流体力学及其工程应用
流体力学及其工程应用范文第1篇
关键词：流体力学；教学理念；内容调整；教学方法；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0041-02
流体力学是研究流体平衡和运动规律的一门科学，是力学的一个重要分支，已广泛应用到国民经济的各部门。工程流体力学课程在哈工大是机械类、材料类、仪器仪表类、航空航天类、建筑工程类、热能动力类、流体动力工程类等专业必修的技术基础课程，既有基础学科的性质，又具有鲜明的技术学科的特点，既与高等数学、大学物理、理论力学等课程有紧密的联系，又是专业课的基础，是一门理论性和工程实际意义都较强的课程[1]。哈工大流体力学教研室成立于1956年，历来重视教学研究及教学质量，不断积累教学经验，改进教学思想，在基础教学与实验设施、师资队伍建设、教学质量、教学研究与改革等方面都取得一系列成果，居于国内领先水平，并于2009年被评为国家精品课程，目前正在进行国家精品资源共享课程的升级。虽然取得了一系列的重要成绩，但是仍然存在一些问题，需要进一步转换观念，从当前社会的实际需求出发，深入进行教学模式和教学内容等方面的研究和探索。
一、改革教学理念
课程建设的目的是提高教学质量，归根到底是提高学生培养的质量，而学生质量的衡量标准则是其综合素质及能力。工程流体力学课程的特点是抽象概念多，数学分量重，理论性较强，许多复杂的流动物理现象难以用言语和具体图像清晰地表述[2]。工程流体力学课程中有很多较难的知识点，例如流体微元运动的Cauchy-Helmholts速度分解定理、粘性流体的运动微分方程、边界层基本方程及近似计算等，这些知识点包含了大量的数学推导，往往要占用很多课时，同时这些理论知识的讲解又是空洞和死板的，无法激发学生的学习热情。即使是多数教师能够本着负责的态度将这些知识难点讲解清楚，也往往并不能使学生对这些难点留下深刻的印象。这种教学过程是事倍功半的，容易引起学生对这些知识做机械的符号记忆或者陷入对推导严密性的过度钻研，无法建立起流体力学的全局思维方式，进而也不能提高学生的综合分析应用能力。因此，教师在授课过程中要不断引导学生梳理所讲授的知识，使学生能够运用流体力学知识进行综合分析。要让学生明白，流体力学的学习不是背定理、记公式，而是要通过学习这门课程，掌握一门新的科学知识，了解它的人文背景，学习它的思想和方法，掌握它的原理和应用。学生是课程学习的主体，在教学过程中需要注意教与学的同步，授课时关注学生的反映，根据学生的反应对授课进行调整，必要时放慢节奏或变换讲解方法，也可以让学生参与讨论。学生有必要参与到深层的学科知识应用中，因此可以让同学参加与学科相关的科学研究，引导同学应用流体计算模拟软件，实现模拟实验[3]。教师对学生的实践引导可以消减同学对流体力学公式繁多的苦恼，而在实践能力不断提高的过程中，学生的创新意识和能力将得到很大的锻炼。实践证明，学生可以完成适当的工程流体力学课程内容的拓展研究，实现课程与科研工作的相互促进。在积极开展第一课堂的同时，还应该引导学生参加第二课堂活动，激发学生创造热情，培养学生科学素质和创新精神，提高学生获取知识、运用知识的能力和创新能力。例如科技创新和节能减排大赛这样的大学生科技活动是开展素质教育的重要平台，为学生提供了施展才能、张扬个性的舞台，使学生得以将课本所学知识充分的运用，并从制作和创新过程中学到了比课本更多的知识，提高了其知识综合运用能力、实践动手能力。流体力学教师应该充分利用流体力学知识应用面广、基础性强的特点，引导并指导学生参与此类科技活动。另外，流体力学教师还应该经常举行科技讲座，丰富学生的专业和学科知识，培养学生的科研意识和科学精神。
二、课程内容调整
目前所使用的工程流体力学课程内容包括了流体静力学、流体动力学、漩涡理论基础、理想流体平面势流、粘性流体动力学、相似理论基础、流动的阻力与损失、管路的水力计算、粘性流体绕物体流动、气体动力学基础、机翼及叶栅理论、流体要素测量等内容。总的来说涵盖了流体力学工程应用的多数情况，但是结构仍然需要进一步调整。首先，工程流体力学课程内容较多，多年未更新，有些知识也趋于老化，应适当地对内容进行增减。2006年专业调整后，能源与动力工程本科教学按一级学科制定教学内容，在这种体系下，工程流体力学课程应在主体结构保留的情况下，对于涉及到工程热力学和空气动力学的内容进行删减，避免不同课程的内容重复，使课程之间的界线更加明晰。这样的好处就是，学生利用有限的课时可以将流体力学主体结构体系学得更好。另外，由于工程流体力学更多的应该涉及流体力学的工程应用，所以关于漩涡理论、理想流体平面势流及粘性流体绕物体流动章节内涉及的较多理论性知识且与工程应用关系不大的应该适当精简，减少课时占用。其次，工程流体力学课程内容应适当增加与工程应用相关的内容。美国著名的流体力学教材《Mechanics of Fluids》（Prentice Hall International Editions出版）选取了贴近工程实际的管道流动、叶轮机械流动、环境流体力学等内容，作为经典流体力学主题内容的有机补充[4]。哈工大工程流体力学课程也应该针对学校定位及专业设置，在广泛调研开课专业的需求基础上，适当增加有普遍性、代表性的工程应用知识。最后，工程流体力学课程内容应更新与近期科技发展紧密联系的内容。由于教材不可能年年更新，教师应该在教材内容基础之上，适当增加与科技进展相关的内容，例如流动的虚拟实验、流体参数的现代化测量、流体力学的发展现状、流体力学的最新应用情况等，让学生了解到流体力学的科技前沿，开拓学生视野，增强其学习流体力学的热情和兴趣。
三、改革教学方法
关于教学方法，哈工大流体力学教师较早地采用了不完全教学法、潜科学教学法、社会探究法、问题教学法、角度教学法等创新性教学法，将教学内容、教学媒体、教师活动、学生活动等课堂教学要素有机组织起来，发挥整体的最大效能。强调学生通过主动探求问题解决的途径和方法，培养能力，以展素质；并将多媒体技术的运用与传统教学手段、教学形式的改革统一起来，突出重点，突破难点，从而充分调动和激发学生的学习兴趣和积极性。目前多媒体教学在高等教育中的应用越来越广，在如何正确使用多媒体教学的问题上目前还有一些争议和讨论。工程流体力学课程知识点多，公式推导多，难度大，对于具体的知识点利用板书详细推演在课堂教学中占用了大量的课时，同时也会影响到学生对流体力学整体思维的把握。由于工程流体力学课程的特点，很多流动现象概念比较抽象，难以用板书表达清楚，很显然传统教学方式达不到理想的教学效果。利用多种媒体手段可以更好地创设教学意境，变抽象为具体，变静态为动态，变黑白为彩色，变无声为有声，通过丰富的图例、连贯的动画以及真实的实验录像，可以使枯燥、乏味的内容变得趣味盎然，使抽象、晦涩的内容变得直观生动，同时也丰富了学生的信息量，可以更好地激发学习兴趣[5]。另外，流体力学的特点是数学分量重、理论性强，所以又不能过多依赖多媒体教学。对于涉及到重要理论公式推导的内容，简单地将推导过程搬到课件上去，并不能使学生了解重要理论公式的来龙去脉，也难以加深学生对这些关键知识点的理解程度。这个时候需要收起屏幕，用板书认真书写每个符号，推导每个关键公式，并解释其中的物理概念和意义。多媒体和板书都有各自的优缺点，因此我们可以取其长而避其短，采用两者兼顾而又两者不弃的原则，交互使用，相辅相成。
四、更新考评制度
哈工大工程流体力学课程作为技术基础课，目前采取了综合性的考评方法，总成绩由作业、实验、考试三部分组成，学生共计要完成60题左右的作业，由教师进行判分并作为总成绩的10%；共计要完成11项左右的实验，根据学生对每个实验原理和操作技能的掌握及实验报告的质量情况分为优、良、及格、不及格来评定成绩，若有两次不及格或者缺席者必须重做否则不得参加期末考试。实验课成绩占课程总成绩的10%。期末考试为闭卷，占总成绩的80%。流体力学考试的组卷与课堂教学内容息息相关，课堂教学如果注重内容的应用性、灵活性和综合性，则在组卷时应适当减少客观题，丰富试题类型，加大理解性和综合性题目的分量，避免记忆性成分所占比重较大，而学生临近考试加班加点应付考试的现象。另外，根据课堂教学和课外科研实践的特点，对于偏重于工程应用的专题，可以探索利用撰写科技论文、提交科研作品的方法进行考试，与传统考试成绩综合来建立起更合理、更具实践意义的考评制度。
工程流体力学课程是面向工程应用人才的课程，所以教学核心始终应该是学生知识应用能力的培养。为此，在教学中贯穿流体力学思维模式和综合分析解决问题能力的锻炼，使学生学有所成、学有所用，是工程流体力学课程改革的一个长期方向。
参考文献：
[1]陈卓如，金朝铭，等.工程流体力学[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2]赵超.“流体力学”课程教学方法探索.中国冶金教育[J].2010，（5）：63-64.
[3]李岩，孙石.《工程流体力学》课程教学改革与实践.科教文汇[J].2008，（11）：88-89.
[4]C.P.Merle，C.W.David.Mechanics of Fluids（second edition）[M].NJ（U.S.A.）：Prentice Hall International Editions，1997.
流体力学及其工程应用范文第2篇
关键词：流体力学；教学模式；改革
作者简介：杨卫波（1975-），男，湖北安陆人，扬州大学能源与动力工程学院，副教授；毛红亚（1976-），女，湖北天门人，扬州大学财务处，会计师。（江苏 扬州 225127）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0083-02
“流体力学”作为土木、机械、能源、动力、环境、化工等学科的一门主干技术基础课程，由于其理论性强、概念抽象、方程繁琐、难以理解与记忆，导致学生学习的难度较大，从而影响教学进程和专业人才培养的质量。因此，如何针对“流体力学”课程自身特点，结合专业建设目标，探索出一套新的适合各专业培养目标的流体力学教学模式具有非常重要的意义。本文结合工科院校学生的实际情况及笔者教学实践与体会，从教学内容、教学方法及考核方式三方面对流体力学教学模式改革进行了深入的探析。
一、教学内容
1.教学内容的选择
教学内容的选择对于提高教学质量、改善教学效果具有重要的意义。根据教育心理学理论，[1]在教学中应把课程中具有广泛迁移价值的科学成果作为教材的主要内容，从而可实现利用已有知识来同化现有知识的作用，提高学生的接受能力。“流体力学”作为大学工科专业的一门课程，虽然其内容相对比较陌生，但其所包含的基本知识却贯穿于中学相关课程之中。如流体力学中的速度、压力、压强、质量守恒方程、能量守恒方程及动量守恒方程等，学生均在中学物理中均学过，因此在讲述相关内容时可以将其与中学内容相联系，从而提高学生的理解能力。又如在讲述管路的串联与并联特性时，其流量、阻力及阻抗特性正好与中学物理中电学的串联与并联电路的电流、电阻特性一致，如果在讲述之前引出中学的电路串并联原理，则可大大加强学生对管路串并联水力特性的理解能力。因此，根据学习迁移理论，将相关内容与学生已有知识进行对接，并阐述其相互之间的关系，不仅可以有效发挥学生利用所学知识来同化现有知识的作用，而且对于改善教学效果具有积极作用。
2.教学内容的编排
要合理编排教学内容就必须使教材结构化、一体化，以使构成教材内容的各要素具有科学、合理的逻辑关系。目前，国内“流体力学”课程的教学体系一般包括流体静力学、流体动力学（理想流体流动与实际流体流动）、流动阻力损失、孔口管嘴管路流动及特殊流动现象等。每部分内容既独立，同时各部分之间又有相互的联系。为了使学生容易学习，可以按照流体力学实际应用路线由简单到复杂的方式来编排教学内容。如可以从最简单的流体静力学部分开始，因为静力学部分中学物理中已讲授，生活中很常见，学生容易接受。由于静止是相对的，运动才是绝对的，自然界流体应用中更多的是运动着的流体，让学生明白这个道理后很自然将教学内容过渡到流体动力学部分，从而可提高学生继续往下学习的兴趣。在讲述流体动力学部分时，先从简单的一元理想流体运动部分着手，然后逐步过渡到多元理想流体流动及实际流体运动。在讲到实际流体运动时，由于能量方程中出现了阻力损失项，这样就很自然将内容过渡到流动阻力损失计算这一部分内容。由于生活中的复杂管路往往是由简单管路串联与并联而构成，因此，复杂管路的水力特性（流量、阻力等）需要确定，这样就可以根据流体力学实际应用需要将内容由阻力损失部分转移到孔口管嘴管路流动部分。最后，根据各专业培养需要，选择适合的特殊流动现象内容进行讲解，以加强流体力学的实际工程应用。这种以流体力学实际应用路线由简单到复杂作为主线的教学内容选择模式，内容组织层次感较强，讲起来更加引人入胜和重点突出，教学过程相对简化。
3.教学内容的弹性化
教学内容弹性化有两个方面的含义：一方面要根据每届学生不同的知识背景和不同的定位要求，采用不同的表达方式，以满足学生多样化的学习需要。另一方面是要根据时代的发展，不断更新教学内容，以适应最新科技发展的需要。[2]例如在“流体力学”教学过程中，为了让学生更容易接受，可以删去大量的数学公式推导，如流体连续性方程、动量方程、能量方程的推导等，这些内容对于学生是否掌握流体力学基本知识并无影响。又如，对于不同的学生群体，应根据学生今后的定位不同选择适当的教学内容，对于高职高专的学生，由于其毕业后大多数要走出校门从事实际工作，因此，在讲述时应侧重于流体力学实际应用方面的知识。而对于普通本科院校的学生而言，毕业后有相当一部分的学生要继续从事相关的研究工作（如考研等）。因此，应加强学生流体力学理论方面的教学与培养，以提高学生将来的研究能力。随着时代的发展和计算机的普及，将计算机用于求解流体力学问题的计算流体力学已越来越显示出其重要的作用。所以，流体力学教学中，适当介绍当今常用的计算流体力学商业软件，如Fluent、Star-CD、CFX及Ansys等，以扩充学生的知识视野，为今后有意继续深造的学生提供铺垫。
4.教学内容与工程实际相结合
兴趣是最好的教师。教育心理学[1]的研究表明：当学习内容与学生已有的知识和生活实际相联系时，才能激发学生学习和解决问题的兴趣。因此，在流体力学教学过程中，应结合专业目标尽可能多地介绍流体力学广泛的工程应用背景，引导学生提高自主学习流体力学的兴趣和积极性。如在讲述流体静力学中液体作用在曲面的总压力计算时，可以介绍1998年特大洪水灾害长江决堤事件等；在讲到流体静力学中平面总压力计算时，可以适当引入长江三峡水坝闸门的设计与计算；在讲到沿程与局部阻力损失[3]时，可以讲述如何选择水泵，并以每天生活用水管道供水为例来分析等；在讲到动量方程应用时，引入如何确定弯管及分叉管路中水流对管道的冲击力，从而可计算出管道支墩所受的推力；在讲述毕托管时，可讲述如何测量风管的风量与风压，在讲述倾斜式微压计时，可与毕托管一起讲述如何利用两者来测量正压与负压风管段的动压、静压及全压等。任课教师在平时授课过程中，结合专业培养目标适当穿插讲述一些发生在我们身边的与流体力学有关的实例，使学生认识到流体力学在生活及工程中的重要性，激发其学习兴趣，以提高教学效果。
二、教学方法
目前课堂授课中常用的教学方法主要有传统教学模式与以多媒体技术为代表的现代教学模式。传统教学模式是指教师通过口授、板书完成特定教学内容的一种课堂教学形式，该模式学生容易接受，可以达到预期教学目标。但缺乏创新与探索知识的功能，尤其是在当今知识快速更新的年代，更是面临严峻的挑战。现代教学模式是指在课堂教学中引入多媒体技术，通过形象逼真的动画的运用，生动形象地展示教学内容，从而可以充分发挥学生学习的积极性，使教学方式形象生动，有利于培养学生的思维能力、想象能力和创造能力。
考虑到传统与现代教学模式各自的优缺点，在流体力学教学过程中应将两种教学方法有机结合起来。如在讲述相关理论公式时，就以传统的板书教学为主，对公式的推导和例题的讲解，用板书的方式条理化，通过板书一边写、一边对学生提问，一边推导相关公式，让学生参与到教学中，从而可以加强学生与教师间的互动，激发与调动学生的学习积极性。而在流体力学理论的工程应用部分则较多地采用多媒体课件，例如在讲授层流与紊流[3]这部分内容时，单纯地板书讲解其概念很抽象，用多媒体课件展示雷洛实验讲解则直观生动，容易理解。在讲解孔口管嘴管路流动及虹吸现象时，用生动动画显示其流动全过程，可说明其流动过程中截面收缩及可能出现的真空现象，从而给学生留下深刻的印象。
三、考核方式
考核的作用主要是了解教师教与学生学的情况，及时发现问题以便改进。考核方式的合理性不仅能激发学生学习的兴趣，同时还可以提高教学效果。“流体力学”作为一门理论性极强的基础课程，传统的考核通常采用平时考核与期末闭卷考试相结合的方式，两者所占比例通常为30%与70%。平时考核主要是学生的出勤率与作业完成情况，而期末考试主要是卷面所取得的成绩。这种考核方式存在一定的问题，不仅不能激发学生的学习热情，在某种程度上还会使学生产生抵触心理。由于流体力学中有大量的经验公式和图表，如阻力系数计算公式与莫迪图、纳维-斯托克斯方程等，若采取闭卷考试，则势必要求学生背熟这么多的公式，容易陷入死记硬背的怪圈。
事实上，这部分内容的教学要求是让学生能熟练应用这些公式和图表解决工程实际问题，而不需要死记硬背。因此，在考核方式中可以尝试平时开卷考核与期末闭卷考核相结合的考核方式。即将不适合闭卷考试的一些无法记忆而又要求学生掌握与应用的内容，放在平时教学中进行开卷考核，而将一些基本原理、基本概念、基本计算方法的考核放在期末闭卷考试中。这样，一方面，通过平时不定期的考核能提高平时学生的出勤率，另一方面，通过平时考核也可以激发学生平时的学习兴趣，提高学习效率；此外还可以通过考核及时发现问题，改善教学方法。通过这样的考核方式，既能激发学生平时的学习兴趣，同时还可以提高教学效果，考试结果能较真实地反映学生对本课程知识的掌握和应用能力。
四、结语
教学不仅是一门科学，也是一门艺术。每一种教学模式都有其特定的适用范围和条件。流体力学作为工科院校相关专业的一门主干技术基础课，由于其理论性强、概念抽象、经验公式多，给其教与学带来难度。如何根据专业特点将其与各专业培养目标进行有机结合，通过教学模式的探索使其教学融入到各专业人才培养中，将是“流体力学”教学模式改革的进一步目标。
参考文献：
[1]谭顶良.高等教育心理学[M].南京：河海大学出版社，2006.
[2]刘立平，师少鹏.传热学课程教学的改革探索[J].高等农业教育，
流体力学及其工程应用范文第3篇
关键词：行业类高校；高等流体力学；电力特色
作者简介：张莉（1973-），女，河南商丘人，上海电力学院能源与机械工程学院，教授；李永光（1957-），男，湖南长沙人，上海电力学院科研处处长，教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海电力学院研究生学位课程建设项目（项目编号：YKJ-2012004）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0086-02
2007年，上海电力学院（以下简称“我校”）热能工程二级学科首次招生，“高等流体力学”首次开课，授课人数20余人，随后几年间授课人数逐年增长。2012年我校动力工程与工程热物理一级学科又增设了工程热物理、动力机械及工程两个二级学科，“高等流体力学”授课范围扩大的同时，授课人数也增加到60余人。但是鉴于我校研究生数量较少、研究生培养历史较短以及师资力量相对薄弱等方面的原因，课程教学的教材只能选用已有的教材。在组织教学内容的过程中发现，大多数教材普遍存在一些问题，如过于强调基本理论、对数学知识的要求偏高、工程应用方面涉猎很少，或者有些工程学科专业的相关研究生教材又往往缺乏理论深度，工程应用背景针对性强，有的强调高速气动、有的强调水动叶栅流动、有的强调涡动力学等等。鉴于此，作为行业类非重点高校，在“高等流体力学”课程的教学中有必要结合我校电力特色进行教学内容和教学模式的研究和探讨。
一、课程教材的调研
为了能更好地做好此次教学研究工作，课程组首先对高校相关研究生专业的“高等流体力学”教材进行了调研，分别对清华大学、西安交通大学、上海交通大学、浙江大学、东南大学、华中科技大学、华北电力大学、东北电力大学等国内若干所大学相关课程的教材及内容做了简单分析。
从调研情况看，所有高校都对流体力学的基本理论很重视，主要教学内容均包括了流动的基本概念和基本方程、流体运动学、势流理论、涡旋流动、理想流体流动、粘性流体流动等，目的是使研究生通过学习流体的运动规律，掌握研究流动的方法进而分析解决实际的工程流动问题。同时，各高校的教材和主要教学参考书还注重与自身学科研究方向的结合，课程的某些重点内容与培养方向相接轨，突出了自身的特色。通过调研发现，“高等流体力学”作为研究生学位课，其教学内容在注重理论基础的同时，还必须要与自身的相关学科研究方向相结合，在注重通用理论的基础上，形成自己的特色。
二、我校授课对象的情况分析
做好此次的教学研究工作，还必须对我校的授课对象有一个清楚的认识。目前，“高等流体力学”已列为本校工程热物理、热能工程、动力机械及工程三个二级学科的研究生学位课程。尽管上述三个二级学科涉及能源、动力、机械等宽广的工程领域，但结合我校的电力特色，这三个二级学科主要是为电力行业培养高级的专业人才，而在电力行业中流动现象多存在于流体机械、动力机械、换热设备、容器、管道等部件，因此，在教学内容上应在透彻讲解流体力学微分方程组的基础上，注重联系工程实际，偏重于讲解流体在上述部件中的流动以及与这些部件间的相互作用。
研究生生源的实际情况也是教学过程中需要考虑的因素。到目前为止，我校共招收6届研究生，通过向历届学生了解发现有以下情况存在：部分同学跨专业（如：数学专业、电力系统及其自动化专业、计算机与信息专业等）考入学校，本科阶段没有学习过“工程流体力学”课程；即使是研究生与本科专业背景相同的同学，他们也普遍认为”工程流体力学”较难，硕士入学考试时，大都不选考“工程流体力学”，这也使得他们可能在大三、甚至大二学完以后，再也没有系统地梳理过流体力学知识。由于各高校专业方向的侧重点不同，大部分同学对电力行业内的流体知识也不是特别了解；考入学校的学生多数为调剂生，入学成绩整体不高。这些情况都表明，我校硕士研究生入学时的流体力学知识基础相对比较薄弱，需要在授课过程中讲授深层次新知识的同时，及时地对基础知识进行回顾和提醒。
三、教学内容的组织
基于以上的调研和分析，课程组首先对教材进行了选取，对教学内容进行了组织。
1.教学目标的明确
“高等流体力学”是为工程热物理、热能工程以及动力机械与工程专业研究生设置的专业学位课程。根据专业人才培养的需要，结合长期本科教学的经验，确定了课程的教学目标：通过对流体力学的基本概念、基本方程、理想不可压缩流体的流动、粘性不可压缩流体的流动、层流边界层与紊流流动、理想可压缩流体等内容的学习，深化学生对流体力学基本内容的理解，提高学生的理论水平，为相关专业课程的学习、课题的研究及论文的撰写打好理论基础。
2.教材的选用
“高等流体力学”是动力工程及工程热物理学科的一门传统课程，有很多课程教材可供选用。通过调研比较，西安交通大学有关电力生产的学科研究方向与我校的研究方向比较吻合，其在“动力工程及工程热物理”一级学科中的学位课 “高等流体力学”选择了西安交通大学出版社出版、张鸣远等编著的《高等流体力学》一书作为教材，课程组通过对该书内容的分析，也一致认为张鸣远等编著的《高等流体力学》比较适合我校侧重于电力人才培养的需求，因此决定选用该书作为本校“高等流体力学”课程的教材。与此同时，将调研中搜寻到的各有特点的教材作为参考书目推荐给学生供他们参考使用。
3.教学内容的组织
在进行“高等流体力学”课程教学内容的组织时，结合我校研究生培养方案和学科建设，既照顾到经典流体力学的通用知识，又重视课程知识的针对性、行业应用的特殊性、学生学习的兴趣以及与学校其他研究生课程的关联性。课程内容的组织主要从以下几个方面考虑：
（1）奠定扎实基础。“高等流体力学”是一门系统性、逻辑性较强的课程，作为硕士研究生的学位课，在加深学生对流动所伴随的物理现象的认识、概念的建立及规律分析的同时，还应努力加深学生学科知识分析和研究问题的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解决流体力学问题的水平及能力。
（2）突出电力生产特色。针对我校研究生的专业背景和学科研究方向，强调本学科与电力生产流程和设备的结合，强化学生应用流体力学知识，认识并解决相关电力工程问题的能力。教学内容应注重理论与实践相结合，保持基础理论知识与工程应用知识的相对平衡。
（3）注重课程的关联性和完整性。在关联性方面，首先与本科阶段的教学内容要有恰当的分工和衔接，其次要避免与其他相关课程之间缺乏衔接；在自身内容体系的完整性方面，既要注意到对数学知识回顾和补充的必要性，又要对工程中不常见的复杂流动概念的介绍有所兼顾。
考虑以上几个方面，课程组将教学内容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量运算分析”、“场论知识”的回顾以及曲线坐标、张量分析知识的补充；第二部分“流体力学的基本方程”主要介绍流体力学的基本概念，流体力学的控制方程组以及一些相关的重要定理；第三部分“理想不可压缩流体的流动”介绍平面势流，空间轴对称势流和理想流体中的旋涡运动，其中对平面势流里的复位势、叠加法、镜像法和保角变换法做重点讲解；第四部分“粘性不可压缩流体的流动”中介绍纳维―斯托克斯方程的精确解，小雷诺数流动，层流边界层流动和紊流，其中对工程中应用较多的层流边界层流动和紊流做重点讲解；第五部分“理想可压缩流体的流动”分别介绍一维流动和平面流动，其中对一维流动做重点讲解。
四、教学模式的探讨
学生的学习情况在不断地发生变化，这就需要教师不断根据实际情况，进行教学模式的探讨，充分调动学生学习的主动性和积极性，使他们在有限的学习时间中学习好内容繁多的“流体力学”。
1.教学方法
“高等流体力学”是一门基础课，基本概念和基础理论部分内容较多，涉及的公式推导也比较多，传统的“黑板板书”的教学手段对教学信息的处理和呈现都比较单一，造成学生对于传热学内容的理解和掌握有一定的难度。为此，课程组以教材为蓝本编制了电子课件，教学中采用板书与多媒体相结合的教学模式，突出传统板书中能够清晰讲解复杂理论推导的优点，充分利用多媒体教学信息量大、图像清晰生动的特点。经过一段时间的尝试，这种教学方法既达到了避免研究生在课堂上因长时间精力高度集中而产生疲劳的问题，又有利于他们理解并掌握复杂的流体力学基本理论的教学效果。
2.教学手段
尽管本课程以课堂讲授教学方式为主，但要避免“填鸭式”的讲授，要注重以启发式讲授为主的多种教学方法的综合应用，提高课堂教学的趣味性，以提高学生学习兴趣和主动性。课程组结合本科“工程流体力学”多年的教学经验，在教学过程中注意做到几个注重：注重物理概念与数学方法的有机结合，强调物理含义的数学表示以及数学内容的物理解释；既注意严格的理论推导，又注意叙述的深入浅出；注重教学思路，教学方法，在引进概念介绍方法时，突出解决问题的思维方法及推理要点；注重从与教材不同的角度或思路来讲述同一教材内容，以丰富学生思维和联想能力；注重引导学生围绕课程内容，发现问题、提出问题、解决问题，同时再结合课程组教师的科研积累，搜集并提炼出了大量与电力生产紧密关联的工程案例，通过案例的讨论和分析，增强学生学习理论知识的兴趣，提升课堂教学的互动效果，增强学生运用理论知识分析并解决工程实际问题的能力。
3.辅助教学
仅仅通过课堂上对教材的学习是远远不够的，还必须配套地做大量的习题，才能较好地使学生掌握具有理论性强、公式多、数理基础要求高的“高等流体力学”课程。考虑到我校研究生教学的特点，课程组根据教材的主要内容编写了典型习题集。习题集力图做到习题具有典型性，能够对应教学内容的各个知识点，学生通过习题的练习，能有效地掌握教材中的基本知识。此外，习题集中的习题也尽可能地结合电力生产中的流动问题，帮助学生对专业关联工程问题进行认识和思考，培养学生应用知识的能力。
4.课程考核
课程考核成绩应该能够较为客观地反映学生对课程的整体学习情况。为了全面地反映学生的全程学习过程和最终的学习效果，课程组经讨论明确了课程的总评成绩由平时成绩和期末考试成绩综合评定得出，平时成绩与期末考试成绩的分配比例是2∶8。平时成绩包含作业、考勤、课堂表现等几部分。期末考试采用笔试形式，考试试卷从建立的试卷库中随机抽取。
期末考试是课程考核的重头戏，为了提高学生的学习积极性，同时也为了增强教师的工作责任心，实行考、教分离是一个较好的督促办法。为此，2012年课程组根据课程的教学要求组织编写了试卷库。试卷库中的试题符合教学大纲的要求，内容丰富、形式多样、题型一致，试题表述清楚，要求明确，无偏题、怪题，难易得当，考核的知识点覆盖面宽，能考核学生掌握知识以及应用知识进行综合分析能力的情况。此次编写的试卷库共包含试卷6份，至少够三年使用，随着试卷库的使用，课程组还拟将对试卷库进行不断扩充。
五、结束语
“高等流体力学”的日常教学工作一个任重而道远，为了适应高等流体力学服务于日新月异的学科发展的需求，提高该学位课程的教学效果，更好地为本校研究生人才培养服务，课程组将把教学研究工作不断地持续进行下去，搜集最新最前沿的相关信息以补充教学内容，探讨教学模式以提高教学效果，及时对习题库和试卷题库进行更新。相信只要教师多花一点时间，多动一点脑筋，多找一些教育学生的切入点，因材施教，一定能取得好的教育效果。
参考文献：
[1]张鸣远.高等流体力学[M].西安：西安交通大学出版社，2006.
[2]董守平.高等流体力学[M].东营：中国石油大学出版社，2006.
[3]王献孚.高等流体力学[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.
[4]王松岭.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2011.
[5]周云龙.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2008.
流体力学及其工程应用范文第4篇
关键词：工程流体力学；课程体系；创新
Construction and improvement of course system on engineering fluid mechanics
Lan Yamei， Wang Shiming， Song Qiuhong， Liu Shuang
Shanghai Ocean University， Shanghai， 201306， China
Abstract： Combined with the working practice on construction process of engineering fluid mechanics， which is rated as Shanghai elite course， construction and improvement of course system is discussed on engineering fluid mechanics on Shanghai Ocean University. The main contents include teaching content， textbook publishing， improvement of experimental condition， training of innovation ability.
Key words： engineering fluid mechanics； course system； innovation
随着我国海洋战略布局和海洋经济的发展，我校在海洋学科和相关专业建设方面发展迅速，流体力学知识的应用愈来愈广泛。流体力学是工科院校普遍开设的专业基础课程，学科的渗透性很强，与所有基础和专业学科之间都有交叉，在学生知识能力培养和知识体系结构中起着承上启下的作用。2013年，我校流体力学被评为上海市精品课程。在4年多的建设过程中，流体力学课题组先后承担了校级、上海市级重点课程建设及重点教材建设等多项教改项目，坚持以培养海洋工程创新型人才为目标，在流体力学教学体系的建设方面取得了宝贵的经验。
1 结合海洋大学特点，调整教学内容，完善课程体系
我校流体力学类课程覆盖海洋渔业科学与技术、海洋环境、海洋技术、热能动力工程、建筑环境与设备工程、环境工程、环境科学、机械设计制造及其自动化等专业，每年选课学生超过700人。针对各个专业学生的不同需求，我们在课程设置、教学内容上都做了相应的调整与完善。本课程在我校的定位是：以海洋学院的海洋渔业科学与技术、海洋环境、海洋技术、环境工程专业为重点的海洋类本科生的专业基础主干课程；面向食品学院和生命学院的热能动力工程、建筑环境与设备工程、环境科学专业的工程应用类本科生的专业基础平台课程，满足工程学院的机制专业培养要求。以工程流体力学课程为龙头，以培养海洋人才的创新能力为目标，完善优化流体力学类课程群的配置、学时安排，并完成所有课程新教学大纲的编写工作，逐步形成一个完整的课程体系，重点完成了实验课和仿真课程软硬件的配套建设，突出强调流体力学的应用实践环节。根据工程实际需要，将流体力学的教学内容分为三个层次，即流体力学的基础理论、流体力学知识与进展、流体力学应用与实践。根据不同专业对流体力学知识的需要，设计了不同的模块组合。如对海洋相关专业的学生，增加了水波理论，重点强调实验实践环节；针对食品专业的需要，增加了气体及热力学类内容，并编写了多套相关自测题供学生选用；针对水产及生物类专业的学生，为让学生能够更好地研究鱼类等的动物习性，增加了数值仿真模拟，克服了以往过分重视理论知识的介绍，轻视其应用的弊端。此外，还相继开出了流体力学独立实验课、计算流体力学等。
2 出版多部教材，完善流体力学课程教材体系完备
2002年，《工程流体力学》教材被列为上海市教委普通高等学校教材重点建设项目，历经3年多的编写和有关专家的评审，我校教师编写的《工程流体力学》于2006年2月由上海交通大学出版社出版。该教材的最大特点是考虑到普通工科院校非力学专业学生的情况，尤其是一般工科专业学生的基础和专业需要，尽可能简化对公式、定理的数学推导，注重对物理概念的阐明、理解和应用，特别强调知识的实际应用。2007年，《工程流体力学》教材被上海市教委评为优秀教材三等奖，2008年获上海海洋大学教学成果一等奖。2011年，我们对第一版教材部分章节的内容进行了更新、充实和修订，更加注重拓宽知识面和实际工程应用。2012年9月，第二版《工程流体力学》及配套教材《工程流体力学习题解析》由上海交通大学出版社出版发行。2011年3月，由同济大学出版社出版的《力学基础实验指导―理论力学、材料力学、流体力学》，其中的流体力学部分（第三大部分），重点强化课程体系中的实验环节，完善了流体力学课程的教材体系。我们还完成了流体力学试题库建设工作，提高了试题质量，真正做到了教考分离，为相关师生提供了丰富的教学资源库，促进了教学质量的提高。
早在2006年，我们就开始了“流体力学研究型教学的改革与实践”上海水产大学（2008年更名为上海海洋大学）一般课题项目的研究工作；为配合新出版的教材，我们还申请了校级一般课程建设项目“工程流体力学（CAI课件）建设”，制作了与教材配套的、有自主知识产权的课件光盘，课件共有700余张PPT，图片色彩鲜明，其中插入的20多个原创动画形象生动逼真，做到了工程流体力学电子教案光盘版与教材同步发行。
3 完善实验教学条件，形成完整的实验教学体系
随着我国，特别是上海市海洋战略布局和海洋经济的发展，我校海洋学科发展迅速。首先，为配合新开设的独立实验课，添置了多种类、多套数的多功能流体力学实验装置、动量定理实验仪、空化实验仪等流体力学常规实验设备，保证了高质量完成流体力学本科实验教学任务。根据购置的实验设备，自行编写了实验指导书，明确了仪器设备的工作原理、实验过程的具体步骤、实验结果的分析和处理以及实验中的注意事项等内容；为了实现实验教学的多样化，自行编制了工程流体力学实验教学演示软件，内容形象直观，使学生一目了然；合作研制了小型循环水槽及直流式风洞，并配备了数据测试采集系统，可进行圆柱、翼型、浮标、波能装置等模型的流场显示及水动性能测试，使实验教学的质量和效率得到了提高。针对个别专业的特殊需要，开设了流体力学独立实验课。实际的流体运动非常复杂，而流体力学实验是揭示流体运动规律的一种重要手段，为此，经多方筹建，我校海洋环境专业于2009年开设了流体力学独立实验课，帮助学生加深对所学理论的理解，更好地用所学理论解决生产实际中的问题。实验课共16学时，实验内容主要包括：能量方程实验、雷诺实验、动量定律实验、沿程水头损失实验、局部水头损失实验、毕托管测速实验、管道测流量实验、流动显示实验、虹吸实验及势流叠加实验等。针对食品专业的需要，开设了气体及热力学类实验。
为了满足海洋学科对流体力学实验的更高要求，我们陆续建成了大型室内动力深水压力桶，配备了数据测试采集系统，可进行圆柱、翼型、浮标、波能装置等模型的流场显示及水动性能测试。我校地处临港，旁临东海，学生参加各种海试试验方便。利用这些实验平台，相继开设了多种设计性、综合性实验，主要包括湍流、流体数值模拟计算应用、波浪能发电装置开发等，对于学生创新能力的培养起到了至关重要的作用。
4 以科研促进教学，培养学生的创新能力，构建创新型培养体系
近三年，教师发表学术论文40余篇，SCI收录4篇；课题组教师主持省部级及以上科研课题共20余项，其中国家自然科学基金1项，上海市自然科学基金2项，农业部专项3项，海洋工程国家重点实验室开放基金2项，国家海洋局重大专项2项，上海市教委创新项目2项。有20余名硕士研究生、多名本科生参与科研项目，学生创新意识和能力得到了培养与锻炼。近年来，学生在科研创新方面热情很高。在全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中，2011年，我校羊晓晟、侯淑荣、马利娜、沈小青的“一种新型海洋波浪能发电装置”获得全国竞赛三等奖；2012年，曹星、陈功的“风浪发电转换机”获得全国三维数字化创新设计大赛上海赛区二等奖。工程学院学生孙奇结合所学流体力学知识，自主创业，创立了上海鑫靓科技服务有限公司，开办节水高效汽车洗车业务服务师生。2011～2012年，学生成功申报市、校、院级涉及海洋工程方向的大学生创新性项目16项。在流体力学教师指导下，学生还获得43项国家实用新型专利，另有多项发明专利进入实审阶段。学生参加教师科研项目19项，均取得了很好的成效。在我校机械设计制造及其自动化专业本科学生的毕业设计题目中，海洋工程类流体力学相关研究比例较高，特别是在大学生科技创新活动中心的组织下，我校成为上海市船舶与海洋工程学会的团体会员单位，并在我校建立了上海市船舶与海洋工程学会学生分会，流体力学的师生参与热情较高。
5 结束语
工程流体力学是一门非常重要的专业基础课程，它具有较强的理论性、抽象性和实践性。笔者主要介绍了我校工程流体力学课程体系的建设与实践，主要包括：多层次、多专业的课程体系构建；先后出版了《工程流体力学》《工程流体力学习题解析》和《力学基础实验指导―理论力学、材料学、流体力学》教材，流体力学课程教材充足；完善实验教学条件，形成完整的教学实验体系；培养学生创新能力，构建创新型培养体系；以科研促进教学，培养学生创新能力，构建创新型培养体系，不断培养学生的工程意识和工程实践能力，提高创新能力，使学生真正掌握该课程的核心知识，提高分析问题和解决问题的能力。
参考文献
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[5] 王世明，宋秋红，兰雅梅.《工程流体力学》教学方法改革与研究[J].教育理论与教学研究，2012（4）：32-34.
流体力学及其工程应用范文第5篇
关键词：过程装备控制工程；过程原理与设备；教学内容
作者简介：苏文献（1967-），男，山东栖霞人，上海理工大学能源与动力工程学院，副教授；孙丽（1982-），女，山东海阳人，上海理工大学能源与动力工程学院，讲师。（上海 200093）
基金项目：本文系上海市教委重点课程建设项目（项目编号：1K12301002）、上海理工大学核心课程建设项目（项目编号：5811301003）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0120-02
过程装备与控制工程专业的前身是化工设备与机械专业（简称“化机”），1998年根据发展需要，教育部对普通高等学校大学本科专业目录进行了调整，将化工设备与机械（本科）专业更名为过程装备与控制工程专业。该专业主要研究石油、化工、炼油、轻工、核能与电力、冶金、环境、食品及制药等过程工业中处理流体和类流体必需的装备、技术与控制等。属于融机械、化工和控制等多工程学科领域于一体的复合交叉型学科。
过程装备与控制工程本科专业相对应的研究生教育的学科名称为化工过程机械，属于动力工程及工程热物理一级学科下的二级学科。
动力工程及工程热物理学科主要研究能量以热和功及其他相关的形式在转化、传递过程中的基本规律，以及按此规律有效地实现这些过程的装备及系统所涉及的应用科学及应用基础科学；主要应用于工农业、国防领域，与人类生活、生产密切相关；同时又几乎与所有的科学技术领域密切有关，可以推动人类更好地利用能源与现代动力技术的发展。
上海理工大学（以下简称“我校”）过程装备与控制工程专业依托于我校动力工程与工程热物理一级学科，该学科具有博士后流动站，并在1997年第一批被批准为我国具有一级学科博士学位授予权单位；所属二级学科化工机械方向在70年代就已具有培养硕士和博士的能力。
在这样的背景下，我校能源与动力工程学院不断修改和丰富本科生培养计划和培养方案，开设了“过程原理与设备”课程，作为过程装备与控制工程专业的专业基础课程。经过多年的教学改革和不断探索，在教学方法、授课内容设计和提高学生创新能力方面取得了一定成果。
一、专业概况和课程定位
化工设备与机械专业更名为“过程装备与控制工程”专业后，其内涵和外延都有了根本变化。更名后的专业，从单纯的机械学科转向机械与控制交叉学科。虽然它自己仍然属于机械大学科，但它和通用机械有区别，与原来的行业范围局限于化工不同，新行业可以广泛服务于机械、电子、化工等相关过程工业；同时，新行业的发展也和机械电子、控制工程、化工机械、动力机械等密切相关。过程工业，通常来说，是利用化学和物理方法改变物料物化性能，用以生产新产品的加工工业，广泛应用于工农业等众多相关行业部门。过程装备与控制工程专业主要涉及的对象是与流程有关的物料，从原材料到成品或者半成品过程中需要经过一系列化学或者物理变化。因此，整个过程需要有数量不同、功能各异的单元操作并联或者串联组成，而每一个单元操作均需要一个能够实现特定功能的设备或者机器来完成。每个单元操作对应的设备称为单元设备，而这些单元设备需要用一系列的部件如阀门、管道、三通等连在一起构成过程装备。在过程工业中，通常需要确保各个单元设备以及整个装备能够安全稳定地运行，因此需要对各个流程中的物料的各种相关参数进行严格控制，如压力、速率、温度、浓度等。
过程装备与控制工程专业是以过程装备的设计、制造、运行、维护、管理为主体，过程工业原理与装备控制技术应用为两翼的多学科交叉型专业。通过系统学习，学生将具有较强的机械基础、过程装备、力学基础、控制工程、计算机应用等基础理论知识，具有较好的工程技术基本素质和综合解决工程问题的能力。其培养目标是具备过程装备设计制造及其控制理论，并具备研究开发、设计制造、运行控制、维护管理等综合能力的高级科学研究和技术人才。
我校以科研教学型为办学定位。“过程原理与设备”课程是过程装备与控制工程专业技术基础课程之一，是过程装备与控制工程专业的核心课程，也是上海市教委重点建设课程。该课程既讲原理又讲设备，涉及知识全面；由理论到应用，教学逻辑明确。对激发学生的创新思维，提高学生的应用能力有很大帮助。同时作为专业基础课程，其教学质量的好坏也直接影响其他专业课程的教学工作。因此，做好“过程原理与设备”课程建设对提高本科教学质量，促进学生全面发展具有一定积极作用。
二、授课内容设计
过程工业，一般来说，都与热量传递、能量传递及质量传递有关。过程工业中涉及的所有的机器（动设备）和（静）设备，均属于过程装备。过程装备可以分为以下几大类：
1.流体动力过程及设备
满足流体力学等相关规律的过程及设备。如液体的输送与气体的增压，气液非均相混合物的分离、液体的搅拌等。所用的设备有泵、鼓风机、离心机、压气机、管道、沉降室等。
2.传热过程及设备
满足热量传递等相关规律的过程及设备。如冷却、蒸发等。所用的设备有冷凝器、蒸发器、锅炉等。
3.传质过程及设备
满足质量传递等相关规律的过程及设备。如干燥、分馏、吸附、吸收、结晶等。所用的设备有：干燥器、萃取塔、结晶器等。
4.机械过程及设备
满足固体力学等相关规律的过程及设备。如固体的粉碎、筛分、输送、给料等。常见的设备有粉碎机、振动筛、输送设备、给料器等。
5.化学过程及设备
满足化学反应等相关规律的过程及设备。如还原、氧化、加氢、水解、加聚等。常见的设备有搅拌反应器、固定床反应器以及流化床反应器等。
“工程热力学”、“工程流体力学”、“传热学”为我校过程装备与控制工程专业在能源与动力工程学院的三大基础课程。“过程原理与设备”是过程装备与控制工程专业的主修课程，其授课内容大体与化工原理相近。由于传热、传动量两部分内容已由其他老师在“传热学”、“过程流体机械”中主讲，故在本课程中授课内容以传质为主，传热、传动量为辅。课程讲述质量传递原理、换热、蒸发传热单元操作及吸收、精馏、萃取、吸附、结晶、膜分离等传质单元操作；热量、质量同时传递过程的特点及增减湿和干燥操作。具体内容包括：
分离过程与传递现象，介绍混合物组成，基本操作方法和常用设备，传质分离的动力学方程；吸收基本原理，气液相平衡、传质机理与传质速率、低浓度气体的吸收与计算，高浓度气体吸收、多组分吸收、化学吸收和解吸，吸收塔的结构和设计；蒸馏基本原理，双组分溶液的气液相平衡、简单蒸馏、平衡蒸馏和精馏及其双组分连续精馏的计算和分析，间歇精馏和特殊精馏、多组分精馏，蒸馏塔的结构和设计；气液传质设备的工艺设计；液液平衡关系、部分互溶物系的萃取计算、完全不互溶物系的萃取计算及溶剂的选择，其他萃取方法及萃取设备；湿空气的性质及湿度图、干燥过程的物料衡算和热量衡算、干燥速率和干燥时间，干燥器的类型、性能、结构；蒸发原理、设备及计算热量传递基础，单效蒸发和真空蒸发的概念和计算，单效蒸发和提高加热蒸汽经济性的其他措施及其蒸发设备；颗粒与颗粒层的特性、流体与颗粒间的相对运动及其流体通过颗粒床层的流动、重力沉降和过滤计算，了解气体净化的其他广泛应用和设备；膜分离传质单元操作的基本原理。
目前我校过程装备与控制工程专业所用教材是陈敏恒等编著的《化工原理》（上、下）第三版（化学工业出版社）。所用参考教材有：蒋维钧等编著的《化工原理》（上、下）（清华大学出版社），何洪潮等编著的《化工原理》（科学出版社），张斌编著的《过程原理与设备》（东北大学出版社）等。
在多年的教学过程中，我校能源与动力工程学院不断探索教学内容和方法。在总学时数受限定的情况下，结合实际情况，合理设置教学内容，既压缩了课时，又避免了该课程与学院基础课程内容上的重复；在与其他课程的配置上，将该课程与“专业实验”课程的进度合理搭配，用实验设备模拟真实设备，边学边练，激发学生学习兴趣，增强学生动手实践能力；在改革教学内容和方法的同时，还注意将现代化教学手段引入课堂，利用计算机教学软件进行辅助教学，取得了良好的教学效果。
三、结论
“过程原理与设备”课程是过程装备与控制工程专业重要的专业基础课程之一，其内容涵盖广、实践应用性强。经过多年的教学改革和探索，我校走出了一条内容设计合理、教学方法多样、注重实践和创新的特色之路。过程装备与控制工程专业学生连续多年的高就业率和来自企业的积极反馈，体现了我校“过程原理与设备”教学的良好效果。
参考文献：
[1]陈敏恒，丛德滋，方图南，等.化工原理（上、下）[M].第三版.北京：化学工业出版社，2012.
[2]蒋维钧，戴猷元，顾惠君.化工原理（上、下）[M].第三版.北京：清华大学出版社，2009.
