三本院校忽視工程力學實訓內容。主要體現(xiàn)在以下兩點：第一，實訓課程比例較小。在工程力學課程的教學過程中，實訓課程和理論課程的比例通常為3：7，不平衡的課程比例，會影響學生的實踐能力，不利于學生動手能力的培養(yǎng)。此外，實訓課程安排時間過于集中，通常在一段時間內全部為實訓課程。第二，實訓成績占總成績的比例較低。在工程力學考試中，很多高校還是以筆試成績?yōu)橹?，忽視學生的實訓成績，這會讓學生從思想意識是忽視實訓課程的學習。

三、工程力學教學方法改革的措施

1、增加實踐

實訓是學生實踐的重要體現(xiàn)，理論和實踐之間存在非常緊密的聯(lián)系。理論指導實踐的發(fā)展，而實踐可以檢驗出理論的正確性，它們之間相輔相成。長期以來，很多高校忽視工程力學實訓課程的發(fā)展，阻礙了學生實踐能力的提升。為了學生實踐能力可以采取以下兩種措施：第一，增加實訓課程數量。讓實訓課時與理論課程保持合理的比例。并且，為了增強學習效果，實訓課程要與理論課程相匹配。此外，保證實訓與理論課程的時間間隔，避免出現(xiàn)實訓內容與理論內容相互脫節(jié)的情況。第二，增加實訓成績的比例。三本院校將常規(guī)的實訓課程成績納入到學生期中、期末的成績當中，這樣可以讓學生重視實訓課程的學習。通過實訓可以暴露出工程力學課程教學的不足之處，這樣中職院?？梢詫虒W方式進行相應的調整。并且，通過實訓可以提升學生的實踐能力，有利于學生動手能力的培養(yǎng)。

2、改革教學方法

由于教學觀念的落后，板書、照本宣科仍然是工程力學課程教學的過程中最普遍的教學方式。這種填鴨式的教學方式雖然可以使短期內讓學生記住工程力學的相關概念，但是學生只知定義，缺乏理解，這使得學生在實踐的過程中缺乏理論性的指導。為了提高教師的教學效率，教師必須采用多種教學方式。首先，可以采取多媒體教學。很多工程力學內容過于概念化，學生很難理解。多媒體教學具有圖文并茂的特點，可以將概念化的理論知識通過圖片、動畫、視頻等形式表現(xiàn)出來，學生對工程力學的理解更加簡潔明了、更加直觀。第二，將課堂時間留給學生。長期以來，教師一直占據課堂的主要地位，學生只是一味的記筆記，這樣不利于學生動手能力的培養(yǎng)。因此在工程課程教學中，必須將課堂還給學生，可以將學生分成若干個小組，讓每個學生都能參與到學習之中，教師只是起到指導作用。

3、構建教學評價體系

教學質量是衡量工程力學課程安排是否合理的唯一標準，教學質量的提高不僅需要硬件的投入，更需要科學的教學質量評價體系。教學質量評價體系和平時學生期中、期末考試一樣，通過教學質量評價體系，高?？梢粤私獾浇虒W中的不足，教師通過教學評價系統(tǒng)可以調整自己對進行的教學方法進行及時的調整，教學質量評價體系使電子教學學課程變的更加合理、更加科學、更加有效。

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[關鍵詞]過程裝備與控制工程；專業(yè)方向；人才培養(yǎng)；課程設置

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0053-03

引言

過程裝備與控制工程專業(yè)是在化工設備與機械專業(yè)基礎上建立起來的。早在20世紀50年代初期，根據經濟發(fā)展的需要，我國仿照原蘇聯(lián)的教學模式成立了化工設備與機械專業(yè)。如大連工學院（即大連理工大學）在1951 年率先成立了化學生產機器與設備專業(yè)，第二年天津大學、浙江大學、華東化工學院（華東理工大學）等國內知名高校也相繼設立了化學生產機器與設備專業(yè)。該專業(yè)的設立，對我國當時經濟的發(fā)展起到了巨大的推動作用，特別是對我國化工、石油化工、輕工、制藥等行業(yè)的發(fā)展功不可沒。該專業(yè)主要的特點是將化工過程和過程設備有機地結合起來，所學知識既可以解決化工生產過程遇到的難題，又可以根據化工生產需要來設計、改進和加工所需的設備，還可以對生產設備進行操控、維護和維修。該專業(yè)曾被譽為“萬金油”專業(yè)，培養(yǎng)出來的人才長期備受社會青睞。[1][2][3][4][5]

然而，隨著工業(yè)和科技的發(fā)展，高能耗、低效率、高污染的粗放式的生產模式已與時代主題格格不入。目前的生產，要求過程設備向大型化、精密化、節(jié)能化和自動化方向發(fā)展。為了迎合社會發(fā)展的需要，1998年教育部對普通高等學校本科專業(yè)進行調整時，將原來的“化工設備與機械”專業(yè)更名為“過程裝備與控制工程”專業(yè)。專業(yè)名稱的變更，既拓寬了專業(yè)領域范圍，也拓寬了專業(yè)知識結構。

目前的過程裝備與控制工程專業(yè)，涵蓋了化工設備與機械、真空技術與設備、煉油機械、礦業(yè)機械、建材機械、輕工機械等專業(yè)。也就是說，過去的這些專業(yè)經專業(yè)調整以后現(xiàn)在都叫過程裝備與控制工程。對應專業(yè)名稱的變更，專業(yè)知識結構也發(fā)生了巨大的變化，即從原來的以化工過程原理和化工設備設計知識為主的課程設置，拓寬到以過程原理、過程裝備和過程控制為主要內容的課程體系。學生的就業(yè)領域也從原來的以化工和石化企業(yè)為主導領域，拓寬至化工、石油化工、煉油、食品、環(huán)境工程、制冷工程、生物化工、動力能源、冶金、輕工和制藥等領域。不可否認，專業(yè)名稱和專業(yè)內涵的變革對社會發(fā)展和人才培養(yǎng)起到了無法估量的作用。同時，專業(yè)范圍的拓寬也帶來了一系列不容忽視的問題。

一、過程裝備與控制工程專業(yè)發(fā)展存在的問題

鑒于目前過程裝備與控制工程專業(yè)就業(yè)形勢較好，目前全國已有120多所高校開設了此專業(yè)。其中部分院校的過程裝備與控制工程專業(yè)，并不是由原來的化工機械與設備專業(yè)轉變過來的。這些院校為了滿足過程裝備與控制工程專業(yè)課程體系的要求，同時保存原來專業(yè)的特點，課程體系一度變得龐大而復雜。面對復雜的課程體系，學生們在一定程度上對本專業(yè)的認識、專業(yè)課程的學習、就業(yè)甚至再深造專業(yè)的選擇產生了一定的困惑。目前，為了與國際工程教育接軌，使過程裝備與控制工程專業(yè)國際化，即使是由化工設備與機械發(fā)展起來的過程裝備控制工程專業(yè)的課程體系也非常龐大。圖1是我校2015級培養(yǎng)方案的課程體系，加上選修課共60余門次。目前面臨的一嚴峻問題是，課程門數在增多，而總學時卻在減少，從而出現(xiàn)學時緊張難以分配的現(xiàn)象。對本專業(yè)而言，一些非常重要的專業(yè)基礎課程如工程流體力學和工程熱力學僅有32學時，在有限的學時內學生對這些課程知識點的掌握不夠深入和透徹，這導致學生在后續(xù)課程的學習（如過程流體機械）中比較吃力，難以理解過程中涉及的物理現(xiàn)象；甚至有些學生在考研時，幾乎不敢報考專業(yè)課程為流體力學、工程熱力學和傳熱學的高等院校。

其次，課程的大而全，在某種程度上給學生帶來了很大的困惑。面對復雜的課程體系，學生們不知道他們到底要學什么，將來能干什么。學生在課程學習時，對很多課程認識不足，只是簡單的根據學時的多少來判斷課程的重要性，這導致他們在學習時不能很好地把握專業(yè)方向，嚴重影響了就業(yè)方向選擇的主動性。再加上過程裝備與控制工程專業(yè)本身在專業(yè)方向歸類時就比較特殊，其本科階段歸屬于機械工程一級學科，而研究生階段（即化工過程機械）又歸屬于動力工程及工程熱物理一級學科。這無形中又增加了學生對專業(yè)方向理解的困惑。再次，目前有些院校雖然已形成了自己獨特的專業(yè)方向，但從學生就業(yè)和發(fā)展的角度來說，缺乏一定的靈活性，再加上目前高校招生規(guī)模逐步擴大，學校很難滿足學生個性發(fā)展的需求。而且單一的專業(yè)方向會影響學生的就業(yè)，形成內部競爭的局面。因此，過程裝備與控制工程專業(yè)方向的精心凝練和認真規(guī)劃是我們必須面對的問題。

二、專業(yè)方向的規(guī)劃和思考

正如前述，早期曾把過程裝備與控制工程專業(yè)稱為“萬金油”專業(yè)。但仔細想想，如果一個人啥都能干，那也就意味著他啥也專不了、精不了。就學術界而言，到目前為止，本專業(yè)出來的兩院院士和杰出科學家屈指可數，所以專業(yè)方向的凝練和規(guī)劃是必然的。為了與國際接軌，專業(yè)方向的凝練不能偏離已有的課程體系，而應在與國際接軌的基礎上，認真規(guī)劃專業(yè)方向。從表1可以看出，對于我校的過程裝備控制工程專業(yè)而言，主要的專業(yè)課程可分為：過程設備、過程機器和過程控制三大類。順著這三大課程類別，實際上可以規(guī)劃為過程設備、過程機器和過程控制三個專業(yè)方向。學生在數學、自然科學和人文與社會科學等基礎課程學完之后，就可以根據個人的興趣愛好進行專業(yè)方向選擇。確定了專業(yè)方向后，學生就可以根據專業(yè)方向和個人的發(fā)展深入學習相關課程。當然，制訂培養(yǎng)方案時應根據專業(yè)方向的需要合理地安排相關課程、分配學分和學時。

（一）過程設備方向

該方向以過程設備（包括存儲容器、換熱器、塔器、反應釜等）的結構設計、強度設計、材料選用、制造加工為主。支撐專業(yè)方向的主干專業(yè)基礎課程應為理論力學、材料力學、彈性力學、過程原理、工程材料，主要的專業(yè)課程應為過程設備設計、過程裝備制造工藝、壓力容器設計規(guī)范、信號測試與處理。相對于其他專業(yè)方向而言，在制訂培養(yǎng)方案時，這些課程的學時應偏多些。

（二）過程機器方向

該方向以過程機器（包括壓縮機、泵、離心機、汽輪機等）的結構設計、熱力設計、節(jié)能設計、操作運行、故障診斷為主。支撐專業(yè)方向的主干專業(yè)基礎課程應為流體力學、熱力學、傳熱學、過程原理、材料力學，主要的專業(yè)課程應為過程流體機械、故障診斷技術、過程裝備制造工藝、信號測試與處理。相對于其他專業(yè)方向，在制訂培養(yǎng)方案時，這些課程的學時應偏多些。

（三）過程控制方向

該方向以過程控制儀表（包括壓力、溫度、流量、應力應變等傳感器）的結構設計、原理設計、電路設計、控制設計為主。支撐專業(yè)方向的主干專業(yè)基礎課程應為電工和電子技術、控制工程基礎、復變函數、過程原理、計算機原理及應用，主要的專業(yè)課程應為過程控制技術及應用、化工儀表及自動化、過程控制與計算機控制系統(tǒng)。相對于其他專業(yè)方向，在制訂培養(yǎng)方案時，這些課程的學時應偏多些。

表1列出不同專業(yè)方向課程的對比情況。從中可以看出，每個方向都有自己的重點課程，這樣做有以下優(yōu)點。1.學生明白了專業(yè)方向的重要課程，可以有針對性地進行學習，能夠很好地將課程學習和自己將來的就業(yè)和發(fā)展結合起來。2.優(yōu)秀學生在進一步深造學習、選學校和專業(yè)時，比較靈活，選擇的余地比較大，擺脫了考研專業(yè)課程只敢選材料力學和理論力學的尷尬局面。3.能夠合理地利用教學資源，分層次教學，比如每個專業(yè)方向的重點課程應配置經驗豐富、責任心強的教師進行授課。對于這些重點專業(yè)課程，不論是理論學習還是實踐學習，均應嚴格要求，在縱、深方面均應達到預定的水平。而對于相同課程、非專業(yè)方向學生的教學，教師應側重于知識廣度的教學，不應再抓細節(jié)、求深度。4.便于課堂管理和減輕學生的學習負擔。有了專業(yè)方向，學生學習的目的性就比較強，重點課程會多投入，非重點課程應以了解為主。對學生而言，在明白了課程的學習目標后，他們學習的積極性會相應提高；對教師而言，課堂管理也會相對輕松。

三、結束語

不可否認，任何事情都具有兩面性，教育也如此。教育的改革和國際化，一方面促進了我國教育的發(fā)展和教育與國際接軌的步伐，另一方面也帶來了諸如課程體系膨脹、專業(yè)方向模糊等一系列問題。本文針對過程裝備與控制工程專業(yè)方向模糊不清這一問題，給出了自己的一些看法和解決方案。在筆者看來，根據目前的課程體系，過程裝備與控制工程應設置過程設備、過程機器和過程控制三個專業(yè)方向，然后再根據專業(yè)方向設置相應的課程。每個方向應根據需要來設置自己的課程，不同的方向、相同的課程，可配置不同的學時，講授不同的內容。面對具體的專業(yè)方向，學生應制訂詳細的學習目標。這無疑對學生的學習、就業(yè)乃至未來的發(fā)展具有巨大的幫助作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李志義，. 對“過程裝備與控制工程”專業(yè)的認識與規(guī)劃[J].化工高等教育，1999（3）：9-12.

[2] 李志義，.對過程裝備與控制工程專業(yè)背景的認識[J].化工高等教育，2003（1）：11-14.

[3] 閆紹峰，廖國進，熊曉航.過程裝備與控制工程專業(yè)建設探索[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2012（2）：116-123.

篇6

關鍵詞：模擬優(yōu)化；HSH-PROSS；蒸汽管網；節(jié)能

中圖分類號：X74 文獻標識碼：A

能源是制約我國經濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素，大力推進節(jié)能降耗，提高能源利用率是我國目前的首要任務。由于煉化企業(yè)在我國的綜合能耗較高，蒸汽又是煉化企業(yè)用能的主要形式之一，其在產生、輸送、應用和回收等各環(huán)節(jié)都存在不同程度的能量浪費，尤其是在輸送環(huán)節(jié)，由于管線瓶頸帶來的蒸汽降階使用、放空等造成的能量浪費非常驚人，有時甚至影響到裝置的正常生產，所以做好煉化企業(yè)的蒸汽輸送環(huán)節(jié)的優(yōu)化節(jié)能，對我國的節(jié)能降耗起到非常重要的作用。

由于蒸汽用途多樣化與不同生產單元對其要求存在差異，為了同時滿足各單元的生產要求，生產管理部門對管網輸送蒸汽的調度要求非常高。呼石化500萬噸/年改擴建項目重新規(guī)劃了蒸汽管網系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運行狀況直接影響裝置的開工進程，同時也關乎裝置投產后蒸汽管網運行的安全經濟與否。

為了實現(xiàn)500萬噸/年改擴建項目的順利開工和裝置投產后蒸汽管網系統(tǒng)優(yōu)化運行，利用現(xiàn)有計算機技術結合蒸汽管網現(xiàn)狀，呼石化開發(fā)了HSH-PROSS（Hohhot Pipenetwork Rigorous Online Simulation System）蒸汽管網模擬優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過建立蒸汽管網數學模型，用于計算管網中任意部分的蒸汽壓力、流量、溫度、流速、散熱損失等參數；通過這些參數來判斷、分析管網的熱損狀況和壓損狀況，基于蒸汽管網模型模擬計算提出解決問題的方案，并在施工階段加以整改，從而減少熱損和消除壓力瓶頸，以此達到節(jié)能降耗的目的。

1 系統(tǒng)模擬原理與方法

蒸汽管網模擬優(yōu)化系統(tǒng)集成了基爾霍夫[3]定律、流體力學、熱力學、拓撲學和計算數學等基礎理論科學，根據蒸汽管網模型建立蒸汽管網非線性方程組，采用牛頓-拉夫森法進行求解。

2 系統(tǒng)的應用

基于以上原理與方法，開發(fā)了HSH-PROSS系統(tǒng)，找出了改擴建項目蒸汽管網設計方案中熱損大和部分管線存在壓力瓶頸等問題，并提出解決方案。

2.1 蒸汽管網熱損偏大影響節(jié)能

2.2 中壓管網存在壓力瓶頸

2.2.1 中壓管網壓降太大做功能力損失嚴重

中壓管網從催化過熱汽出口到動力站2#汽輪機入口僅600米，壓降達到0.41MPa，到重整循環(huán)氫壓縮機透平入口約500米，壓降也有0.33MPa。中壓管網主要用戶是汽機，壓降太大造成做功能力損失嚴重。

2.2.2 催化和重整透平入口壓差大不能同時最佳運行

如圖1所示，催化富氣壓縮機透平和循環(huán)氫壓縮機透平設計值一致，正常運行值3.5MPa，最大值3.82MPa，最小值3.3MPa；加熱爐過熱出口壓力3.82MPa，富氣壓縮機透平入口壓力3.71MPa，重整的循環(huán)氫壓縮機透平入口壓力3.49MPa；富氣壓縮機透平入口壓力偏高，循環(huán)氫壓縮機透平正常值運行。

富氣壓縮機透平入口壓力長期高位運行對設備不利，運行時需要降低系統(tǒng)壓力。如果把汽源壓力降0.1MPa，即加熱爐過熱出口降低到3.72MPa，則催化富氣壓縮機透平入口壓力降低到3.61MPa，循環(huán)氫壓縮機透平入口壓力降低到3.37MPa。前者壓力接近正常值運行，后者壓力趨近透平壓力的最低值。這樣運行問題就凸顯出來，全廠最重要的兩臺蒸汽透平，不能同時在壓力設計最佳值運行。

2.2.3 原因及優(yōu)化方案

結語

借助HSH-PROSS模擬優(yōu)化系統(tǒng)的模擬方法和模擬原理，依據基爾霍夫定律、流體力學、熱力學和拓撲學建立了HSH-PROSS蒸汽管網數學模型，該模型符合蒸汽管網的運行工況，為分析研究蒸汽管網系統(tǒng)并進行優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

呼石化改擴建項目蒸汽管網設計方案的主要問題是熱損大和局部中壓管網有壓力瓶頸，及時在施工中提高保溫厚度和增大問題管線管徑有效解決了上述問題。利用上述信息化系統(tǒng)對設計方案進行校核，及時在施工過程中整改，有力地促進了蒸汽管網系統(tǒng)的優(yōu)化運行，給企業(yè)帶來相當大的經濟效益。

參考文獻

[1]崔國峰，王培超.蒸汽管網模擬優(yōu)化技術應用[J].中外能源，2009，14（9）：84-87.

篇7

Abstract： The widely use of CFD technology in research and application of hydraulic mechanical property are systematically introduced， corresponding conclusions and recommendations are made for design and analysis and improvement and development of the hydraulic turbine impeller， which is the key part in the energy recovery， and plays a key role in the turbine power generation.

P鍵詞：CFD技術；液力透平；葉輪；綜述

Key words： CFD technologies；hydraulic turbine；impeller；review

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0106-04

0 引言

液力透平是針對高壓余能進行能量回收并具有長遠經濟效益的節(jié)能裝置。伴隨國家經濟飛速發(fā)展，由于存在能源利用率低下、資源消耗過渡的現(xiàn)狀，節(jié)能裝置的開發(fā)利用作用更較突顯出來。近年來，伴隨計算機技術的成熟和發(fā)展[1]，在能量回收領域關于液力透平設計的發(fā)展有了較大突破，得益于人們對CFD技術的借鑒和應用，人們已從原始數據測量和真機實驗延伸到數值模擬和模型試驗上，為水力設計帶來更有效的研究手段。設計人員伴隨CFD技術的進一步完善，可以通過流場特性分析得到的數據，針對液力透平特點進行有效修改，完善透平裝置的設計和優(yōu)化，豐富了液力透平設計的理論和辦法。

1 CFD技術概述

1.1 CFD技術介紹

CFD技術是計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics）的簡稱[2]，CFD技術的迅速崛起與計算機技術的快速發(fā)展密切相關，研發(fā)人員經過幾十年的探索與開發(fā)，使得今天CFD技術已廣泛應用到科學研究的諸多領域中，是一門在包含流體力學分析、數值計算方法和計算機圖形處理分析的綜合技術[3]。其基本原理是利用能量守恒偏微分方程求解流體運動的基本運動規(guī)律的數值模擬。從而通過分析計算結果來近似模擬模型流動區(qū)域的流體流動情況。CFD技術由4部分構成，即：數值建模、網格劃分、CFD求解和后處理。數值建模是CFD技術的基礎，在液力透平設計中以基本參數為參考建立幾何模型并計算分析模擬結果得到了直觀的參數分析因素，能夠真實模擬液力透平內部流場復雜的流動情況，并提供可視化效果，使其科研人員更方便的進行流場運動分析，完善設計中的缺陷。

在流體流動問題的研究中，新興的CFD技術與過去傳統(tǒng)理論分析分析方法、實驗校核測量分析方法相結合組成一套完整體系[4]。理論分析方法計算結果雖具有普遍性，但通常是在經驗公式和理論的基礎上獲得的結果，因此所得結果不能保證在各種情況下結果的準確性。試驗測量方法通過實驗數據結果驗證問題，所得到的試驗結果真實有效，從而為理論分析和數值方法的研究奠定了基礎。然而，試驗多受到外界條件限制，所得結果很難與實驗理想目標相統(tǒng)一。而CFD技術恰好能有效的解決兩者缺陷并在有效時間內完成實驗結果的研究和分析，并能精確的描述設備與過程，解決了實驗結果數據表現(xiàn)形式的單一性。

利用CFD研究流體運動，對液力透平內部流場進行分析和研究，是泵行業(yè)未來發(fā)展的重要方向，但目前研究方法尚不成熟，且應用到工程實際中需要一定周期，因此開展此項工作必須建立在總結以往的設計方法、經驗和科研成果的基礎上，結合試驗研究并理論聯(lián)系實際，反復研究整理才能得到合理的設計理論和設計方法。

1.2 CFD技術商業(yè)性軟件

近些年，CFD技術的迅速發(fā)展，使得其在流體力學中應用得到廣泛應用，人們意識到在處理相關問題時，它的作用不容忽視。常用的CFD軟件有兩類，一類是以有限體積法為核心，如FLUENT、STAR-CD、PHOENICS，另一類是以有限元法為核心，如FIDAP。還有的是將兩類方法結合在一起，如CFX-TASCflow采用基于有限元理論的有限體積法。目前在水力機械中使用最廣泛的CFD軟件是FLUENT、CFX―TASCflow和STAR-CD[5]。

而CFD技術經過四十年發(fā)展，出現(xiàn)多種數值解法。FEM的并行是當前和將來應用的一個不錯的方向。對于水力機械，還可計算得到任意兩個過水斷面間的水力損失、泵的揚程，預測葉輪上的扭矩及泵的水力效率。而CFD技術精度問題一直困擾研究人員，準確判斷其準確性和正確性是有待解決的現(xiàn)實問題。因在處理同一物理問題上所采用的建立幾何模型和計算方法的不同，而得到不同的計算結果。

在處理流體流動問題上，商業(yè)軟件的廣泛開發(fā)應用極大的推動了針對泵技術研究和優(yōu)化問題，有效的縮短在實驗研究階段因對泵內部流場分析數據手段不足而限制研究進度，進而增強設計研發(fā)人員的主觀能動性。

1.3 CFD技術應用現(xiàn)狀

目前對液力透平的研究，仍多以泵反轉式透平為主，由于反轉泵效率低于正常泵工作效率，因而泵的結構優(yōu)化顯得尤為重要。國內學者楊軍虎、袁亞飛等在泵反轉做透平以及結合CFD技術對液力透平的研究為泵技術的理論成果提供了大量技術資料與經驗，其中通過對葉片泵增加導葉和優(yōu)化葉片等措施，實現(xiàn)了不同工況條件的液力透平效率的改善。國外學者則通過對水輪機的研究，利用CFD技術對比實驗所得數據對液力透平及透平泵的改進提出了可貴意見。

由于CFD技術可以結合目前三維軟件模型進行數值模擬，通過對三位實體模型的網格劃分與求解，在CFD后處理軟件中可以通過強大的數據分析與可視化操作，將液力透平的傳統(tǒng)設計進行全新的系統(tǒng)升級，改善了以往實驗型結果分析單一性，大大縮短了在設計過程中的時間與物力人力消耗。王福軍在CFD軟件原理與應用中詳細介紹了CFD技術在當前各領域的運用與擴展。袁壽其、劉厚林等學者通過總結泵類流體機械研究進展與展望，對現(xiàn)代泵理論的研究具有重要意義[6]。

目前在湍流模型的選擇中，F(xiàn)LUENT軟件提供了標準的k～ε模型、k～ω模型、雷諾應力模型（RSM），不同的湍流分析應選擇則合適的湍流模型[7]。而在流體分析計算中由于計算流體力學流場實驗研究難度和耗費均比較大，因此在有些使用過程中不能對計算結果和計算精度做出深入研究，而是修正驗計算結果，所以使CFD計算的準確缺乏可信度。另外在CFD使用過程中缺少認識和深入理解，無法針對軟件缺陷提出可靠性建議，在軟件二次研發(fā)上不能有所突破。目前使用的網格主要有結構化網格、非結構化網格以及混合網格等[8]。并且在劃分網格的使用中，針對非結構化網格的流體粘性解決辦法不能有效解決，是當前CFD技術應用面臨的困難問題。

2 葉輪設計分析

2.1 建立方程和建模

第三步如圖3所示進行網格化分，設置相關參數，其節(jié)點為120598，單元數有153386，并在ICEM CFD中進行邊界設置，主要以進出口與壁面為主。

完成相關操作后，在FLUENT中進行計算求解，本模型選擇穩(wěn)定性好與計算精度高的標準k～ε模型，選擇介質為清水，給定進口速度為4.5m/s，進口初始壓力4.8MPa，出口壓力為10MPa。

如圖4所示設置求解參數，并選擇SIMPLE算法，初始化流場參數，保存文件并進行迭代計算，觀察分析結果并保存數據。

由以上迭代殘差圖分析可得，計算500步后各項數據大致趨于收斂。如圖5～圖7所示分別為葉輪內部速度大小與矢量，葉輪內部動壓力和總壓力分布情況。從圖7中分析可得，葉輪內部流速均勻，未產生壓力過大產生的渦流現(xiàn)象。

2.3 結論及建議

通過對高揚程液力透平葉輪數值建模分析，得出在設計高揚程液力透平過程中，需要對葉輪模型的葉片形狀、進出口安放角、葉片厚度做出合理設計[11]，并通過改善液力透平模型的進出口角度以及葉輪轉速調節(jié)液力透平回收效率，改善高揚程液力透平性能[12]。

進行液力透平設計必須要對內部流場特性進行分析，通過觀測表明，水力機械內部流動在多數情況下處于湍流狀態(tài)，流場由各種不同尺度的湍流渦疊合而成[13]。這些渦具有旋轉結構，渦的大小及旋轉軸的方向分布是隨機的[14，15]。由于湍流的復雜性，很難通過試驗來掌握水力機械內部的湍流狀態(tài)，而近幾年快速發(fā)展起來的計算流體動力學（CFD）理論和方法，給我們認識水力機械湍流流動提供了一種新的途徑，對揭示水力機械流場流動特性與結構動力特性間的復雜關系，具有潛在的優(yōu)勢。未來CFD技術發(fā)展格局，更多面向解決工程實際應用問題，優(yōu)化計算系統(tǒng)，實現(xiàn)數值模擬和流體分析運算有機結合，實現(xiàn)計算結果的優(yōu)化，完成對工藝設備的優(yōu)化升級，在液力透平研究中，實現(xiàn)節(jié)能裝置的產業(yè)信息化，提升二次能源利用率；建立高效、實用、精確、便捷的復雜網格化分技術，實現(xiàn)云計算在CFD技術中的有效應用，將是未來CFD技術的發(fā)展趨勢；發(fā)展CFD集成技術，實現(xiàn)其與CAD/CAM/SOLIDWORKS/PORE無縫銜接，建立一體化平臺，針對不同物理量的分析運算建立不同分析模塊，提高應用效率；為了提高CFD技術在液力透平研究與設計的應用，應逐步建立評判標準體系。

3 結語

CFD技術發(fā)展趨于多元化、高精度、高適應性、集成化與模塊化、建立統(tǒng)一的應用發(fā)展平臺勢在必行，在計算機飛速發(fā)展大勢影響下，CFD技術工程實際應用在不斷投入實踐，是為社會實現(xiàn)高效、準確的科研實踐提供有效措施，逐步帶動實現(xiàn)信息化處理產業(yè)高速發(fā)展。通過對高揚程液力透平葉輪設計分析得出在針對特定工況要求下液力透平關鍵部件研究為改善能量回收效率及透平發(fā)電中有建設性論據，為流體分析計算提供良好的解決方案不斷優(yōu)化科研實踐中難題。

參考文獻：

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[11]葛書亭，宋文武.不同葉片厚度對離心泵性能影響的研究[J].科技風，2015（18）.

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篇8

【關鍵詞】汽輪機;課程設計;計算機軟件

課程設計是很多工科專業(yè)提高學生實踐能力的重要環(huán)節(jié)。在全國開設動力機械及工程專業(yè)方向的高校中，很多都安排了“汽輪機原理課程設計”這一課程，旨在通過課程設計使學生應用、鞏固、提高所學專業(yè)知識，加深對所學理論知識的理解，獲得與專業(yè)有關的實踐經驗，培養(yǎng)專業(yè)技能以及綜合運用理論知識分析和解決實際問題的能力。汽輪機原理課程設計是汽輪機原理教學的重要組成部分，是汽輪機原理課程理論教學結束后，針對汽輪機設計過程中某一具體環(huán)節(jié)，在指定的設計工況下由學生獨立進行的一次系統(tǒng)地設計實踐。汽輪機設計包括熱力設計和強度設計，具有很強的綜合性和實踐性。設計過程中需要查閱大量的文獻資料和物性參數以及相關的設計手冊、標準，同時也需要進行大量的設計計算和工程圖繪制，設計任務繁重，需要耗費大量的時間和精力。在短時間內完成這一設計過程，學生往往疲于應對各種公式、運算，而不能很好地理解掌握整個設計過程，使得課程設計的教學目的大打折扣。隨著計算機和軟件技術的發(fā)展，汽輪機原理和計算機軟件相結合，可有效地提高學生的運算速度，克服上述問題，切實提高課程設計的教學效果。我們在汽輪機課程設計的教學實踐中，通過不斷摸索發(fā)現(xiàn)，計算機軟件和傳統(tǒng)課程相結合確實取得了良好的效果。

一、同Excel結合，簡化計算過程

Excel是MicrosoftOffice常用的辦公軟件，其強大的公式編輯和計算功能正好可以處理汽輪機原理課程設計中的大量計算工作。汽輪機原理課程設計的計算涉及參數的選擇、熱力系統(tǒng)的計算、通流部分的熱力計算和整機校核計算。設計過程涉及大量的公式和計算，有些參數可能需要反復迭代得到，計算工作量非常大。將Excel引入到設計過程，可以使計算過程簡化，提高計算效率。只要一次編輯公式，就能得到所要的結果，需要反復迭代的過程只需改變輸入參數即可。利用Excel軟件可以節(jié)約大量的計算時間，學生可以不用專注于繁瑣的計算過程，而有更多時間去消化理解公式和計算過程。

二、同ABAQUS結合，提高工程意識

ABAQUS被廣泛地認為是功能最強的有限元軟件，可以分析復雜的固體力學、結構力學系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。ABAQUS不但可以做單一零件的力學和多物理場的分析，同時還可以做系統(tǒng)級的分析和研究。由于ABAQUS優(yōu)秀的分析能力和模擬復雜系統(tǒng)的可靠性使得ABAQUS被各國的工業(yè)和研究中所廣泛地采用ABAQUS產品在大量的高科技產品研究中都發(fā)揮著巨大的作用。學生通過公式進行的強度校核采用了一定的簡化和近似，得到的結果和工程實際有一定的差距，只適用于課堂教學，在工程實踐中幾乎不采用。為了培養(yǎng)學生的工程意識，引入ABAQUS軟件，通過設計簡單的題目讓學生去進行強度分析和校核。這一過程不但鍛煉了學生工程軟件的操作能力，同時也培養(yǎng)了學生的工程意識，為學生踏入工作打下一定的基礎。

三、同AutoCAD結合，提高制圖規(guī)范

汽輪機原理課程設計通常要求學生在設計計算完成以后，將汽輪機的通流流道，以及某幾級的葉片葉型，通過工程圖紙的形式繪制出來。這時學生需要使用AutoCAD繪圖軟件將設計結果清晰地呈現(xiàn)出來，同時也要符合機械制圖規(guī)范。學生首先要去查閱相關的機械制圖標準，圖紙的頁面設計、標題欄、明細欄等均需嚴格按照機械制圖標準繪制；流道以及葉片型線的類型，標注的線性均需按標準嚴格執(zhí)行。通過系統(tǒng)而嚴格的制圖過程，學生強化了工程規(guī)范意識，同時也提高了繪圖水平。通過汽輪機原理課程設計教學的不斷摸索和改革，我們將葉輪機械常用的設計軟件應用到汽輪機原理課程設計的教學實踐，提高了學生的工程意識和軟件操作能力，同時也提高了汽輪機原理課程設計的教學質量，為葉輪機械專業(yè)人才的培養(yǎng)發(fā)揮了應有的作用。

參考文獻：

[1]劉相，王蘭娟.化工設計軟件在化工原理課程設計中的應用，化工高等教育[J]，2012,6:64-66

[2]賽慶毅.工科研究生提高能力的方法探討，課程教育研究[J]，2016.4:2-3

篇9

流體力學綜合實驗

姓名：

學號：

班級號：

實驗日期：2016

實驗成績：

流體力學綜合實驗

一、實驗目的：

1.

測定流體在管道內流動時的直管阻力損失，作出λ與Re的關系曲線。

2.

觀察水在管道內的流動類型。

3.

測定在一定轉速下離心泵的特性曲線。

二、實驗原理

1、求

λ

與Re的關系曲線

流體在管道內流動時，由于實際流體有粘性，其在管內流動時存在摩擦阻力，必然會引起流體能量損耗，此損耗能量分為直管阻力損失和局部阻力損失。流體在水平直管內作穩(wěn)態(tài)流動（如圖1所示）時的阻力損失可根據伯努利方程求得。

1

1

2

以管中心線為基準面，在1、2截面間列伯努利方程:

圖1

流體在1、2截面間穩(wěn)定流動

2

因u1=u2，z1=z2，故流體在等直徑管的1、2兩截面間的阻力損失為

流體流經直管時的摩擦系數與阻力損失之間的關系可由范寧公式求得，其表達式為

由上面兩式得：

而

由此可見，摩擦系數與流體流動類型、管壁粗糙度等因素有關。由因此分析法整理可形象地表示為

式中：-----------直管阻力損失，J/kg；

------------摩擦阻力系數；

----------直管長度和管內徑，m；

---------流體流經直管的壓降，Pa；

-----------流體的密度，kg/m3；

-----------流體黏度，Pa.s；

-----------流體在管內的流速，m/s；

流體在一段水平等管徑管內流動時，測出一定流量下流體流經這段管路所產生的壓降，即可算得。兩截面壓差由差壓傳感器測得；流量由渦輪流量計測得，其值除以管道截面積即可求得流體平均流速。在已知管徑和平均流速的情況下，測定流體溫度，確定流體的密度和黏度，則可求出雷諾數，從而關聯(lián)出流體流過水平直管的摩擦系數與雷諾數的關系曲線圖。

2、求離心泵的特性曲線

三、實驗流程圖

流體力學實驗流程示意圖

轉子流量計

離心泵

壓力表

真空壓力表

水箱

閘閥1

閘閥2

球閥3

球閥2

球閥1

渦輪流量計

孔板流量計

?35×2鋼管

?35×2鋼管

?35×2銅管

?10×2鋼管

四、實驗操作步驟

1、求

λ

與Re的關系曲線

1)

根據現(xiàn)場實驗裝置，理清流程，檢查設備的完好性，熟悉各儀表的使用方法。

2)

打開控制柜面上的總電源開關，按下儀表開關，檢查無誤后按下水泵開關。

3)

打開球閥1，調節(jié)流量調節(jié)閘閥2使管內流量約為10.5，逐步減小流量，每次約減少0.5，待數據穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數，待流量減小到約為4后停止實驗。

4)

打開球閥2，關閉球閥1，重復步驟（3）。

5)

打開球閥2和最上層鋼管的閥，調節(jié)轉子流量計，使流量為40，逐步減小流量，每次約減少4，待數據穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數，待流量減小到約為4時停止實驗。完成直管阻力損失測定。

2、求離心泵的特性曲線

1)

根據現(xiàn)場實驗裝置，理清流程，檢查設備的完好性，熟悉各儀表的使用方法。

2)

打開控制柜面上的總電源開關，按下儀表開關，先關閉出口閥門，檢查無誤后按下水泵開關。

3)

打開球閥2，調節(jié)流量調節(jié)閥1使管內流量，先開至最大，再逐步減小流量，每次約減少1，待數據穩(wěn)定后，記錄流量及壓差讀數，待流量減小到約為4后停止實驗，記錄9-10組數據。

4)

改變頻率為35Hz，重復操作（3），可以測定不同頻率下離心泵的特性曲線。

五、實驗數據記錄

1、設備參數：

；

；

2、實驗數據記錄

1）求

λ

與Re的關系曲線

銅管湍流

鋼管湍流

序號

qv(m3h)

?p(kpa)

序號

qv(m3h)

?p(kpa)

1

8.7

3.14

1

11.1

4.65

2

8.3

2.90

2

10.5

4.20

3

7.9

2.66

3

9.9

3.78

4

7.5

2.40

4

9.3

3.38

5

7.1

2.21

5

8.7

3.00

6

6.7

1.97

6

8.1

2.61

7

6.3

1.77

7

7.5

2.25

8

5.9

1.55

8

6.9

1.97

9

5.5

1.38

9

6.3

1.68

10

5.1

1.21

10

5.7

1.40

11

4.7

1.04

11

5.1

1.16

鋼管層流

序號

qv(Lh)

?p(pa)

1

40

935

2

36

701

3

32

500

4

28

402

5

24

340

6

20

290

7

16

230

8

12

165

9

8

116

10

4

58

2、求離心泵的特性曲線

30Hz離心泵數據記錄

序號

流量

真空表

壓力表

電機功率

1

15.65

-2200

28000

694

2

14.64

-2000

31000

666

3

13.65

-1800

37000

645

4

12.65

-1200

40000

615

5

11.62

200

42000

589

6

10.68

47000

565

7

9.66

100

50000

549

8

8.67

1000

51000

521

9

7.67

1500

55000

488

10

6.63

1800

59000

468

11

5.62

1800

60000

442

12

4.58

2000

67000

388

13

0.08

0.0022

0.083

166.9

35Hz離心泵數據記錄

序號

流量

真空表

壓力表

電機功率

1

18.27

-500

42000

1052

2

17.26

-400

48000

998

3

16.24

-300

51000

972

4

15.26

-300

56000

933

5

14.27

-200

61000

906

6

13.28

-200

65000

861

7

12.27

-200

68000

824

8

11.27

-100

71000

798

9

10.26

76000

758

10

9.26

-100

80000

725

11

8.26

82000

682

12

7.26

-100

89000

653

13

6.27

150

90000

626

14

5.26

180

100000

585

15

4.43

200

110000

528

六、典型計算

1、求

λ

與Re的關系曲線

以銅管湍流的第一組數據為例計算

T=22℃時，ρ≈997.044kg/m3

μ≈1.0×10-3Pa?s

以管中心線為基準面，在1、2截面間列伯努利方程

P1ρ+u12+gz1=P2ρ+u22+gz2+hf

因u1=u2，z1=z2，故流體在等徑管的1、2兩截面間的阻力損失為

hf=?Pρ=3.14*10001000=3.15J/kg

u=qvA=qvπ4d12=8.73600×0.0007548=3.202m/s

;

Re=duρμ=0.031×3.202×997.0440.001=98960.27

因為hf=λ?Pρ

;

所以λ=?Pρd1l2u2=3.15×0.0311.2×23.2022=0.01587

其他計算與此相同。

2、求離心泵的特性曲線

湍流銅管：管長L2=1.2m；管內徑d2=31mm

銅管湍流

序號

qv(m3h)

?p(kpa)

u(ms)

Re

λ

1

8.7

3.14

3.202

98960.27

0.01587

2

8.3

2.90

3.055

94410.37

0.01611

3

7.9

2.66

2.907

89860.48

0.01631

4

7.5

2.40

2.760

85310.58

0.01633

5

7.1

2.21

2.613

80760.68

0.01677

6

6.7

1.97

2.466

76210.78

0.01679

7

6.3

1.77

2.318

71660.89

0.01706

8

5.9

1.55

2.171

67110.99

0.01704

9

5.5

1.38

2.024

62561.09

0.01745

10

5.1

1.21

1.877

58011.19

0.01780

11

4.7

1.04

1.730

53461.3

0.01801

鋼管湍流

序號

qv(m3h)

?p(kpa)

u(ms)

Re

λ

1

11.1

4.65

4.085

126259.7

0.01444

2

10.5

4.20

3.864

119434.8

0.01458

3

9.9

3.78

3.643

112610

0.01476

4

9.3

3.38

3.423

105785.1

0.01495

5

8.7

3.00

3.202

98960.27

0.01517

6

8.1

2.61

2.981

92135.43

0.01522

7

7.5

2.25

2.760

85310.58

0.01530

8

6.9

1.97

2.539

78485.73

0.01583

9

6.3

1.68

2.318

71660.89

0.01620

10

5.7

1.40

2.098

64836.04

0.01649

11

5.1

1.16

1.877

58011.19

0.01706

湍流鋼管：管長L3=1.2m；管內徑d32=31mm

鋼管層流

層流鋼管：管長L1=2m；管內徑d1=6mm

序號

qv(Lh)

?p(pa)

u(ms)

Re

λ

1

40

935

0.393

2351.03

0.06084

2

36

701

0.353

2111.74

0.05631

3

32

500

0.314

1878.43

0.05083

4

28

402

0.275

1645.12

0.05338

5

24

340

0.236

1411.81

0.06145

6

20

290

0.196

1172.52

0.07547

7

16

230

0.157

939.22

0.09353

8

12

165

0.118

705.91

0.11928

9

8

116

0.079

472.60

0.18869

10

4

58

0.039

233.31

0.37737

2、離心泵的特性曲線

以第一組數據為例，n=30Hz

T=23℃時，ρ≈997.044Kg/m3

μ≈1.0×10-3Pa?s

以水平地面為基準面，離心泵進口壓力表為1-1截面，離心泵出口壓力表為2-2截面，在此兩截面之間列伯努利方程

P1ρg+u12g+z1+H=P2ρg+u22g+z2+Hf

因為

Hf≈0

;

所以H=

P2-P1ρg+u2-u12g+?Z

?Z=Z2-Z2=0.2m

;

進口直徑D=50mm

;

出口直徑d=40mm

u1=qvA1=qvπ4D2=15.653600×π4×0.052m/s=2.215m/s

;

u2=qvA2=qvπ4d2=15.653600×π4×0.042m/s=3.458m/s、

H=3.647mH2O

N=N電?η電?η傳

;

η電=0.75

;

η傳=0.95

N=694×0.75×0.95=494.5W

η=NtN

;

Nt=qHρg=3.647×15.65×997.044×9.81/3600W=155.26W

η=155.26494.5×100%=31.36%

序號

流量Qv(m3h)

揚程

軸功率

效率

1

15.65

3.647

494.5

31.36%

2

14.64

3.889

474.5

32.60%

3

13.65

4.440

459.6

35.83%

4

12.65

4.647

438.2

36.45%

5

11.62

4.672

419.7

35.15%

6

10.68

5.173

402.6

37.29%

7

9.66

5.439

391.2

36.49%

8

8.67

5.422

371.2

34.41%

9

7.67

5.756

347.7

34.50%

10

6.63

6.113

333.5

33.02%

11

5.62

6.197

314.9

30.04%

12

4.58

6.876

276.45

30.95%

30Hz離心泵的特性曲線

35Hz離心泵的特性曲線

序號

流量Qv(m3h)

揚程

軸功率

效率

1

18.27

5.036

749.55

33.35%

2

17.26

5.586

711.08

36.84%

3

16.24

5.833

692.55

37.16%

4

15.26

6.298

664.76

39.28%

5

14.27

6.756

645.53

40.58%

6

13.28

7.125

613.46

41.91%

7

12.27

7.394

587.10

41.99%

8

11.27

7.656

568.58

41.23%

9

10.26

8.125

540.08

41.94%

10

9.26

8.515

516.56

41.47%

11

8.26

8.684

485.93

40.11%

12

7.26

9.387

465.26

39.80%

13

6.27

9.444

446.03

36.07%

14

5.26

10.446

416.81

35.82%

15

4.43

11.455

376.20

36.65%

七、實驗結果分析與討論

1、求

λ

與Re的關系曲線

實驗結果：由關系曲線可以看出，鋼管層流實驗中，雷諾數與摩擦阻力系數在雙對數坐標中呈線性關系，摩擦阻力系數只與流動類型有關，且隨雷諾數的增加而減小，而與管壁粗糙度無關；在銅管湍流與鋼管湍流實驗中，摩擦阻力系數隨雷諾數增加而趨于一個定值，此時流體進入完全阻力平方區(qū)，摩擦阻力系數僅與管壁的相對粗糙度有關，與雷諾數的增加無關。

結果分析：實驗結果基本與理論相符合，但是也存在誤差，如：在鋼管層流實驗中，在雷諾數在1870~2000范圍內，雷諾數Re增大，λ并不隨Re增大而減小，反而增大。產生這種現(xiàn)象可能是因為在Re為1870~2000范圍內時已經非常接近于湍流，導致其規(guī)律與理論出現(xiàn)偏差。此外，還有可能是因為設備本身存在的誤差，即流量調小至一定程度時，無法保證對流量的精準調節(jié)，使結果出現(xiàn)誤差。

減小誤差的措施：a.在實驗正式開始前對設備進行檢查，確認設備無漏水等現(xiàn)象再開始實驗；b.進行流量調節(jié)時，每次應以相同幅度減小c.調節(jié)好流量后，應等待3分鐘，等讀數穩(wěn)定后再進行讀數。

2、離心泵的特性曲線

實驗結果：有實驗數據和曲線圖可以看出，揚程隨流量的增加而降低，軸功率隨流量的增加而升高，效率隨流量的增加先升高后降低。隨著轉速增大，三者均增大，由實驗結果可以看出，基本符合Qv＇Qv=n＇n、H＇H=n＇n2、N＇N=n＇n3的速度三角形關系。

結果分析：實驗結果與理論規(guī)律基本符合，在轉速為35Hz時結果較理想，但是在轉速為30Hz時，雖然符合基本規(guī)律，但是效率明顯過低。造成這種現(xiàn)象的主要原因是轉速過低，設備存在的設備誤差更大，改善方法是在較高轉速下進行實驗。

減小誤差的方法：a.在實驗正式開始前對設備進行檢查，確認設備無漏水等現(xiàn)象再開始實驗；b.進行流量調節(jié)時，每次應以相同幅度減小c.調節(jié)好流量后，應等待3分鐘，等讀數穩(wěn)定后再進行讀數。d.在轉速稍高的條件下進行實驗。e.讀數壓力表時指針擺動幅度大，應在均勻擺動時取其中間值。

六、實驗思考與討論問題

1、直管阻力產生的原因是什么？如何測定與計算？

答：流體有粘性，管壁與流體間存在摩擦阻力。用壓力計測定所測流體在所測水平等徑管內流動的壓差,一定要水平等徑，p=ρhf就可求得直管阻力。

2、影響本實驗測量準確度的原因有哪些？怎樣才能測準數據？

答：管內是否混入氣泡，流體流動是否穩(wěn)定。排出管內氣泡，改變流速后等待2~3min待流體流動穩(wěn)定后記錄數據。

3、水平或垂直管中，對相同直徑、相同實驗條件下所測出的流體的阻力損失是否相同？

答：不同，根據伯努利方程可知，垂直管高度差將影響阻力損失。

篇10

關鍵詞：卓越工程師教育培養(yǎng)計劃；課程體系；課程整合；過程裝備與控制工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0045-02

自2010年6月教育部啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）以來，先后有200多所高校工科專業(yè)批準實施“卓越計劃”。東北石油大學是一所石油行業(yè)特色鮮明的省屬重點高校，在2011年被批準為教育部“卓越計劃”第二批試點高校，其中，過程裝備與控制工程專業(yè)（簡稱過程裝備專業(yè)）是首批入選專業(yè)。根據“卓越計劃”的精神和相關要求，過程裝備專業(yè)采取“3+1”培養(yǎng)模式，制定了學校培養(yǎng)方案和企業(yè)培養(yǎng)方案，并從2010級起，開始按“卓越計劃”培養(yǎng)方案對本專業(yè)學生進行培養(yǎng)。本文根據過程裝備專業(yè)實施“卓越計劃”以來的實踐，以課程體系改革和課程整合為重點，結合專業(yè)課程整合實例，介紹“卓越計劃”實施過程中，課程改革在人才培養(yǎng)中的重要作用和具體實施案例，以期對同類高校相似專業(yè)實施“卓越計劃”有所裨益。

一、課程體系重構與課程整合對于實施“卓越計劃”的重要意義

課程建設是高等教育教學改革的核心問題，也是“卓越計劃”能否順利實施并取得預期效果的關鍵環(huán)節(jié)。課程是最基本的教學元素，是學生接觸最直接、受益最全面的教學元素。在專業(yè)建設、師資隊伍建設、實驗室建設和課程建設等教學基本建設中，課程建設處于核心地位，它關系到教育目的的實現(xiàn)與體現(xiàn)、教學方法及教學組織形式的選擇、教學質量水平及其評價的標準。課程的質量直接影響著人才培養(yǎng)的質量，抓住了課程建設就抓住了高等教育教學改革的“綱”。

二、以“一體二翼”為特色的過程裝備專業(yè)“卓越計劃”課程體系

過程裝備專業(yè)按“一體二翼”人才培養(yǎng)方案開展人才培養(yǎng)工作。其中，人才培養(yǎng)目標是以集知識、能力和素質于一體的復合型高級工程技術人才為目標，在知識、能力和素質三個要素中，確定以知識為“體”、以能力和素質為“二翼”的相互關系。在課程體系構建中，確定以專業(yè)知識為“體”，以外語和計算機能力培養(yǎng)為“二翼”的“一體二翼”課程體系，突出專業(yè)知識在課程體系中的核心地位。在專業(yè)知識體系中，確定以專業(yè)主干課程為“體”，以專業(yè)基礎課程和企業(yè)學習環(huán)節(jié)為“二翼”的課程體系，做到以專業(yè)主干課程為重點，以基本技能和基礎知識培養(yǎng)與企業(yè)學習環(huán)節(jié)的工程實踐能力培養(yǎng)并重的培養(yǎng)目標。在專業(yè)主干課程體系中，確定以“過、裝、控”相結合的“一體二翼”知識體系，即以裝備為“體”，以工藝過程及過程控制為“兩翼”。具體地說，裝備專業(yè)的主體是過程生產裝置，包括化工單元設備及成套技術，且必須以工藝過程和過程控制作為補充，從而使之具備“過、裝、控”一體化的專業(yè)綜合知識技能，具備成為石油化工機械卓越工程師的專業(yè)知識儲備。

三、過程裝備專業(yè)“卓越計劃”課程整合的基本方法

對于學校課程教學體系，以理論與實踐并重的原則，按“平臺+模塊”的形式，重新組合課程，構建基礎理論平臺、專業(yè)理論基礎平臺、專業(yè)課程平臺和職業(yè)素質平臺。在各平臺中，按模塊形式，以“創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)”為目標，重新組合課程。通過課程整合，使得調整后的專業(yè)教學計劃，在滿足企業(yè)學習1年的前提下，保證專業(yè)基礎理論、專業(yè)基礎知識和專業(yè)知識的完整性，實現(xiàn)“厚基礎、重專業(yè)、強實踐、高素質”的基本目標。例如：在一年級開設了《過程裝備與控制工程導論》課程，由本專業(yè)具有副教授以上職稱的老師和企業(yè)兼職教師共12名老師授課，分別講述本專業(yè)的主要學習內容、特色研究方向和企業(yè)對學生的要求。使學生從大一入學開始，就對本專業(yè)有一個全面、系統(tǒng)的了解。在二年級開設了《機械制造基礎》CDIO課程，該課程以CDIO理念為指導，以項目教學形式，融合構思、設計（制圖）、制造（公差和配合、機械加工和制造）、安裝和調試與一體，對學生綜合運用知識能力和工程實踐能力進行訓練。

四、《石油化工過程與裝備》課程整合實例

根據本專業(yè)“卓越計劃”人才培養(yǎng)目標和知識結構，以“與培養(yǎng)目標一致、與行業(yè)需求一致、與知識體系一致、與強化實踐能力一致、與綜合能力培養(yǎng)一致”的“5個一致”為原則，將以專業(yè)知識、能力和素質需求為指導，加強石油化工過程與裝備知識的融合力度，將原培養(yǎng)方案中的《化工原理》、《工程流體力學》、《過程設備總論》和《過程流體機械》（部分內容）四門課程整合為《石油化工過程與裝備》一門課程。整合后的課程依托石油化工行業(yè)特色，將石油化工過程與典型裝備緊密結合，同時去除多門課程中的重復知識點，縮減了學時，使課程體系更加嚴謹。該門課程的整合，充分體現(xiàn)了“卓越計劃”人才培養(yǎng)模式改革的精神，具有一定的示范作用。具體表現(xiàn)為：

1.依托石油化工行業(yè)特色，按專業(yè)人才培養(yǎng)目標“石油化工機械卓越工程師”的要求，以企業(yè)對專業(yè)人才知識結構的需求出發(fā)，確定課程的基本結構和主要內容，保證與培養(yǎng)目標的一致性。

2.按石油化工行業(yè)對過程裝備專業(yè)技術人員的要求，即對石油化工機械技術人員的要求是以石化裝備為主，同時兼顧過程與控制的知識，即要求懂機械的人，要懂些過程和控制，即專業(yè)主干課程體系的“一體二翼”。因此，本課程將石油化工過程與石油化工機械相融合，注重培養(yǎng)過程與機械均精通的專業(yè)人才，保證課程內容與行業(yè)需求的一致性。

3.課程體系的重新構建，保證與知識體系的一致性。以石油化工生產中的流動過程、傳質過程、傳熱過程和反應過程，即典型的“三傳一反”為主線，將原教學計劃中的《化工原理》、《工程流體力學》、《過程設備總論》和《過程流體機械》（部分內容）進行整合，將石油化工過程與典型裝備緊密結合，同時去除多門課程中的重復知識點，縮減了學時，使課程體系更加嚴謹。

4.教學方法與形式的改革與加強實踐能力培養(yǎng)的一致性。教學過程中，注重開展以學生為中心、以學生主動參與為主要形式的教學方法改革與實踐。將啟發(fā)式的課堂理論教學、基于項目訓練的小組合作學習和基于“典型成套裝置仿真實驗平臺”的實訓課題訓練相結合，開展以工藝過程計算、裝置分析設計、工程測試和設備選型為主要內容的項目訓練，加強實踐能力的培養(yǎng)。

5.注重教學過程的考核，與強化綜合能力培養(yǎng)一致。改變以試卷考試成績?yōu)橹鞯膯我豢己朔绞剑⒁詮娀芰ε囵B(yǎng)為核心的多元化考核方式。注重教學過程的考核，建立考試成績、項目訓練成績、實訓課題成績和平時成績于一體的綜合考核體系，以能力矩陣為考核指標點，注重學生綜合能力的考核，提高其在最終成績中所占的比重，強化學生綜合能力的培養(yǎng)。

經過3年來的探索和實踐，東北石油大學過程裝備專業(yè)圍繞“石油化工機械卓越工程師”人才培養(yǎng)目標，制定了“卓越計劃”人才培養(yǎng)方案并扎實推進實施。雖取得了一定的教學效果和成績，但高等工程教育改革是一項復雜的系統(tǒng)工程，仍需要按“卓越計劃”的相關精神和要求，繼續(xù)堅持“以行業(yè)企業(yè)需求為導向，以工程實際為背景，以工程技術為主線”的指導思想，不斷探索與實踐，提高學生的研究能力和工程實踐能力，為辦人民滿意的高等工程教育而努力。

參考文獻：

[1]教育部關于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見[R].教高[2011]1號.

[2]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案再研究[J].高等工程教育研究，2011，（4）：10-17.

[3]朱培逸，徐本連，謝啟.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃中課程體系和教學方法改革的探索[J].中國電力教育，2012，（13）：17-18.

[4]陳國華，梁峻.培養(yǎng)過程裝備與控制工程專業(yè)卓越工程師的思考[J].化工高等教育，2011，（2）：45-49.

基金項目：2011年黑龍江省高等教育教學改革項目（一般項目）—機械類專業(yè)實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的探索與實踐；2011年黑龍江省高等教育教學改革項目（重點項目）—基于“卓越計劃”的石油化工機械應用型人才培養(yǎng)模式改革