時間：2024-01-03 16:56:45
序論：在您撰寫流體力學(xué)的基本原理時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
[關(guān)鍵詞]本科院校；環(huán)境工程；流體力學(xué)；教學(xué)改革
[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0038-02
流體力學(xué)是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講述工程流體力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，主要內(nèi)容包括流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、流動能量損失及有壓管流和明渠流等。由于該課程涉及高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)等，基本概念多且抽象，對學(xué)生的綜合分析和處理問題的能力要求高，因此學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)較為困難。流體力學(xué)課程一般在第4學(xué)期開設(shè)，開設(shè)在高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)等課程之后。
隨著教學(xué)改革的不斷深入，如何針對流體力學(xué)抽象概念多、數(shù)學(xué)分量重、理論性較強的特點，有針對性地對環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生尤其是應(yīng)用型本科院校的學(xué)生進行授課，本文從以下幾個方面進行了探討。
一、針對專業(yè)特色和課時量，優(yōu)選教材
流體力學(xué)分為理論流體力學(xué)和工程流體力學(xué)。前者適用理科專業(yè)方向，偏重理論；后者適用工科專業(yè)方向，著重于工程應(yīng)用。對于應(yīng)用型本科院校來說，應(yīng)選用偏重于工程應(yīng)用的工程流體力學(xué)作為教學(xué)內(nèi)容。目前，環(huán)境工程專業(yè)尤其是側(cè)重于水處理的環(huán)境工程專業(yè)，其流體力學(xué)的知識主要用于解決污水處理廠設(shè)計中的流體力學(xué)問題，課時量被壓縮到50個課時左右。因此，要選用適用于較短學(xué)時，并且側(cè)重于水力學(xué)知識的教材。教材要能夠與時俱進，精益求精，注重理論聯(lián)系實際，注重內(nèi)容的系統(tǒng)性與完整性，能夠涵蓋流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、有壓管流、明渠流等基本內(nèi)容。教材要有一定的例題和課后思考、復(fù)習(xí)題，能夠開拓學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最好能附有實驗演示的光盤。
二、豐富教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性
學(xué)生普遍反映流體力學(xué)很難，其中的主要原因在于W生的學(xué)習(xí)積極性不高，不肯花時間去鉆研。確實，流體力學(xué)對于初學(xué)者來說，是有一定的難度，這就要求教師在講授緒論課時，要讓學(xué)生了解流體力學(xué)的任務(wù)以及在專業(yè)及后續(xù)課程中的作用，從而啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時，教師要對學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)提出明確要求，如哪些內(nèi)容需要掌握，哪些內(nèi)容需要了解，使學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)做到心中有數(shù)，樹立學(xué)好這門課程的自信心。[1]
三、改進教學(xué)方法和手段，突出重點
流體力學(xué)的重點和難點在于公式的推導(dǎo)和理論的理解，以及用理論和公式解決實際問題。例如，在流體靜力學(xué)這一章中，關(guān)于流體平衡微分方程的推導(dǎo)，就涉及高等數(shù)學(xué)中的連續(xù)函數(shù)和泰勒展開式等，這是一個難點，對學(xué)生的高數(shù)基礎(chǔ)要求比較高。而求解作用在平面上的靜水總壓力有兩種計算方法，一種是解析法，一種是圖解法。解析法要求學(xué)生有工程力學(xué)的靜力矩和慣性矩的知識以及基本的幾何知識，此法的壓力中心在受壓面的形心的下面，與形心不重合；而在圖解法中，靜水總壓力的壓力中心與壓強分布圖的形心重合。雖然課上教師反復(fù)強調(diào)兩種方法的區(qū)別，但基礎(chǔ)差和理解能力不強的學(xué)生仍然一頭霧水，不能很好地解決實際問題。針對這一情況，教師在課堂講解時應(yīng)盡量利用多媒體課件進行講解，最好還能結(jié)合模型進行講解。例如可以借助一塊平板，將其置于水下，標(biāo)注其形心和壓力中心的位置，再將平板與一棱柱體結(jié)合，分析壓強分布圖的形心位置。這種形象地講解，有助于學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容。
在教學(xué)過程中，多媒體可充分利用圖形、圖像、聲音、錄像將教學(xué)內(nèi)容充分表現(xiàn)出來，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加快教學(xué)信息的傳遞速度，提高課堂教學(xué)效率，擴大學(xué)生知識面。[2]但多媒體也帶來了一系列的問題，如學(xué)生在聽課過程中，多媒體課件一晃而過，當(dāng)時學(xué)生感覺很好， 但真正留在腦海里能掌握的內(nèi)容卻很少，這容易造成學(xué)生眼高手低。因此，流體力學(xué)的教學(xué)要多媒體和板書相結(jié)合，在進行公式的推導(dǎo)和例題的講解時，最好使用板書，這樣可以使學(xué)生印象深刻，增加記憶的時間；而在講解流線和跡線等比較抽象的內(nèi)容時，可以采用動畫形式，這樣能夠加深學(xué)生的直觀理解， 有助于提高教學(xué)效果。
流體力學(xué)的學(xué)習(xí)講究系統(tǒng)性，各章之間又相對獨立。在每次上課之前，教師應(yīng)對上節(jié)課的內(nèi)容進行回顧復(fù)習(xí)，并可以采用提問的形式，讓學(xué)生了解自己對上節(jié)課重點內(nèi)容的掌握情況。在每一章節(jié)開始時，教師應(yīng)首先向?qū)W生介紹本章的主要內(nèi)容、重點和難點以及與前后章節(jié)的聯(lián)系，每學(xué)完一章后教師要進行歸納總結(jié)，以便讓學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通。對于重要的內(nèi)容，教師在課上講解的時候要明確指出，回顧的時候要對這部分內(nèi)容進行提問，在一章講完歸納總結(jié)的時候，要再次強調(diào)這部分內(nèi)容，相信這樣可以使學(xué)生印象比較深刻。
四、理論和實驗相結(jié)合，充分利用有限的課時
流體力學(xué)往往有0.5個學(xué)分的實驗課。實驗的主要目的是通過實驗加深學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生的實踐操作能力，更好地運用所學(xué)理論解決生產(chǎn)中的實際問題。實驗結(jié)束后，應(yīng)讓學(xué)生整理實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)物理量之間的相互關(guān)系，以便發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，這非常重要。[3]很多教師的做法是理論課全部講完了，再集中上實驗課，這種做法有利有弊。優(yōu)點是學(xué)生在上完理論課后，在實驗課上教師再講解一遍實驗原理，可以加深其對知識的理解和記憶。弊端是上理論課時，教師不能形象地講解，學(xué)生不能很好地掌握；上實驗課時，教師再講解一遍，費時費力。對于應(yīng)用型本科院校來說，其培養(yǎng)的是應(yīng)用型人才，實驗教學(xué)是人才培養(yǎng)最基本的工作。尤其在總課時量被壓縮的情況下，充分利用實驗課的時間，將理論和實驗相結(jié)合，就成為一種行之有效的手段。流體力學(xué)中的很多內(nèi)容，例如雷諾實驗，沿程水頭損失和局部水頭損失的計算都可以在實驗室進行講解，一邊講解，一邊實驗演示。還可以在流體力學(xué)實驗室中增加多媒體設(shè)備或者其他可視化設(shè)備，課前讓學(xué)生預(yù)習(xí)，課上講解完理論，直接就讓學(xué)生動手做實驗，課后處理實驗數(shù)據(jù)。這樣既能充分利用有限的課時，又能使學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識，還能鍛煉學(xué)生的動手能力和歸納總結(jié)的能力，一舉數(shù)得。
五、加作業(yè)環(huán)節(jié)，改革考核方式
學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨立自主地解決實際工程問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對所學(xué)知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。[4]當(dāng)然，布置作業(yè)不等于搞題海戰(zhàn)術(shù)。例如，關(guān)于典型的三大方程，即連續(xù)性方程、能量方程、動量方程的應(yīng)用，有三種類型的典型題目，即彎管內(nèi)水流對管壁的作用力，水流對建筑物的作用力和射流對平面壁的沖擊力，每種類型的題目可以布置1～2道作業(yè)題。而關(guān)于求解作用在平面上和曲面上靜水總壓力的計算，題目形式多樣，壓力體的形狀靈活多變，可以適當(dāng)多布置作業(yè)題，讓學(xué)生盡可能多掌握各種類型的題目。同時教師可以在課堂上專門安排習(xí)題課。這樣一方面可對學(xué)生所做作業(yè)進行點評，剖析典型例題，啟發(fā)學(xué)生舉一反三；另一方面，這也可給學(xué)生提供了課堂討論的機會，引導(dǎo)學(xué)生掌握發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思路、方法和技巧，能對學(xué)生思維進行鍛煉，讓學(xué)生觸類旁通。[5]除了典型的計算題以外，習(xí)題課上還可以設(shè)置選擇題、填空題和判斷題等，避免學(xué)生重計算，輕概念。
目前，在考核方式上，一般是平時成績占20%，實驗成績占20%，期末成績占60%。這種考核方式雖然兼顧了期末考試和平時表現(xiàn)，但也存在弊端。筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生平時作業(yè)做得不錯，但期末卷面成績非常不理想。究其原因，可能是平常作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象，上課雖然出勤率高，但課上聽講不認真。如何改變這一現(xiàn)狀？一方面，可以適當(dāng)減少平時成績所占的比重，例如平時成績占10%，期末成績占70%，實驗成績占20%；另一方面，實驗成績單獨計算，而在理論考試中，平時成績占20%，期末成績占80%。當(dāng)然，更為重要的是教師要練就“火眼金睛”，要具有高度的責(zé)任心：一是對作業(yè)雷同的現(xiàn)象，一律給予當(dāng)次作業(yè)不及格；二是要加強課堂紀律的管理，對于回答問題的情況、課上表現(xiàn)等都要作為平時成績的重要方面進行考核。只有這樣，才能真正體現(xiàn)出考核的公正性和合理性。
總之，針對應(yīng)用型本科院校，流體力學(xué)的教學(xué)應(yīng)與學(xué)校的辦學(xué)特色、辦學(xué)定位相結(jié)合。應(yīng)在總課時量不增加的前提下，優(yōu)選教材；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)；加強理論與實驗相結(jié)合，增加綜合性、設(shè)計性實驗項目，鼓勵學(xué)生自己動手研發(fā)、設(shè)計小型實驗裝置，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力與創(chuàng)造能力，這樣才能夠提高學(xué)生各方面的能力，最終實現(xiàn)培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、善實踐、能創(chuàng)新、高素質(zhì)”的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 張羽，張仙娥.環(huán)境工程專業(yè)《流體力學(xué)》的教學(xué)探討[J]. 華北水利水電學(xué)院學(xué)報（社科版），2010（4）：156-157.
[2] 宿程遠，張建昆，陳孟林.師范學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)流體力學(xué)課程改革初探[J].中國電力教育，2008（12）：117-118.
[3] 王偉.土木專業(yè)工程流體力學(xué)課程教學(xué)研究[J].山西建筑，2008（21）：182-183.
Measurement in Fluid
Mechanics
2005, 354pp.
HardcoverUSD85.00
ISBN 978-0-521-81518-5
S.塔沃拉里斯 著
本書全面闡述流體力學(xué)中的各種測量方法，既有經(jīng)典的方法，又有最新的技術(shù)，內(nèi)容包括流量、壓力、速度、溫度和壁的切應(yīng)力等參數(shù)的測量，以及流動可視化。書中涉及大量有關(guān)系統(tǒng)響應(yīng)、測量的不確定性、信號分析、光學(xué)、流體力學(xué)儀器和實驗室實踐等基本素材，還有豐富的插圖，大量的參考文獻和100多個練習(xí)，是流體力學(xué)研究的有用工具。
全書分為兩部分含15章。第一部分一般概念，含第1~7章。第1章流動的性質(zhì)和基本原理，論述流體力學(xué)的基本原理；第2章測量系統(tǒng)，介紹各種測量系統(tǒng)中所用的定義和概念；第3章測量的不確定性，討論測量的不確定性的定義和估計的方法；第4章信號調(diào)節(jié)、識別和分析，敘述信號調(diào)節(jié)、識別和統(tǒng)計處理所需的儀器操作和程序方面的基礎(chǔ)知識；第5章光學(xué)實驗的基礎(chǔ)，介紹光學(xué)測量所需的概念和基本知識；第6章流體力學(xué)的設(shè)備，匯集流體力學(xué)測量設(shè)備的基本元素，供讀者在設(shè)計時選擇參考；第7章走近完美的試驗，討論進行完美的試驗所需的一些因素。第二部分測量技術(shù)，含第8~15章。第8章流動壓力的測量，介紹在流體動力學(xué)試驗室測量壓力所用的相關(guān)設(shè)備；第9章流量的測量，闡述測量流量所用的一般儀器和技術(shù)；第10章流動的可視化技術(shù)，簡單介紹流動顯示技術(shù)的通用方法；第11章局部流動速度的測量，討論流動速度測量的幾種方法；第12章溫度的測量，闡述一般的溫度計和在流體力學(xué)研究中使用的其他測量溫度方法；第13章成分的測量，敘述混合流體中識別成分和相對比例的方法；第14章壁切應(yīng)力的測量，簡述流體流動時，與流體接觸的表面上流體的切向力；第15章展望，指出實驗流體力學(xué)發(fā)展的方向。
本書自成一體，通俗易懂，可作為流體力學(xué)測量相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)生和研究生的教科書，也可供流體力學(xué)測量技術(shù)的工程師和科學(xué)家參考和閱讀。
吳永禮，研究員
(中國科學(xué)院力學(xué)研究所)
Measurement in Fluid
Mechanics
2005, 354pp.
HardcoverUSD85.00
ISBN 978-0-521-81518-5
S.塔沃拉里斯 著
本書全面闡述流體力學(xué)中的各種測量方法，既有經(jīng)典的方法，又有最新的技術(shù)，內(nèi)容包括流量、壓力、速度、溫度和壁的切應(yīng)力等參數(shù)的測量，以及流動可視化。書中涉及大量有關(guān)系統(tǒng)響應(yīng)、測量的不確定性、信號分析、光學(xué)、流體力學(xué)儀器和實驗室實踐等基本素材，還有豐富的插圖，大量的參考文獻和100多個練習(xí)，是流體力學(xué)研究的有用工具。
全書分為兩部分含15章。第一部分一般概念，含第1~7章。第1章流動的性質(zhì)和基本原理，論述流體力學(xué)的基本原理；第2章測量系統(tǒng)，介紹各種測量系統(tǒng)中所用的定義和概念；第3章測量的不確定性，討論測量的不確定性的定義和估計的方法；第4章信號調(diào)節(jié)、識別和分析，敘述信號調(diào)節(jié)、識別和統(tǒng)計處理所需的儀器操作和程序方面的基礎(chǔ)知識；第5章光學(xué)實驗的基礎(chǔ)，介紹光學(xué)測量所需的概念和基本知識；第6章流體力學(xué)的設(shè)備，匯集流體力學(xué)測量設(shè)備的基本元素，供讀者在設(shè)計時選擇參考；第7章走近完美的試驗，討論進行完美的試驗所需的一些因素。第二部分測量技術(shù)，含第8~15章。第8章流動壓力的測量，介紹在流體動力學(xué)試驗室測量壓力所用的相關(guān)設(shè)備；第9章流量的測量，闡述測量流量所用的一般儀器和技術(shù)；第10章流動的可視化技術(shù)，簡單介紹流動顯示技術(shù)的通用方法；第11章局部流動速度的測量，討論流動速度測量的幾種方法；第12章溫度的測量，闡述一般的溫度計和在流體力學(xué)研究中使用的其他測量溫度方法；第13章成分的測量，敘述混合流體中識別成分和相對比例的方法；第14章壁切應(yīng)力的測量，簡述流體流動時，與流體接觸的表面上流體的切向力；第15章展望，指出實驗流體力學(xué)發(fā)展的方向。
本書自成一體，通俗易懂，可作為流體力學(xué)測量相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)生和研究生的教科書，也可供流體力學(xué)測量技術(shù)的工程師和科學(xué)家參考和閱讀。
吳永禮，研究員
(中國科學(xué)院力學(xué)研究所)
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)過程的各方面進行了改革和實踐，以達到以培養(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。考慮到流體力學(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)進行教學(xué)，推進課程的網(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)改革進行不斷探索和實踐。
參考文獻：
[1]孟祥林.不同教學(xué)模式下師生角色、教學(xué)效率對比及改革思路.湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報，2004年1月，第3卷第1期.
[2]萬三敏，沈振劍.多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的耦合機制研究.首都師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010年10月，第31卷第5期.
關(guān)鍵詞計算流體力學(xué)；農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)；應(yīng)用；發(fā)展趨勢
中圖分類號：O35；X53文獻標(biāo)志碼：B文章編號：1673-890X（2015）15--02
計算流體力學(xué)是模擬流場特性、熱傳遞、流體擴散等應(yīng)用的重要技術(shù)之一。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算流體力學(xué)在諸多理論研究領(lǐng)域和實際工程應(yīng)用里面都獲得了很高的關(guān)注度，其在國外已被很大程度上投入到了農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)里面，但國內(nèi)對于這一方面的研究還不是很成熟還屬于比較落后的狀態(tài)[1]。因此，國內(nèi)基本上沒有學(xué)者對計算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用展開研究和總結(jié)。本文在大概介紹計算流體力學(xué)的基本原理同時，闡明其可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)里面的原因；歸納并總結(jié)其相關(guān)應(yīng)用以鼓勵農(nóng)業(yè)環(huán)境工作者在具體實際工作里面能夠最大程度的利用這一類型的工具；同時，探究其未來的走向用來激發(fā)以后的學(xué)者對這一方面展開更加深入的研究，促進我國在計算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的具體運用，催動我國農(nóng)業(yè)環(huán)境的發(fā)展和提高[2]。
1基本原理
計算流體力學(xué)主要是將連續(xù)流體離散化并對各個單元進行Navier-Stokes及其它相關(guān)方程的求解。連續(xù)、動量和能量方程是流體運動的主要控制方程，其中連續(xù)方程描述了質(zhì)量守恒，動量方程由牛頓第二定律推導(dǎo)而得，而能量方程則基于能量守恒。在計算流體力學(xué)中，解此控制方程的重要一步是將方程離散化從而使偏微分方程轉(zhuǎn)換為離散方程，廣泛應(yīng)用的離散方法有3種：有限差分法、有限元法和有限體積法[3]。其中，有限體積法結(jié)合了前兩種方法的優(yōu)點，而且在計算機計算方面有很大的優(yōu)勢。因此，有限體積法在計算流體力學(xué)里面是最為常見的。當(dāng)控制方程和離散方法選定后，設(shè)定相應(yīng)的邊界條件與初始條件則可對研究問題的流場進行計算，若同時在計算中結(jié)合了其它方程，如泥沙運輸方程，則可對研究現(xiàn)象進行耦合模擬。綜上，只要根據(jù)具體問題選取合適的控制方程、離散方法、邊界條件、初始條件和耦合方程，計算流體力學(xué)則可以應(yīng)用在此問題當(dāng)中，當(dāng)然包括許多農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)的應(yīng)用中。
2相關(guān)應(yīng)用
計算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用主要能夠分歸為3類：農(nóng)業(yè)建筑物的設(shè)計、農(nóng)業(yè)水土治理以及氣味與灰塵散播。
2.1農(nóng)業(yè)建筑物的設(shè)計
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，近幾十年計算流體力學(xué)已經(jīng)在大量的農(nóng)業(yè)建筑物設(shè)計中得到了普及推廣與使用，如溫室、禽舍和畜舍的優(yōu)化設(shè)計。其中，在農(nóng)業(yè)水利建筑物的設(shè)計里面是眾多設(shè)計里面最為成功。在農(nóng)業(yè)擋水建筑物方面，計算流體力學(xué)可以預(yù)測擋水閘的應(yīng)力與表面壓力。閘門運動與流體分析可以結(jié)合起來，分析閘門在不同狀態(tài)下的水流及壓力特性，得到的動態(tài)數(shù)據(jù)可用于高效地優(yōu)化設(shè)計擋水閘門。在農(nóng)業(yè)泄水建筑物方面，計算流體力學(xué)可以用于溢洪道的流量和氣穴分析中。農(nóng)業(yè)灌溉排水渠道的模擬相對較為復(fù)雜，因為其具有明顯的湍流與三維特性、非規(guī)則的幾何邊界、非光滑的河床以及自由表面。目前，在這方面的模擬一般使用流體體積法進行自由表面的追蹤，模擬結(jié)果與測量或?qū)嶒灁?shù)據(jù)的比較證明了此方法的有效性。
2.2農(nóng)業(yè)水土治理
在農(nóng)業(yè)水土方面，計算流體力學(xué)可以用于確定污染物在水土中的傳播以及對水土質(zhì)量的影響，對合理選用肥料、保證灌溉水源及土壤的健康進行指導(dǎo)。計算一般需要一定的觀測數(shù)據(jù)以確定模擬參數(shù)，其結(jié)果可以用于分析水資源退化的影響因素、化學(xué)物質(zhì)對地下水的影響及污染物在含水層的散輸?shù)?。除了對水質(zhì)的分析，計算流體力學(xué)也可用于預(yù)測土壤侵蝕。例如，可以整合三維湍流和非均勻泥沙運輸模型并考慮影響河岸侵蝕的其它因素，以此來模擬沖積河道在河岸侵蝕作用下的形態(tài)變化等，對農(nóng)業(yè)工程選址提供信息。
2.3氣味與灰塵散播
氣味與灰塵散播是農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)里面的另一個比較重要內(nèi)容，其對自然環(huán)境尤其是空氣環(huán)境有著非常大的影響作用。計算流體力學(xué)既可以模擬溫室還有禽畜舍內(nèi)部的空氣流通的具體特點，也可以模擬其氣味在外部的傳輸散播。對氣味散播的準(zhǔn)確預(yù)測相對難度比較大，因為其范圍及速度在很大程度上取決于氣味散發(fā)點、氣味濃度、地形條件及氣象特性等多種不確定因素。傳統(tǒng)的觀測法可得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，但是這個方法難以分析大量的影響條件。經(jīng)過驗證的數(shù)值模型則可以更加經(jīng)濟地對不同情況進行試驗研究，此類研究的例子有：考慮了降雨、蒸發(fā)和熱量傳輸?shù)臍馕秱鞑ツＰ?、風(fēng)及空氣溫度對氣味散播的影響、噴灑農(nóng)藥后溫室氣味散播對周邊環(huán)境的影響等。另外，計算流體力學(xué)也可以用于模擬灰塵擴散，可對農(nóng)業(yè)荒漠化防治提供參考。
3發(fā)展趨勢
計算流體力學(xué)在農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域里面的應(yīng)用已經(jīng)取得了非常大的成功，對于未來的展望，它一定能夠獲得更大程度上的發(fā)展，取得更高的成就，具體的主要表現(xiàn)在下面3個方面：第一，將來其一定能在更多的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題里面得到推廣和普及，并且通過具體的實踐與應(yīng)用得到驗證；第二，隨著科學(xué)的不斷前進與發(fā)展，技術(shù)也在不斷的提升，所以進行計算精確度也會有很大的提高，因為會有越來越多的細微的影響因素將會被考慮進模擬系統(tǒng)里面而且其作用機制也會有更深層次的了解和認識。此外，隨著計算技術(shù)的進步以及模型操作的大眾化需求，它在計算速度和操作方式的簡易度方面也將會有很大的提高。
論文關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；制冷與低溫工程；教學(xué)改革
目前，鄭州輕工業(yè)學(xué)院（以下簡稱“我院”）的制冷與低溫工程專業(yè)已被評為國家級特色專業(yè)。為了加強制冷與低溫工程專業(yè)學(xué)生能力的培養(yǎng)，造就人才，有必要對制冷與低溫工程專業(yè)的教學(xué)進行全面的改革。
“流體力學(xué)”是制冷與低溫工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要分為流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)，研究流體平衡、運動規(guī)律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實際應(yīng)用的科學(xué)。由于流動現(xiàn)象和流動規(guī)律及其影響因素十分復(fù)雜，故其具有理論性強、概念抽象和公式較多、實際工程應(yīng)用廣、對學(xué)生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點。加上學(xué)生對流體流動機理普遍缺乏感性認識，導(dǎo)致“流體力學(xué)”課程歷來被公認為是教師難教、學(xué)生難學(xué)難懂的課程之一。因此，迫切需要進行“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革，使學(xué)生學(xué)好本門課程，提高課程教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能更深刻地理解和掌握專業(yè)理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，全面提高專業(yè)素質(zhì)。
分析目前我院制冷與低溫工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在以下主要問題：首先，“流體力學(xué)”理論性強，概念多而抽象，難以理解，學(xué)生普遍缺乏對流體力學(xué)問題的感性認識，學(xué)習(xí)興趣不高；其次，課程中公式繁多，推導(dǎo)過程復(fù)雜，且大多涉及到“高等數(shù)學(xué)”的偏微分方程，另還涉及到“大學(xué)物理”、“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”等方面的知識，學(xué)生理解困難；另外，學(xué)生對所學(xué)的知識不能靈活應(yīng)用。因此怎樣激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，選擇合適的教學(xué)模式組織教學(xué)，全面實現(xiàn)該課程教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量，是該課程教學(xué)亟待解決的問題。
一、改革教學(xué)方法
學(xué)好“流體力學(xué)”這門課對于制冷與低溫工程專業(yè)的學(xué)生來說至關(guān)重要。讓學(xué)生理解流體靜止和運動的規(guī)律及其影響因素，不僅能為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程提供必要的理論基礎(chǔ)，也能為學(xué)生以后分析解決實際工程中的實際問題提供理論指導(dǎo)。怎樣才能讓學(xué)生學(xué)好這門課，筆者結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗，認為可以從以下幾方面著手。
1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，而“流體力學(xué)”又是大家公認難學(xué)的課程，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性高低決定著“流體力學(xué)”這門課教學(xué)的成敗。
要提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的積極性，首先要上好“緒論”課?！熬w論”課是學(xué)生接觸和了解“流體力學(xué)”這門課的窗口，也是教師的教學(xué)水平和教學(xué)方式的第一次展示，“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學(xué)”課程教學(xué)的成功與否。通過“緒論”課讓學(xué)生對“流體力學(xué)”的發(fā)展及其廣泛的工程實際應(yīng)用有一個大致的了解，使他們充分意識到“流體力學(xué)”知識和我們的生活及國家的建設(shè)密切相關(guān)，深刻理解“流體力學(xué)”知識在今后的學(xué)習(xí)和解決實際工程問題中的重要作用。
教師在講授一些理論知識之前，可先舉出很多貼近生活的有趣實例或者先提一些問題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極地思考。例如在講液體的粘性之前，可以先問學(xué)生：在水中游得快還是在油中游得快？為什么？又如在描述流體運動有兩種方式——拉格朗日法和歐拉法時，可以將在座的學(xué)生和教室里的每個座位作為研究對象來進行類比，從而讓學(xué)生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，讓學(xué)生親身感受到參與教學(xué)活動是一件樂事、趣事，由愿學(xué)到愛學(xué)再到樂學(xué)。實踐表明：列舉事例或提問的方式可以避免學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥感，活躍課堂氣氛，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，還可以使學(xué)生充分意識到本課程對今后學(xué)習(xí)和工作的重要意義，并且能加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和記憶，使學(xué)生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外，還應(yīng)充分利用多媒體，通過圖片、動畫讓學(xué)生直觀了解各種流動現(xiàn)象，而不是停留在抽象層面，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動現(xiàn)象和分析流動機理，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)工具。學(xué)生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要讀懂?dāng)?shù)學(xué)，然而讀懂了數(shù)學(xué)不一定意味著明白了數(shù)學(xué)符號背后所代表的物理意義。“流體力學(xué)”教學(xué)實踐表明，學(xué)生從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動問題的物理本質(zhì)有一個過程。教師的一個重要任務(wù)就是做好各方面的工作，幫助學(xué)生完成從讀懂?dāng)?shù)學(xué)到理解流動的物理本質(zhì)這一過程的轉(zhuǎn)變，進一步建立起科學(xué)的思維方式。
“流體力學(xué)”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運動方程、連續(xù)方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時都有大量的公式，這些公式涉及一些高數(shù)、物理、力學(xué)方面的知識，特別是大量的偏微分方程，加上“流體力學(xué)”的公式推導(dǎo)采用歐拉法，與物理及其他力學(xué)不同，學(xué)生的觀念不易改變，而且推導(dǎo)過程復(fù)雜，學(xué)生理解掌握很困難。如果過分強調(diào)“流體力學(xué)”知識的嚴密性和完整性，對每個公式的每個推導(dǎo)細節(jié)都逐一介紹，推導(dǎo)過程將會枯燥無味，學(xué)生只會被弄得糊里糊涂，興趣全無。而如果直接給出公式，讓學(xué)生死記硬背，只能讓學(xué)生不知其所以然，當(dāng)然也就不能真正用所學(xué)知識來解決實際問題了。
根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，筆者認為：“流體力學(xué)”中公式的講解應(yīng)將重點放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應(yīng)用限制上。首先對基本概念力爭講透，概念清楚了，公式的講解推演才有意義。然后重點使學(xué)生明確公式的物理意義及公式中各項參數(shù)的物理意義和幾何意義，只有真正理解了公式的物理意義，才能靈活使用公式解決實際工程問題。最后應(yīng)強調(diào)公式的應(yīng)用范圍及應(yīng)用注意事項。由于流動的多樣性，“流體力學(xué)”中的很多方程都是在一定的條件下得到的，如伯努利方程就有多種形式（理想流體、實際流體、流體是否可壓等），在具體運用時，要根據(jù)具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業(yè)
學(xué)習(xí)的最終目的是讓學(xué)生能夠獨立自主地解決實際工程問題。如果基本原理掌握了，接下來就是如何用這個原理去解決實際問題。課后作業(yè)是檢查學(xué)生對所學(xué)知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應(yīng)由學(xué)生獨立地完成一定量的課后練習(xí)題，這是“流體力學(xué)”學(xué)習(xí)過程的重要組成部分，解題過程實質(zhì)就是利用“流體力學(xué)”的基本原理和基本方程分析和解決實際問題的一個訓(xùn)練過程，課后習(xí)題可以幫助學(xué)生加深對基本概念和基本理論知識的理解。
然后再由教師通過習(xí)題課的方式，利用具有代表性的習(xí)題和一些學(xué)生普遍認為困難、出錯多的習(xí)題，講述流體力學(xué)原理在工程實例中的應(yīng)用。在講解習(xí)題時，重在提供條理清晰的解題思路、詳細具體的解題步驟，使學(xué)生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧，以便在以后的學(xué)習(xí)工作中舉一反三、觸類旁通、學(xué)以致用。這一過程增強了學(xué)生對流動過程物理本質(zhì)的理解，將物理問題與數(shù)學(xué)工具有機地結(jié)合起來，有助于學(xué)生對與專業(yè)相關(guān)聯(lián)的實際工程問題進行認真思考，有效的增強了學(xué)生分析并解決實際問題的能力。
二、改革教學(xué)手段
多媒體教學(xué)以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學(xué)特點，豐富的教學(xué)內(nèi)容，被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的歡迎。
多媒體教學(xué)在“流體力學(xué)”教學(xué)過程中發(fā)揮著重要的作用。利用多媒體，可將“流體力學(xué)”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點，如拉格朗日和歐拉法的描述，流線與跡線、層流、湍流等，通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現(xiàn)給學(xué)生，使其從感性認識開始建立清晰的物理概念，較容易地掌握相關(guān)內(nèi)容，并使學(xué)生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時間寫板書表述的和不易通過板書表述的內(nèi)容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習(xí)題等。采用多媒體教學(xué)，授課的信息量增多了，教學(xué)內(nèi)容更豐富了，學(xué)生在有限的時間內(nèi)接收的知識更多了，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高了，學(xué)生的思路拓寬了，教學(xué)質(zhì)量也提高了。
多媒體教學(xué)的發(fā)展并不意味著要摒棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)。有很多學(xué)生認為板書能讓他們有更多的時間去思考消化一些抽象的東西，更有利于對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。根據(jù)“流體力學(xué)”既有抽象復(fù)雜的流動機理又有大量的基本概念、基本方程的特點，在教學(xué)過程中應(yīng)將多媒體教學(xué)與板書教學(xué)相結(jié)合，揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，為教學(xué)工作更好地服務(wù)。如對某些特定的流動現(xiàn)象，可以通過多媒體教學(xué)，加深學(xué)生對流動現(xiàn)象和機理的理解。而對于較重要的公式及一些重點難點內(nèi)容還是采用板書教學(xué)，例如流體力學(xué)基本方程的推導(dǎo)過程依然使用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書，有利于學(xué)生集中注意力，讓學(xué)生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學(xué)生足夠的思考時間，又可加深學(xué)生對重要知識的理解，從而獲得良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：計算流體力學(xué)；求解；基本原理；化學(xué)工程；應(yīng)用
化學(xué)工程在我國具有較長的研究與應(yīng)用歷程，并在實際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應(yīng)用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時根據(jù)新材料的開發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學(xué)工程中，較多的反映環(huán)境和反應(yīng)機制都是在溶液中進行的，具有質(zhì)量守恒和熱量守恒定律的應(yīng)用。而這種質(zhì)量與能量的關(guān)系正是計算流體力學(xué)的主要原理。通過對實際應(yīng)用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設(shè)計和工藝改進，提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率。
1計算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的基本原理
計算流體力學(xué)簡稱CFD，是通過數(shù)值計算方法來求解化工中幾何形狀空間內(nèi)的動量、熱量、質(zhì)量方程等流動主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領(lǐng)域中各種流體的流動現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學(xué)方程式中的動量守恒定律、能量守恒定律及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)。一般情況下，計算流體力學(xué)的數(shù)值計算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法，其也是一門多門學(xué)科交叉的科目，計算流體力學(xué)不僅要掌握流體力學(xué)的知識，也要掌握計算幾何學(xué)和數(shù)值分析等學(xué)科知識，其涉及面廣。針對計算流體力學(xué)的真實模擬，其主要目的是對流體流動進行預(yù)測，以獲得流體流動的信息，從而有效控制化工領(lǐng)域中的流體流動。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場上也出現(xiàn)了計算流體力學(xué)軟件，其具有對流場進行分析、計算、預(yù)測的功能，計算流體力學(xué)軟件操作簡單，界面直觀形象，有利于化學(xué)工程師對流體進行準(zhǔn)確的計算。
2計算流體力學(xué)砸你化學(xué)工程中的實際應(yīng)用
2.1在攪拌中的應(yīng)用分析
在攪拌的化學(xué)反應(yīng)中，反映介質(zhì)之間的流動性比較復(fù)雜，依據(jù)傳統(tǒng)的計算形式根本無法解決，并在化學(xué)試劑在攪拌中存在不均勻擴散的特點，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點。若是依據(jù)實驗手段測得反映中物質(zhì)、能量和質(zhì)量的變化規(guī)律，其得出的結(jié)構(gòu)往往存在較差時效性，實驗騙差加大。通過對二維計算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠?qū)嚢柚辛黧w的形式進行模擬，并進行質(zhì)量、能量等數(shù)據(jù)的驗證。但是流體的變化，不僅與化學(xué)試劑的濃度、減半速度有關(guān)，還與時間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系，需要建立三維空間模擬形式進行計算流行力學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)和研究水平的提高，在通過借助多普勒激光測速儀后，已經(jīng)對三維計算形式有了較大的突破，這對于化工工程中原料的有效應(yīng)用和工程成本的減低具有促進的作用，但是在三維計算流體力學(xué)中還存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不斷的完善。
2.2CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析
換熱器是化學(xué)工程中主要的應(yīng)用設(shè)備，通過管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應(yīng)用，能夠有效的控制化學(xué)試劑在反應(yīng)中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同，計算流體力學(xué)的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過流體湍流速度的改變，增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過加大流體的接觸面積，提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中，熱量交換的形式更為復(fù)雜，但是卻群在重復(fù)性換熱的特點，增加了換熱的時間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計算流量力學(xué)中，需要對溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時間變化進行分析。通過CFD計算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠計算出不同設(shè)備的熱交換效果，并根據(jù)生產(chǎn)的實際需求進行換熱器的選擇使用。
2.3在精餾塔中的應(yīng)用
CFD已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動和傳質(zhì)的重要工具,通過CFD模擬可獲得塔內(nèi)氣液兩相微觀的流動狀況。在板式塔板上的氣液傳質(zhì)方面,Vi-tankar等應(yīng)用低雷諾數(shù)的k-ε模型對鼓泡塔反應(yīng)器的持液量和速度分布進行了模擬,在塔氣相負荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結(jié)果和現(xiàn)實的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎(chǔ),充分考慮了塔壁對塔內(nèi)流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計算了矩形鼓泡塔內(nèi)氣液相的分散性能,以及氣泡數(shù)量、大小和氣相速度之間的關(guān)系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內(nèi)典型微型單元(REU)的流體力學(xué)性質(zhì)來預(yù)測整塔的流體力學(xué)性質(zhì)的方法,對每一個單元用FLUENT進行了模擬計算,發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的主要能量損失來自于填料內(nèi)的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預(yù)測了整塔的壓降。Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質(zhì)相關(guān),因此用CFD模擬計算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動產(chǎn)生的壓降,為改進填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內(nèi)流體流動也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動的結(jié)果與實驗值還有一定的偏差。這是由于對于許多問題所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型還不夠精確,還需要加強流體力學(xué)的理論分析和實驗研究。
2.4CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究
在化學(xué)反應(yīng)工程中，反應(yīng)物和生成物的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實際的反應(yīng)中可以利用計算流體力學(xué)進行數(shù)據(jù)的獲取。但是這數(shù)據(jù)的獲取具有一定的溫度限制，當(dāng)反應(yīng)中溫度過大，就會造成分子的劇烈運動，其運動軌跡的變化規(guī)律就會異常，在利用計算流體力學(xué)的模型計算中，計算數(shù)據(jù)與實際情況會發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運動軌跡和運動速度難以獲取，在計算流體力學(xué)的實際計算中，就要借助FLUENT進行三維建型，并利用測速反應(yīng)器進行速度的測量，通過綜合的比較分析，利用限元法進行數(shù)據(jù)的計算?？梢缘贸霾煌h(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預(yù)測反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場，可以更進一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過程，詳細、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。
結(jié)束語
計算流體力學(xué)對于化學(xué)工程的應(yīng)用具有實際意義，并在經(jīng)濟效益的提高上具有重要的價值，在近幾年，化學(xué)工程技術(shù)人員不斷的計算流體力學(xué)中展開研究，以二維空間計算和模擬為基礎(chǔ)，不斷的完善三維空間的流量計算，并得出了一系列的流體流動規(guī)律。根據(jù)計算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的廣泛應(yīng)用，在今后的化學(xué)工程發(fā)展中，應(yīng)加強此類學(xué)科的教學(xué)與延伸，提供出更有效的反應(yīng)設(shè)備和工藝操作。
參考文獻
[1]余金偉,馮曉鋒.計算流體力學(xué)發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2013(06).
