導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計算流體力學(xué)概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；環(huán)境類；教學(xué)難點(diǎn)；教學(xué)方法；銜接技巧

作者簡介：齊旭東（1981-），男，河北唐山人，河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，講師。（天津 300401）

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0130-02

一、環(huán)境類工程流體力學(xué)的學(xué)科特色分析

環(huán)境類專業(yè)涉及流體力學(xué)的內(nèi)容廣泛，而且與機(jī)械、熱能動力、水利等傳統(tǒng)學(xué)科對流體力學(xué)的要求有明顯不同。[1-3]河北工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保┉h(huán)境工程專業(yè)采用聞德蓀先生編著的《工程流體力學(xué)》教材，由高等教育出版社出版，分上下兩冊，上冊為《理論流體力學(xué)基礎(chǔ)》，下冊為《應(yīng)用流體力學(xué)》。該教材與其它傳統(tǒng)學(xué)科所采用的流體力學(xué)教材相比區(qū)別較大：由于人類生活和生產(chǎn)主要局限在生物圈，生物圈中水和氣是無處不在的，環(huán)境類專業(yè)主要圍繞水和氣，因此，上冊《理論流體力學(xué)基礎(chǔ)》的覆蓋面極大，包括靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、恒定平面勢流、流動相似原理、流動阻力和能力損失等模塊；下冊《應(yīng)用流體力學(xué)》包括孔口和管嘴出流、有壓管流、明渠流、堰流、滲流等模塊。下冊以水為主，旁及氣體，實(shí)際上是水力學(xué)基礎(chǔ)。但是，與傳統(tǒng)水力學(xué)又有著明顯的不同，這一不同并不是教材主要內(nèi)容的差異，而是學(xué)科體系的構(gòu)建不同。傳統(tǒng)水力學(xué)在學(xué)科構(gòu)建上有著鮮明的學(xué)科特色，而環(huán)境類專業(yè)所學(xué)習(xí)的《應(yīng)用流體力學(xué)》（教材下冊）是采用更加簡單的方式初步介紹水力學(xué)。換言之，是上冊《理論流體力學(xué)》的動力學(xué)在幾種特殊邊界流場中的具體應(yīng)用，這些特殊流場的研究對于設(shè)計和計算環(huán)境類的反應(yīng)器、構(gòu)筑物的形式和尺寸，以及流體輸配具有重要意義。

工程流體力學(xué)與三大力學(xué)（理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)）相比，其主要概念和原理幾乎沒有相似之處，[4-6]與大學(xué)物理學(xué)相比也無相似之處。[7]換言之，在工程流體力學(xué)中涉及的概念和原理對本科生來說幾乎是全新的。工程流體力學(xué)建立在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)基礎(chǔ)上，是通過牛頓經(jīng)典力學(xué)和高等數(shù)學(xué)知識對流體靜止和運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行研究，通過歐拉法或拉格朗日法對流動現(xiàn)象建立數(shù)學(xué)模型，從而用微積分等高等數(shù)學(xué)方法解決流體流動問題。該學(xué)科的基本概念和原理在三大力學(xué)或大學(xué)物理學(xué)中幾乎是從未提及過的。

可見，工程流體力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)鮮明，是環(huán)境類專業(yè)的重要骨干課程。筆者從事工程流體力學(xué)教學(xué)7年有余，并主動向老教師或其他同行學(xué)習(xí)探討，發(fā)現(xiàn)除了要把握好該課程的學(xué)科特點(diǎn)外，對教學(xué)難點(diǎn)也要廣泛篩選、收集和研究，并結(jié)合教學(xué)方法進(jìn)行探討論證，[8-12]具體分析見表1及下文。

表1 若干教學(xué)難點(diǎn)與教材章節(jié)對應(yīng)一覽表

序號 教學(xué)難點(diǎn) 教材章節(jié)[1]

1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 第一章緒論

2 隔離體受力分析 第一章緒論

3 流體相對平衡 第二章流體靜力學(xué)

4 流體靜力學(xué)基本方程、阿基米德原理 第二章流體靜力學(xué)

5 拉格朗日法、歐拉法 第三章流體運(yùn)動學(xué)

6 亥姆霍茲速度分解定理 第三章流體運(yùn)動學(xué)

7 理想流體動力學(xué)、實(shí)際流體動力學(xué) 第四章理想流體動力學(xué)和平面勢流、第五章實(shí)際流體動力學(xué)基礎(chǔ)

8 牛頓一般相似原理、單項(xiàng)力相似準(zhǔn)則 第六章量綱分析和相似原理

9 普朗特混和長度理論 第七章流動阻力和能量損失

10 孔口、管嘴出流和有壓管流 第九章有壓管流和孔口、管嘴出流

11 堰流 第十章明渠流和閘孔出流及堰流

12 滲流 第十一章滲流

二、環(huán)境類工程流體力學(xué)的教學(xué)難點(diǎn)與教學(xué)方法銜接技巧分析

連續(xù)介質(zhì)假設(shè)（序號1）是工程流體力學(xué)的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻，但是作為一門新課程的開始，學(xué)生往往很難接受這樣的模型假設(shè)。因此，宜采用討論法處理該問題，討論法的難點(diǎn)是避免討論課的無計劃性。質(zhì)點(diǎn)的概念對于研究流體運(yùn)動是至關(guān)重要的，但是有大半學(xué)生掌握不到要領(lǐng)。具體體現(xiàn)在，把流體質(zhì)點(diǎn)的概念與物理學(xué)剛體質(zhì)點(diǎn)的概念混淆，覺得二者完全一致，沒有特殊涵義。面對這一問題，與學(xué)生針對兩個“質(zhì)點(diǎn)”概念進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)理分析是很必要的。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的核心理念是流體質(zhì)點(diǎn)概念的提出，流體質(zhì)點(diǎn)是這樣定義的：流體質(zhì)點(diǎn)是指尺度大小同一切流動空間（流場）相比微不足道又含有大量分子，具有一定質(zhì)量的流體微元；物理學(xué)中的剛體如果只發(fā)生平移運(yùn)動的話，該剛體可簡化成質(zhì)點(diǎn)處理，即用一個質(zhì)點(diǎn)代替剛體，使物理運(yùn)算變得很方便。因此，這兩個“質(zhì)點(diǎn)”概念有著不同的涵義，流體的主要特點(diǎn)之一就是易流動性，流場的形狀受制于邊界條件，流場在流動過程中，邊界形狀不斷變化，所以，流場形狀也在不斷變化，因此，流體質(zhì)點(diǎn)不能替代流場，而是由大量的流體質(zhì)點(diǎn)組成連續(xù)介質(zhì)，填充整個流場。

工程流體力學(xué)本質(zhì)上講是力學(xué)問題，需要在解題前進(jìn)行受力分析（序號2）。在中學(xué)物理學(xué)中，受力分析貫穿始終，為中學(xué)生所熟知。所以，該部分的學(xué)習(xí)推薦采用自學(xué)指導(dǎo)法和對比分析法，這樣可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。由于流場形狀受制于邊壁，流體的受力分析規(guī)律性不明顯，這與中學(xué)物理學(xué)的剛體受力分析區(qū)別較大。流體受力分析，均可從兩個方面進(jìn)行，即質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力包括重力和慣性力，屬于遠(yuǎn)程力，作用在整個流場的所有質(zhì)點(diǎn)上，其中，慣性力的存在與否取決于坐標(biāo)系的選擇。如果選擇慣性坐標(biāo)系，則慣性力肯定不存在；如果選擇非慣性坐標(biāo)系，則慣性力肯定存在。表面力包括切應(yīng)力和壓應(yīng)力，概念的內(nèi)涵與剛體的表面力相似，切應(yīng)力和壓應(yīng)力之間的區(qū)別在于作用力方向的不同。

很多學(xué)生不了解學(xué)習(xí)流體相對平衡（序號3）的意義何在，根據(jù)該知識的特點(diǎn)，可采用探究發(fā)現(xiàn)法處理該部分內(nèi)容。流體相對平衡的意義，在于將特殊的運(yùn)動問題轉(zhuǎn)化成相對靜止的問題，從而使計算得到簡化。當(dāng)整個流場與固體邊壁無相對運(yùn)動時，選擇非慣性坐標(biāo)系，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理引入慣性力，可用相對平衡條件來處理該問題，即對隔離體采用受力平衡條件，可使計算過程大大簡化。

中學(xué)物理學(xué)所熟悉的流體靜力學(xué)基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何從流體靜力學(xué)的角度來重新定義（序號4），也是這一章的難點(diǎn)。該難點(diǎn)的講解宜采用啟發(fā)性談話法，該方法一定要注意談話內(nèi)容的設(shè)計合理性，以期對整個談話過程有的放矢。流體靜力學(xué)基本方程的限定條件是質(zhì)量力僅有重力，也就是說，坐標(biāo)系為慣性坐標(biāo)系。如果將其推廣到非慣性坐標(biāo)系，則計算方法應(yīng)為歐拉平衡微分方程的積分式，歐拉平衡微分方程是建立在牛頓第二定律基礎(chǔ)上的。該部分需要學(xué)生將流體靜力學(xué)基本方程與歐拉平衡微分方程積分式進(jìn)行對照。阿基米德原理是計算浮力的基本原理為中學(xué)生所熟知，在中學(xué)物理中往往解釋成由實(shí)驗(yàn)研究獲得，實(shí)際上在大學(xué)工程流體力學(xué)中可以解釋成曲面所受靜壓力的合效應(yīng)使其意義更廣泛。

流動現(xiàn)象如何用數(shù)學(xué)語言描述，這是流體力學(xué)建立的基礎(chǔ)，該難點(diǎn)的處理宜采用講授法。描述流體運(yùn)動的方法有兩種，即拉格朗日法和歐拉法（序號5）。拉格朗日法是從流場中選擇關(guān)鍵性流體質(zhì)點(diǎn)組成流體質(zhì)點(diǎn)系，跟蹤每一個流體質(zhì)點(diǎn)，研究其運(yùn)動規(guī)律，進(jìn)而總結(jié)出質(zhì)點(diǎn)系運(yùn)動規(guī)律，從而推演出整個流場運(yùn)動規(guī)律，該方法概念清晰，但是分析和計算過程復(fù)雜。歐拉法是從流場中選擇有代表性的空間點(diǎn)，分析這些空間點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律，從而總結(jié)出整個流場運(yùn)動規(guī)律。在計算流體力學(xué)中，常常采用拉格朗日法，在工程流體力學(xué)中常常采用歐拉法。

流體微元運(yùn)動的基本形式包括平移、轉(zhuǎn)動、角變形、線變形等。在流體微元內(nèi)部，如果已知其中一點(diǎn)的運(yùn)動要素，在微元內(nèi)其他空間點(diǎn)的運(yùn)動要素可以用已知點(diǎn)的運(yùn)動要素表達(dá)出來，該定理稱為亥姆霍茲速度分解定理（序號6）。很多學(xué)生對該定理存在疑問：微元內(nèi)部這兩個空間點(diǎn)之間怎么會存在聯(lián)系？該問題適合采用探究發(fā)現(xiàn)法進(jìn)行介紹，教師可首先將其轉(zhuǎn)化成高等數(shù)學(xué)的模型，提示學(xué)生用微積分的方法來處理，具體而言，二者之間的聯(lián)系是通過高等數(shù)學(xué)中的泰勒公式建立的。

理想流體動力學(xué)和實(shí)際流體動力學(xué)（序號7）在工程流體力學(xué)中是可以合并講授的，采用系統(tǒng)講授法更合適，這樣更有利于知識的完整性。流體動力學(xué)主要涉及三大方程的后兩個，即能量方程和動量方程。首先介紹理想流體運(yùn)動微分方程和實(shí)際流體運(yùn)動微分方程，前者也稱為歐拉運(yùn)動微分方程，后者也稱為N-S方程，這兩個重要方程均由牛頓第二定律推導(dǎo)獲得，二者可作為計算流體力學(xué)基礎(chǔ)，由此也可推導(dǎo)出能量方程。另一點(diǎn)需要注意，能量方程有兩種形式，理想流體能量方程和實(shí)際流體能量方程，前者可以統(tǒng)一到后者中去，由于實(shí)際流體存在粘滯力，可產(chǎn)生能量損失，即單位重量流體從計算斷面1-1運(yùn)動到計算斷面2-2時的平均能量損失；如果是理想流體，則粘滯力不存在，產(chǎn)生的能量損失為0。

量綱分析和相似原理主要涉及到（動力）相似準(zhǔn)則里的牛頓一般相似原理和單項(xiàng)力相似準(zhǔn)則之間的辯證關(guān)系（序號8）。該部分知識瑣碎，宜采用講授法。兩個流動，即原型和模型流動，如果要實(shí)現(xiàn)流動相似，幾何相似和初始條件、邊界條件相似是基礎(chǔ)，動力相似是保證，運(yùn)動相似是目標(biāo)。如果要實(shí)現(xiàn)動力相似，需要對應(yīng)空間點(diǎn)處各個同名力方向相同，大小成固定比例，這稱為牛頓一般相似原理。但如果在幾何相似和牛頓一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的幾何形狀和大小完全一致，失去了模型實(shí)驗(yàn)可縮小原型幾何尺寸的意義。正是基于此，所以提出單項(xiàng)力相似準(zhǔn)則，在流動中起主導(dǎo)作用的力往往只有一種，這是流動現(xiàn)象的特點(diǎn)，所以如果在原型和模型中，起主導(dǎo)作用的力相似的話，可認(rèn)為二者的動力相似已實(shí)現(xiàn)。

普朗特混和長度理論（序號9）是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，大多數(shù)學(xué)生感覺該部分不知所云。比如說，該半經(jīng)驗(yàn)理論的意義是什么，問題從何而來？該部分宜采用討論法。流體處于湍流狀態(tài)時，運(yùn)動參數(shù)可以分為時均流速和脈動流速，時均流速產(chǎn)生時均切應(yīng)力，脈動流速產(chǎn)生附加切應(yīng)力，時均切應(yīng)力的計算采用牛頓內(nèi)摩擦定律，附加切應(yīng)力計算采用脈動流速計算，即，其中脈動流速ux’和uy’計算困難，需要通過普朗特混和長度理論進(jìn)行計算，該理論通過將湍流脈動與理想氣體自由程理論進(jìn)行類比，提出自由程概念，從而將脈動速度與時均速度建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了附加切應(yīng)力的計算可行性。

孔口、管嘴出流和有壓管流（序號10）是研究水力設(shè)備和輸配水管網(wǎng)的基礎(chǔ)，這一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、長管、管網(wǎng)，對這些模型的深入研究需要采用上冊流體動力學(xué)的連續(xù)性方程和能量方程，在深入分析流動規(guī)律后，可得最一般的規(guī)律性，即流量和斷面平均流速的計算公式。這部分可以看成針對幾種特殊邊界應(yīng)用動力學(xué)方程來求解計算題，所以在介紹了孔口或短管以后，其他形式的邊界流動由學(xué)生通過練習(xí)法和討論法來自學(xué)，最后由教師進(jìn)行總結(jié)。

在緩流中，為控制水位和流量而設(shè)置的頂部溢流的障壁稱為堰，緩流經(jīng)堰頂溢流的局部水流現(xiàn)象稱為堰流（序號11）。在環(huán)境類專業(yè)中，堰是常用的溢流集水設(shè)備和量水設(shè)備，在一確定的堰流中，流量與其它特征量的關(guān)系明確。薄壁堰可在環(huán)境類構(gòu)筑物中作為出水設(shè)施，如二次沉淀池出水等。該部分內(nèi)容生疏，宜采用演示法和講授法。

滲流（序號12）是指流體在孔隙介質(zhì)中流動，該流動狀態(tài)在地下水中廣泛存在，對地下取水井的設(shè)計往往要采用該模型的相關(guān)理論。該部分多在研究生階段深入學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語

工程流體力學(xué)在環(huán)境類專業(yè)中的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義重大，在注冊環(huán)保工程師基礎(chǔ)考試中份額可觀。該課程學(xué)習(xí)難點(diǎn)頗多，對于本科生來說學(xué)習(xí)的壓力較大，需要教師在知識點(diǎn)梳理、難點(diǎn)篩選、師生溝通、教學(xué)方法總結(jié)等方面多做工作，筆者通過對環(huán)境類專業(yè)工程流體力學(xué)教學(xué)的自身體會完成此文，希望對教學(xué)一線的教師有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]聞德蓀.工程流體力學(xué)（水力學(xué)）[M].第3版.北京：高等教育出版社，2010.

[2]陳卓如.工程流體力學(xué)[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.

[3]吳持恭.水力學(xué)[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.

[4]哈爾濱建筑工程學(xué)院，沈陽建筑工程學(xué)院.理論力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社，1992

[5]劉鴻文.簡明材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[6]王煥定，章梓茂，景瑞.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].第3版.北京：高等教育出版社，2011

[7]東南大學(xué)等七所工科院校.物理學(xué)[M].第五版.北京：高等教育出版社，2008

[8]教育部人事司.高等教育學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[9]教育部人事司.高等教育心理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[10]河北省教師教育專家委員會.教育原理[M].石家莊：河北人民出版社，2007.

篇2

關(guān)鍵詞 流體力學(xué)； 模擬分析； ABAQUS

中圖分類號TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）94-0199-02

0引言

計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics， CFD）的研究始于上世紀(jì)70年代早期。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門綜合運(yùn)用物理學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及計算機(jī)科學(xué)模擬流體流動狀態(tài)的工程科學(xué)。到了上世紀(jì)80年代中期，流體力學(xué)的研究重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)移到對由Navier-Stokes方程描述的粘性流的模擬。與此同時，具有不同數(shù)值復(fù)雜性和精確度的湍流模型種類也逐漸演變而成。如今最先進(jìn)的擾流模擬方法由直接數(shù)值模擬方法（Direct Numerical Simulation）為代表，可是這種方法并不能很好地用于工程領(lǐng)域。

到了80年代末，利用了數(shù)值方法，特別是隱性數(shù)值方法的先進(jìn)性，需要進(jìn)行真實(shí)氣體模擬的的流體模擬也漸漸變得可行。目前，CFD方法已經(jīng)廣泛用機(jī)、汽車、輪船的設(shè)計，以及天氣預(yù)報、海洋學(xué)研究和天體物理學(xué)等方面。CFD方法在工程科學(xué)及某些物理科學(xué)的研究中已變得越來越重要。

ABAQUS/CFD是集成在ABAQUS軟件包中用以求解流體力學(xué)問題的模塊。ABAQUS/CFD采用混合有限體積法和有限元法的求解方法來計算不可壓縮的層流和湍流問題，具有較高的求解精度，在集成的FEA-CFD多物理環(huán)境中能獲得可擴(kuò)展的CFD解。本文通過一個流體力學(xué)的例子，簡單介紹在ABAQUS/CFD中進(jìn)行流體力學(xué)分析的基本步驟，并對計算結(jié)果進(jìn)行了初步的分析。

1 流體力學(xué)控制方程

從流體力學(xué)連續(xù)性方程、動量方程和能量方程可以推導(dǎo)出非定常三維可壓縮粘性流動的納維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。

1.1連續(xù)性方程（continuity equation）

非守恒形式：

守恒形式：

1.2 動量方程（momentum equation）

2.1建立CFD模型

ABAQUS/CFD在進(jìn)行流體力學(xué)分析時需首先建立流體的模型，本例中流體流經(jīng)長10m，寬3m，高0.2m的長方形管道，管道中央有直徑為0.5m的圓柱體。見圖1。

2.2定義流體及網(wǎng)格劃分

ABAQUS/CFD只能處理牛頓流體（Newtonian fluid， 指流體中的剪應(yīng)力與剪應(yīng)變不成線性關(guān)系），在本例中，流體的密度為1000kg/m3，粘度為0.1pa.sec，溫度設(shè)為室溫。

在本例中劃分網(wǎng)格類型為具有8個節(jié)點(diǎn)的線性流體塊（8-node linear fluid brick）， 在中央的圓柱壁上網(wǎng)格變?yōu)樘菖_狀，見圖2。

2.3. 分析結(jié)果

通過在ABAQUS/CFD中進(jìn)行分析， 我們得到了以上例子的運(yùn)算結(jié)果，圖3a是容器內(nèi)流體速度的分布情況，可見圓柱體

兩側(cè)流體速度較高。圖3b是容器內(nèi)流體壓力分布的情況。

3 結(jié)論

本文首先介紹了計算流體力學(xué)的一般公式?；贏BAQUS/CFD平臺，通過文中例子的分析，向讀者介紹了ABAQUS/CFD軟件的特點(diǎn)和一般使用方法分析了一個較簡單的流體力學(xué)問題，并得到了該問題的流體速度和流體應(yīng)力在分析域內(nèi)的分布情況。通過運(yùn)用ABAQUS/CFD軟件，我們能得到一般流體力學(xué)問題中流體速度和應(yīng)力較高的位置，并在設(shè)計和施工中予以一定的重視，對實(shí)際工程的設(shè)計和分析具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]putational Fluid Dynamics： Principles and Applications. ElSEVIER，2001.

[2]John D.Anderson，JR，Computational Fluid Dynamics：The Basics with Applications，2001.

[2]羅賽虎，田斌.基于ABAQUS的重力壩時程動力分析.云南水力發(fā)電，2011.

篇3

[關(guān)鍵詞]本科院校；環(huán)境工程；流體力學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0038-02

流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講述工程流體力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，主要內(nèi)容包括流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、流動能量損失及有壓管流和明渠流等。由于該課程涉及高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)等，基本概念多且抽象，對學(xué)生的綜合分析和處理問題的能力要求高，因此學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)較為困難。流體力學(xué)課程一般在第4學(xué)期開設(shè)，開設(shè)在高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)等課程之后。

隨著教學(xué)改革的不斷深入，如何針對流體力學(xué)抽象概念多、數(shù)學(xué)分量重、理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，有針對性地對環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生尤其是應(yīng)用型本科院校的學(xué)生進(jìn)行授課，本文從以下幾個方面進(jìn)行了探討。

一、針對專業(yè)特色和課時量，優(yōu)選教材

流體力學(xué)分為理論流體力學(xué)和工程流體力學(xué)。前者適用理科專業(yè)方向，偏重理論；后者適用工科專業(yè)方向，著重于工程應(yīng)用。對于應(yīng)用型本科院校來說，應(yīng)選用偏重于工程應(yīng)用的工程流體力學(xué)作為教學(xué)內(nèi)容。目前，環(huán)境工程專業(yè)尤其是側(cè)重于水處理的環(huán)境工程專業(yè)，其流體力學(xué)的知識主要用于解決污水處理廠設(shè)計中的流體力學(xué)問題，課時量被壓縮到50個課時左右。因此，要選用適用于較短學(xué)時，并且側(cè)重于水力學(xué)知識的教材。教材要能夠與時俱進(jìn)，精益求精，注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重內(nèi)容的系統(tǒng)性與完整性，能夠涵蓋流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、有壓管流、明渠流等基本內(nèi)容。教材要有一定的例題和課后思考、復(fù)習(xí)題，能夠開拓學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最好能附有實(shí)驗(yàn)演示的光盤。

二、豐富教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

學(xué)生普遍反映流體力學(xué)很難，其中的主要原因在于W生的學(xué)習(xí)積極性不高，不肯花時間去鉆研。確實(shí)，流體力學(xué)對于初學(xué)者來說，是有一定的難度，這就要求教師在講授緒論課時，要讓學(xué)生了解流體力學(xué)的任務(wù)以及在專業(yè)及后續(xù)課程中的作用，從而啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時，教師要對學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)提出明確要求，如哪些內(nèi)容需要掌握，哪些內(nèi)容需要了解，使學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)做到心中有數(shù)，樹立學(xué)好這門課程的自信心。[1]

三、改進(jìn)教學(xué)方法和手段，突出重點(diǎn)

流體力學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于公式的推導(dǎo)和理論的理解，以及用理論和公式解決實(shí)際問題。例如，在流體靜力學(xué)這一章中，關(guān)于流體平衡微分方程的推導(dǎo)，就涉及高等數(shù)學(xué)中的連續(xù)函數(shù)和泰勒展開式等，這是一個難點(diǎn)，對學(xué)生的高數(shù)基礎(chǔ)要求比較高。而求解作用在平面上的靜水總壓力有兩種計算方法，一種是解析法，一種是圖解法。解析法要求學(xué)生有工程力學(xué)的靜力矩和慣性矩的知識以及基本的幾何知識，此法的壓力中心在受壓面的形心的下面，與形心不重合；而在圖解法中，靜水總壓力的壓力中心與壓強(qiáng)分布圖的形心重合。雖然課上教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)兩種方法的區(qū)別，但基礎(chǔ)差和理解能力不強(qiáng)的學(xué)生仍然一頭霧水，不能很好地解決實(shí)際問題。針對這一情況，教師在課堂講解時應(yīng)盡量利用多媒體課件進(jìn)行講解，最好還能結(jié)合模型進(jìn)行講解。例如可以借助一塊平板，將其置于水下，標(biāo)注其形心和壓力中心的位置，再將平板與一棱柱體結(jié)合，分析壓強(qiáng)分布圖的形心位置。這種形象地講解，有助于學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容。

在教學(xué)過程中，多媒體可充分利用圖形、圖像、聲音、錄像將教學(xué)內(nèi)容充分表現(xiàn)出來，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加快教學(xué)信息的傳遞速度，提高課堂教學(xué)效率，擴(kuò)大學(xué)生知識面。[2]但多媒體也帶來了一系列的問題，如學(xué)生在聽課過程中，多媒體課件一晃而過，當(dāng)時學(xué)生感覺很好， 但真正留在腦海里能掌握的內(nèi)容卻很少，這容易造成學(xué)生眼高手低。因此，流體力學(xué)的教學(xué)要多媒體和板書相結(jié)合，在進(jìn)行公式的推導(dǎo)和例題的講解時，最好使用板書，這樣可以使學(xué)生印象深刻，增加記憶的時間；而在講解流線和跡線等比較抽象的內(nèi)容時，可以采用動畫形式，這樣能夠加深學(xué)生的直觀理解， 有助于提高教學(xué)效果。

流體力學(xué)的學(xué)習(xí)講究系統(tǒng)性，各章之間又相對獨(dú)立。在每次上課之前，教師應(yīng)對上節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)，并可以采用提問的形式，讓學(xué)生了解自己對上節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容的掌握情況。在每一章節(jié)開始時，教師應(yīng)首先向?qū)W生介紹本章的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)以及與前后章節(jié)的聯(lián)系，每學(xué)完一章后教師要進(jìn)行歸納總結(jié)，以便讓學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通。對于重要的內(nèi)容，教師在課上講解的時候要明確指出，回顧的時候要對這部分內(nèi)容進(jìn)行提問，在一章講完歸納總結(jié)的時候，要再次強(qiáng)調(diào)這部分內(nèi)容，相信這樣可以使學(xué)生印象比較深刻。

四、理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，充分利用有限的課時

流體力學(xué)往往有0.5個學(xué)分的實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)的主要目的是通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，更好地運(yùn)用所學(xué)理論解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)讓學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)物理量之間的相互關(guān)系，以便發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，這非常重要。[3]很多教師的做法是理論課全部講完了，再集中上實(shí)驗(yàn)課，這種做法有利有弊。優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生在上完理論課后，在實(shí)驗(yàn)課上教師再講解一遍實(shí)驗(yàn)原理，可以加深其對知識的理解和記憶。弊端是上理論課時，教師不能形象地講解，學(xué)生不能很好地掌握；上實(shí)驗(yàn)課時，教師再講解一遍，費(fèi)時費(fèi)力。對于應(yīng)用型本科院校來說，其培養(yǎng)的是應(yīng)用型人才，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是人才培養(yǎng)最基本的工作。尤其在總課時量被壓縮的情況下，充分利用實(shí)驗(yàn)課的時間，將理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，就成為一種行之有效的手段。流體力學(xué)中的很多內(nèi)容，例如雷諾實(shí)驗(yàn)，沿程水頭損失和局部水頭損失的計算都可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行講解，一邊講解，一邊實(shí)驗(yàn)演示。還可以在流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中增加多媒體設(shè)備或者其他可視化設(shè)備，課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)，課上講解完理論，直接就讓學(xué)生動手做實(shí)驗(yàn)，課后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣既能充分利用有限的課時，又能使學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識，還能鍛煉學(xué)生的動手能力和歸納總結(jié)的能力，一舉數(shù)得。

五、加作業(yè)環(huán)節(jié)，改革考核方式

學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨(dú)立自主地解決實(shí)際工程問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對所學(xué)知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。[4]當(dāng)然，布置作業(yè)不等于搞題海戰(zhàn)術(shù)。例如，關(guān)于典型的三大方程，即連續(xù)性方程、能量方程、動量方程的應(yīng)用，有三種類型的典型題目，即彎管內(nèi)水流對管壁的作用力，水流對建筑物的作用力和射流對平面壁的沖擊力，每種類型的題目可以布置1～2道作業(yè)題。而關(guān)于求解作用在平面上和曲面上靜水總壓力的計算，題目形式多樣，壓力體的形狀靈活多變，可以適當(dāng)多布置作業(yè)題，讓學(xué)生盡可能多掌握各種類型的題目。同時教師可以在課堂上專門安排習(xí)題課。這樣一方面可對學(xué)生所做作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評，剖析典型例題，啟發(fā)學(xué)生舉一反三；另一方面，這也可給學(xué)生提供了課堂討論的機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生掌握發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思路、方法和技巧，能對學(xué)生思維進(jìn)行鍛煉，讓學(xué)生觸類旁通。[5]除了典型的計算題以外，習(xí)題課上還可以設(shè)置選擇題、填空題和判斷題等，避免學(xué)生重計算，輕概念。

目前，在考核方式上，一般是平時成績占20%，實(shí)驗(yàn)成績占20%，期末成績占60%。這種考核方式雖然兼顧了期末考試和平時表現(xiàn)，但也存在弊端。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生平時作業(yè)做得不錯，但期末卷面成績非常不理想。究其原因，可能是平常作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象，上課雖然出勤率高，但課上聽講不認(rèn)真。如何改變這一現(xiàn)狀？一方面，可以適當(dāng)減少平時成績所占的比重，例如平時成績占10%，期末成績占70%，實(shí)驗(yàn)成績占20%；另一方面，實(shí)驗(yàn)成績單獨(dú)計算，而在理論考試中，平時成績占20%，期末成績占80%。當(dāng)然，更為重要的是教師要練就“火眼金睛”，要具有高度的責(zé)任心：一是對作業(yè)雷同的現(xiàn)象，一律給予當(dāng)次作業(yè)不及格；二是要加強(qiáng)課堂紀(jì)律的管理，對于回答問題的情況、課上表現(xiàn)等都要作為平時成績的重要方面進(jìn)行考核。只有這樣，才能真正體現(xiàn)出考核的公正性和合理性。

總之，針對應(yīng)用型本科院校，流體力學(xué)的教學(xué)應(yīng)與學(xué)校的辦學(xué)特色、辦學(xué)定位相結(jié)合。應(yīng)在總課時量不增加的前提下，優(yōu)選教材；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)；加強(qiáng)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，增加綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵學(xué)生自己動手研發(fā)、設(shè)計小型實(shí)驗(yàn)裝置，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力與創(chuàng)造能力，這樣才能夠提高學(xué)生各方面的能力，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、善實(shí)踐、能創(chuàng)新、高素質(zhì)”的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 張羽，張仙娥.環(huán)境工程專業(yè)《流體力學(xué)》的教學(xué)探討[J]. 華北水利水電學(xué)院學(xué)報（社科版），2010（4）：156-157.

[2] 宿程遠(yuǎn)，張建昆，陳孟林.師范學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)流體力學(xué)課程改革初探[J].中國電力教育，2008（12）：117-118.

[3] 王偉.土木專業(yè)工程流體力學(xué)課程教學(xué)研究[J].山西建筑，2008（21）：182-183.

篇4

一、流體力學(xué)課堂的教學(xué)方法

流體力學(xué)是工程技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其課程性質(zhì)決定了其課堂教學(xué)的內(nèi)容理論性知識多、記憶量大，比較枯燥。學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，容易產(chǎn)生乏味感和懈怠感，導(dǎo)致流體力學(xué)的課堂效果不佳，學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況不好等問題。在課堂上學(xué)生無法做到全神貫注地學(xué)習(xí)和理解，也就使學(xué)生無法做到對知識點(diǎn)的有效掌握，就會使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降。特別是流體力學(xué)與其他學(xué)科和行業(yè)都有一定的聯(lián)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中如果不能理解所學(xué)的知識點(diǎn)，對其在其他相關(guān)學(xué)科中的學(xué)習(xí)也有一定的阻礙。由于流體力學(xué)是一門基礎(chǔ)性學(xué)科，學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)時，其基本的任務(wù)是要將流體力學(xué)的理論知識與重點(diǎn)深入地理解和掌握，但學(xué)生往往忽視了基礎(chǔ)知識以及理論知識的重要性，過分地關(guān)注在例如方程推導(dǎo)等內(nèi)容上，使學(xué)生的學(xué)習(xí)出現(xiàn)斷層，無法做到整體的理解和掌握。針對這些問題，教師可以在課堂中進(jìn)行一定的改革和變化。首先，教師可以在每日上課前對本次課程所要講解的內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)。通過精彩的引言，將本次課程所講的內(nèi)容與前后知識點(diǎn)相結(jié)合，使學(xué)生能夠得到具有極大吸引力以及趣味性的課堂形式。在進(jìn)行講解過程中可以將流體力學(xué)知識與生活中的自然現(xiàn)象以及科學(xué)原理進(jìn)行闡釋，從生活中帶入，使學(xué)生產(chǎn)生共鳴，進(jìn)而做到有效的學(xué)習(xí)。而在課堂結(jié)束后，為了保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，檢查學(xué)生的記憶效果，則可以為學(xué)生進(jìn)行別致的課后作業(yè)，在課后作業(yè)的幫助下，使學(xué)生能夠有效地記憶知識點(diǎn)和概念，使學(xué)生能夠改善知識點(diǎn)掌握不良的情況，為學(xué)生在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中增添助力。而教師在教學(xué)過程中，對學(xué)生的引導(dǎo)也十分重要。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容理解偏頗、學(xué)習(xí)方法不當(dāng)以及學(xué)習(xí)的重點(diǎn)掌握不明等問題，這時教師應(yīng)對學(xué)生進(jìn)行積極有效的引導(dǎo)，特別是在概念的記憶方面，引導(dǎo)學(xué)生以記憶概念為主的學(xué)習(xí)方法，防止學(xué)生過分追求解題而導(dǎo)致的知識點(diǎn)記憶斷層。教師在每章節(jié)的教學(xué)后，應(yīng)對學(xué)生進(jìn)行一定的復(fù)習(xí)教學(xué)與指導(dǎo)，幫助學(xué)生明確每一章節(jié)的重要內(nèi)容，并對學(xué)生的知識理解做到有效的掌握和補(bǔ)充。

二、多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

多媒體教學(xué)作為當(dāng)前較為先進(jìn)的教學(xué)方式，對豐富教學(xué)內(nèi)容，增添教學(xué)形式都有重要的地位和作用。多媒體教學(xué)目前也成為流體力學(xué)教學(xué)過程中重要的教學(xué)形式之一。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的地方在于，教師不需要在課堂上利用板書進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的展示和講解，在教學(xué)過程中，能夠加快教師的教學(xué)進(jìn)度，使學(xué)生能夠輕松地完成繁重的教學(xué)任務(wù)，并通過多媒體教學(xué)形式，在較為復(fù)雜且理解性較強(qiáng)的知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)過程中，能夠通過動畫、圖像、視頻以及聲音等內(nèi)容進(jìn)行輔講解，使學(xué)生更好地理解所要掌握的內(nèi)容。但多媒體教學(xué)也存在著一定的缺陷，例如在多媒體教學(xué)的模式下，教師不需要通過板書進(jìn)行講解和推導(dǎo)，學(xué)生理解和記憶的時間短，無法保證所有學(xué)生都能夠做到對所講知識有效地理解和掌握，而多媒體教學(xué)在師生互動方面也存在一定的缺陷，學(xué)生與教師的互動減少，教師則無法通過學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)的進(jìn)度和速度，使學(xué)生在高壓高速的課堂氛圍下進(jìn)行學(xué)習(xí)，長時間就會造成學(xué)生注意力不集中，教學(xué)效果大打折扣。可見，多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)過程中缺一不可?？梢酝ㄟ^對二者的結(jié)合，將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢與劣勢互補(bǔ)，以做到最有效最積極的課堂教學(xué)形式和效果。

三、結(jié)語

篇5

關(guān)鍵詞 計算流體力學(xué)；風(fēng)機(jī)；數(shù)值模擬；發(fā)展前景

中圖分類號TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）73-0209-01

0引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的的不斷進(jìn)步和發(fā)展，風(fēng)機(jī)的產(chǎn)生在國民經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)發(fā)展中起到很大的促進(jìn)作用，風(fēng)機(jī)將隨著時代的發(fā)展，不斷更新技術(shù)研究，從而能夠更好的適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)計，人們僅靠試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)設(shè)計。但由于試驗(yàn)研究方法受到各種條件的限制，很多模擬參數(shù)的測量受到很多不良因素的影響，給測量結(jié)果帶來很大的困難，很容易降低風(fēng)機(jī)數(shù)值的實(shí)用性，對風(fēng)機(jī)數(shù)值測量的誤差加大。而現(xiàn)階段，由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用商業(yè)CFD軟件對風(fēng)機(jī)的全三維流場進(jìn)行模擬已越來越普遍，也就是利用計算流體力學(xué)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬的研究，給數(shù)值模擬工作帶來了很大的便利，通過對計算結(jié)果進(jìn)行了分析，模擬結(jié)果有助于理解風(fēng)機(jī)內(nèi)部的流動規(guī)律。

1 計算流體力學(xué)的概念分析

計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）起源于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時的學(xué)科興起跟計算機(jī)的技術(shù)發(fā)展有很大關(guān)系，隨著人們對其不斷的發(fā)展和研究，計算流體力學(xué)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，各種商品化的CFD通用性軟件開始應(yīng)用這類力學(xué)研究，同時更是對很多工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)發(fā)展起到很大的作用，計算流體力學(xué)以計算機(jī)為基礎(chǔ)，利用數(shù)值的方法進(jìn)行對流體力學(xué)各類問題的研究和模擬，主要在離散格式、湍流模型與網(wǎng)格生成等方面進(jìn)行相對的數(shù)值試驗(yàn)、計算機(jī)模擬和分析研究，利用計算流體力學(xué)研發(fā)出得CFD技術(shù)，不僅極大的克服了傳統(tǒng)流體力學(xué)中不完善的問題，而且還在應(yīng)用領(lǐng)域得以全面的擴(kuò)大，很多核能、化工、建筑等領(lǐng)域都有其力學(xué)的涉略。風(fēng)機(jī)在以上領(lǐng)域也有其所用之處，為此，計算流體力學(xué)對風(fēng)機(jī)的設(shè)計和研究也有很大的作用。

2 風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬分析

眾所周知，風(fēng)機(jī)的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工具，其在對生產(chǎn)過程中發(fā)出的大量濕、熱、工業(yè)粉塵、甚至有害氣體和蒸汽都有著有效的防護(hù)和凈化處理的作用，同時還能回收再利用，有效的對資源進(jìn)行合理的分配整合，其中風(fēng)機(jī)在紡織業(yè)的作用較為突出，絡(luò)筒機(jī)的離心風(fēng)機(jī)提供了吸紗的作用，不僅可以免去資源浪費(fèi)，還能減少紡紗機(jī)的能源消耗，有效的提高紡紗質(zhì)量，具有更多的促進(jìn)作用。在工業(yè)發(fā)展中，風(fēng)機(jī)從節(jié)能、降低噪聲污染的角度來說，尤其更大的促進(jìn)作用，因此在風(fēng)機(jī)的設(shè)計原理上，更多的要注重高效率，但就目前市面上的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，可謂參差不齊，很多規(guī)格和品種配套性極差，為此在工業(yè)應(yīng)用上也受到了很大的影響，需要對已有的風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，數(shù)字模擬其實(shí)是以電子計算機(jī)為工具，把數(shù)學(xué)模型蘊(yùn)藏的定量關(guān)系展示出來，利用計算流體力學(xué)對風(fēng)機(jī)的復(fù)雜流動問題的模擬計算，通過數(shù)值離散求解流體運(yùn)動方程，揭示風(fēng)機(jī)流體機(jī)理和流動規(guī)律，從而研制出新的風(fēng)機(jī)設(shè)計，使整個產(chǎn)品從開發(fā)到運(yùn)用都能夠達(dá)到更為經(jīng)濟(jì)和省時的作用。

3 基于計算流體力學(xué)的風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的應(yīng)用

利用計算流體力學(xué)來研究風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬，這種方法對風(fēng)機(jī)的設(shè)計提供更為依據(jù)原理，對風(fēng)機(jī)的不斷完善起到促進(jìn)作用，其應(yīng)用范圍很廣，例如：通過對地鐵專用軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計來說，這類風(fēng)機(jī)主要應(yīng)用在地鐵車站和隧道區(qū)間內(nèi)，因其受都流量大、壓頭高和功率大等特點(diǎn)的制約，試驗(yàn)成為了地鐵軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計檢驗(yàn)的一般途徑，但是卻在人力物力上有極大的消耗，造成設(shè)計成本的浪費(fèi)。為了克服這一弊端，采用計算流體力學(xué)的原理，對地鐵軸流風(fēng)機(jī)采用進(jìn)行數(shù)值模擬，主要是對地鐵軸流風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和安裝角度進(jìn)行模擬，通過得出的最后結(jié)果進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計方案，并將模擬結(jié)果與廠家的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作了對比，酌情查處風(fēng)機(jī)是否有需要改動之處，從而提高風(fēng)機(jī)的設(shè)計效率，具有明顯的應(yīng)用價值和經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)論

以上對計算流體力學(xué)的風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的分析和研究，計算流體力學(xué)不僅是對風(fēng)機(jī)的設(shè)計有很大的促進(jìn)作用，更大的提高風(fēng)機(jī)的設(shè)計效率，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，其作用會越來越大，充分了的利用計算機(jī)和數(shù)值數(shù)學(xué)的結(jié)合，對流體力學(xué)的各類問題進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)、計算機(jī)模擬和分析研究，以解決實(shí)際問題。從而有助于人們對風(fēng)機(jī)的構(gòu)造設(shè)計進(jìn)行深入了解和不斷完善，依靠合理的計算來優(yōu)化風(fēng)機(jī)的設(shè)計技術(shù)，計算流體力學(xué)不僅是科學(xué)技術(shù)革新的依據(jù)，更是極大滿足了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，計算流體力學(xué)進(jìn)行對風(fēng)機(jī)數(shù)值模擬的技術(shù)研究，更是對設(shè)計高效率的風(fēng)機(jī)具有重大意義。

參考文獻(xiàn)

[1]黃其柏.離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率噪聲的理論與聲輻射特性研究[D].西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)年學(xué)術(shù)年會文集，2009.

篇6

關(guān)鍵詞:農(nóng)林高校;熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué);課程教學(xué);實(shí)踐創(chuàng)新

當(dāng)前，在“綠色發(fā)展理念”深入人心的時代背景下，農(nóng)林類高校迎來了很好的歷史發(fā)展機(jī)遇;同時社會和企業(yè)對農(nóng)林類專業(yè)人才的需求更加重視質(zhì)量，對人才的知識深度、廣度和對專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)特色課核心知識的實(shí)踐運(yùn)用能力，均提出了更高要求。提高機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生林業(yè)裝備系統(tǒng)總體及其子系統(tǒng)技術(shù)的掌握程度，拓展學(xué)生在林業(yè)裝備系統(tǒng)上運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)特色課中核心知識的科研能力，是農(nóng)林類高教工作者面臨的共同課題［4］。

1課程教學(xué)剖析

1．1課程內(nèi)容

“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”這門課程是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門綜合性專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)液壓與氣體傳動、泵與風(fēng)機(jī)、林業(yè)機(jī)械等專業(yè)及特色專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。課程目標(biāo)包括:掌握工質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)、熱力學(xué)第一定律、第二定律、熱工轉(zhuǎn)換的規(guī)律和理想氣體的熱力學(xué)過程，學(xué)會基本的理論分析與計算方法;通過對熱量傳遞的三種基本方式、導(dǎo)熱基本理論、對流換熱基本規(guī)律、黑體輻射基本定律等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備對基本的傳熱學(xué)問題進(jìn)行分析和總結(jié)的能力;掌握流體的主要物理性質(zhì)和流體靜力學(xué)的基本理論知識，學(xué)會流體上的作用力分析，能夠推導(dǎo)流體動力學(xué)方程的連續(xù)性方程和伯努利方程，針對黏性流體，能對管內(nèi)流動狀態(tài)進(jìn)行判斷;能夠?qū)Α皞鳠釋W(xué)”“工程流體力學(xué)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析工程中的現(xiàn)象及問題，并得到合理有效的結(jié)論?？傮w來看，本課程講授內(nèi)容包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)以及工程流體力學(xué)三大板塊的內(nèi)容，是在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化學(xué)習(xí)，拓展到實(shí)際的工程問題，所以本課程不僅理論性強(qiáng)，而且工程應(yīng)用性也很強(qiáng);與機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)其他課程相比，該課程涵蓋了本應(yīng)三門獨(dú)立開設(shè)的課程內(nèi)容，知識難點(diǎn)聚集、微積分公式眾多、三大知識板塊思維跨度大、學(xué)生融會貫通掌握難。但是，學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度直接影響后續(xù)專業(yè)特色課程的學(xué)習(xí)情況。

1．2教學(xué)思路

目前，本課程總學(xué)時為48學(xué)時，理論授課42學(xué)時，實(shí)驗(yàn)授課6學(xué)時。三大板塊的教學(xué)內(nèi)容多，理論授課課時較少，矛盾突出:(1)學(xué)生由固體學(xué)科切換到流體學(xué)科的學(xué)習(xí)需要較長適應(yīng)期;(2)課程中較多章節(jié)內(nèi)容抽象，且涉及大量公式推導(dǎo)及專業(yè)的概念鋪墊，加之為了跟上教學(xué)進(jìn)度教學(xué)內(nèi)容更新較快，學(xué)生普遍反映課程難度較大;(3)教學(xué)內(nèi)容和后續(xù)專業(yè)及特色專業(yè)課內(nèi)容銜接性不夠緊密;(4)從內(nèi)容的充實(shí)性和課程的結(jié)構(gòu)上來看，“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”這門課程的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)滿足要求，但是對接林業(yè)機(jī)械領(lǐng)域最新技術(shù)，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新思維方面，當(dāng)前的課程建構(gòu)仍無能為力;(5)由于本課程的學(xué)習(xí)不涉及具體的機(jī)械裝備系統(tǒng)，使得同學(xué)們對本課程在專業(yè)中的地位認(rèn)知不足，學(xué)習(xí)積極性欠佳，這些現(xiàn)狀使得提升教學(xué)效果難度較大。針對上述課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)林類高?！皺C(jī)械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)的實(shí)際情況，制定了如下教學(xué)思路:(1)授課時，使學(xué)生從機(jī)電系統(tǒng)、固體力學(xué)等學(xué)科的思維中切換出來，將空間觀測法跟同學(xué)們探討透徹，基于空間觀測法開展“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”的課程教學(xué)。(2)在教學(xué)大綱中刪除過于抽象、應(yīng)用面較窄的教學(xué)內(nèi)容，深入講解與后續(xù)“液壓與氣體傳動”“泵與風(fēng)機(jī)”“林業(yè)機(jī)械”等課程關(guān)聯(lián)度較深的內(nèi)容，為專業(yè)及特色專業(yè)課的學(xué)習(xí)做好扎實(shí)鋪墊。(3)結(jié)合在林業(yè)機(jī)械領(lǐng)域與“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”緊密關(guān)聯(lián)的科研經(jīng)歷，探索寓教學(xué)于科研、科研反哺教學(xué)的授課模式，強(qiáng)化同學(xué)們對“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”在“機(jī)械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)里占有重要地位的基礎(chǔ)認(rèn)知，顯著提升同門們自愿學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的熱情。(4)注重思維方式、終身學(xué)習(xí)意識的培養(yǎng)。教學(xué)過程中注重切入問題角度的講解，使得同學(xué)們在明白問題的同時更養(yǎng)成學(xué)習(xí)思考問題方法的習(xí)慣;從固體學(xué)科到流體學(xué)科是一個較大的跨越，在跨越的過程中，使同學(xué)們樹立終身學(xué)習(xí)意識，為以后培養(yǎng)同學(xué)們提出、解決林業(yè)機(jī)械領(lǐng)域?qū)W科前沿性、熱點(diǎn)性問題的能力打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

2課程構(gòu)建探討

在“碳達(dá)峰、碳中和”的硬性發(fā)展要求及“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念加速推進(jìn)的浪潮之下，農(nóng)林高校“機(jī)械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)的畢業(yè)生在高等教育系統(tǒng)中的地位不斷提升，所以基礎(chǔ)專業(yè)課程構(gòu)建更需獲得與之地位匹配的重視。一方面，基礎(chǔ)專業(yè)課課程構(gòu)建要體現(xiàn)基礎(chǔ)知識的深度和廣度;另一方面，內(nèi)容要很好銜接并服務(wù)于核心專業(yè)課、特色專業(yè)課，為學(xué)生后期畢業(yè)設(shè)計、研究生科研深造做好鋪墊。

2．1課程內(nèi)容深度銜接核心專業(yè)課

“林業(yè)機(jī)械”是南京林業(yè)大學(xué)“機(jī)械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)的核心專業(yè)課，內(nèi)容涵蓋林業(yè)動力、整地、清理、苗圃、造林、撫育、保護(hù)、防火、采伐、采摘、智能化等機(jī)械。其中，和“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”專業(yè)基礎(chǔ)課相關(guān)的包括動力、清理、保護(hù)、采摘等板塊。林業(yè)動力機(jī)械(包括泵、風(fēng)機(jī))涉及“工程熱力學(xué)”中熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化問題，同時也涉及“工程流體力學(xué)中”可壓縮混合氣體壓強(qiáng)、溫度變化和裝置的動力匹配問題;林業(yè)清理機(jī)械涉及“工程流體力學(xué)中”不可壓液態(tài)水在管道內(nèi)部的流動，在霧化器內(nèi)的流態(tài)分布、出口后霧化粒徑分布等復(fù)雜多相流問題，如圖1所示;林業(yè)保護(hù)機(jī)械中噴霧射程、噴霧穿透涉及“工程流體力學(xué)中”可壓縮流體空氣的外部流動及耦合風(fēng)場、霧滴的多相流動問題，如圖2所示;林業(yè)采摘機(jī)械中，基于負(fù)壓的采摘系統(tǒng)涉及可壓縮流體空氣的管內(nèi)流動問題。從銜接核心專業(yè)課的角度來看，一方面，農(nóng)林類高校“熱工基礎(chǔ)及流體力學(xué)”這門專業(yè)基礎(chǔ)課程應(yīng)該深耕“工程熱力學(xué)”和“工程流體力學(xué)”，而“工程流體力學(xué)”應(yīng)該是重點(diǎn)中的重點(diǎn);另一方面，也好兼顧課程內(nèi)容的完整性，“傳熱學(xué)”也要適度調(diào)整。

2．2匹配三大板塊關(guān)系，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)

建議協(xié)調(diào)、平衡三大板塊的課時占比，同時明晰課程內(nèi)容的內(nèi)在邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。在“工程熱力學(xué)”(熱能的間接應(yīng)用)板塊中，我們將實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化的媒介稱之為“工質(zhì)”，媒介一般是“單一氣體”或者“混合氣體”，熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、工質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)及理想氣體的熱力過程等課程內(nèi)容和專業(yè)核心課程林業(yè)機(jī)械吻合度較好?！肮こ塘黧w力學(xué)”中，對流體的終結(jié)性定義是“抓不起來的物體”，一般性的定義是“氣體和液體”的總稱，但課程內(nèi)容中流體基本概念的鋪墊、流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動學(xué)、流體動力學(xué)及黏性流體等課程內(nèi)容都是基于不可壓的液體，同為流體，但氣體和液體的性質(zhì)及研究重點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，“氣體”這種流體相關(guān)課程內(nèi)容的缺失為后續(xù)專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)帶來很大知識結(jié)構(gòu)缺陷?！皞鳠釋W(xué)”(熱能的直接應(yīng)用)中，對導(dǎo)熱、對流傳熱(混合傳熱，主要是流體和固體之間)、輻射傳熱的基本原理、工程應(yīng)用等課程內(nèi)容做了比較詳細(xì)的講解，但是后續(xù)專業(yè)核心課程對傳熱學(xué)中的知識需求很少，僅僅在脈動燃燒技術(shù)這一研究領(lǐng)域有所涉及?？傮w來看，不管是“工程熱力學(xué)”中的“工質(zhì)”，還是“工程流體力學(xué)”中的“氣體”，再或者“對流換熱”中的“流體”，其中“氣體”是課程的“最大公約數(shù)”，也是和林業(yè)機(jī)械這一專業(yè)核心課程相關(guān)的“最大公約數(shù)”。鑒于此，“工程熱力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容總體上可以維持不變，部分章節(jié)可以簡化，不重要的知識點(diǎn)減少不必要的推導(dǎo)，側(cè)重理論、公式概念的理解和應(yīng)用，這樣可省出一部分課時。總課時不變的情況下可以合理縮減“傳熱學(xué)”的課時，對輻射傳熱只做一般性介紹;考慮到相似原理在流體力學(xué)的試驗(yàn)研究中也有重要應(yīng)用，可以在這里對相似準(zhǔn)則進(jìn)行深入講解，省出較多課時。將“工程流體力學(xué)”放在最突出的位置，省出來的課時分配給這一部分;增加可壓縮流體“漩渦勢流理論”“相似理論中的量綱分析法”、包括氣體動力學(xué)中“擾動在外空間流場中的傳播”及“管內(nèi)氣體的流動”等內(nèi)容，以匹配林業(yè)機(jī)械核心專業(yè)課。

2．3樹立自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)意識

目前，流體力學(xué)板塊中關(guān)于可壓縮流體的課程內(nèi)容匱乏，教學(xué)中會鼓勵同學(xué)們在MOOC上尋找優(yōu)秀資源進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，使同學(xué)們樹立自主學(xué)習(xí)意識。通過工程流體力學(xué)板塊，我們在體力學(xué)的范疇內(nèi)將研究運(yùn)動的方法由拉格朗日法提升到歐拉法，這是一個顯著的改變，也是重要的進(jìn)步，通過這一步，有助于培養(yǎng)同學(xué)們的終身學(xué)習(xí)意識。

結(jié)語

篇7

趙立娟

馬亞生

顧 磊

[摘 要] （工程流體力學(xué)）是能源與動力工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，合理的評價體系能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效果。結(jié)合（工程流體力學(xué)）課程教學(xué)特點(diǎn)及現(xiàn)狀，對該課程的多元評價模式進(jìn)行設(shè)計，并在教學(xué)中進(jìn)行探索，結(jié)果表明教學(xué)效果多元評價方案能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

[

關(guān)鍵詞 ]工程流體力學(xué)；多元評價；教學(xué)改革

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

一、 （工程流體力學(xué)）教學(xué)現(xiàn)狀

《工程流體力學(xué)》是能源與動力工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，有著承上啟下的作用，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有著重要的影響?？茖W(xué)、全面、合理的評價體系能提高學(xué)習(xí)評價質(zhì)量、提高學(xué)生學(xué)習(xí)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(dǎo)向作用，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

1．教學(xué)中存在的問題。 《工程流體力學(xué)》課程要求學(xué)生要具備高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)工程熱力學(xué)等基礎(chǔ)課程的知識，尤其對高等數(shù)學(xué)和力學(xué)知識要求較高。同時也是泵與風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐、制冷、空調(diào)、換熱器、液壓傳動、水力輸送等課程的基礎(chǔ)。 《工程流體力學(xué)》的授課內(nèi)容是學(xué)生將來從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作和科學(xué)研究工作重要的必備知識。流體力學(xué)是力學(xué)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(jīng)驗(yàn)去解釋，且經(jīng)驗(yàn)公式繁多、推導(dǎo)過程復(fù)雜。目前該課程的教學(xué)效果不是很理想，教師難“教”、學(xué)生難“學(xué)”已經(jīng)成為師生的共識。河海大學(xué)（以下簡稱“我校”）熱能與動力工程專業(yè)開設(shè)了4學(xué)分，64學(xué)時（含8學(xué)時實(shí)驗(yàn)）的工程流體力學(xué)課程，由于是90人以上的大班，教師無法深入了解學(xué)生。學(xué)生中存在著平時不學(xué)，考前突擊，考完全忘的現(xiàn)象。教學(xué)沒有循序漸進(jìn)，易造成后續(xù)課程學(xué)習(xí)上的困難。 《工程流體力學(xué)》是面向工程技術(shù)中的流體力學(xué)，學(xué)生對大量無規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式死記硬背是沒有意義的，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析解決問題才是教學(xué)的目的和核心。傳統(tǒng)的教學(xué)與評價方式對學(xué)生沒有導(dǎo)向性，學(xué)習(xí)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(xué)問題無從下手，很難做到學(xué)以致用。

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

(1)評價的主體單一?，F(xiàn)有的《工程流體力學(xué)》評價模式主體的是教師。所有環(huán)節(jié)都由教師進(jìn)行評價，過于強(qiáng)調(diào)教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，忽視了學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的地位。學(xué)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(nèi)容片面。傳統(tǒng)的《工程流體力學(xué)》學(xué)習(xí)評價內(nèi)容包括平時成績（書面作業(yè)、出勤、實(shí)驗(yàn)）和期末考試。期末成績占70%，平時成績占30%?？荚嚦煽冏鳛橹饕獌?nèi)容來評價學(xué)生學(xué)習(xí)成效，其最大缺點(diǎn)是側(cè)重于結(jié)果，忽視了過程。不能充分反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和實(shí)際能力。工程流體力學(xué)課程學(xué)習(xí)目的是學(xué)以致用，所以既要重視學(xué)習(xí)過程，也要對學(xué)生實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新能力、科研攻關(guān)力進(jìn)行全面培養(yǎng)。

(3)評價的方式單調(diào)。 《工程流體力學(xué)》課程的評價方式是考試分?jǐn)?shù)。雖然在一定程度上能反映學(xué)生對知識的掌握程度，卻不能客觀地反映學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果及學(xué)以致用的能力?？己说膬H是學(xué)生對知識“復(fù)制”的能力，即評價的是學(xué)生的記憶和保持水平，沒發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動性。在近幾年的教學(xué)中有出現(xiàn)不少高分低能學(xué)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(xué)習(xí)成績好的學(xué)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(yīng)有側(cè)重，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)）課程的多元評價模式的分析

學(xué)生各自有不同的特征，在學(xué)習(xí)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(xué)生的學(xué)習(xí)效果應(yīng)采多元的評價模式來進(jìn)行，多方面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和效果。 四針對《工程流體力學(xué)》課程的特點(diǎn)，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(xué)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(xué)生由被動的被評價者變成評價主體的參與者。學(xué)生的能力是多方面的，有各自的優(yōu)點(diǎn)與不足。學(xué)生能參與自己學(xué)習(xí)效果的評價，能使學(xué)生的主動性、自尊心、心理個性得到張揚(yáng)，發(fā)揮學(xué)生的自主性、探索性和創(chuàng)造性。將3-5名學(xué)生組成小組既可訓(xùn)練學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力也有助于學(xué)生整體素質(zhì)的提高。多元化的評價主體，有利于教師與學(xué)生之間的溝通，以及學(xué)生之間的相互學(xué)習(xí)與合作，提高了評價結(jié)果的客觀性。

2．評價內(nèi)容的多元化。按照工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的可分為概念學(xué)習(xí)、原理學(xué)習(xí)以及解決問題等幾個階段。不同階段評價的內(nèi)容應(yīng)有不同的側(cè)重點(diǎn)。概念及原理階段的學(xué)習(xí)評價應(yīng)以引導(dǎo)學(xué)生掌握基本理論、能獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生的思維模式為目的，側(cè)重于啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維。解決問題階段是以引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)觀察、將流體力學(xué)知識與日常生活、水利、水電、能源、環(huán)境、化工等相關(guān)行業(yè)的實(shí)際工程有機(jī)結(jié)合。側(cè)重于學(xué)生流體力學(xué)知識的運(yùn)用能力、理論聯(lián)系實(shí)際的創(chuàng)新意識、動手情況、團(tuán)隊合作精神等。

3．評價方法的多元化。依據(jù)評價內(nèi)容不同，可采用量化評價和質(zhì)量評價兩種方法。這兩種評價方式的各項(xiàng)評價指標(biāo)都要有明確的含義。量化評價各項(xiàng)指標(biāo)要做到規(guī)范，易于操作，利于學(xué)生按照指標(biāo)要求不斷修正自己的努力方向，以達(dá)到良好學(xué)習(xí)效果。質(zhì)量評價是需確定學(xué)生是否積極、方向是否正確而對某些細(xì)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(xué)）課程多元評價設(shè)計與實(shí)踐

1．《工程流體力學(xué)》課程的多元評價過程。①根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，合理設(shè)定評價內(nèi)容的各項(xiàng)具體指標(biāo)及權(quán)重系數(shù)，并在開始教學(xué)時公布評價的各項(xiàng)具體細(xì)則：②教學(xué)過程評價主體根據(jù)評價指標(biāo)對各項(xiàng)評價內(nèi)容進(jìn)行評價，引導(dǎo)學(xué)生在評價過程中學(xué)習(xí)：③教學(xué)活動后統(tǒng)計分析各項(xiàng)評價數(shù)據(jù)，得出學(xué)生學(xué)習(xí)《工程流體力學(xué)》評價結(jié)果；④根據(jù)需要及時將評價的結(jié)果反饋給學(xué)生本人、授課教師、輔導(dǎo)員、家長及后續(xù)課程的教師。通過以上環(huán)節(jié)，學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)狀況有了客觀的認(rèn)識，授課教師可以在評價的結(jié)果中了解學(xué)生的普遍不足，在今后的教學(xué)中有所側(cè)重，后續(xù)課程的教師可以根據(jù)學(xué)生的掌握情況來調(diào)整授課安排，能對《工程流體力學(xué)》教學(xué)效果起到很大幫助。

2．《工程流體力學(xué)》課程多元評價體系。 《工程流體力學(xué)》的評價內(nèi)容包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)報告、小測驗(yàn)、小組學(xué)習(xí)、課程大作業(yè)和期末考試。 《工程流體力學(xué)》課程多元評價體系見圖1。

評價內(nèi)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(yàn)，目的是幫助學(xué)生鞏固以前學(xué)過的知識，這部分內(nèi)容的評價由教師來完成比較恰當(dāng)，也方便教師根據(jù)學(xué)生的掌握情況來調(diào)整課程的安排。

表1給出了《工程流體力學(xué)》評價內(nèi)容的各項(xiàng)指標(biāo)與權(quán)重。評價主體根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)給出每項(xiàng)評價內(nèi)容相應(yīng)的等級或分?jǐn)?shù)，成績加權(quán)平均得到各項(xiàng)評價內(nèi)容的成績，最后總成績是由各項(xiàng)評價內(nèi)容的分?jǐn)?shù)乘上權(quán)重系數(shù)計算得出。

工程流體力學(xué)多元評價側(cè)重于學(xué)習(xí)獨(dú)立分析、解決實(shí)際問題的能力的提升，因而對學(xué)生在過程中的能力的體現(xiàn)評價內(nèi)容權(quán)重系數(shù)較高，如大作業(yè)中分工任務(wù)的完成情況占到總成績的10%。質(zhì)量評價的部分內(nèi)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(yīng)關(guān)系如表2所示。

筆者在教學(xué)中用多元評價方式對學(xué)生《工程流體力學(xué)》的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行探討。以課內(nèi)大作業(yè)為例，之前的學(xué)生從未做過該項(xiàng)內(nèi)容，在近兩年的教學(xué)中嘗試要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的工程流體力學(xué)的內(nèi)容，聯(lián)系實(shí)際工程，以小組的形式完成流體力學(xué)的理論在實(shí)際應(yīng)用情況調(diào)查的大作業(yè)。如學(xué)習(xí)了流體靜力學(xué)后，學(xué)生以小組為去調(diào)查研究流體靜力學(xué)在實(shí)際工程中應(yīng)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(zhǔn)備，又有中期的編輯，還有后期的展示。學(xué)生能根據(jù)自己的特長在小組承擔(dān)一定的任務(wù)，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(bǔ)短。同時，每次學(xué)生的展示活動都進(jìn)行現(xiàn)場評價，讓學(xué)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(nèi)容在評價時給予鼓勵和加分。兩年的實(shí)踐表明，學(xué)生對流體力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣增加，各項(xiàng)評價內(nèi)容能積極主動完成，對實(shí)際生活通到的一些流體現(xiàn)象有理性的認(rèn)識。例如，曾有一組學(xué)生結(jié)合所學(xué)的流體繞流知識，實(shí)踐驗(yàn)證了“打水漂”的技術(shù)要點(diǎn)。這些說明合理的評價方式對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力是有導(dǎo)向作用的。

篇8

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)考核體系；實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ涣黧w力學(xué)實(shí)驗(yàn)

        實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分。高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑵M足高等教育應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室通過觀察、思考和操作，來提高判斷能力和創(chuàng)新能力，做到有思想地做實(shí)驗(yàn)，自主完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)應(yīng)該配合實(shí)驗(yàn)考核來具體實(shí)施，文章就此提出了一套旨在提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牧黧w力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核體系，對實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后的各個環(huán)節(jié)列出了具體的考核方法，主要包括五個考核部分：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報告、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)考試。

        1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核

        實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前理解實(shí)驗(yàn)原理，明確實(shí)驗(yàn)要求，熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟，并按照要求言簡意賅地編寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告。通過實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，加深對流體力學(xué)理論知識的理解。實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況進(jìn)行具體考核，對實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告打分，對未完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的學(xué)生，取消其實(shí)驗(yàn)資格。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核占實(shí)驗(yàn)總成績的10%，詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)見表1，取所有實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核分值的平均分作為實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核成績。通過實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核，可以起到兩個作用：一是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核成績組成實(shí)驗(yàn)總成績的一部分；二是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核對學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室起到一個篩選作用。

        表1  流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核評分標(biāo)準(zhǔn)

        序號                                               評分標(biāo)準(zhǔn)                                                                 分值

          1         實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備充分，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告規(guī)范認(rèn)真，有預(yù)習(xí)思考                                 10

          2         實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備比較充分，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告規(guī)范認(rèn)真，有預(yù)習(xí)思考痕跡                   8

          3         實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備基本充分，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告規(guī)范認(rèn)真，但僅是抄書，無思考痕跡   6

          4         實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備不充分，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告馬虎，不規(guī)范，無思考痕跡                       4

          5         未完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，未完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告                                                           0

        在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備這一階段，實(shí)驗(yàn)教師需要給學(xué)生準(zhǔn)備具體的預(yù)習(xí)資料，包括：學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則，規(guī)定學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室需要遵守哪些規(guī)則；流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)要求細(xì)則，對學(xué)生說明參加流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體要求；流體力學(xué)分室平面布置圖，以便學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室情況；流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，主要給學(xué)生提供每個實(shí)驗(yàn)的具體指導(dǎo)，如：實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、實(shí)驗(yàn)成果及要求、實(shí)驗(yàn)分析與討論、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算表；另外，還可以補(bǔ)充說明一下，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告書寫要求、原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求、實(shí)驗(yàn)報告要求書寫哪些內(nèi)容等等。

        特別是實(shí)驗(yàn)儀器這一塊，因?yàn)閷W(xué)生事先不熟悉儀器，實(shí)驗(yàn)時操作儀器比較困難，所以一定要先讓學(xué)生熟悉儀器設(shè)備，有必要提供實(shí)驗(yàn)儀器的說明書。另外，實(shí)驗(yàn)教師還可以提供一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的介紹，如雷諾實(shí)驗(yàn)的工作環(huán)境，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)教師可以把這些資料編寫成流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，印發(fā)給每位學(xué)生，還可以把相關(guān)資料放到實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站上去，讓學(xué)生自行下載查閱學(xué)習(xí)。

        2．實(shí)驗(yàn)操作考核

        實(shí)驗(yàn)操作考核作為實(shí)驗(yàn)教師對學(xué)生連續(xù)評估的主要形式，在平時實(shí)驗(yàn)當(dāng)中對學(xué)生進(jìn)行觀察，并將觀察記錄作為對學(xué)生操作能力的直接評價。實(shí)驗(yàn)操作主要考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能和分析問題、解決問題的能力[1]。實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中，以啟發(fā)學(xué)生思維為主，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，在學(xué)生提問時予以適當(dāng)指點(diǎn)和提示，主要考察學(xué)生的動手能力和排除故障能力。因?yàn)檫@部分考核以實(shí)驗(yàn)教師的主觀判斷為主，所以在實(shí)驗(yàn)操作考核過程中要作定性定量處理，以便實(shí)驗(yàn)操作考核具體實(shí)施。實(shí)驗(yàn)操作考核占實(shí)驗(yàn)總成績的20%，具體評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。下面簡要介紹一下流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核的過程。

        實(shí)驗(yàn)開始時，實(shí)驗(yàn)教師對每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行觀察，簽字確認(rèn)。如能量方程（伯努利方程）實(shí)驗(yàn)開始時，檢查每組學(xué)生是否將能量方程實(shí)驗(yàn)儀的所有測壓管液面調(diào)整到齊平狀態(tài)，簽字確認(rèn)。

        實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)教師檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況。如實(shí)驗(yàn)操作時間是否符合要求，實(shí)驗(yàn)次數(shù)是否達(dá)標(biāo)等等。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，實(shí)驗(yàn)教師對每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行初步分析，判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合規(guī)律，確保實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫好實(shí)驗(yàn)報告。對實(shí)驗(yàn)有重大錯誤、失敗或不能完成者，安排其在實(shí)驗(yàn)室開放時間重做。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生按要求關(guān)閉儀器，清理現(xiàn)場，做好環(huán)境清潔工作。實(shí)驗(yàn)教師檢查每組學(xué)生儀器設(shè)備整理情況，電源是否關(guān)閉，水桶（水杯）水是否倒入水箱中，雷諾實(shí)驗(yàn)的有色水閥門是否關(guān)閉，桌面是否整理，并作相應(yīng)記錄。

        表2  流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核評分標(biāo)準(zhǔn)

        序號               評分標(biāo)準(zhǔn)                                                                扣分值

          1         測壓管齊平缺認(rèn)可/次                                                        –0.5

          2         測壓管測點(diǎn)未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求/次                                        –0.5

          3         排氣泡缺核查/次                                                                –0.5

          4         操作時間未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求/次                                            –0.5

          5         操作次數(shù)未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求/次                                            –1

          6         儀器電源未關(guān)、閥門未關(guān)水未處理、桌面未整理/項(xiàng)   –0.5

          7         實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合規(guī)律/組數(shù)據(jù)                                            –0.5

          8         沒參加實(shí)驗(yàn)操作/個實(shí)驗(yàn)                                                    –5

        注：流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核滿分20分，如在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)生上述情況，則扣除相應(yīng)的分值，扣完為止。 

        3．實(shí)驗(yàn)報告考核 

        實(shí)驗(yàn)報告作為考核的依據(jù)，自身存在不足的地方，既不能反映學(xué)生的操作技能，不能表現(xiàn)學(xué)生動手解決實(shí)際問題的能力。即使學(xué)生不動手或不作為主要參與者，也可以寫出一份較好的實(shí)驗(yàn)報告。另外，由于實(shí)驗(yàn)報告是在實(shí)驗(yàn)室外完成的，可能會出現(xiàn)修改數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)教師也很難了解學(xué)生對某些問題的理解程度和真實(shí)的看法。因此，實(shí)驗(yàn)報告需要補(bǔ)充一些主觀方面的報告成果，比如實(shí)驗(yàn)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等等。實(shí)驗(yàn)報告考核占實(shí)驗(yàn)總成績的30%，由三部分組成：實(shí)驗(yàn)報告成績、實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績和實(shí)驗(yàn)總結(jié)成績。

        實(shí)驗(yàn)報告主要考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)后對所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的分析和評價，以及撰寫報告的能力，達(dá)到總結(jié)和提高的目的。實(shí)驗(yàn)報告成績滿分20分，取所有實(shí)驗(yàn)報告分值的平均分作為實(shí)驗(yàn)報告成績，詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)見表3，主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算是否正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析是否客觀完整等評定。對于實(shí)驗(yàn)報告其固有的缺陷，流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報告考核采用數(shù)據(jù)記錄復(fù)份，來避免學(xué)生修改數(shù)據(jù)。 

        表3  流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報告評分標(biāo)準(zhǔn)

        序號                                                     評分標(biāo)準(zhǔn)                                                                                                         分值

       1 實(shí)驗(yàn)報告規(guī)范認(rèn)真，圖表清晰，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析客觀完整，能做較深層的探研，優(yōu)秀 20

       2 實(shí)驗(yàn)報告規(guī)范認(rèn)真，圖表清晰，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析比較客觀，良好                                     16

       3 實(shí)驗(yàn)報告規(guī)范，圖表清晰，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算基本正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析基本客觀，及格                                     12

       4 實(shí)驗(yàn)報告格式規(guī)范，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算不正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析不正確，不及格                                                      8

       5 未完成實(shí)驗(yàn)報告                                                                                                                                                          0 

       實(shí)驗(yàn)作業(yè)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求精心設(shè)計的，可以加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識、補(bǔ)充和擴(kuò)展。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時，教師對將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)提出問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。學(xué)生通過查找資料，操作實(shí)驗(yàn)，編寫實(shí)驗(yàn)報告，將問題引入深層次的探究，然后回答問題。如能量方程實(shí)驗(yàn)，提出問題：“測點(diǎn)2、3和測點(diǎn)10、11的測壓管讀數(shù)分別說明了什么問題？[2]”學(xué)生進(jìn)行一系列思考后探究答案。實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績滿分5分，每個實(shí)驗(yàn)作業(yè)以5分制為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，最后求平均分作為實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績。

        實(shí)驗(yàn)總結(jié)在流體力學(xué)全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后完成。此時，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)知識、技能、儀器設(shè)備等都有了真切的體會、深刻的認(rèn)識，每個人都會有不同程度的收獲。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)總結(jié)中寫：實(shí)驗(yàn)后的收獲和感想，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見和建議，對實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的建設(shè)性意見。這些信息反饋給實(shí)驗(yàn)教師，可使教師進(jìn)一步了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感受，從而總結(jié)出寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)總結(jié)是教師提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)成績滿分5分，以5分制為標(biāo)準(zhǔn)打分。

        4．實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核

        實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新分兩個方向：學(xué)習(xí)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核占實(shí)驗(yàn)總成績的20%。

        對于那些創(chuàng)新能力比較薄弱的學(xué)生，可以從學(xué)習(xí)別人的已有成果開始，讓學(xué)生收集現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)例，運(yùn)用學(xué)過的流體力學(xué)理論知識和實(shí)驗(yàn)知識重新剖析，在規(guī)定的時間內(nèi)闡明自己的觀點(diǎn)，進(jìn)行答辯。學(xué)習(xí)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成績滿分10分。

        對于創(chuàng)新能力較強(qiáng)的學(xué)生，鼓勵學(xué)生在現(xiàn)有儀器設(shè)備基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新性、設(shè)計性研究與探索，組合成為新的實(shí)驗(yàn)或量測新的內(nèi)容，也可以通過電腦進(jìn)行模擬。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新也鼓勵改良改進(jìn)設(shè)計實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置。另外，鼓勵教師教改項(xiàng)目、科研項(xiàng)目帶進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，開設(shè)綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，研制開發(fā)教學(xué)儀器設(shè)備，更新和改造舊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和手段。

        開展實(shí)驗(yàn)研究可由團(tuán)體進(jìn)行，研究的一般步驟包括：確定題目、收集資料、制訂研究計劃、實(shí)驗(yàn)測試、分析與概括、反復(fù)論證或?qū)嵺`驗(yàn)證、完成實(shí)驗(yàn)報告或論文。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，自主選題、自主進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計、開展實(shí)驗(yàn)性研究、進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理，撰寫研究性論文和總結(jié)報告等工作。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新小組向全體參加同學(xué)和指導(dǎo)老師介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路、實(shí)驗(yàn)過程、創(chuàng)新點(diǎn)等主要內(nèi)容，并回答同學(xué)和教師的提問，由同學(xué)和實(shí)驗(yàn)教師一起打分考核。創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成績滿分20分。

        通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新求得學(xué)生的發(fā)展，教師的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。

        5．實(shí)驗(yàn)考試考核

        流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核分兩種形式：教師與學(xué)生的交談、閉卷考試。實(shí)驗(yàn)考試考核占實(shí)驗(yàn)總成績的20%，實(shí)驗(yàn)考試成績滿分100分，其中教師與學(xué)生交談成績50分，閉卷考試成績50分。

        教師與學(xué)生的交談，可以了解學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室獲得知識的掌握情況，可以評估學(xué)生對知識的理解及口頭表達(dá)的技巧，以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋等，具有教高的表面效度。

        閉卷考試可以克服實(shí)驗(yàn)報告的某些缺陷。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考試內(nèi)容側(cè)重于實(shí)驗(yàn)方法與原理的理解，流體流動的某些基本概念和基本原理的認(rèn)識，靜態(tài)流動參數(shù)測試方法的掌握。

        綜合流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)五個部分的考核，可以給出完整的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核體系，如表4所示。 

        表4  流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核體系

        序號  實(shí)驗(yàn)考核    比例           分值 備注 

          

        結(jié)束語：

        隨著實(shí)驗(yàn)課程的獨(dú)立開設(shè)，需要更精確、更契合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)考核方法來適應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展建設(shè)需要。實(shí)驗(yàn)考核要求能夠公平合理地評價每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績，能夠?qū)W(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)起到較好的引導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰3]。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核體系根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程，對實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后各個環(huán)節(jié)，分別進(jìn)行具體考核，提出了一套新的實(shí)驗(yàn)考核體系。該實(shí)驗(yàn)考核體系從實(shí)驗(yàn)整體出發(fā)，注重培養(yǎng)學(xué)生各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，提倡自主實(shí)驗(yàn)來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，通過定性定量的實(shí)驗(yàn)操作考核來提高學(xué)生的實(shí)際動手能力，以實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核來推動學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而真正提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]　葛年明、周泉.電子電工實(shí)驗(yàn)考核方法的改革〔j〕.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008(4):146-147，166

篇9

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義；認(rèn)知靈活性理論；熱工理論

作者簡介：衣曉青（1956-），女，山東青島人，長沙理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，教授；石爾（1979-），女，湖南長沙人，長沙理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，講師。（湖南 長沙 410004）

基金項(xiàng)目：本文系2011年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究立項(xiàng)項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0069-02

“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”既是熱工理論的三大主干課程，又是能源動力類專業(yè)（方向）的主要技術(shù)基礎(chǔ)課。傳統(tǒng)的教學(xué)宗旨傾向于各門基礎(chǔ)課程自成科學(xué)體系，分別獨(dú)立教學(xué)，為后續(xù)專業(yè)課程打下牢固基礎(chǔ)。但是這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式死板，致使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興致，不易明確學(xué)習(xí)目的。建構(gòu)主義的認(rèn)知靈活性理論發(fā)現(xiàn)了新的教學(xué)要素——“案例教學(xué)”。按照認(rèn)知靈活性理論，對以上熱工理論三大基礎(chǔ)主干課程進(jìn)行優(yōu)化整合，以熱能動力類專業(yè)為場景，建構(gòu)諸多新的知識點(diǎn)教學(xué)，組織全新的熱工理論基礎(chǔ)課程體系，可以使熱工理論基礎(chǔ)課教學(xué)克服以上不足。

一、打破僵化教學(xué)：認(rèn)知靈活性理論的應(yīng)用

建構(gòu)主義教學(xué)理論沖破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，克服了“填鴨式”教學(xué)把學(xué)生作為小綿羊馴服的弊端。[1]作為建構(gòu)主義教學(xué)理論中的一個分支，斯皮羅提出的“認(rèn)知靈活性”理論很好地解決了“死記硬背”傳統(tǒng)與極端建構(gòu)主義（忽視抽象養(yǎng)成）之間的矛盾。認(rèn)知靈活性理論的主要思想就是：通過情景（境）展現(xiàn)基本概念和基礎(chǔ)理論工具，學(xué)生既可以掌握基礎(chǔ)理論知識，又可以按抽象思維方式，放開視野尋找新的分析問題的工具。

為了解決傳統(tǒng)與極端的沖突，斯皮羅把知識抽象為兩種不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)：良構(gòu)的與非良構(gòu)的兩種領(lǐng)域。[2]良構(gòu)的即是指：按照抽象思維，從概念到原理的演繹解析的知識體系，符合科學(xué)意義上的正統(tǒng)規(guī)范。非良構(gòu)的即是指：在具體場景（案例）中，隱透出的各種良性結(jié)構(gòu)的知識疊合；這種疊合的基礎(chǔ)知識能夠解釋或解決具體場景問題；不同的場景有不同的良性結(jié)構(gòu)知識疊合的詮釋。由此得出結(jié)論，良性結(jié)構(gòu)知識就存在于非良性結(jié)構(gòu)知識之中，“認(rèn)知靈活性”教學(xué)就可以讓學(xué)生通過非良性知識教學(xué)獲得更加深刻的良性結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)知識，而且是積極主動地、生動有趣地接受之。

熱工理論是研究熱（能）在釋放、轉(zhuǎn)換和傳遞中的流體流動及傳熱傳質(zhì)等問題的科學(xué)，涉及流體運(yùn)動規(guī)律、熱（能）轉(zhuǎn)換與傳遞規(guī)律。按照認(rèn)知靈活性理論的教學(xué)觀，熱工理論基礎(chǔ)課教學(xué)也可分類為良構(gòu)性和非良構(gòu)性。熱工理論的三大主干課程“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”和“傳熱學(xué)”分別作為單獨(dú)體系教學(xué)的基本概念、基本理論和基本知識的層次組織結(jié)構(gòu)，應(yīng)屬于良構(gòu)性領(lǐng)域，其傳統(tǒng)的教學(xué)方式就是從概念到概念、從原理到原理、從公式到公式的演繹解析，邏輯性很強(qiáng)，范式文本較固定，程式較穩(wěn)定，測驗(yàn)作業(yè)較死板。

“認(rèn)知靈活性”教學(xué)理論認(rèn)為，這種教學(xué)方式僵化、被動，既不能啟動學(xué)生的興趣，也不能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造想象力，學(xué)生容易落入死記硬背、教條主義的套路，缺乏廣泛的知識聯(lián)系和舉一反三的思維訓(xùn)練，更缺乏給學(xué)生以另辟蹊徑的想象空間。如果以流體介質(zhì)為對象將熱工理論三大主干課程進(jìn)行優(yōu)化整合（雜交），并以熱工理論應(yīng)用為主線，將能源動力類相關(guān)專業(yè)作為場景，構(gòu)成非良構(gòu)性知識結(jié)構(gòu)，其所涉及的具體問題具有復(fù)雜背景和綜合影響因素，能夠從問題入手引出綜合知識的有機(jī)聯(lián)系，開闊學(xué)生發(fā)展思路，引導(dǎo)學(xué)生融會貫通，指導(dǎo)學(xué)生熟知專業(yè)背景。這種按照認(rèn)知靈活性教學(xué)理論建立起來的熱工理論基礎(chǔ)課程的非良構(gòu)性知識體系會沖破傳統(tǒng)的各自為主的單科系統(tǒng)性的課程教學(xué)模式，有利于克服“高分低能”的應(yīng)試教育傾向，培養(yǎng)面對知識時代和信息社會的創(chuàng)新型人才。

二、創(chuàng)建問題教學(xué)：熱工理論基礎(chǔ)三大主干課程的優(yōu)化整合

認(rèn)知靈活性理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)者在建構(gòu)知識意義的過程中，只有對知識進(jìn)行多維表征，才能達(dá)到對知識的全面理解和靈活運(yùn)用。這也是指導(dǎo)熱工理論基礎(chǔ)三大主干課程進(jìn)行優(yōu)化整合的基本思想。熱工理論基礎(chǔ)三大主干課程“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”和“工程流體力學(xué)”是主要以流體介質(zhì)為研究對象而緊密聯(lián)系在一起的動力類技術(shù)基礎(chǔ)性課程，三門課程相互依存，共同構(gòu)成了熱工理論的主干課程體系。其中，工程流體力學(xué)是研究流體介質(zhì)的位置勢能、壓力勢能和動能之間的相互作用的關(guān)系；工程熱力學(xué)是研究熱能與機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律；傳熱學(xué)是研究熱量從高溫部分傳遞到低溫部分的機(jī)理。由此可見，能（熱）量轉(zhuǎn)換與守恒定律是熱工理論三大主干課程進(jìn)行優(yōu)化整合的內(nèi)在動力。

基礎(chǔ)課理論自身系統(tǒng)的完善性使任何改動需求都帶有相當(dāng)大的難度，只有進(jìn)行優(yōu)化整合，才能在不斷調(diào)整和深化過程中發(fā)展新的學(xué)習(xí)要素。例如，“傳熱和流體流動的數(shù)值方法”課程就是將傳熱學(xué)、流體力學(xué)知識進(jìn)行融合后加入到數(shù)值計算科學(xué)這一更為廣泛的學(xué)科領(lǐng)域，為熱工理論知識的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時，通過這一知識的優(yōu)化整合，多維表征得以實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生建構(gòu)起在熱科學(xué)和流體科學(xué)中可以直接遷移和引用的關(guān)于熱物理方面的知識，超越了封閉、孤立課程所給的單一信息模式。

如果說熱工理論的三大主干課程“工程流體力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”和“傳熱學(xué)”分別作為單獨(dú)體系教學(xué)是良性結(jié)構(gòu)知識的傳授，那么，把“三課”拆分，再按照具體能量轉(zhuǎn)換的場景問題有機(jī)組合，這種教學(xué)模式就屬于非良性結(jié)構(gòu)教學(xué)。喬納生等人的研究把前者稱作低階學(xué)習(xí)階段，把后者稱作高級學(xué)習(xí)階段。[3]高級學(xué)習(xí)階段優(yōu)于低級學(xué)習(xí)階段的實(shí)質(zhì)就是變公式學(xué)習(xí)為問題學(xué)習(xí)。問題學(xué)習(xí)對于熱工基礎(chǔ)理論教學(xué)來說，打破其三大主干課程的各自理論體系是必然的，是要針對具體的場景問題而進(jìn)行知識交叉組合。值得注意的是：根據(jù)認(rèn)知靈活性教學(xué)理論，這種知識體系重組，必須避免極端建構(gòu)主義干擾，必須遵循“專業(yè)問題、溯本求源、知識聯(lián)系”三原則，才是優(yōu)化的、高級的教學(xué)模式。

三、重復(fù)多變教學(xué)：能源動力類專業(yè)問題逆向滲透于熱工理論基礎(chǔ)課程

非良構(gòu)的知識體系與良構(gòu)性知識體系的區(qū)別就在于：一是前者比后者建立的概念龐大、復(fù)雜，它往往是多個不同學(xué)科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多變性，這是由問題教學(xué)場景多變性所決定的。熱工理論基礎(chǔ)知識在航天、航空、熱能動力、化工、核熱工、低溫工程、冶金熱工、微電子技術(shù)、材料和建筑等各個領(lǐng)域都有具體的應(yīng)用，從知識體系的角度來看，其展現(xiàn)的知識點(diǎn)都是非良性的。實(shí)際上，在能源動力類相關(guān)專業(yè)的不同場景下，其呈現(xiàn)的非良性知識結(jié)構(gòu)也存在著很大的差異性。例如，工程熱力學(xué)中的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)在熱機(jī)循環(huán)中的應(yīng)用是熱效率，而在制冷循環(huán)中的應(yīng)用是制冷系數(shù)。這說明熱經(jīng)濟(jì)性概念在實(shí)際應(yīng)用過程中具有復(fù)雜性。又如，流體力學(xué)在電廠中的應(yīng)用以管內(nèi)流動、物體繞流為主，而在建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)中的應(yīng)用以室內(nèi)外環(huán)境通風(fēng)、換氣的流動為主。傳熱學(xué)中對于散熱器來說需要強(qiáng)化傳熱效果，對于建筑物屏蔽掩體則要抵制傳熱。

在針對能源動力類專業(yè)的熱工理論基礎(chǔ)課程進(jìn)行新的建構(gòu)中，按照認(rèn)知靈活性教學(xué)理論，必須將原有良性結(jié)構(gòu)體系的知識與專業(yè)場景結(jié)合起來。這種有專業(yè)針對性的知識滲透，有學(xué)者稱其為專家知識學(xué)習(xí)階段，屬于更高層次。[2]比如，把能源動力類專業(yè)（方向）的“流體力學(xué)”、“泵與風(fēng)機(jī)”兩門課程整合為熱工理論基礎(chǔ)課“泵與風(fēng)機(jī)的流體流動”一章，以流體力學(xué)知識為基礎(chǔ)，反映了流體力學(xué)基本原理在流體機(jī)械中的具體應(yīng)用場景，通過多媒體教學(xué)課件可以使學(xué)生建構(gòu)泵與風(fēng)機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu)的多維圖式，達(dá)到對流體力學(xué)基礎(chǔ)理論知識全面理解和靈活運(yùn)用的目的。

按照斯皮羅的認(rèn)知靈活性理論規(guī)范，對應(yīng)專家知識學(xué)習(xí)階段的教學(xué)模式即“隨機(jī)通達(dá)教學(xué)法”，它的主要特點(diǎn)就是針對專業(yè)的眾多場景鏈，反復(fù)從不同問題視角，以不同的基本知識、基本公式、基本理論的多樣組合，不斷給予學(xué)習(xí)者良性知識的刺激，這會使學(xué)習(xí)者通過反復(fù)的從各種變式到抽象的過程，不斷加深對良性結(jié)構(gòu)知識的各種理解，而且有助于學(xué)習(xí)者歷練分析問題和解決問題的能力，發(fā)揮創(chuàng)造性思維，為今后在專業(yè)上有所建樹打下堅實(shí)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。貫穿于這一思想的新的“熱工理論基礎(chǔ)”課程體系，組織“鍋爐工質(zhì)流動與熱交換”、“汽輪機(jī)流體流動與功能轉(zhuǎn)換效率”、“熱力發(fā)電廠工質(zhì)循環(huán)與熱效率”等章節(jié)，探討基于專家知識學(xué)習(xí)理念的非良構(gòu)知識領(lǐng)域的顯性建構(gòu)，加入熱能動力類專業(yè)知識對熱工理論基礎(chǔ)課的反向滲透，有效增加課程教學(xué)的深度和廣度這一結(jié)果就自然生成了。

除了書本專業(yè)知識的反向滲透以外，通過與科研、生產(chǎn)單位合作的科研課題的有機(jī)結(jié)合，也是專家知識學(xué)習(xí)階段的案例來源。例如，教師通過某鋼鐵公司鍋爐尾部煙道聲學(xué)振動問題的科研活動，向?qū)W生們提出卡門渦街產(chǎn)生機(jī)理、影響因素以及卡門渦街產(chǎn)生后對設(shè)備及系統(tǒng)的危害和消除卡門渦街的措施等諸多學(xué)科問題，從而認(rèn)知基本理論。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱新卓.中國高等教育管理學(xué)：從拔苗助長到建構(gòu)主義[J].高等工程教育研究，2005，（2）.

篇10

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù)；相似性原理；流體流動

Application of CFD technology in the teaching of the flow similarity principle

Yang Xianglong

Shenzhen university, Shenzhen, 518060, China

Abstract: The flow similarity principle is an important part in fluid mechanics. The dynamic similarity condition is derived from the non-dimensional governing equations of the fluid flow. Thereafter, in order to show the necessity of the dynamic similarity condition, a simple fluid flow is simulated using CFD technology. This method can help theoretically and practically students to study the dynamic similarity condition which is more nonfigurative. Good teaching effect in classroom can be expected. In addition, the ability of students for solving engineering problem can be improved.

Key words: CFD technology; similarity principle; fluid flow

由于測量方法和工具的局限性，在流體力學(xué)或水力學(xué)中，模型實(shí)驗(yàn)是探索復(fù)雜流動規(guī)律、指導(dǎo)實(shí)際工程建設(shè)的重要手段。模型實(shí)驗(yàn)原則上是研究尺度縮小或放大了的真實(shí)流動。例如，在風(fēng)洞中進(jìn)行飛機(jī)、高層建筑、大跨度橋梁等模型的吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)，在水槽中進(jìn)行船艦?zāi)Ｐ偷暮叫袑?shí)驗(yàn)，在水洞中進(jìn)行小體積昆蟲模型的飛行實(shí)驗(yàn)等。模型實(shí)驗(yàn)和真實(shí)流動之間滿足流動相似性，即幾何相似、運(yùn)動相似、動力相似及初始和邊界條件相似，是保證可由模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果推知真實(shí)流動規(guī)律的充要條件。因此，相似性原理是流體力學(xué)或水力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分。

閱覽眾多水力學(xué)教材，在講解相似性原理時幾乎都遵從同一模式，即介紹流動相似的概念，給出幾個重要的相似準(zhǔn)則，舉例說明相似準(zhǔn)則在模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計中的應(yīng)用[1,2]。這種模式存在一個明顯的不足，即未從理論上說明為何幾何相似、運(yùn)動相似、動力相似及初始和邊界條件相似是保證流動相似的充要條件。從某種意義上說，這是一種“填鴨式”的教學(xué)方法，導(dǎo)致學(xué)生只能知其然，而不知其所以然。一般而言，幾何相似和邊界條件相似因其相對直觀，學(xué)生容易理解。但對動力相似的要求，相對比較抽象，很多學(xué)生難以理解。在一些流體力學(xué)教材中，采用另外一種教學(xué)模式，即直接對流動控制方程進(jìn)行無量綱化處理，進(jìn)而推導(dǎo)出動力相似參數(shù)[3,4]。這種方法從理論上說明了動力相似的必要性，有助于消除學(xué)生對動力相似條件的疑惑。

然而，僅使用單純的理論講解，仍難以使學(xué)生留下深刻印象，而容易遺忘。如果能結(jié)合實(shí)際問題，應(yīng)用相似性原理加以解決，不但能幫助學(xué)生理解其奧妙，對所學(xué)內(nèi)容留下深刻印象，并且能鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

CFD技術(shù)在解決簡單流動問題時，可得到相當(dāng)滿意的結(jié)果。一些教學(xué)工作者已嘗試將其應(yīng)用到水力學(xué)教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。如，趙琴等人利用CFD技術(shù)幫助學(xué)生理解流線的概念，鞏固對總流能量方程和連續(xù)性方程的認(rèn)識，區(qū)別層流和湍流的流動狀態(tài)，及圓柱繞流的漩渦脫落特性等[5]。楊忠國等人利用CFD技術(shù)對雷諾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬，可以讓學(xué)生在計算機(jī)房進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)[6]。李國威和董金玲將CFD技術(shù)應(yīng)用到無環(huán)量圓柱繞流中，幫助學(xué)生對抽象內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)[7]。將CFD技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中，因其基于堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，相對于一般的動畫，可得到真實(shí)的流動圖像，并能獲得更深層次的流動信息，能更好地幫助學(xué)生理解抽象內(nèi)容。可用數(shù)值實(shí)驗(yàn)代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)，大大節(jié)約教學(xué)資源，緩解高校實(shí)驗(yàn)資源不足的問題。同時，如果讓學(xué)生自己動手對一些簡單問題進(jìn)行數(shù)值模擬，還可以鍛煉學(xué)生自己動手，解決實(shí)際問題的能力。

筆者以二維定常不可壓縮管道流動為例，先對其控制方程和邊界條件進(jìn)行無量綱化處理，從理論上闡明流動相似的充要條件。利用CFD技術(shù)對分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，將理論予以形象化，這樣可以開拓學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解。

1 控制方程和邊界條件的無量綱化處理

二維定常不可壓縮管道流動因其流動簡單，存在理論解，包含了流體流動的一般特征，計算量小等特點(diǎn)，可很好地用于課堂教學(xué)中。其控制方程包括連續(xù)性方程和動量方程，為：

(1)

(3)

邊界條件為：

①在固壁上：u=0；v=0 (4)

②在進(jìn)口處，若速度呈均勻分布：u=U；v=0 (5)

③在出口處：αu/ αx=0；v=0；p=0 (6)

式中，x和y分別表示軸向和橫向的坐標(biāo)；u和v分別表示軸向和橫向的流體速度；p表示流體的壓力；ρ表示流體的密度；μ表示流體的動力黏性系數(shù)。因流動不可壓縮，且不考慮溫度的變化，故ρ和μ均為常數(shù)。

引入特征長度L(取為管道寬度)，特征速度U(取為進(jìn)口平均速度)，特征壓力ρU2，可將x，y，u，v和p進(jìn)行無量綱化，結(jié)果如下(帶*號的量為相應(yīng)的無量綱變量)：

；；；； (7)

代入控制方程(1)～(3)和邊界條件(4)～(6)中，得無量綱控制方程和邊界條件，為：

(8)

(10)

邊界條件為：

①在固壁上：u*=0；v*=0 (11)

②進(jìn)口處，若速度呈均勻分布：u*=1；v*=0 (12)

③在出口處：αu*/ αx*=0；v*=0；p*=0 (13)

其中，，是一無量綱參數(shù)，稱為雷諾數(shù)，表征流體慣性力和黏性力之比。

可見，對于二維定常不可壓縮管道流動，只要保證雷諾數(shù)相同，即動力學(xué)相似，則其無量綱控制方程是完全一樣的。如果同時保證幾何相似的，無量綱邊界條件相同，則其無量綱流動變量(u*，v*，p*)的解也必然是相同的。這樣，流動就是相似的。而如果雷諾數(shù)不同，則無量綱流動變量的解就可能不同，則流動不是相似的。因此，對滿足幾何相似和邊界條件相似的同類流動，雷諾數(shù)相同是流動相似的必然要求。而雷諾數(shù)是密度ρ，特征尺寸L，特征速度U和動力黏性系數(shù)μ的組合，也就是說，可以任意改變這4個參數(shù)的值，只需保證其組合(雷諾數(shù))相等，就可保證流動的相似性。這樣，為模型實(shí)驗(yàn)提供了廣闊的設(shè)計空間。如根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和測量手段的不同，可以靈活地用空氣流動模擬水的流動，用較慢速度的流動模擬較快速度的流動，用小管流動模擬大管流動等，反之亦然。

2 數(shù)值驗(yàn)證

由前面的分析可知，對滿足流動相似的流動，相同無量綱位置處的無量綱流動變量必然相等，反之亦然。在滿足幾何相似、邊界條件相似的前提下，動力相似(在此表現(xiàn)為雷諾數(shù)相同)是保證流動相似的必然要求。為驗(yàn)證前面所述理論，以二維定常不可壓縮管道流動為例，設(shè)計6種工況。二維管道的寬為L，長為10 L，網(wǎng)格尺寸取為0.05 L，這樣，可將整個計算區(qū)域劃分為4 000個矩形網(wǎng)格。計算域幾何、計算網(wǎng)格、邊界條件如圖1所示。6種工況中各參數(shù)取值見表1，工況1至工況4的雷諾數(shù)為100，工況5和工況6中雷諾數(shù)為500，但特征尺寸、特征速度、流體密度和動力黏性系數(shù)取不同的數(shù)值。

使用商業(yè)軟件Fluent對流動進(jìn)行模擬?？刂品匠痰目臻g離散格式取二階迎風(fēng)格式。計算中，每種工況迭代300步后，流動即可收斂，在CPU主頻為1.86 G的個人PC機(jī)上耗時約20秒。

將計算結(jié)果進(jìn)行無量綱化，以考察雷諾數(shù)對流動相似性的影響，不失一般性，取進(jìn)口處的無量綱壓力(見表2)和出口處的無量綱速度分布(如圖2所示)進(jìn)行分析?？梢钥吹剑衾字Z數(shù)相同，進(jìn)口處的無量綱壓力和出口處的無量綱速度分布都是相同的。若雷諾數(shù)不同，則無量綱壓力和無量綱速度分布都不同。理論上，二維無限長管道流動的速度剖面應(yīng)為拋物型分布?，F(xiàn)管道為有限長，在慣性力和黏性力的共同作用下，從進(jìn)口到出口的流動過程中，速度分布由均勻分布向拋物型分布逐漸發(fā)展。其中慣性力的作用是保持原有的流動狀態(tài)(即維持速度均勻分布的狀態(tài))，而黏性力則驅(qū)使流動向最終穩(wěn)定狀態(tài)(即速度為拋物型分布)演化。因此，慣性力相對越大(即雷諾數(shù)越大)，速度的演化過程越慢。從圖2看到，當(dāng)雷諾數(shù)較小時(工況1至工況4)，速度演化較快，10 L的管道長度足以保證流動速度演化到穩(wěn)定狀態(tài)，因此出口處的速度已經(jīng)達(dá)到拋物型分布。而當(dāng)雷諾數(shù)較大時(工況5和工況6)，速度演化較慢，10 L的管道長度還不足以使流動速度演化到穩(wěn)定狀態(tài)，出口速度分布還未發(fā)展到拋物型分布。

3 結(jié)束語

流動相似性原理是流體力學(xué)或水力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是建立模型實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程流動問題間相互聯(lián)系的紐帶。采用對流動控制方程進(jìn)行無量綱化，從理論上推出流動動力相似的條件，可以幫助學(xué)生更好地理解流動動力相似條件的必要性。

采用CFD技術(shù)對二維定常不可壓縮管道流動進(jìn)行數(shù)值模擬，操作簡單，計算速度快，可方便地用于課堂教學(xué)，以加深學(xué)生對相似性原理中較為抽象的動力相似的理解和記憶。如果讓學(xué)生親自動手完成，更能留下深刻印象，取得良好的教學(xué)效果，并能鍛煉學(xué)生的動手能力和提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖明葵.水力學(xué)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2007.

[2] 劉士和,孫東坡,丁新求.水力學(xué)[M].鄭州:黃河水利出版社,2009.

[3] 呂華慶,魏守林,周華民.流體力學(xué)基礎(chǔ)[M].杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

[4] 莊禮賢,尹協(xié)遠(yuǎn),馬暉揚(yáng).流體力學(xué)[M].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,1991.

[5] 趙琴,楊小林,嚴(yán)敬.CFD技術(shù)在工程流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等教育研究,2008,25(1):28-29.