工程流体力学论文

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工程流体力学论文范文第1篇

关键词：流体力学；教学改革；探讨

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

流体力学是一门研究流体运动基本规律以及流体与物体之间的相互作用力的学科，它作为一门严密的且应用面很广的专业基础学科，是以数学、物理学为基础发展起来的，也是土木、机械、动力、水利、环境等学科的一门技术基础课程。改革开放以来，虽然各院校在该课程教学实践中都积累了丰富的经验并取得了不少成果，但是在该课程建设中仍存在着许多问题。论文结合教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革以及师资队伍建设三方面探讨提高流体力学教学水平的方法。

一、 流体力学教学现状

流体力学是一门主要研究流体平衡和运动规律及其实际应用的技术科学，具有理论性强、工程实际应用广、概念和方程较多且易混淆、对学生高等数学知识及综合分析和处理问题能力要求较高等特点。流体力学建立在理论、计算、实验三大技术手段之上，是化工、土木、机械等众多学科或专业的基础学科。另外，流体力学在环境工程设计和实际工程中也有着广泛的应用，是水处理设备设计与应用的必备知识，以及生态分析的重要理论基础。同时，流体力学是环境工程与其他学科体系沟通的桥梁，这个桥梁作用是其他基础课或专业课无法替代的，直接影响到环境工程学科体系的完善性。因此，提高流体力学课教学质量，使学生学好本门课程，培养学生分析问题的能力和创新能力，对流体力学课程教学进行改革以适应学科发展显得十分必要。

目前国内院校的流体力学课程教学过程大体可归纳为“课前预习、课堂教师讲授、实验室实验、课后教师评阅”的四段串行模式。实践证明，这种传统的教学模式在强化理论教学成果以及动手能力的培养方面效果比较显著，然而在创新意识培养方面却收效甚微。原因在于：①理论教学中注重经验理论与公式的讲解，而公式多且乏味，导致教师难教，学生难懂，课堂教学缺乏生动性。另外，本科流体力学理论教学模式多为填鸭式教育，对学生而言，流体力学课缺少客观体验，理论抽象，不易理解，而由此带来了一系列的问题是现在流体力学课程教学的主要障碍；②目前，大部分院校的流体力学实验教学多采用传统验证性实验，每一学生进行的实验完全相同，教师由实验报告的数据评定实验成绩。虽然实验有利于增进学生对理论知识的理解，但此手段不能激发学生的积极性，无法体现学生的主体性，也不能培养学生的创造性[1]。由于实验教学内容多数为验证性实验，在按既定的理论知识和实验方案实践的过程中，学生所得到的主要是从理论知识到实践成果的收获，而教师的作用主要是理论知识的传授，具体实验的演示、引导与纠错，甚至有时会耳提面命，因此学生作为学习主体的创造性很难有机会得到展示。

因此，采用一种有效的教学方法进行流体力学理论和实验教学的改革，激发学生的学习积极性和主动性，以提高流体力学课程教学质量，并对相关专业产生积极的影响，从而促进学生创新性的培养非常有必要。

二、 培养学生对逻辑思维的兴趣

学生对任何概念和公式的形成、理解有一个过程，而在流体力学中，这些概念、公式又较为抽象，要求学生具备较强的逻辑思维能力，因此，根据学生掌握知识的快慢，耐心引导学生进行逻辑思维，培养学生对逻辑思维的兴趣，使他们产生对逻辑推理的爱好，就成为教学中的关键。例如，流体力学中的三大方程――连续性方程、动量方程和能量方程需通过输运公式逐步推导而来，如此的教学安排便使知识较为系统、连贯、紧凑，并有利于认识各个方程的物理意义。而输运公式的推导由于逻辑性较强，讲授时就需要花费较多的学时和精力来理清逻辑思路，理解每一步推导中的物理含义和数学要领，使学生对输运公式有一个清晰准确地理解。最后，将输运公式中的物理量换成质量、动量、能量即可得出连续性方程、动量方程和能量方程，如此便形成了较为完整的逻辑演绎体系。此种方式不仅使理论教学更加清晰明了，而且会使学生对将要学习的知识接受产生极大兴趣，具有更加强烈的探索感和求知欲。

三、 教学方法探讨

教学方法作为联结教师和学生的重要纽带，在提高教学质量方面起着重要的保证作用。为了更好地适应学科发展要求，工科“流体力学”课程方法的改革势在必行，作者结合自身多年的教学经验，针对该课程特点，认为应该在以下几个方面进行课程教学方法改革。

（1）重视绪论课的作用

部分教师认为绪论课仅是对流体力学的简单介绍，作用不大，所以对绪论的授课过程照本宣科、枯燥无味。其实绪论课对整个教学活动的成功与否起了至关重要的作用，它不仅是学生了解流体力学课程的窗口，也是教师教学水平的第一次展示。

讲授绪论课的较好方法是介绍流体力学的成就、发展方向、广阔前景及其在国民经济中的重要作用等。教师要注重讲解流体力学知识在工程中的应用，特别是教师自己承担的科研项目，以展示流体力学在科学和工程技术中所取得的辉煌成就[2]。例如，通过介绍流体力学理论在“神舟号”系列飞船上的广泛应用，使学生明白流体力学这门相对古老的学科还具有旺盛的生命力；通过介绍美国华盛顿州的塔科马悬索桥在1940年秋天的大风中倒塌的例子，说明在实际工程中忽视流体力学会造成巨大的灾难[3]。另外，流体力学的发展史对于激励学生的学习热情也有着非常重要的作用。在上课的同时，要善于借助互联网，及时的将一些重要理论的发展过程、重要研究成果展现在学生的面前[4]。

（2）从实例中引出教学内容

流体力学虽有概念多、逻辑性强、理论上较难理解的特点，但却与生活和生产实际密切相关。在具体教学内容的讲解过程中，穿插一些生活中的现象，并结合课本中的理论“双管齐下”，利用学生求趣、求新、求知的心理，引导学生学习并掌握教学内容。例如，在讲流体粘性时，比较水的粘性和油的粘性；在讲流体静力学知识时，可讲一些水库垮坝事件，主要是设计时有缺陷和施工存在着质量问题，不能承受水对壁面的静压力。另外，还可以进行一些相关事例的延伸，如是否建设三峡工程时流体力学专家的争论，通过分析得到的建设三峡工程必要性的结论等，使学生切实体会到学好流体力学的重要性[5]。利用这些鲜活的事例，使课堂教学更生动、更有意义。

（3）师生互动，培养良好学风

调动学生主动的学习，培养学生良好的学风，提高学生综合素质，是加强流体力学教学效果的重要条件。作者在每次讲课后都会对本次课程的内容进行总结，然后下次课随机抽取部分学生回顾上次课的内容，并让其他学生作出补充和建议。在课堂上，多为学生提供随堂练习的机会，师生互相之间进行探讨和思考，针对练习中的问题讲解做题思路和方法，给予纠正和补充。这种授课模式充分调动了学生的主观能动性，课堂气氛活跃，有利于拓宽学生的思维深度，查漏补缺。学风对于任何一门课程教学的成功与否都起到了非常关键的作用，所以从第一堂课、第一次作业就要严格要求学生，对作业的批改做到一丝不苟，指出其作业中的各种问题并要求其修改。例如，要求学生对作业中的每道题，在解答时必须写出已知、求解，并画出相应图示，这些小细节可以帮助学生以简明的方式加深理解题意，取得了较好的效果。

（4）重视实验教学

流体力学按研究方法可以分为理论流体力学、实验流体力学和计算流体力学。实验流体力学是理论流体力学发展的基础，是计算流体力学的检验依据。因此，实验教学在流体力学教学中有着极其重要的地位。流体力学中的公式繁多，难以记忆，难以理解，通过实验可以加强学生对公式的感性认识，有助于学生深刻理解公式和概念的物理意义。例如，在讲解伯努利方程意义的时候，单从公式上讲解并不形象，通过能量方程实验，可以使学生非常直观的理解伯努利方程中每一项对应的意义。对于没有开的实验课，通过在网络上收集照片、视频等展示给学生，也可提高学生对理论知识的理解[6]。

（5）传统教学方式和多媒体技术互补

过去，流体力学课程在教学手段上采用板书教学，这种方式能够在教师的书写和同步的讲解中促进学生的积极思维与参与意识，但对教学内容中比较抽象的概念、复杂的流动现象和流动规律，很难用语言和文字准确、形象地描述。多媒体教学最大的优点是形象、生动、具体、直观、易于理解且信息量大，但也有不能突出推导过程和思维、学生对知识的掌握比较肤浅的一些弊端。将传统教学方法和多媒体技术综合应用于教学过程是一种很好的方法，在讲授偏重于推导过程的内容时采用传统授课方式，而讲授直观形象的内容时采用多媒体教学方法，做到取长补短、优化组合，会获得较好的教学效果[7]。

四、师资队伍的建设

为适应素质教育的需要，教师不仅要掌握先进的教学手段，而且要努力研究实施素质教育的教学方法。在实际教学过程中，要灵活应用各种教学方法，并且要善于归纳总结教学经验，虚心向有经验的教师请教，同时要高度重视学生的反馈信息，不断调整自己的教学思路，只有这样才能逐步提高自己的教学水平。社会发展对教师的自身素质提出了更高的要求，教师要明确教学水平的提高和发展是一个毕生的过程，教师应该不断开阔视野，更新知识体系，才能形成对流体力学更深层次的理解和认识。

五、 结论

论文结合流体力学教学现状，从学生兴趣培养、教学方法改革及师资队伍建设三方面论述的教学方法，将教与学有机结合起来，使枯燥的流体力学课堂变得生动活泼，多方面激发学生的主动性、积极性及创造性。将上述方法运用于教学实践后发现，该方法能够有效的提高流体力学课程的教学效果。

参考文献

[1]梁丽珍，牛俊玲.互动式流体力学教学模式探索[J].化工时刊，2011（2）：66-67

[2]王发辉，桑俊勇，张丹.“流体力学”立体化教学体系的构建[J].电力教育，2009（12）：102-103

[3]邹惠芬，张培红，叶盛.流体力学多媒体教学的探讨[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2008（4）：507-509

[4]潘良明，何川，陈红.流体力学立体教学法初探[J].中国电力教育，2008（11）：73-74.

[5]陈霞.流体力学教学方法的探讨和研究[J].科技文汇，2011（9）：104-108

[6]岳建芝，李刚.流体力学教学中的几点体会[J].科技信息，2009（29）：187

工程流体力学论文范文第2篇

关键词：计算流体力学；化学工程；应用

Abstract: in the chemical research and development of the field, play an important role in computational fluid dynamics, this paper mainly introduces the basic principles of computational fluid dynamics, and the application of computational fluid dynamics in the field of chemical engineering, application mainly through the introduction of computational fluid dynamics in the stirred tank, heat exchanger, distillation, thin film evaporator burning, etc., to reflect the fluid mechanics made in chemical engineering contribution.

Keywords: computational fluid mechanics; chemical engineering; application

中图分类号：TQ021.1 文献标识码：A

1 计算流体力学概述

作为流体力学的一个分支，计算流体力学主要负责，在固定的几何形状空间内，求解流体的动量方程、热量方程、质量方程以及其它的一些相关方程，然后通过进行计算机模拟，得到在特定条件下流体的有关数据。计算流体力学主要根据动量、能量、质量守恒方程，通过数值计算方法来求解出流动主控方程，并最终得到各种流动现象的规律。

计算流体力学主要包括3种计算方法：差分法、有限元法以及有限体积法。这是一个涉及到多个领域的学科，它不仅包括计算机科学、流体力学等专业学科，还有计算几何学、数值分析以及偏微分方程等数学理论知识。通过计算流体力学进行模拟，主要是为了作出预测和获得信息，来更好的控制流体流动。理论的预测主要来自于数学模型结果，并不是来源于实际的物理模型结果。

起初，计算流体力学主要用在航天事业、核工业以及汽车制造业上，解决一些涉及空气动力学方面的流体力学问题。计算流体力学的计算与实验研究相比，不仅成本低、速度快，还可以模拟真实、理想条件，所以，在各种流体现象的研究过程中，计算流体力学成为对各种流动系统和流动过程，进行设计、操作和研究的有利工具。

在上个世纪60年代末期，在流体力学各相关行业中，计算流体力学已经得到了广泛应用，直到上世纪90年代后期，才开始对于化学工程的模拟计算，现在化工领域中，计算流体力学已经成为流体流动和传质的重要研究工具。

在各种化工装置中，计算流体力学都可以进行模拟、分析、预测，比如说，可以在流体流动过程中，对于其中的传质、传热进行预测，比如在蒸馏塔中进行的两相传质流动状态的模拟，在模拟加热器里进行的传热效果的模拟；在搅拌槽混合设备可以进行模拟设计、放大；可以对化学反应及反应速率进行描述分析，并在反应器中进行模拟，比如可以在燃烧反应器、生化反应器，可以进行反应速率的模拟；另外，还可以进行一些设备的分离、过滤、干燥方面的模拟，以及一些装置内流体流动的模拟。

2 计算流体力学在化学工程中的应用

2.1 计算流体力学在搅拌槽中的应用

由于搅拌槽内部流动比较复杂，现在，搅拌混合仍然还没有形成完善的理论体系，在对一些混合设备，比如搅拌槽等，进行放大设计的时候，往往经验成分要多于理论计算。在实际的工业体系中，尤其是快速反应体系，还有高黏度非牛顿物系，不同程度的非均匀性存在于工业规模的反应器中，而且，不均匀性的严重性是随着规模的增大而增大的。所以，目前经验放大设计的可靠性，正在迎来前所未有的挑战，这就更有必要需要，更深入的对搅拌槽的内部流场展开研究。

最初，Harvey等对搅拌槽内的流场，利用计算机进行二维模拟，这些年来，通过采用计算流体力学的方法，对搅拌槽内的流场进行研究的技术，取得了较快的发展，这种方法在节省大量研究经费的同时，也可以获得实验所不能得到的数据。之后，Sun等针对搅拌槽气液两相流动，利用计算流体力学的湍流模型进行了三维模拟，实验结果显示，计算流体力学能很好地对搅拌器上部气体分布进行预测，对搅拌器底部区域的模拟却没有取得较好的效果。后来，Javed等也通过计算流体力学软件Fluent，对Rushton型涡轮搅拌槽湍流，作了与时间相关的三维数值预测，和实验结果比较显示，搅拌叶轮上下平均速域，两项结果一致，但在湍动能的结果上，计算值和实验结果还是存在一定差异的。

之后，又进行了许多类似的实验，实验证明，通过计算流体力学与数字粒子图像测速仪相结合，有益于更深入地对搅拌装置进行研究。通过数字粒子图像测速仪的测量数据，可以对计算流体力学的计算结果进行验证，另外，数字粒子图像测速仪的测定点速度，也可以作为计算流体力学的边界条件。除此之外，多普勒激光测速仪也可以与计算流体力学相结合，用于研究搅拌。

2.2 计算流体力学在换热器中的应用

在化学工程中，换热设备应用比较广泛，它可以详细、准确地对壳程的流动、传热特性做出预测，这不仅有助于设计经济和可靠的换热器，还有助于对现有管壳式换热器的性能做出评价，在工业的应用过程中起着十分重要的作用。

管壳式换热器不仅具有比较复杂的几何结构，而且流动、传热的影响因素也比较多，通过计算流体力学，利用计算机对换热器壳侧流场进行模拟，这就有助于对壳侧瞬态的温度场、速度场加以了解，这是其它方法所难以掌握的，这就方便了对换热器的机理分析以及结构优化。

其中，一些国外专家针对换热器内，流体流动的计算流体力学模拟展开过一些研究。熊智强等专家，针对换热器弓形折流板流场，利用该技术进行了数值模拟，研究结果表明，在弓形折流板的背面，存在着流动死区，导致一些区域的流速偏低，通过在弓形折流板上开孔，计算流体力学计算结果显示，其传热效率有了明显的提高，壳侧压降有了明显降低。

一般来说，管壳式换热器中流体流动为湍流，与此同时，在实际的应用过程中，管壳式换热器中管的数量又比较多，这就给计算增加了难度。现在，针对于管壳式换热器壳程流动的研究，主要采用的还是二维、三维单相研究方法，另外，三维两相还有多相的计算流体力学模拟应用的还是比较少的。

2.3 计算流体力学在其他方面的应用

在其它的一些化工领域中，计算流体力学的应用也是比较广泛的。比如说，在精馏塔中的应用，在薄膜蒸发器中的应用，在燃烧反应器中的应用，在生化反应器中的应用，如下进行简要概述。

在精馏塔气液两相流动、传质的研究过程中，计算流体力学是其中的一项重要工具，通过进行计算流体力学模拟，可以微观的检测到塔内气液两相流动状况。当然，在模拟精馏塔内流体流动上，计算流体力学模拟也存在一些不足，比如说，在规整填料塔内流体流动的模拟上，模拟结果与实验值还是存在一定偏差的。这主要因为数学模型还不够精确，这就要求无论在流体力学的理论分析上，还是实验研究，都需要进一步加强。

通过计算流体力学的应用，对薄膜蒸发器内各种场分布实现成功预测，这就在薄膜蒸发器内，进一步满足了对液膜流动、传热、传质机理的研究。但是由于在薄膜蒸发器内，蒸发过程比较复杂，无论国内还是国外，基于计算流体力学技术，针对薄膜蒸发器流体流动特性所展开的研究还是比较少的。

在各种燃烧系统中，计算流体力学的应用也是比较广泛的。通过计算流体力学，在燃烧过程中，可以对各种状态参数进行模拟，对燃烧器的燃烧过程加深理解，这不仅可以实现对燃烧反应器的优化，还可以相应的控制污染物排放量。

另外，在生化反应器模拟研究的过程中，计算流体力学也是一个重要的手段。生物反应器包括搅拌式生化反应器、气升式环流反应器等，通过对计算流体力学技术的应用，不但可以获取速度场、温度场、浓度场等方面的详细信息，还有助于对生化反应器优化、设计、放大等方面的研究。

但是，目前计算流体力学技术仍然不是很成熟，比如说，一些复杂物理、湍流、反应等现象，还不太容易找到合适的模型，在许多问题的应用上，数学模型也不够精确。这就需要工作人员要针对研究对象，做出合理的选择。即便如此，在化工过程研究中，计算流体力学技术已经成为不可缺少的工具，相信随着科学技术的发展，在化工领域中，计算流体力学技术将会得到更广泛的应用。

参考文献

[1] 张少华.化学链燃烧系统设计与计算流体力学模拟.华中科技大学硕士学位论文.2011(07).

[2] 成娟.计算流体力学中的高精度数值方法回顾[A].计算物理.2009(09).

工程流体力学论文范文第3篇

关键词：工程流体力学；教学改革；第一次课

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0218-02

工程流体力学课程在我校这一工科院校中，长期以来，本科生在未学习之前，已经从他人那里了解到，这门课很难，不好学，不好过关。学生认为流体力学难学的后果，直接反映在多年来很少有人、甚至无人报考我校工科流体力学方向的硕士和博士，致使我校工程流体力学方向后续人才短缺，学科建设出现重重困难。那么作者希望学生在学习这门课程的过程中，是轻松、主动而有兴趣地去学习。为了帮助学生克服畏难情绪，对工程流体力学课程学习产生兴趣，轻松学好这门课，作者在十几年的教学过程当中，积累了一些经验。开好头，为课程打好良好的第一印象非常关键，所以作者非常重视第一次课的讲授内容，以增强学生学习信心和培养学习兴趣为主要目的，为顺利完成该课程的学习奠定基础。

一、第一次课的教学内容

在第一次课，首先自我介绍，然后点名相互认识，留下联系方式，介绍教材和参考书，授课的章节和学时安排等常规内容外，讲授内容主要分为两大块：（1）上课要求；（2）绪论。

1.上课要求。上课要求主要包括课程学习目的和意义、出席和上课纪律要求、作业和实验报告要求、考核方法等内容。①学习目的和意义。学习目的和意义按照大纲要求，掌握流体力学的基本知识，及其解决问题的基本方法和基本实验技能。强调“基本”的含义，因为是首次接触本课程，系统介绍流体力学知识，对大家的要求是“基本”的，同时也强调仅这些即将学的基本知识也能够解决一些工程应用的问题，并简单举例。②出席和上课纪律要求。出席和上课纪律应该遵守学校规定，但是考虑到学生个体的不同。所以有必要让学生清楚什么样的行为是被接受的、允许的，不要出现行为困难的问题。③作业和实验报告要求。作业和实验报告会出现抄袭现象，回避是没有用的，所以上课时直接指出来，希望将抄袭现象弱化。指出要借鉴，而不是抄袭。这样大大降低了学生不经过理解地抄袭作业现象。④考核方法。将考核方式明确地告诉学生，是平时成绩和课程结束后的闭卷考试成绩各占一定比例，综合评出成绩。并计算出考核通过的最低考试成绩。同时强调不存在不通过比例。这样可以避免两种不良现象发生，一是学生会盲目认为很难学，不能过关而放弃学习，二是成绩差的学生会因为排名总在后面，而放弃学习。

2.绪论。绪论主要包括工程流体力学研究内容、课程特点、研究方法、解题步骤、学习方法和大学生认知阶段，等等方面。重点讲前三点涉及的内容。①流体力学研究内容。讲述工程流体力学研究内容首先展开讲解的是研究对象为流体，此时虽然没有讲流体的定义，但是还是提出请学生举例哪些物质是流体？让学生从最简单的问题开始流体力学知识的学习。学生说对了予以肯定。学生会将多相流和塑性物质列进来，也要说清楚与本课程所学流体的区别和联系，并将学生想不到的流体补充出来，还告诉学生目前最新研究方向在处理流固相互作用时有提出将固体处理为特殊流体，以简化流固交界面的处理；还有已有研究表明固体颗粒的高速运动遵循流体力学规律，以及当车流量和人流量很大时，被称为交通流，犹如流体流动一样，那么在后续课程讲解中可将高密度、大流量的人群流动现象用来形象化的阐述流体的运动规律，帮助学生理解抽象的流体运动规律，使问题直观。还需要指出，最常见的流体是空气和水，人类无时无刻不处于空气和水当中，提醒学生在学习的过程中，可以将所学知识放到自己熟悉的环境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空气，等等。将理论知识与生活结合起来，既能帮助理解所学知识，又能将知识应用起来，提高学习兴趣。②流体力学课程特点。流体力学课程的特点主要讲三点，一是一门技术（专业）基础性课程；二是用场的观点研究问题；三是概念多、公式多。它是一门专业基础课，从实践中抽象出来，再应用到实践中去；所以课程知识可用于解决工程实际问题。用场的观点研究问题。首先提问，说到“场”大家会想到什么？有的同学很高端大气上档次地回答重力场、电场、磁场，那我继续问还有呢？有的学生开玩笑说操场，好像在说操场不够档次、不够科学。而我肯定“操场”，因为是相同的“场”字嘛，而且还有工场、商场、广场等。然后引导学生思考，既然用相同的“场”字，其中必有共同点，它是什么？学生想出来了，是某某占据的空间。以此类推，流体占据的空间就是“流场”，概念很容易就被理解了。同时还让学生意识到科学不是高不可攀的，做科学时不要端起架子，它是很贴近生活的。流场的概念出来了，但是其空间的大小呢？这个问题也必须解释清楚。首先提出两个问题让学生思考：海洋是海水占据的空间，是一个流场吗？大气层是空气占据的空间，是一个流场吗？其实流场的大小与我们要研究的空间范围有关。比如，我们现在想知道教室内空气的温度分布，那么要分析的流场就是教室内空气占据的空间；如果要预报中国天气，那么中国上空的大气层或者更大范围就是要研究的流场；如果想了解南海海洋环流、潮汐流动等，南海海水占据的空间就是要求解的流场。将抽象概念与实际结合，在易于理解的同时，引起学习兴趣。在此基础上，进一步与物理量场联系起来，流场中的物理量，比如速度，是时间和空间函数，被称为速度场，还有压力场，等等。场是具有连续无穷维自由度的系统，那么流场的速度场、压力场，等等具有连续性，与第一章中连续介质假设内容一致，在这里提到，为后面学习埋下伏笔。概念多、公式多的原因是因为在以前的学习过程中鲜有接触与流体力学有关的知识，导致大量的专业术语集中出现。但是这些概念、公式并不是全新的。比如流体质点的概念与以前物理中所学的质点概念是很一致的；多的公式其实是质量守恒定律、牛顿定律、能量守恒定律、动量定理，等等在流体力学中的表达形式，比如连续性方程是质量守恒定律的表达形式，伯努利方程与能量守恒定律相吻合，欧拉方程、Navier-Stokes方程是牛顿运动定律的表现形式，动量方程是动量定理的表达，把要学到的主要方程名称在此叙述一遍，目的是让学生有个初步接触，为后续学习打下铺垫。③流体力学研究方法。流体力学研究方法主要有三种：解析方法、实验方法和数值计算方法。本课程主要介绍解析方法，有一章是专门介绍实验研究方法的，而数值计算方法本课程几乎不涉及，由计算流体力学讲解。并强调，求解的基本方程是连续性方程、欧拉方程或Navier-Stokes方程，那么为什么基本方程一样，可以求解出各种不同的流动？于是提出边界条件和初始条件的概念，使边界条件和初始条件的重要性一目了然；也为后续学习打下基础，并引起学生的兴趣和重视。

二、结论与展望

通过第一次课，使学生对整个课程的要求、特点、内容有一个整体了解，做到心中有数，克服不良情绪，从不同方面让学生做好学习的心理准备。第一次课，如果是一个良好开端，并为后续学习做了大量铺垫，使学生获得了自信，并激发了其学习的兴趣，学生后面的学习将会顺利很多。工程流体力学是大部分工程专业的重要基础课程，作者希望学生灵活掌握流体力学知识，并能够在工作中活学活用。

参考文献：

[1]许维德.流体力学[M].北京：国防工业出版社，1979.

[2]张也影.流体力学[M].北京：高等教育出版社，1999.

工程流体力学论文范文第4篇

关键词：工程流体力学；精品课建设；师资建设

作者简介：陈国晶（1971-），女，黑龙江讷河人，黑龙江科技学院机械工程学院，讲师；赵存友（1969-），男，黑龙江安达人，黑龙江科技学院机械工程学院，副教授。（黑龙江 哈尔滨 150027）

基金项目：本文系黑龙江省高等教育学会高等教育科学研究“十一五”规划重点课题（课题编号：115C-174）、黑龙江科技学院教研课题“《工程流体力学》课程任务式教学内容的改革与实践”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）13-0105-02

“工程流体力学”为黑龙江科技学院（以下简称“我校”）机械、采矿、环境、安全、土建等专业重要的专业技术基础课程。由于面向的专业范围广、学生层次多，因此要将该课建设成省级精品课程，对师资队伍和教学条件等要求高，需要改革的环节多，课程建设的难度大。我们在深入解读省级精品课程指标内涵的基础上，围绕课程建设的目标和任务，结合课程自身特点，根据各专业具体培养方向和要求，从课程教学的关键环节和基础工作入手，立足学生知识和能力的全面培养，狠抓师资队伍建设、教学内容、教学方法、教学手段以及学生成绩的考核改革，强化实验室、教材、多媒体课件、网络资源等教学条件的建设，构建多元化的教学体系，在2007年实现了课程建设目标。

一、加强师资队伍建设

我们将精品课程评审指标体系中所有二级指标的主要观测点概括为“德”、“才”、“勤”、“能”四个方面，并从这四个方面打造一流的师资队伍。通过对课程组教师进行优化组合，充分发挥每个人的特长，并进行重点培养，使课程组每个参与建设的教师都能从事最能发挥其才能的工作，各尽所能，使每个人都能有成就感，成为某个方面的行家里手。尤其对青年教师，使其能力在课程具体建设过程中得到充分的发挥和锻炼，业务能力和教、科研水平显著提高。

根据实际情况，我们将拓宽知识领域、提高知识层次（重点是专业理论知识、实践能力、教学能力、教研能力以及学历、职称的提高）作为“工程流体力学”师资队伍建设的内容及目标，并采取如下具体措施：

（1）导师制培养，实行“一带一”、“多帮一”工程，由老教师对青年教师进行一对一、多对一的指导，尤其是课程负责人在教学的各个环节、论文的撰写及教科研立项等方面对青年教师进行全方位的指导。

（2）制定助课、互相听课及集体备课制度，课程负责人听课程组成员的课每学期至少一次，年轻教师听老教师的课每学期至少一次，利用教研室活动时间经常进行集体备课及教学研讨。

（3）送出去培养与在职提高相结合，通过读硕、读博，努力提高课程组教师的学历水平。

（4）鼓励课程组教师积极参加学院及学校举办的教师教学技能大赛，参与实验室建设，指导“工程流体力学”创新设计大赛和指导大学生科技活动。

（5）鼓励青年教师在各项工作中勇挑重担，为青年教师创造展示才能的机会。

二、完善教学条件

1.教材及资料库建设

“适用”的教材才是一流的教材。遵循功能和谐原则、整体和谐原则、环境和谐原则、市场和谐原则和经济和谐原则，为不同专业选用了不同版本的教材。同时注重纸质及电子资料的收集和整理，注重教学研究成果的总结和提炼，创建了“工程流体力学”纸质及电子资料库。

2.实验室建设

将实验室建设纳入课程建设规划。与课程需要相适应的实验室建设才是科学、合理、有序、有度的建设，避免与课程建设相脱节的实验室建设，杜绝重复性建设。根据专业需求补充购置相应的实验教学仪器，用于开展常规实验、综合性实验和设计性试验。根据现场教学的需要，补充测压仪表、保留管路实验系统。为开展“流体力学创新设计大赛”和指导“大学生科技立项”等第二课堂活动创建虚拟实验室和创新设计实践基地。

3.辅助教学资源建设

基于“精”、“新”、“奇”的指导思想，应用多媒体技术制作高质量多媒体课件及教学网站。[1]我们根据不同专业具体要求的不同，制作了分别与自编教材及与不同专业选用教材配套的多套多媒体课件及电子辅导资料，利用第二课堂活动，指导学生制作了大量的演示基本概念、流动现象、基本原理的Flas和典型实验的Flash模拟软件。在网站上提供必要的图片、实物照片，链接媒体素材、实验录像、演示流动现象及进行虚拟实验的Flas，插入重大流体事件、背景知识及相关学科前沿知识。教学网站上提供丰富的相关教学内容、链接国内外著名流体力学网站，为学生及时了解反映流体力学发展前沿和最新动态的科技文献资料提供便利，同时为考研的学生提供学习指导。教学网站板块全，内容丰富，实用性、可操作性强，而且嵌套有在线测试及网上考试系统，所有教学及辅导资料全部挂在网站上，成为学生课外自学和复习的良好平台。2007年利用学校webCT网络教学资源又开展了网络教学，进一步拓展了教学空间。

三、深化教学内容

任何课程的教学内容都不是一成不变的。教师所讲授的内容应是经过提炼和加工过的本门课程的精华部分。我们注重与专业的对接，根据各专业侧重点的不同，合理确定教学内容；根据生源质量的区别，以学生为本，实行分层次教学。根据我校应用型人才培养目标，明确课程为专业服务的目的和地位，以适合该门课程的思维方式来组织教学内容，并进行模块式整合，为不同专业设置相应的可选模块。在教学过程中注重有效知识和长效知识，压缩经典内容，充实应用实例，并将教改、教研成果及学科最新的前沿成果渗透到课程的教学当中，做到内容精炼，难易适中，主线突出，理论联系实际，融知识传授、能力培养、素质教育于一体。

四、改革教学方法、手段和考核方式

教学有法，教无定法，只有科学的方法和适用的手段相结合才是最优的组合，也只有方法的“灵活化”和手段的“多样化”才能体现出个性化教学。

教学方法上：在理论教学中，“精讲宽练、注重实践，教学互动、多元考核”。根据课程内容和学生特点，采用适当的教学方法灵活组织课堂教学，注重工程背景及实践应用，注重有效知识和长效知识，不盲目模仿和刻意追求。在实验教学中，根据实验性质的不同，由“问题”导入实验，着重强调实验目的、原理应用，注重实验技能和方法、数据分析和处理，启发学生独立思考，培养学生独立分析问题、解决问题的能力和创新精神。

教学方式和教学手段上：采用多媒体课件与板书相结合的授课方式。同时，鼓励学生充分利用虚拟实验室、课程网站等辅助教学资源进行预习、复习和自我测验。目前我们每学年面向全校5个教学单位的8个专业方向、30多个班级讲授“工程流体力学”，应用多媒体课件与板书结合进行授课的比例达100%。

在学生成绩考核上：采用“知识与能力并重”的“多元化”考核方式，平时成绩占总成绩的30%，其中课堂表现（包括出勤、听课情况和平时测验、回答提问等）满分10分，作业成绩满分10分，实验成绩满分10分。课堂表现及作业成绩由任课教师给出，而实验成绩由实验教师给出，如果学生实验成绩不合格，则不允许其参加期末考试。

五、构建多元化的教学体系

结合课程自身特点以及专业需求的不同，对实践教学过程进行科学规划，拓展外延、丰富内容，充实内涵，设置了“实验教学+现场教学+第二课堂活动”的多元化的实践教学环节。

结合学校开展的大学生科研立项等素质教育活动，积极对学生进行创新意识和综合能力的培养，鼓励学生在各实践环节中，综合运用各种知识和手段创造性地分析问题、解决问题。自2002年起，课程组在全校范围内成功举办了五届“流体力学创新设计大赛”。流体力学虚拟实验室拥有专用微机及相关软件；创新设计实践基地现有工作台、台钳、钻床、手电钻等简易设备及锤、锉、锯、螺丝刀等常用工具，为学生创新及科技制作提供常用耗材，基本能够满足Flas制作、演示、文字处理、实物加工制作的最基本要求。2007年，课程组开始指导大学生科技立项并有多项成果结题验收。

课程建设的目的是提高教学质量，归根结底是提高培养的学生的质量，而学生质量的衡量标准则是其综合素质及创新能力。运用“小课程大工程”的教学理念，从课堂教学、实验教学、网络教学、课外实践活动和学术讲座五个方面，将学生综合素质及创新能力的培养贯穿到课程教学的全过程。[2，3]总结出精品课程建设的“多元化”学生综合素质和能力的培养模式，即：

（1）正确处理经典与现代的关系，在课堂教学中，利用多媒体课件，融经验教学及现代教学为一体，开阔学生的视野，培养学生综合素质和能力。

（2）改革实验教学内容，增加实验项目，丰富实验教学方式，增强学生的实践动手能力。

（3）拓展课堂教学空间，利用网络资源，开阔学生的视野，丰富学生的学科知识。

（4）以创新设计大赛和大学生科技活动为载体，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。

（5）通过科技讲座，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。

六、结束语

精品课程建设是时代的要求，具有丰富的内容，并随着时代的发展而不断更新。精品课程建设是一个复杂过程，是一项系统工程，其中涉及大量的管理问题。精品课程建设作为中国教育发展史上的新生事物，需要广大教师投入大量的时间、精力，不断探索，不断创新，是一项永无止境的工作。如何针对不同地区、不同高校、不同教师学生，分层次、多样化地建立精品课程评价指标体系，如何更好地发展和完善现有的精品课程，如何更好地发挥各级各类现有精品课程的作用，将是未来精品课建设研究的发展方向，因此精品课程建设的研究与实践也是一项没有终结的研究课题。

参考文献：

[1]徐文娟，侯清泉，刘训涛.多媒体技术在《工程流体力学》教学中的应用[J].理工高教研究，2008，（2）：94-95.

工程流体力学论文范文第5篇

【关键词】项目驱动；空气动力学；教学

0 前言

空气动力学是工科院校中力学类、航空航天类、飞行器设计类等专业的专业必修课。它是研究空气运动规律及其应用的学科，在生活、环保、科学技术及工程中具有重要的应用价值。空气动力学学科经历了几个世纪的演变，如今形成了实验测试、理论解析和数值模拟方法三足鼎立的局面。

计算流体力学（简称为CFD）是建立在经典流体力学与数值计算方法基础之上的一门学科，它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，从而达到对物理问题研究的目的。它是流体力学的一个分支，用于求解固定或变化几何形状空间内的流体的动量、热量和质量方程以及相关的其它方程，并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关数据。CFD作为一种研究工具，它可以形象的展示流场的内部结构，从机理的角度解释相应流动的特点。

总之，CFD在现代生活和生产中的很多方面正在发挥着巨大的作用，对空气动力学工作者的工作方式已经产生了巨大的影响。针对空气动力学课程的教学，本文探索了以CFD技术为手段，结合工程项目来促进教学的教学方式。

1 教学改革的必要性

目前，国内大多数院校将空气动力学作为本科阶段的必修课，目前空气动力学学科体系教学中存在的一些问题，有必要增加一部分CFD教学的内容。多年以来，空气动力学本科教学内容主要是经典的流体力学理论和传统的实验分析方法，且偏重于理论分析和对理论进行验证性实验，教学内容比较抽象和单一，不能反映当前空气动力学学科发展的趋势，不利于提高学生的学习能力和培养学生的创新能力。同时，整个流体力学课程在建立了基本控制方程后，就开始转而从一些特殊的流动出发，采用根据流动特点进行简化的方式，先建立物理模型，再得到数学模型，进而得到我们在书中经常看到的很多“理论”，比如不可压无旋流、旋涡动力学、水波动力学、气体动力学等等，甚至理论中还包括理论，比如不可压无旋流中还有自由流线理论，等等。形成一个类似于俄罗斯套娃的学科结构，这种结构容易给人一种支离破碎的印象。如果在空气力学课程后续学期增加一些CFD的内容，会使得学生对方程描述的重要性有个很好的认识。因为方程描述只是一部分，还必须要求解后才能得到各种物理量的分布，从而对问题进行相应的分析。而且，CFD课程也能和实验课程进行很好的配套，比如层流到湍流的转I实验，弯管中的流动实验等，借助于CFD技术中的图片、动画来展示流场结构，有利于培养学生产生数值模拟工作的兴趣，激发学生的积极性。

另一方面，毕业设计是本科教学中的重要一环，也是最后一环。毕业设计的目的之一就是让学生们综合运用以前所学的各种知识，进行一次完整的科研训练，以提高学生们独立分析和解决实际问题的能力，为以后从事科研工作打下一定的基础。现在，毕业设计中数值模拟的题目越来越多，而学生们没有接触过数值模拟，往往都是从毕业设计开始时才开始了解CFD的相关知识，学习相应的软件，这无疑会影响到毕业设计的进度，为了提高毕业设计的进度和题目的完成质量，有必要在大学的培养阶段讲授相关的CFD知识。

基于此，国内外部分院校在本科阶段已经开设了CFD相关课程，如斯坦福、中科大等知名院校。由于CFD基础理论知识比较复杂，且本科毕业设计中关于数值模拟的题目大都是商业软件的应用计算，而且学生们没有相关计算方法课程的基础，所以在本科阶段的CFD课程应以软件的应用为主。

2 教学改革的方法与内容

空气动力学专业方向相关课程包括空气动力学、风工程、计算流体力学、飞行器设计等。在该系列课程的教学中，始终以计算流体力学的数值模拟为主要手段，以完成“风能发电在建筑中的应用”等相关项目为目标，以促进学生对课程基础知识的掌握，并培养学生理论与实践交融结合，解决实际工程问题的能力。整个过程主要分为学科基础验证性项目、应用型工程项目和综合性科研项目三个阶段：

第一阶段：以理论教学为主的专业基础知识（如空气动力学、风工程等课程）学习阶段，重点是夯实基础，改变学生的学习方式，提升学生的专业知识和技能素养。

第二阶段：宽口径的专业技术基础知识（如计算流体力学、风工程应用软件等课程）学习阶段，注重专业理论与实践相结合，使学生掌握专业技术基础理论和基本实践动手能力培养学生分析问题和解决实际问题的能力，全面拓展学生的相互协作及各方面的综合素质。

第三阶段：结合“风能发电在建筑中的应用”相关项目，采用项目教学手段进行专业理论与实践的密切结合，完成毕业设计的内容，注重学生的实践能力和个性发展，创新意识与综合素质的全面提高。

在教学过程的不同阶段，所完成的内容的侧重点应有所区别。如第一阶段，通过教师的指导，以学科实验性项目为主要内容，使学生通过数值模拟的手段熟悉并加深理解相关专业基础知识，掌握基本的完成任务的科学方法。完成的项目内容包括“NACA系列翼型的气动性能的数值计算”、“二维不同形状钝体绕流卡门涡街的数值模拟”等；第二阶段，通过教师的指导，以专业实践为主要内容，结合实际工程项目，完成一些专业应用项目。项目内容包括“某垂直轴风机的气动性能的数值计算”、“某高层建筑绕流流场的数值风洞模拟”等。第三阶段，学生参与教师科研项目研究过程中，以接触到课程以外的综合性科研课题或新问题，整理项目资料及各种计算数据、形成一份研究报告，并最终以论文的形式发表。项目内容包括“集成垂直轴风机的高层高层建筑绕流流场的数值模拟”、“增强型垂直轴风机的气动性能的优化与设计”等。

3 教学效果

采用项目驱动式的教学方法，在教学过程发现中有以下优势：

（1）采用数值模拟的手段，结合学科知识点的实验性验证项目，通过数值模拟方法的可视化后处理技术，使学生加深理解了相关专业相对枯燥的基础知识点。

（2）项目内容由浅入深，从基础知识到专业知识均有涉及，使学生对相关知识有全面的掌握。

（3）项目驱动的教学方法超越了单纯的专业知识掌握，立足于学生学习能力的培养、以学生的自主性探索性学习为基础，采用科学研究及实践的方法，充分调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的自学能力以及分析问题和解决问题的能力，能够激发和提升他们协作、创新、探索的精神，解决了在传统教育下学生理论知识有余，而实际动手能力和实践经验不足的弊端。

以上的观点及做法是个人及相关同事在多年的教学过程中，对空气动力学教学改革提出的一些肤浅看法。在已经实践的过程中看出，该方法能激发学生自主学习的能力，提高学生工程应用能力，有良好的教学效果。

【参考文献】

[1]徐雅斌.项目驱动教学模式的研究与实践[J].辽宁工业大学学报，2011，13：125-130.