工程流体力学论文精选(九篇)

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第1篇：工程流体力学论文范文

论文摘要:通过工程流体力学教学实践,探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合,活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性和主动性,达到优化教学效果的目标。  

 

一、前言 

 

随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展,多媒体教学已被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。因此,利用多媒体教学手段开发学习资源,构建新的教学模式,达到最佳教学效果,成为国内外提高教学质量、改革教学方式的重要手段。 

本文通过工程流体力学教学实践,探讨多媒体教学在授课过程中产生的效果。提出了在工程流体力学教学活动中将多媒体技术与传统教学手段相结合,活跃课堂气氛,提高学生学习的积极性和主动性。达到优化教学效果的目标。 

 

二、传统教学模式的利与弊 

 

传统教学模式历史悠久,教育理论成熟,已经积累了丰富的经验。在传统教学中,通过教师的形象、生动的讲述,学生易于接受,师生之间可以面对面地探讨疑难问题。对于工程流体力学而言,教学内容不可避免地会涉及到数学公式的推导,传统的板书教学方式即可以留给学生更多的思考时间,同时又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强记忆。然而传统式教学主要依靠粉笔与黑板的教学条件,是以教师为主体的教学模式,从而大大降低了教学效率,也扼杀了学生个性的发挥和创意的产生。 

 

三、多媒体教学的特点 

 

多媒体教学以其鲜明的教学特点,丰富的教学内容,形象生动的教学情景,在教学过程中发挥了重要的作用: 

第一,激发学习兴趣,有利于提高课堂效率。兴趣是学生获取知识、拓宽视野、丰富心理活动最主要的推动力。多媒体技术综合应用文字、图片、动画和视频等资料来进行教学活动,激发学生的学习兴趣,从根本上改变了传统教学模式的单调性。而且多媒体教学可以充分发挥学生听觉、视觉等器官对信息的接收,对学生的眼、耳等器官进行多重刺激,从而活跃学生的思维,增强学生记忆力,提高课堂效率。第二,直观、易懂,有利于提高教学质量。流体力学是从力学的观点出发,主要研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学,在日常生活和各种工程实际中具有广泛的应用领域,是动力工程和流体机械专业一门重要的专业基础课。与固体的运动规律相比,流体在运动过程中存在诸如激波、接触面间断、两相流体之间相互掺混等复杂现象。

多媒体教学手段能够通过图片、动画和视频资料等直观、清晰地观看复杂的流动现象,使学生较容易地掌握相关内容,提高教学质量。第三,增加教学容量,节约空间和时间。工程流体力学研究内容较多,涉及范围较广,在有限的课时内传授给学生的信息量较大。传统教学中知识的传播主要靠教师的口授与黑板板书,在一定程度上限制了课堂信息的含量,多媒体教学充分地利用了电脑能够存贮大量信息的优势,授课的信息量明显增多,教学内容更加丰富,使学生在有限的时间内接收更多的知识,开阔了学生视野,增加课堂知识的容量,提高了教学的效率。 

 

四、多媒体教学手段与传统教学方式相结合 

 

多媒体教学的发展并不意味着摒弃一切传统的教学方法和手段,而是将多媒体教学与传统教学方式相结合,扬长避短,发挥各自的优势,更好地服务于教学工作。 

工程流体力学教学内容主要包括两大部分,理论教学和流体力学实验教学。 

工程流体力学理论教学部分包含大量流体力学的基本概念、基本方程和一些复杂的流动现象。例如在教学过程中,流体静力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,这样既可以留给学生足够的思考时间,又可以加深学生对公式推导过程的理解,加强学生的记忆能力。而对于某些基本概念和特定的流动现象,可以通过多媒体教学手段,加深学生对基本概念和流动现象的理解。 

流体力学实验是流体力学教学中的重要组成部分之一,贯穿于课程始终。现行流体力学教学实验多为验证性实验,实验方法单一,同时,还受实验老师较少、实验课时有限以及设备等多种因素的影响,学生选择的范围极小,在很大程度上制约了学生思考问题、分析问题、解决问题的能力,不能很好地达到流体力学实验教学的要求。然而引入多媒体教学手段以后,学生可以灵活地改变实验条件,演示各种实验现象。 

 

参考文献: 

第2篇：工程流体力学论文范文

论文摘要：从石油工业对油气储运工程专业本科毕业生的综合素质和业务能力的要求出发，通过对教学内容和教学方法手段进行改革，改变传统的教学理念，不断培养学生工程意识和工程实践能力，提高创新能力。

在西部大开发的推动下，石油工业也以惊人的速度迅猛发展，培养高素质的应用型石油工业人才已迫在眉睫。特别是榆林学院（以下简称“我院”）所在的榆林市，作为重要的国家能源化工基地，对油气储运人才的需要更加突出。在学院领导的努力下，我院的油气储运专业已被评为陕西省特色专业。为了加强油气储运专业学生能力的培养，造就工程型人才，对油气储运专业的教学进行了全面的改革，将专业理论与实践教学有机地结合起来，统筹规划，使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识，培养工程意识，提高学生独立实验能力，强化学生工程实践能力，全面提高专业素质。但是，由于我院油气储运专业的发展相对榆林市石油工业的发展具有一定的滞后性，导致毕业学生不能达到目前油田企业的要求。因此，提高我院油气储运专业的教学水平具有重要的意义。鉴于这样的形势，本项目提出对油气储运专业课程最重要的专业课程之一工程流体力学课程的教学改革。

一、教学中存在的问题

在油气储运的课程编排中，《工程流体力学》课程是可以将储运专业理论知识与实践相衔接的很好桥梁。目前该课程的授课方式有所不妥，使得这门课不能充分发挥应有的作用。因此，在理论知识与实践相结合的条件下，应该配套一系列仿真课件，与教学相结合，学生才能更好地将书本知识融入脑海。仿真课件可以使学生掌握难以理解的抽象理论，从而更好地学习该专业最重要的基础课程，以便为将来的其它专业课程打下坚实的理论基础。

在加强工程流体力学课程理论教学的同时，还要加以仿真课件的训练，再配合实践教学环节。通过该课程的学习，结合实习与毕业设计环节，可以综合地将课本理论知识与实际相结合，以利于提高学生综合素质，对于他们今后的工作或继续深造发挥潜移默化的作用。

分析目前我院工程流体力学课程与实践教学之间的现状，发现存在的主要问题是：教学体系、内容与实践课之间存在脱节现象，具体表现在以下方面：首先，作为专业最重要的课程之一，《工程流体力学》课程是学习其它专业课程的基础，如果这个基础打不好，那么其它课就很难学习。据调查发现，学生很多都不太明白课程中一些具体的流态名词，以及抽象的流体损失问题，如果有了仿真课件，这些疑难问题就一目了然了。其次，我院储运专业的实验室设备中，有些由于厂家设计问题造成数据不准确，所以原本刚够学生分组实验的仪器数目，现在只能增加每小组的人数才可以维持正常开设实验课程。由于该课程中涉及的实验数目较多，也导致了场地的严重不足。再次，教学中不能很好地将理论课知识与生产实习相互渗透。而《工程流体力学》课程作为本专业的基础课程，与生产实习的相互渗透又甚为重要。

二、改革教学方法，激发学生的学习兴趣

为了更好地发挥该课程的作用，针对我院工程流体力学课程开设的现状，以及国内一些知名高校开设这门课程的情况，笔者提出几点改革建议，以使学生能够把学到的知识活学活用，提高他们分析问题和解决问题的能力。 转贴于

1.按照实用、新颖、精练的要求，着力进行教学内容的提炼与更新

课程建设旨在突破学科专业局限，又要照顾到专业需要，对课程进行整合、优化，合理安排教学内容。例如在本课程中加入非牛顿流体部分的教学内容，形成课程的特色。

2.强调计算机在流体力学教学中的应用

应该在教学中加入一部分符合我院具体专业情况的仿真模拟课件的使用量，学生可以将所学的知识和课件相结合，更加深他们对知识的理解和应用。这样，不但顺应时代的发展，也节省了学生花在琢磨流型变化上的很多时间。鉴于课程自身的特点，对于各种工艺流程图的介绍，传统的板书方法已不能完全满足教学需求。笔者因此针对不同专业的教学大纲，制定了相应的教学课件，通过多媒体教学，以弥补传统教学方法中抽象、晦涩、枯燥的缺点，使学生从动态的画面中，比较轻松地理解教师在教学中要传授给学生的知识内容。

3.有效组织实践环节至关重要

工程流体力学是一门综合性和实践性均非常强的课程，因此有效组织实践环节至关重要。学生通过在工厂的实习，可以将在学校中学到的理论知识与工厂中实际生产有效地结合起来，增强对理论知识的理解。应尽快解决实验设备结论不准确的现象，使教学仪器百分之百地准确投入到学生的学习当中去，尽可能地将流体力学作为向外专业进行开放实验，让有兴趣的学生也能参与。

通过该项目制定的措施实施于油气储运专业教学中，使每届油气储运专业学生受益。提高学生对专业理论知识的理解深度，增强他们的专业技能，并能够将所学知识活学活用。此举对学生的就业和继续深造具有非常重要的意义。

三、教学效果的考核

前已述及，这门课程主要是油气储运学科的专业基础，这门课程的培养目标旨在为以后的专业课打好扎实的基础，树立学生的应用能力。因此，在考试方式上，更注重应用能力的测试，考察学生与社会的接轨程度。这样，考试题型多是一些发挥性的，让学生用“渔”的本领去为本门课程的学习画上休止符。

四、结语

总之，对于《工程流体力学》课程教学内容改革的初步探索分析，可以促进教学观念的改变，按此目标授课，对教师提出了更高的要求。同时，还可以促进教材建设、实验室建设及其仪器设备的更新，提高学生的动手能力及科研能力，从而实现“学有所用”，“教学相长”。

高等教育教学改革，特别是专业课程体系及教学内容的改革，是一个系统和长期艰巨的实践过程，专业教师任重而道远。只要不断努力和探索实践，就可以开拓出一条提高油气储运工程专业教学质量、更加富有成效的新途径，而且可以取得更好的教改成果。

第3篇：工程流体力学论文范文

论文关键词：高职院校；流体力学；学习兴趣

“流体力学”课程是我国高等院校工科专业的一门主干专业基础课，涉及土木、能源、医学、环境、化工等许多领域。该课程是联系前期“高等数学”、“理论力学”等基础课程和后续专业课程的桥梁和纽带，在学生能力培养和知识体系构建过程中起着“承上启下”的作用。流体力学因曾经在20世纪五六十年代对航空航天事业的巨大推动而倍受世人瞩目。近年来，流体力学广泛深入地向边缘学科交叉渗透，这就要求相关领域的工作者要善于从错综复杂的工程实际中独立地提出问题和解决问题。

民办高职院校的学生入学成绩较差、自主学习的能力较差。很多学生对流体力学现象认识模糊，学生普遍感觉流体力学概念抽象，难以理解，对“流体力学”产生畏难情绪和厌学现象，学习积极性不高。2011年，江苏省高职院校招生实行注册入学，更意味着生源素质的良莠不齐，这对工科专业的民办高职院校的“流体力学”课程教学是个严峻的挑战。

一、民办高职院校学生的特点

1.入学成绩较差

民办高职院校在高等院校中处于较低的地位，这尤其体现在招生中，往往是录取批次的最后一批。这就意味着入学的学生往往入学成绩较差，从这几年金肯职业技术学院（以下简称“我校”）的录取成绩来看，从90分～330分都有，大多是在180分左右。因此民办高职院校的学生往往数学物理基础较差，计算能力较差，影响他们对工科课程的学习。

2.自主学习的能力较差

从和学生的交流情况来看，学生在课后很少主动学习、看相关的书籍，甚至连作业都有不能按时保质完成的时候。

二、如何调动学生学习“流体力学”的主观能动性

民办高职院校和公办本科院校以及公办高职院校有很大的区别，使得在“流体力学”课程教学中不能照搬上述公办院校的方法，而要根据民办高职院校的特点来实行教学。

陶行知在《中国教育改造》中指出：“大凡选择职业科目之标准，不在适与不适，而在最适与非最适。所谓最适者有二，一曰才能，二曰兴味。才能足以乐业。”学习最有兴趣的专业，因其兴趣，才会有乐趣，才会安于学习。托尔斯泰说过：“成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生的兴趣。”对民办高职院校的学生更应注重兴趣的培养。

1.教学内容优化，降低难度

（1）教学内容精简，理论够用为度。鉴于高职院校学生的特点，再结合高职专业所实现的目标——技能性人才，根据各专业的侧重点，对教学内容进行优化。理论难度够用为度，不求理论的系统性和完整性。以给排水工程专业为例，流体静力学经优化后，保留静压强及其特性、静力学基本方程的应用、平面和曲面的静水总压力的内容，侧重基本概念、基本定律和方程式，取消了平衡微分方程的内容。对我校学生而言，难以听懂，不如加强基本知识的介绍，如能透彻理解，对工作和生活更有用。

（2）教学内容体现职业特点。应该在教学内容中体现本专业的专业内容。对于面向给排水工程专业开设的“流体力学”课程，其专业和自来水、污水的运输和输送紧密相关，都离不开管、泵的设计与使用，这就涉及到流体力学的许多方面。例如，分析流体在管道内的流动规律、压力、阻力、流速和输量的关系时，应向学生指出此处知识点的学习是为了根据流动规律和各参数关系来设计管径、校核管材强度、布置管线以及选择泵的大小和类型、设计泵的安装位置等，把知识点融入到职业特点中，编成例题进行讲解。有些概念和理论是学生首次在“流体力学”里学到的，并且会贯穿到整个专业知识的学习过程中，例如雷诺数、水头损失、沿程水损等，所以，对于此类知识的反复强调也是非常必要的。把“流体力学”和“泵与风机”、“管道工程”、“水处理工程”等专业课联系在一起，相关知识点能做到心中有数，为以后专业知识的学习打下坚实的基础。优化内容的同时，也不同程度地降低了学习内容的难度，这在客观上为提高学生的学习积极性铺平了道路。

2.活跃教学课堂气氛，营造轻松的学习环境

（1）用重大事件激发学生学习“流体力学”的自觉性、主动性和积极性。在教学中适当地穿插讲述一些有关的重大事故、重大灾害和重大建设项目（统称“重大事件”），对于学生认识现在的学习与未来工作之间的关系、提高学习自觉性、培养热爱专业的思想和严谨的科学作风很有帮助，同时也有助于活跃课堂气氛。

在讲授“流体静力学”这一章节内容时，可举1993年青海沟后水库垮坝事件。1993年8月27日夜间，库容为330万m3的青海省海南藏族自治州沟后水库在库水位低于设计水位0.75m3的情况下突然垮坝失事，造成288人死亡，40人失踪，直接经济损失1.53亿元。水利部专家组调查认定，沟后水库在设计上有缺陷，施工中又存在严重质量问题，运行管理工作薄弱，这次垮坝属于重大责任事故。结合流体静力学讲述这一事件时指出：不管在什么岗位，责任心和专业技术素质也许会关系到千百人生命财产的安全。

（2）用工程或生活实例让学生感受到科学很奇妙，身边处处有科学。兴趣是学习的最大动力，教师应该让学生直观形象地了解流体力学的广泛应用性以及内容的趣味性，将与日常生活或生产实际有关的例子介绍给学生。“流体力学”的理论性较强，公式较多，学生理解比较困难。如果教师在课程的讲解过程中，多穿插一些实际生活中的现象，与课本中的理论结合起来讲，一定会大大提高学习兴趣，使学生更好地熟记和应用知识。在静力学章节的学习过程中，可举“人能下潜多深？”的例子，帮助理解静力学基本方程。小时候经常玩的一个游戏——吹纸条。拿出一个小纸条，让它自然下垂。沿水平方向在它上面吹气，纸条就会飘起，这是由于流动气体的压强小。而解释流动气体压强为什么小，要借助伯努利方程来解释。“站台安全线的由来”，“神奇的香蕉球”是如何踢出来的？这也要用伯努利方程来解释。身边的科学无处不在，只要仔细观察，便能从中领悟到许多道理。

从奇妙的鱼缸、小鸟喝水的杯子到饮水机的原理，介绍静力学基本方程的应用及等压面的概念。简单的原理，小小的发明，却给生活带来极大的方便，这就是创造发明的价值所在。

（3）增加语言的艺术性，让枯燥的流体力学变得优美和富有哲理。子曰：“学而时习之，不亦悦乎？”学习应该是快乐轻松的事。从幼儿园到小学，都倡导素质教育、快乐教育。高等教育也应该贯彻这一思想，学习才能持久。

传统的课堂教学极容易枯燥乏味，使学生听课索然无味，这必将不利于教学质量的提高。如果我们的授课语言优美，讲述形象生动，把美的气息、哲理的意味注入“流体力学”的教学，使学生学得轻松、自由，甚至浪漫，营造出轻松、快乐的学习氛围。

在绪论中，可以谈谈流体力学中的人文文化。水与空气都是流体的典型代表，是一切生命不可缺少的物质，自古至今人们对它的了解、探索和应用创造了丰富的文化物质成果。“楚天千里清秋，水随天去秋无际”。秋风，天水一色，是大自然的美景，也是流体的流动现象。它们赋予我们灵感，承载着我们的喜怒哀乐。古圣人喜欢从哲理上描述水性，歌颂水德。老子说“智者乐水，仁者乐山”。老子的名言是“上善若水”。通过此类讲述，使流体力学增加美的气息，使力学融入人文，既说明我们的生活与其息息相关，又轻松了课堂气氛。

在讲授粘性流体流动存在着两种流态时，可以借用古代文学中相关的名句，如描述湍流的有李白的“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，描述层流的则有“半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊”等佳句。这样可以帮助学生建立对流态十分形象而深刻的印象，从而有助于学生理解、掌握相关知识。

在教学过程中，还可穿插着向学生介绍定律知识背景的形成过程，以及相关科学家的工作，让学生领悟科学思想，轻松接受相关知识。“牛顿粘性定律”是牛顿对流体力学的主要贡献之一，是流体力学教学的重点内容。我们不仅仅要教给学生科学知识的本身，还应重视如何使学生感悟科学精神。此时穿插介绍牛顿的哲学思想和科学方法。牛顿用引力理论和运动三定律把天上行星和它们的卫星运动规律，同地上重力下坠的现象统一起来，实现了天上人间的统一，这是牛顿在自然哲学上的伟大贡献。

3.突出实验教学的特殊地位，让学生乐在其中

突出实验教学的特殊地位，使教学贴近实际，贴近生活。通过演示实验、学生验证性实验、竞赛型的设计性实验、实验录像、照片、仿真实验教学等多种方式贯穿教学的全过程，让学生看到各类实验最深刻、真实的一面，从而丰富学生的经验，增强学生的见识，培养职业意识和实践能力。

（1）开发课堂演示教具和演示实验。开发一系列课堂教学演示教具，可以使学生耳目一新，课堂气氛变得活跃起来。课堂演示教具和演示实验的使用，必须简单易行，价廉物美，且能解决教学问题，这对民办高职院校的教师提出了较高的要求。讲授表面张力和毛细管现象时，可演示毛巾浸湿的现象，顺带告诉学生如何在无人时给花草自动滴灌的方法；演示移液管移液凹面的现象时，告诉学生如何读数，如何避免毛细管现象引起的误差，同时可教学生化学实验操作的细节。讲述“流体静力学”章节时，演示倒扣水杯的实验，让枯燥的方程变得形象，易于理解。从废弃饮水机上拆下的“聪明头”，介绍静力学基本方程的实际应用。这些教具都非常简单，也易于获得，甚至无需额外花钱，学生也非常感兴趣。

（2）应用多媒体教学演示。并不是所有的教学内容都能找到适合课堂演示的案例。随着多媒体在教学中应用的普及，一些复杂的演示实验和昂贵的演示教具可以通过多媒体教学来实现。如雷诺实验、水跃实验、水击现象，在生产实践中所应用的各种堰，都可一一演示，远胜贫乏的语言描述。

（3）用设计性实验让学生参与其中，乐在其中。设计性实验围绕职业特色专题，依据学生的实际情况而设，如：“自动虹吸管的改进与应用”。指导教师根据学生对所学知识的掌握及兴趣度，将他们分成几个不同的实验小组，然后指导和协助学生自己设计实验方案，动手组装，最后依据实验结果给出实验成绩。

该实验教学模式的优势体现在以下几个方面：激发学生的求知欲望和培养学生的创造能力；加深学生对理论知识的理解并向外延展；节省高校实验室资金投入。

文中所提到的方法，最终需要教师来完成，这对教师提出了较高要求。虽然高职院校的教师的教学任务很繁重，尤其是民办高职院校的教师，但这些方法都可以在平时的积累中完成，只需平时阅报、听新闻、上网浏览、注意周遭事物，多和同行交流就可以做到。

第4篇：工程流体力学论文范文

关键词：全英文课程；计算流体力学；课程建设；研究生

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）33-0221-03

一、引言

伴随着经济全球化潮流，高等教育也在走向国际化。高校与国际接轨的能力决定了其吸引国外高水平师资和优秀学生的能力[1]，进一步会影响到所在国的科技水平和国际形象。因此，全英文教学逐渐成为我国高校研究生教学改革的重点[2]，并有制度化和常态化的趋势。在这种背景下，中国石油大学（北京）作为唯一一所教育部直属的石油类高等学府，已将国际化办学提升到了学校发展战略的高度[3]，相继出台了聘请外教、接收来华留学生、提升教师国际化水平、推动全英文课程体系建设等一系列举措。作为这一体系中的一环，计算流体力学全英文课程在中国石油大学（北京）机械与储运工程学院的大力推进下已作为该院的第一门全英文课程开设起来。计算流体力学被选为机械与储运工程学院的第一门全英文课程与其学科特点有关。该院的油气储运工程、热能工程等专业无论在基础研究和工程应用方面都或多或少需要用到计算流体力学，且随着研究生培养质量的提高，研究生参加国际会议、发表高水平国际期刊论文、出国联合培养等涉外科研活动日益频繁。他们在这些活动中能否得到国际同行的高度认可，毫无疑问地取决于研究生是否能够用英语无障碍地与国际同行就专业领域、研究方向甚至日常生活等方方面面进行深入交流，包括英语的听说读写能力甚至更高级的英语思维能力。

然而，用英语进行科研活动对于母语非英语国家的学生来说是一大难题，尤其是我国学生长期处于单一汉语教学语境中，到了研究生阶段早已习惯了十几年的汉语教学。这使他们进入科研工作后也不由自主地倾向于阅读中文科技文献、撰写中文科技论文，大大局限了研究生的视野、局限了原创性成果的传播范围，也使他们在开会、毕业、出国、就业等压力下不得不使用英语表达其科研成果时，往往“张不开嘴”、“下不了笔”，即使勉力为之也经常词不达意，难以清晰准确地体现其科研成果的精髓，影响了与国际同行的交流效果。据笔者调查，大多数硕士生会用三分之一甚至更多的时间学习英语，博士生中能够自如地用英文撰写科技论文的人数也在少数，即使一些研究生通过了托福、雅思等英语考试，但是当其在生活和科研中使用英文时仍然感觉格格不入、困难重重。

出现上述问题的原因来源于两方面：一方面，我们给学生提供的教学、科研环境是全汉语的，与专业知识相关的词汇、概念、原理、定律等都只用中文讲授，使得学生在学习时已经先入为主地把知识与中文绑定了，不知道这些知识地道的英文表达是什么。另一方面，学生为了通过各种英语水平考试所进行的是泛泛的英语训练，由于缺乏应用背景，往往是考试结束没多久学生就把所记的词汇、语法忘光了，不知道如何把英语用到自己的专业中形成综合的英语能力。总之，学生在教学、科研、英语这三项活动中做的几乎是互不相关的三件事。

解决这一问题的途径之一就是把专业知识的教学环境改变为全英语，把英语有针对性地用到教学进而科研中[4]。因此，以“计算流体力学”全英文课程建设为契机，通过一系列的教学研究，希望探索出一条适合中国学生实际情况的、行之有效的特色全英文教学之路，切实提高研究生的专业英语的全面应用能力，进而提高其科研创新和国际交流能力。本文针对第一次开课所遇到的问题进行了初步探讨，为后续优化该课程的设置提供借鉴。

二、“计算流体力学”全英文课程课堂教学分析

为了切实分析出“计算流体力学”全英文课程的初次授课得失，以利于后续改进提高教学质量，仅从教师本身的经验体会进行归纳是远远不够的，需要来自学生的第一手反馈资料。因此，从课程的时间安排、教学材料的难度和组织、教学方式、考核方式4个方面对学习了该课程的37名研究生进行了问卷调查（选项间可以多选）。调查是采用网上下载问卷匿名填写的方式进行的，因此具有较高的可信度。

研究生课程与其他阶段学生的课程最大的不同在于要求在第一年即修完所有课程，为后两年研究工作的开展打下基础。其中大部分课程均集中在第一年的第一学期。新开的“计算流体力学”全英文课程的时间安排，实质上体现了与已有研究生课程的衔接关系以及学生的接受程度，而从学习者的切身体会去了解最为真实可靠。因此，问卷调查首先从课程的时间安排入手，结果示于图1中。45%的学生认为虽然课程时间安排得太紧凑但是有利于锻炼英语，也有20%的学生认为时间太紧而影响学习效果。出现这种情况的原因主要来自于该门课程目前的授课模式是从国外大学引进外教来讲课，外教在国外大学本身承担了科研和教学工作，因此只能根据其空余时间来华集中授课（2周），因此授课强度高。但是凡事皆有正反两面，集中高强度授课对于汉语课程或许不适宜，但是对于英语作为授课语言的课程反而会因为高频度的语言刺激而使学生较快掌握专业英语。这一点从45%的学生的正面评价即有所反映，从教师课堂上的观察也得出了相同结论，即从第2堂课开始学生已基本摆脱了第1堂课的完全听不懂的状态，掌握了基本的专业词汇，从第4堂课开始已有较多学生能和教师用英语进行专业知识的简单交流。另有15%的学生认为安排在第一学期较好因为有利于集中学习，20%的学生认为安排在第二学期较好因为需要一些知识准备。这两方面其实也是各有利弊。安排在第一学期可以和绝大部分研究生课程同时学习，减轻后续学习和科研压力；安排在第二学期可以在第一学期已经学习了张量、数值传热学等汉语环境的课程后有较为充分的知识准备，有助于提高全英文环境下的学习效果，毕竟对于外语来说，内容本身越熟悉越容易听懂[5]。

在教学内容难易度方面（图2），绝大多数学生（96%）反映教学内容偏难偏多，感觉课堂上应接不暇（25%）、课下需要较多时间消化吸收（43%），还有一些学生希望围绕几个难易适中、理论与实践结合的话题来展开（28%）。就这些问题，经过与外教的交流，发现外教已经降低难度并减少内容来授课了，这一调查结果恰恰反映出中外学生英语能力差别悬殊。在后续开课过程中要充分认识到这一差别，做到循序渐进，逐渐增加难度。另外，由于外教的学科背景与修习该课程的学生不一致，导致了学生觉得讲授内容偏理论化，不知如何应用于工程。这一点在本校接手该课程后可以着手改善。

在教学材料适应性方面（图3）主要反映了2个问题：（1）目前的主要教学材料依靠记录老师板书而获得，既熟悉了英文（39%），又部分影响了听课效果（27%）；（2）给学生提供的参考教材虽为国外教材，但都是面面俱到地介绍计算流体力学知识，没有针对性和侧重点，与课堂教学内容的联系也不紧密（21%）。针对这两个问题，需要对教学材料进行重新组织，挑选适合本专业特点的教学材料。

教学方式包括课堂组织形式（图4）和语言环境（图5）两个相互关联的方面。绝大多数学生对目前的授课形式比较满意，认为引入了国外的授课模式后课堂氛围轻松，更有利于对知识的吸收（41%），每堂课开始前先让学生用英文总结上节课内容，既复习了知识又锻炼了口语（43%）。这说明学生对全英文授课模式是认可的，并不是仅仅将中文替换为英文的换汤不换药的形式。具体到语言环境上，39%的学生认为强制全程使用英文，虽然感觉不适应但是避免了对中文翻译的依赖，直接用英文学习知识更有收获；26%的学生乐于接受教师边讲课边书写的形式，因为听与看结合起来更易于听懂和理解教学内容；28%的学生希望遇到陌生英文词汇时教师能用较浅显的词汇进行解释，这样更便于从英文角度直接掌握知识。从图4和图5反映出的学生对于提问和强制使用英文的抵触情绪，教师一方面应坚持原则，另一方面应多鼓励学生直接使用英文学习与交流，疏解学生的紧张畏难心理。

在课程考核方式方面（图6），压倒性的意见（占92%）认为目前采用大作业形式来考核很好，并且大作业题目本身比较灵活，在解决具体问题时强化了学习效果。也有少量呼声要求在期末大作业之外增加平时小作业（3%），以及采用期末考试的形式（5%）。可以考虑以后的考核方式多元化，增加学习过程考核，可能会收到更好地教学效果。

三、“计算流体力学”全英文课程建设初步意见

基于以上教学调查结果，将学生的反馈意见与教师的授课经验结合，分析得到了以下课程建设意见：

1.课时安排应紧凑适度。总体上该课程应安排在数值传热学、张量基础等课程之后，使得学生在中文环境下预先掌握一定的计算流体力学基础知识，更有利于向全英文环境的过渡。具体课时安排应既不太紧也不太松，以平均每周3次课，每次2课时为宜，使得学生既能跟上课程进度又不会因为上课间隔太长而遗忘已学的专业英语。

2.教学内容应精挑细选。应该结合专业特点，以本专业工程中的典型案例为背景，围绕难度适中的常用计算流体力学方法进行讲解。不求面面俱到，但求针对性强。建议在完善教学PPT的基础上编写专门用于这门课的讲义和教材。

3.教学方式应去中入西。正因为中国学生长期习惯于中文课堂的讲授式教学，不需要与教师和同学进行较多的交流，甚至讲台和课桌分别成为了教师和学生的“堡垒”，才导致容易将这一模式带入到英文环境的课堂学习中。然而，这一带入是极其不利的，因为学生面对的是英文和专业知识的双重困难，如不在课堂上进行充分地交流，学习效果非常有限且专业英文水平无法得到提高，最终必将陷入“英文阻碍专业知识的学习，专业知识反过来阻碍英文的学习”这一怪圈。只有教师首先从自身做起，放弃传统中式课堂的“上下级”教学模式，引入西式课堂的“平等式”、“开放式”授课模式，通过师生互动、生生交流、英文答辩等形式，才有可能让学生乐于在英文环境下学习专业知识，全面培养专业背景下的英语综合能力。

参考文献：

[1]宋培晶，陈红，胡泊.非英语国家高校开设全英文授课硕士生培养项目现状比较分析[J].学位与研究生教育，2008，（9）.

[2]马吉平.专业课全英文教学探讨[J].湖北第二师范学院学报，2014，31（3）.

[3]林伯韬，林青，庞惠文.石油工程专业材料力学全英文课程教学探索与实践[J].大学教育，2016，（1）.

第5篇：工程流体力学论文范文

2、主要课程：工程力学、流体力学、岩土力学、地基与基础、工程地质学、工程水文学、工程制图、计算机应用、建筑材料、混凝土结构、钢结构、工程结构、给水排水工程、施工技术与管理。

3、主要实践性教学环节：包括工程制图、认识实习、测量实习、工程地质实习、专业实习或生产实习、结构课程设计、毕业设计或毕业论文等，一般安排40周左右。

4、主要专业实验：材料力学实验、建筑材料实验、结构试验、土质试验等。

第6篇：工程流体力学论文范文

[关键词] 力学 学科 发展报告

福建省力学学科在广大的省内力学工作者长期不懈努力下，通过与国内外同行广泛交流、相互学习，以及不断从国内外引进优秀力学人才，近十年来取得不少成果。目前，虽然总体上在国内还无法处于先进行列，但在某些领域的一些研究成果达到了国内甚至国际先进水准，国内影响也日益增加。但是，福建毕竟是力学小省，从事力学研究的队伍很小，真正从事力学理论、基础研究的人才更少。迄今，我省高校还没有设置力学专业，更没有力学或航空航天学院。正因为我们没有强大的力学研究队伍，我们的研究成果不够系统，也无法形成国内外影响力大的研究团队。力学是目前世界上发展非常快的一个学科，是众多工程技术的基础，其研究成果被广泛应用于先进的航天航空技术、舰船技术、兵器技术、尖端的建筑领域、车辆技术、机器人技术、高速精密机床、电子技术、防震救灾等等。力学学科强的省份，其工程技术各个领域普遍也强。由于经济实力有限，福建省同其他一些省市一样，对力学等基础学科重视不够，导致工程技术人才队伍总体素质不是很高，研究后劲不足。除了高层建筑、大型桥梁、水库等事关国计民生的大项目外，很少见到生产企业借助力学寻找疑难问题的答案，或开发设计新产品。为此，总结力学学科发展，不仅仅是有助于本学科更快更好的发展，更重要的是促进力学对工业进步的推动作用。此外，还可以帮助年轻的力学工作者、力学爱好者，以及政府有关部门，更快更好了解我省乃至全世界力学发展动态、应用与存在的问题，促进力学人才队伍的发展壮大。虽然我省力学人才数量与培养机制在国内处于劣势，然而，力学学科也同其他学科一样， 有能力、也期待在海西建设中发挥更大的作用、得到更快的发展。

目前，我省力学学科研究领域主要集中固体力学、流体力学、计算力学、机械动力学与控制、细观力学、实验力学、结构力学等方面。研究内容既有理论方面的，也有许多工程实际应用的，还有关于力学教育的。本学科报告将根据上述7个领域展开。

1固体力学

固体力学研究变形固体在外界因素（如载荷、温度、湿度等）作用下受力、变形、流动、断裂等。包括杆件及理想弹性体变形和破坏；变形固体塑性变形与外力的关系；细长杆稳定性理论；杆系结构、薄板壳以及它们的组合体；裂纹尖端应力场、应变场以及裂纹扩展规律。复合材料构件的力学性能、变形规律和设计准则。固体力学不但促进了近代土木建筑、机械制造和航空航天等工业的进步和繁荣，而且为广泛的自然科学提供了范例或理论基础[1-2]。大到桥梁、航天航空器、核动力结构，小到计算机芯片、生物组织以及近年来高速发展的微/纳米机械等都需要借助固体力学理论和方法。

1.1 我省固体力学研究现状

1.1.1 断裂与疲劳方向

通过三点弯曲疲劳试验，分别跟踪监测了40Cr钢及它的两种表面处理试样疲劳损伤过程，得出了40Cr钢经过两种表面处理对其疲劳裂纹萌生寿命有显著影响的结果，提出了对疲劳裂纹萌生寿命测量的一种新方法[3]。根据材料对称循环持久极限和静载强度极限，导出任意循环特征下材料持久极限的估算公式。通过非线性有限元方法对橡胶―钢球支座的橡胶层与钢球粘结界面上及橡胶中间层在扭转载荷作用下存在中心裂纹和环形边缘裂纹的情况进行了数值模拟，给出撕裂能与裂纹尺寸、载荷和橡胶层厚度的关系曲线[4]。针对抽油机井常用油管在循环载荷作用下的疲劳断裂问题进行了理论与实验研究。在实测油管载荷谱与应变谱的基础上应用弹塑性有限元法计算油管螺纹内的应力应变场，并进行了有关的疲劳实验，以得到油管的疲劳强度。

* 第一执笔人：严世榕，福州大学车辆振动与电子控制研究所所长、教授。

1.1.2 板壳、薄壁杆件及复合材料方向

利用群论方法提出周期区域的分片正交多项式连续函数，在周期区域内利用正交分片多项式逼近位移函数可以大大地降低计算量[5]。推导了一般各向异性板弯曲的积分方程，运用加权残数配点法求解了正交各向异性板弯曲的积分方程。提出了两种新的近似基本解加权双三角级数广义各向同性板解析形式的基本解和加权双三角级数的叠加。根据Timoshenko几何变形假设和Boltzmann叠加原理，推导出控制损伤粘弹性Timoshenko中厚板的非线性动力方程以及简化的Galerkin截断方程组;然后利用非线性动力系统中的数值方法求解了简化方程组[6]。假设翘曲位移及切向位移的分布函数，考虑剪切变形的影响，利用最小势能原理建立了单位均布畸变荷载作用下的薄壁杆件畸变角微分方程[7]。采用一般解法对该畸变角微分方程进行求解，并推导求解的初参数法。采用加权余量法提出一个简支工字型梁在横向荷载作用下临界荷载的计算公式；利用这个式子算出的值与试验结果以及其它数值方法等得到的结果吻合得很好，说明文献[7]提出的公式能迅速、有效地计算薄壁杆件的横向临界荷载。以均布荷载下的抛物线钢管拱为研究对象，在考虑双重非线性的有限元分析基础上，提出纯压钢管拱稳定临界荷载计算的等效柱法[8]。提出了基于杆件连续分布的结构优化方法，优化结果不仅更接近理论解，而且克服了理论解的非均匀各向异性材料的制造困难，也完全避免了各种数值拓扑优化普遍具有的数值不稳定问题[9]。

1.1.3 弹性动力学方向

分析了一般粘弹结构特征值问题的特点，建立了一般粘弹结构的模态分析方法。与粘弹结构已有的模态分析方法相比，该方法通用于更一般的粘弹结构，在形式上不涉及粘弹本构关系项，并只涉及一种模态向量[10]。导出了时间步长内计算扰动的确定方法，并进一步采用同步计算消除计算扰动效应和后续步计算消除计算扰动效应，两种途径抵消其不利影响。基于Distorted-Born Iterative方法，提出了一种求解弹性波强非线性逆散射问题的迭代方法。在数值模拟运算时利用矩阵法进行离散处理，并采用正则化原理避免求解病态矩阵方程。应用多重尺度法推得从平方非线性振动系统势能井逃逸的时间。近似势能法用于克服非线性带来的困难。推导了系统的运动学、动力学方程。分析表明，结合系统动量及动量矩守恒关系得到的系统广义Jacobi关系为系统惯性参数的非线性函数。证明了借助于增广变量法可以将增广广义Jacobi矩阵表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数。在此基础上，给出了系统参数未知时由空间机械臂末端惯性空间期望轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的增广自适应控制算法。在高速公路刚架拱实桥动测及单车荷载作用研究基础上，建立多车荷载激振模型，发展了研究刚架拱桥车激共振特性的可视化仿真方法，探讨刚架拱桥在高速多车荷载作用下的共振条件，分析车距、车速和车数对竖向瞬态振动峰值的影响，编制运行多车荷载下振动仿真分析可视化程序。提出了基于压力传感器的汽车重心实时监测机理的力学模型。利用该模型能实时监测汽车的整车重量、重心位置，提供安全装载和安全车速监测与报警，可为汽车安全系统提供可靠的重心计算力学模型，为研制汽车重心实时监测系统提供了必要参数与依据。论述数值计算中新的小波基无单元方法，即用小波基函数取代传统无单元方法中的幂级数基之后，使无单元法具有了小波变换的局域化和多分辨率等优良特性，并能有效地克服有限单元法的网格敏感性和单元之间应力不连续现象，从而不但拓展和丰富了无单元法的理论内容，也为其工程应用开辟了新的途径[11]。

1.1.4 工程应用

推导了T型截面梁的弯矩-轴力-曲率关系，提出了分析大偏心体外预应力筋的应力增量和梁弯曲性能的通用方法。比较荷载作用前后，转向座和锚具的变形差，计算出体外筋的应变和应力。因此这一方法考虑了体外筋的变形协调条件，同时自动地考虑了体外筋偏心距的损失。以B样条函数结合配点法直接求解框剪间有限个作用力与力矩，导出的递推公式对任意水平荷载可直接应用。采用动力特解边界元法在时域内求解坝-水-地基动力相互作用问题特性，研究了坝体、地基和系统阻尼对坝体的动力特性、动水压力、动力放大系数及稳定系数的影响。提出了一种求解柔性多体系统控制方程数值方法，在每一时间步，利用Newmark-β直接积分法计算迭代初值，基于控制方程及约束方程的泰勒展开，推导出Newton-Raphson迭代公式，对位移及拉格朗日乘子进行修正。引用Blajer提出的违约修正方法对数值积分过程中约束方程的违约进行修正。提出了地震作用下摩擦耗能支撑参数优化的一种新的数学模型，在给定的几条地震波作用下，在满足框架的规范层间位移角限值要求下，框架各层安装的耗能支撑刚度之和最小，从而实现安装较少的耗能装置而能达到相同的抗震要求[16]。

1.2 与国内外发展现状的对比与不足

整体上，我省还没有建立起几个系统、稳定的固体力学研究方向。与国内外比较尚处于相对落后的研究水平。许多研究领域尚处于空白。系统性、原创性研究成果就更少了。

1.3 国内外固体力学发展趋势预测

固体力学的研究对象向跨尺度和复杂性方向发展；研究手段以跨学科、交叉性和系统性为特色。 其基本理论以研究力与热、电、磁、声、光、化学及生命领域的相互作用，实现从原子、分子的微观结构到纳米结构、细观显微结构，直至宏观结构的多尺度关联理论框架的建立。固体力学可以将地震、边坡失稳、泥石流、矿井崩塌等自然灾害提炼成为具有群体缺陷、裂纹和裂隙的不连续、非均匀介质的力学演化过程，预测和防范突发灾害的发生。固体力学在陆地和海洋石油勘探采集和输运、核电技术、风能技术、高坝技术和高功率水力发电技术、大型工程结构的选址等重大工程中也将发挥愈来愈重要的作用。集传感功能和驱动功能为一体的智能材料和结构蕴含着许多与传统领域不同的力学问题。新型材料与结构的多场耦合力学，包括力－电－磁－热耦合场基础理论与体系、破坏理论、智能结构性能等是固体力学领域充满生机的研究方向。 利用生物学和生物技术来设计材料与器件将极大地冲击整个工程界、生物界和医学界。

1.4 我省固体力学发展对策

目前普遍强调工程应用的大社会背景对力学这门基础性学科的发展是极为不利的。鼓励自由探索，促进系统性、原创性、基础性的研究工作是促进力学学科发展的最重要基础工作。主要体现在如下几个方面：

（1）固体力学作为影响广泛的重要基础学科，需要长期、稳定地投入。自由探索和基础研究是科学新思想、新理论和新方法的重要源泉。需要以全面发展的观点长期稳定地处理好基础研究、应用基础研究和工程需求的关系，营造在各方面都鼓励创新的环境。

（2）人才培养，特别是充分发挥优秀人才作用是力学学科发展的重要源泉。建立有利于人才培养的长期、公正、公平、合理的科研成果和科技人才评价体系，力学学科的科学研究和人才培养尤其要避免急功近利。各高校在力学学科的建设上不能以其能否直接解决工程实际问题为取舍的依据，而要以现有人才和研究基础为依据。稳定、扎实的力学学科人才培养可以直接惠及众多相关学科的发展。

（3）从固体力学学科的性质、现状和发展趋势，以及国家需求来看，目前的重要科学问题和前沿领域主要有：微纳米力学、多尺度力学与跨尺度关联和计算、新材料与结构的多场耦合力学、生物材料与仿生材料力学、科学与工程计算与软件、仪器设备研制及实验力学新技术与新表征方法。国家建设需求的重要支撑点和应用发展方向主要有：固体强度与破坏力学、计算力学软件、固体力学在国家安全以及航空航天工程中的应用、大型工程结构与工业装备的力学问题、爆炸与冲击力学、环境与灾害关键力学问题等。

2流体力学

2.1 计算流体力学

流体力学是力学的一个分支，它主要研究流体的运动以及流体和其它介质间相互作用和流动的规律。流体涉及面广，它可以是气、水，也可以是油或其它流变物质。流体力学在气象、水文、石油勘探、船舶、飞行器和工业机械等领域均有广泛应用。流体力学数学上的描述是著名的Navier-Stokes方程及其各种变化。

空气动力学是流体力学针对空气运动问题的一个分支，也是流体力学研究的一个主要内容。20世纪初，飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。航空器的研究需要了解飞行器周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题，这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的发展。20世纪中后期，流体力学开始和其他学科互相交叉和渗透，形成了新的交学科，如物理-化学流体动力学、磁流体力学等。

流体力学研究的手段主要有三：实验，理论分析，数值计算。理论分析是根据流体力学基本方程，通过数学方法进行分析，得出各种定量和定性结果。由于流体运动的复杂性，实验方法在流体力学中占有重要的地位。现代流体力学就是在纯理论的古典流体力学与偏重实验的古典水力学结合后才蓬勃发展起来的。实验对于验证流体运动的基本规律，测定经验参数，解释物理现象均有重要意义。

随着计算机技术和各种高效计算方法的发展，使许多原来无法用理论分析或实验研究的复杂流体问题有了求得数值解的可能性，形成了“计算流体力学”学科。从20世纪60年代起，在飞行器和其它相关工程的设计中，开始大量采用数值模拟，使得数值模拟成为与实验和理论分析相辅相成的一个重要研究手段，并正在成为流体力学的主要发展方向。数值模拟方法特点如下：

①给出流体运动区域内的离散解，而不是一般理论分析方法所关注的解析解；

②它的发展与计算机技术的发展直接相关，因为复杂的流动问题要求大计算量的运算；

③若物理问题的数学模型是正确的，则可在较广泛的流动参数（如马赫数、雷诺数、气体性质、模型尺度等）范围内研究流体力学问题，且能给出流场参数的定量结果。

厦门大学在计算流体力学学科开展了多方面的研究，其主要研究力量分布在数学、海洋、化学、材料、物理机电等院系，并建立了多套高水平的大型计算服务器。特别值得一提的工作是：数学科学学院在可压和不可压粘性流体数学模型的理论探索和高阶数值模拟的研究中取得了具有国际水平的成果，丰富和发展了下面几个重要方法:

2.1.1 谱方法（Spectral method）[17-19]。该方法是一类高阶方法，它利用整体高阶多项式逼近偏微分方程的解。它主要有两种形式：从弱形式出发的Galerkin谱方法和从强形式出发的配点法，它们都可以认为是加权残差法的特殊形式。其中配点方法更像差分法，它要求在配置点上满足原方程，与差分法不同的是：它用高阶多项式的准确求导代替了导数的差分逼近。Galerkin谱方法与有限元方法在原理上类似，都是先将偏微分方程定解问题转化成与之等价的变分形式，然后通过试探函数和检验函数的选取来逼近解，它们的主要不同在于试探函数和检验函数的选取以及高维情况下基函数的构造。谱方法的收敛速度取决于解的正则度，当解无限光滑时可以达到指数阶收敛，即比任何代数阶的收敛速度都快，这是谱方法相比差分法和有限元法的一个主要优点。

2.1.2 拟谱法和谱元法[20-21]。拟谱方法（Pseudo-spectral method）是一类准谱方法，可以通过从弱形式出发的广义Galerkin谱方法构造，也可以由强形式出发的配点法得到。两者在某些特殊情形下是等价的，但对绝大多数问题，配点法无法导出简洁的弱形式，导致理论分析十分困难。现在配点法正渐渐淡出研究人员的视线。基于广义Galerkin方法的拟谱方法的构造分两步：首先构造问题的Galerkin谱方法，然后利用高精度Gauss型数值积分近似弱形式中的积分。有别于标准谱方法中使用的正交多项式基，在拟谱方法中，基函数通常选择基于数值积分的Lagrange多项式基，这给计算，尤其是非线性问题的计算带来了很大的便利。由于Gauss型数值积分的高精度，在大多数情形下拟谱方法的收敛速度与谱方法相同。传统意义下的谱方法对于复杂区域的处理能力极其有限，这限制了它的应用范围。20世纪80年展起来的谱元法（spectral element method）很好地解决了这个问题。谱元法结合了谱方法和有限元法各自的优点，既能处理复杂的计算区域，又有谱方法的高精度，它在不可压流体的计算中取得了很大的成功，如今已是计算流体中最常用的方法之一。谱元法与hp-有限元方法很相似，但两者在发展的初期有许多不同点，hp-有限元使用的多项式阶数不高，所使用的基函数也与谱元法不一样。不过随着两类方法的发展，它们呈现出越来越多的共同点，有些学者已把两类方法归结为同一种方法。由于谱方法还具有低耗散，低色散的优点，如今它已成为湍流数值模拟的主要方法。

2.1.3 湍流大涡模拟（Large eddy simulation，LES) [20-22]。 自然界中的流体运动主要有两种形式，即层流（laminar） 和湍流（turbulence），层流是指流动时流线相互平行的流动，而湍流则是无规则脉动的，有强的涡旋和掺混性。目前一般的看法是：无论是层流还是湍流，它们都服从Navier-Stokes (NS)方程。由于湍流运动特征尺度的多样性，一般来说，直接数值模拟(DNS)仅局限于湍流机理的基础理论研究和一些较简单的问题。湍流大涡模拟（LES）是介于DNS和雷诺平均NS(RANS) 之间的一个折衷方法。LES需要的网格点数比DNS大大减少，这使得它能够应用于许多实际工程计算中。LES仅计算大尺度部分，而亚格子尺度运动（SGS）通过附加模型实现。目前广泛使用的SGS模型有1963年Smagorinsky 提出的“涡粘性” 模型及其变种，如“尺度相似性” 模型，“动力学模型”，“代数涡粘性”模型和“重正化群”模型等，这些模型均在某些特定的情形和适当的假设下适用， 且跟所选择的数值方法相关。较新的LES模型包括速度估计模型以及无(显式)模型的单调积分LES(MILES)和谱消去粘性（Spectral vanishing viscosity， 即SVV)LES。MILES的基本思想是借助非线性高频限制器来限制高频波段上的能量振荡，可以起到与显式SGS模型同样的效果。而SVV-LES是在谱元法框架内提出的，其基本思想是通过引入线性高频粘性项来抑制可解尺度量在截断频率附件的震荡。与其它LES方法相比，SVV-LES简单且无附加计算量。

3计算力学

20世纪50年代，随着计算机的发展，计算力学这个力学和科学计算的交叉学科得到了快速发展，特别是60年代后有限元法及其相应软件产业的迅猛发展，使得计算力学这个新兴学科迅速渗透到土木、水利、机械、航空、电子及生命科学等各个领域，成为计算机辅助设计（CAE）的重要核心内容，也使得力学这个传统的学科焕发了新的强盛的生命力。在当今科学研究和工程实践中， 科学计算已经成为与科学理论、科学实验并行的重要科学方法。2006年美国自然科学基金委员会了《基于数值模拟的工程科学》的研究报告，明确指出计算力学和数值模拟在工程科学发展中的重要地位。

近年来我省科技工作者在计算力学及其工程应用方面开展了积极的研究工作，取得了一定的科技成果。在计算力学方法方面，我省学者系统地发展了土木水利、机械、航空航天等领域常见的梁板壳结构的高效无网格分析方法，该方法采用整体坐标建立板壳无网格近似，不仅简便直接，适用于任意复杂形状的壳体，并且可以避免参数变换，大大提高了计算效率。同时该方法利用稳定节点积分构造离散方程，兼顾了稳定、效率和精度，为快速准确地分析和设计这种类型结构提供了一种有效的数值工具。同时，针对福建省暴雨天气常见的土质边坡失稳而产生的滑坡问题，建立了暴雨条件下土质边坡突发失稳的大变形高效无网格模拟法，该方法可有效模拟失稳剪切带所引发的边坡非线性大变形损伤破坏全过程，实现边坡失稳的高效无网格法全过程仿真分析，可为暴雨条件下边坡工程的设计施工、滑坡灾害的预报、预防和加固处理提供理论依据和指导，有重要的理论和实际工程意义。另外，在杂交元研究方面提出了基于基本变形模式的正交化单元构造方法，不仅概念明晰，而且由于不依赖于材料参数而大大提高了计算效率。并且，在拓扑优化方面提出了类桁架结构连续体的拓扑优化方法，有效地避免了棋盘格问题。这些计算力学方法所取得的研究成果得到了国内外同行的引用和认可。

在工程应用方面，我省学者对汽车减震及管道密封橡胶构件的受力断裂行为进行了非线性有限元和无网格分析和模拟，提出了合理的设计方案。对于大型土木结构例如大跨桥梁、大坝与深水进水塔以及深埋特长隧洞等结构，应用有限元法进行了动力抗震抗风分析，取得了满意的结果，提供了有效的工程服务。另外，应用从微观第一原理到宏观有限元无网格计算的多尺度高性能计算方法，成功地进行了材料微观设计。

虽然我省计算力学研究与应用已经得到快速发展，但在国内仍然处于相对落后的地位，表现在原创性研究偏少，参与解决工程实际问题不够。当前我省相关科研工作者应抓住海西发展的大好时机加大科研力度，争取在高性能计算方法、大规模工程问题数值仿真分析、灾害条件下工程机构性能的计算模拟及评估预防、先进的汽车仿真方法与应用以及高性能材料计算设计等方面取得新的突破，同时密切联系实际，切实提高解决海西建设中的工程技术问题的能力。

4机械动力学与控制

近年来，福州大学、厦门大学、福建农林大学、华侨大学等在机械动力学与控制方面做了不少工作。我省的机械动力学与控制在以下几个方面的研究在国内具有较鲜明的特色和一定的影响力。

4.1 机器人系统动力学与控制问题的研究

福州大学在单臂、多臂、柔性臂空间机器人系统的运动学规划、动力学分析及控制系统设计等方面进行了系统的研究工作。他们研究了载体姿态无扰、末端爪手障碍规避、机械臂关节受限等不同目标要求下的多种运动学规划方法。在控制系统设计方面，分别给出了单、双臂空间机器人关节空间轨迹及末端爪手惯性空间轨迹跟踪的非线性反馈控制、变结构滑模控制、Terminal滑模控制、模糊变结构控制、鲁棒控制、自适应控制、复合自适应控制、终端滑模自适应控制、鲁棒自适应混合控制、自适应Backstepping滑模控制、自适应模糊滑模控制、基于模糊神经网络的动力学控制、基于速度滤波器的鲁棒控制、模糊小波神经网络控制、模糊基函数自适应神经网络控制、基于RBF神经网络的自适应补偿控制、模糊神经网络自学习控制、神经网络前馈控制及闭链双臂空间机器人基于内力优化配置原则的滑模变结构控制、RBF神经网络滑模补偿控制等一系列相关的控制方案[23-35]。在柔性臂空间机器人控制系统设计方面，给出了各类期望运动的Terminal滑模控制、Backstepping反演控制、于奇异摄动法的Backstepping反演控制、关节运动自适应控制及柔性振动的快速实时抑制、运动模糊控制及柔性振动主动抑制、运动鲁棒跟踪控制及柔性振动主动抑制等多种控制方案。其成果以150余篇论文形式，在国内外学术期刊及会议上发表与交流。此外，福州大学还开展了爬墙机器人安全系统的控制研究，对其提出了变结构控制方法、模糊控制方法等[36-37]。

4.2 机械系统动力学研究

福州大学针对立井提升系统动力学与控制、摊铺机和振动压路机动力学分析、以及汽车底盘动力学控制[38-42]等方面进行了系列研究，分析了影响提升设备动力学特性的有关结构参数、运动参数，提出了减少其工作过程振动的变结构控制与模糊控制方法；针对高等级道路建设中重要设备――摊铺机的国产化改造与开发设计，系统研究了其工作原理、动力学特性等，建立了相关的动力学模型，确定了影响整机正常工作的动力学特性及其影响因素；为消化吸收并赶超国外先进的汽车电子控制技术，开展了系统的汽车底盘总成的动力学与电子控制技术的系列研究，其研究成果有助于相关新产品的问世或改进。福州大学还对轴向运动弦线横向振动控制进行了多种控制方法的研究[43-46]，其成果可用于指导相应产品的开发设计。

4.3 研究不足与展望

迄今，还没有系统地将机械动力学及其控制的研究成果应用于产品开发与产品的更新换代中。目前，国内急需高精尖机床的开发技术与动态分析优化技术等。我省目前是工程机械大省，但还不是强省，进一步提高相关产品性能与可靠性，仍然需要开展大量的工作。我省的工程机械产品的更新换代（如集成优化、计算机智能控制等）、工程机械新产品开发设计与分析、汽车整车集成优化与设计分析、新型汽车电子控制系统开发设计、高速设备性能分析与改进、机械设备计算机智能故障诊断、微型机械产品开发设计等等，均以力学的分析研究为其成功的关键。

为改变这个落后局面，尤其是海西经济建设中更好发挥力学的作用，需要政府、企业、高校等投入更多人力物力，更积极主动地对重要机械产品、大批量生产的机械产品与汽车等开展机械动力学分析研究，对相关进口软件进行二次开发或早日开发出自己的专用机械动力学分析软件，以提高企业的产品开发能力与开发速度。同时增强完善实验能力与手段，实现对重要机械产品开展动力学特性实验，以确保产品性能稳定与可靠性。积极利用国内外的动力学研究成果，开展重要设备、大型设备、危险设施或设备的动态故障诊断研究，确保这些设备、设施安全可靠高效地运行。

5细观力学

细观力学是固体力学的一大分支，即采用连续介质力学方法分析具有细观结构的材料的力学问题，是固体力学与材料科学的交叉学科，其发展对固体力学研究层次的深入以及对材料科学规律的定量化表达都有重要意义。

前几年我省在细观力学方面的研究进展不多，近几年来才有所发展。研究主要集中在PZT和PLZT铁电陶瓷的电致疲劳机理，微观电畴原位观测，应力、高温、腐蚀性环境介质等耦合作用下固体材料的微结构和变形断裂行为的演变规律等几个方向：

①根据铁电材料自发应变与自发极化不唯一性，以及晶界的不同取向，提出自发极化过程中材料能量密度是变形梯度和电位移向量的非凸函数，从能量角度出发，导出铁电铁弹材料的自极化稳定构形所应满足的必要条件，利用两电畴的Gibbs 自由能之差作为畴变方向的判据，由要求板的Gibbs 函数最小来确定畴变量的大小。②进行了PZT 铁电陶瓷四点弯曲试样在交变力、交变电场及机电耦合疲劳作用前后的微裂纹和电畴的观察，获得裂纹扩展与极化方向，加载类型之间关系。③发展了一种原位XRD观测电畴系统，对电疲劳过程中PLZT铁电陶瓷试样表面X射线衍射峰随疲劳次数的变化进行了原位观测。同时，利用SEM观察了疲劳前后试样的断口形貌，并系统地进行了电场特征和温度对PLZT试样电疲劳性能影响的实验观测。④基于Raman散射原理，建立原位观测电畴翻转的Raman测试系统，对三种不同预极化处理的PLZT试样在静电场作用、电循环作用下的裂纹尖端的畴变行为进行了系统研究；通过原位Raman观测PLZT材料在准同型相界附近的相变过程。⑤系统进行牛皮质骨在拉伸、剪切、撕裂三种载荷类型下的裂纹起裂韧性研究。研究了皮质骨中矿物成分对皮质骨动态粘弹性性能的影响，发现皮质骨中的矿物质成分存在将降低胶原纤维的可动性，增强材料的粘弹性特性。⑥对牙齿等生物复合材料的性能进行了研究，发现牙齿具有很明显的压电效应，压电性能与湿度和细管的分布密切相关。⑦研究在不同保护气氛中，不同退火温度对碳化硅纤维的材料断裂强度的影响，揭示了微结构的演变和宏观性能之间的相互关系。2004年3月29～31日，张颖教授于厦门组织召开了全国细观力学会议，清华大学，中科院力学所，浙江大学，同济大学，复旦大学等国内知名高校和研究所的众多教授、专家参加了本次会议。

细观力学和微纳米力学在全球、全国范围内正在迅速扩展和深入，具有多学科交叉的强烈特征，国际竞争非常激烈。我省学者在细观力学方面和微纳米力学方面的投入较少，今后应该在非线性，动态，多物理场，跨尺度、尺度效应，微纳米力学和器件等方面加大研究投入。

6实验力学

1991年，福建省力学学会成立了实验力学专业委员会。福建省力学学会实验力学专业委员挂靠福州大学土木工程学院。

为更好开展实验力学工作，经过多年多方面努力，我省实验力学条件不断改善。2006年6月福州大学“工程结构福建省高校重点实验室”被批准成立，2008年与台湾大学联合成立了“福建省海峡两岸地震工程研究中心”，2008年“土木工程本科实验教学中心”获批“福建省本科实验教学示范中心”。2008年福州大学土木工程学院实验中心拥有土木综合实验馆、工程结构实验馆、岩土及地下工程实验馆、水利工程实验馆等场馆，总面积超过1.7万多平米，现有仪器设备总价值超过6000万元。其中装备的美国MTS大型结构加载系统价值超过1280万元，共有7个作动器，具备静载全过程、疲劳、多维拟静力和多维拟动力试验功能。此外，正在建设的“福州大学地震模拟振动台三台阵系统”（价值2500余万元）包括三个振动台，其中中间为固定的4m×4m水平三自由度振动台，两边为2.5m×2.5m可移动的水平三自由度振动台各一个，三个台在12m32m的基坑内呈一直线布置，其中边台最大可移动距离10m，可实现多台同步或异步地震输入，拓展了地震模拟实验的空间，该台阵系统将于2009年12月全面建成投入使用。该台阵系统的建成将使福州大学成为目前世界上少数几个拥有地震模拟振动台台阵的单位之一。

7结构力学

结构力学是土木工程专业的专业基础课，涉及建筑工程、结构工程、道路工程、桥隧工程、水利工程及地下工程等。一方面它以高等数学、理论力学、材料力学等课程为基础，另一方面，它又成为钢结构、钢筋混凝土结构、土力学与地基基础、结构抗震等专业课程的基础，在基础课和专业课的学习中起着承前启后的关键作用。

为增强基础教育并提高结构力学在工程中的应用，自上世纪90年代初，我省高校兴起结构力学教学法研究热潮，把结构力学教学改革推向新的高度，对教学内容进行了模块结构改革，将结构力学教学内容归纳为基础型、扩展型和研究型模块。使用高等教育出版社出版的由龙驭球、李廉锟等教授主编的统编教材的同时，在结构动力学部分，融入结构抗风、抗震、车激振动等学科前沿知识，增加了隔震结构动力反应的内容，补充和修正了传统教学内容中关于“伴生自由振动”的相关结论，实现了与学生原有知识的有机融合；有两项重要教研成果：阶梯形变截面梁“图乘贴补简化”计算方法和刚架拱“考虑二阶效应影响线”问题引入课堂讨论，更新了教学内容。

上世纪90年代末，我省结构力学平面教材和多媒体立体化教材建设取得突破，先后出版了《结构力学解题与思考》（陈，中国矿业大学出版社，1999。2007年该书由煤炭工业出版社修订再版）、《广义结构力学及其工程应用》（陈，中国铁道出版社，2003）、《结构力学》（祁皑参编，清华大学出版社，2006）等。

正如王光远院士所指出，结构力学学科呈现出“从狭义到广义，从被动到主动，从确定到不确定，并与结构工程渗透融合”的发展趋势。我国在力学领域的理论研究已位居世界先进行列，但在应用软件的研制方面落后了一大步，具有自主知识产权的应用软件寥若晨星。结构力学作为专业基础教育与国际先进水平接轨，体现现代结构力学教育思想；完善教学资源库建设，加强国际教学交流是当务之急。根据工科专业特点，面向能力培养、面向工程实践、面向信息时代、面向一流水准，应是我省结构力学研究与教学所追求的目标。

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课题组成员：

1、严世榕，福州大学车辆振动与电子控制研究所所长、教授。

2、周瑞忠，福州大学土木工程学院教授（本文顾问）。

3、周克民，华侨大学土木工程学院教授。

4、许传矩，厦门大学数学科学学院教授。

5、王东东，厦门大学建筑与土木学院教授。

6、陈力，福州大学机械工程学院教授。

7、周志东，厦门大学材料学院副教授。

第7篇：工程流体力学论文范文

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数值相对论计算机求解爱因斯坦方程

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量子信息和纠缠性的哲理

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聚合物的粘弹性力学基础分子理论、实验和模拟，第2版

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药物设计

生态恢复

花图式

大脑中的语言

利用人工神经网络模拟感知

自然资源保护与管理中的分子方法

美容的神经生物学

空间认知与空间感知

评估自然资源

多媒体检索数据管理

Event—B语言的建模

算法语言Scheme的第6次修订报告

量子计算中的语义学技术

机械臂的自适应控制统一无回归矩阵方法

稀疏图像信号处理

机械和电子工程

伟大的工程师们

随机调度

复值数据的统计信号处理

移动机器人分析学的更多的进展 第5届国际ISAAC会议论文集

分析学的进一步进展 第6届国际ISAAC会议论文集

线性算子方法 逼近与正则化

2008年Isehia群论会议文集

应用数学和计算数学的前沿

计算科学的最近进展

超流宏观理论

高等凝聚态物理

量子杂谈 微观世界的魅力

从π介子到夸克 20世纪50年代的粒子物理学

非线性振动

非线性波

时间序列分析 社会科学家用的全面介绍

时间，空间，星系与人类 关于宇宙大爆炸的故事

彗星和生命起源

发现宇宙大爆炸)膨胀宇宙的发现

环境科学中的机器学习方法 神经网络与核方法

世界上最大的湿地 生态与保护

有害污染物的科学管理

达尔文的短篇出版物1829—1883

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达尔文笔记1836—1844

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解Pell方程

复杂的非线性 混沌、相变、拓扑变化和路径积分

量子位势论

导电物质量子理论 超导

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结构力学中的混沌

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超快强激光科学的进展 第四卷

相变材料 科学和应用

分析系统动力学 建模与仿真

微极亚塑性颗粒状物体中的剪切局部化

天线和望远镜的建模与控制

将无人飞机系统集成到国家空域系统

动力学系统中的模型提取 用于移动机器人控制

临床核磁共振成像及其物理学 指南

胶原蛋白 结构和力学

大型涡流模拟的质量及可靠性

信息系统开发、

移动多媒体广播标准 技术与实践

计算系统中的安全性

第8篇：工程流体力学论文范文

关键词：虚拟试验；锅炉原理；教学；切向燃烧

作者简介：张维蔚（1978-），女，内蒙古呼和浩特人，内蒙古工业大学能源与动力工程学院，讲师。（内蒙古 呼和浩特 010051）张伟杰（1978-），男，内蒙古呼和浩特人，中国航天科工集团第六研究院，工程师。（内蒙古 呼和浩特 010072）

基金项目：本文系内蒙古工业大学校基金项目（项目编号：200828）、内蒙古工业大学校级教改项目（项目编号：2013028）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0168-02

“锅炉原理”是热能与动力工程专业的主要专业课之一。该课程以电站煤粉锅炉为教学对象，系统地阐述了电站锅炉的主要系统、主要设备及工作原理，内容包括锅炉用燃料、煤粉制备系统及设备、燃烧基本理论及燃烧设备、锅炉主要受热面、蒸汽净化及锅炉机组的热力计算方法等。通过“锅炉原理”课程教学可让学生认识和了解锅炉，掌握有关锅炉的设备构造、工作原理、设计选型等有关知识。[1]

“锅炉原理”是一门经典的传统专业课程，很多教学工作者在锅炉教学过程中积累了丰富的经验。专业课程的教学内容与基础课程有所不同，知识点既与基础课内容联系，又与现代科学技术的发展密切相关。这就要求课程教学过程中既能及时地反映相关技术的发展，又要注重与基础理论知识结合。

“锅炉原理”教学过程中，如何采用现代教学手段使学生更好地了解锅炉的结构及其工作原理是每一位“锅炉原理”课程的任课教师所面临的最棘手的问题。传统的教学方式是通过教材的图片并辅之以语言描述来讲解锅炉的结构和工作原理，这种教学方式对理论的讲述较为抽象、不易理解。[2]现代教学中加入了多媒体教学、模型教学等现代教学手段，在结构讲解中起到了较好的效果，但也不能把抽象的理论形象化。

针对这种情况，笔者提出将虚拟试验应用于“锅炉原理”课程的教学过程，即利用虚拟试验将一些较为抽象的理论或者在真实试验中难以测出的数据以图片的形式展示出来，通过锅炉结构和工作原理仿真的方式，以增强学生对锅炉原理某些知识的认识，充分调动学生学习的积极性、主动性，优化教师的课堂教学过程，提高学生的学习效率。

一、虚拟试验介绍

本文提到的虚拟试验实际上是使用计算流体力学软件来模拟锅炉中烟气、工质的流动、传热等过程，并给出模拟计算的结果。

计算流体力学是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。目前只要是与流体、传热及化学反应等有关的工业均可使用，是除了真实试验之外的“虚拟试验”，可以给出真实试验能够测量到的流体的速度分布、温度分布、浓度分布等参数，而这些内容也恰好是“锅炉原理”教学中涉及到的。采用虚拟试验方法，可在不做实验的情况下，仍能形象地向学生展示锅炉中烟气、工质等流体真实的流动、传热等情况，以激发学生的学习兴趣，提高教学质量。

二、“锅炉原理”教学中虚拟试验的应用实例

“锅炉原理”教学中涉及烟气、工质流动、传热、燃烧的知识点较多，例如炉膛内煤粉气流的燃烧过程、烟道中烟气的流动、受热面管内工质的流动等等。本文以直流燃烧器四角切圆燃烧为例，介绍虚拟试验在“锅炉原理”教学中的应用。

直流煤粉燃烧器四角布置切圆燃烧方式是现代大型煤粉锅炉主要的燃烧方式之一，应用非常广泛。直流燃烧器四角切圆燃烧方式中，燃烧器布置在炉膛四个角上，为便于描述，四个角分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如图1所示。四个角上布置的直流煤粉燃烧器射出的四股气流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬，在离心力的作用下，气流向四周扩展，炉膛中心形成真空，即无风区；无风区的外面是气流强烈旋转的强风区；最是弱风区。不同的区域由于压力不同，所以气流的流动方向是不同的。要充分说明直流煤粉燃烧器四角切圆燃烧方式下炉膛内空气动力特性对燃烧的影响，需要对气流的流动方式加以分析说明。

本文以虚拟试验方式介绍的是燃用烟煤的410t/h煤粉锅炉直流煤粉燃烧器四角切圆燃烧方式下二次风形成的炉膛冷态空气动力特性。锅炉的炉膛深度为8.81m，炉膛宽度为9.6m，二次风速为40m/s，二次风在炉膛中心形成了直径为85600mm的假想切圆，如图1所示。

当二次风速为40m/s时，二次风在炉内形成的强烈旋转气流的速度矢量图和压力等高线图如图2（a）、（b）所示。从图2（a）可以看出，四个角上布置的燃烧器射出的四股气流在炉膛中心形成一个稳定的强烈旋转火炬。在煤粉气流实际燃烧过程中，这种流动方式每支气流都会受到来自上游邻角气流的冲击，会被上游气流加热，使之可以着火燃烧，并以此再去点燃下游邻角的气流，使相邻煤粉气流互相引燃，对煤粉气流的着火燃烧非常有利。

另外，由于离心力作用，旋转气流使炉膛中心的无风区形成负压，从图2（b）可以看出，无风区压力较周围区域要低很多，这样上、下压力较高区域的高温烟气就会回流到此区域，可以卷席到部分的高温烟气，在煤粉气流实际燃烧过程中对煤粉气流的着火燃烧也是非常有利的。另外，切圆燃烧方式使煤粉气流呈螺旋形旋转上升，也延长了煤粉在炉内的停留时间。

再以喷口Ⅰ为例，从图2（a）可以看出，由于四股气流在炉膛内要形成假想切圆，因此气流从燃烧器喷口喷入炉膛时与相邻两壁面夹角并不是相等的，即图1中的夹角α>β，所以气流喷入炉膛后卷吸两侧高温烟气的情况不同，气流两侧的速度矢量分布也不相同。从图2（a）可以看到气流从喷口Ⅰ喷出后的速度矢量，夹角α区域的气流速度方向是朝向主气流的，而夹角β区域的气流速度方向与主气流速度方向类似，这充分说明α侧补气条件比β侧要充分。从图2（b）也可以看到喷口Ⅰ附近的压力分布，α侧和β侧的压力分布也是不同的。

图1 四角切圆燃烧的炉内空气动力特性图

图2 四角切圆燃烧二次风速度矢量图和压力等高图

在锅炉实际运行中，为了使直流煤粉燃烧器四角布置切圆燃烧方式得到良好的炉内空气动力特性，四角配风必须均匀。因为相邻两角射流相互作用，如果配风不均匀会造成切圆位置偏斜。图3是喷口Ⅱ气流速度偏低时炉膛内的速度矢量图。由于喷口Ⅱ气流速度偏低，导致动量降低而使刚性减弱，在喷口Ⅰ的射流作用下偏转增大而有贴近后墙的趋势，而且这种情况下四股气流的作用点发生改变，喷口Ⅳ的射流也有贴近前墙的趋势。另外，从图3还可以看出，由于四股气流速度不同，假想切圆中心位置发生了明显偏斜，而且气流扰动趋势较图2也有明显减弱。这种情况不仅影响燃烧，而且会造成局部水冷壁结渣。[3]

图3 喷口Ⅱ气流速度偏低时炉膛内空气动力特性

通过上述几张图，可以清楚、形象地向学生展示四角切圆燃烧炉膛内的空气动力特性，弥补了语言描述存在的不足，会在学生心中留下较深刻的印象，有助于加强课堂的教学效果。上述例子是通过二次风形成的空气动力特性分析了对煤粉气流燃烧的影响，虚拟试验中还可以考虑煤粉气流的流动以及燃烧过程。

三、结语

课堂教学过程中，任课教师可将虚拟试验的试验结果以图片的形式向学生展示，图片中有详细的流体速度分布、压力分布或者温度分布等信息，并可根据教学情况改变某些参数，重新得到试验结果。通过这一教学环节，学生会对这一部分内容中涉及到的流体流动、传热等方面的内容以及在锅炉中的应用有深刻的认识。

本论文仅以直流燃烧器切向燃烧为例介绍了虚拟试验，除此之外，“锅炉原理”教学中这种锅炉结构与流体流动、传热结合的例子很多，都可采用现代教学方法结合虚拟试验向学生展示。将虚拟试验应用于热能与动力工程专业“锅炉原理”的教学过程，将虚拟试验的试验结果和教师的课堂讲授有机结合，可使抽象的内容具体、形象化，有效地调动学生的积极性，培养学生的学习兴趣；另外，也可以使任课教师有效地组织教学活动，提升课堂教学效果。这样不仅使学生对锅炉结构有深刻的认识，还可以与专业基础课紧密结合，为电力系统培养理论基础扎实、实践能力强的优秀人才。

参考文献：

[1]叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].北京：中国电力出版社，2008.

第9篇：工程流体力学论文范文

论文关键词数控液压伺服系统数控改造

论文摘要随着液压伺服控制技术的飞速发展，液压伺服系统的应用越来越广泛，随之液压伺服控制也出现了一些新的特点，基于此对于液压伺服系统的工作原理进行研究，并进一步探讨液压传动的优点和缺点和改造方向，以期能够对于相关工作人员提供参考。

一、引言

液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。

二、液压伺服控制系统原理

目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。

三、液压传动帕优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

四、机床数控改造方向

(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。

(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。

(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。