流體動力學(xué)原理精選(九篇)

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第1篇：流體動力學(xué)原理范文

關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué)；環(huán)境類；教學(xué)難點；教學(xué)方法；銜接技巧

作者簡介：齊旭東（1981-），男，河北唐山人，河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，講師。（天津 300401）

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0130-02

一、環(huán)境類工程流體力學(xué)的學(xué)科特色分析

環(huán)境類專業(yè)涉及流體力學(xué)的內(nèi)容廣泛，而且與機械、熱能動力、水利等傳統(tǒng)學(xué)科對流體力學(xué)的要求有明顯不同。[1-3]河北工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保┉h(huán)境工程專業(yè)采用聞德蓀先生編著的《工程流體力學(xué)》教材，由高等教育出版社出版，分上下兩冊，上冊為《理論流體力學(xué)基礎(chǔ)》，下冊為《應(yīng)用流體力學(xué)》。該教材與其它傳統(tǒng)學(xué)科所采用的流體力學(xué)教材相比區(qū)別較大：由于人類生活和生產(chǎn)主要局限在生物圈，生物圈中水和氣是無處不在的，環(huán)境類專業(yè)主要圍繞水和氣，因此，上冊《理論流體力學(xué)基礎(chǔ)》的覆蓋面極大，包括靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)、恒定平面勢流、流動相似原理、流動阻力和能力損失等模塊；下冊《應(yīng)用流體力學(xué)》包括孔口和管嘴出流、有壓管流、明渠流、堰流、滲流等模塊。下冊以水為主，旁及氣體，實際上是水力學(xué)基礎(chǔ)。但是，與傳統(tǒng)水力學(xué)又有著明顯的不同，這一不同并不是教材主要內(nèi)容的差異，而是學(xué)科體系的構(gòu)建不同。傳統(tǒng)水力學(xué)在學(xué)科構(gòu)建上有著鮮明的學(xué)科特色，而環(huán)境類專業(yè)所學(xué)習(xí)的《應(yīng)用流體力學(xué)》（教材下冊）是采用更加簡單的方式初步介紹水力學(xué)。換言之，是上冊《理論流體力學(xué)》的動力學(xué)在幾種特殊邊界流場中的具體應(yīng)用，這些特殊流場的研究對于設(shè)計和計算環(huán)境類的反應(yīng)器、構(gòu)筑物的形式和尺寸，以及流體輸配具有重要意義。

工程流體力學(xué)與三大力學(xué)（理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)）相比，其主要概念和原理幾乎沒有相似之處，[4-6]與大學(xué)物理學(xué)相比也無相似之處。[7]換言之，在工程流體力學(xué)中涉及的概念和原理對本科生來說幾乎是全新的。工程流體力學(xué)建立在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)基礎(chǔ)上，是通過牛頓經(jīng)典力學(xué)和高等數(shù)學(xué)知識對流體靜止和運動規(guī)律進(jìn)行研究，通過歐拉法或拉格朗日法對流動現(xiàn)象建立數(shù)學(xué)模型，從而用微積分等高等數(shù)學(xué)方法解決流體流動問題。該學(xué)科的基本概念和原理在三大力學(xué)或大學(xué)物理學(xué)中幾乎是從未提及過的。

可見，工程流體力學(xué)的學(xué)科特點鮮明，是環(huán)境類專業(yè)的重要骨干課程。筆者從事工程流體力學(xué)教學(xué)7年有余，并主動向老教師或其他同行學(xué)習(xí)探討，發(fā)現(xiàn)除了要把握好該課程的學(xué)科特點外，對教學(xué)難點也要廣泛篩選、收集和研究，并結(jié)合教學(xué)方法進(jìn)行探討論證，[8-12]具體分析見表1及下文。

表1 若干教學(xué)難點與教材章節(jié)對應(yīng)一覽表

序號 教學(xué)難點 教材章節(jié)[1]

1 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 第一章緒論

2 隔離體受力分析 第一章緒論

3 流體相對平衡 第二章流體靜力學(xué)

4 流體靜力學(xué)基本方程、阿基米德原理 第二章流體靜力學(xué)

5 拉格朗日法、歐拉法 第三章流體運動學(xué)

6 亥姆霍茲速度分解定理 第三章流體運動學(xué)

7 理想流體動力學(xué)、實際流體動力學(xué) 第四章理想流體動力學(xué)和平面勢流、第五章實際流體動力學(xué)基礎(chǔ)

8 牛頓一般相似原理、單項力相似準(zhǔn)則 第六章量綱分析和相似原理

9 普朗特混和長度理論 第七章流動阻力和能量損失

10 孔口、管嘴出流和有壓管流 第九章有壓管流和孔口、管嘴出流

11 堰流 第十章明渠流和閘孔出流及堰流

12 滲流 第十一章滲流

二、環(huán)境類工程流體力學(xué)的教學(xué)難點與教學(xué)方法銜接技巧分析

連續(xù)介質(zhì)假設(shè)（序號1）是工程流體力學(xué)的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻，但是作為一門新課程的開始，學(xué)生往往很難接受這樣的模型假設(shè)。因此，宜采用討論法處理該問題，討論法的難點是避免討論課的無計劃性。質(zhì)點的概念對于研究流體運動是至關(guān)重要的，但是有大半學(xué)生掌握不到要領(lǐng)。具體體現(xiàn)在，把流體質(zhì)點的概念與物理學(xué)剛體質(zhì)點的概念混淆，覺得二者完全一致，沒有特殊涵義。面對這一問題，與學(xué)生針對兩個“質(zhì)點”概念進(jìn)行詳細(xì)的機理分析是很必要的。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的核心理念是流體質(zhì)點概念的提出，流體質(zhì)點是這樣定義的：流體質(zhì)點是指尺度大小同一切流動空間（流場）相比微不足道又含有大量分子，具有一定質(zhì)量的流體微元；物理學(xué)中的剛體如果只發(fā)生平移運動的話，該剛體可簡化成質(zhì)點處理，即用一個質(zhì)點代替剛體，使物理運算變得很方便。因此，這兩個“質(zhì)點”概念有著不同的涵義，流體的主要特點之一就是易流動性，流場的形狀受制于邊界條件，流場在流動過程中，邊界形狀不斷變化，所以，流場形狀也在不斷變化，因此，流體質(zhì)點不能替代流場，而是由大量的流體質(zhì)點組成連續(xù)介質(zhì)，填充整個流場。

工程流體力學(xué)本質(zhì)上講是力學(xué)問題，需要在解題前進(jìn)行受力分析（序號2）。在中學(xué)物理學(xué)中，受力分析貫穿始終，為中學(xué)生所熟知。所以，該部分的學(xué)習(xí)推薦采用自學(xué)指導(dǎo)法和對比分析法，這樣可以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。由于流場形狀受制于邊壁，流體的受力分析規(guī)律性不明顯，這與中學(xué)物理學(xué)的剛體受力分析區(qū)別較大。流體受力分析，均可從兩個方面進(jìn)行，即質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力包括重力和慣性力，屬于遠(yuǎn)程力，作用在整個流場的所有質(zhì)點上，其中，慣性力的存在與否取決于坐標(biāo)系的選擇。如果選擇慣性坐標(biāo)系，則慣性力肯定不存在；如果選擇非慣性坐標(biāo)系，則慣性力肯定存在。表面力包括切應(yīng)力和壓應(yīng)力，概念的內(nèi)涵與剛體的表面力相似，切應(yīng)力和壓應(yīng)力之間的區(qū)別在于作用力方向的不同。

很多學(xué)生不了解學(xué)習(xí)流體相對平衡（序號3）的意義何在，根據(jù)該知識的特點，可采用探究發(fā)現(xiàn)法處理該部分內(nèi)容。流體相對平衡的意義，在于將特殊的運動問題轉(zhuǎn)化成相對靜止的問題，從而使計算得到簡化。當(dāng)整個流場與固體邊壁無相對運動時，選擇非慣性坐標(biāo)系，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理引入慣性力，可用相對平衡條件來處理該問題，即對隔離體采用受力平衡條件，可使計算過程大大簡化。

中學(xué)物理學(xué)所熟悉的流體靜力學(xué)基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何從流體靜力學(xué)的角度來重新定義（序號4），也是這一章的難點。該難點的講解宜采用啟發(fā)性談話法，該方法一定要注意談話內(nèi)容的設(shè)計合理性，以期對整個談話過程有的放矢。流體靜力學(xué)基本方程的限定條件是質(zhì)量力僅有重力，也就是說，坐標(biāo)系為慣性坐標(biāo)系。如果將其推廣到非慣性坐標(biāo)系，則計算方法應(yīng)為歐拉平衡微分方程的積分式，歐拉平衡微分方程是建立在牛頓第二定律基礎(chǔ)上的。該部分需要學(xué)生將流體靜力學(xué)基本方程與歐拉平衡微分方程積分式進(jìn)行對照。阿基米德原理是計算浮力的基本原理為中學(xué)生所熟知，在中學(xué)物理中往往解釋成由實驗研究獲得，實際上在大學(xué)工程流體力學(xué)中可以解釋成曲面所受靜壓力的合效應(yīng)使其意義更廣泛。

流動現(xiàn)象如何用數(shù)學(xué)語言描述，這是流體力學(xué)建立的基礎(chǔ)，該難點的處理宜采用講授法。描述流體運動的方法有兩種，即拉格朗日法和歐拉法（序號5）。拉格朗日法是從流場中選擇關(guān)鍵性流體質(zhì)點組成流體質(zhì)點系，跟蹤每一個流體質(zhì)點，研究其運動規(guī)律，進(jìn)而總結(jié)出質(zhì)點系運動規(guī)律，從而推演出整個流場運動規(guī)律，該方法概念清晰，但是分析和計算過程復(fù)雜。歐拉法是從流場中選擇有代表性的空間點，分析這些空間點的運動規(guī)律，從而總結(jié)出整個流場運動規(guī)律。在計算流體力學(xué)中，常常采用拉格朗日法，在工程流體力學(xué)中常常采用歐拉法。

流體微元運動的基本形式包括平移、轉(zhuǎn)動、角變形、線變形等。在流體微元內(nèi)部，如果已知其中一點的運動要素，在微元內(nèi)其他空間點的運動要素可以用已知點的運動要素表達(dá)出來，該定理稱為亥姆霍茲速度分解定理（序號6）。很多學(xué)生對該定理存在疑問：微元內(nèi)部這兩個空間點之間怎么會存在聯(lián)系？該問題適合采用探究發(fā)現(xiàn)法進(jìn)行介紹，教師可首先將其轉(zhuǎn)化成高等數(shù)學(xué)的模型，提示學(xué)生用微積分的方法來處理，具體而言，二者之間的聯(lián)系是通過高等數(shù)學(xué)中的泰勒公式建立的。

理想流體動力學(xué)和實際流體動力學(xué)（序號7）在工程流體力學(xué)中是可以合并講授的，采用系統(tǒng)講授法更合適，這樣更有利于知識的完整性。流體動力學(xué)主要涉及三大方程的后兩個，即能量方程和動量方程。首先介紹理想流體運動微分方程和實際流體運動微分方程，前者也稱為歐拉運動微分方程，后者也稱為N-S方程，這兩個重要方程均由牛頓第二定律推導(dǎo)獲得，二者可作為計算流體力學(xué)基礎(chǔ)，由此也可推導(dǎo)出能量方程。另一點需要注意，能量方程有兩種形式，理想流體能量方程和實際流體能量方程，前者可以統(tǒng)一到后者中去，由于實際流體存在粘滯力，可產(chǎn)生能量損失，即單位重量流體從計算斷面1-1運動到計算斷面2-2時的平均能量損失；如果是理想流體，則粘滯力不存在，產(chǎn)生的能量損失為0。

量綱分析和相似原理主要涉及到（動力）相似準(zhǔn)則里的牛頓一般相似原理和單項力相似準(zhǔn)則之間的辯證關(guān)系（序號8）。該部分知識瑣碎，宜采用講授法。兩個流動，即原型和模型流動，如果要實現(xiàn)流動相似，幾何相似和初始條件、邊界條件相似是基礎(chǔ)，動力相似是保證，運動相似是目標(biāo)。如果要實現(xiàn)動力相似，需要對應(yīng)空間點處各個同名力方向相同，大小成固定比例，這稱為牛頓一般相似原理。但如果在幾何相似和牛頓一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的幾何形狀和大小完全一致，失去了模型實驗可縮小原型幾何尺寸的意義。正是基于此，所以提出單項力相似準(zhǔn)則，在流動中起主導(dǎo)作用的力往往只有一種，這是流動現(xiàn)象的特點，所以如果在原型和模型中，起主導(dǎo)作用的力相似的話，可認(rèn)為二者的動力相似已實現(xiàn)。

普朗特混和長度理論（序號9）是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點，大多數(shù)學(xué)生感覺該部分不知所云。比如說，該半經(jīng)驗理論的意義是什么，問題從何而來？該部分宜采用討論法。流體處于湍流狀態(tài)時，運動參數(shù)可以分為時均流速和脈動流速，時均流速產(chǎn)生時均切應(yīng)力，脈動流速產(chǎn)生附加切應(yīng)力，時均切應(yīng)力的計算采用牛頓內(nèi)摩擦定律，附加切應(yīng)力計算采用脈動流速計算，即，其中脈動流速ux’和uy’計算困難，需要通過普朗特混和長度理論進(jìn)行計算，該理論通過將湍流脈動與理想氣體自由程理論進(jìn)行類比，提出自由程概念，從而將脈動速度與時均速度建立聯(lián)系，實現(xiàn)了附加切應(yīng)力的計算可行性。

孔口、管嘴出流和有壓管流（序號10）是研究水力設(shè)備和輸配水管網(wǎng)的基礎(chǔ)，這一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、長管、管網(wǎng)，對這些模型的深入研究需要采用上冊流體動力學(xué)的連續(xù)性方程和能量方程，在深入分析流動規(guī)律后，可得最一般的規(guī)律性，即流量和斷面平均流速的計算公式。這部分可以看成針對幾種特殊邊界應(yīng)用動力學(xué)方程來求解計算題，所以在介紹了孔口或短管以后，其他形式的邊界流動由學(xué)生通過練習(xí)法和討論法來自學(xué)，最后由教師進(jìn)行總結(jié)。

在緩流中，為控制水位和流量而設(shè)置的頂部溢流的障壁稱為堰，緩流經(jīng)堰頂溢流的局部水流現(xiàn)象稱為堰流（序號11）。在環(huán)境類專業(yè)中，堰是常用的溢流集水設(shè)備和量水設(shè)備，在一確定的堰流中，流量與其它特征量的關(guān)系明確。薄壁堰可在環(huán)境類構(gòu)筑物中作為出水設(shè)施，如二次沉淀池出水等。該部分內(nèi)容生疏，宜采用演示法和講授法。

滲流（序號12）是指流體在孔隙介質(zhì)中流動，該流動狀態(tài)在地下水中廣泛存在，對地下取水井的設(shè)計往往要采用該模型的相關(guān)理論。該部分多在研究生階段深入學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語

工程流體力學(xué)在環(huán)境類專業(yè)中的現(xiàn)實意義和理論意義重大，在注冊環(huán)保工程師基礎(chǔ)考試中份額可觀。該課程學(xué)習(xí)難點頗多，對于本科生來說學(xué)習(xí)的壓力較大，需要教師在知識點梳理、難點篩選、師生溝通、教學(xué)方法總結(jié)等方面多做工作，筆者通過對環(huán)境類專業(yè)工程流體力學(xué)教學(xué)的自身體會完成此文，希望對教學(xué)一線的教師有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：流體動力學(xué)原理范文

關(guān)鍵詞：油氣成藏動力，學(xué)油氣運移油，油氣成藏機理

 

1.油氣成藏動力學(xué)研究方法

成藏動力學(xué)研究是在綜合分析區(qū)域鉆探、地球物理、分析測試和地質(zhì)地化等資料的基礎(chǔ)上, 采用靜態(tài)描述和動態(tài)模擬相結(jié)合的方法, 其中計算機模擬方法可以定量地、動態(tài)地刻劃各種因素相互作用的歷史過程, 從而更深刻地揭示其內(nèi)在規(guī)律性, 因此是成藏動力學(xué)過程研究的一項關(guān)鍵技術(shù)。成藏動力學(xué)模擬實質(zhì)上是成藏動力學(xué)過程模擬, 是一項高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程, 它需要以當(dāng)代最先進(jìn)的地質(zhì)學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)理論為基礎(chǔ), 全面利用各種地質(zhì)、物探資料, 采用最先進(jìn)的盆地描述和盆地模擬技術(shù)方可進(jìn)行[1]。，油氣成藏機理。盆地描述部分用于刻劃盆地現(xiàn)今的構(gòu)造、沉積巖性和各種地質(zhì)參數(shù)的空間展布特征, 為盆地模擬奠定基礎(chǔ)。盆地模擬方面包括構(gòu)造、沉積、儲層、古水動力場、古地溫、生烴、排烴、圈閉演化和油氣運移聚集等各個部分。其中, 從生烴到運移的模擬構(gòu)成成藏動力學(xué)過程模擬的主體, 而其他的描述和模擬則是成藏動力學(xué)過程模擬必不可少的重要基礎(chǔ)。成藏動力學(xué)過程模擬的最終結(jié)果體現(xiàn)在油氣資源量計算部分上, 包括計算出盆地的生烴量、排烴量、烴碳轉(zhuǎn)換量、油氣損失量, 最后要計算出盆地中聚集的油氣資源量[2]。，油氣成藏機理。

2.油氣成藏動力學(xué)系統(tǒng)的劃分及類型

田世澄(1996) 提出將受地球深部動力學(xué)控制的盆地構(gòu)造2沉積旋回作為一個成藏動力學(xué)系統(tǒng), 把改變地下成藏動力學(xué)條件, 影響成藏動力學(xué)過程的區(qū)域不整合和區(qū)域分布的異常孔隙流體壓力界面作為不同成藏動力學(xué)系統(tǒng)的界面。并據(jù)動力學(xué)特征將成藏動力學(xué)系統(tǒng)分為開放型、封閉型、半封閉型3 種類型, 據(jù)油源特征又區(qū)分為自源成藏動力學(xué)系統(tǒng)和他源成藏動力學(xué)系統(tǒng)。因此共可劃分出6 種油氣成藏動力學(xué)系統(tǒng)[3-6]?？涤郎?1999) 根據(jù)系統(tǒng)動力的來源、去向和系統(tǒng)的演化方式將油氣成藏流體動力系統(tǒng)分為重力驅(qū)動型、壓實驅(qū)動型、封存型和滯留4 種。，油氣成藏機理。實際上重力驅(qū)動型對應(yīng)開放型, 壓實驅(qū)動型對應(yīng)半開放型, 封存型和滯留型則對應(yīng)封閉型。，油氣成藏機理。，油氣成藏機理。因此二者是一致的。這種以油氣成藏的動力因素來劃分油氣系統(tǒng)的方法比經(jīng)典的含油氣系統(tǒng)的一套源巖對應(yīng)一個油氣系統(tǒng)的粗略劃分方法更深入, 更能體現(xiàn)油氣作為一種流體的運動分布規(guī)律, 從而有效指導(dǎo)我國陸相含油氣盆地的勘探[7]。

3.油氣成藏主要動力因素的研究

沉積盆地實際上是一個低溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)器, 油氣的富集是由溫度、力和有效受熱時間控制的化學(xué)動力學(xué)過程, 及由壓力、地應(yīng)力、浮力和流體勢控制的流體動力學(xué)過程的綜合結(jié)果, 也是盆地中各個成藏動力學(xué)系統(tǒng)中的油、氣、水三相滲流過程的結(jié)果。張厚福(1998) 認(rèn)為: 地溫場、地壓場、地應(yīng)力場等“三場”系受地球內(nèi)能控制, 是地球內(nèi)部能量在地殼上的不同表現(xiàn)表現(xiàn)形式。“三場”相互之間彼此影響與聯(lián)系。“三場”的作用使地殼上形成海盆、湖盆等各種水域, 才衍生出水動力場, 有了水體才能出現(xiàn)化學(xué)場與生物場, 后二者也相互聯(lián)系與相互制約。綜合這些場的作用, 在含油氣盆地內(nèi)才出現(xiàn)油氣成藏動力系統(tǒng)與流體壓力封存箱等地質(zhì)實體, 后二者之間互有聯(lián)系和影響。油氣從烴源巖生成并排出到相鄰的輸導(dǎo)層經(jīng)運移聚集而成藏及成藏后發(fā)生的物理化學(xué)變化這一系列過程都始終貫穿“三場”的作用[8-10]。

4.含油氣系統(tǒng)和油氣成藏動力學(xué)的關(guān)系探討

目前對含油氣系統(tǒng)和油氣成藏動力系統(tǒng)之間的關(guān)系眾說紛紜。主要有3 種說法。(1) 含油氣系統(tǒng)研究是油氣成藏動力學(xué)研究的起點。(2) 油氣成藏動力學(xué)研究是含油氣系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。王英民(1998) 認(rèn)為含油氣系統(tǒng)劃分是成藏動力學(xué)研究的結(jié)果。，油氣成藏機理。(3) 含油氣系統(tǒng)和油氣成藏動力學(xué)系統(tǒng)是交叉關(guān)系。筆者認(rèn)為由油氣運聚的物質(zhì)空間和動力因素控制的流體輸導(dǎo)系統(tǒng)的研究是油氣成藏動力學(xué)研究的核心內(nèi)容, 油氣成藏動力學(xué)研究應(yīng)按照從源巖到圈閉這一歷史主線, 側(cè)重于油氣成藏的動力學(xué)與運動學(xué)機制的研究。但油氣成藏動力系統(tǒng)對應(yīng)的狀態(tài)空間是油氣藏。而含油氣系統(tǒng)是從油氣顯示開始, 而不考慮其是否具有工業(yè)價值。因此油氣成藏動力系統(tǒng)是在大的合油氣系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步按油氣運聚動力學(xué)條件而追蹤油氣分布規(guī)律。因此筆者傾向于第一種說法, 認(rèn)為在含油氣系統(tǒng)宏觀研究思路基礎(chǔ)上進(jìn)行油氣成藏動力學(xué)過程的系統(tǒng)研究, 并根據(jù)成藏動力源泉進(jìn)一步劃分油氣成藏動力系統(tǒng), 才能弄清我國陸相盆地的成藏機理和油氣分布規(guī)律并建立當(dāng)代高等石油地質(zhì)理論, 從而更好地指導(dǎo)21 世紀(jì)的油氣勘探[11]。

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第3篇：流體動力學(xué)原理范文

關(guān)鍵詞：海洋科學(xué) 課程實踐 改革

隨著我國海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，對海洋類科技人才的要求也越來越高。流體力學(xué)是海洋科學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個海洋科學(xué)專業(yè)的教學(xué)體系中占據(jù)重要地位。本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解流體運動學(xué)和動力學(xué)的基本知識，掌握理想流體動力學(xué)的基本知識，掌握理想流體動力學(xué)的研究方法和理論，掌握不可壓縮理想流體的無旋運動、粘性不可壓縮流體動力、邊界層理論、湍流等的基本理論和研究方法。這門課程具有極強的理論性和實踐性，從而決定了這門課的教學(xué)目的既要使學(xué)生掌握理論知識，又要使學(xué)生學(xué)會如何運用到實際工程中去。然而，隨著教學(xué)體制的改革，學(xué)分制實施，流體力學(xué)的教學(xué)學(xué)時不斷縮短。課程教學(xué)多是為了滿足培養(yǎng)方案的要求，對系列化專業(yè)課程支撐不夠，教學(xué)效果不甚理想。因此，為了適應(yīng)新形勢下對人才培養(yǎng)的要求，我們對流體力學(xué)課程教學(xué)過程的各方面進(jìn)行了改革和實踐，以達(dá)到以培養(yǎng)出合格的海洋類人才的目的。

1.教學(xué)理念改革

流體力學(xué)課程的特點是抽象概念多、理論性強、體系復(fù)雜、難度較大，許多知識點都包含了大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高。也正是由于這些特點，所以需要改變傳統(tǒng)的以教師為中心的知識傳授型的教學(xué)理念，因為這種方式并不能使學(xué)生對所學(xué)知識留下深刻的印象，因而教學(xué)過程效率低，容易造成學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，不利于學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)。新教學(xué)理念增強教學(xué)過程師生間的互動，突出學(xué)生的主體性，改變以往學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中被動接收的地位，合理設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，利用現(xiàn)代化的教學(xué)方式，是以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科研素質(zhì)、創(chuàng)新意識為目的，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。希望通過流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握流體運動的一般規(guī)律及其有關(guān)的基本概念、基本理論、基本方法和基本實驗技能，同時具備較強的自學(xué)能力以及創(chuàng)新意識，為以后專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，打下牢固的基礎(chǔ)。

2.教學(xué)內(nèi)容的改革

由于海洋科學(xué)類專業(yè)教學(xué)要體現(xiàn)海洋特色，海洋學(xué)的研究對象是海洋，而海水是海洋最重要的組成部分，動力海洋學(xué)研究宏觀海水的運動，所以無論在研究對象、研究目的還是研究方法上面，動力海洋學(xué)都是流體力學(xué)的具體應(yīng)用和發(fā)展。

針對這一教學(xué)內(nèi)容的要求，我們進(jìn)行了流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革，使之適應(yīng)于當(dāng)前的海洋科學(xué)專業(yè)類的教學(xué)。考慮到目前國內(nèi)的流體力學(xué)課程內(nèi)容相當(dāng)寬泛，并不是特別適合海洋科學(xué)專業(yè)的教學(xué)需要，所以在內(nèi)容上作了調(diào)整，保留經(jīng)典流體力學(xué)的基本原理，同時加入了流體力學(xué)基本原理在海洋學(xué)中的具體應(yīng)用。例如，在講授研究流體運動的兩種方法歐拉方法和拉格朗日方法時，介紹了兩種方法在海洋調(diào)查研究中的應(yīng)用；在講授有旋運動動力學(xué)中，將環(huán)流定理擴展到海洋和氣象等方面的具體應(yīng)用；在講授粘性流體動力學(xué)時，補充了柯氏力場中粘性流體的運動，并深入講授了風(fēng)生海流、地球轉(zhuǎn)動對梯度流方向隨深度變化的影響等。

這些內(nèi)容的加入和調(diào)整，使學(xué)生不但能夠深入理解相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，還能夠了解其具體的海洋學(xué)應(yīng)用，真正做到學(xué)以致用，并且可以平滑過渡到一些后續(xù)海洋類專業(yè)課程，如物理海洋學(xué)、海洋氣象學(xué)、大洋環(huán)流等，的學(xué)習(xí)當(dāng)中，同時也為將來考研或者研究生階段的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

3.教學(xué)方式的改革

教師教學(xué)方式就是教學(xué)中為達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教師所采用的一系列的教學(xué)行為和活動方式、方法的結(jié)合?？紤]到流體力學(xué)的學(xué)科特點，其基本方程、原理的推導(dǎo)較多，所以在傳統(tǒng)上以教師教授法為主，即以教師為主體進(jìn)行知識的講授教學(xué)活動。但是單純的講授法存在一些問題，就是容易在課堂上與學(xué)生缺乏互動交往，從而不能有效的調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為此，在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，將以教為主的教學(xué)設(shè)計和以學(xué)為主的教學(xué)設(shè)計結(jié)合起來，通過多種方式實現(xiàn)教學(xué)的良性互動，提高教學(xué)質(zhì)量。

3.1多媒體教學(xué)改革

傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法的特點是推導(dǎo)過程細(xì)致、講解入微，這在一些復(fù)雜的定理推導(dǎo)過中可以有效的幫助學(xué)生理解整個推導(dǎo)過程，也有助于學(xué)生掌握推導(dǎo)方法和技巧。但是，板書教學(xué)也有不足之處，一是采用板書教學(xué)傳授的信息量不夠大，由于流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中存在大量的公式原理的推導(dǎo)，所以往往需要較多的課時才能滿足教學(xué)要求；二是部分教學(xué)內(nèi)容不夠直觀，流體力學(xué)的一門理論與實際結(jié)合的學(xué)科，所以很多的理論都有其對應(yīng)的實際流動現(xiàn)象，所以板書對此無能為力。

多媒體教學(xué)可以有效的彌補板書教學(xué)上存在的不足，單課時能夠提供較多的教學(xué)信息量，有效提高教學(xué)效率。另外，多媒體教學(xué)可以增加課堂教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)效果，通過一些多媒體素材展示了相關(guān)的流動現(xiàn)象，通過視覺、聽覺等多種信息傳遞方式，幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，這對于抽象的流體力學(xué)理論教學(xué)是一種相當(dāng)好的授課形式。但是多媒體教學(xué)也存在一些不足之處，在公式的推導(dǎo)過程中，翻頁式的教學(xué)明顯加快了教學(xué)節(jié)奏，使得學(xué)生對推導(dǎo)過程了解不夠深入，部分細(xì)節(jié)不明所以，學(xué)生的思考時間減少，另外就是多媒體教學(xué)的推廣，很多學(xué)生都沒有了記筆記的習(xí)慣。

針對以下兩種教學(xué)方式的特點，在海洋科學(xué)專業(yè)流體力學(xué)的教學(xué)過程中，我們采用了兩種教學(xué)方式相結(jié)合的方法。對于一些重要的基本原理，仍然采用傳統(tǒng)的板書式教學(xué)，力求傳授給學(xué)生流體力學(xué)的研究方法和研究思路。而對于推導(dǎo)結(jié)果，則采用多媒體的方式進(jìn)行展示，在實際的教學(xué)中，引用了大量的海洋、大氣等流體力學(xué)現(xiàn)象，如波浪、海流、臺風(fēng)等，將其以直觀的形式與對應(yīng)的流體力學(xué)理論結(jié)合，這樣既加深了學(xué)生的理解，也引發(fā)學(xué)生進(jìn)行海洋學(xué)研究的興趣。實際的教學(xué)過程顯示，課堂教學(xué)效果較好。

3.2課堂教學(xué)過程改革

為了能夠使學(xué)生更好的融入課堂教學(xué)，在講授法的基礎(chǔ)上，采取了問答法、引導(dǎo)法多種教學(xué)方式作為輔助。

問答法是教師通過提出問題引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)行思考，學(xué)生自己得出結(jié)論來獲取知識，可以有效的使學(xué)生主動參與課堂學(xué)習(xí)。在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，合理的設(shè)計課堂問題，避免問題過易或者過難，前者不能達(dá)到啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考的效果，后者會讓學(xué)生對流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生畏難情緒，不利于知識的深化教學(xué)。同時，問題的設(shè)計也要有啟發(fā)性、典型性，問題的數(shù)量一般控制在每節(jié)課2個左右，根據(jù)相關(guān)的知識點進(jìn)行設(shè)計。

引導(dǎo)法是教師引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀教材、課件提示等材料，以自己相對獨立的形式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，這種方法更能鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，對于引導(dǎo)法的使用一般安排在內(nèi)容相對簡單，或者教學(xué)內(nèi)容有相似重復(fù)處。如將雷諾輸運定理應(yīng)用于連續(xù)方程、動量方程等的推導(dǎo)，教師講授連續(xù)方程的推導(dǎo)，而其后對于動量定理、能量定理等的推導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生獨立完成。通過這樣的引導(dǎo)過程，使得學(xué)生能夠舉一反三，牢固掌握基本原理，并培養(yǎng)了自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。

3.3引入現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法

為了能夠有效的利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，推進(jìn)課程的網(wǎng)絡(luò)化改革，建設(shè)了流體力學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程。為避免網(wǎng)絡(luò)課程成為簡單的課堂內(nèi)容的重復(fù)再現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計過程中考慮與實際的課堂教學(xué)的互動性與互補性，除了提供課程教學(xué)視頻錄像供學(xué)生復(fù)習(xí)以外，還提供了非常豐富的相關(guān)多媒體教學(xué)資源、輔導(dǎo)資料，并將網(wǎng)絡(luò)課程作為學(xué)生自學(xué)的一個重要的課后輔導(dǎo)工具，提供在線答疑。另外學(xué)生還可以網(wǎng)絡(luò)課程提出對于教學(xué)過程的各種建議反饋，促進(jìn)教學(xué)改革。網(wǎng)絡(luò)課程的開設(shè)，使得流體力學(xué)的整個教學(xué)過程具有了交互性、共享性、開放性、協(xié)作性和自主性等特點。

4.結(jié)語

通過近幾年較為系統(tǒng)的流體力學(xué)課程教學(xué)改革，包括更新教學(xué)理念、調(diào)整和補充部分海洋特色的教學(xué)內(nèi)容、運用現(xiàn)代化的教學(xué)手段、改革課堂教學(xué)過程等途徑，大大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，顯著提升了教學(xué)效果，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。但仍需進(jìn)一步完善教學(xué)體系，提高教學(xué)水平，將教與學(xué)有機結(jié)合，對海洋科學(xué)類專業(yè)流體力學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行不斷探索和實踐。

參考文獻(xiàn)：

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第4篇：流體動力學(xué)原理范文

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)模式；改革

作者簡介：楊衛(wèi)波（1975-），男，湖北安陸人，揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，副教授；毛紅亞（1976-），女，湖北天門人，揚州大學(xué)財務(wù)處，會計師。（江蘇 揚州 225127）

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0083-02

“流體力學(xué)”作為土木、機械、能源、動力、環(huán)境、化工等學(xué)科的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，由于其理論性強、概念抽象、方程繁瑣、難以理解與記憶，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的難度較大，從而影響教學(xué)進(jìn)程和專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此，如何針對“流體力學(xué)”課程自身特點，結(jié)合專業(yè)建設(shè)目標(biāo)，探索出一套新的適合各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的流體力學(xué)教學(xué)模式具有非常重要的意義。本文結(jié)合工科院校學(xué)生的實際情況及筆者教學(xué)實踐與體會，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式三方面對流體力學(xué)教學(xué)模式改革進(jìn)行了深入的探析。

一、教學(xué)內(nèi)容

1.教學(xué)內(nèi)容的選擇

教學(xué)內(nèi)容的選擇對于提高教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)效果具有重要的意義。根據(jù)教育心理學(xué)理論，[1]在教學(xué)中應(yīng)把課程中具有廣泛遷移價值的科學(xué)成果作為教材的主要內(nèi)容，從而可實現(xiàn)利用已有知識來同化現(xiàn)有知識的作用，提高學(xué)生的接受能力?！傲黧w力學(xué)”作為大學(xué)工科專業(yè)的一門課程，雖然其內(nèi)容相對比較陌生，但其所包含的基本知識卻貫穿于中學(xué)相關(guān)課程之中。如流體力學(xué)中的速度、壓力、壓強、質(zhì)量守恒方程、能量守恒方程及動量守恒方程等，學(xué)生均在中學(xué)物理中均學(xué)過，因此在講述相關(guān)內(nèi)容時可以將其與中學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系，從而提高學(xué)生的理解能力。又如在講述管路的串聯(lián)與并聯(lián)特性時，其流量、阻力及阻抗特性正好與中學(xué)物理中電學(xué)的串聯(lián)與并聯(lián)電路的電流、電阻特性一致，如果在講述之前引出中學(xué)的電路串并聯(lián)原理，則可大大加強學(xué)生對管路串并聯(lián)水力特性的理解能力。因此，根據(jù)學(xué)習(xí)遷移理論，將相關(guān)內(nèi)容與學(xué)生已有知識進(jìn)行對接，并闡述其相互之間的關(guān)系，不僅可以有效發(fā)揮學(xué)生利用所學(xué)知識來同化現(xiàn)有知識的作用，而且對于改善教學(xué)效果具有積極作用。

2.教學(xué)內(nèi)容的編排

要合理編排教學(xué)內(nèi)容就必須使教材結(jié)構(gòu)化、一體化，以使構(gòu)成教材內(nèi)容的各要素具有科學(xué)、合理的邏輯關(guān)系。目前，國內(nèi)“流體力學(xué)”課程的教學(xué)體系一般包括流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)（理想流體流動與實際流體流動）、流動阻力損失、孔口管嘴管路流動及特殊流動現(xiàn)象等。每部分內(nèi)容既獨立，同時各部分之間又有相互的聯(lián)系。為了使學(xué)生容易學(xué)習(xí)，可以按照流體力學(xué)實際應(yīng)用路線由簡單到復(fù)雜的方式來編排教學(xué)內(nèi)容。如可以從最簡單的流體靜力學(xué)部分開始，因為靜力學(xué)部分中學(xué)物理中已講授，生活中很常見，學(xué)生容易接受。由于靜止是相對的，運動才是絕對的，自然界流體應(yīng)用中更多的是運動著的流體，讓學(xué)生明白這個道理后很自然將教學(xué)內(nèi)容過渡到流體動力學(xué)部分，從而可提高學(xué)生繼續(xù)往下學(xué)習(xí)的興趣。在講述流體動力學(xué)部分時，先從簡單的一元理想流體運動部分著手，然后逐步過渡到多元理想流體流動及實際流體運動。在講到實際流體運動時，由于能量方程中出現(xiàn)了阻力損失項，這樣就很自然將內(nèi)容過渡到流動阻力損失計算這一部分內(nèi)容。由于生活中的復(fù)雜管路往往是由簡單管路串聯(lián)與并聯(lián)而構(gòu)成，因此，復(fù)雜管路的水力特性（流量、阻力等）需要確定，這樣就可以根據(jù)流體力學(xué)實際應(yīng)用需要將內(nèi)容由阻力損失部分轉(zhuǎn)移到孔口管嘴管路流動部分。最后，根據(jù)各專業(yè)培養(yǎng)需要，選擇適合的特殊流動現(xiàn)象內(nèi)容進(jìn)行講解，以加強流體力學(xué)的實際工程應(yīng)用。這種以流體力學(xué)實際應(yīng)用路線由簡單到復(fù)雜作為主線的教學(xué)內(nèi)容選擇模式，內(nèi)容組織層次感較強，講起來更加引人入勝和重點突出，教學(xué)過程相對簡化。

3.教學(xué)內(nèi)容的彈性化

教學(xué)內(nèi)容彈性化有兩個方面的含義：一方面要根據(jù)每屆學(xué)生不同的知識背景和不同的定位要求，采用不同的表達(dá)方式，以滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需要。另一方面是要根據(jù)時代的發(fā)展，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)最新科技發(fā)展的需要。[2]例如在“流體力學(xué)”教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生更容易接受，可以刪去大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，如流體連續(xù)性方程、動量方程、能量方程的推導(dǎo)等，這些內(nèi)容對于學(xué)生是否掌握流體力學(xué)基本知識并無影響。又如，對于不同的學(xué)生群體，應(yīng)根據(jù)學(xué)生今后的定位不同選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容，對于高職高專的學(xué)生，由于其畢業(yè)后大多數(shù)要走出校門從事實際工作，因此，在講述時應(yīng)側(cè)重于流體力學(xué)實際應(yīng)用方面的知識。而對于普通本科院校的學(xué)生而言，畢業(yè)后有相當(dāng)一部分的學(xué)生要繼續(xù)從事相關(guān)的研究工作（如考研等）。因此，應(yīng)加強學(xué)生流體力學(xué)理論方面的教學(xué)與培養(yǎng)，以提高學(xué)生將來的研究能力。隨著時代的發(fā)展和計算機的普及，將計算機用于求解流體力學(xué)問題的計算流體力學(xué)已越來越顯示出其重要的作用。所以，流體力學(xué)教學(xué)中，適當(dāng)介紹當(dāng)今常用的計算流體力學(xué)商業(yè)軟件，如Fluent、Star-CD、CFX及Ansys等，以擴充學(xué)生的知識視野，為今后有意繼續(xù)深造的學(xué)生提供鋪墊。

4.教學(xué)內(nèi)容與工程實際相結(jié)合

興趣是最好的教師。教育心理學(xué)[1]的研究表明：當(dāng)學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生已有的知識和生活實際相聯(lián)系時，才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和解決問題的興趣。因此，在流體力學(xué)教學(xué)過程中，應(yīng)結(jié)合專業(yè)目標(biāo)盡可能多地介紹流體力學(xué)廣泛的工程應(yīng)用背景，引導(dǎo)學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣和積極性。如在講述流體靜力學(xué)中液體作用在曲面的總壓力計算時，可以介紹1998年特大洪水災(zāi)害長江決堤事件等；在講到流體靜力學(xué)中平面總壓力計算時，可以適當(dāng)引入長江三峽水壩閘門的設(shè)計與計算；在講到沿程與局部阻力損失[3]時，可以講述如何選擇水泵，并以每天生活用水管道供水為例來分析等；在講到動量方程應(yīng)用時，引入如何確定彎管及分叉管路中水流對管道的沖擊力，從而可計算出管道支墩所受的推力；在講述畢托管時，可講述如何測量風(fēng)管的風(fēng)量與風(fēng)壓，在講述傾斜式微壓計時，可與畢托管一起講述如何利用兩者來測量正壓與負(fù)壓風(fēng)管段的動壓、靜壓及全壓等。任課教師在平時授課過程中，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)適當(dāng)穿插講述一些發(fā)生在我們身邊的與流體力學(xué)有關(guān)的實例，使學(xué)生認(rèn)識到流體力學(xué)在生活及工程中的重要性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，以提高教學(xué)效果。

二、教學(xué)方法

目前課堂授課中常用的教學(xué)方法主要有傳統(tǒng)教學(xué)模式與以多媒體技術(shù)為代表的現(xiàn)代教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式是指教師通過口授、板書完成特定教學(xué)內(nèi)容的一種課堂教學(xué)形式，該模式學(xué)生容易接受，可以達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。但缺乏創(chuàng)新與探索知識的功能，尤其是在當(dāng)今知識快速更新的年代，更是面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代教學(xué)模式是指在課堂教學(xué)中引入多媒體技術(shù)，通過形象逼真的動畫的運用，生動形象地展示教學(xué)內(nèi)容，從而可以充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使教學(xué)方式形象生動，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、想象能力和創(chuàng)造能力。

考慮到傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)模式各自的優(yōu)缺點，在流體力學(xué)教學(xué)過程中應(yīng)將兩種教學(xué)方法有機結(jié)合起來。如在講述相關(guān)理論公式時，就以傳統(tǒng)的板書教學(xué)為主，對公式的推導(dǎo)和例題的講解，用板書的方式條理化，通過板書一邊寫、一邊對學(xué)生提問，一邊推導(dǎo)相關(guān)公式，讓學(xué)生參與到教學(xué)中，從而可以加強學(xué)生與教師間的互動，激發(fā)與調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。而在流體力學(xué)理論的工程應(yīng)用部分則較多地采用多媒體課件，例如在講授層流與紊流[3]這部分內(nèi)容時，單純地板書講解其概念很抽象，用多媒體課件展示雷洛實驗講解則直觀生動，容易理解。在講解孔口管嘴管路流動及虹吸現(xiàn)象時，用生動動畫顯示其流動全過程，可說明其流動過程中截面收縮及可能出現(xiàn)的真空現(xiàn)象，從而給學(xué)生留下深刻的印象。

三、考核方式

考核的作用主要是了解教師教與學(xué)生學(xué)的情況，及時發(fā)現(xiàn)問題以便改進(jìn)?？己朔绞降暮侠硇圆粌H能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時還可以提高教學(xué)效果?！傲黧w力學(xué)”作為一門理論性極強的基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)的考核通常采用平時考核與期末閉卷考試相結(jié)合的方式，兩者所占比例通常為30%與70%。平時考核主要是學(xué)生的出勤率與作業(yè)完成情況，而期末考試主要是卷面所取得的成績。這種考核方式存在一定的問題，不僅不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在某種程度上還會使學(xué)生產(chǎn)生抵觸心理。由于流體力學(xué)中有大量的經(jīng)驗公式和圖表，如阻力系數(shù)計算公式與莫迪圖、納維-斯托克斯方程等，若采取閉卷考試，則勢必要求學(xué)生背熟這么多的公式，容易陷入死記硬背的怪圈。

事實上，這部分內(nèi)容的教學(xué)要求是讓學(xué)生能熟練應(yīng)用這些公式和圖表解決工程實際問題，而不需要死記硬背。因此，在考核方式中可以嘗試平時開卷考核與期末閉卷考核相結(jié)合的考核方式。即將不適合閉卷考試的一些無法記憶而又要求學(xué)生掌握與應(yīng)用的內(nèi)容，放在平時教學(xué)中進(jìn)行開卷考核，而將一些基本原理、基本概念、基本計算方法的考核放在期末閉卷考試中。這樣，一方面，通過平時不定期的考核能提高平時學(xué)生的出勤率，另一方面，通過平時考核也可以激發(fā)學(xué)生平時的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率；此外還可以通過考核及時發(fā)現(xiàn)問題，改善教學(xué)方法。通過這樣的考核方式，既能激發(fā)學(xué)生平時的學(xué)習(xí)興趣，同時還可以提高教學(xué)效果，考試結(jié)果能較真實地反映學(xué)生對本課程知識的掌握和應(yīng)用能力。

四、結(jié)語

教學(xué)不僅是一門科學(xué)，也是一門藝術(shù)。每一種教學(xué)模式都有其特定的適用范圍和條件。流體力學(xué)作為工科院校相關(guān)專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，由于其理論性強、概念抽象、經(jīng)驗公式多，給其教與學(xué)帶來難度。如何根據(jù)專業(yè)特點將其與各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行有機結(jié)合，通過教學(xué)模式的探索使其教學(xué)融入到各專業(yè)人才培養(yǎng)中，將是“流體力學(xué)”教學(xué)模式改革的進(jìn)一步目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚頂良.高等教育心理學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社，2006.

[2]劉立平，師少鵬.傳熱學(xué)課程教學(xué)的改革探索[J].高等農(nóng)業(yè)教育，

第5篇：流體動力學(xué)原理范文

NavierStokes方程描述、刻劃了自然界中粘性流體（又稱真實流體）流動的基本力學(xué)規(guī)律，在流體力學(xué)中具有十分重要的意義。NavierStokes方程是當(dāng)今非線性科學(xué)研究中的重點研究對象，其研究已有100多年的歷史，現(xiàn)已成為非線性偏微分方程、數(shù)值分析和動力系統(tǒng)研究的推動力量。美國克萊數(shù)學(xué)研究所在公元2000年把三維不可壓縮NavierStokes方程整體光滑解的存在性或局部光滑解在有限時間內(nèi)爆破列為七個“千禧難題”（又稱世界七大數(shù)學(xué)難題）之一。著名數(shù)學(xué)家 Fefferman在公元2006年專門為這個問題作了介紹和評論。他斷言，如果沒有新的分析工具和數(shù)學(xué)思想，這個問題是很難完全解決的。

本書主要關(guān)注平面域上的粘性不可壓縮NavierStokes方程，共分兩部分。第1部分是介紹基本理論，含第1-6章：1.引言；2.光滑解的存在性和唯一性；3.光滑解的旋度在Lebesgue空間中的范數(shù)估計；4.解算子的延拓；5.速度場在初始時刻為一般測度時的唯一性；6.長時間的漸近解，包括靠近穩(wěn)態(tài)解時的衰減速率等；最后介紹源自于泛函分析中一些非常有用的定理。

本書的第2部分主要研究近似解，即數(shù)值計算性質(zhì)，含第7-14章：7-8.引言和常用符號、格式；9.二階邊值問題的有限差分近似，三點拉普拉斯的最大原理分析、能量估計、矩陣表示及其收斂分析等；10.從厄米特導(dǎo)數(shù)到緊致離散雙調(diào)和算子及該算子的有限元方法，三點雙調(diào)和算子的精確度、穩(wěn)定性質(zhì)、矩陣表示及用該表示進(jìn)行收斂分析等；11.離散雙調(diào)和算子的多項式方法，包括在長方形和不規(guī)則區(qū)域中的雙調(diào)和問題；12.利用流函數(shù)方法對NavierStokes 方程進(jìn)行緊致逼近分析，包括用流函數(shù)表示NavierStokes 方程，對流函數(shù)方程離散化以及相應(yīng)的收斂分析等；13.對NavierStokes 方程進(jìn)行完全的離散逼近，包括對一般邊值條件下的四階逼近、對時間的隱式-顯式離散化格式及相應(yīng)的穩(wěn)定性分析，以及數(shù)值模擬結(jié)果；14.帶驅(qū)動的腔問題的數(shù)值模擬，對雷諾數(shù)由小變大時，考察了二階格式趨于穩(wěn)態(tài)解的收斂性。

本書研究平面域上的粘性不可壓縮流體NavierStokes方程，涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，包括理論、數(shù)值計算及模擬等；給出了基于流函數(shù)方法的一大類詳細(xì)的現(xiàn)代緊致格式，特別對完全非線性問題給出了完整的證明。本書可供應(yīng)用數(shù)學(xué)（特別是計算流體動力學(xué)）、偏微分方程和數(shù)學(xué)物理等領(lǐng)域的科研人員、工程師和高校教師及研究生使用、參考。

韓丕功，研究員

（中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院）

Han Pigong Professor

（Academy of Mathematics and

System Science ，CAS）Yogendra P Chaubey

Some Recent Advances in

Mathematics and Statistics

2013

第6篇：流體動力學(xué)原理范文

引言

CFD即計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）是一門通過數(shù)值計算方法求解流體控制方程組進(jìn)而預(yù)測流體的流動、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等相關(guān)物理現(xiàn)象的學(xué)科。常用的方法有有限差分法、有限元法和有限體積法。進(jìn)行CFD分析的基本思路如下：將原本在時間與空間上連續(xù)的物理場如速度場或壓力場等，離散成有限的變量集合，并根據(jù)流體力學(xué)的基本假定，建立起控制方程，通過求解這些流體力學(xué)的控制方程，獲得這些變量的近似值。

我國作為一個人口眾多的發(fā)展中國家，巨大的能源消耗已成為亟待解決的問題。其中建筑耗能占到總耗能的19.8%，而室內(nèi)空調(diào)的耗能占到了整個建筑耗能的85%以上[2]。因此，在供暖、空氣調(diào)節(jié)和建筑物內(nèi)外空氣流通等研究領(lǐng)域，采用CFD分析來替代傳統(tǒng)的試驗方法，可大大縮短研究時間并提高經(jīng)濟效率。而本文將著重就CFD在暖通工程節(jié)能中的應(yīng)用來展開討論。

CFD基本原理

CFD是通過計算機模擬和數(shù)值計算方法對流場進(jìn)行仿真模擬，解決物理問題的精確數(shù)值算法。它是流體力學(xué)、數(shù)值計算方法以及計算機圖形學(xué)三者相互結(jié)合的產(chǎn)物。CFD是繼實驗流體力學(xué)和理論流體力學(xué)之后出現(xiàn)的第三種流體力學(xué)的研究方法，是十分重要的研究方法。在航空航天、土木工程、水利工程等研究領(lǐng)域都扮演著重要角色。尤其是在暖通空調(diào)和室內(nèi)外通風(fēng)等研究方法，CFD成為了最為行之有效的分析方法。

CFD在暖通工程的應(yīng)用

CFD在暖通空調(diào)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域CFD主要可用于解決以下幾類暖通空調(diào)工程的問題：

1.提高室內(nèi)空調(diào)效率

采用CFD分析方法可以預(yù)測氣流在房間中的流動情況，在充分考慮室內(nèi)環(huán)境、各類邊界條件與擾動的影響后，可全面地反映室內(nèi)的氣流分布情況，通過進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計可以得道一個合理的氣流分布方法，使空調(diào)的使用效率最優(yōu)。

2.建筑周邊環(huán)境分析

建筑周邊環(huán)境對居民日常生活起著舉足輕重的作用。對居民小區(qū)的風(fēng)環(huán)境和熱環(huán)境進(jìn)行預(yù)測，是CFD分析的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域。采用CFD方法，在建筑設(shè)計階段即可對建筑周邊環(huán)境進(jìn)行分析和優(yōu)化，對規(guī)劃設(shè)計的效果進(jìn)行驗證，使建筑通風(fēng)和自然采光達(dá)到最佳效果，是小區(qū)居民生活品質(zhì)的重要保障。

3.室內(nèi)環(huán)境狀況分析

采用試驗方法分析室內(nèi)環(huán)境狀況，需要耗費大量的時間與經(jīng)費，而采用CFD方法進(jìn)行分析不僅可以節(jié)省時間，同時也能精確預(yù)測利房間內(nèi)的風(fēng)速、溫濕度、污染物分布等指標(biāo)，計算出通風(fēng)效率、毒害物擴散效率和熱舒適等，進(jìn)而對室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)做出一個合理的評估。

4.暖通設(shè)備性能評估

暖通空調(diào)工程使用的大部分設(shè)備，如風(fēng)機、水槽、空調(diào)等，其運行狀態(tài)都受流質(zhì)運動的影響，空氣或水的流動情況是評價設(shè)備性能的重要指標(biāo)。通過CFD分析設(shè)備工作時的流場分布情況和流質(zhì)流動情況，可有效地預(yù)測設(shè)備的工作狀態(tài)。進(jìn)而選擇設(shè)備最佳工作狀態(tài)，降低設(shè)備能耗，節(jié)省運行費用。

暖通空調(diào)領(lǐng)域中CFD的求解過程

暖通空調(diào)領(lǐng)域用CFD進(jìn)行模擬仿真，其主要環(huán)節(jié)無外乎包括以下幾個方面：建立數(shù)學(xué)物理模型、進(jìn)行氣流數(shù)值求解、將數(shù)值解結(jié)果可視化等。

1.建立數(shù)學(xué)物理模型

建立數(shù)學(xué)模型是對所研究的流動問題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，為數(shù)值求解做準(zhǔn)備工作?；緮?shù)學(xué)模型有：

質(zhì)量守恒方程：

動量守恒方程：

能量守恒方程：

式中；ρ為流體密度（kg/m3），t為時間（s），u為速度矢量（m/s），ui為速度在i方向上的分量（m/s），p為壓強（Pa）Fi―――體積力（N），T為溫度（K），cp為定壓比熱，ST為粘性耗散項。

2.求解過程

（1）確定邊界條件與初始條件

初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對象在過程開始時刻各個求解變量的空間分布情況。對于瞬態(tài)問題必須給定初始條件，對于穩(wěn)態(tài)問題不需要初始條件。

（2）劃分計算網(wǎng)格。

網(wǎng)格分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。簡單說，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間上比較規(guī)范，如對一個四邊形區(qū)域，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多是成行成列分布的，而非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間分布上沒有明顯的行線和列線。

（3）建立離散方程并求解。離散方程常用的方法有：有限容積法、有限差分法和有限元法等。選擇合適的方法，對求解區(qū)域進(jìn)行離散。

CFD在暖通空調(diào)節(jié)能應(yīng)用情況

隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展和人民生活水平大幅提升，城市生活對化石能源的需求量越來越大。但今年來一系列能源危機提醒我們應(yīng)當(dāng)注重能源安全問題。在建筑工程領(lǐng)域，采用 CFD分析模擬，可有效減少建筑能耗，并能提高暖通設(shè)備的運行工作效率，我國暖通工作者已認(rèn)識到CFD計算在研究和設(shè)計中的重要地位。

1.我國CFD在暖通空調(diào)節(jié)能應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我們已開始采用CFD對暖通空調(diào)節(jié)能的相關(guān)因素進(jìn)行整體的系統(tǒng)模擬分析。通過在CFD模擬中改變設(shè)備參數(shù)，就有可能優(yōu)化設(shè)備組合，改進(jìn)系統(tǒng)性能。國外已把CFD用于室內(nèi)空氣流動與建筑能耗禍合模擬，我國清華大學(xué)也用CFD對空間氣流組織設(shè)計與空調(diào)負(fù)荷的關(guān)系進(jìn)行研究，這對建筑節(jié)能有重大意義。目前，我國在采用CFD解決建筑節(jié)能方面的研究還不是很深人，因而應(yīng)進(jìn)一步加強研究和推廣的力度。

2.我國CFD應(yīng)用存在的問題

我國研究機構(gòu)很早就開始CFD模擬技術(shù)的應(yīng)用研究，研究的范圍從以室內(nèi)空氣分布以及建筑物內(nèi)煙氣流動規(guī)律的模擬為主，逐漸擴展到室外及建筑小區(qū)繞流乃至大氣擴散問題，并已形成一些可以解決實際問題的軟件。所以，從總體上看，我國暖通行業(yè)中開展CFD方面研究尚有大量工作要做，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）還要建立在考慮輻射條件下計算室內(nèi)空氣的溫度分布、壁面和空氣的換熱、壁面的溫度分布的多種模型。

（2）將已有的CFD模擬技術(shù)方法進(jìn)行簡化，能夠在微機上較準(zhǔn)確地計算包括高大空間氣流組織在內(nèi)的各種通風(fēng)空調(diào)熱環(huán)境問題。

（3）考慮實際空調(diào)管道連接帶來的風(fēng)口出流特性變化，從而使室內(nèi)空氣流動模擬更加準(zhǔn)確等。

（4）CFD技術(shù)在CAE工程中已表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，如果將與CAD及CAM乃至AI技術(shù)有效地結(jié)合在一起，將顯示其強大的生命力。

結(jié)語

第7篇：流體動力學(xué)原理范文

關(guān)鍵詞：積雪層密度變化；凝固融化；計算流體動力學(xué)；雪荷載；FLUENT

中圖分類號：G267 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1.概述

積雪壓力與積雪的密度變密切相關(guān)，在自然環(huán)境下由于受到氣溫、地溫、太陽輻射、積雪時間等因素的影響，積雪密度也會隨之變化，從而導(dǎo)致積雪壓力產(chǎn)生變化。如果要將這些影響因素加入到降雪模擬中，利用當(dāng)前的技術(shù)手段和計算機自動化技術(shù)是很難實現(xiàn)的。因此，分別對各影響因素進(jìn)行分析，評價其對積雪密度的影響范圍與強度，對優(yōu)化降雪模擬的計算結(jié)果有著積極的作用。研究也得到了積雪密度與氣溫之間的關(guān)系。

諸如此類的影響因素在這里就不一一列舉了。然而筆者認(rèn)為，雖然這類自然環(huán)境因素對積雪密度的影響難以考慮全面，但在當(dāng)前利用計算機進(jìn)行積雪模擬的過程中是可以通過找到修改計算參數(shù)的規(guī)律來滿足計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)相符合的要求的。但是如果存在一些對積雪密度造成影響的非自然條件因素，那么就不能單純的依靠修改計算參數(shù)來滿足對計算結(jié)果的要求。筆者將提出一種冬季北方建筑特有的對積雪密度產(chǎn)生影響的因素。并通過模擬分析找到其對積雪壓力的影響規(guī)律。

2 積雪密度的非自然影響因素

在冬季北方的建筑物中存在一種普遍的非自然狀態(tài)，那就是冬季的建筑物內(nèi)部供暖。由于室內(nèi)的供暖使建筑物表面形成一定范圍的溫度在0℃以上熱空氣團(tuán)，當(dāng)降雪時，雪顆粒降落到建筑物屋面后，受到屋面熱空氣團(tuán)的影響融化成水并與后續(xù)降落的雪顆?；旌铣杀旌衔锔街诮ㄖ镂菝姹砻?，隨著降雪過程的繼續(xù)，屋面的熱量不斷被雪顆粒吸收，由于屋面以下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)低于水和雪顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)，屋面的溫度持續(xù)降低到0℃以下，使此時附著在屋面表面的冰水混合物凝固成冰，最終導(dǎo)致屋面形成積雪層底部帶冰層的冰雪混合型積雪，使積雪的平均密度增加，并在屋面積雪體積不變的情況下造成積雪壓力的增加。

在有人員活動的冬季供暖輕型建筑中，由于屋蓋材料普遍選用苯板、擠塑板或聚碳酸酯實心陽光板等導(dǎo)熱系數(shù)不同的保溫材料，使屋面積雪融化結(jié)冰的速度和冰層厚度存在差異。屋面保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫效果越好，積雪底部結(jié)冰速度越快，冰層越薄。相反，屋面保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)越高，保溫效果越差，積雪底部結(jié)冰速度越慢，冰層越厚。

3 積雪融化結(jié)冰數(shù)值模擬

在某些流動的過程中，流體微元之間會存在熱量的傳導(dǎo)和交換，這種傳導(dǎo)和交換必須遵循熱力學(xué)的基本定律。故在直角坐標(biāo)系下三維瞬態(tài)導(dǎo)熱控制方程為：

（1）

式中，為流體微元的溫度，為密度，為流體材料的比熱容，為熱源產(chǎn)生的單位熱量，為時間，為材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

如果不考慮導(dǎo)熱系數(shù)的函數(shù)變化，（2.19）得以簡化：

（2）

通過流體流動的基本控制方程，可以對流體微元之間的各種物理量的傳遞和轉(zhuǎn)換有充分的了解，方便對不同的流動形式做出合理的分析，對后期CFD軟件平臺的運用，和各項參數(shù)的計算與選定起到指導(dǎo)性的作用。

本次對屋面積雪融化結(jié)冰現(xiàn)象的模擬依舊采用CFD軟件的FLUENT平臺。計算使用能量模型和凝固融化模型完成。采用二維單精度處理器進(jìn)行計算。

前期模型的建立采用1:1比例建立高度為5m的輕型建筑，由于計算過程忽略室內(nèi)的空氣對流流動，室內(nèi)設(shè)置為固體邊界條件。屋面設(shè)置為封閉的獨立承載積雪空間，采用流體邊界條件。

4 計算結(jié)果分析

在FLUENT的計算中，首先對計算域進(jìn)行溫度場的計算。室外溫度設(shè)置為263k，室內(nèi)地面的溫度設(shè)置為310k，從結(jié)果中可以看出，屋面表面存在暖層溫度為275.13k。

初始溫度場計算收斂之后，在屋面封閉空間內(nèi)初始設(shè)置積雪之后繼續(xù)進(jìn)行非定常計算。時間步長0.1s，共計算72000步。

從計算結(jié)果中可以看出，在整個積雪融化結(jié)冰的過程中，由于冰層的變化，整個積雪層的密度不斷增加，并隨著積雪深度呈線性變化。整個過程在20分鐘左右時趨于平衡，可以形成1-3cm的冰層。而每形成1cm的冰層，積雪厚度將減少5cm-6cm，新雪補充后，積雪荷載每平方米將增加0.067KN-0.089KN。

5 結(jié)語

通過上述的模擬過程可以看出，在建筑物存在冬季供暖的條件下，屋面積雪底部有可能出現(xiàn)一定厚度的冰層。在形成冰層的過程中積雪的內(nèi)部會產(chǎn)生明顯的密度變化，同時由于密度變化產(chǎn)生的這部分積雪體積的縮減會被持續(xù)的降雪所補充，最終導(dǎo)致積雪荷載再次產(chǎn)生變化。經(jīng)過計算統(tǒng)計冰層的厚度受室內(nèi)外溫差和建筑物高度影響明顯，同時室內(nèi)的空氣對流也會對熱量傳導(dǎo)產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)：

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第8篇：流體動力學(xué)原理范文

關(guān)鍵詞：高速工況；動力電池；電池產(chǎn)熱量；動態(tài)仿真；電池散熱

中圖分類號：U469.72文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文獻(xiàn)標(biāo)DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.02.08

隨著社會的進(jìn)步以及環(huán)境問題的不斷升級，新能源產(chǎn)業(yè)得到蓬勃的發(fā)展，而新能源汽車以其噪聲低、污染小的優(yōu)點得到世界各國的普遍重視，作為電動汽車核心部件的動力電池也自然成為很多學(xué)者的研究重點。電池組溫度的一致性直接關(guān)乎動力電池的壽命，是電池研究的核心領(lǐng)域，因此，很多學(xué)者將精力投入到電池?zé)峁芾淼难芯慨?dāng)中。姬芬竹等[1]對鋰離子電池的生熱速率進(jìn)行了討論，并利用Fluent軟件對電池的散熱系統(tǒng)進(jìn)行了分析。雷志國等[2]以錳酸鋰電池為研究對象，探究了電池的低溫性能，并對低溫加熱方法進(jìn)行了討論。周萌等[3]對動力電池的液冷熱管理系統(tǒng)進(jìn)行分析，并獲得了較為良好的冷卻效果。但現(xiàn)階段大多數(shù)研究工作都沒有將汽車實際運行工況與動力電池的熱管理相結(jié)合，更側(cè)重于理論性。本文基于汽車的實際高速運行工況，對純電動汽車動力電池的散熱特性進(jìn)行研究，具有更加重要的實際意義。

2 電池動態(tài)特性分析

當(dāng)電動汽車實際運行時，動力電池的輸出電流并非是一成不變的，而是隨著路況的變化而不斷變化的。通過Advisor軟件搭建純電動汽車仿真模型，可以分析電池輸出電流的變化規(guī)律，為動力電池的散熱性能分析提供前提。

2.1 HWFET工況

汽車的理論運行工況很多，一般用于分析的有新歐洲駕駛循環(huán)（The New European Driving Cycle，NEDC）工況，美國的FTP75工況以及日本的JC08工況等，雖然這些工況主要用于輕型車排放油耗試驗，但也同樣適用于汽車其它方面的性能測試。

HWFET工況是公路行駛工況，也是高速行駛工況，該工況歷時765 s，總行程 16.45 km，汽車的平均行駛速度為77.7 km/h，HWFET運行工況如圖1

所示。

2.2 動態(tài)仿真分析

仿真分析時，汽車運行工況為高速工況，整車質(zhì)量為1 200 kg，電機的峰值功率50 kW，鋰電池容量為60 Ah。利用Advisor軟件搭建的仿真模型如圖2所示。

通過仿真分析，可以得出在HWFET工況下，純電動汽車動力電池輸出電流曲線，具體電流變化規(guī)律如圖3所示。

動力電池輸出電流曲線反映了電流隨時間（路況）的變化規(guī)律，從電流變化曲線中可以清楚地看出，在HWFET工況下，動力電池輸出電流幾乎全部低于80 A，即當(dāng)電動汽車在此高速工況下行駛時，輸出電流最高為80 A。

因此，基于上述分析結(jié)果，我們對電動汽車進(jìn)行產(chǎn)熱及散熱特性分析時，選擇其工作電流為81 A，由于電池容量為60 Ah，也即令電池以1.35 C放電倍率持續(xù)運行，研究電池包的散熱特性。

3 搭建電池包模型

3.1 模型前處理

根據(jù)整車布置需求，電池包設(shè)定為階梯式外形結(jié)構(gòu)，電池為最常用的鋰離子電池，冷卻方式為并行冷卻[5]。

首先利用三維建模軟件CATIA搭建電池包模型，由于理論分析時只需要與流體接觸的表面，因此，在模型前處理過程中，去除電子電器件以及外表面的支架和螺栓等對理論分析影響不大的幾何結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?。將簡化后的電池包結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，經(jīng)過幾何清理和網(wǎng)格劃分后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 模型計算參數(shù)

在進(jìn)行分析時，由于研究動力電池散熱性能隨時間的變化規(guī)律，因此選擇瞬態(tài)分析。流體速度較快，絕大部分處于湍流狀態(tài)且流線彎曲程度較大，故選擇Realizable K-epsilon湍流模型。動力電池作為均勻體積熱源，并耦合能量方程[6]。

3.3 模型邊界設(shè)定

在進(jìn)行計算流體動力學(xué)分析時，邊界條件準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到仿真結(jié)果的精確性，因此需給定符合實際和物理規(guī)律的邊界條件。

計算過程中，電池組的初始溫度為30 ℃，電池包與電池包外空氣換熱為自然對流換熱，其它具體邊界條件見表1[7]。

4 電池包散熱特性分析

在對電池組進(jìn)行瞬態(tài)分析時，讓電池組以1.35 C的放電倍率持續(xù)放電30 min，分析其散熱效果[8]。

4.1 數(shù)值仿真分析結(jié)果

4.1.1 電池包內(nèi)氣流速度場分析

當(dāng)氣流以4 m/s的速度進(jìn)入電池包時，電池包內(nèi)的氣流分布狀況如圖5所示。

從電池包內(nèi)氣流組織分布圖中可以粗略地看出，電池包內(nèi)上下部氣流分布較為良好，而流經(jīng)電池組兩側(cè)壁面附近的氣體較少，整體上看，氣流組織良好。

流線圖可以反映氣流的大致分布狀況，但很難反映具體氣流分布狀況，如電池包壁面處的氣流幾乎無法反映出來，因此，需要對電池包內(nèi)速度場作進(jìn)一步分析。截取電池包中心截面，截面上的速度矢量分布如圖6所示[9]。

從電池組的中心截面速度矢量分布圖中可以看出電池包進(jìn)口側(cè)速度較快，出口側(cè)速度較慢，階梯形拐角處速度更慢一些，氣流速度只有0.5 m/s左右。

綜上可知，氣流總體組織狀況較為良好，流速分布也比較均勻，但階梯形拐角結(jié)構(gòu)處氣流組織稍差，流速較低，這可能會引起局部溫度偏高。

4.1.2 電池組溫度場分析

速度場可以從整體上分析氣流的分布狀況以及氣流組織的合理性，但卻無法直觀地反映電池包的散熱效果，因此，需對電池組溫度分布進(jìn)行討論。截取z方向（圖6）的電池組中心截面，中心截面的溫度場云圖可以反映出電池組的最高溫度，同時，該截面處的最低溫度也與整個電池組的最低溫度相差不大。因此，可以用中心截面溫度云圖來評價電池包的散熱性能，其溫度場云圖如圖7所示。

從電池組的中心截面溫度分布圖中可以看出，整個截面的溫度分布較為均勻，在階梯形拐角位置處溫度略高，這也與速度場分析結(jié)果相吻合。截面的平均溫度為32.833 ℃，最大溫差也接近10 ℃，但截面處各電池單體的溫差較小，均在2 ℃左右。整體上看，該并行冷卻系統(tǒng)的散熱效果良好，滿足一般乘用車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻要求。

為進(jìn)一步研究散熱系統(tǒng)在不同擋位下的冷卻性能，增加進(jìn)口風(fēng)速，研究其它擋位下電池包的散熱性能。

4.2 進(jìn)口風(fēng)速對電池散熱的影響

分別對電池包在進(jìn)口風(fēng)速6 m/s（中擋位）和8 m/s（高擋位）時的電池組進(jìn)行仿真分析，得到不同風(fēng)速下的電池組平均溫度及溫差見表2。

將表2中的電池組中心截面平均溫度和電池組溫差繪制成隨風(fēng)速變化的曲線，如圖8所示。

由圖8可知，隨著進(jìn)口風(fēng)速的提高，電池組的平均溫度和溫差都在逐漸降低，但電池組的溫差降幅已逐漸變緩。因此，通過增加進(jìn)口風(fēng)速可以有效降低整個電池組的平均溫度和溫差，但過高風(fēng)速對降低電池組溫差的效果并非十分理想，也就是說并非冷卻系統(tǒng)擋位越高，降溫效果越好。選擇合適的風(fēng)速（擋位）既能達(dá)到良好的散熱效果，又能節(jié)約能源。

5 結(jié)論

（1）采用Bernardi生熱模型，通過試驗計算出電池的產(chǎn)熱速率和比熱容。

（2）利用Advisor軟件搭建純電動汽車模型，并分析動力電池在HWFET工況下的動態(tài)特性，得到電池輸出電流的分布，為后續(xù)電池包散熱分析提供前提。

（3）在1.35 C放電倍率下，對電池組進(jìn)行瞬態(tài)仿真分析，得到電池包內(nèi)速度場和電池組中心截面的溫度場分布。結(jié)果顯示截面處整體溫度均勻，局部溫度略高，在并行冷卻結(jié)構(gòu)下電池組散熱效果良好。

（4）基于仿真分析，得到電池組平均溫度及溫差隨進(jìn)口風(fēng)速的變化曲線。該曲線顯示隨著進(jìn)口風(fēng)速的提高，可有效降低電池組平均溫度，但對于降低電池組溫差，效果并非十分理想。

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第9篇：流體動力學(xué)原理范文

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；課程改革；考核方式；教學(xué)方法

0引言

《流體力學(xué)》是工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，在各工程領(lǐng)域也有著非常廣泛的應(yīng)用[1-3]。通過對流體力學(xué)的學(xué)習(xí)掌握就可以為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)，而在實地教學(xué)中卻存在諸多問題。因為大部分本科生以前接觸的力學(xué)都是簡單的固體力學(xué)，研究的是看得見摸得著的事物。而流體力學(xué)著重研究流體的靜止及運動狀態(tài)的規(guī)律，研究流體的質(zhì)量守恒、能量守恒及動量守恒三大定律及其應(yīng)用，對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)要求較高，課程中的概念較抽象、公式較復(fù)雜[4]，使很多學(xué)生難以理解其知識點，難以把握學(xué)習(xí)的要領(lǐng)，進(jìn)而容易遺忘或者產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此，根據(jù)安全工程專業(yè)特點，對流體力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等進(jìn)行改革是非常必要的。

1課程教學(xué)特點及現(xiàn)狀

《流體力學(xué)》是安全工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，是一門多學(xué)科交叉融合的課程，涉及數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)等，理論性和工程實用性都較強。課程的研究對象為流體，區(qū)別于固體的主要特點是易流動，課程中的許多概念較為抽象，且方程的推導(dǎo)需要運用數(shù)學(xué)的方法，對學(xué)生運用數(shù)學(xué)知識分析問題的能力要求較高，總體來說，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。目前，《流體力學(xué)》的課堂教學(xué)以理論知識講解為主，習(xí)題練習(xí)為輔，要求學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、理解能力、邏輯思維能力較好，課上認(rèn)真聽講，課后及時復(fù)習(xí)鞏固。但是學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性不高，課程作業(yè)的完成質(zhì)量不高，只是單一的應(yīng)付考試。

2課程改革探討

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，適應(yīng)新形勢下應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生分析及解決流體力學(xué)問題的能力，及運用流體力學(xué)方法進(jìn)行科學(xué)研究的基本能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。本文擬從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核形式三個方面對《流體力學(xué)》課程進(jìn)行改革。

2.1教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)《流體力學(xué)》在安全工程專業(yè)中的課程定位，將流體力學(xué)的內(nèi)容分為流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)基礎(chǔ)、流動阻力及能力損失、管路流動、相似原理及因次分析等五大模塊。課程內(nèi)容圍繞流體靜止、運動兩個狀態(tài)及力學(xué)的三大方程展開，由淺入深。培養(yǎng)學(xué)生的工科思想及意識，能夠?qū)Π踩こ虒I(yè)的流體力學(xué)問題進(jìn)行分析。

2.2教學(xué)方法

整合傳統(tǒng)和現(xiàn)代教學(xué)手段，采用不同的教學(xué)方式，如課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)相結(jié)合，將相關(guān)的習(xí)題解答方法及課堂練習(xí)同步至超星在線課堂，給學(xué)生課后復(fù)習(xí)鞏固提供資料，并通過網(wǎng)絡(luò)資源及時進(jìn)行解答；多媒體教學(xué)與板書結(jié)合，將復(fù)雜的流體流動過程以多媒體動畫的形式展現(xiàn)出來，讓學(xué)生更直觀的了解某種現(xiàn)象，增加對理論知識的理解和掌握；增加課堂習(xí)題練習(xí)及講解，注重師生互動，注重理論練習(xí)實際，在課堂組織教學(xué)中通過師生互動調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，并通過該環(huán)節(jié)了解學(xué)生課堂知識的掌握情況，及時調(diào)整講授方法。

2.3考核方式

采用多元化的考核方式，變單純的期末考試為平時和期末多層次考試，建立平時成績考核機制。平時成績考核包括章節(jié)測試、期中測試、課后作業(yè)、課堂練習(xí)及課考勤四部分內(nèi)容，其中每一部分成績占總成績的10%；期末考試成績占總成績的60%。章節(jié)測試一般是針對每一章的重點難點，用3-5道典型習(xí)題，耗時45min，檢測學(xué)生的掌握情況。要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成，章節(jié)測試的平均成績計入期末綜合評定成績。對于章節(jié)測試的習(xí)題進(jìn)行批改、統(tǒng)計成績、分析成績，并對教學(xué)方法進(jìn)行反饋，及時調(diào)整。課堂練習(xí)一般針對課堂中的知識點進(jìn)行測試，習(xí)題主要以填空、選擇、判斷的形式出現(xiàn)，方便、靈活、易于控制時間。通過練習(xí)，讓學(xué)生查缺補漏，同時根據(jù)練習(xí)情況及時調(diào)整授課進(jìn)度及方法，確保學(xué)生對課程知識的主要內(nèi)容了解和掌握。課后練習(xí)是對課程內(nèi)容的鞏固和補充，是對學(xué)生理論知識運用情況的檢測，但課后作業(yè)易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，對于疑似抄襲的作業(yè)，作業(yè)的分值不會給高分，通過課堂的互動可以判斷抄襲者的范圍，在課后習(xí)題講解過程中有意讓抄襲者進(jìn)行講解，同時通過作業(yè)重復(fù)練習(xí)，讓學(xué)生真正理解作業(yè)的解題思路及方法。