流体力学现象精选(九篇)
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第1篇：流体力学现象范文
[论文摘要]结合学习主体所处的时代环境变化和流体力学知识体系的学科跨度大以及对数学基础知识要求很高的特点，分析了流体力学教学中存在的问题和难点，提出大量采用实验模型和实例教学以加强流体流动现象的观察理解对提高流体力学教学效果的必要性和重要性。
前言
流体无固定形状，即使受到的剪切力再小，只要持续存在，其变形便会随时间持续增大，不像固体那样，一定的受力只能产生一定的变形。流体力学的基本理论非常严密，描述流体流动现象的数学方程非常复杂，高度非线性[1]，因此学生对流体力学敬而远之的现象比较严重。此外由于因特网及电子计算机的普及，各种虚拟现象泛滥，在这样的环境下成长的学生接触和感受实际发生的各种流体流动现象的机会大大减少，对自然现象的观察和理解能力很弱。很多学生在接受流体力学教育之前所受的应试教育的影响下[2]，学习只是为了在短时间内对给出的试题做出接近正解的答案获得高分，这种教育具有多大的意义，近年来许多学者从教育学的角度提出了疑问[2]。只有直面实际的流体流动现象，抓住问题的本质，才能诞生真正的学问和研究。笔者基于对本科和研究生的流体学教学中存在的难点和问题，指出了重视流体流动现象的观察和理解对提高流体力学的教学效果的必要性和重要性。
一、流体力学教学面临的问题
（一）新形势下学生所处的社会环境变化
学生从小利用电脑打电子游戏的玩耍时间和机会大大超过了自己亲自动手制作道具及模型的体感玩耍时间，通过体感玩耍接触和观察自然现象的机会大大减少。
因特网的普及使得在短时间内获得大量的信息或实时获得信息成为可能，近年来出现学生过度依赖因特网的倾向，疏远了纸质图书及相关文献这些知识比较系统逻辑性也有保证的传统信息载体。但因特网上除了正确的信息外，还有很多不准确甚至错误的信息，即使是正确的信息，各信息段之间也缺乏系统性，因此学生仅通过因特网难以建立系统的知识体系的。
手机在学生中的普及也使得学生们在实际问题时，不是自己独立分析问题，找出问题发生的原因，而是直接利用手机询问他人求得答案，这样很难培养独立制定计划，对可能事态进行预测，独立进行解决问题的能力。这恰恰是对一个未来走向社会成为一个优秀的技术人员的必经的磨砺之道。
（二）流体力学教学面临的问题
流体流动的力学模型及其运动的物理意义难以理解[3]。流体粘性产生的模型与牛顿粘性定律之间的对应关系就是最好的一个例证。大多数学生虽然能够使用牛顿粘性定律进行计算，但对运动的流体为何会产生粘性却不能正确的理解。的确，对于涉及到流体力学的某些技术或产品设计，只要懂得一定的计算即可，但是对于开发和设计全新的产品，如不能准确把握所涉及到的相关流体流动的物理本质，有时会产生完全错误的设计结果。
流体的运动状态繁多，流体力学融合领域广，要求学生掌握更多的学科预备知识，尤其对数学知识的要求更高，使部分学生觉得流体力学是难以接近的一门课。同一流动现象常常可以从多个角度进行解释，容易使学生产生混乱。比如对翼型的流体力学工作原理，可以从流体流动的动量变化、伯努利方程、压力积分、流线的曲率变化等几个方面进行解释，解释方法之多反而会使学生产生混乱，但每一种解释方法都是正确的，解释的都是一个本质，只有完全理解各种解释方法所依据的理论，才可以解除认识上的混乱，将学到的知识条理化、系统化。
描述流体流动的数学方程高度非线性化，数学上求解比较困难。描述流体流动的纳维斯方程和能量方程是否可以求解以及数学解的唯一性的证明需要微分方程、偏微分方程、多元积分等很深的数学功底，但近年来学生的数学和力学基础存在下降的趋势。
学生在进入大学前所接受的应试教育的影响很大，以考试成绩自评学习效果的认识根深蒂固[4]。实际的流体流动现象往往没有单纯的标准答案，有时甚至存在多个解，重要的是抓住流动现象的物理本质，系统的理解流体力学的基本原理。
二、教学方法对应
解决上述问题的根本方法，笔者认为只有从流体力学教学上，直面涉及流体的各种现象，使学生准确的把握物理本质。为此在流体力学课堂上，广泛采用流体模型教学和实例教学，增加学生观察理解各种流动现象的机会，唤起他们对本门课的兴趣的同时，让他们形成为探究流动现象背后的物理本质进行思考的习惯，这对解决流体力学教学所面临的问题至关重要。
使用电吹风斜向上吹一个让学生事先准备好的气球模型，没经验的学生会意外的发现气球会向斜上方飘起。这一流体流动现象可从风从气球上部通过时，由于气球表面的影响风的流向会产生变化，也就是流线产生弯曲，根据风的动量变化必然产生使得气球浮起的升力得到解释，还可以从物体绕流边界层效应得到解释。从这一简单的模型教学，还可以解释飞机的机翼通过改变空气的流向进而获得升力的流体力学上的工作原理。
在一个装满水的塑料瓶内分别放入密度大于水和小于水的钢球和泡沫小球，然后放在一个可移动桌面上，使桌面等直线加速运动，可发现钢球运动较慢留在瓶底，而泡沫球运动较快停在瓶嘴附近。观察这一个现象引导学生：泡沫球运动得较快是因为等加速运动瓶内流体的静压在运动方向上递减形成压力梯度，小球的前进方向的压力大于等加速运动产生的惯性力，因此小球相对于塑料瓶向前运动；而作用于钢球的前进方向的静压力虽然与泡沫小球相同，但惯性力大于前进方向的静压力，因此钢球相对于塑料瓶向后移动。这一模型教学比一般教科书上关于流体等加速直线运动流体的静压分布的例题更容易使学生抓住问题本质，且能培养学生独立思考之习惯，使学生体会到透过流体流动现象来正确观察和理解把握流体力学基本规律的乐趣。
经常使用立式洗衣机的人都知道，洗完衣服后，衣兜总要被翻过来，假如原来兜里装有硬币等硬物，也会被掏出来[5]。把这个实例在课堂上讲出后，学生们甚有兴趣，追问其中的奥秘，当教师根据伯努利定律做出解释并介绍伯努利这位集物理学家、数学家、力学家及医学家于一身的瑞士的大科学家的基本情况后，学生们顿时对这位科学家充满了崇敬之情，通过大量这种实验模型及实例教学，学生们对学习流体力学这门课更有了兴趣和信心，教学效果的提高自不待言。
三、结语
本文详尽的分析了计算机、因特网、手机等现代化通讯工具普及后对学生产生的影响，由于流体力学课程知识体系的特点，这种影响产生的负面问题很多，尤其是教授成长在应试教育体制下走入大学的学生，更需要转换认识，改变教学观念，在课堂教学中广泛植入实验模型教学和实例教学，让学生直面实际存在的各种流体流动现象，通过实际的流体流动现象的观察和理解，达到生动及形象的把握这些流动现象背后的流体力学的基本定理，有效提升教学效果的同时，通过简单实验模型的制作还可提高学生的动手能力，这对学生走向社会成为一个具有创造性思维能力、独立思考的优秀技术人员也是一个必不可少的雏形磨砺。
[参考文献]
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第2篇：流体力学现象范文
本书旨在描述旋转、分层与磁场是如何影响湍流的。
本书共有19章，1：波动与湍流的相互联系，包括波动的三种类型、波与湍流、地球物理与天体物理中的湍流。从第2章开始分为3部分。第1部分为从流体力学到磁流体力学，讨论了简单旋转液体、分层流体的基本理论和磁流体力学，含第2-7章：2.初等流体动力学，包括纳维叶-斯托克斯方程、粘性流体中的能量损耗、涡度方程等；3.旋转流体运动，包括地球自转偏向力、惯性波、波动与稳定性、罗斯贝波等；4.分层流体运动，包括波西内斯克近似、阻塞高压、背风波、内重力波、位势涡度、谷风；5,电动力学方程，包括麦克斯威方程、安培法拉第定律完整版、洛伦兹力、麦克斯威应力、法拉第张力、磁场与速度场的转换；6.导电流体运动：磁流体力学，包括磁流体力学方程、低磁雷诺数下的磁阻尼、高磁雷诺数下的动力学等；7.湍流的不稳定性与转换，包括成层切变流的稳定性、理想流体磁流体力学平衡稳定性等。
第2部分为没有体积力作用的湍流，讨论了从基本原理中发展出来的湍流理论，含第8-11章：8.湍流的基本性质；9.湍流语言：运动学与统计学，包括速度关联函数与结构函数、傅里叶空间、各向同性的简化；10.流体动力学湍流Ⅰ：经典理论，包括理查森现象与科莫现象、涡旋伸展与实质线伸展、卡霍二氏方程式等；11.流体力学湍流Ⅱ：旋转、分层与磁流体力学湍流，包括各向同性湍流、二维湍流等。
第3部分为有体积力作用下的湍流，这是本文的核心部分，讨论了旋转、分层与有磁场作用下的湍流，含第12-19章：12.快速旋转流体，包括波传播中的结构形成、气旋反气旋不对称、能量衰减速度；13.地球物理：浅水体，快速旋转湍流，包括控制方程、统计学不变量、β平面湍流及其纬向环流与光谱；14.均匀分层湍流，包括控制方程与无因次群、尺度分析、分层湍流的光谱分析、能量衰减速率等；15.分层切变流与大气边界层，包括分层剪切流方程与通量理查森数、大气边界层等；16.小磁雷诺数磁流体力学，包括控制方程、角动量守恒、涡流的演化等；17.地心处的湍流：地球发动机，包括地球发动机理论、地球的结构与磁场分布、数值模拟、其他行星发动机；18.高磁雷诺数磁流体力学，包括二维磁流体力学、螺旋气流与选择性衰减、阿尔芬湍流的谱理论等；19.天体物理湍流，包括吸积盘、太阳涡流、太阳风。
第3篇：流体力学现象范文
关键词：流体力学；教学改革；探讨
中图分类号：G642.0 文献标识码：A
流体力学是一门研究流体运动基本规律以及流体与物体之间的相互作用力的学科，它作为一门严密的且应用面很广的专业基础学科，是以数学、物理学为基础发展起来的，也是土木、机械、动力、水利、环境等学科的一门技术基础课程。改革开放以来，虽然各院校在该课程教学实践中都积累了丰富的经验并取得了不少成果，但是在该课程建设中仍存在着许多问题。论文结合教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革以及师资队伍建设三方面探讨提高流体力学教学水平的方法。
一、 流体力学教学现状
流体力学是一门主要研究流体平衡和运动规律及其实际应用的技术科学，具有理论性强、工程实际应用广、概念和方程较多且易混淆、对学生高等数学知识及综合分析和处理问题能力要求较高等特点。流体力学建立在理论、计算、实验三大技术手段之上，是化工、土木、机械等众多学科或专业的基础学科。另外，流体力学在环境工程设计和实际工程中也有着广泛的应用，是水处理设备设计与应用的必备知识，以及生态分析的重要理论基础。同时，流体力学是环境工程与其他学科体系沟通的桥梁，这个桥梁作用是其他基础课或专业课无法替代的，直接影响到环境工程学科体系的完善性。因此，提高流体力学课教学质量，使学生学好本门课程，培养学生分析问题的能力和创新能力，对流体力学课程教学进行改革以适应学科发展显得十分必要。
目前国内院校的流体力学课程教学过程大体可归纳为“课前预习、课堂教师讲授、实验室实验、课后教师评阅”的四段串行模式。实践证明，这种传统的教学模式在强化理论教学成果以及动手能力的培养方面效果比较显著，然而在创新意识培养方面却收效甚微。原因在于：①理论教学中注重经验理论与公式的讲解，而公式多且乏味，导致教师难教，学生难懂，课堂教学缺乏生动性。另外，本科流体力学理论教学模式多为填鸭式教育，对学生而言，流体力学课缺少客观体验，理论抽象，不易理解，而由此带来了一系列的问题是现在流体力学课程教学的主要障碍；②目前，大部分院校的流体力学实验教学多采用传统验证性实验，每一学生进行的实验完全相同，教师由实验报告的数据评定实验成绩。虽然实验有利于增进学生对理论知识的理解，但此手段不能激发学生的积极性，无法体现学生的主体性，也不能培养学生的创造性[1]。由于实验教学内容多数为验证性实验，在按既定的理论知识和实验方案实践的过程中，学生所得到的主要是从理论知识到实践成果的收获，而教师的作用主要是理论知识的传授，具体实验的演示、引导与纠错，甚至有时会耳提面命，因此学生作为学习主体的创造性很难有机会得到展示。
因此，采用一种有效的教学方法进行流体力学理论和实验教学的改革，激发学生的学习积极性和主动性，以提高流体力学课程教学质量，并对相关专业产生积极的影响，从而促进学生创新性的培养非常有必要。
二、 培养学生对逻辑思维的兴趣
学生对任何概念和公式的形成、理解有一个过程，而在流体力学中，这些概念、公式又较为抽象，要求学生具备较强的逻辑思维能力，因此，根据学生掌握知识的快慢，耐心引导学生进行逻辑思维，培养学生对逻辑思维的兴趣，使他们产生对逻辑推理的爱好，就成为教学中的关键。例如，流体力学中的三大方程――连续性方程、动量方程和能量方程需通过输运公式逐步推导而来，如此的教学安排便使知识较为系统、连贯、紧凑，并有利于认识各个方程的物理意义。而输运公式的推导由于逻辑性较强，讲授时就需要花费较多的学时和精力来理清逻辑思路，理解每一步推导中的物理含义和数学要领，使学生对输运公式有一个清晰准确地理解。最后，将输运公式中的物理量换成质量、动量、能量即可得出连续性方程、动量方程和能量方程，如此便形成了较为完整的逻辑演绎体系。此种方式不仅使理论教学更加清晰明了，而且会使学生对将要学习的知识接受产生极大兴趣，具有更加强烈的探索感和求知欲。
三、 教学方法探讨
教学方法作为联结教师和学生的重要纽带，在提高教学质量方面起着重要的保证作用。为了更好地适应学科发展要求，工科“流体力学”课程方法的改革势在必行，作者结合自身多年的教学经验，针对该课程特点，认为应该在以下几个方面进行课程教学方法改革。
（1）重视绪论课的作用
部分教师认为绪论课仅是对流体力学的简单介绍，作用不大，所以对绪论的授课过程照本宣科、枯燥无味。其实绪论课对整个教学活动的成功与否起了至关重要的作用，它不仅是学生了解流体力学课程的窗口，也是教师教学水平的第一次展示。
讲授绪论课的较好方法是介绍流体力学的成就、发展方向、广阔前景及其在国民经济中的重要作用等。教师要注重讲解流体力学知识在工程中的应用，特别是教师自己承担的科研项目，以展示流体力学在科学和工程技术中所取得的辉煌成就[2]。例如，通过介绍流体力学理论在“神舟号”系列飞船上的广泛应用，使学生明白流体力学这门相对古老的学科还具有旺盛的生命力；通过介绍美国华盛顿州的塔科马悬索桥在1940年秋天的大风中倒塌的例子，说明在实际工程中忽视流体力学会造成巨大的灾难[3]。另外，流体力学的发展史对于激励学生的学习热情也有着非常重要的作用。在上课的同时，要善于借助互联网，及时的将一些重要理论的发展过程、重要研究成果展现在学生的面前[4]。
（2）从实例中引出教学内容
流体力学虽有概念多、逻辑性强、理论上较难理解的特点，但却与生活和生产实际密切相关。在具体教学内容的讲解过程中，穿插一些生活中的现象，并结合课本中的理论“双管齐下”，利用学生求趣、求新、求知的心理，引导学生学习并掌握教学内容。例如，在讲流体粘性时，比较水的粘性和油的粘性；在讲流体静力学知识时，可讲一些水库垮坝事件，主要是设计时有缺陷和施工存在着质量问题，不能承受水对壁面的静压力。另外，还可以进行一些相关事例的延伸，如是否建设三峡工程时流体力学专家的争论，通过分析得到的建设三峡工程必要性的结论等，使学生切实体会到学好流体力学的重要性[5]。利用这些鲜活的事例，使课堂教学更生动、更有意义。
（3）师生互动，培养良好学风
调动学生主动的学习，培养学生良好的学风，提高学生综合素质，是加强流体力学教学效果的重要条件。作者在每次讲课后都会对本次课程的内容进行总结，然后下次课随机抽取部分学生回顾上次课的内容，并让其他学生作出补充和建议。在课堂上，多为学生提供随堂练习的机会，师生互相之间进行探讨和思考，针对练习中的问题讲解做题思路和方法，给予纠正和补充。这种授课模式充分调动了学生的主观能动性，课堂气氛活跃，有利于拓宽学生的思维深度，查漏补缺。学风对于任何一门课程教学的成功与否都起到了非常关键的作用，所以从第一堂课、第一次作业就要严格要求学生，对作业的批改做到一丝不苟，指出其作业中的各种问题并要求其修改。例如，要求学生对作业中的每道题，在解答时必须写出已知、求解，并画出相应图示，这些小细节可以帮助学生以简明的方式加深理解题意，取得了较好的效果。
（4）重视实验教学
流体力学按研究方法可以分为理论流体力学、实验流体力学和计算流体力学。实验流体力学是理论流体力学发展的基础，是计算流体力学的检验依据。因此，实验教学在流体力学教学中有着极其重要的地位。流体力学中的公式繁多，难以记忆，难以理解，通过实验可以加强学生对公式的感性认识，有助于学生深刻理解公式和概念的物理意义。例如，在讲解伯努利方程意义的时候，单从公式上讲解并不形象，通过能量方程实验，可以使学生非常直观的理解伯努利方程中每一项对应的意义。对于没有开的实验课，通过在网络上收集照片、视频等展示给学生，也可提高学生对理论知识的理解[6]。
（5）传统教学方式和多媒体技术互补
过去，流体力学课程在教学手段上采用板书教学，这种方式能够在教师的书写和同步的讲解中促进学生的积极思维与参与意识，但对教学内容中比较抽象的概念、复杂的流动现象和流动规律，很难用语言和文字准确、形象地描述。多媒体教学最大的优点是形象、生动、具体、直观、易于理解且信息量大，但也有不能突出推导过程和思维、学生对知识的掌握比较肤浅的一些弊端。将传统教学方法和多媒体技术综合应用于教学过程是一种很好的方法，在讲授偏重于推导过程的内容时采用传统授课方式，而讲授直观形象的内容时采用多媒体教学方法，做到取长补短、优化组合，会获得较好的教学效果[7]。
四、师资队伍的建设
为适应素质教育的需要，教师不仅要掌握先进的教学手段，而且要努力研究实施素质教育的教学方法。在实际教学过程中，要灵活应用各种教学方法，并且要善于归纳总结教学经验，虚心向有经验的教师请教，同时要高度重视学生的反馈信息，不断调整自己的教学思路，只有这样才能逐步提高自己的教学水平。社会发展对教师的自身素质提出了更高的要求，教师要明确教学水平的提高和发展是一个毕生的过程，教师应该不断开阔视野，更新知识体系，才能形成对流体力学更深层次的理解和认识。
五、 结论
论文结合流体力学教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革及师资队伍建设三方面论述的教学方法，将教与学有机结合起来，使枯燥的流体力学课堂变得生动活泼，多方面激发学生的主动性、积极性及创造性。将上述方法运用于教学实践后发现，该方法能够有效的提高流体力学课程的教学效果。
参考文献
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第4篇：流体力学现象范文
关键词：高等流体力学；教学内容；教学方法；教学模式
中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0192-03
近几年，计算流体力学与各种工程实际问题的结合越来越密切，已成为解决各种流体流动与传热问题的强有力工具，并已成功应用于建筑、环境、流体机械等技术科学领域。过去只能靠实验手段才能得到的某些结果，现在已可以借助于计算流体力学的手段来完成。在高等建筑院校的土木工程、环境科学与工程等学科中，因涉及大量的流体流动问题，因此，普遍开设了研究生课程――高等流体力学（计算流体力学）。
多年来，计算流体力学的教学内容主要是有限差分法、有限元法、离散化方法等，重点仍然是算法的数学基础、收敛性的证明及离散精度的讨论。在教学过程中发现学生对课程中涉及的大量数学推导感到乏味，课程学完后，如何采用计算流体力学方法对一个具体的流体流动问题进行模拟和分析，学生往往感到无从下手，并且难以正确采用计算流体力学的理论和方法解决工程实际问题，因此学生也不能学以致用。当前的研究生课程教学，不仅在分析问题的深度和广度上显得不足，在教学方法上也存在灵活性不足，互动性不够，缺乏新颖性等问题。因此，结合学科的发展特点对计算流体力学课程现有的教学内容、教学体系及教学方法进行改革，并进一步将计算流体力学理论与解决工程实际问题紧密联系在一起，培养和提高学生的学习能力和创新能力显得尤为必要。
我校研究生课程“高等流体力学”的教学内容紧密围绕计算流体力学的内容，课程组在重庆大学研究生重点课程和重庆市研究生重点课程教改项目“高等流体力学”的资助下，对教学体系、教学内容、教学方法等方面的改革做出了一些尝试，力图使其教学内容反映学科的特色，发挥计算流体力学本身应有的优势。此外，由于研究生课程教学学时有限、学生基础不均，因此，在教学过程中，合理选择教学内容、提高教学效率、拓展课程的专业视野、增强学生学习主动性，使得课程学习更好地服务于课题研究，是该课程必须考虑的几个主要环节。本文围绕高等流体力学课程教学改革进行了一些探讨，并提出了一些建议。
一、优化教学内容
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）已经超越了其传统的外延和内涵，不再仅仅是一些数学理论和概念，而正成为一门建立在经典流体力学与数值计算方法基础之上的新型独立学科。就CFD本质来讲，流体动力学是建立能准确描述具体流动过程的数学微分方程组，依据模拟几何模型和流动过程特点给予相应的边界条件，最后，联立求解方程组，得出一定精度的模拟结果[1]。CFD兼有理论性和实践性的双重特点。特别是随着计算机软硬件技术的发展和数值计算方法的日趋成熟，出现了基于现有流动理论的商用CFD软件，可以通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到研究物理问题的目的。商用软件的出现为学生学习掌握计算流体力学提供了有力的辅助手段，但是计算流体力学所依赖的基本流体力学知识和数学基础仍然是非常重要的。因此，为顺应科学的发展和工程问题研究的需要，计算流体力学作为一门重要的研究生学位课程，在教学中既要注重理论知识讲解，还需拓展其实际应用范围。对于普通建筑工程类专业的研究生来讲，最关心的是如何用CFD手段来解决本研究领域的实际问题，所以关键是掌握计算流体力学关于建模、离散、湍流模型的选择、对流差分项的格式及时间积分格式的特点等内容；学会如何编制自己的CFD程序；如何使用现有的商用软件。
课程的教学目标，要求学生完成高等流体力学课程的学习后，必须掌握流体力学的分析推理方法，常见湍流计算模型以及相关软件（CFD）的使用，要具备利用高等流体力学知识分析和解决实际问题的能力。在课程内容方面的设计上，应注意内容的系统连贯和循序渐进，便于学生掌握基本理论和分析流体力学问题的基本方法。
优化的教学内容包括以下几个部分：①矢量场论；②流体力学基本概念及运动描述；③流体力学基本方程组及其求解；④湍流现象及湍流研究的基本方程；⑤粘性流体流动的数值分析方法；⑥离散化方法；⑦对流与扩散以及流场计算；⑧软件――CFX及其应用。其中，为了加深对流体力学的理性认识和理解，掌握流体力学中的思维特点和较综合的分析推理方法，使学生在理论修养和实际处理流体力学问题的能力上都有明显的提高，课程组教师在教学过程中，新增了离散化方法、对流与扩散以及流场计算和软件应用三个部分的内容。增加了CFD软件的实践教学环节，注重学生的对软件的使用操作的理解，使其学以致用。减少了势流计算、粘性流动解析解以及边界层理论这部分内容。加大了CFD应用程序这部分内容。
教材选用本校课程组编写的《高等流体力学》，帕坦卡编写的《传热与流体流动的数值方法》，和陶文铨编写的《数值传热学》；参考教材选用吴颂平翻译的《计算流体力学基础及其应用》，王福军编写的《计算流体动力学分析》，张兆顺著的《涡流大涡数值模拟的理论和应用》；实践教材选用孙纪宁编著的《ANSYS CFX对流传热数值模拟基础应用教程》；此外，我们还建立了相关的学习网站，网站上有课程大纲、教学内容、学习辅助材料等。
课程学时数共45学时，采用“两段制模式”教学，即将计算流体力学课程分为既有关联、又相互独立的两部分。第一部分以基础知识为主，第二部分以应用为主。两部分独立讲授，第一部分着重讲述流体动力学基本方程、离散化特征、对流差分格式、边界条件的处理、紊流模型等，第二部分讲述流体流动仿真与CFD软件应用。授课对象为学术型硕士、专业型硕士，授课对象是掌握较强流体力学知识的学术型硕士研究生时，强化第一部分内容；授课对象是专业学位研究生时，则侧重第二部分内容。
二、丰富教学方法，注重自主学习能力
1.凝练教学内容，提升教学起点。为了使高等流体力学课程的知识更好地为建筑环境与设备工程、市政工程、环境工程等专业服务，需要对教学内容进行凝练。通过参阅其他理工科院校相关院系的教材和讲义，从中精选出适合专业需要的内容编写教材，并对某些不足进行改进，注重内容的系统性和连贯性，使之既能清晰反映高等流体力学的基本理论，又能结合上述几个专业的实际应用特点，与专业课进行有机衔接和整合。着重收集了与建筑土木工程相关的流体力学内容。
考虑到研究生的知识水平和知识结构与本科生有较大区别，并且多数学生已经掌握了工程流体力学的一些基础知识，选取的教学内容具有较高的起点，使学生在较高的层面上学会应用流体力学这个理论工具。
2.采用精讲多练的教学方法。教学方法由讲授、联想、解疑、归纳、作业这几个部分组成。其中讲授要抓住重点难点，由浅入深的讲解，由于课时较少，内容多，要求学生在上课前充分准备每一讲的内容。在课程教学中改变教师讲、学生听的习惯做法，使学生在课堂上积极思考、踊跃发言。
高等流体力学课程具有理论性强、数学推导能力要求高的特点；但是另一方面，其课时相对较少，为了解决内容深与课时少的矛盾，在授课方法上侧重于精讲多练。对关键的基础理论部分（如流体力学基本守恒方程的推导），安排较多的学时讲深讲透，使学生能够从本质上掌握流体力学这个理论工具。同时，课后安排与基本理论密切相关的习题和工程问题让学生加以训练，使学生加深对理论的理解和消化，同时提高应用理论工具解决实际问题的能力。
3.利用板书、多媒体技术、网络辅助教学相结合的教学手段。高等流体力学课程是一门理论性和应用性都很强的学科，授课手段不应一成不变。在公式推导过程中较多地采用板书的方式更符合学生的思维习惯；对于一些实际工程问题或自然中存在的流体力学现象，采用动画或视频的形式展示更加生动形象，可以帮助学生较快地建立感性认识，从而更好地理解复杂规律。同时，利用网络及时向学生提供教学资源，包括：课程大纲、授课教案、讲义、课后习题、国内外相关教材等资料，旨在给学生提供一个全面、简便、轻松的教学环境。
4.利用试验和CFD模拟加深学生对基本理论的理解。本课程利用学校和学院的实验设备资源，开设演示性实验、验证性试验和设计性试验。安排适量的CFD程序操作课程，并邀请国内外大型设计院人员讲解CFD软件，加深学生对流体力学工程应用的理解。此外，课题组任课教师所从事的科研活动，也给不少学生提供了实践的机会和场所。收集了与建筑土木工程相关的工程案例，通过案例讨论和分析，增强学生学习理论知识的兴趣，提升课程教学的互动效果，增强学生运用理论知识分析并解决工程实践问题的能力。
5.启动双语教学。为了便于学生快速准确地理解国际上关于本学科的新知识和先进技术，使学科技术更好的与国际接轨，我们在教学中逐渐开展了双语教学。考虑到学校的实际情况、学生英语水平参差不齐等问题，一开始就全部采用外语教学，势必会影响教学效果，因此在学生学习初期使用母语教学，然后逐渐地部分或全部使用第二语言（英语）进行教学。同时我们加强师资队伍建设，培养年轻的老师出国深造，能够更好地讲解国外原版的专业教材，使学生能够阅读相关技术知识的英文文献资料，在双语教学实践中并且结合工科专业特点，能熟练运用相关的英文编程工具和商业软件，能够应用英文处理和交流相关问题，拓展课程中的专业视野。
三、教学模式：互动式教学
保罗・佛莱雷说过：“没有了对话，就没有了交流；没有了交流，也就没有真正的教育。”[2]互动式教学可以提高学生的学习水平和协作能力，因此成为国际上大力推行的教学策略之一[3]。
相对于本科教育，研究生教学中更注重对学生独立解决实际问题能力的培养，所以在研究生课程教学中更应该采用互动式教学模式，可以更好地激发学生的创作力和培养独立思考能力。教学中改变一味地灌输，注重方法，突出学生的主体地位，发挥其主动性，积极开展讨论式、演讲式、辩论式、案例式等多种形式的教学方法，激发其主动思维、辨析、讨论的热情。我们在课程教学中设计了以小组为单位，针对实际工程问题，进行仿真案例计算。在教学中应当尽量将讲授的新知识转化为学生感兴趣的问题，使抽象的理论内容借助生动具体的案例和多媒体场景形象化；关注学生的个体差异，创造出能够调动学生积极性和学习兴趣的课堂氛围，使学生在宽松的环境中学习和探索。
四、结束语
在计算流体力学的教学实践中，作者把握《高等流体力学》中的重要思想方法，流体力学问题的本质，进行深入浅出、生动活泼的讲解。同时结合作者的科研项目、生活、生产中的实际问题，向学生传授治学方法，培养学生的自主学习能力和创新意识，通过近年的实践收到了良好的效果。
参考文献：
[1]翟建华.计算流体力学（CFD）的通用软件[J].河北科技大学学报，2005，26，（2）.
[2]保罗・佛莱雷.被压迫者教育学[M].上海：华东师范大学出版社，2001.
第5篇：流体力学现象范文
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6篇：流体力学现象范文
关键词：工程流体力学；计算流体力学；CFD软件及源程序；教学研究
中图分类号：G6420；TU 文献标志码：A 文章编号：10052909（2015）05015404
一、工程流体力学与CFD软件、源程序
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）软件通过计算机数值计算和图像显示后处理，对包含流体流动和有热传导等相关物理现象作出系统的分析。目前，CFD 技术已经广泛应用到航空、航天、气象、船舶、水利、化工、建筑、机械、汽车、海洋、体育、环境等领域，取得了令人瞩目的成就。在现代科学技术高度发展的今天，计算技术已被引入到流体力学领域，使以前因计算过于复杂而影响进一步探讨的流体力学问题逐步得以解决，计算流体力学已经成为研究流体力学的重要方法[1-3]。常用的CFD计算软件有FLUENT 、CFX、Phoenix等。FLUENT 软件是目前常用的一套高性能的数值软件，是专门针对流体工程数值计算与仿真需求而开发的一种流体数值仿真软件。
工程流体力学课程教学内容主要分为流体静力学、流体动力学、相似和量纲分析、管中流动、孔口出流和缝隙流动等[4]。其中，管中流动主要研究圆管中的层流及紊流、管路中的沿程阻力、管路中的局部阻力及管路计算等，涉及到一系列的概念和理论公式，学生理解起来有点枯燥、困难[4-5]。通过利用FLUENT软件和源程序进行数值模拟这一环节，变枯燥的理论公式计算为生动的计算机数值求解，既提高了学生的学习兴趣，同时也使学生有了更多的感性认识和理性认识，增强学生解决实际问题的能力。在流体力学课程教学中， 有意识地穿插计算数学、Fortran语言编程、CFD知识，有助于学生理解流体力学公式及方程，
也可以加强学生对其他学科知识的理解和掌握，达到多学科之间的融会贯通， 触类旁通。为此，笔者对科研成果中相关源源程序、部分开源程序和CFD 软件在工程流体力学课程教学中的应用做了一些探索与实践。
二、 教学案例
（一） 圆管中的层流及紊流教学实例
在工程流体力学教学中，管中流动是主要章节的内容，涉及的理论和公式多，不易理解。圆管流动有层流和紊流两种流动状况。雷诺数是判别流体流动状态的准则数。为加深学生对流速分布和压强分布规律的理解，在教学中可安排课外作业，设置用FLUENT软件来模拟研究三维圆管的层流和紊流流动状况，作出验证分析。
图1为圆管流动入口和出口边界截面的流速分布图（l=2m， d=0.1m）。取流动充分发展部分，离入流边界x/D=1.6的截面其流速分布如图2所示。可以看出流速沿半径Y方向成抛物线分布，与书中理论公式相符，如式（1）所示。通过数值模拟，学生对圆管内流动速度分布有了更深刻的认识。
由图3可以看出圆管内部压强分布从管口处向延伸方向逐渐减小，可知流速相应增大，符合流速大、压强小的流动定律，也符合圆管流动压降的原理。另外从入口处的压强分布可以看出，在圆管任何截面上，其压强分布也不是均匀的，也有分层现象。＼
图 3 圆管内部压强分布
图4为圆管轴线上的速度分布。由图可以看出，在圆管的轴上，进口段流速分布变化较大，从进口流速v1=0.005m/s急剧上升到最大流速umax=0.00 848m/s。层流入口段长度有经验公式可以算的，即
L≈0.058 dRe （2）
可算得入口段长度约为1.18m，由图4显示效果可以看出，流速在离入口1.1m到1.2m之间，即入口段长度约为1.1～1.2m，符合书中理论计算结果。
图 4 圆管轴线上速度分布
图5为圆管内部x轴方向不同截面的流速分布，可看出流速在截面上从入口到出口的变化。水流在圆管内部的流速分层很明显，靠近壁面处流速接近于零。
图 5 主流方向截面流速分布图
图6为圆管紊流充分发展段某一截面的流速分布图。从图中可以看出在紊流充分发展段，截面流速散点图最高处几乎为一条直线，说明圆管内大多数流体流速趋于稳定，而是更加平滑。紊流过流断面的流速对数分布比层流的抛物面分布均匀得多，这在理论上符合紊流流速的对数分布律，即：
uu=1Klny+C（3）
图6 Y方向中心轴线的流速分布
（二）管路中的沿程阻力教学实例
在流体力学教学内容管中流动一章的教学实践中，笔者利用前期研发的程序[6]设置了以半扩散角为4o、扩散度为3.92的锥形渐扩管路内的不可压缩流动数值模拟算例，旨在将对接科研成果的教学模式用于辅助工程流体力学课程教学实践。已知条件：锥形渐扩管路前接管直径为30 mm，后续管直径为50 mm，总长度为70 mm。管内流动介质为空气，进口速度为1m/s。 网格模型如图7所示。
图7 锥形渐扩管路系统内流场网格模型
数值计算结果如图8所示。从图中可清晰看出，在突然扩大段，压力逐渐增大，表现扩压效果，但中心线上的速度呈下降趋，若扩散角增大时，在渐扩段会出现局部回流区，这是造成局部能量损失的重要原因。
图8 锥形渐扩管路内压力场
局部阻力误差分析：对于锥形渐扩管的局部阻力，可以用包达定理的形式表示：
hζ=ku1-u222g（4）
其中，k为经验系数。由式可知，锥形渐扩管局部阻力损失理论计算公式为：
hz = ku1 - u2 22g = k1 - A1 A2 2×u21 2g = k1 - A2 A1 2×u22 2g（5）
其中A1为渐扩管上游横截面积，A2为渐扩管下游横截面积（m2），u1为渐扩管上游平均流速（理论值），u2为渐扩管下游平均流速（理论值）。A1 = πd21 4 = π×124，A2 = πd22 4 = π×224，u1=1 m/s，g=9.8m/s2 。代入（5）式得：
hζ理=0.004 305 m
实际流体的伯努利方程为[7]：
Z1 + P1 ρg + u21 2g = Z2 + P2 ρg + u22 2g + hf + hζ （6）
将仿真结果代入上式，其中Z1=Z2=0 P1=-0.03pa，P2=0.4pa，u1=1.06m/s， u2=0.58 m/s， hf=0， 得 hζ模拟=0.00 435m。误差率为：
η=hζ模-hζ理hζ模×100%
=0.00 435-0.004 3050.00 435×100%=1.03%
（三） 后台阶流动教学实例
为让学生对雷诺数有更进一步的感性认识，利用开源CFD程序[8]可设置后台阶流动教学实例，比较不同入流Re数时台阶后涡的大小和长度，现选择四种Re数工况的计算结果进行后处理，得到如图9所示的流线图。从图中可以看出，随Re数的增加，台阶后方主涡的大小呈增大趋势，在Re=1 000时在上方有次生涡的出现。
图9 不同雷诺数下的流线图
三、 教学实践中的几点体会
（一） 理论教学与数值实验教学的合理利用
在工程流体力学理论教学时可结合数值实验教学加以辅助，例如在管中流动一章教学时，可以用上述相关教学实例。由于在进行课堂演示教学时，依计算机性能及不同问题的规模难易程度，数值模拟求解的时间将有不同，要掌握合理数值模拟时间。可采取让学生安装CFD程序及软件，并要求学生事先自学使用方法，尝试数值预测，预习理论知识。然后教师理论教学时对学生预测结果进行抽样调查分析，将理论结果与计算结果比较分析。条件许可的话，也可以通过高性能集群提交计算作业，在较短的时间内获得计算结果。这样学生对复杂的理论就能有深入的认识，同时也锻炼了学生的科研能力。
（二）适当安排精选案例教学
课堂教学演示案例的选取应做到简单且具有代表性。 案例简单能够减少计算机的运行时间，使教学更加紧凑；而有代表性的案例贴近生活或工程实际，则有利于提高教学趣味，开阔学生的视野。由于课堂教学时间有限，因此应在简单演示教学案例的基础上，精心布置较为复杂的课外任务。
（三） 源程序和软件互补
在数值模拟教学中结合利用软件和程序。软件不是万能的，商用软件所能解决的问题是已在学术界得到充分研究的问题，对于科学研究来说，自己编程是必不可少的。一方面，自编程能更好地理解CFD具体实施过程，对商用软件的理解和使用也是有帮助的。另一方面，自编程序还可以更好地对接科研成果，用于工程流体力学课程辅助教学。
四、结 语
通过上述几个数值模拟实例可以看出，数值模拟过程并不太难，但结果更形象直观。借助计算机辅助手段，在工程流体力学课堂教学中，利用CFD软件及源程序进行数值模拟辅助理论教学， 将理论性较强的内容形象化，可以开阔学生的视野， 激发学生的学习兴趣和创新意识， 加深学生对基础理论的理解。此外，通过对接科研成果，用源程序进行数值实验教学还可以培养学生的动手能力和科研能力，丰富数值实验教学内容。参考文献：
[1]J.H. Ferziger， M.Peric.， Computational Method for Fluid Dynamics[M]. Springer，2002.
[2]张涵信，沈孟育.计算流体力学―差分方法的原理和应用 [M]. 北京： 国防工业出版社，2003.
[3]傅德薰，马延文.计算流体力学[M]. 北京： 高等教育出版社，2000.
[4]张也影.流体力学[M].2版.高等教育出版社，2009.
[5]郑捷庆，邹锋，张军，等. CFD软件在工程流体力学教学中的应用[J]. 中国现代教育装备， 2007（10）：119-121.
[6]何永森，舒适，蒋光彪，等.管路内流体数值计算与仿真[M]. 湖南 湘潭： 湘潭大学出版社，2011.
第7篇：流体力学现象范文
《工程流体力学》是工科专业的一门基础学科，是力学的一个重要分支，主要目的是为了将流体力学知识充分运用到生产生活当中。工程流体力学的研究方法主要包括实验研究、理论分析以及数值计算等。其中实验研究主要是利用各种实验仪器对流体现象进行观测分析，总结出流体运动的规律，并在此基础上进行预测，通常采用模型进行实验分析；理论分析主要是根据质量守恒、动量守恒以及能量守恒等定律，加以数学分析的手段，对流体运动进行分析研究；数值计算则是利用数学语言将流体运动的普遍规律表达出来，从而获得质量守恒、动量守恒以及能量守恒的计算方程，这些方程组合在一起成为流体力学基本方程组。《工程流体力学》课程设置的根本目的是为了让学生熟练地掌握流体的机械运动规律，将其运用到实际生活当中，以此来解决各种与流体力学相关的问题，但是长久以来我们在课堂教学中所强调的是知识点的灌输，学生进行机械化的记忆，缺乏创新，因此需要对传统的教学理念进行彻底改变。
（一）帮助学生建立流体力学的思维方式
《工程流体力学》的教学大纲要求学生能够了解及应用流体力学的基本运动规律，掌握流体力学的理论研究方法。在传统教学理念中，课堂教学过分注重基本概念、基本理论和计算方法的学习，学生在应试教育的环境中对书本上的知识进行机械化的记忆，很大一部分学生对于知识点的记忆仅仅是为了完成考核任务，因此无法形成系统的知识体系，也无助于培养学生的科学的思维方式，使其在日后工作和学习当中遇到关于流体力学相关的问题时，无从下手。鉴于此，在现代教育理念下需要教师引导学生建立系统的流体力学知识体系，并学会运用科学的思维方式对流体力学相关的问题进行分析研究。
（二）提高学生综合分析应用能力
《工程流体力学》课堂教学不仅要求学生建立科学的思维方式，还需要具备对流体力学知识的综合分析和应用能力。在传统教学理念的影响下，学生被动地接受知识，严重缺乏学习的积极性和热情，对知识和计算公式的机械化记忆，无助于培养学生的发散思维。因此需要在《工程流体力学》课堂教学过程中引导学生对知识进行自主总结，通过对知识点的归纳总结，形成鲜明形象的记忆；与此同时在课后练习中需要增加综合性，促进学生对流体力学知识的综合应用。
（三）培养学生的实践操作能力
实验是《工程流体力学》教学活动的重要组成部分，通过实验设计来检验一个理论或证实一种假设而进行的一系列操作或活动，从而更加清晰地理解和认识流体力学规律。通常实验要预设“实验目的”、“实验环境”，进行“实验操作”，最终以“实验报告”的新闻形式发表“实验结果”。在传统教学模式下，学生只能在有限的范围内进行实验操作，根本无法锻炼学生的实践操作能力，因此需要学生自主独立的进行试验操作，让学生自行设计实验内容，确定实验方案，在实践中不断提高自己的操作和知识的运用能力。
（四）充分体现学生的主体地位
传统教学与现代教学理念严重背离之处在于课堂教学活动中，教师往往处于主导地位，而作为教学活动关键核心的学生群体则成为了知识的被动接受者，单方面机械地完成课堂教学任务，无法真正达到教学的目的。这就要求，在课堂教学过程中，教师必须时刻关注教学同步，充分调动学生的参与热情，通过讨论、提问等方式，让学生真正参与到学习活动当中，学会发现问题，解决问题的方法。
二、启发式教学的具体应用
（一）启发式教学的实质
启发式教学源远流长，历久弥新，“启发”一词最早源于古代教育家孔丘的“不愤不启，不悱不发”。朱熹解释说“：愤者，心求通而未得之意；悱者，口欲言而未能之貌。启，谓开其意；发，谓达其辞。”愤与悱是内在心理状态在外部容色言辞上的表现。就是说在教学前务必先让学生认真思考，已经思考相当长时间但还想不通，然后可以去启发他；虽经思考并已有所领会，但未能以适当的言辞表达出来，此时可以去开导他。在现代教育理念当中，启发式教学主要是指教学活动中教师依据课程学习的客观规律，引导学生积极主动自觉地掌握知识的教学方法。启发式教学可以很好地诠释教育学之间的关系，通过设置问题情境，充分调动学生参与的积极性和主动性，启发学生独立思考，发展学生的逻辑思维能力，并且通过教师的适当引导培养学生的动手操作能力和独立解决问题的能力。
（二）设置问题情境
启发式教学的关键在于设置问题情境，同时也是激发学生创新思维的一种有效方式。这就要求教师在《工程流体力学》课程教学中有目的、有意识地创设各种情境，鼓励学生主动发现问题，让学生独立地进行探索分析。在《工程流体力学》课程教学过程中，学生遇到任何疑问都应该及时提出，向同学和老师进行探讨。大量的教学实践表明，提问可以充分调动学生的注意力和学习的积极性，通过提问锻炼学生的探索欲和逻辑思维能力。学生在启发式教学模式下还应该增加主动性，寻找自己的兴趣点，去钻研。这样学生才会有问题意识，可以提出问题，而不是在别人背后去解答问题。另外，设置问题情境要与实际生活相融合。可以通过创设生活或工作式的教学情境，让学生真正感受到《工程流体力学》课程教学的多样性以及前瞻性，通过不断探索激发出学生潜在的学习兴趣以及好奇心。
（三）充分调动学生的主动性
在启发式教学过程中，需要充分调动学生的主动性和积极性，让学生真正意义上成为学习活动的主导者。《工程流体力学》课程需要打破传统应试教育的束缚，让学生的积极性和主动性得到充分释放。教师组织学生进行讨论时，要注意学生的反映，激发起学生发的求知欲望，引导学生通过收集资料了解流体运动的基本规律以及这些规律在工程实际中的应用，帮助他们对问题的独立思考。例如教师可以列举一些流体力学在生活和生产中广泛应用的实例，使学生了解流体处于平衡及运动状态下的力学规律，加强理论概念与现实生活的相互联系。总之，只有主动参与其中，学生才能对问题有一个深入的了解，并且能够切身地投入自身全部的精力想方设法去解决当前所面临的问题，而教师则完全不用花费大量的精力进行讲解，只需要进行适当的指引工作，使学生的自学能力能够充分发挥。实验是检验学生动手操作以及对知识运用的最佳方式，借助实验也可以充分调动学生学习的积极性和主动性。在问题情境环节中，学生大胆假设和创新提问以后，就需要通过实验对问题进行模拟分析，并得到结论。在安全的保障下，进入实验室，在教师的引导下，自己动手去做，积极探索。这样会对学习更有帮助，而这一过程会提高学生的研究热情，也可以提高学生团队的协作能力。此外，在《工程流体力学》课程教学过程中，学生还可以自由组合进行某一问题的研究，当假设足够成立的情况下，通过查询相关的文献资料，并进入实验室去寻找答案。这样一来，学生在今后的学习或者工作中，如果遇到问题，就可以真正独立地进行思考和研究。
（四）建立轻松愉悦的学习氛围
建立轻松愉悦的学习氛围是启发式教学实现的前提。而长久以的来灌输式教学，让教师成为课堂教学的主体，其高高在上的形象，让不少学生产生畏惧感，这也使得学习氛围过于凝重、刻板甚至拘束。因此在教学方式上需要打破传统教学模式的束缚，改掉以往死气乏味的课堂教学，教师应该是教学活动的组织者和设计者，通过营造出民主、和谐、愉悦的课堂气氛等方式更好地帮助学生调动他们的主观能动性和积极性，鼓励学生亲自动手，并且给学生提供更多的进行流体力学讨论研究的空间和机会，让学生在独立思考、互相讨论以及动手操作中完成问题的发现与解决过程。此外，教师还需要引导学生相互尊重、相互理解，课堂气氛做到张弛有度。让学生在合作交流中真正理解和掌握《工程流体力学》的理论知识和基本技能，使他们真正成为学习的主人。
三、结语
第8篇：流体力学现象范文
关键词：地方高校；流体力学；理论；实践
0引言
以航空为特色的滨州学院的航空专业学生，流体力学是后期学习气体动力学、航空发动机构造、航空发动机原理等等课程的基础课程，航空发动机分为活塞式和喷气式，目前大型飞机多采用喷气式发动机产生飞机向前运动的推力，其原理是从外部大气中吸入大量的气体经压气机压缩后部分气体流入燃烧室和燃油充分混合燃烧后形成高温高压的热气流入涡轮，最后所有吸进发动机的气体由尾喷管喷出，吸入前和排除的气体发生了变化变为高压高温高速气体，根据力的反作用，由尾喷口喷出的气体可在发动机上产生强劲的推力，先进的喷气式发动机在设计阶段会根据相应的流体力学原理设计不同管径的流道，设计压气机和涡轮的叶片，因此理顺流体力学的知识点及学习思路至关重要。流体力学的研究方法可分为理论方法、实验方法、数值方法[1-2]。因此在教学时，可将3种研究方法贯穿流体力学的教学过程中。课程学习目标有如下4项：①了解流体力学与其他力学的本质的区别；②掌握最基本的流体力学理论知识点，如静力学、动力学、运动学等；③具有应用流体力学的知识，分析、处理基本流体力学问题的能力；④利用数值方法和实验方法，培养学生分析数据、整理数据、撰写实验报告的能力。
1理论方法
理论知识的学习是学生学习时的基础环节，而流体力学理论知识的学习过程中，多注重公式的推导。本文以流体力学的三大方程之一的连续性方程为例，讲解该公式学习的具体的过程，连续性方程式是质量守恒在流体力学中的表达式。首先学习连续性微分方程。需要建立流体的模型，在空间坐标系下选取一个微小的直角六面体A，并假设六面体内流体的密度ρ有梯度，六面体内流体的流动沿着x、y、z轴向，速度为ux、uy、uz，如图1所示。dt时刻内微小的直角六面体A的质量流量该变量驻M可分解为在x、y、z方向上质量流量的改变量驻Mx、驻My、驻Mz。以x方向为例，dt时间内，流进六面体A的流体质量流量Mx为ρuxdxdydt，流出六面体A的流体质量流量Mx′为。因此，dt时刻内在x方向上的流出的质量流量驻Mx可表示为：根据上述推导，可知dt时刻内在y、z方向上流出的质量流量驻My、驻Mz的大小表示为：因此，dt时刻内流出微小的直角六面体A的质量流量驻M：结合质量守恒定律，可推出dt时刻内直角六面体A的质量流量的变化量的变化关系。质量流量与密度、体积、速度的变量有关，又因为体积及速度没有变化，因此只和密度有关。控制体内密度的减小而减少的质量流量：然后学习恒定总流的连续性微分方程对总流的积分。从恒定总流A任意截取出来的细微的一段管道称为控制体[3-4]。其控制面如图2所示。过流断面截面积为A1、A2，平均流速为u1、u2。在单位时间内，经控制面流进流出控制体积内的液体质量流量应相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面处的速度与面积成反比关系，截面积越大速度越小，反之亦然。
2实验操作
理论知识的学习，离不开强力的逻辑思维能力，但是地方高校学生普遍缺乏此能力。而结合现有的设备，适当的跟进实验，便于学生理解理论知识，及时互动。因此设计了基于截面积改变，流体流速变化情况的基础实验。本实验室采用了气体动力学试验台模拟风速，斜压计测量截面处的动压强，斜压计顾名思义就是液压管倾斜放置的测压仪器，与桌面存在夹角，因压强变化量相对较小，倾斜放置可比竖直放置的管路读取的压强数值更为精确。如图3所示。根据斜压计的读值，由下列公式计算流速。试验前先做好准备工作，如连接好皮托管与斜压计的橡胶管，皮托管可感受来流总压和静压，从而得到动压差，皮托管如图4所示。把斜压计根据基座上的校正气泡调成水平放置，在斜压计内适当的放入部分无水乙醇，纯度为99.7%，它的密度为0.790*103kg/m3。液面和斜压计0点重合。静止时斜压计读数为0mm。实验过程中，可通过调整出风口截面积的大小，观测斜压计内读值（流速）与试验段截面积的关系，截面形状示意图如图5所示，实验数据如表1所示。结合试验结果，分析可知，在模拟风速不变的情况下，流速与截面积的大小成反比，截面积越大流速越小。而在日常生活中，我们能看到很多的现象和此原理有关，如河道突然变窄的区域水流速度很大，山谷里的风比平地上的风大。
第9篇：流体力学现象范文
【关键词】精品课程建设 工程流体力学 教学改革
为了进一步深化教学改革，加强课程建设，浙江工商大学建立了校级预选精品课程及责任教师制，为校级精品课程、省级精品课程以及国家级精品课程奠定良好的基础。而环境科学与工程学院的《工程流体力学》于2006年即被选为校级预选精品课程，目前正以校精品课程的标准进行建设。
一、课程建设的指导思想
精品课程建设是本科教学的一项重要的基础性工作，代表着学校的办学特色和学科专业优势，是学校重点专业建设、培养高层次专门人才、开展科学研究、解决经济建设和社会发展过程中重大问题的重要基础。各学院必须充分认识到校级精品课程建设的重要性和迫切性，切实采取措施。加大课程体系优化和课程整合的力度，加快教学内容、方法和手段的改革，抓紧课程教学队伍建设，造就一支结构合理、教学水平高、教学效果好的课程教学队伍，努力使这些课程进入相关专业领域的全省乃至全国先进行列。
二、精品课程建设的主要任务
1.围绕经济建设和社会发展中的问题，根据社会经济发展及产业结构调整的需要和学校课程发展规划，坚持优化学科专业结构，提高专业人才的培养质量。
2.利用学科专业具备的科研、教学等基础条件，以专业人才培养模式改革为切入点，以专业课程建设为核心，以加强课程教学基本条件建设为保障，提高学校课程的整体教学质量。
三、精品课程建设的实施方法
1.强化教师的学科意识和团队精神
在工程流体力学的教学改革中，采用多名教师协作教学，形成教学梯队，加强团队协作。形成新的教学模式。针对课程的结构，学院成立了课程教学课题组，聘用不同专业背景的教师担任这门课程的讲授任务，从而形成有专业特色的课程教学团队。在团队建设中。形成了老中青三个层次的教学骨干，共有教师7人，其中3位教师主讲，2位小班讨论，2位辅导，具有博士学位教师5人，占教师总数的71％；副高职以上3人，占教师总数的43％；40岁以下教师6人，占到教师总数的85.7％；形成了较为合理的学历结构、年龄结构和学缘结构。课程负责人孙培德教授长期从事工程流体力学教学，具备良好的师德和较高的学术造诣，人才培养成绩显著，教学经验丰富，教学效果良好，同时言传身教培养年轻教师开展工程流体力学课程的教学工作，使得课程教学队伍教学水平大幅度提高，教师之间团结协作精神好。团队成员承担各种教学研究课题并发表多篇教改论文，解决学生的创新能力与工程能力培养问题。对环境工程专业与工程流体力学课程的教学改革起到积极引导和促进作用。
授课教师分工协作，分别负责基础理论知识、能量水力计算以及工程实际应用三部分的内容，突出理论知识的系统性和完整性，同时又增加了部分讨论内容提高学生的学习兴趣，通过教学与科研结合，将任课教师的科研经历及最新学术成果溶入教学中，对教学过程起到深化作用。在教学过程中。根据每位教师的知识体系结构和专业背景的不同，配合不同的课程教学内容进行讲课，发挥团队合作精神，避免授课内容重复以及内容讲授不完全等问题，将课程内容完整化，统一化。
2.改革工程流体力学教学内容
我校是一所以商科为特色，经、管、理、工各学科共同发展的教学研究型大学，以应用型专门技术人才为培养目标，生源来自全国各地，就业面宽。《工程流体力学》作为环境工程专业的一门专业基础课，以研究流体(液体和气体)平衡和机械运动规律为核心，通过各教学环节的学习，使学生掌握流体运动的基本概念和计算方法，并能应用流体力学的基本理论，加上实验数据以及数值模拟或经验公式来解决工程中的实际问题；培养学生分析问题的能力和创新能力，为学习后续课程，从事工程技术工作和进行科学研究打下必要的基础。
从2001年环境工程00级学生首开“流体力学“课程，采用北京大学出版社出版的《流体力学教程》，随后，为了更适应工商管理类大学工科学生的授课需求。从2002年环境工程01级学生开始，课程名称改为“工程流体力学”，教材采用西南交通大学出版社出版的《水力学教程》，随后几年至今。课程教材从第一版更新为第三版，增加了边界层理论简介、有压管路中的水击现象等内容。具体的知识模块课时分配计划为：
第一章 绪论
4学时
第二章 流体静力学
6学时
第三章 流体动力学基础
6学时
第四章 水头损失
6学时
第五章 有压管道的恒定流动
8学时
水力计算可视化教学与讨论
2学时
3.完善教学条件和网络教学
(1)可视化教学
组织力量编制《工程流体力学》ppt课件、课堂全程实施多媒体课件教学，利用水力计算可视化教学软件以动画形式演示本课程部分内容。例如，第三章水动力学基础部分流线和迹线、元流和总流、恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、渐变流与急变流等概念非常抽象、易混淆，在教学过程中，我们通过可视化仿真软件，以动画形式将各种的流动形态形象展现在学生面前，原本抽象的概念变得清晰易懂，深受学生欢迎。
(2)扩充性资料
为激发学生的学习兴趣，促进学生自主学习，向学生推荐了一些与本课程相关的参考书目、国内外期刊等扩充性资料，以便学生获取与本课程相关的知识信息。包括一些参考书目：①清华大学水力学教研室编，水力学，北京：人民教育出版社，1980 ；②年，水力学，北京：中国建筑工业出版社。1998。修订版，2002；③陈文义，张伟主编，流体力学，天津：天津大学出版社，2004；④禹华谦主编，水力学学习指导，成都：西南交通大学出版社，1999。以及一些与环境工程专业相关的外文专业期刊：EnvironmentalScience & Technology, Water Research, International Journal for Numerical antiAnalytical Methods in Geomechanics,Intemational Journal of Environmental Pol-lution, Chemosphere,Journal of Hazardous Materials. Applied Catalysis B: Envi-ronmeatal, Chemical Engineering Science. Chemical Engineering Journal.省略/，观看该课程完整的教学文件和多媒体课件，进行预习和复习，并可通过在线答疑解决问题，较好地满足了课程所需。
4.提高课程教学方法及手段
本课程的重点和难点主要在于流体连续介质的理论模型、公式推导应用以及实际环境工程实践中的应用，如实际液体恒定流能量方程式的应用、管路沿程阻力系数变化规律的确定、管网计算等。因此，要解决学生难掌握理解的办法主要是在实际教学中，采用多种教学方式和手段，突出重点，化解难点，使学生全面理解与掌握流体力学的理论与方法。
(1)以课堂讲授为主，突出理论知识的系统性和完整性，同时根据本课程特色及在教学过程中发现的问题，本课程组老师正组织力量自编教材，将水力计算可视化教学及国内外最新的研究动态整合到新教材体系中，满足环境类专业流体力学课程的教学需要。
f2)对课程的核心概念体系进行提炼，理清概念间的逻辑关联，由简单到复杂，由具体到抽象。让学生建立起清晰的理论概念，并通过大量的例题来加深学生对基本原理的理解和计算公式的运用。并在课程网站上进行试题自测，考试题目从试题库中随机抽取，并与人为修正相结合，实现教考分离。
(3)开展实验教学。目前，我们通过购买流体力学仿真软件，首先在网上实现各种流体力学实验的模拟操作，包括伯努力方程实验、雷诺实验、流体流动阻力测定实验、毕托管测速实验、局部阻力实验、孔口与管嘴实验、离心泵性能曲线测定等等，使学生了解这些实验的基本流程、操作步骤、数据处理，为今后实际实验操作提供良好的基础。
(4)教学结合科研。将任课教师的科研经历及最新学术成果溶入教学中，对教学过程到了很好的深化作用。该教学方法与手段使学生在毕业设计时。能应用本课知识进行设计，培养了学生的创新精神和实践能力。
(5)开展“大班教学，小班讨论”教学模式。不定期举办课外讲座(如流体力学与日常生活、流体力学在环境工程中的应用等)，进行小班讨论，也可进行网络教学及对话，使教学手段等丰富，教学过程更深化。
四、精品课程建设的近期规划
1.建设新教材体系，编写与本课程配套的精品教学及实验教材，自主开发仿真教学软件，建设工程流体力学教学实验室。
2.进一步完善丰富网络教学。提供该课程国内外相关知识内容、专业资料，通过现有网站，促进国内外同类课程间交流，扩大我校《工程流体力学》课程的社会影响力。
3.力争成为校级精品课程。达到省级精品课程的水平，并完善成为环境工程专业领域的全省乃至全国精品课程。
