计算流体力学概念

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计算流体力学概念范文第1篇

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。

计算流体力学概念范文第2篇

关键词：流体力学；理论教学；实验教学

一、流体力学课程特点

流体力学是水利工程、环境工程、给水排水等专业的一门学科基础必选课，与后续专业课联系紧密。如对于给排水专业来说，后续的水泵与水泵站、建筑给排水等课程的学习都需要用到流体力学方面的知识。流体力学具有较强的理论性和实践性，该课程理论抽象，理论公式推导和基本概念比较多，学生需要在掌握基本概念及理论公式推导的基础上，清楚了解公式的应用限制条件，才能灵活运用所学知识来解决实际问题。另外，实验是流体力学课程的一个重要环节，与所学理论知识紧密相关，是验证理论、数值计算结果的重要途径，是学生获得感性认识的主要手段，对于培养学生的实际动手能力，加强对所学理论知识的掌握方面起着重要作用。根据笔者多年的教学经验，目前，在流体力学课程的教学过程中存在着一些问题：课堂例题和课后习题与工程实际脱节，理论与实际联系不够紧密，学生对所学知识在实际工程的应用不甚了解，只会机械照搬公式解题；教师主要采用课堂灌输、学生被动接受的教学模式，与学生的互动比较少；所开设的实验多为验证型和演示型实验，学生自己设计实验并加以验证的机会甚少，不利于学生思考问题、分析问题和解决问题能力的培养，更不利于学生解决实际工程问题能力的培养。因此，流体力学课程教学需要采用多元化教学模式、加强理论与实际的联系、对实验教学环节进行改革，以取得较好的教学效果。

二、教学方法探讨

（一）理论教学方法探讨

1.重视绪论的作用。

绪论对于讲好一门课是非常重要的。通过对绪论的学习，学生可了解本课程涉及的主要内容，在学科领域中的地位，发展历史、现状及发展方向，与后续专业课程的联系，在社会经济发展中的地位与作用等。通过对绪论的学习，可以让学生了解学习本学科的意义、目的及重要性，激发学生对该门课程的学习兴趣，安排好学习计划，为学好该门课做好充足的准备。

2.采用启发式教学手段。

现代教学论中的启发式教学思想的特点是：强调学生是学习的主体，教师要调动学生的学习积极性，实现教师主导作用与学生积极性相结合；强调学生智力的充分发展，实现系统知识的学习与智力的充分发展相结合；强调激发学生内在的学习动力，实现内在动力与学习的责任感相结合；强调理论与实践联系，实现书本知识与直接经验相结合[1]。因此，将启发式教学思想应用于流体力学课程教学，把学生放于主体地位，可充分调动学生的学习积极性，提高学生对本门课的兴趣，增强学习效果；教学中通过理论与实践的紧密联系，便于将理论知识应用到工程实践中，要使学生对知识的掌握更加灵活牢固，并为以后课程的学习及工作打下坚实基础。

（1）采用对比法。授课时，将相近或相反的定义、概念进行对比，加强学生对概念的理解和掌握。如讲解流线和迹线、恒定流和均匀流、层流和紊流等概念时，采用比较法授课，避免学生对学习内容的混淆。另外，还可将新旧知识进行对比，使学生在复习旧知识的同时，加深对新知识的掌握。如在讲动量方程时，可将动量方程与能量方程的应用前提条件、所能解决的问题进行比较，从而加深学生对这两大基本方程的理解和掌握。

（2）采用联系法。在讲概念之前，先引入实例。如在讲卡门涡街概念之前，先介绍电线在风中发出声响的原因；通过介绍汽车外形设计，讲解绕流阻力的问题；在讲表面张力的时候，联系露珠是球形的现象；在讲毛细现象的时候，联系当毛巾部分浸在水中时，未浸在水中的部分也会变湿的生活现象。通过对这些与生活紧密相关的流体力学问题的思考，使学生的学习兴趣大为增加，并且要加深对所学知识的理解和掌握。另外，还可联系新旧知识，如有压管流的水力计算其实就是能量方程在实际工程中的应用，同时联系后续的专业课学习和日后所从事的工作，引导学生对所学知识温故知新，达到融会贯通的效能。

（3）采用“问题式”教学法。在授课过程中，针对某些易混淆、易理解错误的知识点和难点，适当地提出一些诱导性问题，以提出问题、分析问题、解决问题为线索，达到学生掌握知识的目的。有些问题先提出来，留出适当时间，再让学生回答；有些问题提出来为引起同学注意，教师可自问自答。如在推导作用在平面壁上静水总压力公式时，公式得出后，可向学生提问“公式推导过程中所涉及的水深h和y值是否相同，若不同，它们之间有何关系”，让学生回答，以加深学生对公式中各项符号的理解，避免应用公式时混淆出错；在讲液体作用在曲面上的静水总压力时，先提出问题“能否用液体作用在平面上的静水总压力的求解方法来求解”，然后分析曲面和平面所受压力的不同点，最后得出液体作用在曲面上的静水总压力的求解方法。

3.充分利用现代多媒体教学手段。

在教学过程中，采用板书和现代多媒体技术相结合的方式，充分利用现代多媒体教学手段，将声音、图形和动画等与授课知识灵活结合，提高学生的注意力和学习兴趣。教师可以在讲授偏重于推导过程的内容时采用传统授课方式，而讲授需要直观形象的内容时采用多媒体教学方法。如在讲局部损失时，通过流体力学模型局部障碍处漩涡的形成演示，加深学生对造成局部水头损失影响因素的理解；在讲压力体和静水压强分布图绘制时，利用多媒体演示图形的叠加、抵消过程，使学生一目了然，起到事半功倍的效果。

4.加强理论与实际的联系。

由于学生缺乏对实际工程的感性认识，对抽象的理论在理解上有一些困难，因此在讲课时要加强所讲授的理论知识与工程实际的联系。例如，在讲流线时，可让学生在实验室观看流体力学模型的水流现象，或做成动画演示，使学生对实际的水流现象有直观的认识，从而加深对流线概念的理解；对工程中常用到的流体力学知识，如能量方程，应在推导及应用条件等方面深入讲解，并举例讲解该方程在实际工程中能解决的问题，如在城市给水管网中管道埋深确定方面的应用等，加强学生对该方程的理解，做到灵活运用，增强学生解决实际工程问题的能力。在授课时，还应尽量将流体力学的有关知识与后续专业课相结合，使教学内容更加充实，并可激发学生的学习兴趣，提高学习效果。如将有压管道的水力计算与后续课程给水管道的设计相结合；将无压管道的水力计算与排水管道的设计相结合；将水头损失计算与建筑给水系统中水箱的设置高度、水泵扬程选择等相结合。

5.重视课堂习题和课后作业。

流体力学课程中的理论公式和概念比较多，为加强学生对基本概念的掌握，熟练运用理论公式解决问题，要重视课堂习题和课后作业对知识巩固的作用。教师在讲完理论知识后，应选择有代表性的例题，通过对典型例题的剖析，启发学生举一反三，达到灵活掌握所学知识的目的。另外，通过适量的课堂习题检查，巩固学生对知识的掌握程度，给学生提供课堂讨论的机会，加强对学生思维的锻炼。给学生布置适量的课后作业也非常重要。通过课后作业，可促使学生复习学过的知识，加深对所学知识的掌握。另外，教师通过对作业的批改，发现学生学习过程中存在的弱点和不足，再加以重点讲解，从而在教学过程中可做到有的放矢，增强教学效果。

（二）实验教学方法探讨

流体力学课程具有很强的实践性，其实验教学效果对整个课程体系产生着直接的影响。实验教学可以弥补理论教学的不足，增强学生对基本知识的理解和掌握，如雷诺实验的演示，可加深学生对层流和紊流概念的理解。另外，实验教学还可培养学生分析问题、解决问题的能力及创新能力。目前流体力学实验内容多为验证型和演示型实验，综合创新性实验很少，基本上是学生按照实验指导书的实验步骤，一步一步做，而不是自己动脑设计并加以验证，这样就无法培养学生分析问题和解决问题的能力。为更好的培养学生的实验操作能力，应多开设一些综合创新性实验，由学生自己提出问题、设计实验步骤、实验操作、整理实验成果、得出结论。学生在自主完成实验的全部环节时，能够将课堂上所学的理论知识和学过的实验技能有机地结合起来，动手能力、分析解决问题的能力均得到综合训练。另外，在条件允许的情况下，实验室可全天开放，学生可根据自己的时间安排完成实验任务，教师负责答疑。学生的实验成绩应由实验操作和实验报告综合得出，以一定比例计入本门课的总成绩。这样可激励学生对实验的重视，调动其积极性。

三、结语

在流体力学课程的教学过程中，应充分利用启发式教学和现代化教学手段，加强与工程实际的联系，改革实验教学方法，从而激发学生的学习兴趣，增强学生的动手实践能力和思维能力，提高本门课程的学习效果。

参考文献：

[1]李晖“.流体力学”课程的启发式教学[J].教育研究，2011，28（2）：79-81.

[2]高亚萍.基于消防的流体力学教学改革模式探讨[J].武警学院学报，2013，29（9）：56-59.

[3]薛红琴，林子增.提高流体力学教学质量的研究探讨[J].科技资讯，2010（1）：196.

[4]陈正寿，孙孟.流体力学多元化教学模式改革与探讨[J].中国水运，2011，11（12）：57-58.

计算流体力学概念范文第3篇

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.

计算流体力学概念范文第4篇

[论文摘要]论文结合教学实践，提出了以传统教学模式为主、以现代化教学手段为辅的教学方法。结合实例讲清楚基本概念，够用为度重点突出理论公式的应用是常规教学应遵循的模式，并与多媒体辅助教学手段有机地结合起来，力求课堂教学的形式和方法多样化，既能保证课堂信息量大，又能避免单纯多媒体授课的不足，达到提高教学效果、提升教学质量的目的。

一、前言

《流体力学》是研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学，它建立在现场观测、实验室模拟、经典理论分析、数值计算基础上，具有严谨的理论性、原理的抽象性、概念多、方程推导繁杂等特点，对学生具备高等数学知识及综合分析与处理问题能力的要求较高，因而大部分学生觉得该课程抽象、枯燥、难懂，普遍缺乏对流体力学理论的感性认识，都有某种程度的畏惧感，导致教师难教、学生难懂成为较普遍的现象。

我校机械设计制造及自动化、过程装备与控制工程、土木工程、安全工程、采矿工程、环境工程、矿物加工工程、建筑环境与设备工程、工程力学等专业的学生都须具备不同程度的流体力学知识和技能，它是各专业后续课程如：液压传动、水力学、流体机械、空气调节、传热学等课程的基础。

为此，作者通过教学实践，就多样化的教学方法、更新的教学内容、引入高科技的教学手段等方面进行探讨，以期提高《流体力学》的教学质量。

二、以传统课堂教学为主

《流体力学》的课程体系分为基本理论、基本应用和专门课题三大知识模块，它要求学生具备扎实的微积分知识、力学知识等。学生在接触流体力学课程伊始，对抽象的理论理解速度慢，对枯燥的公式及其推导过程容易厌烦，因而《流体力学》的教学应该以传统教学方法为主。因为在传统的课堂教学中，学生获取知识主要是听教师讲课，通过板书教师细致耐心地阐述概念、推导公式、突出重点、强调难点，以学生容易接受的讲课速度，留给学生更多的思考和消化的时间，再配合上教师的表情、手势、师生之间的互动，会达到很好的教学效果。

(一)结合实例，讲清楚基本概念

流体力学的概念多、现象多，且很多概念和现象比较抽象，难以理解，诸如：拉格朗日法、欧拉法、流线、迹线、边界层等。因而利用身边的实例对这些抽象的概念进行讲解，例如在讲授描述流体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法时，学生们很难理解。为了将概念通俗化，上课时笔者以城市公共交通部门统计客运量所采用两种方法为例：①在每一辆公交车上安排记录员，记录每辆车在不同时刻（站点）上下车人数，此法类似于拉格朗日法的质点跟踪，它与迹线的定义对应；②在每一公交站点安排记录员，记录不同时刻经过该站点车辆的上下车人数，此法等同于欧拉法，与流线的定义对应。

在讲解伯努利方程原理的时候，例举1912年“豪克”号铁甲巡洋舰与同行疾驶“奥林匹克”号远洋轮相撞的船吸现象，让学生清楚掌握流体的压强与它的流速有关，流速越大，压强越小；反之亦然。

概念是公式推演的基石，没有准确的概念，后续的公式推演几乎难以为继，清晰的概念会使公式的讲解和推演变得更加简易。利用浅显易懂的生活实例来阐述抽象的概念及其之间的内部联系和区别，教师易教、学生易懂，将会达到事半功倍的效果。

（二）以用为度，重点突出理论公式的应用

伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的具体应用，是流体静力学和流体动力学的基础，始终贯穿着整篇教材。在讲解该理论公式的时候，先从容易理解的静力学平衡微分方程推导开始，强调公式所依据的原理是牛顿第二定律，假设条件是平衡、理想、静止的流体，重点引导学生如何理解公式各项的几何意义和物理含义，掌握公式的实际应用。这样学习到后面的动力学伯努利方程时，先易后难、循序渐进，学生就觉得不会那么深奥。在讲解相对平衡的流体压强分布规律时，就要求学生必须掌握推导过程，因为它在解决一般平衡流体内部的压强分布规律及其对固体壁面的作用力问题时非常重要。而对于连续性方程和动量方程的学习，只强调记住结论和理解公式中各个物理量的含义。这样做，有效地避免了大量公式繁琐的推导给学生带来的畏难情绪，也能够做到以用为度、重点突出。

不可否认，依靠粉笔与黑板的教学条件、以教师为主体的传统教学模式，教学形式单一，教学手段不先进，教学效率不高，适应不了课程教学学时少、受教育学生数增加的情况。

三、以现代化的教学手段为辅

当前以计算机多媒体技术为主的现代化教学手段已经普遍地应用于高校的教学中。制作教学用的视频、多媒体软件、电子课件等素材，作为课堂教学有力的辅助教学手段，可以在有限的时间内，利用图文并茂的信息传播方式，将课程内容及有关背景资料以影像、图片等形式，直观地传播给学习者，将流体力学中抽象的概念和理论具体化、形象化，激发学生学习兴趣，使得学生能够从感性认识开始，逐步上升到理性认识，进而能够达到运用知识解决问题的能力。

结合流体力学精品课程的建设，教学团队制作了流体力学多媒体电子教案，并在教学过程中不断完善，逐步取得了良好的教学效果。在设计与制作多媒体课件时，遵循课堂教学的基本规律，既发挥传统板书教学中容易带动学生思路、逐条在黑板上书写的特点，在课件制作中根据讲解的进度逐条展现公式条目等内容，同时又将难以理解、难以用语言描述的拉格朗日法和欧拉法、流线、边界层和紊流等抽象概念和流动现象，以多媒体的方式在课堂上直观地呈现出来，帮助学生建立清晰的印象。教学团队收集、制作了大量的多媒体素材，例如在讲解雷诺判据的时候，制作了雷诺实验的FLIASH素材，以动画的形式向学生展示了流体流动的两种不同状态，以及流态判据—雷诺数与流动速度、管径、流体种类有关系。运用多媒体辅助手段表达后，能够帮助学生很好地理解课程的重、难点，提高教学效率。利用多媒体技术，还可以制作需占用大量时间板书和不易通过板书表述的内容，提高了教学效率。

多媒体教学的内容一定要做到提纲挈领、重点突出，有所为有所不为。多媒体技术没有好坏之分，只有合理使用与不当使用之别。但是实践应用中，发现有的教师完全抛弃以往的黑板式教学模式，离开多媒体手段就上不了课；有的教师将教材内容全部照搬到了课件中，自己就成了的幻灯片放映员，“照机宣科”；有的教师制作的多媒体课件过分追求课件的美观性，界面过于华丽，淡化了教学重点；也有的教师忽略学生对课件内容理解消化的时间，致使学生的思维跟不上教师讲解的速度，降低了教学效果。上述现象将会造成一种新形式的“满堂灌”，只不过是由“人灌”变成“机灌”而已。

四、总结

流体力学作为一门专业基础课程，其重要性不言而喻。传统教学模式能够将前后知识贯通，突出重点，化烦就简、引入实例形象阐述概念原理，促进知识的系统化进程；多媒体教学能将难于理解的知识通过图文、音像生动地显现出来，帮助学生理解性记忆。借助于先进的教学手段，将多媒体辅助教学手段与传统教学方法有机地结合起来，力求课堂教学的形式和方法多样化，既能保证课堂信息量大，又能避免单纯多媒体授课的不足，才能提高教学效果、提升教学质量。以上是笔者在流体力学教学实践中的体会，愿与同行共同切磋。

基金项目：2009年安徽省教育厅《流体力学》精品课程

[参考文献]

[1]许贤良，王传礼，张军等．流体力学[M]．北京:国防工业出版社，2006．

计算流体力学概念范文第5篇

关键词：流体力学；多媒体；交互式学习

作者简介：叶学民（1973-），男，河北邢台人，华北电力大学能源动力与机械工程学院，副教授；李春曦（1973-），女，河北唐山人，华北电力大学能源动力与机械工程学院，副教授。（河北?保定?071003）

基金项目：本文系华北电力大学2010年本科教育教学改革教育教学重点项目的研究成果。

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0052-02

一、“流体力学”教学现状

“流体力学”作为能源动力类专业的一门专业基础课，以研究流体的运动规律为主要内容，并为后续的传热学课程学习提供必要的基础。由于教学内容涉及面较广，既有工程应用性，又包括大量的理论性内容，且运用高等数学知识较多，因此学生普遍感到该课程概念模糊、内容抽象且理论性较强，这在一定程度上影响了教学效果。[1-3]究其原因，一方面，传统的板书教学模式虽然在公式推导、理清思路、强化记忆、深入思考方面具有不可替代的优势，但同时也存在缺乏生动、活泼、形象的一面；另一方面，由于学生尚未具备对多数基本概念的物理直觉、对于呆板文字描述的理解需要丰富的想象力，难以激发其积极性。

多媒体技术作为一种新的教学手段，通过教材内容与动态文本、图像、动画、音频、计算机模拟技术的有机整合，使得原来抽象的概念形象化、枯燥的方程式清晰化、晦涩的物理过程机理生动化，可从多方面激发学生的积极性和创新思维，并且通过与传统教学模式相结合起到了相得益彰的作用。近年来，随着多媒体技术在计算机辅助教育领域的深入应用，多媒体辅助教学模式在高等教育中发挥了愈来愈重要的作用。[4-5]本文通过介绍自行开发的多媒体流体力学辅助教学系统，分析了该辅助教学系统在教学实践中的应用效果，为进一步提高教学效果起到了积极的示范作用。

二、辅助教学系统简介

以Visual C++作为编程语言，结合Windows Media Player多媒体功能，在遵循软件开发一致性、易用性、容错和联机帮助等设计原则基础上，通过对教学内容的系统性和连贯性梳理，并参考国内外多媒体流体力学的基础上，[6]开发了多媒体流体力学辅助教学系统，其界面如图1所示。该系统包括动力学、边界层、运动学、名人堂、虚拟实验室、演示、模拟、模拟器、图片和表格、流动可视化等模块，涵盖了流体力学的绝大部分内容。

动力学包含了流体的经典研究方法、牛顿第二运动定律、纳维尔-斯托克斯方程和各种边界条件等。边界层包含了边界层概念、平板突然启动产生的边界层、层流边界层、边界层分离、不稳定现象和紊流边界层等，其中的教学短片不乏趣味性、生动性。运动学涵盖了由质点到场和由物质导数到各种流动线等内容，生动细致地描述了迹线、流线、脉线和等时线等抽象概念，通过运用丰富的流动显示技术将运动过程展示出来。虚拟实验室将动力学、运动学和边界层等模块中需要深入讨论的部分细化出来，结合Java虚拟技术，让使用者亲自实现对流体流动等方面的模拟演示。演示将一部分录像短片组织起来，作为特殊的演示呈现给使用者。模拟器基于Java虚拟机，将分子动力学模拟器、流体势流构造器和边界层微分方程数值解等独立出来，从使用者亲自实践。图片和表格将一些纷繁芜杂的图片和教学短片有机地综合起来，通过表格或视频播放的形式，将这些信息归纳整理起来。流动可视化通过可视化手段将不可见的流体流动清晰演示出来。名人堂中阐述了十五位具有杰出贡献的科学家的生平和卓越贡献。

三、教学实践效果分析

在“流体力学”的教学实践中，适时地应用了多媒体流体力学辅助教学系统（以下简称辅助教学系统），取得了良好的教学效果，现分析如下。

1.激发学生的求知欲

激发学生的兴趣和求知欲是开展学习并获得良好学习效果的前提。如果学生对于课程内容的学习缺乏基本的兴趣，很难想象他能投入到课程的有效学习之中，更无从谈起知识的综合运用。因此，提高学习兴趣就成了摆在授课教师面前的首要问题和关键所在。流体力学的内容浩如烟海，涉及日常生活和工业应用的方方面面，辅助教学系统的各模块中提供了大量的鲜活实例，从而可有效地激发学生的求知欲。

在讲解绪论和各章节时，可通过观看录像、图片集、名家事迹等提高学习兴趣和动力。如因人体与外界环境存在温差产生的自然紊流对流及鼻孔处的强迫紊流（图2a），又如自然界中水蜘蛛在水面上运动形成的毛细波（图2b），再如通过数值模拟获得的肺部气管和支气管在呼吸过程中气体的速度分布（图2c）。这样的生动活泼的实例让学生感到大量有趣的流体力学现象就在身边，但对其内部物理机理的理解又需学习流体力学知识，从而可激发学习动力。另外，辅助教学系统中的名人堂模块，不仅可使学生了解诸如达芬奇（图2d）、牛顿、冯卡门等15名著名流体力学家的生平，也使其对流体力学和其他学科的卓越贡献有了较为全面的认识，从而激发学生探索自然科学的积极性和主动性。

2.建立物理直觉