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计算流体力学的特点范文1
关键词：工程流体力学；环境类；教学难点；教学方法；衔接技巧
作者简介：齐旭东（1981-），男，河北唐山人，河北工业大学能源与环境工程学院，讲师。（天津 300401）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0130-02
一、环境类工程流体力学的学科特色分析
环境类专业涉及流体力学的内容广泛，而且与机械、热能动力、水利等传统学科对流体力学的要求有明显不同。[1-3]河北工业大学（以下简称“我校”）环境工程专业采用闻德荪先生编著的《工程流体力学》教材，由高等教育出版社出版，分上下两册，上册为《理论流体力学基础》，下册为《应用流体力学》。该教材与其它传统学科所采用的流体力学教材相比区别较大：由于人类生活和生产主要局限在生物圈，生物圈中水和气是无处不在的，环境类专业主要围绕水和气，因此，上册《理论流体力学基础》的覆盖面极大，包括静力学、运动学、动力学、恒定平面势流、流动相似原理、流动阻力和能力损失等模块；下册《应用流体力学》包括孔口和管嘴出流、有压管流、明渠流、堰流、渗流等模块。下册以水为主，旁及气体，实际上是水力学基础。但是，与传统水力学又有着明显的不同，这一不同并不是教材主要内容的差异，而是学科体系的构建不同。传统水力学在学科构建上有着鲜明的学科特色，而环境类专业所学习的《应用流体力学》（教材下册）是采用更加简单的方式初步介绍水力学。换言之，是上册《理论流体力学》的动力学在几种特殊边界流场中的具体应用，这些特殊流场的研究对于设计和计算环境类的反应器、构筑物的形式和尺寸，以及流体输配具有重要意义。
工程流体力学与三大力学（理论力学、材料力学、结构力学）相比，其主要概念和原理几乎没有相似之处，[4-6]与大学物理学相比也无相似之处。[7]换言之，在工程流体力学中涉及的概念和原理对本科生来说几乎是全新的。工程流体力学建立在连续介质假设基础上，是通过牛顿经典力学和高等数学知识对流体静止和运动规律进行研究，通过欧拉法或拉格朗日法对流动现象建立数学模型，从而用微积分等高等数学方法解决流体流动问题。该学科的基本概念和原理在三大力学或大学物理学中几乎是从未提及过的。
可见，工程流体力学的学科特点鲜明，是环境类专业的重要骨干课程。笔者从事工程流体力学教学7年有余，并主动向老教师或其他同行学习探讨，发现除了要把握好该课程的学科特点外，对教学难点也要广泛筛选、收集和研究，并结合教学方法进行探讨论证，[8-12]具体分析见表1及下文。
表1 若干教学难点与教材章节对应一览表
序号 教学难点 教材章节[1]
1 连续介质假设 第一章绪论
2 隔离体受力分析 第一章绪论
3 流体相对平衡 第二章流体静力学
4 流体静力学基本方程、阿基米德原理 第二章流体静力学
5 拉格朗日法、欧拉法 第三章流体运动学
6 亥姆霍兹速度分解定理 第三章流体运动学
7 理想流体动力学、实际流体动力学 第四章理想流体动力学和平面势流、第五章实际流体动力学基础
8 牛顿一般相似原理、单项力相似准则 第六章量纲分析和相似原理
9 普朗特混和长度理论 第七章流动阻力和能量损失
10 孔口、管嘴出流和有压管流 第九章有压管流和孔口、管嘴出流
11 堰流 第十章明渠流和闸孔出流及堰流
12 渗流 第十一章渗流
二、环境类工程流体力学的教学难点与教学方法衔接技巧分析
连续介质假设（序号1）是工程流体力学的基础，其重要性不言而喻，但是作为一门新课程的开始，学生往往很难接受这样的模型假设。因此，宜采用讨论法处理该问题，讨论法的难点是避免讨论课的无计划性。质点的概念对于研究流体运动是至关重要的，但是有大半学生掌握不到要领。具体体现在，把流体质点的概念与物理学刚体质点的概念混淆，觉得二者完全一致，没有特殊涵义。面对这一问题，与学生针对两个“质点”概念进行详细的机理分析是很必要的。连续介质假设的核心理念是流体质点概念的提出，流体质点是这样定义的：流体质点是指尺度大小同一切流动空间（流场）相比微不足道又含有大量分子，具有一定质量的流体微元；物理学中的刚体如果只发生平移运动的话，该刚体可简化成质点处理，即用一个质点代替刚体，使物理运算变得很方便。因此，这两个“质点”概念有着不同的涵义，流体的主要特点之一就是易流动性，流场的形状受制于边界条件，流场在流动过程中，边界形状不断变化，所以，流场形状也在不断变化，因此，流体质点不能替代流场，而是由大量的流体质点组成连续介质，填充整个流场。
工程流体力学本质上讲是力学问题，需要在解题前进行受力分析（序号2）。在中学物理学中，受力分析贯穿始终，为中学生所熟知。所以，该部分的学习推荐采用自学指导法和对比分析法，这样可以充分调动学生的学习积极性。由于流场形状受制于边壁，流体的受力分析规律性不明显，这与中学物理学的刚体受力分析区别较大。流体受力分析，均可从两个方面进行，即质量力和表面力。质量力包括重力和惯性力，属于远程力，作用在整个流场的所有质点上，其中，惯性力的存在与否取决于坐标系的选择。如果选择惯性坐标系，则惯性力肯定不存在；如果选择非惯性坐标系，则惯性力肯定存在。表面力包括切应力和压应力，概念的内涵与刚体的表面力相似，切应力和压应力之间的区别在于作用力方向的不同。
很多学生不了解学习流体相对平衡（序号3）的意义何在，根据该知识的特点，可采用探究发现法处理该部分内容。流体相对平衡的意义，在于将特殊的运动问题转化成相对静止的问题，从而使计算得到简化。当整个流场与固体边壁无相对运动时，选择非惯性坐标系，根据达朗贝尔原理引入惯性力，可用相对平衡条件来处理该问题，即对隔离体采用受力平衡条件，可使计算过程大大简化。
中学物理学所熟悉的流体静力学基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何从流体静力学的角度来重新定义（序号4），也是这一章的难点。该难点的讲解宜采用启发性谈话法，该方法一定要注意谈话内容的设计合理性，以期对整个谈话过程有的放矢。流体静力学基本方程的限定条件是质量力仅有重力，也就是说，坐标系为惯性坐标系。如果将其推广到非惯性坐标系，则计算方法应为欧拉平衡微分方程的积分式，欧拉平衡微分方程是建立在牛顿第二定律基础上的。该部分需要学生将流体静力学基本方程与欧拉平衡微分方程积分式进行对照。阿基米德原理是计算浮力的基本原理为中学生所熟知，在中学物理中往往解释成由实验研究获得，实际上在大学工程流体力学中可以解释成曲面所受静压力的合效应使其意义更广泛。
流动现象如何用数学语言描述，这是流体力学建立的基础，该难点的处理宜采用讲授法。描述流体运动的方法有两种，即拉格朗日法和欧拉法（序号5）。拉格朗日法是从流场中选择关键性流体质点组成流体质点系，跟踪每一个流体质点，研究其运动规律，进而总结出质点系运动规律，从而推演出整个流场运动规律，该方法概念清晰，但是分析和计算过程复杂。欧拉法是从流场中选择有代表性的空间点，分析这些空间点的运动规律，从而总结出整个流场运动规律。在计算流体力学中，常常采用拉格朗日法，在工程流体力学中常常采用欧拉法。
流体微元运动的基本形式包括平移、转动、角变形、线变形等。在流体微元内部，如果已知其中一点的运动要素，在微元内其他空间点的运动要素可以用已知点的运动要素表达出来，该定理称为亥姆霍兹速度分解定理（序号6）。很多学生对该定理存在疑问：微元内部这两个空间点之间怎么会存在联系？该问题适合采用探究发现法进行介绍，教师可首先将其转化成高等数学的模型，提示学生用微积分的方法来处理，具体而言，二者之间的联系是通过高等数学中的泰勒公式建立的。
理想流体动力学和实际流体动力学（序号7）在工程流体力学中是可以合并讲授的，采用系统讲授法更合适，这样更有利于知识的完整性。流体动力学主要涉及三大方程的后两个，即能量方程和动量方程。首先介绍理想流体运动微分方程和实际流体运动微分方程，前者也称为欧拉运动微分方程，后者也称为N-S方程，这两个重要方程均由牛顿第二定律推导获得，二者可作为计算流体力学基础，由此也可推导出能量方程。另一点需要注意，能量方程有两种形式，理想流体能量方程和实际流体能量方程，前者可以统一到后者中去，由于实际流体存在粘滞力，可产生能量损失，即单位重量流体从计算断面1-1运动到计算断面2-2时的平均能量损失；如果是理想流体，则粘滞力不存在，产生的能量损失为0。
量纲分析和相似原理主要涉及到（动力）相似准则里的牛顿一般相似原理和单项力相似准则之间的辩证关系（序号8）。该部分知识琐碎，宜采用讲授法。两个流动，即原型和模型流动，如果要实现流动相似，几何相似和初始条件、边界条件相似是基础，动力相似是保证，运动相似是目标。如果要实现动力相似，需要对应空间点处各个同名力方向相同，大小成固定比例，这称为牛顿一般相似原理。但如果在几何相似和牛顿一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的几何形状和大小完全一致，失去了模型实验可缩小原型几何尺寸的意义。正是基于此，所以提出单项力相似准则，在流动中起主导作用的力往往只有一种，这是流动现象的特点，所以如果在原型和模型中，起主导作用的力相似的话，可认为二者的动力相似已实现。
普朗特混和长度理论（序号9）是学生学习的难点，大多数学生感觉该部分不知所云。比如说，该半经验理论的意义是什么，问题从何而来？该部分宜采用讨论法。流体处于湍流状态时，运动参数可以分为时均流速和脉动流速，时均流速产生时均切应力，脉动流速产生附加切应力，时均切应力的计算采用牛顿内摩擦定律，附加切应力计算采用脉动流速计算，即，其中脉动流速ux’和uy’计算困难，需要通过普朗特混和长度理论进行计算，该理论通过将湍流脉动与理想气体自由程理论进行类比，提出自由程概念，从而将脉动速度与时均速度建立联系，实现了附加切应力的计算可行性。
孔口、管嘴出流和有压管流（序号10）是研究水力设备和输配水管网的基础，这一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、长管、管网，对这些模型的深入研究需要采用上册流体动力学的连续性方程和能量方程，在深入分析流动规律后，可得最一般的规律性，即流量和断面平均流速的计算公式。这部分可以看成针对几种特殊边界应用动力学方程来求解计算题，所以在介绍了孔口或短管以后，其他形式的边界流动由学生通过练习法和讨论法来自学，最后由教师进行总结。
在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁称为堰，缓流经堰顶溢流的局部水流现象称为堰流（序号11）。在环境类专业中，堰是常用的溢流集水设备和量水设备，在一确定的堰流中，流量与其它特征量的关系明确。薄壁堰可在环境类构筑物中作为出水设施，如二次沉淀池出水等。该部分内容生疏，宜采用演示法和讲授法。
渗流（序号12）是指流体在孔隙介质中流动，该流动状态在地下水中广泛存在，对地下取水井的设计往往要采用该模型的相关理论。该部分多在研究生阶段深入学习。
三、结语
工程流体力学在环境类专业中的现实意义和理论意义重大，在注册环保工程师基础考试中份额可观。该课程学习难点颇多，对于本科生来说学习的压力较大，需要教师在知识点梳理、难点筛选、师生沟通、教学方法总结等方面多做工作，笔者通过对环境类专业工程流体力学教学的自身体会完成此文，希望对教学一线的教师有所帮助。
参考文献：
[1]闻德荪.工程流体力学（水力学）[M].第3版.北京：高等教育出版社，2010.
[2]陈卓如.工程流体力学[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.
[3]吴持恭.水力学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.
[4]哈尔滨建筑工程学院，沈阳建筑工程学院.理论力学[M].哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1992
[5]刘鸿文.简明材料力学[M].北京：高等教育出版社，2007.
[6]王焕定，章梓茂，景瑞.结构力学[M].第3版.北京：高等教育出版社，2011
[7]东南大学等七所工科院校.物理学[M].第五版.北京：高等教育出版社，2008
[8]教育部人事司.高等教育学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[9]教育部人事司.高等教育心理学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[10]河北省教师教育专家委员会.教育原理[M].石家庄：河北人民出版社，2007.
计算流体力学的特点范文2
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
[1]梁丽珍，牛俊玲.互动式流体力学教学模式探索[J].化工时刊，2011（2）：66-67
[2]王发辉，桑俊勇，张丹.“流体力学”立体化教学体系的构建[J].电力教育，2009（12）：102-103
[3]邹惠芬，张培红，叶盛.流体力学多媒体教学的探讨[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2008（4）：507-509
[4]潘良明，何川，陈红.流体力学立体教学法初探[J].中国电力教育，2008（11）：73-74.
[5]陈霞.流体力学教学方法的探讨和研究[J].科技文汇，2011（9）：104-108
[6]岳建芝，李刚.流体力学教学中的几点体会[J].科技信息，2009（29）：187
计算流体力学的特点范文3
[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]
[1]黄卫星.工程流体力学[M].北京:化学工业出版社，2008.
[2]李丹，杨斯瑞.应试教育与创造性人才的培养[J].继续教育研究， 2009， 25(2): 180-185
[3]向文英，程光均.流体力学教学与实验创新[J].重庆大学学报(社会科学版)，2003，18(4): 21-26.
计算流体力学的特点范文4
关键词 粘性流体 小球 运动 加速度 实验仪器
中图分类号：O351.1 文献标识码：A
0 引言
流体力学的研究方法：理论分析法，实验研究法，数值计算法。人类在认识自然规律的时候，总是有简单到复杂，由浅入深，需要具体的实验去验证，也要有理论指导。对于流体力学，它不仅是一门新兴的学科，而且这是一门经验性比强的学科，需要建立在大量统计分析的基础上的。对于刚刚接触流体力学的学生，更应该通过生动形象，现象明显的实验来让其更多了解流体力学的特点，激发其学习和探索的兴趣。在我们这所查阅的资料中，暂时还没有找到和我们作品相类似的实验仪器。在现有的《流体力学》课程实验中，还没有可以直接观察粘性流体中物体的运动情况的实验仪器。本项目团队是在参加江苏大学第一届“头脑风暴”―流体力学模型制作大赛的基础上，运用所学的流体力学、自动控制原理、电工电子、材料力学等知识，通过进一步完善实验模型装置，改进测试手段，本项目最终的实验装置完全可以作为《流体力学》课程的实验教学仪器加以推广应用。
1 实验装置设计
1.1 装置原理简述
通过前面的简单描述，可以了解到，在静止的水中运动的圆球会因为受到流动阻力的作用而会作不同于理想条件下的运动，换句话说，在不考虑阻力的情况下，对于不同的圆球（单位体积所受浮力相同），都会作加速度不变的运动，而在真实条件下，情况就不再是这样，这是由于不同的圆球所受到的阻力对其加速度的影响将是不同的。在该实验中，流体选用的是水，而使用的圆球密度相同而直径不同（这样，圆球运动加速度的不同就只是来自于阻力的影响，这从上面的等式亦能看出），这些选择将能够使操作简单，并且实验现象易于观察。
为了进一步说明隐式格式在计算稳定性上的优越性，通过增大时间步长，发现在其达到 = 1 s时，结果依然表现出良好的稳定性，但是必须注意的是，利用在较大的时间步长下算得的结果所作出的变化曲线变得越来越不光滑（如图5所示），以致无法正确反映出铁球下落速度的变化规律，这可能会引起不必要的误解。因此，在利用隐式求解时，采用合适的时间步长有助于较好的将物理过程显示出来。
1.3 实际实验装置的制作
实际情况下，实验是在实验仪器中完成的，而实验容器中的流体不能保证是完全静止，为了减小容器中流体流动对小球运动的影响，并且考虑到流体压力对容器的影响和经济因素等，利用有机玻璃管来制作实验仪器是比较合理的（如图8）。
用玻璃胶把150有机玻璃管和玻璃板粘合好，不可留有缝隙，也不可使胶面过薄，以防水压过大漏水；向玻璃管中注入流体大概到120cm处；待容器中的水流动趋于静止时，把材质相同，密度相同，大小不同的两个小球同时放入管中，观察现象。为了使实验结果更有普遍性和说服力，容器内可以更换不同粘度流体，小球也可以使用不同材料。
2 实验结果及分析
为了使研究结论更为准确我们下面再用材料不同的小球在相同流体中实验，来验证流体粘性对固体运动加速度的影响。
3 结论
（1）实验现象告诉我们，在相同的流体中，材料相同但尺寸不同的小球同时下落，小球先落地，这充分说明流体中运动的物体因为粘性而与中理想运动状况下大大不同。（2）通过不同材料小球的实验现象及数据研究，表明了影响固体在流体中运动加速的因素除了流体具有粘性外，该有小球的尺寸和物理性质。（3）通过实验能让初学者直接观察粘性流体中物体的运动，也可以初步分析和研究固体在流体中的运动情况，所以次试验仪器有其实用性。
参考文献
[1] 罗惕乾.流体力学.北京：机械工业出版社，2011.
[2] 陈卓如.工程流体力学.北京：高等教育出版社，1992.
计算流体力学的特点范文5
关键词：教学质量；保障体系；工程流体力学
中图分类号：G642.3 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2012）12-0035-03
工程流体力学是热能与动力工程专业的重要专业基础课，也是矿业工程、安全工程、矿物加工、环境工程等许多专业的重要专业基础课。具有基础知识涉及面广、基本概念多、内容抽象等特点，是一门理论性和实践性均较强的课程，不但理论抽象，而且直接面向工程实践。在工程流体力学的教学过程中，学生普遍认为“这门课难学”。其客观原因主要体现在三方面：一方面是工程流体力学涉及的知识比较多，如材料力学、大学物理、高等数学等；另一方面是工程流体力学课内容比较抽象，学生理解起来相当困难；最后还由于工程流体力学工程背景强，学生普遍缺乏实践知识。为提高工程流体力学课程的教学质量，我们从构建教学质量保障体系入手。根据全面质量管理的理论和课程教学质量保障体系的功能及影响因素的分析，高校课程教学质量保障体系应由五个系统构成[1]。教学质量保障系统，就是把对教学产生重要影响的教学管理活动有机地联结起来，形成一个能够保障和提高教学质量的系统化、结构化、持续化的整体，其实质是不断探索如何以更合理的方式管理学校的人才培养活动，以有效地满足社会对高等教育不断增长的各种要求[2]。
根据课程建设情况，制定了图1的课程教学质量保障体系。
一、课程教学质量控制系统
工程流体力学课程教学质量保障体系的核心是其教学质量控制系统，主要包括教师队伍建设、教材建设、教学大纲修订、理论教学、实验教学和考试方式改进等。
青年教师的培养是师资队伍建设的重点。青年教师学历层次高、基础扎实；其不足是讲课内容与生产实际及后续课程结合较少，讲课时还不能收放自如。为此，安排青年教师边上课、边助课。实践证明，助课是一种培养年轻教师上好课的必要环节。教材是教学内容的主要载体，我们根据专业特点编写了一套符合专业培养目标、具有特色的高质量教材和辅助教材。针对能源与动力类专业本科教学要求，并兼顾其他相关专业的教学需要，2002年出版了《工程流体力学》第一版。该教材在江苏省教育厅的资助下，进行整体优化、精简、补充，突出工程背景和工程应用，作为江苏省高校立项精品教材，于2010年出版了第二版。为使学生更好掌握工程流体力学的内容，2007年，出版了配套学习辅导教材《流体力学学习辅导与习题解答》。该教材作为工程流体力学课程的配套学习辅导教材，受到学生的欢迎，取得了良好效果。同时，为满足《工程流体力学》双语课程教学需要，在参考国外原版教材的基础上，结合我校的实际情况，于2010年出版了英文版《工程流体力学》教材，完善了我校《工程流体力学》教材体系。为提高教材质量，特邀美国肯塔基大学Jimmy Smart教授参与了教材的编写工作，并对整本教材进行审阅、修改。在理论教学过程中，充分利用教师因素和学生因素[3]。教师是教学过程的组织者，在教学过程中发挥主导作用。通过实例让学生理论联系实际；通过实例来吸引学生的学习兴趣，加深印象。实验教学是理论联系实际的主要环节，开放的实验模式在对学生的基本实验技能掌握，知识的综合应用，创新意识、创新精神和开拓能力的培养方面起着重要的作用[4]。我们的实验教学以能力培养为重点，包括动手能力、观察能力和分析问题能力。从1999年起，我校将实测实验、演示实验和计算机模拟实验融为一体，极大地改善了实验手段。工程流体力学课程配套了16学时的综合实验课，学生可根据个人情况，选择合适的时间进行实验。为学生创造了一流的、开放的实验室课外学习基地，有利于培养学生的创新意识和动手能力。热能与动力工程专业本科生多次在全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中获奖，与工程流体力学综合性、设计性实验的锻炼是分不开的。考试成绩是衡量教与学效果的一个主要指标，确保考试的严肃性和公平性，并使考试成绩能够如实反映教与学的效果。从学校的情况来看，还是以笔试为主，主要是考核学生对基础理论的掌握情况，是检验教学质量的主要手段，也是验证教学效果的主要途径[5]。考试的目的是为了了解学生对本课程知识体系的掌握情况，不能单靠死记硬背来检验学生对知识的掌握程度，考试内容要注重学生对基本理论的理解和运用上。使学生把学习的重点放在对基本理论和基本概念的应用和理解上，避免死记硬背式的学习方法。而计算题则突出对解题步骤的要求，按步骤给分，没有步骤就不给分。目前，我们正在积极开展工程流体力学习题库和试题库建设。在同时开课班级较多的情况下，采取统考的形式，使考、教分离，使考试能够更好地检查教与学的质量和效果。
二、课程教学质量信息收集与处理系统
课程教学质量信息收集与处理系统包括领导听课、教学检查、督导检查、学生信息员、学生评测等，目的是从不同侧面收集课程教学的相关情况，对课程教学质量进行监控。
领导听课主要是学院和系领导，通过听课了解工程流体力学课程的教学情况，解决教学问题。教学检查包括开学初、期中、期末教学检查，掌握教学信息，稳定教学秩序。教学督导员的工作以听课为主，督导员可随时对课堂教学、实验教学等进行听课检查、指导。为提高教学质量、加强教学管理、促进教学相长，我校2009组建了校、院两级学生教学信息员小组。学生教学信息员覆盖了全校所有的专业和班级，能全面地反映同学们在学习工程流体力学课程过程中发现的问题及建议，及时反映教学管理、教师教学中存在的问题。为更好地搞好工程流体力学课程建设，我们通过大范围调查问卷和小范围收集学生个人对工程流体力学课程的意见等方式，及时掌握学生对工程流体力学课程的意见和建议。调查问卷内容包括课程课时设置是否合适，教师教学方式安排，学生是否主动发言，学生对授课老师的要求，课程所使用的教材，课程作业量是否合适等。我们建立的这个教学质量信息收集系统，目的是多渠道、科学地收集有关工程流体力学课程教学质量的信息。本系统还有一个功能就是对这些信息进行科学的、合理的、公正的处理。信息收集和处理是为了诊断和评价，为了推进教学质量的逐步提高，为了帮助教师改进教学，促进学生、教师、管理人员三者之间围绕学校的办学目的、课程教学目标建立更为密切的关系，协调工作。
三、课程教学质量信息反馈系统
课程教学质量信息反馈系统包括教务处反馈、督导组反馈、教学秘书反馈、任课教师反馈和学生信息员反馈。我校常年承担工程流体力学课程教学的主讲教师6人，经常承担工程流体力学课程教学任务的教师6人。根据教务系统要求，每次课程结束后，每个学生均必须对本课程教学过程以及任课教师作出评价，并由教务处反馈给学院和教师。我校本科教学督导组分为学校和学院两级。督导组分别为学校、学院的教学改革工作提供咨询。通过听课、座谈、访问、征询、专题评估等各种方式对教学过程进行监督，并及时提供信息和反馈意见。在制定本科人才培养方案，教材建设，课程体系、教学内容改革，教学实践改革，教学管理以及教师教书育人，学风建设等方面提出意见和建议。教学秘书的工作涉及本院的全部教学工作，是连接各方面教学活动的桥梁和纽带，具有承上启下、协调左右、沟通信息和改善关系的作用。由于教学秘书非常熟悉教学管理、教学环节，又同时接触教师和学生。因此，通过教学秘书反馈的对于课程的意见和建议，对提高工程流体力学课程教学质量具有非常重要的作用。工程流体力学任课教师根据其教学过程的切身体会，对教与学两方面情况均比较熟悉。任课教师的反馈对于课程教学质量的提高具有直接的促进作用。教师还可通过教学例会及时反馈教学中的信息，解决教学中存在的问题。学生教学信息员小组是完善通畅的教学信息网络和健全教学检查、反馈、监督机制的重要手段，是学生和学校教学管理部门之间有效的信息沟通渠道。学院通过信息员反馈、学生测评、毕业生信息反馈等及时了解并解决教学问题。课程教学质量信息反馈系统通过以上多种渠道收集反馈意见，经过诊断和评价后，将结果反馈给教师，目的是帮助他们改进教学方法、提高教学质量。在我们的工程流体力学精品课程网站上，还有师生互动平台，学生可以将他们的意见和建议直接反馈给教师，教师也可以将其建议直接返回给学生。
工程流体力学是一门理论性和实践性均较强的课程，为切实提高其教学质量，构建了教学质量保障体系。该教学质量保障体系以课程教学质量控制系统为核心，通过教学过程信息收集、处理，并将意见和建议进行反馈，达到改进教学方法、提高教学质量的目的。
参考文献：
[1]张扬，尹红，李孟辉.高校课程教学质量保障体系的构建探析[J].高等农业教育，2010，1（1）：46-48.
[2]张永玲，李风岐，王安东.以教学评估为基础建立质量保障体系[J].山东工业大学学报社会科学版，1999，4（51）：78-80.
[3]邓艳梅.大学英语教学质量保障体系的分析研究[J].吉林省教育学院学报，2010，26（242）：57-58.
[4]赵扬，王凤华.开放实验教学模式下的教学质量保障体系[J].实验室研究与探索，2010，3（29）：100-102.
计算流体力学的特点范文6
关键词：流体力学；教学改革；现状；思考
中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2013）-01-0148-01
流体力学是土建类专业的一门专业基础课，也是全国勘察设计注册工程师基础考试必考科目。流体力学作为力学的一个重要分支，主要研究流体在静止或运动时所遵循的基本规律及其在工程中的应用，是高等学校众多工科专业的必修课。流体力学也是一门理论性和工程实际意义都较强的课程，具有理论不易掌握、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，与枯燥、繁多的理论以及教学时数的减少形成了尖锐的矛盾。因此，寻求一种新的有效的教学手段，视听结合，充分发挥多媒体教学的优越性，加大课堂教学的信息密度和知识密度，拓宽课堂教学的新思路成为必然。
一、流体力学课多媒体教学现状
根据在流体力学教学中应用多媒体课件的情况来看，多媒体课件的应用使单位时间内教学内容大为增加得到公认，但对教学效果的看法反映并不一致。为了解使用多媒体课件的教学效果，我们两次发出不记名问卷。其中一次让学生给打分，30名同学中认为现在使用的流体力学多媒体课件有较大帮助和有所帮助的各有10名，合计占67%。经讨论分析，多媒体课件之所以会出现授课效果不佳的情况，主要是因为在课件的制作和使用的过程中，存在如下这些“问题”：
1.原有课件的制作和应用没有充分体现以学生为主体，只是将教师从粉笔、黑板中解放出来。有些章节内容单调甚至照抄课本内容，成了文本教材的电子化；有些则忽略了教学内容的连贯性和逻辑性。
2.多媒体课件中，图片、动画的选择不符合整体教学的安排。要么简单拼凑，造成课件的形式缺乏多样性；要么将简单的问题复杂化，缺乏合理的思路，其结果是大量的图片分散了学生的注意力，浪费了时间，造成教学质量下降。
3.课件包含知识过多，文字描述繁琐。为了让学生能够在有限的课时内学到更多的知识，教师过于扩大多媒体课件的知识量，造成了屏幕上显示的内容过多、讲解时屏幕翻滚过快，学生对教师所讲授的内容没有留下印象，也不知道大量的知识点该从何处着手记录，导致学生不容易跟上教师的思路，不易复习。
4.课件内容“乏味”，不能吸引学生注意力。部分课件内容陈旧，有些内容与讲课内容结合不紧密，还有一些音像不够清晰，影响视听效果。
二、课程多媒体教学改革的思考
1.总方案设计。通过问卷调查及调研等方法，对流体力学多媒体教学的需求性、优缺点、教学效果等方面进行全面分析。调查研究存在于各个主要教学环节中的问题，并进行汇总分析，以确定出总体方案。
2.教学设计。根据《流体力学》教学目标，对教学内容、教学方法和教学过程等方面进行安排，建立课程层次结构。多媒体课件内容的选取要以教材为蓝本，从实现教学目标、完成教学任务的需要出发，但又不能为课本所束缚，要充分增加课件的含金量。一个优秀的课件不能只是教材的幻灯片演示，而应该增加它的生动直观的作用，因此教材内容的选取很关键。随着对课件制作认识的提高，我们做课件的每一部分时，都应该做到心中有数，对于每一页面的制作都要做到精益求精，这样做出的课件才能流畅的运行。
3.结构设计。设计合理的流程，使教学内容通过多媒体课件的方式表现出来。多媒体教学摆脱了黑板加粉笔的呆板表现形式，依赖于大量的多媒体素材，把以往受时间和空间限制的内容搬进课堂，体现了其特有的优势。素材的选取依授课内容而决定。制作课件时，老师本身就是一名导演，怎样把“演员”（即素材）放到适合的位置，并使它表演得出色，全部依赖于导演的水平。因此教师要吃透教学内容，在参透文字稿本的基础上，反复构思，进行创作，设计出符合教学的课件来。
4.版面设计。设计技术性、艺术性以及应用性良好的版面，提高课件的教学效果。课件制作过程要求熟悉电脑的基本操作、掌握相关软件的使用方法。做课件并不是说我只要掌握了课件制作软件的使用就可以了，它需要多种软件协同工作，比如图像制作、声音录制、文字编辑、动画制作等等，所以要求我们平时注意多学一些操作方法，或在计算机专业人员的配合下共同完成课件的制作，以使课件不仅具有教学内容的教育性、科学性，而且要有课件的技术性，艺术性。
5.收集使用反馈意见。为保证课件的正常使用，还需要多次测试，以便能够发现课件在运行当中存在的问题，及时修改，不断完善。一个课件的好与坏，只有通过实践才能真正得出结论。课件制作完成后，应用于课堂教学，然后根据学生的反馈信息，再将课件加以修改，从而使其达到最优。如果制作的课件引不起学生的兴趣，在课堂上起不到应有的效果，那么这样的课件无疑是失败的。因此还需要不断地对课件进行修改、完善与升级，使之更加适合教学的要求。
根据《流体力学》课程教学内容的特点，精心设计、制作多媒体素材，集图、文、声、像的综合表现功能，融教育性、科学性、艺术性、技术性于一体的课件，可以有效调动和发挥学生学习的积极性和创造性，最大限度地发挥学生的潜能，强化教学效果，提高教学质量，从而促进大学生对流体力学基础知识的掌握和应用，并提高利用所学知识解决实际问题的能力。
参考文献
