与流体力学相关的现象精选(九篇)
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第1篇：与流体力学相关的现象范文
李家春院士2003年当选为中国科学院院士，中国科学院力学研究所研究员，担任《力学与实践》主编。曾任科技部“九五”攀登项目“流体和空气动力学关键基础问题研究”首席科学家。李院士长期从事流体力学研究，在流动的非线性问题和力学中数学方法领域做出了理论成果。他提出了摄动级数多对复奇点的判别准则；最早用剪切解释风浪频谱下移机理，并且得到弱风时不稳定加强，强风时不稳定抑制的新结论；对自然环境中的波、流、涡、湍流进行了深入研究，解决了与流体力学有关的诸如陆面过程、海气相互作用、台风异常路径和土壤侵蚀等环境科学问题。
李家春院士的讲座用通俗的语言、生动的实例详细介绍了流体力学的相关情况。讲座内容共分为四个部分：流体现象就在身边，浅谈现代流体力学，流体力学发展历程，未来的机遇与挑战。李院士首先从我们身边存在的很多流体现象开始讲起，他说：“流体也许看不见、摸不着，然而它们就像空气和水，是一种重要的存在，对我们的生活和发展起着重要的作用。”他通过唐代诗人李白和张继的名诗“朝辞白帝城”和“枫桥夜泊”解释古人观察到的流动现象；讲述日本3.11海啸与福岛核泄漏、2011年极端气象灾害和美国航天飞机退役等事件当中的流体力学的原理，使听众了解从古至今身边的流体现象。李院士还向听众们解释了什么是流体介质、什么是流体力学，回顾了流体力学发展的四个阶段。
提及近代力学时，李院士告诉听众，“如果没有普朗特的边界层理论，到现在为止，我们不可能坐十个小时飞机到达纽约。”正是这个理论的提出，解决了阻力和飞机设计问题， 推动了人类文明的进步。在谈到现代流体力学发展的挑战时，李院士特别列举了大家都比较关心的航空航天、海洋工程、环境能源、生物医学和材料信息五个方面。当得知流体力学除了在航空、航天工程中发挥作用外，还在海洋工程、能源工程、环境工程和生物医学工程也有用武之地时，听众们都倍感欣喜。
第2篇：与流体力学相关的现象范文
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3篇：与流体力学相关的现象范文
关键词 应用型大学 流体力学 教学改 革CFD
应用型教育是以培养知识和能力全面发展，面向生产实践一线的应用型人才为目标的高等教育。流体力学作为我校理论与应用力学专业的一门重要的专业基础课，非常广泛地应用在实际工程中，如管道水力计算以及城市管网设计等。流体力学基本概念多、公式复杂、内容抽象，有较强理论性和较强工程实际意义。然而作者在多年的流体力学教学过程中发现学生普遍感觉该课程比较枯燥难学，学习积极性不高，期末考试及格率较低，应用性不。因此，在我校向“应用型特色科技大学”转型的大背景下，如何适应“应用型本科教育”的要求，是流体力学教学及实践中必须面对的问题。
1目前，我校流体力学课程教学存在的问题
（1）教材内容设计偏重理论推导。目前我校使用的流体力学教材主要强调课程的完整性和系统性，偏重于理论推导，选用的例题和练习题的设计过于理想化，与实际应用相脱离，应用性设计不够突出，偏重于介绍流体力学可以解决工程问题这一点，造成学生刚接触工程问题时就手足无措，这与应用型大学的培养要求不相适应。
（2）课堂教学效果不好。作者在流体力学课堂教学中发现，通过绪论课的大量工程实例以及视频教学能调动学生学习的积极性，开学初期，教学效果相对较好，而随着课程的进行、课程难度的加深，学生的学习积极性越来越低。主要原因有：①学生对流体力学涉及的高等数学、理论力学等课程的知识掌握不尽如意；②流体力学理论性较强，公式推导多，与实际应用相脱节。
（3）缺乏计算流体力学仿真软件实践教学。计算流体力学（CFD）技术作为一种数值模拟方法，在实际工程中的应用越来越广泛，借助CFD技术，可以得到流动细节，如速度、压力、能量损失、湍动量、漩涡等，从而在产品结构设计和优化方面发挥重要的作用。这就要求技术人员掌握流体力学分析、数值模拟及优化设计的能力。而现阶段我校的流体力学教学中并未引入CFD技术，仅安排了一次课来介绍计算流体力学的内容，且完全进行理论教学，学生学了一大堆理论公式，但拿到实际工程问题却无从下手。
2教学目标和内容设计
针对上述问题，作者在结合本校“应用型特色科技大学”的发展方向下对流体力学课程课堂教学方式及实践环节进行改革。从课程教学内容，教学方式方法，实践环节等方面进行设计，解决学生学习兴趣低，课堂教学效果较差，理论与应用相脱离的问题。同时，通过借助CFD丰富教学内容，增强实用性，使学生会用仿真软件求解工程问题。具体改革内容：
2.1突出应用性教学
以培养应用型人才为教学目标，结合流体力学的课程特点，将教学内容分为基础理论教学部分和考虑应用的专题教学部分。
基础理论教学内容包括流体力学基本概念、基本原理和基本方程，这是应用的基础，要求学生重点掌握。授课过程中强调对基本概念的理解和基本理论的应用，而弱化对方程的数学推导，但应明确方程的意义、适用条件以及如何应用方程解决实际问题。专题教学以实际工程问题为切入点，例如以均质液体对平壁和曲壁的总压力为例，从为什么对平壁和曲壁总压力进行计算（压力容器，水坝，潜艇等结构安全），引申出相关知识点（平壁和曲壁总压力的大小、作用点、压力体等）和基本理论（流体静力学基本方程、欧拉平衡方程等），以此加强学生解决实际工程问题的能力。
2.2课堂教学方法设计具有针对性
课堂教学方法也是影响教学效果的重要因素。传统教学方法以教师主讲为主，缺乏与学生的有效互动和交流，教学效果较差。本课程采用师生互动的方式进行教学，对理论教学部分采用教师主讲和提问、学生回答的方式；对专题教学的课后练习，集中安排一次课进行分组上讲台汇报，学生自己当评委，自己打分，锻炼学生主动思考和动手能力，增强对课程应用性的理解。同时，采用多媒体授课，图片和视频能形象直观地表现文字和语言不能描述的现象，如雷诺实验、卡门涡街等。在成绩的构成上除课后作业和专题汇报外，还布置一个课外小任务一观察生活中的流体力学，例如空调挂机安装位置问题，让学生发现生活中的流体力学现象，并结合课堂所学理论知识进行分析，增强学生发现问题、解决问题的能力。
2.3将CFD技术引入课堂教学
在理论教学和专题教学完成后将CFD技术应用于教学之中，做到数值仿真计算与理论推导相结合，增强流体力学的应用性。
（1）授课时对流体力学商用数值仿真软件Fluent的操作步骤做简要介绍，结合我校的数值仿真中心，完成代表性例题的数值分析计算，将数值仿真结果与理论解进行对比。
（2）将工程实际问题引入流体力学教学，提高学生面对具体问题的实际操作能力。每学期邀请两位具有丰富工程实际问题经验的校外人员来校给学生做一次报告，向学生介绍其建立工程问题的简化模型和简化过程，以及采用Fluent求解过程和结果，让学生学会面对工程问题时准确建立力学模型的能力，同时开阔学生的视野，提高学习积极性。
3主要特色
（1）突出实用性。在流体力学课程教育中调整教学内容，添加CFD技术的实践，同时邀请经验丰富的校外人员进课堂，为学生讲解企业中的实际问题，教会学生学以致用，学生通过课程教学掌握该工具之后能更好地跟进企业工作并提高就业质量。（2）主次明确。强调实用性的同时，也不完全放弃对公式推导能力的教学，采取理论联与工程实际相结合的方式，在提高学习主动性的同时，增强对基础理论的认知。
第4篇：与流体力学相关的现象范文
一、上好绪论课，提高学生的学习热情
绪论是流体力学的第一部分内容，是学生了解该课程的窗口，也是教师教学水平的第一次展示，学生对一门课程的兴趣和认识都是从绪论的讲解中得到的。多讲一些自然界与工程实际中的流体力学现象，而一般的流体力学教材忽视了这一点，或涉及很少。如：大气与海洋相互作用、相互影响形成庞大的流体系，如龙卷风、海啸等现象都属于流体力学的范畴；化工与石油工业上的应用，如石油的运输；流体机械上的应用，如水轮机、汽轮机等；航空和航天中飞行器的某些部件能提供升力如机翼；环境保护上的应用，如泥石流、沙尘暴、熔岩流；土木与建筑上的应用，讲解1 940年美国华盛顿州的塔科马峡谷吊桥被飓风破坏等都涉及流体力学问题，高楼群、冷却塔群等建筑容易发生风的震动涡旋，如与建筑物的结构发生共振，造成严重破坏；交通运输，如轮船、潜艇、高速列车的设计都涉及流体力学问题。流体力学的应用如此广泛，使学生了解到学习流体力学的重要性，学生自然就产生了浓厚的学习兴趣，为学好流体力学奠定了基础。
二、在讲解理论知识时，做到重点突出，避免降低学生的学习兴趣
数学和力学之间的紧密关系在流体力学这一力学分支中得以充分体现，无论是连续性方程还是能量方程的推导，没有扎实的数学功底，流体力学不可能得到很好的提高。只有掌握扎实的数学知识，在公式的推导过程中才不会感到枯燥；对于数学知识基础差的同学很容易在老师的推导过程中产生厌烦心理，而渐渐失去学习流体力学的兴趣，所以在学习流体力学时应备一本高等数学书。
有的教师过分强调知识的严密性和完整性，而忽略了学生的接受能力，把每个推导细节都逐一介绍，学生被弄得糊里糊涂、知难而退。有的教师直接给出公式，让学生直接照背。笔者每次在讲解理论公式之前，首先应强调本次公式推导的一般步骤和重点，用到了哪些数学知识，哪些推导步骤需要掌握的，哪些推导步骤是不太重要的，是只需要记住结论的。如果步骤不重要为什么还要讲呢，因为讲的是理论研究的方法――如何用数学等方法解决流体力学问题，目的是让学生掌握一种处理问题的方法，拓宽学生思路，通过这些方法的介绍掌握定理的产生和适用条件，加深对定理的理解和记忆以及应用。比如说在讲相对平衡的流体的压强分布规律时，我首先告诉学生这个推导应该会，因为这个推导步骤在解决一般平衡流体内部的压强分布规律和平衡流体对固体边壁的作用力问题时非常有用；而在讲动量方程时，强调记住结论并理解公式中各个物理量的含义。这样做到重点突出，学生就会有的放矢的选择性的集中注意力，避免了一个公式推导不理解而导致对整堂课的学习兴趣的丧失。
三、多讲一些实际生活中熟知的例子或重大事件，提高学生的学习兴趣
采用直观有趣的实例来激发学生的学习积极性，在初等教育和中等教育中用得较多，而在高等教育中则较为少见，一方面大学的课程专业性较强，对许多课程来讲，列举出与我们日常生活有关的具有一定深度的一些有趣实例来，并不是一件十分容易的事；另一方面，各门课程均存在着学习内容不断加大而授课时数不断减少的情况，很多教师不愿将宝贵的课堂时间用在列举实例上来。
流体力学虽理论上比较难，却与生活和生产实际密切相关，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，可大大提高学生的学习兴趣。比如讲流体的粘性时，比较水的粘性和糖浆的粘性，在讲有旋运动时先讲龙卷风的例子，通过分析现象，理解本质。可以讲一些重大事件，如在讲流体静力学的知识前讲解1 993年青海沟后水库垮坝事件，造成288入死亡和40人失踪，沟后水库突然垮坝失事是由于在设计上有缺陷和施工存在质量问题造成的。还有三峡工程建还是不建所引起的争论，流体力学专家的分析和参与讨论决定三峡工程还是要建。这样使学生感到学好流体力学的重要性和作为一个专业设计人员的应有的责任心。
四、采用多媒体技术与传统的授课方法相结合的手段
多媒体教学越来越得到广泛的应用，其最大优点是形象、生动、具体、直观、易于理解并可加强记忆。在流体力学课程中引入多媒体教学，为这门古老学科开创了新的教学环境，注入了新的活力。
第5篇：与流体力学相关的现象范文
【关键词】流体力学；教学研究；多媒体；启发式教学；教学实验
一、现状及问题
流体力学课程具有非常强的科学性和系统性，有极强的理论性与实践性，作为专业基础课，为后续专业课学习提供理论基础，这决定了这门课的教学目的既要使学生掌握基本理论知识， 又要使学生学会应用这些知识解决实际问题。
目前流体力学课程教学存在两个极端：一是偏重于数学推导，忽视理论的物理意义阐述和工程实例的引入，教学内容枯燥无味，理论与实际脱钩，学生只为学而学，没有学习欲望； 二是偏重强调课程为专业服务，过多泛泛地讲述案例，不深究理论基础，没有达到培养人才的教学目的。在教学课时一再压缩情况下，
如何将流体力学课程内涵贯穿于理论学习、实践训练、创新精神、实际动手能力的培养整个学习过程，本文提出几点看法。
二、教学研究
在教与学的关系上，最终目标是能真正调动学生、老师的积极性，保证教学的有效实施。
大学的流体力学课程进程快、信息量大，一环紧扣一环，有的知识点偏重基础理论，有的偏重生活常识，还有的偏重工程应用。如何将枯燥的理论内容和实验过程转变为生动描述，使学生便于记忆、掌握，作者认为基于教师对教学内容深刻理解和深厚语言技巧，对于不同类型的知识点可采用相应方法进行教学。
1.用形象的教学方法，加深基础理论的理解
流体力学是一门基础课程，是后续许多专业课程的基础，所以教学中要重视奠定扎实基础，重视学生对物理现象的认识、物理概念的建立及规律分析，借助先进的教学手段，对加深基本理论的理解和掌握意义重大。
多媒体教学因其形象、生动、具体、直观，越来越得到广泛的使用，在流体力学课程中引入多媒体教学，可以将很难用语言描述的物理现象，如涡量和紊流等搬上屏幕，帮助学生建立清晰的物理概念，缩短认识过程，激发学生学习欲望，为教学质量提高提供了保障。如湍流这个流体力学中100多年来公认的难题，授课老师可以利用高速摄像仪拍摄的各种流体流动图像和利用热线风速仪采集的湍流脉动信号，向学生展示湍流的基本概念和理论。
2.用启发式教学形式，加深与生活常识密切相关的知识点的理解
高等教育中采用直观有趣的事例参与教学过程，较为少见，因为对于像流体力学这样的基础理论课，要列举出与日常生活密切相关，且有一定深度的有趣事例，并不是一件容易的事。这就要求授课老师有深厚的理论基础和责任心，采用启发教学形式，依据学习过程的客观规律，引导学生主动、积极、自觉地掌握知识，通过具体事例，使学生能充分意识到本课程对今后工作和学习的重要意义，激发其学习欲望。如讲述某一理论时，可由日常生活中的有趣事例或历史上的重大事件慢慢引入到理论机理。
另一方面，为了提高大学生的实践能力和创新能力，授课老师可根据课程进度，开展各种级别的趣味课题。这些课题分为两种类型：一种是修完流体力学课程的学生根据兴趣，通过查阅相关资料后自拟研究课题，写读书笔记，采用头脑风暴式课堂讨论，并不断解答分析问题，最终形成研究结论；另一类课题是授课老师自拟题目，供学生选择，其讨论过程与上面相同。学生通过参加这些趣味课题，巩固了书本知识，实践能力和创新能力得到了较大提高。
3.加强教学过程中的实验环节
实验是理论的摇篮，作为工科学校的大学生，其实验能力的培养为其成为创新人才起着举足轻重的作用。
在实验过程中实现基本理论与工程应用有机结合，丰富了教学内容， 提高了学生学习积极性，增强了学生的感性认识，大大提高学生对本门课程的兴趣。实验课要注重培养学生的动手能力，培养学生独立操作能力。
另一方面，改革实验课考核的方法，考核过程中增加师生间互动，由原来只看实验结果，变成由授课老师和实验教师共同对学生的操作能力、理解能力、创新能力进行全面考核。
流体力学作为一门给排水专业、环境专业、水利水电工程专业、港口及航道工程专业的一门重要的技术基础课，其日常教学工作任重道远，为适应流体力学的学科发展需要，提高教学效果，教师只要多花时间，多动脑筋，因材施教，教学与实验、管理各部门紧密配合，一定能取得好的教育效果，教育的最终目的才能实现。
第6篇：与流体力学相关的现象范文
[关键词]流体力学 教学方法 生活常识
一、前言
《工程流体力学》是机械类各专业的一门重要技术基础课，该课程主要讲述流体力学的基本原理及其在工程中的应用。它是为学生后面专业课的学习的基础，对学生的要求较高，但由于该课程对学生的高等数学、大学物理、工程力学以及综合分析和处理问题的能力的要求较高，因此学生普遍反映是一门难学的课程。为了让学生较好地学习这门课程，任课应该做到以下几点。
二、方法
1.上好绪论课
绪论课不仅仅是指《工程流体力学》课程教学的开始，同时也应该是每一章的前言介绍。
在绪论课的教学上，教师应该把握以下三点：(1)树立学生学习该课程的信心。由于上新课的学生可能从各种渠道了解的流体力学是一门难学的课程，从而对该课程产生畏惧感，学生就会带着一种逃避心理去学习，仅仅接受课堂上的知识，而自己不去钻研思考，这样是学不好该课程的。教师要让学生感觉到，这门课程并不难学，其实我们在中学的时候已经接触到了其中的很多内容，只是现在表述发生了变化或者增添了新的内容，使该学科体系更加完善、合理；(2)教师需要激发学生的学习兴趣。兴趣是学习的最大动力，教师应该让学生直观形象地了解工程流体力学的广泛应用性以及内容的趣味性，将一些学生感兴趣的与日常生活或生产实际有关的例子介绍给学生；(3)突出课程的重要意义和实践价值。教师应在绪论课中做到精心组织策划，让学生了解该学科体系的研究对象和研究方法，让学生知道为什么要学习该课程，在今后的学习中应该用什么样的方法去学习。
在大多数的教材中，在每一章之前，都会有一段比较简短的文字介绍，告诉学生本章的知识点以及相应的学习方法，这是比较重要的一个部分，能够使学生站在一定的高度把握整章的内容，知道各知识体系之间的相互结构，但是学生在阅读的时候往往会忽略的，以至于学完课程之后，只能对简单的问题进行分析处理，遇到复杂的问题就不知道从哪个地方着手，因此需要教师在讲课时加以强调。
2.及时对所学内容进行总结
工程流体力学是以流体作为研究对象的，所涉及的概念比较多，容易让学生产生混淆。如果及时的对所学内容进行总结，就会加深学生对概念的理解和记忆。例如，流体力学中有几个比较重要概念，理想流体、定常流动、不可压缩、平面流动、无旋运动等等，在任何一本教材中，这些概念都不是同时出现的，学生可能会对某些概念产生遗忘，或者是知道概念，但不知道具体该如何去应用，因此在相关概念介绍完之后，可以建立如下的表1，使个概念的物理含义，数学表达式一目了然。由于目前流体力学教材大多按照由浅入深的原则编写，即先讲静力学后讲动力学；先讲一元流动后讲平面流动；先讲理想流体后讲粘性流体。各章的内容分得比较细，每一章都有许多公式和理论，各公式的得出也分别采取了不同的方法，给人以流体力学的理论模型和公式非常之多难于掌握的感觉。实际上，这些理论和公式大多是交叉重复的，因此对于教材中出现的流体静止的微分方程、理想流体的运动方程以及N-S方程也可以放在一起加以总结。
另外，在有些时候，学生学完了一章的内容，却不清楚这一章到底在研究一个什么问题，这就更需要教师在上课时进行总结。以文献[1]的第四章为例，在前面的及格小节中介绍了流体运动状态、紊流的分布状况等等，学生学完之后往往会产生疑惑：为什么要研究这些东西?其中哪些是重点?作为教师应该及时告诉学生，这一章研究的是如何计算粘性流体的流动损失，其中关键的是沿程阻力系数的计算，而沿程阻力系数与流体流动的状态有关，层流可以有定解，而紊流中影响沿程阻力系数的因素过多，大多数用半理论半试验的方法求解，前面的内容是为后面做铺垫的，主要讲述了研究流体的一种思路，这样学生才能够站在一定的高度去学习和思考。
表1 物理概念和表达式的对应关系表
3.将流体力学知识与中学知识和生活联系起来
学生在学习的时候，往往会把自己新学到的知识和原有知识进行联系，同时做出比较。教师应该掌握学生的学习心理，积极引导学生进行学习。例如在讲解伯努力方程时，为了加深学生对公式的记忆和理解，可以将方程两边同乘以mg，所得到的结果类似于中学所学到的机械能守衡，首先使学生了解到伯努力方程的实质是能量守衡；但是与机械能守衡相比多出来pm/ρ=pV一项，可以解释成因为流体的流动性，整个流体不是一个整体，流体之间还存在压力能的作用，让学生进一步理解的流体的流动性所产生的影响；最后可以使学生清楚地理解每一项的含义：位置水头、速度水头以及压力水头。同样的，在学习静止液体的压强分布是可以和中学的压强计算公式联系起来，学习动量方程的时候可以和中学的冲量定律联系起来等等。
流体力学的理论性较强，公式较多，学生的理解比较困难，也缺乏相应的学习兴趣，需要教师在讲课过程中不断和生活相联系。需要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，可大大提高学生的学习兴趣。例如，在讲流体的粘性时，可以让学生比较水的粘性和糖浆的粘性；在讲解流体流动的两种状态的时候，可以让学生回想轻轻打开水龙头时的现象：开始水流是一非常细的层流细流，随着水流下降，在重力加速度作用下，速度逐渐加快，水滴开始飘动，水流由层流转化为紊流；在在讲解因边界层分离而产生的压差阻力，可以谈谈现实中的克服压差阻力的方法，一是将物体表面做成流线型(如汽车)，二是增大物体表面的粗糙度，增大紊流度(如垒球)，从而推迟边界层的分离。
4.注重对学生学习方法的培养
“授人以鱼，不如授人以渔”。《工程流体力学》不同于其它力学，所用的研究方法――欧拉法――是学生首次遇到的，让学生掌握方法显得尤为重要。另外，由于课堂教学时间的限制，教师不可能把每一个问题都讲透彻，就需要学生自己课后去领悟。例如，在讲解水击的形成、音速以及激波的时候，为了满足定常的条件，都用到了相同的坐标建立方法和分析方法，教师在课程上只需要讲清楚一个问题，剩下的只需要强调几个物理现象之间的区别以及由此产生不同的结论就可以了，这样既提高了了学生学习学习方法的能力，又节约了课堂教学时间。同样的还有流体运动方程的推导、相似准则数表达式的推导等等。
三、结束语
综上所述，上好绪论课、及时对所学内容进行总结、将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是教师在讲授《工程流体力学》课程中需要注意的几个方面，这四个方面在实际讲课中并没有明显的界线，是相互联系的：上好绪论课是课程前的准备，及时对所学内容进行总结是课程后的复习，而将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是方法和手段。如何提高《工程流体力学》课程的教学水平是一个十分广泛而复杂的课题，以上只是笔者在教学改革中的一些体会和认识，其中许多问题尚需进一步探索和研究。
参考文献：
[1]莫乃榕. 工程流体力学[M].华中科技大学出版社，2000.
[2]高殿荣，吴晓明.工程流体力学[M].机械工业出版社，1999.
[3]W.F.休斯， J.A.布赖顿.流体动力学[M].科学出版社，2002.
[4]李文科.流体力学与流体机械课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版).
第7篇：与流体力学相关的现象范文
关键词：工程流体力学；环境工程；教学方法；教学效果
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）43-0095-03
环境工程专业中关于污染物的迁移和扩散问题、流体在管路中的输运问题均离不开流体力学的基本知识，因此，《工程流体力学》是该专业的专业基础课程，其教学效果的好坏也直接影响了后续专业课程的学习。笔者对近十年的教学进行思考和总结，并就如何提高环境工程专业《工程流体力学》的教学效果做一些探讨。
一、认真备课，形成自己的教学风格
流体力学课程的特点是系统性强、公式多，并对物理和高等数学的基础要求高，这就要求教师对这门课的内容要熟练掌握，所以笔者在课下花了很多时间把讲课的内容熟记于心，找到课程讲解中的关键点，经过自己消化和提炼，建立起自己的教学体系和风格。通常，课堂内容被分成四个部分：（1）复习上堂课的知识点；（2）提出新的工程和应用问题；（3）在黑板上给出新问题所涉及的公式的推导过程；（4）应用和总结。工程和应用问题的引入可结合专业背景，多讲实际的案例。如学生宿舍或教学楼的给水压力应该如何计算，以此引出水头损失的概念；高尔夫球表面的蜂窝状设计会使其运动的阻力如何变化，由此引出曲面边界层分离的概念。还可以在教学中适当介绍流体力学在实际生活中的应用，学生会被这些问题吸引，觉得流体力学不仅仅是速度和压力的偏导公式，而是鲜活、有用而又有趣的，因而重视并逐渐喜欢这门课程的学习。在公式讲解时要注重融会贯通，比如在讲Navier-Stokes方程时，笔者会引导学生三步走：第一步，这个方程并不深奥难懂，就是牛顿力学中的F=ma；第二步，F在流体问题上的具体体现有哪些力？无非是质量力和表面力，而表面力又分压应力和切应力，而加速度则是一个多元函数的求导问题，包括时变和位变加速度，这样方程的形式就有了；第三步，如果流体处于静止或相对静止，方程变成欧拉平衡微分方程，如果流体无黏性，方程又变成欧拉运动微分方程。通过这样一个由低到高再到低，由简到繁再化简的过程，学生就能深入理解前后学习的公式，消除学生的畏惧感。在课堂教学中，要不断地对学生提问，引导学生积极思考。只要提问恰到好处，切中要害，发人深思，学生的思维就会活跃起来。在讲解均匀流动断面的压强分布问题时，笔者会问学生，这是巧合吗？为什么会有这样的巧合？然后引导学生从过流断面的受力入手分析压强分布，学生豁然开朗。笔者也会引导学生发表自己的看法，这也无形中培养了学生的自信心，学生听课的积极性更高，而这也有助于激发教师的教学热情。
二、选择合适的教学手段
随着现代化多媒体教学手段的出现，现在课堂大多以教学课件为中心展开教学，由于节约了大量板书时间，课件中又可插入图形、图像、动画和录像等多种媒介，从而使得多媒体教学具有信息量大、教学内容形象直观等优点，这些都有助于引发学生对课程的学习兴趣。然而，笔者在教学过程中也发现，如果对流体力学中公式推导和习题讲解也采用多媒体方式，其教学效果却不如板书理想。因此，对于流体力学课程的主体教学内容应以传统的教学手段为基础，而在复习上堂课的知识点、提出新的工程和应用问题以及公式的应用和总结上，多媒体的教学手段更为合适。在绪论课上有关流体力学在专业中的应用、流体力学学科发展历史，以及后续课程中压力体画法、雷诺试验、曲面边界层分离等内容则可充分发挥多媒体的优势，通过动画、图片以及录像等内容向学生进行介绍。总之，在流体力学的教学过程中，教师应以提高教学效果为目的，对各种教学手段扬长避短，综合利用，根据教学内容的特点灵活选择合适的教学方式。
三、及时与学生沟通，调整教学内容与进度
学生反馈是评价教学效果的重要一环，因此笔者经常利用课后时间与学生进行沟通，及时了解学生的学习情况，并根据学生的反馈信息，实时动态调整教学内容和教学进度。笔者在平时与学生的沟通中发现，学生认为流体力学难学，其难点主要是相关的高等数学、大学物理和理论力学的知识点较多，并且已有所遗忘造成。因此，如果在上课中直接引入，学生必然会有陌生感，也就影响了相关的流体力学知识点的学习效果。针对上述情况，笔者在静力学的流体平衡微分方程推导前，先给学生复习泰勒级数的相关内容，在液体作用在平面上的总压力的教学前，先复习静面矩、惯性矩等相关内容，在流体运动学内容的教学前，先给学生复习梯度、旋度和散度的概念。通过上述措施，教学效果有明显改善。在学习不可压流体动力学基础时，由于相关概念较抽象，涉及较多高等数学的知识点，因此学生感到吃力，上课的互动效果也变差，这时，教师应适当放慢教学进度，同时也可根据学生掌握的实际情况，适当降低教学要求和难度，将教学重点放在对概念的理解上。毕竟，在目前各专业及其基础课程学时数减少的背景下，适当地对某些知识点的教学要求进行调整是有必要的。
四、注重作业批改，上好习题课
作业是流体力学教学中的重要环节，学生通过独立完成作业，可深化对课堂所学知识的理解，提高对实际工程问题的分析能力和解决能力，并进一步检验课堂教学的实际效果。学生的作业布置应该做到“少而精”，并力求习题具有典型性，能涵盖主要的教学内容，教师应紧扣基本概念和基本方法精选题目，同一类型的题目一般控制在2道以内[1]。在作业的批改过程中，教师不应只是给出对或错的评判，而是应该根据学生的解题过程，给出求解出错的关键点，并在作业本上明确标示出，笔者还会在学生的作业本上写上批语，对于完成情况较好的学生，针对其解题思路和书写情况等给出肯定的评价，而对于完成情况较差的学生，也会指出其应注意的地方，并提出改正的要求，最后再根据学生的完成情况给出成绩等级。通过上述方法，使学生自觉意识到作业的重要性，同时也感受到教师对其学习行为的尊重，上述措施也能促使学生认真完成作业，减少抄袭现象。为了能深刻理解流体力学的理论知识并能加以灵活运用，需要求解各类典型题目来获得经验并不断消化各知识点并达到触类旁通的效果[2]，习题课正是实现上述目的的有效手段。习题讲解不能只给解答过程，而是要站在学生的角度，以学生为主体和他们一起讨论问题、研究问题、解决问题，体现互动式教学；对于某些问题的求解，也力求能从不同的方法入手，开阔学生思路，例如对于平面和曲面在液体中的受压大小问题，教材分别给出了这两个问题的求解公式，教师可引导学生：既然平面是曲面的一种特殊情况，那么能不能用曲面的压力体概念去求解平面在铅垂方向的受力大小呢？结果证明是可以的。习题的讲解还应反映学生对课程的掌握情况，因此不仅要讲正确的分析过程，还要讲作业中出现的错误的分析过程，并通过对比分析，找到出错的原因，进一步厘清和深化概念。教学工作是一项繁重而又细致的任务，需要教师有扎实的专业基础，“学而不厌，诲人不倦”，因此教师也要在教学过程中不断地学习，从掌握学科知识的深度和广度上不断要求自己，在教学内容、教学方法和教学手段等方面做有心人，只有这样，才能不断改善教学效果，为环境工程专业的人才培养打下坚实的基础。
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），2010，26（4）：156-157.
第8篇：与流体力学相关的现象范文
[关键词] 流体力学课程；创新性实验；科研训练；实践教学
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X（2013）01?0072?02
流体力学作为理工科院校的专业基础课，国内的高等院校都十分重视。大部分院校在开出能量方程实验、雷诺实验等基础型实验以外，还开设了研究创新性实验。如浙江大学国家力学实验教学示范中心开设有西湖流场电拟实验、冲排沙旋流器实验设计与试验、流量检测与控制实验、新型渗流实验等，新开发综合型、研究型和设计型教学实验20多项。[1]哈工大依托力学学科的国防与航天特色，利用科研成果研制开发具有较高水准、融合多门基础力学课程的综合性、研究性实验，形成了高起点、实践性与设计性强、突出综合能力与创新能力培养的实验教学体系，为培养学生的综合素质与创新能力提供了良好的平台，建设了具有哈工大特色的力学创新实验教学体系，研制开发研究性实验项目3个[2]。同济大学力学实验中心有13 个全天开放的设计性、创新性开放性实验项目，如：塔桅结构动、静测试创新实验，结构内部缺陷检测开放实验等[3]。河海大学力学实验教学中心在学校支持下，从硬条件和软资源两方面为大学生创新活动提供服务平台。其专门设有大学生力学创新制作室，为大学生课外制作活动提供工作用房，添置必要加工机械设备，如车床、铣床和钳工台等，为学生的模型制作提供条件[4]。
南京理工大学（简称南理工）流体力学实验室结合本校的专业特点和现有资源，在开展研究创新性实践教学方面也做了大量的工作。
一、基本情况
流体力学是南理工工科专业的基础课，开设该课程的专业有工程力学、安全工程、特种能源工程与烟火技术、热能与动力工程、建筑环境与设备工程、武器系统与发射工程、新能源技术、机械工程及自动化、交通工程、车辆工程等。课程大纲要求学生从实验中观察流体力学现象，验证能量方程等，并掌握一些基本的流体力学测试技能，并对武器系统与发射工程等专业的学生提出了开展研究创新性实验的要求。实验室利用现有资源面向全校开出了大部分流体力学基础性实验，如流体静力学实验、伯努利方程实验、动量定律实验、毕托管测速实验、雷诺实验、文丘里流量计实验、沿程水头损失实验、局部阻力系数实验、孔口与管嘴出流实验、流动演示实验、流谱流线显示、水击综合实验、静压传递自动扬水实验、虹吸原理实验、空化机理实验、紊动机理实验和风洞测力实验。这些实验增强了学生对流体力学知识的理解和培养了学生的实践能力，激发学生学习流体力学的兴趣，培养学生的动手能力。同时开出了部分综合性、设计性实验项目，如低速翼型绕流流动特性实验、风洞模型设计实验等。同时，还积极开展本科生科研训练与课外科技活动，开出一定比例的创新性实验项目。如某飞行器外流场的并行数值仿真、某型有翼弹箭气动特性计算、PXI总线在风洞测控系统中的应用研究、空压机电气控制设计等科研训练项目。另外，实验室还承担了部分本科生和研究生的毕业设计实验教学任务。
二、主要项目
南理工流体力学实验室是江苏省力学实验教学示范中心的重要实验室，师资力量雄厚，流体力学设备先进、齐全。设备主要有低速风洞、自由射流超跨音速风洞、亚跨超音速风洞、集群计算机和完整配套的流体力学试验教学设备等。作为江苏省首批力学实验教学示范中心重点建设单位，经过学校本科一期、二期、三期建设后，实验室在开出大量基础型实验、提高性实验的基础上，开出了部分前沿性创新性实验项目。如某弹箭气动布局与设计、翼型绕流流动特性实验、高速风洞流场观测与参数测试、高速风洞压力分布实验、某型弹箭气动力测试实验等。这些实验项目充分利用现有资源优势，并与科研工作紧密结合，对培养学生的创新意识有十分积极的意义。这些实验要求有一定的空气动力学知识，武器类专业的学生对这些实验兴趣浓厚。尽管由于加工经费较多，风洞运行成本较高，实验开展受到一定影响，且由于风洞是大型科研贵重仪器设备，只有专职教师才能进行风洞运行操作，学生的动手能力培养方面受到一定制约，但是，在模型设计、气动布局设计等方面，学生的设计能力和创新意识等能够得到提高。所以，实验室克服困难，充分利用风洞资源优势，坚持积极开展流体力学研究创新性实践教学活动。学校在流体力学研究创新性实验项目建设中充分利用现有资源优势，在现有实验项目基础上，结合科研任务，利用低速风洞和超音速风洞已经开出或计划开出的研究创新性项目有：
① 风机翼型气动特性研究。该实验是为了适应南理工新能源专业教学需要而新开设的研究创新性实验，目的在于研究不同翼型的气动特性，为风机翼型选择提供依据。
② 激光烟流法流动显示实验。该实验主要用于低速绕流流谱分析、绕流流动机理研究，对学生观察复杂流动现象、分析流动机理、理解深奥的流体力学理论知识有较大帮助。
③ 彩色纹影流动显示实验。该实验用彩色纹影技术显示复杂流场，让学生了解超音速流场建立过程、超音速流场建立的条件和流场波系构成，学生运用光学知识进行流场显示，提高其综合实验技能和分析能力。通过该实验对看不见、摸不着的流场有了全新的认识。
④ PIV三维速度场测量与非定常复杂流动研究。该实验目的在于让学生了解先进的流体力学测量仪器，掌握三维速度场测量方法，开展非定常复杂流动研究工作。
⑤ 风洞天平校准技术研究。风洞天平是风洞实验最重要的测量仪器之一，其精度直接影响到测量数据的可靠性、有效性。因此，对其进行高精度的校准十分重要，开展该研究有助于学生更好地了解风洞天平工作原理、掌握先进的校准技术，并提高学生软件设计能力和开发能力。
⑥ 弹箭气动布局设计实验。该实验的目的是提高学生气动设计水平，培养学生弹箭气动设计能力和创新能力。
⑦ 翼型气动特性遥测与分析。该项目要求学生采用遥测技术对翼型气动特性进行研究、设计。
三、教学效果
流体力学研究创新性实验和教师科研任务结合起来，让学生参与到科研工作中，培养了学生的创新意识、协作精神，教学效果显著。如电气专业和建环专业本科生郑建、黄华和陈守信等3名学生组成团队，进行了翼型气动特性测试与分析研究，其共同完成的作品“翼型气动特性遥测与分析” 获全国挑战杯竞赛三等奖，“风洞试验无线测压装置”获实用新型专利。该次跨专业团队科研训练项目共分三个子课题，一个是翼型设计及风洞试验子课题，第二个是气动数值计算，另外一个是无线测试技术子课题。三个子课题之间必须相互协调才能顺利完成，通过这次科研训练，学生对成员之间协调配合的重要性有了深刻认识。
风洞实验是部分学生特别感兴趣的项目之一，学生对其实验原理、实验现象的分析有浓厚的兴趣和研究探索的欲望，对飞行器受力分析、飞行控制和弹道计算也产生了了解、探索的欲望。因此，开设这些流体力学实验，不但提高了学生的操作技能、综合分析能力，还激发了学生学习相关课程的兴趣，培养了学生研究、探索、创新的意识。
参考文献：
[1] 章军军，毛根海.发挥实验室主任作用 创建国家级实验教学示范中心[J].实验室研究与探索，2008，27（1）：13-14.
[2] 安健，张鹏.建设高水平实验室 培养高水平人才[J].中国现代教育装备，2011（5）：171-173.
第9篇：与流体力学相关的现象范文
关键词：雷诺实验原理 流动状态 流动速度 粘滞阻力
中图分类号：O357 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0062-01
实验是流体力学研究流体运行规律、揭示其内在本质的重要手段和方法，因为实验更接近现实，更具有真实性。但由于实验受客观条件及人们观察能力的局限，最终所得结论未必是事物的本质。也就是说，尽管人类可以透过现象看本质，但所看到的现象未必都是本质。雷诺实验中就反映出了这样的问题。
层流和湍流两种流态是英国著名科学家雷诺（Reynolds）1883年在管道流体（水）实验中发现的，并在实验原理中揭示出两种流态的变化规律。其中的观点为：在管径、流体密度和粘度（动力粘滞系数）等条件不变的情况下，流速与流动状态相关。当流速小于某一数值时，流态为层流；当流速大于某一数值时，流态为湍流。流速增大，使层流转变为湍流；流速减小，使湍流转变为层流[1]。这一观点被后人沿用至今。德国流体力学教授欧特尔在《普朗特流体力学基础》一书中也曾借助香烟冒出的烟气来描述层流到湍流的变化过程，并以图示[2]。但笔者在烟气实验中发现：烟气上升从层流到湍流，流速不是在加快，而是在放慢。这一发现引发新的观点：在其它条件不变的情况下，流态改变不是取决于速度，而是粘滞阻力。这一观点是否合理，我们可通过分析以下两个实验得以证实。
1 对“烟气上升”现象的分析
在空气相对静止（无风力干扰）的环境下，我们观察香烟点燃后冒出的烟气：烟气从冒出到消散，其形状是由窄到宽的过程。刚冒出的烟气是细而集中的烟柱，上升时如同一条稳定的直线，距离热源最近的烟气颜色更淡，用手触摸此处会感到很烫，这里的烟气上升速度很快。随着烟气的升高，最初细而坚实的“直线”开始有些松散、变粗。在烟气继续升高时，开始出现波动，先是幅度不明显、频率不快的波动，逐渐发展成幅度较大、频率较快的波动。然后烟气开始慢慢散开，逐渐消失在空气中。消散时的烟气运动速度是全流程中最慢的（见图1）。
通过对烟气实验的观察发现：烟气上升是温差（忽略压差、惯性等因素）作用的结果。但随着烟气升高，与热源距离的拉大，温度下降。这时烟气本应在惯性作用下继续保持原速直线运动，但在空气阻力作用下（沿程阻力），烟气上升的速度在减缓，形状由细变粗。这说明烟气虽处层流状态，但内部的分子横向运动在增加，只是规模不大而已。随着烟气继续上升，而温度进一步下降，空气阻力进一步显现，烟气开始波动，并进入明显的整体横向移动，湍流就这样逐渐形成，随后向周边扩散，直至溶于空气之中。在这过程中，烟气和空气是通过流体特有的动力与阻力之间的变化关系体现了牛顿第三定律―― 作用力与反作用力，作用在同一条直线上，力的大小相等，方向相反，二者均属同一性质的力―― 摩擦力。
从图2中可以看出，尽管作用力与反作用力之间的划分方式有所不同，但它们之间的比例关系仍然是1∶1，只是需要一个渐变的过程。当烟气因温差作用而上升推动相对静止的空气时，空气为受力者；但烟气推动空气的同时，也受到空气的推力，所以烟气又为受力者。由于气体分子之间的相对运动是建立在相互接触的流体层内部，所以这种阻碍作用力属于摩擦力中的粘滞阻力。物理学认为：分子间有距离、分子间有相互作用力及运动无规则等特征是物质分子运动论的基本概念[3]，由于液体分子间距远远小于气体，所以在液体分子动量较小时，分子间距变化仅局限在分子力控制范围内，粘滞阻力主要体现在分子间的引力上，流体运动呈现规则性，所以称为层流；当液体分子动量较大时，由于分子间距已超出分子引力的控制范围，所以粘滞阻力主要体现在无规则动量交换的加大，流体运动呈现不规则性，所以称为湍流。由于气体分子间距远远大于液体，分子间虽然也有引力，但作用很小，所以无规则运动是气体分子运动中产生粘滞阻力的主要因素。气体只有在空气相对静止的特殊条件下才体现出层流状态，而在多数情况下都是湍流。为了强调烟气上升的粘滞阻力效果，使其更接近雷诺实验，我们在烟气上升的某一高度放置一个顶端有孔的圆筒透明玻璃罩。观察发现：罩内少部分烟气被放走，多数烟气被拦住并与上升的烟气相混（局部阻力作用），产生的湍流还有向下延伸的趋势（见图3）。这证实了粘滞阻力是湍流形成的重要原因。
2 重新分析雷诺实验
从烟气上升的观察和分析中得出结论：在其它条件不变的情况下，流态的改变取决于粘滞阻力，而不是流速。如果这一结论合理，那么在雷诺实验中也应得到证实。从雷诺实验中看到：湍流的最初形成是从管道阀门处开始的，这说明阀门与湍流产生密切相关。流体力学告诉我们：阀门处是管道中“局部阻力”的产生地。所以说“局部阻力”对流态改变所产生的功效与笔者的观点不谋而合（在现实中体现更多的是“沿程阻力”对流态改变的作用）。流体力学认为：阀门是管道突然收缩而引起流体在流动中产生“颈缩”现象，由此而产生的“旋涡”是局部阻力的主要特征[4]。笔者在同意这一观点的同时，还要强调的是“颈缩”现象与阀门打开程度的关系。为了剖析雷诺实验中湍流产生的原因，首先从层流产生时所需的必备条件谈起。
雷诺实验中为了使染色流束保持一条直线―― 层流，必备条件两个：（1）管道阀门开口很小；（2）染色水针管出口要对准管道的轴心。这两项要求使我们有了新的设想：所谓的“层流”流域并非布满管道，而是只存在于管道轴心处很窄的流动范围内。我们知道：由于受管道壁面与流层以及流层与流层之间粘滞阻力的影响，最活跃、最易流动的流体在管道轴心处，这里是最先产生流量和流速的区域；又由于阀门打开得很小，管轴中心虽然有流动，但速度很慢，流动的流体层对周边流体层的影响范围也会很小（据上述得知：分子动量较小时，分子力起主要作用），所以流动范围会很窄。笔者的这一观点在“皮托管”测试流量的实验中得到证实：当阀门开量较小时，“皮托管”只能测到管道轴心处的流量，而距离管轴中心线稍远的地方则无法测到。这说明：只有轴心处的流体在流动，而周边的流体则处于静止状态。另外，流体力学在描述管壁粗糙度对摩擦系数的影响时认为：层流状态下管壁粗糙度对摩擦系数没有影响，而在湍流状态下有影响[5]。这也在进一步证实：流量与轴心径向扩展的正比关系。即使在牛顿内摩擦定律中也只有“在一定的实验范围内，液体层中的速度呈线性分布” 的说法[6]，但没有证实过在流速很慢、液层厚度不限的情况下，速度的“线性分布”可无限延续。笔者所要证实的是：染色水针管出口之所以要对准管轴中心，是因为只有管道轴心处的水在流动，而且流动的范围很窄，染色水针管只有对准轴心，染色水在流动中才能形成一条“直线”。当阀门逐渐开大时，情况改变了。在管道轴心的流体流速加快的同时，流动范围也开始从轴心向周边（径向）扩展，流动范围的扩展进度远大于阀门截面扩大程度（这是由固体的稳定性与流体的易流动性的不同特性决定的），这样，除阀门管道存在轴向流动外，阀门管道口周边又增加了更多的流体往里流动，与轴向流动的流体所不同的是：周围的流体在进入阀门管道时，由于流体质点在运动中的惯性，只能平滑过渡，而不能完全随着管道边壁的形状突然变化而变化其运动方向，这样一来阀门周边的流体流动方向就要与阀门的轴向产生一个角度，使流体在阀门入口的不远处集中，而形成局部阻力。在局部阻力的作用下，使染色流束的流动端速度放缓，但此时上游流束的流动仍保持原速，这样一来在上游染色流束的推动下，使靠近阀门处的染色流束最先开始弯曲、波动。随着阀门进一步开大，使阀门口周边流量增大的同时，阀门处的阻力越加明显。在这种情况下，阀门的排出量无法满足更多需要流出的量，而剩余的流量则被堵在阀门口形成回流，对前行流体产生反作用力，正是这种反作用力增加了液体分子间无规则运动，使弯曲、波动的染色流束开始紊乱形成湍流，随着阀门的继续开大，这种紊乱现象逐渐从下游向上游延伸，最终扩展到整个管道。这就是在粘滞阻力作用下，雷诺实验中的染色水从层流转变为湍流的全过程（见图4）。
通过对雷诺实验的重新观察，使我们又一次证明：在其它条件不变的情况下，流态的改变来自运动流体中的粘滞阻力，而流速不是确定因素。
以上结论是在雷诺实验设备完善、无外界干扰、调试得当的情况下完成流体流态转换过程中得到的，其实，在雷诺实验的调试过程中我们仍然可以发现粘滞阻力对运动流体的作用[7]。如：当管道阀门被突然关闭时，管道水停止流动了，但有色水仍并没停止，在管道中静止水的阻碍下，有色水的流速开始减缓并向周边扩散，此景与烟气上升似乎完全相同。但有人可能将这种速度放缓、扩散、紊乱的流动现象与布朗运动联系起来，从而否定其湍流的本质，这种理解是不合理的。布朗运动在说明分子是以不规则运动为存在方式，而烟气或有色水在流动中流速放缓、扩散现象则是在揭示流态改变的原因。其实，雷诺实验中的湍流现象与烟气和有色水的流动图景本应该是完全一样的，只是由于在管壁的制约下其原貌没有得到显现而已，如果将管壁取消，我们就会看到与以上两种流动完全相同的图景，就会更清楚地观察到粘滞阻力对流态改变的重要作用。
3 结语
尽管实验是科学研究的重要手段之一，但事实证明，在实验中所产生的现象最终是由人的主观来判断和选择。在判断和选择的过程中，由于人认识能力的局限，很容易被实验的外表现象所迷惑，忽略了现象背后的本质特征，从而得出错误结论。液体和气体的不同实验结果告诉我们：由于流速在改变流态的过程中因实验条件的不同而变化，所以它不是改变运动流体流态的主要原因，粘滞阻力才是改变运动流体流态的重要条件。
参考文献
[1] 林建忠，阮晓东，陈邦国.流体力学[M].2版.清华大学出版社，2013.
[2] 〖德〗H.欧特尔.普朗特流体力学基础[M].科学出版社，2011.
[3] 李椿，章立源，钱尚武，著.热学[M].2版.高等教育出版社，2012.
[4] 吴持恭.主编.水力学（上册）[M].4版.高等教育出版社，2013-04.
[5] 孔珑.主编.工程流体力学[M].4版.中国电力出版社，2014.
