与流体力学有关的现象

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与流体力学有关的现象范文第1篇

关键词：海洋科学 课程实践 改革

随着我国海洋事业的不断发展，对海洋类科技人才的要求也越来越高。流体力学是海洋科学类专业的一门专业基础课，在整个海洋科学专业的教学体系中占据重要地位。本课程的任务是通过学习，了解流体运动学和动力学的基本知识，掌握理想流体动力学的基本知识，掌握理想流体动力学的研究方法和理论，掌握不可压缩理想流体的无旋运动、粘性不可压缩流体动力、边界层理论、湍流等的基本理论和研究方法。这门课程具有极强的理论性和实践性，从而决定了这门课的教学目的既要使学生掌握理论知识，又要使学生学会如何运用到实际工程中去。然而，随着教学体制的改革，学分制实施，流体力学的教学学时不断缩短。课程教学多是为了满足培养方案的要求，对系列化专业课程支撑不够，教学效果不甚理想。因此，为了适应新形势下对人才培养的要求，我们对流体力学课程教学过程的各方面进行了改革和实践，以达到以培养出合格的海洋类人才的目的。

1.教学理念改革

流体力学课程的特点是抽象概念多、理论性强、体系复杂、难度较大，许多知识点都包含了大量的数学推导，对学生的数学基础要求比较高。也正是由于这些特点，所以需要改变传统的以教师为中心的知识传授型的教学理念，因为这种方式并不能使学生对所学知识留下深刻的印象，因而教学过程效率低，容易造成学生为了考试而学习的现象，不利于学生的综合能力的培养。新教学理念增强教学过程师生间的互动，突出学生的主体性，改变以往学生在学习过程中被动接收的地位，合理设计教学内容，利用现代化的教学方式，是以培养学生的学习能力、科研素质、创新意识为目的，全面提高学生的综合素质。希望通过流体力学课程的学习，使学生系统掌握流体运动的一般规律及其有关的基本概念、基本理论、基本方法和基本实验技能，同时具备较强的自学能力以及创新意识，为以后专业知识的学习，打下牢固的基础。

2.教学内容的改革

由于海洋科学类专业教学要体现海洋特色，海洋学的研究对象是海洋，而海水是海洋最重要的组成部分，动力海洋学研究宏观海水的运动，所以无论在研究对象、研究目的还是研究方法上面，动力海洋学都是流体力学的具体应用和发展。

针对这一教学内容的要求，我们进行了流体力学教学内容改革，使之适应于当前的海洋科学专业类的教学。考虑到目前国内的流体力学课程内容相当宽泛，并不是特别适合海洋科学专业的教学需要，所以在内容上作了调整，保留经典流体力学的基本原理，同时加入了流体力学基本原理在海洋学中的具体应用。例如，在讲授研究流体运动的两种方法欧拉方法和拉格朗日方法时，介绍了两种方法在海洋调查研究中的应用；在讲授有旋运动动力学中，将环流定理扩展到海洋和气象等方面的具体应用；在讲授粘性流体动力学时，补充了柯氏力场中粘性流体的运动，并深入讲授了风生海流、地球转动对梯度流方向随深度变化的影响等。

这些内容的加入和调整，使学生不但能够深入理解相关的教学内容，还能够了解其具体的海洋学应用，真正做到学以致用，并且可以平滑过渡到一些后续海洋类专业课程，如物理海洋学、海洋气象学、大洋环流等，的学习当中，同时也为将来考研或者研究生阶段的学习打下良好的基础。

3.教学方式的改革

教师教学方式就是教学中为达到教学目标，教师所采用的一系列的教学行为和活动方式、方法的结合。考虑到流体力学的学科特点，其基本方程、原理的推导较多，所以在传统上以教师教授法为主，即以教师为主体进行知识的讲授教学活动。但是单纯的讲授法存在一些问题，就是容易在课堂上与学生缺乏互动交往，从而不能有效的调动学生的学习积极性。为此，在流体力学的教学过程中，转变教学思路，将以教为主的教学设计和以学为主的教学设计结合起来，通过多种方式实现教学的良性互动，提高教学质量。

3.1多媒体教学改革

传统的板书教学方法的特点是推导过程细致、讲解入微，这在一些复杂的定理推导过中可以有效的帮助学生理解整个推导过程，也有助于学生掌握推导方法和技巧。但是，板书教学也有不足之处，一是采用板书教学传授的信息量不够大，由于流体力学的教学内容中存在大量的公式原理的推导，所以往往需要较多的课时才能满足教学要求；二是部分教学内容不够直观，流体力学的一门理论与实际结合的学科，所以很多的理论都有其对应的实际流动现象，所以板书对此无能为力。

多媒体教学可以有效的弥补板书教学上存在的不足，单课时能够提供较多的教学信息量，有效提高教学效率。另外，多媒体教学可以增加课堂教学内容的表现效果，通过一些多媒体素材展示了相关的流动现象，通过视觉、听觉等多种信息传递方式，帮助学生理解教学内容，这对于抽象的流体力学理论教学是一种相当好的授课形式。但是多媒体教学也存在一些不足之处，在公式的推导过程中，翻页式的教学明显加快了教学节奏，使得学生对推导过程了解不够深入，部分细节不明所以，学生的思考时间减少，另外就是多媒体教学的推广，很多学生都没有了记笔记的习惯。

针对以下两种教学方式的特点，在海洋科学专业流体力学的教学过程中，我们采用了两种教学方式相结合的方法。对于一些重要的基本原理，仍然采用传统的板书式教学，力求传授给学生流体力学的研究方法和研究思路。而对于推导结果，则采用多媒体的方式进行展示，在实际的教学中，引用了大量的海洋、大气等流体力学现象，如波浪、海流、台风等，将其以直观的形式与对应的流体力学理论结合，这样既加深了学生的理解，也引发学生进行海洋学研究的兴趣。实际的教学过程显示，课堂教学效果较好。

3.2课堂教学过程改革

为了能够使学生更好的融入课堂教学，在讲授法的基础上，采取了问答法、引导法多种教学方式作为辅助。

问答法是教师通过提出问题引导学生积极进行思考，学生自己得出结论来获取知识，可以有效的使学生主动参与课堂学习。在流体力学的教学过程中，合理的设计课堂问题，避免问题过易或者过难，前者不能达到启发引导学生思考的效果，后者会让学生对流体力学的教学内容产生畏难情绪，不利于知识的深化教学。同时，问题的设计也要有启发性、典型性，问题的数量一般控制在每节课2个左右，根据相关的知识点进行设计。

引导法是教师引导学生通过阅读教材、课件提示等材料，以自己相对独立的形式学习的教学方式，这种方法更能锻炼学生的学习能力。在流体力学的教学过程中，对于引导法的使用一般安排在内容相对简单，或者教学内容有相似重复处。如将雷诺输运定理应用于连续方程、动量方程等的推导，教师讲授连续方程的推导，而其后对于动量定理、能量定理等的推导引导学生独立完成。通过这样的引导过程，使得学生能够举一反三，牢固掌握基本原理，并培养了自学能力和创新能力。

3.3引入现代网络教学方法

为了能够有效的利用现代网络技术进行教学，推进课程的网络化改革，建设了流体力学网络课程。为避免网络课程成为简单的课堂内容的重复再现，在网络课程的设计过程中考虑与实际的课堂教学的互动性与互补性，除了提供课程教学视频录像供学生复习以外，还提供了非常丰富的相关多媒体教学资源、辅导资料，并将网络课程作为学生自学的一个重要的课后辅导工具，提供在线答疑。另外学生还可以网络课程提出对于教学过程的各种建议反馈，促进教学改革。网络课程的开设，使得流体力学的整个教学过程具有了交互性、共享性、开放性、协作性和自主性等特点。

4.结语

通过近几年较为系统的流体力学课程教学改革，包括更新教学理念、调整和补充部分海洋特色的教学内容、运用现代化的教学手段、改革课堂教学过程等途径，大大调动了学生学习的积极性，显著提升了教学效果，提高了课程的教学质量。但仍需进一步完善教学体系，提高教学水平，将教与学有机结合，对海洋科学类专业流体力学课程的教学改革进行不断探索和实践。

参考文献：

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[2]万三敏，沈振剑.多媒体教学方式与传统教学方式的耦合机制研究.首都师范大学学报（自然科学版），2010年10月，第31卷第5期.

与流体力学有关的现象范文第2篇

论文摘要：根据环境工程专业特点，分析了该专业技术基础课“工程流体力学”和主干专业课“水污染控制工程”在教学中存在的问题，文章从教学内容、教学模式、师资配置、考核方式四个方面提出了“工程流体力学”和“水污染控制工程”教学改革思路。

论文关键词：环境工程专业；工程流体力学；水污染控制工程；教学改革

“工程流体力学”是研究流体（液体、气体）处于平衡状态和流动状态时的力学规律、流体与固体之间的相互作用及其在工程技术中应用的一门科学，是力学的一个独立分支，有其自身的理论体系，其基础理论主要由三部分组成：流体静力学、流体运动学和流体动力学。“水污染控制工程”是关于控制水体污染途径以及各种废水处理方法（包括物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法等）的基本理论、工作原理及设计计算的一门科学。“工程流体力学”是环境工程专业的重要技术基础课，“水污染控制工程”是环境工程专业的核心专业课，这两门课程在环境工程专业本科教学中有着举足轻重的作用，同时两者之间也存在着重要的相互理论关系。

“工程流体力学”是水利、环境、能源、土木、机械、动力等学科的一门技术基础课程，该课程的教学内容纷繁丰富，其特点是理论性和综合性比较强，概念抽象，难于理解。“水污染控制工程”课程内容与“工程流体力学”内容结合相对比较紧密，如城市排水沟道系统、各种污水处理构筑物等的设计计算，以及在构筑物中的生化反应、化学絮凝反应中水力条件的控制等均是工程流体力学理论知识在水污染控制工程中的实际应用。目前，在环境工程专业教学方面，“工程流体力学”和“水污染控制工程”课程正面临着比较尴尬的局面：一方面课程内容趋于复杂和广泛；另一方面在课时量逐渐压缩的情况下，“工程流体力学”和“水污染控制工程”教学内容没有起到应有的相互衔接，教学内容彼此脱离。由此形成环境工程专业“工程流体力学”教学内容与专业课衔接不够，在教学过程中学生感到内容枯燥，概念抽象；而在“水污染控制工程”教学过程中，学生感到工程流体力学基础理论知识不扎实，不能够熟练应用工程流体力学基础理论解决水污染控制工程方面的实际问题。

针对目前环境工程专业课程设置及教学内容的状况，本文从教学内容、教学模式、师资配置、考核方式四个方面提出“工程流体力学”与“水污染控制工程”教学改革，提高教学质量，培养学生综合能力。

一、改革教学内容

对“工程流体力学”教学内容进行改革，结合环境工程专业特点，重构环境工程专业的“工程流体力学”课程，对该课程中的主要内容进行优化设计，紧密结合后续专业课“水污染控制工程”的内容进行改编，为“水污染控制工程”的讲授奠定基础理论知识。“工程流体力学”教学内容主要包括理论教学和实践性教学两部分，其中在理论教学内容部分，如“工程流体力学”中涉及到的流体粘滞性、流体内摩擦定律等内容，结合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流态所需要的雷诺数内容为实例进行教学内容改革；“流体静力学”中绝对压强、相对压强、真空度等概念、理论在水污染控制工程中虹吸滤池、脉冲澄清池以及沉淀池、污泥浓缩池重力式排泥所需要的静水头压力等实际工程中的应用为实例进行教学内容改革；流体运动学中基本理论对“水污染控制工程”中的数学模式的建立为实例进行教学内容改革；“流体动力学”中压力损失理论在水污染控制工程中的水力计算，水射器理论在水污染控制工程中的计量作用、加药作用、射流曝气作用为实例进行教学内容改革等。其次，“工程流体力学”实践性教学内容部分，改革传统的实验教学内容，除验证性实验之外，增加工程应用性实验，如文丘里流量计、三角堰流量计、巴氏计量槽、毕托管测速仪、虹吸管、孔口与管嘴的工程应用等内容，既加强了动手操作能力，也培养了学生将基础理论知识转化为现实生产力的综合分析与应用能力，不仅使教学内容丰富，也提高了学生学习的热情和积极性。

对“水污染控制工程”教学内容进行改革包括理论教学内容改革和实践性教学内容改革，强调“工程流体力学”基础理论知识在水污染控制工程中的应用。在理论教学内容方面，“水污染控制工程”中的污水沟道系统水力计算、水处理构筑物中水力参数的确定、污水在构筑物中的最佳流态、各水处理构筑物之间高程布置、混合反应池中搅拌强度的确定、过滤池中配水系统的设计及其滤速确定等一系列涉及工程流体力学问题的相关内容进行必要教学改革，加强学生对“工程流体力学”基础理论知识在水污染控制工程中的工程应用有一个更清晰的认识，理解“工程流体力学”基础理论知识在水污染控制工程中的重要性，使学生既掌握了“水污染控制工程”应用设计方法、设计原则、计算方法等知识，也加强了学生对“工程流体力学”基础知识在水污染控制实际工程的应用。在实践性教学内容方面，加强工程性应用实验教学内容，从不同的工业企业和居民生活区采集不同的废水水样，根据化验所得废水水质，确定所采用的处理技术和处理工艺，并通过实验验证在各种废水处理工艺中所选择的工程流体力学水力参数，基于“工程流体力学”基础理论知识分析废水处理工艺水力参数的合理性。

二、改革教学模式

“工程流体力学”特点是理论性、综合性、系统性较强，概念抽象、逻辑结构严谨。目前传统的教学模式基本上是教师讲、学生听，“授—受”型单一模式，尽管在学的过程中采用了多种形式的多媒体教学方式，但仍没有改变学生在学习过程中的被动地位，学生缺乏主动性和实践性。改革传统教学模式，实施探究式、启发式、开放式的创新教学模式，结合水污染控制工程中的实际问题，以工程实例为背景，应用工程流体力学基础知识解决实际工程问题，诱导学生积极思考，在教学过程中形成教学互动，调动学生学习的主动性和参与性。根据教学内容性质，“工程流体力学”教学内容可以分为基础理论和实际工程应用两个部分。在流体静力学、流体运动学和流体动力学三个基础理论部分，采用形象化的多媒体演示、软件模拟、小型实验相结合探究式、启发式教学模式，鼓励学生课堂讨论；在实际工程应用教学部分，如孔口管嘴、有压管流和明渠流部分，以水污染控制工程中的工程实例为背景，采用适量的实际工程图片，丰富教学信息量，刺激学生的感官，激发学生的学习兴趣，拓宽学生的思路，开阔学生的视野，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。

“水污染控制工程”特点是实践性、工程应用性强，因为不同的废水水质达到处理要求所采用的处理技术、处理工艺不同；即便相同的废水水质，如果污水量不同，所采用的处理工艺也不同；一个废水处理工程，即废水水质、水量数据相同，也可以采用不同的处理技术和处理工艺，工程流体力学参数的选择是确定不同废水处理技术、工艺的主要影响因素之一。因此，在“水污染控制工程”的教学过程中，改革传统教学模式，实施探究式、启发式、开放式的实践教学模式，以工程实例为背景，通过开放性的实践性实验正确选择工程流体力学参数，并通过实验研究对参数的选择、废水处理效果等进行科学验证。通过工程实例和实践性教学改革，使学生既对废水处理工程设计过程有一个清晰的思路，又能达到举一反三的效果。

三、优化师资配置

师资队伍优化，一靠资源，二靠制度，师资队伍优化也是一个相对的渐进过程，优化的标准和措施与所处时代、社会背景及其自身所处发展阶段和学科特色有关。环境工程专业特点要求师资队伍结构合理、质量可靠。“工程流体力学”与“水污染控制工程”是本专业的主要技术基础课和主干专业课，两门课程在讲授过程中存在着千丝万缕的必然联系，这就对师资配置和师资队伍建设提出了更高的要求。首先，建立高质量的师资队伍，定期或不定期对教师进行专业培训和实践工程训练，要求讲授“工程流体力学”和“水污染控制工程”两门课程的教师对两个学科均有一定的研究，或者承担一定量研究科研工作，洞悉当前“工程流体力学”和“水污染控制工程”发展的最新前沿理论和技术；其次，在师资配置方面，要求讲授“工程流体力学”的教师对“水污染控制工程”有一定的研究或承担相关科研项目，讲授“水污染控制工程”的教师对“工程流体力学”有扎实的理论研究或承担相关的科研项目；第三，建立教师研讨会制度，讲授“工程流体力学”的和讲授“水污染控制工程”的教师定期或不定期举行教学研讨会，避免两门课程的讲授内容出现彼此分裂现象。如果在师资配置中，讲授“工程流体力学”的教师毕业于力学专业，即使讲授“工程流体力学”的教师对力学有很高的造诣，对该门课程的讲授有声有色，但如果该教师对环境工程专业“水污染控制工程”专业理论知识或实践工程知之甚少，那么在教学过程中，必然不能够将“工程流体力学”与“水污染控制工程”教学内容相结合，对环境工程专业学生来说，这样的师资配置，必定不是最优化的师资配置。

四、改革考核方式

与流体力学有关的现象范文第3篇

【关键词】汽轮机；可倾瓦；滑动轴承；数值模拟

【Abstract】This paper introduces the studies conducted by researchers from the domestic and foreign for the sliding bearing and the gaps of numerical analysis for the steam turbine tilting sliding bearing，which gives advices of researching steam turbine tilting tile sliding bearing oil film using the numerical simulation.

【Key words】Steam turbine； Tilting tile； Sliding bearing； The numerical simulation

0 前言

滑动轴承有轴颈和轴瓦组成，相比滚动轴承来说，其生产成本低、工艺简单、可以反复使用。液体在楔形空间内流动时会产生很强的压力，滑动轴承就是利用这个原理工作的。轴颈的旋转带动油液一起旋转，随着旋转方向，油液流入由轴颈和轴瓦组成的楔形空间内，进而使轴颈在一个相对稳定的位置旋转，同时轴颈与轴瓦之间形成了一层薄薄的油膜[1]。滑动轴承的结构有许多种，但是其形状大致经历了圆形轴瓦、椭圆轴瓦、可倾瓦轴瓦，不同轴瓦油的膜特性不同。汽轮机运行时经常发生油膜失稳，引发了人们对轴瓦的研究，油膜在圆形轴瓦中运行时会形成一个高压区和一个空穴区，且轴系振动较大。而椭圆轴瓦因为其特有的椭圆度，轴系振动有所改善。可倾瓦滑动轴承的发明对于轴系来说具有划时代的意义，其瓦块随着轴颈位置不断调整，不仅保证了油膜的稳定性，同时也使轴承具有更大的承载力[2]。

对于可倾瓦滑动轴承的研究，大多数研究者使用Reynolds方程计算单个瓦块，然后再进行叠加，这样计算的结果与实际油膜特性有较大偏差。因为他们忽略很多因素，例如轴瓦间隙的影响。计算流体力学被近期的许多研究者使用，但是对于整个可倾瓦滑动轴承油楔的研究还很少见，还没有合理的得出可倾瓦滑动轴承的油膜特性以及在外界因素影响下油膜特性的变化。基于数值模拟方法可以揭示这些特性。本文总结了可倾瓦滑动轴承的研究概况与研究方法，并对汽轮机可倾瓦滑动轴承的数值分析给出了建议。

1 可倾瓦滑动轴承的研究概况

1.1 国外研究概况

对可倾瓦滑动轴承的研究，国外开始的比较早，特别近些年发展很快。Yang[3]通过试验研究了汽轮机可倾瓦滑动轴承轴瓦疲劳破坏对轴瓦振动的影响，作者提出了槽式轴瓦对轴瓦进行了改进，并验证了改进后的可倾瓦轴承轴瓦性能显著提高。但是作者仅仅分析了轴瓦性能，没有对油楔中油膜进行分析；Matthew Cha[4]等利用数值模拟方法对雷诺方法进行有限元求解，分析了支点对可倾瓦滑动轴承非线性油膜力的影响，得出了油膜厚度与油膜压力的关系。但是对于可倾瓦轴承其他因素的影响，作者没有进行分析。Kyung-Bo Bang[5]等通过实验研究了传统六瓦可倾瓦轴承油膜温度与功率损耗之间的关系，作者通过改变可倾瓦轴承轴颈转速、轴承载荷和油进口速度的大小，得出了这三者分别对轴承功率损耗的影响大小。但是，作者没能给出其他可倾瓦功率损耗与轴瓦温度 的关系。White和Chan[6]研究了轴颈振动频率与动力特性的关系，得出动力特性的频率与支点偏置度和负荷成反比，但是计算仅限于Sommerfeld数范围内，导致结论使用的局限性；S.Wen等[7]用含有Newton-Raphson方法的数值计算方法对静态可倾瓦滑动轴承TEHD性能进行研究，发现这种方法比单个瓦块叠加收敛速度快。但是，作者没能很好的考虑瓦块与瓦块之间的间隙，还有油温升等问题；A.M.EI-Butch等[8]用TEHD模型研究了轴线偏斜对油膜厚度的影响，发现轴线偏斜对油膜产生的影响可以用瓦块的塑性变形进行中和。但是可倾瓦滑动轴承瓦块有点支撑和线支撑，而对于点支撑的瓦块作者未进行分析，并且求解时忽略较多其他因素的影响；D.c.zachariadisl[9]通过求解Reynolds方程，研究轴向楔形与角偏斜的关系，得出油膜刚度与阻尼系数在很大程度上受角偏斜的影响。但是作者的研究仅限于处于静态平衡时的油楔，而旋转机械的滑动轴承油楔是在轴颈旋转时才能形成的，故作者没能考虑动态油楔的角偏斜现象，这与实际情况误差较大。

1.2 国内研究概况

随着国内工业化进程的快速发展，国内动压滑动轴承在很多方面也取得了不小成就。

朱均等[10-11]利用一种类似于有限元法的计算方法，研究了轴承动力学系数，虽然这种方法计算精度可以达到要求精度，且所用计算时间比有限元法缩短很多倍，但是对于轴承动力学的计算结果和实际值相差较大。因此，这种方法没能在动压滑动轴承上有效利用，需要进一步改进；张勇斌、温诗铸等[12]在使用有限元法对油膜压力进行求解时，为了提高求解精度和速度，作者首次使用了多重网格算法。通过这种方法，作者研究了热效应与轴承性能之间的关系，进而得出了油膜特性与热效应之间的关系。但是，有限元法使用时需要输入的初始参数较大；姜歌东、谢友柏等[13]在针对转子动力系统的研究中，作者使用了自己提出的一种新的利用时域多工况识别方法来对滑动轴承油膜动特性进行研究，并且论证了这种方法的可行性与可靠性。但是，在实际情况中，汽轮机轴系的运行受许多因素影响，而文中作者未进行分析；赵文芳等[14]针对可倾瓦滑动轴承中存在的金属材料问题进行研究，系统总结了国内外轴瓦的多方面研究现状，得出了对可倾瓦轴承的研究中不可忽略轴瓦金属材料与轴瓦粗糙度的影响。作者重点综述了可倾瓦轴承的金属材料，然而对于轴承油楔中油膜运动情况没有提及；吕延军等[15]对Reynolds方程进行修正时使用了变分约束原理，通过计算修正后Reynolds方程来研究瓦块的非线性油膜力。使用了八节点等参有限元法研究了单瓦块油膜力，通过叠加得到了整周油膜压力。通过计算Poincar 映射和Runge-Kutta方法，研究了轴瓦支点对刚性转子系统的不平衡响应的影响。但是，对于轴承性能的研究仅限于单个瓦块的计算，叠加结果与实际值有一定误差；纪峰等[16]研究了实际生产中汽轮机可倾瓦轴承，在进行动态特性的模型计算时忽略了瓦块变形，进而得出在研究可倾瓦轴承动特性时应该考虑瓦块变形，而不应该考虑瓦块的摆动频率是否与转子转动频率相同。

1.3 数值模拟研究概况

对于可倾瓦滑动轴承油膜的研究，轴瓦间隙、油膜间的剪切应力等通常都不被考虑。传统的只计算Reynolds方程或者计算分析轴承理论和非线性油膜力的方法已经不能满足实际生产需要，因为这两种方法产生的误差较大。

20世纪初，我国航天航空工业飞速发展，同时也带动了偏微分方程理论、数值计算方法、网格生成、计算机硬件工业等的空前发展，以及计算流体动力学CFD的逐渐成熟。计算流体力学相比于实验流体力学和理论流体力学有许多优点：研究问题时，假设条件较少，可以模拟复杂流场，应用广阔；时间短，效率高，效益好；可以考虑许多其他影响因素进行研究，应用范围很广。因此，在对于油膜特性的研究时，大多研究者采用计算流体力学[17]。

高庆水等[18]在分析圆柱轴承压力特性时首次使用Fluent数值模拟，论证了各种方法计算结果与实际的误差大小，但是没能给出一个研究其他滑动轴承的最优数值模拟方法；涂林等[19]在使用Fluent中的RNG k-ε模型模拟油膜特性时修正了湍动黏度，使模拟结果更接近实际值，但是对于小间隙的油膜流场计算误差较大。张楚等[20]基于气液两相流原理模拟计算油膜特性，得出了滑动轴承油膜分布规律，但是该方法不能很好的计算流体本身的流动特性；而文献[21]使用单个模型对滑动轴承油膜进行数值计算，得出非线性油膜力与轴系的关系。但是对于轴承的间隙比没有很好考虑，因而研究的结果没有很精确的计算出实际应用当中的油膜特性。

2 CFD中数学模型的选取

在流体运动中，当流体惯性力和粘性力在一个数量级时，湍流就产生了。汽轮机轴瓦进油口进油为压力进油，流体是三维的随机扰动流体，必然会发生湍流现象。对模型进行一系列假设，将理论与经验结合，建立包括雷诺平均方程和脉动方程并且用来描写湍流平均量的封闭方程组，将该方程组称为湍流模型。

CFD中有许多湍流模型，包括Spalart-Allmaras模型、k-ε模型、k-ω模型、雷诺应力模型（RSM）、大涡模拟模型（LES）。其中，Spalart-Allmaras 模型是相对简单的单方程模型，不能用于复杂的流场；雷诺应力模型（RSM）适用于雷诺应力明显具有各向异性的流场中，比如龙卷风、燃烧室等带有强烈旋转的流场；大涡模拟模型（LES）适用于大涡结构受流场影响较大的流场中。

k-ε模型假定湍流为各向同性的均匀湍流，不适用于汽轮机滑动轴承油的运动。因为汽轮机滑动轴承进油为压力进油，对轴颈有一定冲击作用。并且当轴颈高速旋转，油在轴颈和轴瓦组成的狭小间隙内做粘性剪切湍流运动。在这种存在冲击和不完全湍流的情况下，使用k-ε模型的结果会和实际结果悬殊很大。对k-ε模型进行一些改进可以得到RNAk-ε模型，它在计算功能上大大强于k-ε模型，同样由于油膜的冲击和涡旋的存在，RNAk-ε模型也不能用于汽轮机可倾瓦滑动轴承油膜特性的研究。

而k-ω模型包含了流体的剪切流扩散，剪切应力输运k-ω模型简称SST（Shear Stress Transport）k-ω湍流模型，它是将k-ω模型和k-ε模型都乘以一个混合函数，然后再相加的结果。这种模型具有k-ω模型近壁区计算和k-ε模型远场计算两大优点。SSTk-ω模型增加了横向耗散导数项，考虑了湍流剪切应力，使用的湍流常数也和其他模型不同。这使得SSTk-ω模型应用范围更加广泛，它可以用于带逆压梯度的流动计算，并且能够很合理的考虑流体的涡流黏度。Shear Stress Transport（SST）湍流模型对于研究汽轮机滑动轴承油膜特性的模拟计算更适合。

3 结论与建议

1）在对油膜模型进行计算时，根据可倾瓦油楔中油膜的运动环境，可用Shear Stress Transport（SST）湍流模型来计算，因为该种模型可以考虑到不可忽略的狭小间隙内的油膜剪切应力，该模型对于油膜特性的模拟十分接近实际油膜特性。

2）对于可倾瓦油膜特性的研究，必须考虑到油膜温度和压力的关系，将两者耦合计算会使结果更加接近实际油膜流场。

3）可倾瓦滑动轴承的油膜压力、油膜温度、油膜厚度等都关系到汽轮机转子旋转的稳定性，虽然有关研究者做过圆形轴瓦、椭圆轴瓦、三油楔轴瓦轴承油膜对转子稳定性的研究，但是用N-S方程数值模拟计算对于可倾瓦的研究甚少。

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与流体力学有关的现象范文第4篇

无论是 DGT 靶还是 HLM 靶，其基本原理都是通过流动将沉积在束流反应区的热量进行移除，并携带到换热装置中进行热量的交换。因此对于靶系统的设计，对于流动特性的掌握是换热问题的关键所在。

流体的最基本组成是微观尺度的分子，但是当着眼于宏观尺度的问题时，一般是通过以包含大量分子的流体元为最基本单位，可以将分子的行为在一定程度上忽略，同时认为系统的适用连续性假设，认为流体的宏观特征量在空间中是连续均匀的确定值。对于液态靶中水或者 HLM 工质来说，分子自由程非常小，能够充分满足流体作为连续介质的前提条件。此外对于这两种流体，在研究的状态范围内，也非常充分的满足不可压缩流体的近似条件即工质的密度不随压强而改变，这些流体的条件性质不仅简化了问题的计算和设计，同时也为对于理解靶系统中的问题提供了重要基础。而颗粒体系的力学特性则要复杂的多，尽管曾有研究者试图以类流体模型对颗粒体系运动进行处理，但目前还没有好的普适方法，而且即使采用类流体模型，颗粒体系的流变特性与通常可以被认为是牛顿流体的水、液态金属也是截然不同的。对于通常状态下的水和液态金属，其由于流动速度的梯度所产生的切向应力与速度梯度成固定正比，这一比例即使流体的粘性。

对于靶问题中的多数物理问题，无论是在模拟与计算过程当中，还是在通过实验对体系物理量的测量方面，通常使用的都是欧拉方法，即关注固定空间坐标位置的物理量变化。确定流体运动的方程一般有连续方程和动量方程组成：

连续性方程：

式中(u, v, w)为速度的 x，y，z 方向分量，Fb为体积力，下标表示 x，y，z 方向分量，Pij为体积元所受应力张量中的对应分量。式中第一项为随体导数：

对于不可压缩流体：

因此，有：

描述流体运动的动量方程为：

 

应力张量的定义法向是朝向控制体外的，因而考虑主应力作用时，需要进行反号。考虑到本构关系方程后，靶材料这样的粘性不可压缩流体最常见采用的特殊化方程即是 Navier-Stocks 方程：

在直角坐标系下的分量形式：

由于最后一项粘性项的存在，导致了这一方程是非线性方程，也就决定了流体体系属于典型的非线性复杂系统，即使对于粘性为一定值的牛顿流体，也难以通过计算手段给出准确的系统状态，通常只能使用简化方法进行处理，或者采用数值求解方法。

一般来说，在确定的粘性和初始流动速度的情况下，方程存在定常和周期性的解，这个解一般也是比较光滑的，这正是流体中的层流现象。但当边界条件发生扰动时，正是由于粘性非线性项的存在，使得方程出现两种截然不同的性质：一是通过粘性耗散，初时的扰动逐渐衰减，流动能够恢复成稳定的状态；二是由于非线性作用，完全失去稳定，这时就成为了通常所说的湍流状态。由于粘性和流动速度间关系的重要作用，定义了无量纲系数雷诺数。

通常当雷诺数超过一定的阈值，在外界的扰动下就会发生湍流现象，当湍流发生时不仅导致压力速度的波动，甚至还会诱发特定的震动现象，最典型的即卡尔曼涡街。

除了上述非线性系统有关的不稳定性现象，水和液态金属作为不可压缩流体还会产生长距离的冲击波效应，最常见的是水击现象，冲击波的瞬时压强可以超过正常值数十倍，造成振动、噪声，严重的还会对于回路中存在缺陷和脆弱的部分产生巨大的破坏性效果，这一作用在管道的水力学研究中一维化的可以用以下方程表达：

连续性方程：

运动方程：

式中 H 为测压水头，v 为液流速度，s 为延管道长度，c 为水击波速， 为管道倾斜角度，g 为重力加速度，D 为管道直径。方程中可以看出，在较粗管道中，当管道系统沿程阻力不大时，水击波的运动可以表现出反复振荡的特点，同时在长距离上的衰减速度很慢。而计算研究和实验结果都表明了以上的现象，这样系统由于泵、阀门的突然剧烈的工况变化，会导致系统严重的振动冲击，对连接处和工作设备造成系统性的巨大破坏。

相比于流体，颗粒体系的基本构成是单个的颗粒，其尺度通常为宏观水平，而将颗粒体系作为整体研究时，既可以从颗粒之间两两作用力为出发点进行离散方法的研究，也可采取类似流体的等效连续模型从而避开体系内巨量的相互作用。使用离散的方法思路比较直观，其基本方程就是两体之间平动转动的运动方程。同时实际中的两体间非弹性相互作用模型也有利于理解和分析作用力的耗散。但其复杂之处一正是在于由于颗粒的材料、外形特性导致的复杂作用力形式，二在于体系内大量的颗粒关系对计算量的需求。离散计算模型中最为常见的是 HertzMindlin 接触模型，在这一模型中，法向作用由 hertz 模型提供：

切向作用由 Mindlin 模型以增量形式给出：

上两式中， 为剪切模量， 为泊松比， 为等效半径定义为R1 R2 /（R1 + R2）， δ为形变重叠量。

当体系的规模超过离散处理能力的时候，采用连续性模型在一定条件下也是可行的。问题正在于体系所处的条件状况适用于何种连续力学模型，尤其是材料流变性质和耗散性质。相比于一般的连续性介质，其本身能够承受一定的应力这是与液体不同的；而受到应力作用时，其形变又是非线性和不可逆的，这一点又与固体不同。波在穿过固体堆积颗粒的过程中，不仅表现出波的向前传播，更重要的还同时存在波的反射、衍射等现象，对于高密度的堆积体，振波难以向前穿透，这样一来，局部产生的振动影响，主要都局限在振动产生的部位，不会产生系统性的长距离和持续效应。

颗粒中力学波的传播是极其复杂的形式，目前对这一问题仍缺乏全面的了解。一种常见的思路是基于上面介绍的 Hertz-Mindlin 模型，以平均场近似将其应用到颗粒系统整体，常见的等效介质理论 EMT(Effective Medium Theory)认为颗粒体系的性质如下：

上式中 K 为弹性模量， 为剪切模量，φ为堆积率，Z 为平均接触数，P 为堆积体挤压力，其它符号与 Hertz-Mindlin 模型中字母含义相同。

由于颗粒难以传播拉伸作用，只能讨论压缩作用和剪切作用，其波速分别以Cp ,Cs 表示：

因此，波速应当与压缩作用力的 1/6 次方成比例关系。但实验表明这一结论仅针对特定体系成立。但无论如何，通过正相关关系表明，对于并不处于完全紧密接触作用的体系，作用力减小，对于体系的波传递是更为困难。即是针对沙丘鸣沙表面振动的研究中，除了波速远小于气固声波速度外，其向系统内衰减也是非常迅速的。

应当说在不同的条件下，颗粒体系呈现出的特性是介于固体和液体之间的，但又与二者不同。设计过程中应当充分注意到这一效应，尤其是当颗粒体系的运动介于一定范围内时，呈现出固体液体转变的特征常被研究者称为玻璃态或jamming 状态。在临界范围内，颗粒流动也经常出现间歇和不稳定的情况，是设计过程中应当注意的因素。

尽管在数值模拟方法和一些设计的具体问题上，经常会采用离散模型的观点，但通过连续介质的观点来看更有利于将 DEM 靶和 HLM 靶进行对比。针对颗粒流动所建立的连续介质力学有时也被称为颗粒固体流体动力学，对于运动速度不快、堆积系数较大的颗粒体系当中低频长波动力行为物理图景的理解有着指导意义。当采用类似流体力学的观点看待颗粒体系时，其基本连续性方程和运动方程形式上是相似的，但由于连续性和内部作用力不同，因此在关键项上有区别。

连续性方程：

式中左侧第一项密度变化显然在颗粒体系中不为 0。因此，颗粒体系的连续方程需要使用：

运动方程同样满足，但是由于本构关系复杂，却无法做出化简，需要根据实际情况确定应力张量，除了基本的摩擦关系用于处理主应力和其他应力的关系，其它目前常见的流变模型还有 Mohr 环方法，或者以类似宾汉流体的处理，还有一些新方法试图采用高分子力学当中的模型，这些模型都在不同情况下取得了一定的成功，但在通用模型上还没有很好的解决办法。

但对于颗粒流动体系而言，由于其基本单元是有具有确定运动状态的宏观物体集合，因此也会以统计力学的方法借用热力学观点，对这一体系进行处理，例如体系中能量的耗散过程。

另外作为一种固相与气相的混合系统，对于固体气体的相互作用关系也应当在予以考虑，尤其是当固体颗粒尺寸密度较小而气体流速较大的时候，这一作用尤为显著，可以产生流化效应，甚至是堵塞情况产生，但针对靶设计环境而言，这一作用可通过系统材料、运行状态的设计予以避免。

就具体以数值模拟方法而言，HLM 靶的设计方法是 CFD 方法。在对流体行为的模拟中，总是需要通过网格进行离散便于进行数值模拟的。由于方程属于非线性方程，求解困难，对于这一问题有不同的解决思路：1.直接求解非线性 N-S方程，称为直接数值模拟方法，这一特点用于细密的时空离散的时候能够给出信息丰富的多尺度湍流信息，缺点则是对于这样的离散需求的计算量非常巨大，一旦网格粗糙，收敛性就会严重变差。2.采用时均-脉动的观点处理湍流，即雷诺平均方法，并且认为存在一个湍流造成的粘性系数即波西尼克假设，这样一来，运动方程得到了极大的简化，于物理过程而言忽视了就是湍流的细节结构，主要关注平均量。这样一来体系能够处理更为粗糙的时空离散和更大的系统。Fluent 中主要采用的即这一方法，其内设了多个不同的湍流模式可供使用。也是最为广泛采用的方法。3.介于上述思路之间的大涡模拟方法，这一方法对于网格尺度以下的湍流涡行为使用湍流模式的方法，而网格尺度以上的则类似采用直接数值模拟方法，得到的结果自然也介于两者之间。

对于 HLM 靶而言，以雷诺平均的方法进行计算时所采用的模型对于计算结果无疑对于流动传热有着重要的影响，MYRRHA 项目曾经在 CFD 模型方面做出了大量的工作，使用了数种 CFD 的软件和多种模型对于非 Detachedflow 靶的流动状态进行了模拟，并进行了 benchmark 实验。最终模拟中采用了多相模型（以 VOF 为主要手段并有其他如动网格或欧拉-欧拉法方法）、湍流模型（以k-ε 模型为主，LES 等其他手段进行辅助验证对比）、汽蚀模型（cavitation 模型为主）等。系统性研究方面，则采用了 Relap5 对额定状况开机与稳定运行，主流速度的小幅波动，主泵在束流关闭或未关闭情况下停转，束流开关，热交换器束流关闭或未关闭情况下失效，feeder drag 波动等情况进行了模拟与分析。

上海交通大学团队也曾经了对于非 Detached flow 的流动情况采用了不同模型进行模拟并与实验结果进行比较并给出他们的推荐方案。这些努力无疑是有益的，尤其是在大涡模拟的效果方面，但是客观的说，具有自由界面的特点使得非 Detached flow 本身的回流区的变化受到系统运行状态影响非常严重，几乎找不到一个稳定状态用来准确的进行比较。由于实验本身的波动不稳定一方面由于靶区流体流动本身造成，另一方面也与系统内其它组件导致的波动有关。这种不稳定的情况是 HLM 靶中由于物理机制自然存在而无法避免的现象，这一点无论在本工作中建立的水回路、上海交通大学水回路、还是 MYRRHA 项目的实验结果都是同样的，甚至通过三维模拟也能发现类似的不稳定现象。

 

计算模型方面三维模型能够更好的符合物理事实，表现流动的不对称性，但相比于二维算法，三维模型存在计算时间长，网格数量多或网格尺寸大，不易收敛等特点。如果在研究过程中针对靶段流动的参数影响，需要扫描参量，而对界面的瞬态波动关注较低，优先选择二维模型仍然是很有意义的，同时，经过与实验的对比，二维模型在流动表现形态方面是能够满足要求的：

目前模拟状态对于界面较稳定的部分的模拟结果基本还是准确的。在Detached  Flow 状态下由于回流区区域显著的减小了，对于剩余较稳定界面部分的模拟价值无疑就更高。可以作为进一步 HLM 靶的研究方向之一。对于小回流区的情况，相比于弄清楚对于流体过程，也可以从工程角度通过环形束流更为方便的避开回流区的热量沉积。

因此，本工作在进行 MYRRHA 构型无窗靶的进一步参数研究之前，采用Detached  Flow 状态的靶流动对可能采用到的模型、离散、计算方法共同进行了比较。模拟中在瞬态/稳态模拟、piso/ simple 算法、k-ε/k-Ω 湍流模型、网格有效性方面进行了对比研究。对比中其它条件为 VOF 多相流模型、cavitation 相变模型、液态金属入口流速 1.0m/s、出口压强 18000pa、相变临界压强 1pa、参考压强 0pa、重力 9.8m/s2、计算步长 0.00005S、计算总时长 5s。基础模型如下图所示，其尺寸按照 MYRRHA 项目 V0.10 靶型进行设置，共有计算网格 63980 个。模型采用 2D 轴对称构建，上部内管设为压强入口，模拟加速器束流管道真空环境；内管与外壁形成部分为速度入口，模拟以确定流量流入靶区的 HLM 工质；下部为压力出口，模拟流出靶区的工质的限制条件。模拟过程中虽然对入口部分的进行了增加阻力设置，但是主要评估研究区域为锥形汇流段。

在各个算例当中，HLM 工质在靶区的流动均形成了预期的自由液面，其相图和压力分布如下所示。

上图的结果均整体上与文献结果呈现基本一致的特征，尽管在局部的有边界条件造成的区别。由于在针对靶区回流现象和自由喷射流进一步的研究中，这一结构沿对称轴的流动是非常重要的，因此，将算例中沿对称轴的流速特性进行对比，如下图所示

结果表明，几种设置在这一问题的模拟上所得到的主要结果基本是一致的。另一方面，网格相关性所产生的结果变化也不显著，总体来说，速度方面，采用各个方法所得到的结果在作为研究重点液相区域区别不大，考虑到压强分布，尤其是发生汇流作用的区域的不同，认为二维轴对称下网格尺寸为 1mm 的计算模型和 K-ε 湍流模型能够起到良好的计算效率与计算质量的折衷，同时，采用稳态计算研究液相区域的流动，也是可以接受的方案。在这些算例在计算中所花费的四核并行计算时长如下表所列：

进一步地，使用稳态计算对计算模型中的离散方式进行了对比，对比算例的设置如下表所示，计算迭代为 10 万步，并且由于高阶算法的收敛问题，将动量松弛压因子调为 0.2。

除了 MP 组合导致结果不收敛，VB 组合导致显著不符合物理事实的结果外，采用不同的离散方法时，束流作用界面的形状和位置基本不变，主要发生变化的是位于下方的第二液面位置和两相界面的清晰程度，采用高阶相体积分数算法的算例中，两相界面明显更为清晰；在体积分数离散方法上 Compressive 产生的的两相界面最为清晰。得到的轴向压强分布如下：

图 5.9  对不同网格、压力、动量、体积分数、湍动的设置计算得到的轴向压强 

图中，采用高阶动量算法，得出的压强值明显降低，而采用高阶湍流算方法在产生压力峰值的汇流点处的压强值明显较高。0.2m 以下的部分出现了不同的压强分布，采用不同网格离散的结果差距不大。总体来说，基于不同 1 阶精度算法得到的压强值在压力峰值处为(19895.75±4679.45)pa，变化幅度 23.5%，位置为(0.2530±0.002)m。

由于采用高阶算法的准确度高于一阶算法，因此，在稳定性可靠的情况下，尽量考虑在二阶算法中选择，提高计算精度。从中组合选取高阶计算方法进行比较，在比较过程中，由于高阶动量算法产生的差异最大，因此，以高阶动量算法为主，测试两种高阶算法共同使用时产生的效果，采用不同离散方法所产生的靶区气液两相分布、轴向流动速度分布如下所示： 

第二界面的位置不同，反映了在这一区域的计算过程中不同的算法计算得到的压力不相同，为进一步量化这一因素，提取沿对称轴的压力分布进行比较，如下图所示：

与图中 SD 曲线比较可见，当多种离散方程复合使用的时候，计算值均较一阶时降低，各算例间的差距也都相应减小，可见高阶动量方程仍起到了主要作用；总体来说高阶湍流方程表现出与低阶时计算结果的不同，而高阶湍流算法之间的差异较小，如峰值压强变化减小为(14735.55±2038.75)pa 变化幅度 13.8%，压力峰值的位置变化减小为(0.25654±0.0015)m，另外还需要注意，在 0.1m-0.15m 处的压力分布也有着较大的不同，最大变化(2538.945±1197.135)pa，变化幅度为47.1%，这一位置附近是上方向下流动的液态金属注入第二液面的作用区域；高阶相体积分数离散方程也表现出与湍流离散方程相似的特征，为进一步验证，选取多个高阶离散，采用二阶动量下不同湍流、相体积分数离散方程进行对比。计算设置及计算结果相图如下：

上图中，随着更多的采用高阶算法，计算结果基本区域一致，其压强峰值波动 为 (15501.75±234.25)pa ， 波 动 范 围 1.5% ， 压 力 峰 值 的 位 置 变 化 为 (0.25754±0.0005)m，并且 0.1-0.15m 处的压力变化趋于一致。

综上，在进一步的计算中，选择二阶动量方程、二阶湍流方程、可压缩体积分数方程，这样的设置组合能够保证：针对靶区不同构型的两相流动状态保持较好的收敛性；提供较好的精度与计算速度的折衷；在该物理模型下，采用不同的算法导致的结果偏差不大，在预计误差 30%的情况下，可以涵盖 Fluent 不同算法导致的误差范围。

对该设置进行计算迭代步数结果偏差的测试和稳态与暂态算法的比较：

该模型下，到达 10000 步时，其各项残差曲线如下图：

各项残差随计算时间保持收敛，该模型下，随迭代步数的增加，得到的轴线压力分布如下图所示。

自 20000 步起，从其结果来看已经可以认为处于基本稳定。

而在颗粒靶的设计过程中采用的 DEM 方法，相比于 CFD 计算，由于基本作用原理简单，它的计算方法中使用的近似则要少得多。做一个不一定很恰当的类比，DEM 方法实际上就是与 CFD 方法中的直接数值模拟类似，而主要问题一方面是颗粒体之间的作用力形式问题，另一方面是计算规模问题。

与流体力学有关的现象范文第5篇

教学活动是一个双边活动，教与学的协调是十分重要的。教师在教学中要研究如何教，更重要的是要调动学生学习的积极性和能动性。在高职院校医学物理学的教学中，要充分考虑本课程的两个服务，一是服务于后期专业基础课程，为后期课程的学习打好必要知识基础；二是服务岗位工作知识技能的需要。即教有所成，学有所用。医学物理学是医学院的公共基础课程，理论性很强，要做到教学做合一，使学生对知识的运用能力和综合素质得到提高，达到培养人才的目的。

一 高职院校医学物理学的地位及重要性

近年来高职院校都在进行课程教学改革，但许多医学职业学校中医学物理学不被领导重视。不少专业在制定人才培养方案时，甚至将医学物理学删除了，出现这种情况原因是多方面的。但并不能因此说明物理学对医学生不重要，我校目前只有医学检验专业、药剂专业、康复技术专业三个专业仍保留医学物理学课程，另外，高职只有康复技术一个专业有医学物理学课程。

一般医学生都不重视普通课程的学习，只重视专业课程。在所有的普通课程中，学生感到医学物理学最难学，最难懂。一方面是由于学校要求过高，超出了医学生培养目标对物理知识的需要；另一方面，是学生数理基础较差，定量计算过程不易掌握，使学生感到吃力，缺乏兴趣和信心，教学效果不理想。因此要改革教学模式和方法。

物理学是一门重要的且广泛应用的基础学科。它引导人类不断地去揭示自然界的奥秘，使人类对自然界的认识日益深刻。物理学与医学的关系可以概括为：（1）物理学知识是揭示生命现象不可缺少的基础；（2）物理学技术是医学发展与进步的工具和阶梯。可以这样讲，在高等医学院校，物理学教学效果的好坏对于能否培养出基础理论扎实、知识面广、实践能力强的高技能型医学人才起着不可忽视的作用。因此，对于毕业以后走向各个工作岗位的医学生来说，学习和掌握物理学的基础知识和研究方法是十分重要的，而且是必要的。

当然，许多知识的重要性并不体现在今后什么时候直接用到它，而在于它对以后所要学的知识的理解和掌握可以起到不可缺少的作用。这些知识可在头脑中潜移默化，形成定势，使我们的认识能力和理解能力提高一层，就像想走到山顶，就必须经过山脚、山腰，一步步攀登，方能达到目的，才能收到“会当凌绝顶，一览众山小”的效果一样。

二 增强高职院校医学物理学教法的途径

为了提高学生学习医学物理学的积极性和主动性，让学生在有限的时间内真正掌握一些物理学的基础知识，笔者在多年的教学实践中，不断探索其有效的教学方法，现提出几点供同行商榷。

1.将物理学知识与医学应用结合起来教学

医学职业院校的学生毕业后，一般都从事医务工作。其物理课程教学内容的选取要有所侧重，在物理课教学过程中，必须考虑学生所学知识对以后学习和工作以及未来自身发展所起的作用。因此，每讲到新内容时必须尽量把这个内容与医学应用联系起来，使学生产生需要感。爱因斯坦曾经说过：“兴趣是最好的老师。”兴趣来源于需要，当需要感进入学生的未知领域，就会产生对所学知识的兴趣。

随着近代物理学的迅速发展，物理学的技术和方法在医学研究和医疗实践中的应用越来越广泛。如：光学显微镜、B超和X射线透视对医学的巨大贡献是大家早已熟悉的。光学纤维做成的各种内镜已淘汰了各种刚性导管内镜，计算机和X射线断层扫描（X―CT）、超声波扫描仪（B超）和磁共振断层成像（MRI）、正电子发射断层显像术（PET）等的制成和应用，不仅仅大大地减少了病人的痛苦和创伤，提高了诊断的准确度，而且直接促进了现代医学影像诊断学的建立和发展，使临床诊断技术发生了质的飞跃。可以说，没有物理学的支持，就没有现代医学的今天。

能将物理学知识与医学联系起来的内容很多。如：流体动力学虽然很复杂，然而它提供了理解诸如呼吸、循环、蒸发等许多生理过程的基础；还有输液的原理、洗胃的原理、雾化喷药的原理等，都是根据流体力学的规律制造的。为增进那些对物理缺乏积极性的学生的学习兴趣，还可运用生物力学实例阐明一些物理原理，或做一些与生命科学有关的物理习题。如：跳高者直线向上跳过1.2 米，他是以多大的速度离开地面的？又如：设肌肉转换功的效率为22%，80千克的人攀登15米铅直距离所耗费的能量有多少？

又如：给病人输液，应特别注意不能在注射器或输液管中有气泡，以免气体进入血管，在微血管中发生栓塞；此外潜水员从深水处上来，或病人和工作人员从高压氧仓中出来，都应有适当的缓冲空间和时间；这些都是为了避免出现气体栓塞，使血液不能流动。还有表面张力在呼吸中的作用，人体温度与散热，细胞膜电位的计算，心脏做功，血压与的关系等等。可以说物理教学中能与医学结合的实例不胜枚举。

2.结合物理学史进行教学

物理学史在教学中的运用有助于培养学生的科学精神。物理学史不仅介绍了物理学上每个重大发现所依据的理论和实验背景，其试验及方法论的思考浸透着前人对物理学探索的汗水。将物理概念、定律的历史发展过程展现给学生，使学生熟悉科学家发现规律的思维过程和科研方法，并从科学家的成功中得到启示，使学生从中领悟到科学家是怎样用科学方法进行研究的，在学习知识的同时也掌握了科学研究方法。学生一旦掌握了物理学研究方法，就会形成技能，长期发挥作用，并且可以通过迁移应用到其他知识领域。显然，如能结合教材将这方面内容很好地贯穿进去，不仅有助于学生对知识的理解，且对培养学生科学思维能力亦十分有益。

如：讲牛顿定律时，可介绍牛顿生平。其中有许多有教育意义的小故事。讲自由落体时，可介绍伽利略在比萨斜塔上的自由落体实验，实验结果否定了统治人们头脑二千年之久的“物体在自由下落时，重的物体先着地”的错误观念。讲光电效应时，介绍爱因斯坦光子学说的发现过程；讲原子的核式结构时，说明人们早期对原子结构的人识，汤姆逊的西瓜模型，α粒子散射实验如何否定汤姆逊的西瓜模型，直到最后卢瑟福的核式结构模型。

教材上那种公式化、逻辑化的讲授方式，虽然有利于学生缩短认知的过程，但掩盖了重要概念、定律和理论的发展过程，很容易使学生对这些理论感到深奥莫测，也容易形成对这些知识的僵化理解。在医学物理学教学中，运用物理学史讲清理论的产生和发展，学生在系统了解这一发展过程后就能牢固地掌握物理学知识。这样，既可以提高学生的学习兴趣，又可以受到科学启发、明白科学发现，并不是很神秘的事情，在我们身边，在医学中仍然还有很多未知数，只要我们勤奋，在将来的工作中有所发明创造，并不是不可能的。

三 结束语