流体静力学方程的应用精选(九篇)

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第1篇：流体静力学方程的应用范文

[关键词]本科院校；环境工程；流体力学；教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0038-02

流体力学是环境工程专业的专业基础课，主要讲述工程流体力学的基本概念、基本原理和基本方法，主要内容包括流体静力学、流体动力学、流动能量损失及有压管流和明渠流等。由于该课程涉及高等数学、大学物理、工程力学等，基本概念多且抽象，对学生的综合分析和处理问题的能力要求高，因此学生普遍感觉学习较为困难。流体力学课程一般在第4学期开设，开设在高等数学、工程力学等课程之后。

随着教学改革的不断深入，如何针对流体力学抽象概念多、数学分量重、理论性较强的特点，有针对性地对环境工程专业的学生尤其是应用型本科院校的学生进行授课，本文从以下几个方面进行了探讨。

一、针对专业特色和课时量，优选教材

流体力学分为理论流体力学和工程流体力学。前者适用理科专业方向，偏重理论；后者适用工科专业方向，着重于工程应用。对于应用型本科院校来说，应选用偏重于工程应用的工程流体力学作为教学内容。目前，环境工程专业尤其是侧重于水处理的环境工程专业，其流体力学的知识主要用于解决污水处理厂设计中的流体力学问题，课时量被压缩到50个课时左右。因此，要选用适用于较短学时，并且侧重于水力学知识的教材。教材要能够与时俱进，精益求精，注重理论联系实际，注重内容的系统性与完整性，能够涵盖流体静力学、流体动力学、有压管流、明渠流等基本内容。教材要有一定的例题和课后思考、复习题，能够开拓学生的思维，激发学生的学习兴趣，最好能附有实验演示的光盘。

二、丰富教学内容，增加学生学习积极性

学生普遍反映流体力学很难，其中的主要原因在于W生的学习积极性不高，不肯花时间去钻研。确实，流体力学对于初学者来说，是有一定的难度，这就要求教师在讲授绪论课时，要让学生了解流体力学的任务以及在专业及后续课程中的作用，从而启发学生思维，激发学生学习兴趣。同时，教师要对学生学习流体力学提出明确要求，如哪些内容需要掌握，哪些内容需要了解，使学生对课程的学习做到心中有数，树立学好这门课程的自信心。[1]

三、改进教学方法和手段，突出重点

流体力学的重点和难点在于公式的推导和理论的理解，以及用理论和公式解决实际问题。例如，在流体静力学这一章中，关于流体平衡微分方程的推导，就涉及高等数学中的连续函数和泰勒展开式等，这是一个难点，对学生的高数基础要求比较高。而求解作用在平面上的静水总压力有两种计算方法，一种是解析法，一种是图解法。解析法要求学生有工程力学的静力矩和惯性矩的知识以及基本的几何知识，此法的压力中心在受压面的形心的下面，与形心不重合；而在图解法中，静水总压力的压力中心与压强分布图的形心重合。虽然课上教师反复强调两种方法的区别，但基础差和理解能力不强的学生仍然一头雾水，不能很好地解决实际问题。针对这一情况，教师在课堂讲解时应尽量利用多媒体课件进行讲解，最好还能结合模型进行讲解。例如可以借助一块平板，将其置于水下，标注其形心和压力中心的位置，再将平板与一棱柱体结合，分析压强分布图的形心位置。这种形象地讲解，有助于学生更好地理解教学内容。

在教学过程中，多媒体可充分利用图形、图像、声音、录像将教学内容充分表现出来，从而激发学生的学习兴趣，加快教学信息的传递速度，提高课堂教学效率，扩大学生知识面。[2]但多媒体也带来了一系列的问题，如学生在听课过程中，多媒体课件一晃而过，当时学生感觉很好， 但真正留在脑海里能掌握的内容却很少，这容易造成学生眼高手低。因此，流体力学的教学要多媒体和板书相结合，在进行公式的推导和例题的讲解时，最好使用板书，这样可以使学生印象深刻，增加记忆的时间；而在讲解流线和迹线等比较抽象的内容时，可以采用动画形式，这样能够加深学生的直观理解， 有助于提高教学效果。

流体力学的学习讲究系统性，各章之间又相对独立。在每次上课之前，教师应对上节课的内容进行回顾复习，并可以采用提问的形式，让学生了解自己对上节课重点内容的掌握情况。在每一章节开始时，教师应首先向学生介绍本章的主要内容、重点和难点以及与前后章节的联系，每学完一章后教师要进行归纳总结，以便让学生将所学知识融会贯通。对于重要的内容，教师在课上讲解的时候要明确指出，回顾的时候要对这部分内容进行提问，在一章讲完归纳总结的时候，要再次强调这部分内容，相信这样可以使学生印象比较深刻。

四、理论和实验相结合，充分利用有限的课时

流体力学往往有0.5个学分的实验课。实验的主要目的是通过实验加深学生对理论知识的理解，提高学生的实践操作能力，更好地运用所学理论解决生产中的实际问题。实验结束后，应让学生整理实验数据，总结物理量之间的相互关系，以便发现其中的规律，这非常重要。[3]很多教师的做法是理论课全部讲完了，再集中上实验课，这种做法有利有弊。优点是学生在上完理论课后，在实验课上教师再讲解一遍实验原理，可以加深其对知识的理解和记忆。弊端是上理论课时，教师不能形象地讲解，学生不能很好地掌握；上实验课时，教师再讲解一遍，费时费力。对于应用型本科院校来说，其培养的是应用型人才，实验教学是人才培养最基本的工作。尤其在总课时量被压缩的情况下，充分利用实验课的时间，将理论和实验相结合，就成为一种行之有效的手段。流体力学中的很多内容，例如雷诺实验，沿程水头损失和局部水头损失的计算都可以在实验室进行讲解，一边讲解，一边实验演示。还可以在流体力学实验室中增加多媒体设备或者其他可视化设备，课前让学生预习，课上讲解完理论，直接就让学生动手做实验，课后处理实验数据。这样既能充分利用有限的课时，又能使学生更好地掌握所学知识，还能锻炼学生的动手能力和归纳总结的能力，一举数得。

五、加作业环节，改革考核方式

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。[4]当然，布置作业不等于搞题海战术。例如，关于典型的三大方程，即连续性方程、能量方程、动量方程的应用，有三种类型的典型题目，即弯管内水流对管壁的作用力，水流对建筑物的作用力和射流对平面壁的冲击力，每种类型的题目可以布置1～2道作业题。而关于求解作用在平面上和曲面上静水总压力的计算，题目形式多样，压力体的形状灵活多变，可以适当多布置作业题，让学生尽可能多掌握各种类型的题目。同时教师可以在课堂上专门安排习题课。这样一方面可对学生所做作业进行点评，剖析典型例题，启发学生举一反三；另一方面，这也可给学生提供了课堂讨论的机会，引导学生掌握发现问题、解决问题的思路、方法和技巧，能对学生思维进行锻炼，让学生触类旁通。[5]除了典型的计算题以外，习题课上还可以设置选择题、填空题和判断题等，避免学生重计算，轻概念。

目前，在考核方式上，一般是平时成绩占20%，实验成绩占20%，期末成绩占60%。这种考核方式虽然兼顾了期末考试和平时表现，但也存在弊端。笔者在教学过程中发现，很多学生平时作业做得不错，但期末卷面成绩非常不理想。究其原因，可能是平常作业存在抄袭现象，上课虽然出勤率高，但课上听讲不认真。如何改变这一现状？一方面，可以适当减少平时成绩所占的比重，例如平时成绩占10%，期末成绩占70%，实验成绩占20%；另一方面，实验成绩单独计算，而在理论考试中，平时成绩占20%，期末成绩占80%。当然，更为重要的是教师要练就“火眼金睛”，要具有高度的责任心：一是对作业雷同的现象，一律给予当次作业不及格；二是要加强课堂纪律的管理，对于回答问题的情况、课上表现等都要作为平时成绩的重要方面进行考核。只有这样，才能真正体现出考核的公正性和合理性。

总之，针对应用型本科院校，流体力学的教学应与学校的办学特色、办学定位相结合。应在总课时量不增加的前提下，优选教材；激发学生的学习兴趣，注重学生分析问题、解决问题能力的培养；加强理论与实验相结合，增加综合性、设计性实验项目，鼓励学生自己动手研发、设计小型实验装置，培养学生的动手能力与创造能力，这样才能够提高学生各方面的能力，最终实现培养“厚基础、善实践、能创新、高素质”的应用型人才的目标。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张羽，张仙娥.环境工程专业《流体力学》的教学探讨[J]. 华北水利水电学院学报（社科版），2010（4）：156-157.

[2] 宿程远，张建昆，陈孟林.师范学院环境工程专业流体力学课程改革初探[J].中国电力教育，2008（12）：117-118.

[3] 王伟.土木专业工程流体力学课程教学研究[J].山西建筑，2008（21）：182-183.

第2篇：流体静力学方程的应用范文

论文关键词：力学,土木工程,力的平衡,建筑力学

1 力学的基本内容

力学在高中物理中的概念定义为物体间的相互作用[1]。一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加这种作用，前者是受力物体，后者是施力物体。各种力可以用两种不同的方法来分类：一种是根据力的性质来分类的，如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等等；另一种是根据力的效果来分类的，如拉力、压力、支持力、动力、阻力等等。而力的合成、分解和平衡也是力学原理中的重要内容，贯穿于整个力学，是整个物理学学习的基础，也是高中学习的重点、难点和考点。力学原理来源于实际生活，故在实际应用中可以用力的方法简化问题，解决问题，突出力学的实际效果。

2 力学与建筑力学的联系

建筑力学是应用于土木工程中的基础理论，它由理论力学、材料力学和结构力学三大部分组成。理论力学主要研究物体受力的分析方法和物体在力的作用下的平衡问题[2]；材料力学研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限[3]；结构力学主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化[4]。不管是理论力学、材料力学还是结构力学，都是以力学为基础的，是力学的扩展应用。

但是，从另一方面看，力学的发展也离不开建筑工程的推动和促进。比如在建筑中出现了极端条件下的工程技术问题，这是无法用实验方法来直接测定。而建筑工程这个天然的实验环境就正好验证了这些力学的原理，并提出了新的力学问题，推动了理论的发展。

综上所述，力学原理是建筑力学的前身，建筑力学是在力学的基础上发展起来的，是对力学的进一步应用和扩展。反过来，建筑力学的发展又对力学原理进行了验证和补充。但是力学并不是建筑力学，它们是交叉学科，有可以共同解释的部分，但是也有互相不能解释的。例如，力学原理可以解释高温气体、气体激光器和核物理等领域的科学问题，而建筑力学解释不了。而用力学方法去解释固体的塑性、强度、损伤和断裂等方面，却遇到了极大的困难。

3 力学在土木工程实践中的应用实例

我国的石拱桥在全世界都闻名遐迩，那么简单石块堆砌的桥梁怎么保持得稳定，怎么实现得力的平衡，下面以一个简单的例子介绍力学原理在土木工程中的应用。假设石拱桥的简化图如图1所示，整个石拱桥由4块石块构成，左右对称结构，第1、4块石块直接和地基相连，第2、3石块分别与1、4石块相连，试用力的平衡原理对这一石拱桥进行分析。

首先，对第1石块进行受力分析，其受力分析图如图2所示。第1石块受3个作用力，分别为石块的重力G1，支座的反作用力F0和第2石块给它的反作用F21。用正交分解法进行力的计算。列方程式如下所示。

其次，对第2石块进行受力分析，其受力分析图如图3所示。水利工程论文第2石块亦受3个作用力，分别为石块的重力G2，第3块石块给它的反作用力F32和第1石块给它的反作用F12。用正交分解法进行力的计算。列方程式如下：

由于第3石块、第4石块和第1石块、第2石块是对称的，其受力分析是一样的，只不过方向相反，故不对这两石块进行再次分析。

由上例可以看出可以用力的平衡原理计算桥梁在静止状态下的内力值，通过分析每一石块的受力，计算出最大受力值，利用最大受力值作为可控力的范围，可以保证桥梁的安全性，当然这里没有考虑石拱桥承载汽车等荷载的情况，但是思路是一样的。这样根据力的平衡的计算，就可用于设计桥梁时选择截面尺寸，合适的建筑材料，以及怎么使桥梁经济化。

4 力学在建筑领域内的发展

力学在建筑工程中的发展，主要是与建筑专业的结合形成了多种建筑力学理论。力学和建筑理论的结合主要体现在以下几个方面。

第一，形成了建筑理论力学。

理论力学是一般力学各分支学科的基础，是研究物体机械运动基本规律的学科[2]。它通常分为3个部分：静力学、运动学与动力学。

静力学主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件[2]。静力学还研究力系的简化和物体受力分析的基本方法。这些都用到了力学原理中力的合成、分解和平衡，而且这些问题可以用平行四边形法则、三角形法则和正交分解法则进行计算。同时，也涉及到力学原理中的惯性和牛顿三定律等内容。而从动力学方面来讲，由于动力学研究的是物体机械运动与受力的关系。所以，动力学亦是以牛顿运动定律、万有引力定律为研究基础的，这恰恰也是力学原理的知识点。

第二，形成了建筑固体力学。

固体力学是力学中研究固体机械性质的学科，主要研究固体介质在外力、温度和形变的作用下的表现。一般包括材料力学、弹性力学、塑性力学等部分。固体力学与力学原理联系紧密，力学原理中的拉力、压力和阻力等是材料力学的理论基础，例如材料力学的主要研究内容之一是对杆件进行力学分析，杆中的内力计算涉及到力的合成、分解和平衡等内容。力学原理中的弹力结合建筑原理形成了新的学科 —— 弹性力学；而力学中的动力、摩擦力等延伸为固体力学中的动力学等等。随着计算机的飞速发展，分子动力学等微观模拟方法、复杂结构的仿真分析将更大规模更迅速地在固体力学和工程设计中得到应用和发展，这也涉及到了力学的基础知识。固体力学的上述发展，必将推动科学和工程技术的巨大进步。

第三，形成了建筑流体力学。

流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。中国有大禹治水疏通江河的传说，秦朝李冰父子领导劳动人民修建了都江堰，至今还在发挥作用。大约与此同时，罗马人建成了大规模的供水管道系统，这些都是流体力学在建筑工程中成功应用的案例。流体力学的发展主要是为了尽可能多地开采地下石油和天然气，而化工流程的设计，很大程度上也归结为流体运动的计算问题，又或者是测定地下流水对建筑物的影响等。总之，流体力学对建筑工程的发展有着不可替代的作用。流体力学的主要内容，包括物体浮力定理和浮体稳定性在内的液体平衡理论，这也为流体静力学奠定了基础。而浮力和液体平衡理论也恰恰是力学原理的内容。

综上所述，力学原理是形成建筑理论的基础，它与建筑理论的结合是多方面的，从而形成了多种建筑力学。力学原理与建筑工程的其他学科也有交叉，如流体弹性力学、爆炸力学等等。这些不同的力学学科贯穿于整个土木工程的寿命期，从设计、施工、后期维修保养，直到最后的爆破消亡，都会运用到力学的原理去解决工程中的实际问题。

5 结语

建筑的发展和力学是有密切关系的，可以说没有可靠的力学支撑，就不能保证建筑结构的安全，就不能建造出那么多的优秀建筑物和构筑物。而力学原理与建筑力学的结合，也是发展现代高科技建筑的必然趋势，它们互相替代，互相促进，互相发展。相信有了力学的支撑，建筑工程会越走越远，会有越来越多优美坚固的建筑屹立在东方大陆上。

参考文献

[1] 张大昌.物理1[M].人民教育出版社，2010：50.

[2] 范钦珊，陈建平.理论力学[M].高等教育出版社，2010：1-7.

[3] 孙训方.材料力学[M].高等教育出版社，2009：1-3.

第3篇：流体静力学方程的应用范文

论文关键词：流体力学；制冷与低温工程；教学改革

目前，郑州轻工业学院（以下简称“我院”）的制冷与低温工程专业已被评为国家级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养，造就人才，有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。

“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课，主要分为流体静力学和流体动力学，研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂，故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识，导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。因此，迫切需要进行“流体力学”课程教学改革，使学生学好本门课程，提高课程教学质量，使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识，培养学生的综合分析应用能力和创新能力，全面提高专业素质。

分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状，发现存在以下主要问题：首先，“流体力学”理论性强，概念多而抽象，难以理解，学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识，学习兴趣不高；其次，课程中公式繁多，推导过程复杂，且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程，另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识，学生理解困难；另外，学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣，选择合适的教学模式组织教学，全面实现该课程教学目标，提高教学质量，是该课程教学亟待解决的问题。

一、改革教学方法

学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素，不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础，也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课，笔者结合自己的教学经验，认为可以从以下几方面着手。

1.激发学生学习兴趣

学生是学习的主体，而“流体力学”又是大家公认难学的课程，因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。

要提高学生学习“流体力学”的积极性，首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口，也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示，“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解，使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关，深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。

教师在讲授一些理论知识之前，可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣，启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前，可以先问学生：在水中游得快还是在油中游得快？为什么？又如在描述流体运动有两种方式——拉格朗日法和欧拉法时，可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比，从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式，让学生带着问题去学习，让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事，由愿学到爱学再到乐学。实践表明：列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感，活跃课堂气氛，不仅可以吸引学生的注意力，激发学生学习的主观能动性，还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义，并且能加深学生对所学知识的理解和记忆，使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。

另外，还应充分利用多媒体，通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象，而不是停留在抽象层面，从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。

2.巧妙讲解公式

为了定量地描述流动现象和分析流动机理，需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要读懂数学，然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明，学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作，帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变，进一步建立起科学的思维方式。

“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式，这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识，特别是大量的偏微分方程，加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法，与物理及其他力学不同，学生的观念不易改变，而且推导过程复杂，学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性，对每个公式的每个推导细节都逐一介绍，推导过程将会枯燥无味，学生只会被弄得糊里糊涂，兴趣全无。而如果直接给出公式，让学生死记硬背，只能让学生不知其所以然，当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。

根据多年的教学经验，笔者认为：“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透，概念清楚了，公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义，只有真正理解了公式的物理意义，才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性，“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的，如伯努利方程就有多种形式（理想流体、实际流体、流体是否可压等），在具体运用时，要根据具体情况选用正确的形式。

3.充分利用作业

学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了，接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段，同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。

首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题，这是“流体力学”学习过程的重要组成部分，解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程，课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。

然后再由教师通过习题课的方式，利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题，讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时，重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤，使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧，以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解，将物理问题与数学工具有机地结合起来，有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考，有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。

二、改革教学手段

多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点，丰富的教学内容，被高等院校广泛采用，并深受广大师生的欢迎。

多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体，可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点，如拉格朗日和欧拉法的描述，流线与迹线、层流、湍流等，通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生，使其从感性认识开始建立清晰的物理概念，较容易地掌握相关内容，并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学，授课的信息量增多了，教学内容更丰富了，学生在有限的时间内接收的知识更多了，学生的学习兴趣提高了，学生的思路拓宽了，教学质量也提高了。

多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西，更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点，在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合，扬长避短，发挥各自的优势，为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象，可以通过多媒体教学，加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学，例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书，有利于学生集中注意力，让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间，又可加深学生对重要知识的理解，从而获得良好的教学效果。

第4篇：流体静力学方程的应用范文

[关键词]专业认证；液压与气压传动；教学大纲；评价体系

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）04-0090-02

概述

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，是检查专业设置是否适应国家和地区经济建设的需要，是否适应社会发展的标准。[1][2]专业认证工作是职业工程师认证工作的基础，通过专业认证工作的开展，可以更新教育思想，促进真正意义的以学生为中心的教育观念的形成，保证受教育者的权益。[3][4]

2006年，我国教育部正式组织开展了工程教育专业认证工作，成立了全国工程教育专业认证专门机构，目前已有机械制造及其自动化等10个专业开始了专业认证的试点工作。[5]河南工业大学2015年开始进行机械制造及其自动化专业的认证申请，根据专业认证对该专业的要求进行系统改革，包括培养目标、毕业要求、课程体系、师资条件，其中课程体系是改革的重中之重。以专业认证为契机，机电学院液压与气压传动课程组对该课程进行了较全面的改革。

一、液压与气压传动课程在机械制造及其自动化专业中的地位

液压与气压传动课程在机械制造及其自动化专业的课程体系中属于专业基础课，是主干课程，其在机械类R悼纬烫逑抵衅鹱懦猩掀粝碌闹匾作用。课程主要通过授课、实验等教学环节，使学生熟悉流体传动的基础知识，让学生掌握各种液压与气动元件的结构特点、工作原理及其应用，掌握基本回路的组成和分析方法，进而掌握液压与气动系统的分析及设计方法。学生通过对本课程的学习，能为后续专业课程的学习打下基础。

本课程在专业认证的毕业要求部分共支撑5个指标点，2个课堂讲授目标，3个实验目标。课堂讲授目标包括：1.理解数学、自然科学基本原理，能够将其与实际工程应用相结合；2.理解工程基础知识原理，能将其应用于复杂工程问题的表述、建模和求解过程中。实验目标总结起来为能够利用课堂讲授知识制订合理的实验方案，并利用正确的方法搭建实验平台，实施实验过程，得到实验数据；同时能够对所得实验数据进行分析，得出正确结论。

针对以上所提的毕业要求，我们对原课程进行了较大程度的改革，提出了最新课程目标，具体包括以下几个方面。1.要求学生掌握流体传动的流体力学基础（包括流体静力学、运动学、动力学），并能与实际相结合推导实际应用问题的静、动力学数学模型。2.掌握各种流体传动元件（动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件）的工作原理、结构及设计方法；理解、分析基本液压回路（方向回路、压力回路、流量回路）；能够运用工程知识，通过类比、改进或创新等方式，提出满足特定需求的典型流体传动系统的合理设计方案，并体现创新意识。3.能够针对流体传动与控制装置的性能等有效制定研究或验证实验方案，并根据实验方案建立简单实验系统进行实验；解决实验过程中出现的问题，得到实验数据后能正确分析，解释实验数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。

二、课程改革

（一）调整课程大纲

1.内容调整。针对新的课程目标，课程大纲的调整首先从学时入手，将原来的46学时调整为54学时，扩充了原课程第二章流体力学基础部分的内容。这一部分在原大纲里的讲授内容包括：（1）液压油的主要物理性质及选用；（2）液体静、动力学基础；（3）液体流动能量损失与流量计算。由于学时的限制，教师在讲解这一部分内容的时候大多采取简单带过的做法，学生则无法真正理解流体力学与以往学过的固体力学之间的关系，这就导致部分学生只能机械地记住一些教师强调过的公式以应付考试。

新大纲在（1）部分增加了流体的概念及连续性介质假设部分。这部分内容的增加对于学生理解流体与固体的区别，理解流体力学与固体力学的联系至关重要。此外，新大纲在内容（2）中增加了流体运动学基础部分内容。这部分内容的增加主要是为了让学生更好地了解流体动力学部分公式推导的基础，更好地理解掌握连续性方程、伯努利方程及流量方程的来龙去脉，为学生在后续液压传动内容中应用这些公式打下坚实的理论基础。

2.调整实验大纲。根据毕业要求调整实验项目，增加设计型实验项目，减少验证型实验项目。通过设计型实验的方案搭建、论证，实验的过程记录，数据分析等过程，主要培养学生将课堂所学知识应用于实际的能力。与此相适应，实验报告中增加实验方案设计、论证部分，并有相应的评分标准。

3.增加“成绩考核评定”部分。新大纲中增加了考核成绩评定办法的表格，表格中规定了成绩组成、考核评价环节、分值、评价细则与对应毕业的要求项，这为课程的后续评价提供了定量标准。通过这张表格，任课教师可以很清楚课堂教学中的每个环节对于学生相应能力培养的作用，从而使得各环节的实施更具有目的性和方向性。此外，表格中项目的具体内容由任课教师自主设置，教师可以根据课程特点设定平时成绩、考试成绩等的比例，并制订行之有效的评价细则，这样更有助于提高课程评价的科学性与合理性。

（二）建立课程评价体系

课程结束后，如何评价课程达到的效果是教学中至关重要的一环，这一环节涉及后续的改进。合理、科学的评价体系是持续提高课堂效果，达到课程教学目标的基础。以往的教学大部分以课程结课考试作为教学终点，并不会对结束后得到的教学资料进行客观的分析，仅仅以简单的试卷分析报告作为最终资料归档。

通过对专业认证要求的分析，我们建立了液压与气压传动课程的评价体系，具体环节如图1所示。课堂教学环节结束后，课程负责人需要填写课程自评表，自评教学过程是否支撑对应的毕业要求。如满足要求，则进入考核环节。教师根据教学过程，对应毕业要求给出考核学生的题目――试卷，并根据试题的具体情况填写课程试卷命题检查表。表中总结了对应于每个课程目标的试题分值，通过这张表出}教师可以一目了然地看出所出试题是否与教学环节相适应，即是否可以对学生在教学环节的表现做出客观评价。如果满足要求，则试题可以用来作为课程是否达成课程目标，学生通过课程的学习是否达到相应毕业要求的评价基础。

考试结束并得到学生的考试成绩后，教师需要对成绩进行汇总，根据汇总结果填写分析报告。同时，学生需要填写课程问卷调查，包括课堂教学过程以及试卷等方面，问卷调查的结果要在分析报告中体现。至此，本课程告一段落，分析报告作为重要的存档材料将对课程的总体教学效果起到持续指导的作用。

（三）课程达成度评价

任课教师对自己任课的班级进行自我评价后，由课程负责人对课程的总体情况进行课程目标达成度评价，给出达成度的数值，填写课程达成度评价表，对课程的总体效果给出客观评价。

三、结论

改革优化了课程内容，增加了流体力学部分在本课程中所占的比重，使学生在课程初期对力学，包括固体力学与流体力学有了全面的认识，能够做到融会贯通，为后续液压与气压内容打下坚实的理论基础。改革建立了学生―任课教师―课程负责人为主的课程评价体系，通过各个环节的监控与评估，使学生达到课程所服务的毕业要求。

[ 参 考 文 献 ]

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[3] 韩楚.以专业认证为契机促进学风建设之探究[J].新校园（上旬），2016（2）.

第5篇：流体静力学方程的应用范文

网络课程的建设是为了让这门学科更适应时代的发展特点，因此应该满足适应性强、覆盖面广的要求。所以在建设化工原理及实验网络课程的时候，应该将《化工原理》与《化工原理实验》的内容都包含进去。

1.1《化工原理》课程应该包括的内容（1）在流体流动的章节需要包含流体的基本性质、流体静力学的相关方程式以及它们的应用、流体的能量衡算方程及方程的应用、流体流动阻力的计算以及流体流量的测量。（2）在流体输送机械章节需要包含离心泵的性能参数、运转原理、特性曲线、流量的调节步骤与安装方法，还需要顺便介绍其它液体与气体输送机械。（3）在机械分离与固体流态化章节需要包含颗粒与颗粒床的特性、过滤分离的原理与使用到的设备、重力沉降与离心沉降各自的沉降原理和区别以及沉降操作方法。（4）在传热章节应该包含传热概述、对流传热的定义、热传导、传热的计算方法、各种换热器的简介等。（5）在蒸发章节应该包含蒸发设备的介绍、蒸发操作方法与流程特点、单效蒸发的计算方法并简要介绍多效蒸发的相关内容。（6）在蒸馏章节应该包括精馏原理与过程、两组分理想溶液的气液平衡与连续精馏的计算，包括精馏塔理论版的计算、回流比的选择、塔高与塔径的计算方法、精馏的物料衡算以及精馏塔的操作线方程。（7）在气体吸收章节，网络课程的内容应该包括吸收的速率与平衡关系以及低组成气体的相关吸收计算，比如传质单元数法计算、物料衡算、吸收剂用量、填料层高度以及吸收系数的计算等。（8）在蒸馏和吸收塔设备章节，网络课程的内容应该包括填料塔与板式塔的结构与特点、流体力学性能以及操作特性。（9）在液-液萃取章节，网络课程的内容应该包括单级萃取的计算和萃取相平衡的关系等。（10）在固体物料的干燥章节，网络课程的内容应该包括干燥过程的热量衡算与物料衡算、物料所含水分的特性、湿空气的基本性质与湿度图、干燥曲线与干燥速率曲线的绘制等。

1.2《化工原理实验》应包括以下内容（1）理论教学：如何预估与分析实验误差、实验方法的确定、实验数据的处理过程、化工实验中温度、流量、压力等参数的测量方法。（2）课件仿真演示及实验录像：包括伯努利方程实验、流体阻力的测定、流量计的性能测定、离心泵性能测定、板框过滤实验、传热实验、精馏塔实验、填料吸收塔试验、干燥速率曲线的测定等的课件仿真演示，以及实验录像资源。（3）在线自测考试：化工原理实验在线自测考试系统可以让学生自主选择对应化工实验测试科目进行网上在线测验。

2化工原理及实验网络课程的建设

2.1与工程实际相结合，设计网络化的多媒体课件化工原理的主要内容是以实际化工生产过程中出现的各种典型单元操作为基础的，因此它的工程技术性比较强。在进行网络课程的设计时，我们应该尽量为学生拓宽知识面，通过对教学内容的丰富与优化将各种教学资料整理成一个紧密衔接的整体内容。具体过程为：首先对教学内容进行精选，并根据不同专业对化工原理侧重点的不同制定详细的教学计划和大纲，这样不仅可以满足不同专业对学生培养方向侧重点的不同，同时也可以满足人才培养的要求，扩大了化工原理及实验网络课程的使用范围。在设计教学内容时，让基本概念、基本理论与基本方法贯穿到每个单元中去。对于只需简单掌握的知识可以让学生自己自学，而重难点知识则应该仔细、透彻地讲。作为一门化工类及相近专业的专业基础课程，化工原理的学习离不开实验的环节。因此，化工原理及实验网络课程的建设自然也少不了需要将理论教学与实践结合起来，因此可以将理论教学中的概念引申到工程实际中来，让实践内容在理论中得到体现，从而加强它们之间的联系。这样学生的实践能力就能得到提高。对化工原理及实验多媒体课件的开发与使用可以推进网络课程的实现。

2.2在突出学生主体地位的基础上充分发挥网络教学模式的优势（1）对教学方法进行改进传统教学方法中，学生的位置比较被动，因此限制了学生主观能动性的发挥，教学效果一直不太理想。由此可见，要想提高教学质量，关键是改进教学方法。所以，只有做到发挥学生在学习过程中的主体作用，让学生拥有学习的主动性而不是一味的灌输知识，才能切实提高教学质量。网络课程可以将超文本结构、窗互技术等运用到化工原理及实验的课件中来，大大提高了人机交互的机会，让学生在学习的过程中可以双向交流。另外，导航系统的存在也方便学生随时查询所在的位置以及需要查询的章节。另外，动画与视频技术的运用可以有效增强学生对重难点知识的理解与记忆，提高学生的学习效率。而“交互式”“双向交流式”“启发式”等教学模式也让学生的学习过程更加多样，摆脱了枯燥、沉闷的学习气氛。网络课程对教学方法的另外一个改进之处就在于它可以随时随地为学生提供教学资源，学生在遇到困难时可以很方便地找到解决方法。对于基础弱、学习落后的学生来说，网络课程的建设给了他们追上学习进度的机会，让他们可以通过课余时间的努力来提高学习成绩。由于教学的双向性，因此将主体性、参与性与发展性集于一体的课堂才是真正成功的课堂。教师与学生在课堂上的互动是影响教学效果的关键因素，因此教师需要给学生创造良好的沟通氛围，让学生敢于表达出自己的不同见解，再辅以指导的同时也鼓励他们独立思考。学生与教师之间有了良好的沟通氛围以后，教师就可以获得更多的反馈信息，这对于提高教学效果来说是很有帮助的。（2）对教学手段进行优化在化工原理及实验的教学过程中会涉及到很多的化工机械设备以及实验仪器，单用板书的形式是很难介绍清楚的，教学效果会大打折扣。而通过网络课程，学生清楚、直观地看到化工设备的运转情况，当教师再进行讲解时就可以一点就通。当然，传统教学方法依然是不可替代的，在进行公式的推导时，板书反而是最好的方式了，因为学生可以跟着教师一步步的书写过程慢慢地理解推导过程，由浅入深地理解公式的原理以及推导方法。所以，教学手段的优化并不是一味的创新，将传统教学手段的优点与现代化的新教学手段相结合才能真正达到提高教学效果的目的。

2.3注意培养学生的实践能力，加强学生的实践环节化工原理课程的实践性非常强，因此对于学生来说，加强实践是非常重要的。在平时的教学活动中，教师应该为学生多创造实践机会。另外，教师还需要让学生认识到实践的重要性，并重视学校已经开设的实践性课程，比如化工原理实验以及一些化工流程模拟软件的操作。由于学生本来就缺乏实际的操作经验，因此在教师讲解实际工程问题的时候，学生很难通过教师的讲述真正地明白实际情况到底是怎样的。教师讲得费力，学生听得也吃力。而实践不仅可以解决教师讲解不到位、学生理解不到位的问题，更可以让学生提前了解以后要从事的工作是什么样的状况。可问题是让学生每次都去实地动手实践是不切实际的，而网络课程却可以为学生提供图片、视频以及化工流程模拟软件，让学生在这些手段的帮助下更好地理解化工设备的工作原理与状况以及化工行业的实际工作状况。比如，教师在讲解离心泵的结构与工作原理时，借助计算机技术以及多媒体让学生观看动画三维立体展示以及离心泵结构展示录像，学生就可以根据看到的动画三维立体展示更清楚地了解离心泵的工作状况，更可以通过结构展示录像直观地了解离心泵的内部构造。在网络课程的帮助下，学生会对离心泵的工作原理与内部结构有更加深刻的记忆。此外，对动画三维立体展示的理解还可以提高学生的观察能力、空间想象能力、逻辑思维能力以及分析与解决问题的能力，在加强学生实践能力的同时还提高了学生的综合素质，更符合时代对新型人才的需求。

3化工原理及实验网络课程的建设特点

3.1教学体系更完善网络课程的建设目的是为了提高学生的综合能力，让学生更适应这个社会。因此，化工原理及实验网络课程在建设上会通过对组合与更新的方式完善教学体系。学生可以通过使用网络资源进行自学甚至自测，“交互式”“双向交流式”“启发式”等多种模式的叠加可以有效达到提高学生各方面能力的目的。

3.2教学内容更丰富传统的教材由于受到纸张页数的限制，因此教材内容的选取只能尽量挑重点。而网络课程却可以将各个院校所编的教材内容都收录进来，不受容量的限制，因此，教材内容更加丰富，可以满足众多学生的需求。4.3更新速度快纸质教材最大的缺点就是阻碍了知识的更新速度并且会造成资源的浪费。网络课程可以随时进行知识的更新，因此学生可以第一时间了解化工行业的最新动态，同时还可以避免重新印刷教材造成的浪费。

3.4教学方式更多样网络技术的应用可以通过动画以及视频制作技术来丰富学习方式，让学生在学习化工原理及实验这门学科的时候除了理解枯燥的文字以外，还可以通过观看动画或视频的方式来学习，既增加了新鲜感，也调动了学生的积极性。

3.5教学环节齐全化工原理及实验网络课程有很多的板块，比如虚拟课堂学习、专题讲座、学习指导、讨论答疑、课外辅导、学生自测等，能在各个环节上帮助学生，也可以提高学生的自学能力。

4结语

第6篇：流体静力学方程的应用范文

关键词：化工原理；教学内容；工程处理方法；能力培养

在高等工科教育中，完善的知识体系框架为基础科学知识、工程科学知识、工程技术与设备知识。从自然科学到工程技术之间，必须有一个中间知识层次，这一中间知识层次的教育就是通过技术基础课程来承担。可以看出，技术基础课程在学生的知识教育计划中起着承前启后、由理及工的“桥梁”作用，是从自然科学领域的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程。化工原理课程是化工类及相近专业的一门重要的技术基础课。该课程的主要内容是利用数学、物理和化学等自然科学的原理，研究实际化工物理过程中的客观规律，并利用这些规律进行化工过程设计、工艺计算、设备构造设计等。它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务。科学是反映自然、社会和思维等的客观规律的分科的知识体系；科学从自然现象中被抽象出来，再应用到生产实践活动中去。技术是人类在利用自然和改造自然的过程中积累起来并在生产劳动中体现出来的经验和知识。可见，技术的根基是科学。笔者结合多年从事化工原理课程教学的体会，谈一下在该课程教学过程中，有意识彰显化工原理课程内容特点，对学生进行工程能力培养的做法及认识。

一、应用科学理论进行工程技术问题分析的能力培养

化工原理课程内容的研究对象就是实际化学工程中的问题。某些化工过程中的实际问题在做合理的简化处理的基础上，可以直接应用相关的基础科学理论进行分析描述。这种方法是基础理论课程中常用的方法，是培养学生由科学到技术、由理到工的基本能力和工程问题基本分析能力的重要环节。通过这种方法引导学生学会观察问题、描述问题，培养学生理性逻辑思维的能力，同时引导学生认识科学理论在工程实际中的应用，培养理论联系实际的工程能力。例如，应用相关的物理定律和数学手段，进行流体静力学方程式的导出、柏努利方程式的导出、圆管中流体定态流动时的剪应力分布式、圆管中牛顿型流体定态层流流动时流速分布式、沿程能量损失公式、一维定态温度场中热传导速率式、一维定常态浓度场中分子扩散传质速率式等都应用了这种数学解析方法。

二、应用实例分析进行工程观点的培养

化工原理课程各种单元操作的发展积累了丰富的材料。在讲授这些工程科学和工程技术知识时要突出工程观点。例如，以建立循环流动说明蒸发设备的沿革；以机械能平衡和动量平衡的观点观察管内流动和均布现象；结合吸收和传质设备的分析引入返混的工程概念。学者们非常重视在教学中突出对学生工程观点的培养教育［1-3］。

在授课过程中通过列举实例分析的思路中对学生工程观点的形成给予引导和强调。在基础理论课程中，从一个理论出发分析影响某一物理量的诸因素时，学生会不分实际与否、不分主次地找出各种影响因素和影响关系。但是，在分析实际工程问题时就不同了，在分析影响某一工程中物理量的各种因素时，首先要考虑实际可能性，分清因果关系，其次再要善于分清主次因素。例如，在通过传热实验测定换热器的传热总系数K时，由实验数据计算传热总系数是根据传热基本方程式 。如果要求学生指出在实验中影响K测定准确性的各主要因素的话，很多学生就围绕着传热基本方程式考虑问题，不分主次地罗列出T1、T2、t1、t2、qm1、qm2等因素。传热基本方程式是通过实验数据反映换热器的传热总系数的一个方法。如果分析实验中影响K测定准确性的各因素的话，应该从本质上来考虑问题，根据K的表达式 来考虑，该式是从根本上反映各影响因素的关系式。并非该式中的每个物理量都是工程中的变量因素，对于实验中某一确定的换热器来说，仅有对流给热系数out、in是变量因素，因此，影响out、in的变量因素就是影响K测定准确性的因素。再根据对流给热系数的表达式可知，流体的流速（即流量）是最敏感的影响因素。因此，对于上述问题，实验中的qm1、qm2是影响K测定准确性的关键因素。这样来分析问题，注重了问题的客观实际性，使学生认识到哪些是表面关系（或者纯数学关系）、哪些是本质关系，并且认识到同一台换热器的换热性能参数K是因流体流量不同、操作条件不同而变化的，从而建立起灵活的而非僵化的工程概念。

从化工原理的教学内容中多提炼出此类问题进行课堂分析，对于引导学生建立工程概念、树立工程经济意识起着非常重要的教育作用。

三、工程处理方法应用能力的培养

在化工原理各单元操作的分析和描述中，体现了研究工程问题的共性和方法论。对于所研究问题（对象）进行受力分析、物料衡算、能量衡算、相平衡关系描述、传递速率描述等以及经济性基本分析，是研究工程问题的最基本而有效的处理方法[4]。在研究复杂的工程问题时，根据复杂工程问题的特性，灵活采用的系数校正法、参数归并法、过程分解组合法、实验研究法、数学模型法和极限处理法等，更体现出工程技术研究者的智慧和工程处理方法的策略性。

1．系数校正法

对于所研究问题分清共存的主要矛盾和次要矛盾，首先抓住主要矛盾忽略次要矛盾，利用理论分析描述问题，得到反映问题规律的数学关系式。然后再考虑次要矛盾的影响，根据实践经验在数学关系式中加上合理的系数给予校正。在研究孔板流量计流量计算式、毕托管流量计算式、重力射流流量计算式、压力射流流量计算式等问题时都运用了这样的工程处理方法。

2．参数归并法

参数归并法又可以称集总参数法。很多化工实际问题通过数学描述后所得到的数学关系式的形式特别复杂。为了将这种数学关系式的形式进行简化并且使得公式变得更为简捷实用，此时就要根据实际生产中的情况做分析，哪些物理量是在生产过程中需要不断调整的工程参数，哪些是在一般情况下不易发生变化的、或者不需要作调整的，尤其是对某些工程因素，尽管从理论上做出了定义，但是其数值必须通过实验获得。这种情况下，可以将不易发生变化的、一般不需要作调整的以及必须通过实验获得数值的多个工程因素进行归并，定义为一新的参数来表示这多个工程因素的组合式，便得到在通常情况下方便应用的简捷的数学关系式，这个组合式的值一般通过实验确定之。如果是某种生产参数作了调整，所定义的多个工程因素组合式中的某种因素数值发生了变化，我们便可以根据所定义的组合式的数学形式有目的地将组合式值给予校正得到新生产状况下的值。这样，无需重新通过实验测定组合式的值了，使得实际生产变得更为经济。过滤速率表达式以及恒压过滤方程式的表示法即是一典型的例子。实际上，表示流体对流传热速率的牛顿冷却定律和流体对流传质速率的方程式的提出，将诸多复杂的工程因素全归并到传热系数及传质系数中，然后通过实验研究方法再研究之，就是工程上集总参数法的处理方法。

3．过程分解组合法

将一个复杂的过程（或系统）分解为联系较少或相对独立的若干个子过程（或子系统），分别研究各子过程（或子系统）的特有规律，然后再将各子过程（或子系统）联系起来，探求各子过程（或子系统）之间的相互影响及总体效应。在研究带泵管路时首先分别研究管路的特性方程和泵的特性方程，然后将问题综合起来分析泵的工作点。在研究填料层高度时分别分析影响传质单元高度的因素和影响传质单元数的因素。在研究板式塔高度时分别研究理论塔板数、塔板效率和板间距。此类问题都是过程分解与组合法基本工程思想的体现。

4．实验研究法

工程技术的发展过程恰好反映了人类认识的发展过程。化学工程中的某些问题，矛盾错综复杂，难以利用单一的物理概念和数学方法进行描述。解决复杂工程问题存在着两种典型的思维方式，即实验研究方法和数学模型方法。

管内流体湍流流动时的机械能损失和管内流体湍流流动时的对流传热系数的研究就是采用的这种方法。该方法是在量纲理论的科学指导下分析问题的。如果实验工作必须遍及各种尺寸的设备和各种不同的物料的话，那么这样的实验将不胜其烦，而且失去了实验的指导意义。因此，必须建立实验研究的方法论，使实验结果在物料品种方面能“由此及彼”，在几何尺寸上能“由小见大”。在实验研究方法中，量纲理论和π定理对于科学地设计实验，减少试验次数，起到了非常有益的指导作用。实验研究方法是在对于所研究的问题具有一定的经验基础之上，能够比较全面而准确地寻找出影响工程问题的诸多因素的条件下开始的，该方法不去剖析问题的本质，将问题视作一“黑箱”，只关注其各输入变量及输出量，研究的目的是获得输出量与各种输入变量的函数关系。将所要研究的未知函数首先设成幂函数的形式，利用量纲理论和π定理的理论指导，经过分析演绎，得到无因次（量纲）准数的关联式。在此基础之上，再通过实验使得所研究的函数关系具体化。

5．数学模型法

数学模型方法又称为半理论半经验方法，流体穿流过固定颗粒床层时的机械能损失问题的研究就是采用的这种方法。化工技术问题的研究成果发展到一定程度的基础上，人们遇到新技术问题时总善于同相关的问题联系起来考虑，并尽量引用已有的基础理论和研究成果。数学模型方法是在对所研究问题深刻剖析的基础上，在保持所研究目标函数值等效（即不失真）的前提下，将复杂的真实模型转化成一个足够简单并且可以进行数学描述的物理模型，将复杂的真实问题转变为可以利用已有数学公式进行描述的简单问题，这是数学模型方法中创新性思维的关键。要保证所研究目标函数值等效，关键是在复杂问题简化的过程中，一定要保持影响目标函数值的诸因素值相等，即保持所研究问题的本质不变。显然，要做到这一点，必须对于所研究问题的内在规律，特别是对于决定所研究目标函数值的本质因素有着深刻的理解。

6．极限处理方法

在传质单元操作中需要确定某些重要的工程参数，例如气体吸收操作中的吸收剂用量、液体解吸操作中解吸气用量、液体连续精馏中的塔顶液相回流比以及多级逆流萃取中的溶剂比等。处于工程的角度总是希望尽量降低这些工程参数值，但是，根据单元操作的原理来分析，这些工程参数存在着最小值和最佳值（经济性最好）的问题。工程上如何确定这些参数呢？采用了极限处理方法，即首先在工程中达到极限的条件下确定工程参数的最小值，然后根据最小值乘以一个合适的倍数扩大到实际值，并且尽量达到最佳值。要特别注意，在工程中达到极限的条件下正对应于工程参数的最小值，如：气体吸收操作中当填料层高度为无限大时所需的吸收剂用量为最小；液体连续精馏中当塔内的理论塔为无限多时所需的塔顶液相回流比为最小；多级逆流萃取中当萃取的理论级数为无限多时所需的溶剂比为最小等。因此，尽管工程上的极限处理方法确实找到了一种解决问题的巧妙途径，但是一定要意识到这是一种极端的工程状态，在实际工程中是不可能存在的。在教学中要提醒学生特别注意。

四、应用工程问题考察方法的能力培养

化工原理课程中所研究的问题是发生于化工生产设备或管路中化工物料中的传递过程规律，例如，动量传递、热量传递、质量传递等过程。在化工原理这门工程学科发展的过程中，在研究工程问题上形成了一套独具特色且行之有效的方法。化工过程通常是多因素、多变量的复杂工程问题。在着手分析这类问题时，应首先建立起科学而又实用的考察方法。典型的考察方法有如下几种。

（1）定常态与非定常态。为了首先分清所研究的工程过程问题中是否涉及时间变量，将所研究的工程过程分为两大类。如果没有时间这个变量，所研究的过程称为定常态过程；如果研究过程中的某些或某个参数随着时间发生变化，则这个过程是非定常态。在分析描述过程时，要重视时间这个变量。

（2）拟定常态考察法。对于非定常态的工程过程问题，过程中的某些参数随着时间发生变化。但是，在某一瞬时，参数为某一值。当经历一微元时间段时，某些参数可以认为不变，从而可以在一微元时间段内进行问题的分析与描述，或者在经历一微元时间段前后进行问题的分析与描述。

（3）流体质点考察法。大多化工生产物料呈现流体状态，如果要考察物料的流动形态，从流体的分子尺度上去考察会将问题变得非常复杂，并且根据工程上的研究目的也无此必要。因此，在工程研究上提出了流体质点的概念。流体质点是由其大量分子所组成，质点的体积比分子自由程长度大得多，但比容纳流体的设备尺寸小得多。流体的质点之间无任何间隙（无需考虑质点的形状）从而形成了连续的流体，这样连续的流体在一般生产条件下的运动过程中是连续的，从而可以利用连续的数学函数、微分及积分等数学手段进行描述。

（4）微元体考察法。如果所研究的工程过程在空间一定范围内某些参数发生着变化，为了研究参数的变化规律，首先引用数学微分积分为指导思想，在空间中的某一代表性部位，取一微元体作为重点考察对象，利用相关基础理论进行数学描述。微元体的取法有很多技巧，具体问题应具体分析，通常与分析问题时坐标系的灵活取法有直接关系。例如平壁热传导时取直角坐标系，圆筒壁热传导时取柱坐标系，而球壁热传导时取球坐标系。

（5）整体考察法。如果对于所研究的工程过程，仅关注输入物理量与输出物理量之间的关系，则取整体作为考察对象，进行分析及描述。例如整台换热器的热量平衡、吸收塔的物料平衡、精馏塔的物料平衡和热量平衡等。

五、教师在教学过程中认真做好实践智慧者

化工原理课程内容中蕴涵着人类基于科学走向技术的丰富实例材料，教师希望学生们都能够真正理解掌握到脑子里。但是，毕竟因学生思维较为幼稚，且在学习化工原理课程时刚刚转入工程类课程的学习，理解能力有限。这就要求教师在这门课程一开始讲好课程绪论，使得学生首先全面了解这门课程的内容性质特点及其在育人中的地位和作用。教师在课程内容讲授过程中，在彰显内容性质特点和重要性的基础上，认真做好一名实践智慧者[5]。首先贯彻一切为了学生学习好的意向，其次在教学意向中理解学生的具体需求，进而在理解学生的基础之上采取为了学生学习好的机智行动。教师在教学过程中使得学生受益的机智行动有待于做专门的理论研究与教学实践。但是，某些基本的做法，例如善于进行多种复杂问题的归纳总结，或许就可以使得学生受益不少。

化工原理中所涉及的实际工程问题表面看上去种类繁多，但是，根据问题的已知条件和待求物理量的性质来分析。实际工程中的多种问题都可以归纳为两大类，设计型问题和操作型问题。设计型问题是指定了生产任务，在给定的某些生产条件下，计算所需设备的主要工艺尺寸或者性能参数。操作型问题是在已有的设备中，在给定的某些生产条件下操作，计算所能够达到的生产操作结果。这两类问题都很重要，从思维方式上来说这两类工程问题正好一是正向思维，一是反向思维。对于工科学生来说，既要能够进行工程与设备设计，又要能够进行生产技术管理和生产调节，这是现代工业的基本要求。课程教学中将各单元操作中的工程问题给予分类，有利于培养学生善于剖析问题、抓住问题的本质，从根本上找出解决问题的思路、方法和步骤的能力。课程中各种单元操作工程理论的研究基本上都是沿着设计型问题的思路展开的，因此，教学中应突出工程设计的意识和思维过程，即强化设计型问题，这既突出了各单元操作学习的主要目的性，真正弄清各单元操作工程理论的来龙去脉、培养学生的工程设计能力，又奠定了学生分析解决工程操作型问题的能力，可谓是一箭双雕。解决设计型问题的训练可通过单元操作综合性设计课题来进行。学生分析解决操作型问题的能力主要通过教师多列举实例或者设置问题，使学生学会分析思路和方法，得到能力的培养。

综之，化工原理课程的教学内容是进行理论联系实际教育和进行实际工程能力培养的极好载体。深刻分析认识化工原理课程教学内容的工程观点、工程处理方法以及工程问题分类方法等，强化研究工程问题的科学性、思想性及方法论教育，对于培养学生的工程能力和素质，能够起到很好的效果。

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