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流体力学现象及解释范文1
关键词：计算流体力学；课程改革；应用型本科；项目驱动
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）22-0123-02
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一门集成了流体力学、计算数学与计算机科学的交叉学科。计算流体力学的基本思想为[1]：通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和传热等相关物理现象做出系统的分析。随着计算机技术的发展，计算流体力学在各行各业得到了广泛的应用。
《计算流体力学》课程开设的主要目的在于使学生掌握流动及传热问题数值模拟的基本理论与建模思路、掌握常用商用CFD软件的使用方法，能够利用计算流体力学方法解决实际研究问题[2]。课程内容涉及了流体力学理论、数值计算理论、计算机程序设计以及计算软件的工程应用等。课程理论内容较多，学生学习起来较为吃力，常处于被动学习状态，因此需要改进教学策略，培养学生学习兴趣，改被动学习为主动学习[2]。同时该课程还与实际应用联系紧密，如何将理论与工程实际相结合，培养学生解决实际工程问题的能力，也是本课程教学中需要探讨的问题。经过多年在教学过程中的改革和摸索，下面浅谈一下我们在《计算流体力学》课程改革方面的一些探索。
一、计算流体力学课程内容
计算流体力学包含内容甚广，从总体上讲，可按照不同的应用领域分为两个主要方向：
1.将计算流体力学自身作为对象的课程体系。该体系的研究对象为计算流体力学本身，主要以流体力学数学物理模型模型构建、数值离散方法、高性能数值计算算法开发为主要内容，侧重点为计算流体力学理论及其实现方法。
2.以算流体力学应用为主的课程体系。此体系以如何更好地将计算流体力学方法应用于工程作为研究对象，主要以应用技能为课程目标，侧重点为现实物理问题的简化建模、利用计算机程序解决物理问题以及对计算结果的科学解释等。
对于应用型本科《计算流体力学》课程来讲，应当更多地关注计算流体力学在工程中的应用，将计算流体力学作为一项解决工程问题的工具，培养学生在利用该工具解决实际工程中的流体问题的能力[3]。
二、原有教学方法的弊端
西南石油大学机械工程专业较早开设了《计算流体力学》课程，培养了多届学生，积累了一些宝贵的教学经验。然而，该课程教学方式仍不够成熟，存在一些弊端，教学效果受到影响。这些弊端主要表现为：
1.教学内容偏于理论。在教学过程中，当前的教学内容还延续中传统的计算流体力学的基本内容，即：流体流动控制方程的推导、离散方法及线性方程的解法等，在课程讲解过程中，仍以有限差分法、有限体积法及这些数值算法的收敛性、稳定性、计算精度等方面作为主要的讲解对象，教授过程中涉及到大量的理论推导及数学理论的应用。在教学过程中，学生们普遍反映教学内容难懂难学，枯燥乏味。同时大量的理论教学还影响了上机教学时间。
2.工程实践能力转化不足。当前教学计划中虽然搭配了16个课时的上机教学，但仍显不足。经过多次的上机练习，部分学生能够掌握利用计算流体动力学方法解决工程问题的一般流程，但是大部分学生仍然不具备解决新问题的能力。在上机练习过程中，学生按照教师提供的上机指导书中的计算模型操作完成，而对于计算中非常重要的如计算区域创建、网格划分、数值计算模型选择、边界条件、初始条件及计算控制参数等缺乏自主的思考。针对上述问题，迫切需要对课程进行教学改革，提出新的教学理念，利用合理的教学方式，提高教学质量。
三、课程改革措施
计算流体力学课程改革主要从三方面进行。
流体力学现象及解释范文2
关键词：流体力学；课程教学；课程考核；改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）17-0091-03
《流体力学》是我校环境工程专业一门重要的基础理论课程。流体力学是应用力学的一个分支，它以物理学为基础，力学为依据，以数学、科学实验及计算机为工具，研究流体平衡和运动的基本规律，以及流体与固体的相互作用力。作为一门实用的工程科学，流体力学有比较完整的体系，它不但可以独立解决一些工程实际问题，而且可以为学习多种工程专业课打下必要的基础。其任务在于使学生掌握流体力学的基本理论、基本计算方法、基本实验技能以及在工程实际中的初步应用。通过该课程的学习使学生初步具备分析和解决实际流体力学问题的能力，并对后续专业课程的学习以及将来从事相关专业的工作和科研打下良好的基础。多年来，流体力学的教学内容主要是经典的流体力学理论和传统的实验分析方法，偏重于理论分析，教学内容比较抽象和单一，不能反映当前流体力学学科发展的趋势，不利于拓宽学生的知识面、提高学生的学习能力和创新能力。具体可以概括为以下几点：
1.流体力学的教学大纲不适应高等教育改革发展的需要，对教学目标和教学基本要求的定位不准，与培养目标的要求不太一致。
2.流体力学教学与环境工程其他专业课程结合不紧，导致许多毕业生在从事环境工程过程中感觉到流体力学对环境工程的指导作用不明显。
3.流体力学中的部分概念与化工原理中的内容相重复。
4.流体力学教材中缺乏反映近代科技成果的新内容和流体力学的新发展，与现代科学技术的发展联系不紧密。
5.教学方法和教学手段没有考虑到学生主体。
6.流体力学教学中没有引入演示实验，将其中抽象的物理过程和物理图像形象化、直观化，学生不容易深刻理解和掌握。
7.成绩评定形式单一，不能全面地考核学生所学知识和综合运用知识的能力。考核形式基本上是通过学期末的一次性闭卷考试完成，试卷题型也大都为考察课程主要知识内容点的选择题、填空题、计算题、证明题等，这种考核形式有引导学生死记硬背的倾向，缺乏对学生综合应用能力与创新能力的考核。
这些问题的存在导致在学生心目中，流体力学似乎没有其他专业课重要，是一门可学可不学的课程。因此，传统的教学大纲、教学内容、教学方式、成绩评定不能适应流体力学教学的需要，必须进行适当地改革，构建面向工程的教学体系，注重实践环节训练，搭建能力培养平台，建立更科学的考核机制，以适应形势的变化发展。目前，我国高校所使用的流体力学教材主要有毛根海编著的《应用流体力学》、李玉柱、苑明顺编著的《流体力学》、丁祖荣编著的《流体力学》、汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》。我校选用汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》作为指定教材。2012年，在认真梳理流体力学、化工原理及环境工程相关学科教学内容与环境工程专业培养目标的基础上，对流体力学教学大纲进行了修订、对教学手段进行改进，制作完成了与汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》相配套的多媒体课件，并在教学中投入使用，取得了良好的教学效果。
一、修订教学大纲
根据环境工程专业培养目标修订原有的教学大纲，使教学目标的工科特色更加明显。
二、改革教学内容
1.删减与化工原理重复的内容，对这部分知识点，把讲授的重点放在深化和提高上。
2.将流体的物理性质、静力学、动力学、水头损失和水力计算作为教学的重点。
3.大幅增加适应环境工程实践需要的内容，引入一些环境工程案例，让同学们未进入社会就能体会到流体力学对环境工程的指导作用
三、改革教学方法
新生入学开始就召开师生见面会，让学科负责人讲解专业培养方案，有经验的教师教授如何进入大学里的学习状态，引导新生尽快适应大学的教育环境和人文环境，树立全面人才培养的理念以及与之对应的教学模式、考核体系等内容。让新生对自己的大学生活作全局规划，从获得知识、提高专业技能的方式方法上不断开拓思维，寻求自己的努力方向。改变传统的“注入式”传授知识的教学方法，采用注重培养实践能力的教学方法，针对具体教学内容，灵活采用内容讲授、课堂讨论、双向交流、问题思考、习题训练、器材设计与制作、企业观摩考察等多种形式，使学生能较好地掌握流体力学的基本概念、基本规律，掌握分析解决流体力学问题的方法和思路，并使解决问题的能力得以提高。每次上新的章节时，先提出一些与环境工程实践密切相关的问题，然后告诉学生这一章节要学习的内容，通过这些内容的学习，就可以运用所学的相关知识解决这些实际问题，让学生带着问题学习，就不会盲目地学，激发学习的兴趣。如在流体的物理性质一章导入的阶段提出“为什么经验丰富的司机，总是要发动机预热一段时间后才开始行驶”？在流体静力学章节以“为什么点滴吊瓶的液体逐渐减少时而药液的流速却不变”？流体动力学中以“为什么飞机的头部有一根长长的针状物”等来导入。学完一个章节后，再告诉他们由于课堂教学时间有限，还有很多问题的解决需要更多的知识，引导大家自学。特别是课程教学已经过半以后，学生的基本流体力学知识有些储备后，要鼓励、启发、指导有兴趣的同学做一些拓展性的学习和思考，参与老师的科研或自己做些发明创造，如教学模具、实验器具等科技作品，培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。这时我会带些有兴趣的同学到污水处理厂、环保科技公司去参观考察，了解企事业的技术需求和科技难题，和同学们一起思考探索问题的解决方案。针对流体力学中的概念和规律比较抽象和枯燥的特点，采用多媒体辅助教学与传统教学方式相结合的教学手段，综合运用图像、文字、动画等展现图文并茂的教学内容，运用视觉效应加强教学效果、扩大知识面。例如，流体动力学章节中讲述流线的性质时，我引入草原上的老鼠在夏天躲在洞穴里纳凉的图片。洞穴靠下风口堆了一个土包，外面凉爽的风能吹进洞穴，若下风口没有土包，凉风进不去。以这种生动的形式展现课程内容，而不是简单地播放幻灯片。学生不仅学到了知识，而且感受到知识的生动有趣性。对于重点内容，要严格进行板书推导，一方面有利于学生理清思路；另一方面，有利于培养学生严谨的科学作风，不能简单地把热热闹闹当做生动有趣。对一些工程或生活中碰到的案例或常识，也不太容易做课堂实验时，可以通过一些课件来模拟。将理论知识与视频、动画、工程案例、生活常识相结合，调动了同学们的学习激情，使其从被动式听课转变为主动式欣赏知识。如在流体动力学章节，我引入了美国南北战争时期的彼得斯堡战役的一段视频：讲述一个叫普莱曾茨的士兵，运用流体力学知识解决地道通风的问题，巧妙地将叛军的防御阵地炸毁。这些视频、动画、案例中的氛围、情景不仅启发了他们的思维，更让他们享受到听课的乐趣，激发了其学习的积极性。
四、引入演示实验
整合现有的实验中心、环境工程实验室、环境科学实验室的资源，自行搭建或购置一些演示实验装置，将演示实验引入流体力学课堂，使流体力学中抽象的物理过程和物理图像变得形象、直观和可信，使教学内容更有表现力，便于学生深刻理解和掌握。若暂时没有条件，也要积极引入一些相关实验或实例的视频，播放给同学们学习。如伯努利方程式是流体力学教学中的一个难点，非常抽象。因此，在学习这部分内容时，我就在课堂上做些表面上看起来匪夷所思的实验，但却可以用伯努利方程式很容易解释这种现象。例如嘴用力吹一个漏斗，乒乓球而不落地。学生非常惊诧这个现象，立刻想知道为什么会这样，学习的积极性立刻被调动起来。然后在黑板上画出示意图，再用伯努利方程式解释，学生就会理解透彻、记忆深刻。
五、加强素质拓展
鼓励学生积极与工程、生活、生产实际相结合，制作小发明小创造，参与科学研究、社会调查等。如在教学过程中，我多次组织学生参与各类科研论文大赛、发明大赛，取得了不错的成绩。通过这些锻炼，不仅加深了学生对课程的理解，更重要的是培养了学生的能力，增强了学生的自信心。积极组织学生参与本科生创新创业训练计划、优秀毕业论文培育计划、大学生科研论文大赛、大学生专利发明大赛以及环境与健康协会等；参与污水处理厂、环保部门、环保企业及各类生产单位的科研、生产工作。通过创建实习基地、培训基地、现场调研、技术咨询、项目合作等形式，获得与流体力学有关的技术难题。再以这些问题为范例，通过现场考察、技术交流、故障诊断、问题分析、解决方案、实施效果等环节，供学生学习参考。不仅解决了工程实际问题，而且开阔了学生的视野。让学生预先进入工作角色，以业务需求带动求知欲望。只有在实际工作中，学生才能对专业知识的应用、交叉学科之间的作用以及教学科研的关系有越来越明晰的认识，对于专业课程的学习重点、专业知识的获取有更明确的思路。
六、改革考核方法
教学内容、教学方法与教学手段的改革，必须与课程考核方法的改革相配套。为了提升考核环节对于人才培养的支撑度，推动教学理念与内容、方式与方法的变革，切实发挥课程考核对教学效果的检验与评价作用，我校于2011年制定了本科生课程考试管理办法，2013年制定了全面提高本科教学质量的实施意见，2014年学校启动教学考核改革试点工作，《流体力学》是我校第一批立项的课程考核改革试点课程。在新的考核方案中，我更加注重学生对基本概念、基本规律的理解，学生分析、解决实际问题的能力。实行过程化考核、多种形式的考核。全面考察学生对知识的掌握程度、概括能力和综合应用水平。可以单元测试时采用开卷考试，期末考试采用半开卷考试，试题有一半是自己出的试题。考核试题中的开发性试题就是用所学流体力学知识解释、处理日常生活、工程中的现象等。
1.丰富考核方式。紧扣课程目标，选择能够全面衡量学生学习效果的考核方式。将笔试、讨论、口试、项目设计、调查报告等多种形式相结合，将知识理论识记的考察与分析解决问题能力的检验并重，对学生进行系统地评价。
2.强化全程评价。把课程考核贯穿于教学的全过程，将过程评价与终结评价相结合，设计不同阶段、不同方式考核的分值比例，对学生的学习效果进行有效评价，改变“一考定成败”的现象，扭转“期末突击死记硬背”的不良学风。过程考核在评定学生综合素质和能力的同时，加强了对学生学习态度等非智力因素的考察，分课堂表现和课下表现，各占总成绩的10%。过程考核成绩占总成绩的30%，期末考核占总成绩的50%。过程考核有章节考核、期中考核和归纳总结考核。章节考核分3次进行，考核形式为开卷，每次5分，满分为15；期中考核，考核形式为开卷，满分为10分。每次考核用两套试题，一半学生用A试题，一半同学用B试题，学生预先不知道自己拿到何种试题；归纳总结能力考核，学生根据自己对课程的把握、见解出一份合适的试卷，教师据此评分，满分为5分。期末考核的考试形式为半开卷（一张复习纸的开卷考试），试题范围覆盖教学大纲，没有课本中能直接找到的概念性记忆性试题，但又要熟记并灵活运用课本知识，强调知识的综合应用和实践运用。题型包括选择题、计算题、作图题、项目设计型和开放性试题。建立电子试题库，实行抽题组卷，实现教考分离。试题库中有一半是学生出的试题（由教师筛选出优质的试题，或稍作修改），一半为教师出的试题。
3.优化考核内容。以促进学生全面发展为原则，选择考核内容。在评定学生对基础知识、基本理论和基本技能的同时，突出对学生分析解决问题、动手能力及综合素质的考察。采用体现创新特点的考试题型，以适应学科专业与相关行业发展的新要求。坚持合理性原则，考核内容的选择符合考核课程目标的要求。理论知识考核的重点为课程知识体系中核心要点、基本原理的理解与运用；实践知识方面突出对操作流程的熟悉程度、实践结果分析运用能力的检测；综合素质方面的考察坚持以能否有效支撑专业发展为标准。课程考核综合考虑各方面因素，首先是课堂表现，即学习态度，考核实行扣分制，满分为10分。如上课旷课、玩手机、听音乐、交头接耳等，第一次扣1分，第二次扣2分，第三次扣5分，四次以上全扣。其次是作业考核，满分为10分。作业次数为7，交1次作业得1分，总作业次数分为7；质量分为3，视工整度、正确率给分。
4.畅通信息反馈。考核结果及时上网公布，学生可以查看自己的考核成绩，对自己前段时间的学习效果有一个清醒的认识，及时调整学习态度、学习方法，激发学生学习的主动性与积极性。切实发挥课程考核对教学效果的检验与评价作用，对教学内容与方式改革的推动作用，对学生学习投入的引导作用，促进本科教学质量的不断提高。在教学过程中，选择适当时机向学生征求关于教学方法、考试考核模式等方面的意见或建议，以及前段时间学习的感受，我再根据学生反馈来的信息，及时调整教学方法、手段、进度等，认真处理好教与学的关系。并根据学生的意见、可采纳程度、对教学的关注程度进行打分，并计入该门课程的平时成绩。
七、结束语
流体力学是一门系统性、理论性很强的应用力学课程，体现了力学、数学、物理等交叉学科在工程中的应用。因此，如何将知识传授与提高学生应用能力、培养学生科研意识、适应社会需求相兼顾，对于教师自身素质、教学水平和教学方法是一个严峻的挑战。以环境工程专业学生流体力学的工程应用能力及创新能力为目标进行教学改革，并对考核方式、内容、过程和反馈进行配套改革，推动教学理念、方法的变革。加强学生学习的积极性和主动性，对所学知识的理解和应用，真正掌握相关知识，为日后工程，科研和工作打下良好基础。
参考文献：
[1]王烨，李亚宁.流体力学实践教学改革网络体系的构建[J].力学与实践，2013，35（3）：89-91.
[2]谢翠丽，倪玲英.工程流体力学本科课程引入CFD教学的探讨[J].力学与实践，2013，35（3）：91-93.
流体力学现象及解释范文3
关键词:农林高校;热工基础及流体力学;课程教学;实践创新
当前，在“绿色发展理念”深入人心的时代背景下，农林类高校迎来了很好的历史发展机遇;同时社会和企业对农林类专业人才的需求更加重视质量，对人才的知识深度、广度和对专业基础课、专业特色课核心知识的实践运用能力，均提出了更高要求。提高机械设计制造及其自动化专业学生林业装备系统总体及其子系统技术的掌握程度，拓展学生在林业装备系统上运用专业基础课、专业特色课中核心知识的科研能力，是农林类高教工作者面临的共同课题［4］。
1课程教学剖析
1．1课程内容
“热工基础及流体力学”这门课程是机械设计制造及其自动化专业的一门综合性专业基础课，是后续液压与气体传动、泵与风机、林业机械等专业及特色专业课的重要基础。课程目标包括:掌握工质的热力学性质、热力学第一定律、第二定律、热工转换的规律和理想气体的热力学过程，学会基本的理论分析与计算方法;通过对热量传递的三种基本方式、导热基本理论、对流换热基本规律、黑体辐射基本定律等内容的学习，使学生具备对基本的传热学问题进行分析和总结的能力;掌握流体的主要物理性质和流体静力学的基本理论知识，学会流体上的作用力分析，能够推导流体动力学方程的连续性方程和伯努利方程，针对黏性流体，能对管内流动状态进行判断;能够对“传热学”“工程流体力学”的实验结果进行分析和解释，通过实验数据综合分析工程中的现象及问题，并得到合理有效的结论。总体来看，本课程讲授内容包括工程热力学、传热学以及工程流体力学三大板块的内容，是在高等数学、大学物理、理论力学、材料力学的基础上进行深化学习，拓展到实际的工程问题，所以本课程不仅理论性强，而且工程应用性也很强;与机械设计制造及其自动化专业其他课程相比，该课程涵盖了本应三门独立开设的课程内容，知识难点聚集、微积分公式众多、三大知识板块思维跨度大、学生融会贯通掌握难。但是，学生对课程内容的掌握程度直接影响后续专业特色课程的学习情况。
1．2教学思路
目前，本课程总学时为48学时，理论授课42学时，实验授课6学时。三大板块的教学内容多，理论授课课时较少，矛盾突出:(1)学生由固体学科切换到流体学科的学习需要较长适应期;(2)课程中较多章节内容抽象，且涉及大量公式推导及专业的概念铺垫，加之为了跟上教学进度教学内容更新较快，学生普遍反映课程难度较大;(3)教学内容和后续专业及特色专业课内容衔接性不够紧密;(4)从内容的充实性和课程的结构上来看，“热工基础及流体力学”这门课程的教学内容已经满足要求，但是对接林业机械领域最新技术，强化学生创新思维方面，当前的课程建构仍无能为力;(5)由于本课程的学习不涉及具体的机械装备系统，使得同学们对本课程在专业中的地位认知不足，学习积极性欠佳，这些现状使得提升教学效果难度较大。针对上述课程特点及教学现状，结合农林类高校“机械设计制造及其自动化”专业的实际情况，制定了如下教学思路:(1)授课时，使学生从机电系统、固体力学等学科的思维中切换出来，将空间观测法跟同学们探讨透彻，基于空间观测法开展“热工基础及流体力学”的课程教学。(2)在教学大纲中删除过于抽象、应用面较窄的教学内容，深入讲解与后续“液压与气体传动”“泵与风机”“林业机械”等课程关联度较深的内容，为专业及特色专业课的学习做好扎实铺垫。(3)结合在林业机械领域与“热工基础及流体力学”紧密关联的科研经历，探索寓教学于科研、科研反哺教学的授课模式，强化同学们对“热工基础及流体力学”在“机械设计制造及其自动化”专业里占有重要地位的基础认知，显著提升同门们自愿学习、自主学习的热情。(4)注重思维方式、终身学习意识的培养。教学过程中注重切入问题角度的讲解，使得同学们在明白问题的同时更养成学习思考问题方法的习惯;从固体学科到流体学科是一个较大的跨越，在跨越的过程中，使同学们树立终身学习意识，为以后培养同学们提出、解决林业机械领域学科前沿性、热点性问题的能力打下坚实基础。
2课程构建探讨
在“碳达峰、碳中和”的硬性发展要求及“绿水青山就是金山银山”的发展理念加速推进的浪潮之下，农林高校“机械设计制造及其自动化”专业的毕业生在高等教育系统中的地位不断提升，所以基础专业课程构建更需获得与之地位匹配的重视。一方面，基础专业课课程构建要体现基础知识的深度和广度;另一方面，内容要很好衔接并服务于核心专业课、特色专业课，为学生后期毕业设计、研究生科研深造做好铺垫。
2．1课程内容深度衔接核心专业课
“林业机械”是南京林业大学“机械设计制造及其自动化”专业的核心专业课，内容涵盖林业动力、整地、清理、苗圃、造林、抚育、保护、防火、采伐、采摘、智能化等机械。其中，和“热工基础及流体力学”专业基础课相关的包括动力、清理、保护、采摘等板块。林业动力机械(包括泵、风机)涉及“工程热力学”中热能和机械能之间的转化问题，同时也涉及“工程流体力学中”可压缩混合气体压强、温度变化和装置的动力匹配问题;林业清理机械涉及“工程流体力学中”不可压液态水在管道内部的流动，在雾化器内的流态分布、出口后雾化粒径分布等复杂多相流问题，如图1所示;林业保护机械中喷雾射程、喷雾穿透涉及“工程流体力学中”可压缩流体空气的外部流动及耦合风场、雾滴的多相流动问题，如图2所示;林业采摘机械中，基于负压的采摘系统涉及可压缩流体空气的管内流动问题。从衔接核心专业课的角度来看，一方面，农林类高校“热工基础及流体力学”这门专业基础课程应该深耕“工程热力学”和“工程流体力学”，而“工程流体力学”应该是重点中的重点;另一方面，也好兼顾课程内容的完整性，“传热学”也要适度调整。
2．2匹配三大板块关系，优化课程结构
建议协调、平衡三大板块的课时占比，同时明晰课程内容的内在逻辑关系，在此基础上进一步优化课程结构。在“工程热力学”(热能的间接应用)板块中，我们将实现热力学能向机械能转化的媒介称之为“工质”，媒介一般是“单一气体”或者“混合气体”，热力学第一定律、热力学第二定律、工质热力学性质及理想气体的热力过程等课程内容和专业核心课程林业机械吻合度较好。“工程流体力学”中，对流体的终结性定义是“抓不起来的物体”，一般性的定义是“气体和液体”的总称，但课程内容中流体基本概念的铺垫、流体静力学、流体运动学、流体动力学及黏性流体等课程内容都是基于不可压的液体，同为流体，但气体和液体的性质及研究重点相差甚远，“气体”这种流体相关课程内容的缺失为后续专业核心课程的学习带来很大知识结构缺陷。“传热学”(热能的直接应用)中，对导热、对流传热(混合传热，主要是流体和固体之间)、辐射传热的基本原理、工程应用等课程内容做了比较详细的讲解，但是后续专业核心课程对传热学中的知识需求很少，仅仅在脉动燃烧技术这一研究领域有所涉及。总体来看，不管是“工程热力学”中的“工质”，还是“工程流体力学”中的“气体”，再或者“对流换热”中的“流体”，其中“气体”是课程的“最大公约数”，也是和林业机械这一专业核心课程相关的“最大公约数”。鉴于此，“工程热力学”教学内容总体上可以维持不变，部分章节可以简化，不重要的知识点减少不必要的推导，侧重理论、公式概念的理解和应用，这样可省出一部分课时。总课时不变的情况下可以合理缩减“传热学”的课时，对辐射传热只做一般性介绍;考虑到相似原理在流体力学的试验研究中也有重要应用，可以在这里对相似准则进行深入讲解，省出较多课时。将“工程流体力学”放在最突出的位置，省出来的课时分配给这一部分;增加可压缩流体“漩涡势流理论”“相似理论中的量纲分析法”、包括气体动力学中“扰动在外空间流场中的传播”及“管内气体的流动”等内容，以匹配林业机械核心专业课。
2．3树立自主学习、终身学习意识
目前，流体力学板块中关于可压缩流体的课程内容匮乏，教学中会鼓励同学们在MOOC上寻找优秀资源进行线上学习，使同学们树立自主学习意识。通过工程流体力学板块，我们在体力学的范畴内将研究运动的方法由拉格朗日法提升到欧拉法，这是一个显著的改变，也是重要的进步，通过这一步，有助于培养同学们的终身学习意识。
结语
流体力学现象及解释范文4
关键词：创新能力；TRIZ理论；教学环节
作者简介：曹贺（1978-），女，辽宁昌图人，黑龙江科技学院机械工程学院，副教授；刘训涛（1975-），男，黑龙江鸡西人，黑龙江科技学院机械工程学院，副教授。（黑龙江 哈尔滨 150027）
基金项目：本文系黑龙江省高教学会“十二五”规划课题“TRIZ理论在本科教学中的应用与大学生创新能力培养的研究”（项目编号：HGJXHC110906）、黑龙江省教育科学规划课题“基于卓越工程师培养的本科毕业设计改革的研究与实践”（项目编号：GBC1211109）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0027-02
高校推行教学改革进行素质教育，构建新型人才培养模式，必须重点突出创新，必须坚持知识、能力和素质的辩证统一。专业知识的传授是教育的主要内容之一，但知识不等于能力，更不等于综合素质。理论教学包括基础课和技术基础课等一系列课程，实践教学包括各类实验、实习、课程设计、毕业设计等。[1]为适应新时期应用型人才培养的要求，必须要使创新能力培养贯穿于教学的每个环节。即将理论教学与实践教学很好地融合，将创新能力培养贯穿其中。
一、大学生创新能力的培养有规可循
联合国教科文组织丛书《教育——财富蕴藏其中》指出：“在社会和经济迅速变革的世界里，可能更重视想象力和创造性。”大学生是创新人才的主力军，蕴藏着强烈的创新潜能，需要去培养开发。大学生精力旺盛，朝气蓬勃，乐于接受新事物，不愿意固守陈规，他们思想活跃，精力充沛，善于学习，创新欲望强。大学生这些积极的特点需要爱护并正确引导，培养、开发和挖掘大学生的创新潜能。
人的创造性是随着人的大脑进化而进化的，其存在的形式表现为创新潜能，将创新潜能转化为显能，也就是创新能力，这就是创新的可开发性，即创新能力是可以激发和提升的，创新思维是可以通过训练培养的。
TRIZ是解决发明问题的理论。TRIZ理论是前苏联阿奇舒勒等研究人员在分析研究了全世界250万件专利的基础上所提出的发明问题解决理论。TRIZ理论认为发明问题的基本原理是客观存在的，发明问题具有可预见性。TRIZ研究人员发现，在一个工程领域中总结出的技术系统进化法则、发明原理及解决方案可在另一工程领域实现。[2]正是在进行这些研究的基础上，形成了解决发明问题的系统化方法——TRIZ理论。其中的进化法则、40个发明原理、矛盾矩阵、物-场模型分析、76个标准解法、ARIZ等发明创造模型成为了开启创新之门的“金钥匙”。应用TRIZ理论时，首先要将待解决的问题抽象转化为TRIZ问题，然后利用TRIZ的发明原理、标准解等工具，得出该TRIZ问题的解决方案模型，最后再通过类比应用转化为该问题的最终解决方案。[3]
大学生的创新思维和创新能力的培养和开发可以借助TRIZ理论这个系统化的创新工具，将TRIZ理论融入到教学的各个环节当中，形成基于TRIZ理论的创新训练框架。如图1所示。
二、理论教学中结合TRIZ理论
创新能力是靠教育、培养和训练激励出来的。在课程教学中引导学生进行自我训练，有意识地观察和思考一些问题，如“为什么”、“做什么”、“应该怎样做”、“是不是只能这样”、“有没有更好的方法”等。依托与日常生活及各行业联系紧密“工程流体力学”和“液压与气压传动”等专业基础课，在教学过程中引导学生思考现实生活中的各种现象，启发学生根据需要提出问题，并采用发散性思维解决实际问题。[1]让学生在课堂中用TRIZ理论进行思考、讨论，拓展学生分析和解决问题的思路，激发创新意识，进行创新思维训练。比如，在“液压与气压传动”课程中，适当地加入训练学生发散思维的环节，请学生运用TRIZ中的发明原理及技术矛盾解决矩阵来设计某些液压元件的改进形式，或改变回路的布置方式来实现同样的功能。从而使学生更加深入透彻地了解和掌握课程内容。又如，在“工程流体力学”课程教学中，流体力学的现象很多，在讲授流体力学现象的时候，不按常规的方式去解释现象及其原理，而是采用科学发现的方式，通过现场实验或flas直观展示流体现象的整个过程，引导学生观察和思考，从而解释现象，揭示其原理，这比灌输式的教学方法更能使学生印象深刻，同时锻炼了学生分析和解决问题的能力。
三、实验教学中引入TRIZ理论
综合性设计性实验主要是用来培养学生综合运用所学理论分析问题和解决问题的能力。[4]这些实验不同于验证性实验，需要学生充分发挥创新思维能力对实验进行设计和分析。比如，在液压传动综合实验的教学中，首先由学生自拟实验方案，选取实验元件，设计回路。其次在液压系统仿真软件Automation Studio下进行系统模拟，该软件具有对液压系统虚拟设计、模拟、测试、分析等功能，通过模拟可以进一步完善、修改液压系统的设计及分析等工作。最后在我校力士乐液压实验台上安装、调试系统，并进行相关参数测试。在综合性设计性实验的教学中引入TRIZ理论，启发学生的创新思维来完成实验内容。同时，鼓励学生找出现有实验方法的不足，怎样利用这些不足？这样可以帮助他们发现有价值的内容，提出改进的方向，增加系统的理想度，指导学生应用TRIZ理论中消除矛盾的规律找出可行性方案。
四、课程设计和毕业设计中应用TRIZ理论
流体力学现象及解释范文5
关键词：岩石力学；采矿；问题；措施
中图分类号： P58 文献标识码： A
在矿山的开采中对于岩石力学的应用是非常普遍的，其主要来源于大规模的工程实践。由于采矿工程一般规模比较大、施工条件复杂，不管是地下还是露天的采矿工程，都是以具有地质构造的岩石为对象，这也就决定了岩石力学的问题将贯穿于整个采矿工程的实际。在采矿工程中的岩石力学，主要包括岩石的稳定性以及强度等，它是会随着矿山中岩石内部的结构发生不同的变化。与此同时，因为采矿工程是一个动态的过程，所以在这其中岩石的力学性质会随着矿山工程的进展发生变化，还有就是自然环境也对其有一定的影响。这就决定了在矿山工程中的岩石力学应用手段必须多样化。
1、岩石力学研究的目的和内容
岩石力学研究的目的是对矿区内不同类型岩体的地质结构、岩石组成及其强度和应力的资料给以解释，按岩石力学的要求对矿、岩体进行分类，以便根据其自然崩落性选择合适的开拓方式和采矿方法，从而为制定采矿试验计划和编制采矿设计提出推荐意见。
岩石力学研究的主要内容有：断层和破碎带的位置、形态和相对运动；不同类型岩石及其夹层的抗压、抗张、抗剪强度；微裂隙的类型及系统；区域残余应力的大小、方向和变化；应力释放的方法；在一段时间内岩石的应力集中及其移动的性态，坑内井巷工程不同支护方法的效果；使应力影响减少到最小的井巷工程的位置及方向等等。
2、背景研究
2.1、采矿工程的力学背景
采矿工程的力学背景，主要指的是在原有平衡关系的基础之上建立起新的平衡结构，它具有一定的时代特色。现如今，采矿工程已经打破了以往的规划设计理念和方法。主要表现在：对相关地表下经历数亿年形成的平衡结构的，建立起来一个新的稳定空间，更加的具有平衡性，很好的减少了岩石碎裂现象的发生。也就是说在具体的采矿工程的工作中一定要注意其开采的背景，注重工程的安全性问题，以此来极大地维持好新建的平衡空间的稳定性。
2.2、岩体力学的时代背景
岩体力学不是一门系统的学科，它属于地质学与力学之间的一门边缘学科，但是它却可以帮助施工人员解决一些地质学和力学无法解决的实际问题，现如今我国对于岩石开采量逐年增大，所涉及的规模和复杂程度也不是同日而语，在智能化时代中处理这些规模巨大的岩石问题时必须要采用岩体力学的知识来加以帮助，我国的地质人员经过努力已经在这方面积累下了丰富的经验，虽然说与国际先进水平相比还是有一定差距，但也不可否认我国在这方面所做出的进步，不足之处主要是在于我国在综合实际应用过程中未能将已有的研究成果灵活成功应用到过程实践中去。
3、岩石力学和其他学科在采矿中的结合应用
在采矿工程中对于岩石力学的应用并不是单一化的，而是同其他的一些应用性的基础学科相结合应用的。岩石力学的理论基础是相当广泛的，也就涉及到很多的其他的基础性应用学科。主要有：
3.1、固体力学
固体力学是一门在力学当中形成的比较早且其理论性比较强的分支，固体力学主要是对可变形固体在外界因素作用下对于它内部的质点所产生的各种规律的研究。而在具体的采矿工程中，固体力学的应用主要有材料力学、结构力学以及断裂、损伤力学等等。
3.2、流体力学
流体力学主要是对于流体本身的静止以及运动状态，以及其在运动时的相互作用规律的研究。在这其中对于流体研究最多的就是水和空气。比如说在采矿工程中的地下采矿工程中，主要研究的对象就是地下的水以及瓦斯等矿井气体。而在露天的采矿工程中，主要研究的对象就是当地开采的地质以及相应的自然条件。
3.3、爆炸力学
爆炸力学是研究工作中爆炸的发生情况以及其自身规律，并且做出对爆炸力学效应的合理利用和有效的防护。它主要是从力学的角度来研究爆炸的能量以及急剧转化的过程中产生的各种效应。与此同时，爆炸力学还是流体力学、固体力学以及物理、化学之间的一门交叉学科。
3.4、计算力学
计算力学是综合力学、计算数学和计算机科学的知识，以计算机为工具研究解决力学问题的理论、方法，以及编制软件的学科。从20世纪50年代以来，它在力学的各分支学科和边缘学科中得到了很大的发展，无论是在科学研究还是工程技术中均得到了广泛应用。常见的计算力学方法并已广泛用到数值模拟计算中的有:几何非线性有限元法、热传导和热应力有限元法、材料非线性有限元法、离散元法、无网格法、有限差分法、非连续变形分析等。以计算力学为基础的数值模拟方法在采矿工程中的研究应用也正广泛地开展起来。
4、力学问题与采矿工程的关系
4.1、钻井工作
在具体的采矿工程中，对于钻井的选型，要进行前期的细致检查以及过程中的保养。对于在工程中发生的特殊事故，比如在工程中当采油出现意外、瓦斯发生渗漏的时候等等，就必须应用到力学问题分析对地层致裂和渗流的工作问题。
4.2、矿场环境监测
在具体的采矿工程中，要对采场的地压进行监测，当出现异常情况的时候，及时预警，同时要考查矿石滚动的规律，一次预防意外事故的发生。对采矿区的路段也要进行严密监测，对露天陡坡进行监测，确保其稳定性。
4.3、爆破工作
对于采矿工程中的爆炸问题要特别的关注，努力做好岩爆机制的预防，关注硬岩的非爆炸破碎方法，研究矿岩的粉碎力学和岩石的爆破力学问题。以此保证爆破工作的顺利、安全开展。
4.4、崩落采矿工作
对于崩落采矿工作，要做到：了解岩石的力学性质、岩性、地质因素等工程以及开挖、回采地压等生产因素，注重它们的关联性。岩石力学对崩落采矿具有关键的指导性作用，其主要的应用范围有：应用岩体自身特征，结合地应力对工程进行控制，达到实现崩落采矿的目的。在采矿工程中使用崩落采矿法的决策时，运用力学充分掌握岩体的断层特点，深入研究岩体的可崩性，才能够将比较适合的崩落采矿方案制定出来。
5、岩石力学在采矿工程中应用现状
5.1、对深部开采所带来的灾害预测
要知道对于矿山的深部开采是一件具有一定危险系数的工作，可能会遇见矿震、岩石爆炸等危险，并且这类事故是常有发生的，目前已经有很多国家有过类似的经历，但是目前对于岩爆的预防以及防止工作却没有引起相应的重视，施工队伍对矿山的开采已经越来越深入，所面临的危险也自然越来越大，因此对于这方面必须加以重视，应用岩石力学的相关知识对工程地质进行调查，应力测量以及一些岩石力学实验，通过对能量的聚集和变化的研究去探讨岩爆的发生原理，从而对岩爆进行一定的防治工作。
5.2、矿山地应力场测量
地应力是存在于地质底层中的天然力量，它是引起在岩石开挖过程中原岩应力发生变化的力量，对其进行研究是对于开采方案进行研究的首要前提，对于采矿工程来说，实现必须要了解掌握具体工程中的地应力状况，这样才能对矿山进行合理的总体布置并且选取适当的采矿方法，长期以来，我们所生存的地球已经经历了无数次的构造运动，逐步演变出地球地应力复杂性，要想安全的进行采矿工程，就必须对其进行实地应力测量。
5.3、大型露天矿边坡设计优化
现在我国已经有很多露天矿山开采转为了深凹开采，随着开采难度的越来越大，对于安全性以及稳定性的维护就越来越难，边坡滑移的破坏事故发生日益频繁，这些都严重的威胁到了矿山开采工作的安全性，但是，减少边坡角滑坡事故与增加成本之间却出现了矛盾，对于这种情况，我们就需要经过精确的定量而不只是定性计算并充分考虑岩体条件和地应力的作用，在能够保证安全的前提条件下，尽量的节省成本，保证工程效益。
6、岩石力学在采矿工程中的发展趋势
岩石力学在采矿工程的发展趋势之一就是多学科的相互交叉综合集成。在采矿工程中，很多不确定的因素都会导致工程的安全性下降。所以在以后的工作中综合地质、力学试验以及物理、化学分析等学科知识将是解决该问题的最好途径。其二是多尺度的综合集成，现阶段，随着矿井开采深度的日益加大，采矿工程中的岩石力学问题出现了热、流、固、化多场并存的状况。所以对于多相运动的研究还有待深入，在以后的工作中将会更加的关注多尺度的综合集成问题。
总而言之，采矿工程是一个十分复杂的系统工程，涉及许多不同的专业领域。而运用力学知识完善采矿工程是现如今采矿业的一大要务，但是力学在促进采矿业发展的同时，依旧存在许多不足。这就要求相关的采矿工作人员应该紧密结合采矿工程实践与采矿工程力学关系理论研究，通过完善我国的采矿技术，提高我国的采矿率，以此来有效地降低采矿成本。
参考文献
[1]赵双德.关于采矿工程与力学关系的探讨[J].黑龙江科技信息，2013，16:24.
[2]曹旭.岩石力学在采矿工程中的应用探讨[J].河南科技，2013，18:44.
流体力学现象及解释范文6
绿色能源
自从中国人发明烟囱开始，就像拦河筑坝提高水位差的烟囱抽风效应早已向世人说明有不需要人们源源不断地提供能量持续稳定取之不尽用之不竭的永动能量存在。烟囱抽风效应用初中物理原理解释：是地面与高空的大气压差力和温度差产生的。不用初中物理原理用分子运动论的观点也可以解释为什么大气层不均匀分布，能造成大气压下高上低的现象。这是一种特殊的布朗运动！可人为制造，控制的布朗运动！简单的烟囱抽风效应作用力不大，意义重大！他说明有可为人们源源不断提供持续稳定、取之不尽用之不竭的静态流体能量存在！从理论上讲，烟囱抽风效应与烟囱(管道)的高度、烟囱直径大小、高度和截面积的优选、烟囱的内表面形状、其他因素的影响(如：流体加温、加速、加大压差的装置)息息相关。随着科学的进步，各种高强度、质轻的新型材料如雨后春笋般出现！空间站与地球间的天梯，高空浮云飞艇已不复再是梦想。摩天大楼欲以天公试比高！制造、竖立高高的烟囱(管道)以当前的科技水平已不再是难题。流体力学理论的发展。各种新学科、新技术如：引射升、射流、涡旋增压、涡旋减压、水，大气，气体各种流体压强间的互相转换、能量储藏等的出现，融合贯通使影响烟囱抽风效应的其他因素(如：流体加温、加速、加大压差的装置)手段更多，或可在烟囱(管道)里产生持续稳定强大的龙卷风。半球实验已向世人展示气压巨大的能量，毋须赘述。
大气层高处与地面和大海深处与海面时时刻刻都存在温差已是不争事实。也是可以源源不断地为人们提供持续稳定、取之不尽用之不竭的永动能量。利用飞艇和深海冷凝器将大气层高处与大海深处冷源用热传导和热传导对流或其它方式传导、保存在地面或海面的冷源储藏库里。在地面或海面建立热源储藏库储藏地面或海面高于大气层高处与大海深处的热源。必要时还可用太阳能或其他方法加大热源储藏库与冷源储藏库的温差，在热源储藏库与冷源储藏库之间使用低沸点工作介质或将置于热源储藏库里与冷源储藏库里的热敏金属用导线连接，产生电流或其他方法。源源不断为人们提供持续稳定、取之不尽用之不竭的静态流体能量！较用导线将南北极和赤道连接起来发电的永动设想更简单、方便、合理。更不破坏生态。
拦河筑坝提高水位差发电，用初中物理原理解释：是水从高处落下的重力势能做功。用帕斯卡定律解释：是排水口所处水深的水压强能量做功。裂桶实验证明了神奇与巨大的水压强能量！此能量在大海、大水库里持续稳定、取之不尽用之不竭。随着科学的进步，各种耐压力的高强度、质轻新型材料如雨后春笋般出现！蛟龙号深潜器就为我中华扬眉吐气了！我记得有一种深海作业能源发生器就是利用了深水压强能量，用一个空气储藏器，到达深水后拔了插销，深水压强能量压缩空气，驱动深海作业工具。压缩空气用完只好再换另一个。深水压强静态流体能量用初中物理原理解释：是一种特殊的重力势能。用另一种观点解释：是静态水的流体内能。由此可见要深水压强静态流体能量源源不断地为人们提供持续稳定、取之不尽用之不竭的永动能量。能量持续稳定、取之不尽用之不竭不难，难在要源源不断地提供能量！随着流体力学理论的发展。各种新学科、新技术如：引射升、射流、涡旋增压、涡旋减压、水，大气，气体各种流体压强间的互相转换、能量储藏等的出现，融合贯通使深水压强能量应用如虎添翼。进水适用帕斯卡定律、涡旋增压、排水利用水，大气，气体各种流体压强间的互相转换不再适用帕斯卡定律，能量储藏、射流、引射升、涡旋减压等更使利用深水压强静态流体能量为人们源源不断地提供持续稳定、取之不尽用之不竭能量的梦想成真！
