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流體力學現象及解釋范文1
關鍵詞：計算流體力學；課程改革；應用型本科；項目驅動
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）22-0123-02
計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一門集成了流體力學、計算數學與計算機科學的交叉學科。計算流體力學的基本思想為[1]：通過計算機數值計算和圖像顯示，對包含流體流動和傳熱等相關物理現象做出系統的分析。隨著計算機技術的發展，計算流體力學在各行各業得到了廣泛的應用。
《計算流體力學》課程開設的主要目的在于使學生掌握流動及傳熱問題數值模擬的基本理論與建模思路、掌握常用商用CFD軟件的使用方法，能夠利用計算流體力學方法解決實際研究問題[2]。課程內容涉及了流體力學理論、數值計算理論、計算機程序設計以及計算軟件的工程應用等。課程理論內容較多，學生學習起來較為吃力，常處于被動學習狀態，因此需要改進教學策略，培養學生學習興趣，改被動學習為主動學習[2]。同時該課程還與實際應用聯系緊密，如何將理論與工程實際相結合，培養學生解決實際工程問題的能力，也是本課程教學中需要探討的問題。經過多年在教學過程中的改革和摸索，下面淺談一下我們在《計算流體力學》課程改革方面的一些探索。
一、計算流體力學課程內容
計算流體力學包含內容甚廣，從總體上講，可按照不同的應用領域分為兩個主要方向：
1.將計算流體力學自身作為對象的課程體系。該體系的研究對象為計算流體力學本身，主要以流體力學數學物理模型模型構建、數值離散方法、高性能數值計算算法開發為主要內容，側重點為計算流體力學理論及其實現方法。
2.以算流體力學應用為主的課程體系。此體系以如何更好地將計算流體力學方法應用于工程作為研究對象，主要以應用技能為課程目標，側重點為現實物理問題的簡化建模、利用計算機程序解決物理問題以及對計算結果的科學解釋等。
對于應用型本科《計算流體力學》課程來講，應當更多地關注計算流體力學在工程中的應用，將計算流體力學作為一項解決工程問題的工具，培養學生在利用該工具解決實際工程中的流體問題的能力[3]。
二、原有教學方法的弊端
西南石油大學機械工程專業較早開設了《計算流體力學》課程，培養了多屆學生，積累了一些寶貴的教學經驗。然而，該課程教學方式仍不夠成熟，存在一些弊端，教學效果受到影響。這些弊端主要表現為：
1.教學內容偏于理論。在教學過程中，當前的教學內容還延續中傳統的計算流體力學的基本內容，即：流體流動控制方程的推導、離散方法及線性方程的解法等，在課程講解過程中，仍以有限差分法、有限體積法及這些數值算法的收斂性、穩定性、計算精度等方面作為主要的講解對象，教授過程中涉及到大量的理論推導及數學理論的應用。在教學過程中，學生們普遍反映教學內容難懂難學，枯燥乏味。同時大量的理論教學還影響了上機教學時間。
2.工程實踐能力轉化不足。當前教學計劃中雖然搭配了16個課時的上機教學，但仍顯不足。經過多次的上機練習，部分學生能夠掌握利用計算流體動力學方法解決工程問題的一般流程，但是大部分學生仍然不具備解決新問題的能力。在上機練習過程中，學生按照教師提供的上機指導書中的計算模型操作完成，而對于計算中非常重要的如計算區域創建、網格劃分、數值計算模型選擇、邊界條件、初始條件及計算控制參數等缺乏自主的思考。針對上述問題，迫切需要對課程進行教學改革，提出新的教學理念，利用合理的教學方式，提高教學質量。
三、課程改革措施
計算流體力學課程改革主要從三方面進行。
流體力學現象及解釋范文2
關鍵詞：流體力學；課程教學；課程考核；改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）17-0091-03
《流體力學》是我校環境工程專業一門重要的基礎理論課程。流體力學是應用力學的一個分支，它以物理學為基礎，力學為依據，以數學、科學實驗及計算機為工具，研究流體平衡和運動的基本規律，以及流體與固體的相互作用力。作為一門實用的工程科學，流體力學有比較完整的體系，它不但可以獨立解決一些工程實際問題，而且可以為學習多種工程專業課打下必要的基礎。其任務在于使學生掌握流體力學的基本理論、基本計算方法、基本實驗技能以及在工程實際中的初步應用。通過該課程的學習使學生初步具備分析和解決實際流體力學問題的能力，并對后續專業課程的學習以及將來從事相關專業的工作和科研打下良好的基礎。多年來，流體力學的教學內容主要是經典的流體力學理論和傳統的實驗分析方法，偏重于理論分析，教學內容比較抽象和單一，不能反映當前流體力學學科發展的趨勢，不利于拓寬學生的知識面、提高學生的學習能力和創新能力。具體可以概括為以下幾點：
1.流體力學的教學大綱不適應高等教育改革發展的需要，對教學目標和教學基本要求的定位不準，與培養目標的要求不太一致。
2.流體力學教學與環境工程其他專業課程結合不緊，導致許多畢業生在從事環境工程過程中感覺到流體力學對環境工程的指導作用不明顯。
3.流體力學中的部分概念與化工原理中的內容相重復。
4.流體力學教材中缺乏反映近代科技成果的新內容和流體力學的新發展，與現代科學技術的發展聯系不緊密。
5.教學方法和教學手段沒有考慮到學生主體。
6.流體力學教學中沒有引入演示實驗，將其中抽象的物理過程和物理圖像形象化、直觀化，學生不容易深刻理解和掌握。
7.成績評定形式單一，不能全面地考核學生所學知識和綜合運用知識的能力?？己诵问交旧鲜峭ㄟ^學期末的一次性閉卷考試完成，試卷題型也大都為考察課程主要知識內容點的選擇題、填空題、計算題、證明題等，這種考核形式有引導學生死記硬背的傾向，缺乏對學生綜合應用能力與創新能力的考核。
這些問題的存在導致在學生心目中，流體力學似乎沒有其他專業課重要，是一門可學可不學的課程。因此，傳統的教學大綱、教學內容、教學方式、成績評定不能適應流體力學教學的需要，必須進行適當地改革，構建面向工程的教學體系，注重實踐環節訓練，搭建能力培養平臺，建立更科學的考核機制，以適應形勢的變化發展。目前，我國高校所使用的流體力學教材主要有毛根海編著的《應用流體力學》、李玉柱、苑明順編著的《流體力學》、丁祖榮編著的《流體力學》、汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》。我校選用汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》作為指定教材。2012年，在認真梳理流體力學、化工原理及環境工程相關學科教學內容與環境工程專業培養目標的基礎上，對流體力學教學大綱進行了修訂、對教學手段進行改進，制作完成了與汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》相配套的多媒體課件，并在教學中投入使用，取得了良好的教學效果。
一、修訂教學大綱
根據環境工程專業培養目標修訂原有的教學大綱，使教學目標的工科特色更加明顯。
二、改革教學內容
1.刪減與化工原理重復的內容，對這部分知識點，把講授的重點放在深化和提高上。
2.將流體的物理性質、靜力學、動力學、水頭損失和水力計算作為教學的重點。
3.大幅增加適應環境工程實踐需要的內容，引入一些環境工程案例，讓同學們未進入社會就能體會到流體力學對環境工程的指導作用
三、改革教學方法
新生入學開始就召開師生見面會，讓學科負責人講解專業培養方案，有經驗的教師教授如何進入大學里的學習狀態，引導新生盡快適應大學的教育環境和人文環境，樹立全面人才培養的理念以及與之對應的教學模式、考核體系等內容。讓新生對自己的大學生活作全局規劃，從獲得知識、提高專業技能的方式方法上不斷開拓思維，尋求自己的努力方向。改變傳統的“注入式”傳授知識的教學方法，采用注重培養實踐能力的教學方法，針對具體教學內容，靈活采用內容講授、課堂討論、雙向交流、問題思考、習題訓練、器材設計與制作、企業觀摩考察等多種形式，使學生能較好地掌握流體力學的基本概念、基本規律，掌握分析解決流體力學問題的方法和思路，并使解決問題的能力得以提高。每次上新的章節時，先提出一些與環境工程實踐密切相關的問題，然后告訴學生這一章節要學習的內容，通過這些內容的學習，就可以運用所學的相關知識解決這些實際問題，讓學生帶著問題學習，就不會盲目地學，激發學習的興趣。如在流體的物理性質一章導入的階段提出“為什么經驗豐富的司機，總是要發動機預熱一段時間后才開始行駛”？在流體靜力學章節以“為什么點滴吊瓶的液體逐漸減少時而藥液的流速卻不變”？流體動力學中以“為什么飛機的頭部有一根長長的針狀物”等來導入。學完一個章節后，再告訴他們由于課堂教學時間有限，還有很多問題的解決需要更多的知識，引導大家自學。特別是課程教學已經過半以后，學生的基本流體力學知識有些儲備后，要鼓勵、啟發、指導有興趣的同學做一些拓展性的學習和思考，參與老師的科研或自己做些發明創造，如教學模具、實驗器具等科技作品，培養學生的創新能力和解決實際問題的能力。這時我會帶些有興趣的同學到污水處理廠、環?？萍脊救⒂^考察，了解企事業的技術需求和科技難題，和同學們一起思考探索問題的解決方案。針對流體力學中的概念和規律比較抽象和枯燥的特點，采用多媒體輔助教學與傳統教學方式相結合的教學手段，綜合運用圖像、文字、動畫等展現圖文并茂的教學內容，運用視覺效應加強教學效果、擴大知識面。例如，流體動力學章節中講述流線的性質時，我引入草原上的老鼠在夏天躲在洞穴里納涼的圖片。洞穴靠下風口堆了一個土包，外面涼爽的風能吹進洞穴，若下風口沒有土包，涼風進不去。以這種生動的形式展現課程內容，而不是簡單地播放幻燈片。學生不僅學到了知識，而且感受到知識的生動有趣性。對于重點內容，要嚴格進行板書推導，一方面有利于學生理清思路；另一方面，有利于培養學生嚴謹的科學作風，不能簡單地把熱熱鬧鬧當做生動有趣。對一些工程或生活中碰到的案例或常識，也不太容易做課堂實驗時，可以通過一些課件來模擬。將理論知識與視頻、動畫、工程案例、生活常識相結合，調動了同學們的學習激情，使其從被動式聽課轉變為主動式欣賞知識。如在流體動力學章節，我引入了美國南北戰爭時期的彼得斯堡戰役的一段視頻：講述一個叫普萊曾茨的士兵，運用流體力學知識解決地道通風的問題，巧妙地將叛軍的防御陣地炸毀。這些視頻、動畫、案例中的氛圍、情景不僅啟發了他們的思維，更讓他們享受到聽課的樂趣，激發了其學習的積極性。
四、引入演示實驗
整合現有的實驗中心、環境工程實驗室、環境科學實驗室的資源，自行搭建或購置一些演示實驗裝置，將演示實驗引入流體力學課堂，使流體力學中抽象的物理過程和物理圖像變得形象、直觀和可信，使教學內容更有表現力，便于學生深刻理解和掌握。若暫時沒有條件，也要積極引入一些相關實驗或實例的視頻，播放給同學們學習。如伯努利方程式是流體力學教學中的一個難點，非常抽象。因此，在學習這部分內容時，我就在課堂上做些表面上看起來匪夷所思的實驗，但卻可以用伯努利方程式很容易解釋這種現象。例如嘴用力吹一個漏斗，乒乓球而不落地。學生非常驚詫這個現象，立刻想知道為什么會這樣，學習的積極性立刻被調動起來。然后在黑板上畫出示意圖，再用伯努利方程式解釋，學生就會理解透徹、記憶深刻。
五、加強素質拓展
鼓勵學生積極與工程、生活、生產實際相結合，制作小發明小創造，參與科學研究、社會調查等。如在教學過程中，我多次組織學生參與各類科研論文大賽、發明大賽，取得了不錯的成績。通過這些鍛煉，不僅加深了學生對課程的理解，更重要的是培養了學生的能力，增強了學生的自信心。積極組織學生參與本科生創新創業訓練計劃、優秀畢業論文培育計劃、大學生科研論文大賽、大學生專利發明大賽以及環境與健康協會等；參與污水處理廠、環保部門、環保企業及各類生產單位的科研、生產工作。通過創建實習基地、培訓基地、現場調研、技術咨詢、項目合作等形式，獲得與流體力學有關的技術難題。再以這些問題為范例，通過現場考察、技術交流、故障診斷、問題分析、解決方案、實施效果等環節，供學生學習參考。不僅解決了工程實際問題，而且開闊了學生的視野。讓學生預先進入工作角色，以業務需求帶動求知欲望。只有在實際工作中，學生才能對專業知識的應用、交叉學科之間的作用以及教學科研的關系有越來越明晰的認識，對于專業課程的學習重點、專業知識的獲取有更明確的思路。
六、改革考核方法
教學內容、教學方法與教學手段的改革，必須與課程考核方法的改革相配套。為了提升考核環節對于人才培養的支撐度，推動教學理念與內容、方式與方法的變革，切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用，我校于2011年制定了本科生課程考試管理辦法，2013年制定了全面提高本科教學質量的實施意見，2014年學校啟動教學考核改革試點工作，《流體力學》是我校第一批立項的課程考核改革試點課程。在新的考核方案中，我更加注重學生對基本概念、基本規律的理解，學生分析、解決實際問題的能力。實行過程化考核、多種形式的考核。全面考察學生對知識的掌握程度、概括能力和綜合應用水平?？梢詥卧獪y試時采用開卷考試，期末考試采用半開卷考試，試題有一半是自己出的試題?？己嗽囶}中的開發性試題就是用所學流體力學知識解釋、處理日常生活、工程中的現象等。
1.豐富考核方式。緊扣課程目標，選擇能夠全面衡量學生學習效果的考核方式。將筆試、討論、口試、項目設計、調查報告等多種形式相結合，將知識理論識記的考察與分析解決問題能力的檢驗并重，對學生進行系統地評價。
2.強化全程評價。把課程考核貫穿于教學的全過程，將過程評價與終結評價相結合，設計不同階段、不同方式考核的分值比例，對學生的學習效果進行有效評價，改變“一考定成敗”的現象，扭轉“期末突擊死記硬背”的不良學風。過程考核在評定學生綜合素質和能力的同時，加強了對學生學習態度等非智力因素的考察，分課堂表現和課下表現，各占總成績的10%。過程考核成績占總成績的30%，期末考核占總成績的50%。過程考核有章節考核、期中考核和歸納總結考核。章節考核分3次進行，考核形式為開卷，每次5分，滿分為15；期中考核，考核形式為開卷，滿分為10分。每次考核用兩套試題，一半學生用A試題，一半同學用B試題，學生預先不知道自己拿到何種試題；歸納總結能力考核，學生根據自己對課程的把握、見解出一份合適的試卷，教師據此評分，滿分為5分。期末考核的考試形式為半開卷（一張復習紙的開卷考試），試題范圍覆蓋教學大綱，沒有課本中能直接找到的概念性記憶性試題，但又要熟記并靈活運用課本知識，強調知識的綜合應用和實踐運用。題型包括選擇題、計算題、作圖題、項目設計型和開放性試題。建立電子試題庫，實行抽題組卷，實現教考分離。試題庫中有一半是學生出的試題（由教師篩選出優質的試題，或稍作修改），一半為教師出的試題。
3.優化考核內容。以促進學生全面發展為原則，選擇考核內容。在評定學生對基礎知識、基本理論和基本技能的同時，突出對學生分析解決問題、動手能力及綜合素質的考察。采用體現創新特點的考試題型，以適應學科專業與相關行業發展的新要求。堅持合理性原則，考核內容的選擇符合考核課程目標的要求。理論知識考核的重點為課程知識體系中核心要點、基本原理的理解與運用；實踐知識方面突出對操作流程的熟悉程度、實踐結果分析運用能力的檢測；綜合素質方面的考察堅持以能否有效支撐專業發展為標準。課程考核綜合考慮各方面因素，首先是課堂表現，即學習態度，考核實行扣分制，滿分為10分。如上課曠課、玩手機、聽音樂、交頭接耳等，第一次扣1分，第二次扣2分，第三次扣5分，四次以上全扣。其次是作業考核，滿分為10分。作業次數為7，交1次作業得1分，總作業次數分為7；質量分為3，視工整度、正確率給分。
4.暢通信息反饋?？己私Y果及時上網公布，學生可以查看自己的考核成績，對自己前段時間的學習效果有一個清醒的認識，及時調整學習態度、學習方法，激發學生學習的主動性與積極性。切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用，對教學內容與方式改革的推動作用，對學生學習投入的引導作用，促進本科教學質量的不斷提高。在教學過程中，選擇適當時機向學生征求關于教學方法、考試考核模式等方面的意見或建議，以及前段時間學習的感受，我再根據學生反饋來的信息，及時調整教學方法、手段、進度等，認真處理好教與學的關系。并根據學生的意見、可采納程度、對教學的關注程度進行打分，并計入該門課程的平時成績。
七、結束語
流體力學是一門系統性、理論性很強的應用力學課程，體現了力學、數學、物理等交叉學科在工程中的應用。因此，如何將知識傳授與提高學生應用能力、培養學生科研意識、適應社會需求相兼顧，對于教師自身素質、教學水平和教學方法是一個嚴峻的挑戰。以環境工程專業學生流體力學的工程應用能力及創新能力為目標進行教學改革，并對考核方式、內容、過程和反饋進行配套改革，推動教學理念、方法的變革。加強學生學習的積極性和主動性，對所學知識的理解和應用，真正掌握相關知識，為日后工程，科研和工作打下良好基礎。
參考文獻：
[1]王燁，李亞寧.流體力學實踐教學改革網絡體系的構建[J].力學與實踐，2013，35（3）：89-91.
[2]謝翠麗，倪玲英.工程流體力學本科課程引入CFD教學的探討[J].力學與實踐，2013，35（3）：91-93.
流體力學現象及解釋范文3
關鍵詞:農林高校;熱工基礎及流體力學;課程教學;實踐創新
當前，在“綠色發展理念”深入人心的時代背景下，農林類高校迎來了很好的歷史發展機遇;同時社會和企業對農林類專業人才的需求更加重視質量，對人才的知識深度、廣度和對專業基礎課、專業特色課核心知識的實踐運用能力，均提出了更高要求。提高機械設計制造及其自動化專業學生林業裝備系統總體及其子系統技術的掌握程度，拓展學生在林業裝備系統上運用專業基礎課、專業特色課中核心知識的科研能力，是農林類高教工作者面臨的共同課題［4］。
1課程教學剖析
1．1課程內容
“熱工基礎及流體力學”這門課程是機械設計制造及其自動化專業的一門綜合性專業基礎課，是后續液壓與氣體傳動、泵與風機、林業機械等專業及特色專業課的重要基礎。課程目標包括:掌握工質的熱力學性質、熱力學第一定律、第二定律、熱工轉換的規律和理想氣體的熱力學過程，學會基本的理論分析與計算方法;通過對熱量傳遞的三種基本方式、導熱基本理論、對流換熱基本規律、黑體輻射基本定律等內容的學習，使學生具備對基本的傳熱學問題進行分析和總結的能力;掌握流體的主要物理性質和流體靜力學的基本理論知識，學會流體上的作用力分析，能夠推導流體動力學方程的連續性方程和伯努利方程，針對黏性流體，能對管內流動狀態進行判斷;能夠對“傳熱學”“工程流體力學”的實驗結果進行分析和解釋，通過實驗數據綜合分析工程中的現象及問題，并得到合理有效的結論?？傮w來看，本課程講授內容包括工程熱力學、傳熱學以及工程流體力學三大板塊的內容，是在高等數學、大學物理、理論力學、材料力學的基礎上進行深化學習，拓展到實際的工程問題，所以本課程不僅理論性強，而且工程應用性也很強;與機械設計制造及其自動化專業其他課程相比，該課程涵蓋了本應三門獨立開設的課程內容，知識難點聚集、微積分公式眾多、三大知識板塊思維跨度大、學生融會貫通掌握難。但是，學生對課程內容的掌握程度直接影響后續專業特色課程的學習情況。
1．2教學思路
目前，本課程總學時為48學時，理論授課42學時，實驗授課6學時。三大板塊的教學內容多，理論授課課時較少，矛盾突出:(1)學生由固體學科切換到流體學科的學習需要較長適應期;(2)課程中較多章節內容抽象，且涉及大量公式推導及專業的概念鋪墊，加之為了跟上教學進度教學內容更新較快，學生普遍反映課程難度較大;(3)教學內容和后續專業及特色專業課內容銜接性不夠緊密;(4)從內容的充實性和課程的結構上來看，“熱工基礎及流體力學”這門課程的教學內容已經滿足要求，但是對接林業機械領域最新技術，強化學生創新思維方面，當前的課程建構仍無能為力;(5)由于本課程的學習不涉及具體的機械裝備系統，使得同學們對本課程在專業中的地位認知不足，學習積極性欠佳，這些現狀使得提升教學效果難度較大。針對上述課程特點及教學現狀，結合農林類高?！皺C械設計制造及其自動化”專業的實際情況，制定了如下教學思路:(1)授課時，使學生從機電系統、固體力學等學科的思維中切換出來，將空間觀測法跟同學們探討透徹，基于空間觀測法開展“熱工基礎及流體力學”的課程教學。(2)在教學大綱中刪除過于抽象、應用面較窄的教學內容，深入講解與后續“液壓與氣體傳動”“泵與風機”“林業機械”等課程關聯度較深的內容，為專業及特色專業課的學習做好扎實鋪墊。(3)結合在林業機械領域與“熱工基礎及流體力學”緊密關聯的科研經歷，探索寓教學于科研、科研反哺教學的授課模式，強化同學們對“熱工基礎及流體力學”在“機械設計制造及其自動化”專業里占有重要地位的基礎認知，顯著提升同門們自愿學習、自主學習的熱情。(4)注重思維方式、終身學習意識的培養。教學過程中注重切入問題角度的講解，使得同學們在明白問題的同時更養成學習思考問題方法的習慣;從固體學科到流體學科是一個較大的跨越，在跨越的過程中，使同學們樹立終身學習意識，為以后培養同學們提出、解決林業機械領域學科前沿性、熱點性問題的能力打下堅實基礎。
2課程構建探討
在“碳達峰、碳中和”的硬性發展要求及“綠水青山就是金山銀山”的發展理念加速推進的浪潮之下，農林高?！皺C械設計制造及其自動化”專業的畢業生在高等教育系統中的地位不斷提升，所以基礎專業課程構建更需獲得與之地位匹配的重視。一方面，基礎專業課課程構建要體現基礎知識的深度和廣度;另一方面，內容要很好銜接并服務于核心專業課、特色專業課，為學生后期畢業設計、研究生科研深造做好鋪墊。
2．1課程內容深度銜接核心專業課
“林業機械”是南京林業大學“機械設計制造及其自動化”專業的核心專業課，內容涵蓋林業動力、整地、清理、苗圃、造林、撫育、保護、防火、采伐、采摘、智能化等機械。其中，和“熱工基礎及流體力學”專業基礎課相關的包括動力、清理、保護、采摘等板塊。林業動力機械(包括泵、風機)涉及“工程熱力學”中熱能和機械能之間的轉化問題，同時也涉及“工程流體力學中”可壓縮混合氣體壓強、溫度變化和裝置的動力匹配問題;林業清理機械涉及“工程流體力學中”不可壓液態水在管道內部的流動，在霧化器內的流態分布、出口后霧化粒徑分布等復雜多相流問題，如圖1所示;林業保護機械中噴霧射程、噴霧穿透涉及“工程流體力學中”可壓縮流體空氣的外部流動及耦合風場、霧滴的多相流動問題，如圖2所示;林業采摘機械中，基于負壓的采摘系統涉及可壓縮流體空氣的管內流動問題。從銜接核心專業課的角度來看，一方面，農林類高?！盁峁せA及流體力學”這門專業基礎課程應該深耕“工程熱力學”和“工程流體力學”，而“工程流體力學”應該是重點中的重點;另一方面，也好兼顧課程內容的完整性，“傳熱學”也要適度調整。
2．2匹配三大板塊關系，優化課程結構
建議協調、平衡三大板塊的課時占比，同時明晰課程內容的內在邏輯關系，在此基礎上進一步優化課程結構。在“工程熱力學”(熱能的間接應用)板塊中，我們將實現熱力學能向機械能轉化的媒介稱之為“工質”，媒介一般是“單一氣體”或者“混合氣體”，熱力學第一定律、熱力學第二定律、工質熱力學性質及理想氣體的熱力過程等課程內容和專業核心課程林業機械吻合度較好?！肮こ塘黧w力學”中，對流體的終結性定義是“抓不起來的物體”，一般性的定義是“氣體和液體”的總稱，但課程內容中流體基本概念的鋪墊、流體靜力學、流體運動學、流體動力學及黏性流體等課程內容都是基于不可壓的液體，同為流體，但氣體和液體的性質及研究重點相差甚遠，“氣體”這種流體相關課程內容的缺失為后續專業核心課程的學習帶來很大知識結構缺陷?！皞鳠釋W”(熱能的直接應用)中，對導熱、對流傳熱(混合傳熱，主要是流體和固體之間)、輻射傳熱的基本原理、工程應用等課程內容做了比較詳細的講解，但是后續專業核心課程對傳熱學中的知識需求很少，僅僅在脈動燃燒技術這一研究領域有所涉及?？傮w來看，不管是“工程熱力學”中的“工質”，還是“工程流體力學”中的“氣體”，再或者“對流換熱”中的“流體”，其中“氣體”是課程的“最大公約數”，也是和林業機械這一專業核心課程相關的“最大公約數”。鑒于此，“工程熱力學”教學內容總體上可以維持不變，部分章節可以簡化，不重要的知識點減少不必要的推導，側重理論、公式概念的理解和應用，這樣可省出一部分課時?？傉n時不變的情況下可以合理縮減“傳熱學”的課時，對輻射傳熱只做一般性介紹;考慮到相似原理在流體力學的試驗研究中也有重要應用，可以在這里對相似準則進行深入講解，省出較多課時。將“工程流體力學”放在最突出的位置，省出來的課時分配給這一部分;增加可壓縮流體“漩渦勢流理論”“相似理論中的量綱分析法”、包括氣體動力學中“擾動在外空間流場中的傳播”及“管內氣體的流動”等內容，以匹配林業機械核心專業課。
2．3樹立自主學習、終身學習意識
目前，流體力學板塊中關于可壓縮流體的課程內容匱乏，教學中會鼓勵同學們在MOOC上尋找優秀資源進行線上學習，使同學們樹立自主學習意識。通過工程流體力學板塊，我們在體力學的范疇內將研究運動的方法由拉格朗日法提升到歐拉法，這是一個顯著的改變，也是重要的進步，通過這一步，有助于培養同學們的終身學習意識。
結語
流體力學現象及解釋范文4
關鍵詞：創新能力；TRIZ理論；教學環節
作者簡介：曹賀（1978-），女，遼寧昌圖人，黑龍江科技學院機械工程學院，副教授；劉訓濤（1975-），男，黑龍江雞西人，黑龍江科技學院機械工程學院，副教授。（黑龍江 哈爾濱 150027）
基金項目：本文系黑龍江省高教學會“十二五”規劃課題“TRIZ理論在本科教學中的應用與大學生創新能力培養的研究”（項目編號：HGJXHC110906）、黑龍江省教育科學規劃課題“基于卓越工程師培養的本科畢業設計改革的研究與實踐”（項目編號：GBC1211109）的研究成果。
中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）31-0027-02
高校推行教學改革進行素質教育，構建新型人才培養模式，必須重點突出創新，必須堅持知識、能力和素質的辯證統一。專業知識的傳授是教育的主要內容之一，但知識不等于能力，更不等于綜合素質。理論教學包括基礎課和技術基礎課等一系列課程，實踐教學包括各類實驗、實習、課程設計、畢業設計等。[1]為適應新時期應用型人才培養的要求，必須要使創新能力培養貫穿于教學的每個環節。即將理論教學與實踐教學很好地融合，將創新能力培養貫穿其中。
一、大學生創新能力的培養有規可循
聯合國教科文組織叢書《教育——財富蘊藏其中》指出：“在社會和經濟迅速變革的世界里，可能更重視想象力和創造性?！贝髮W生是創新人才的主力軍，蘊藏著強烈的創新潛能，需要去培養開發。大學生精力旺盛，朝氣蓬勃，樂于接受新事物，不愿意固守陳規，他們思想活躍，精力充沛，善于學習，創新欲望強。大學生這些積極的特點需要愛護并正確引導，培養、開發和挖掘大學生的創新潛能。
人的創造性是隨著人的大腦進化而進化的，其存在的形式表現為創新潛能，將創新潛能轉化為顯能，也就是創新能力，這就是創新的可開發性，即創新能力是可以激發和提升的，創新思維是可以通過訓練培養的。
TRIZ是解決發明問題的理論。TRIZ理論是前蘇聯阿奇舒勒等研究人員在分析研究了全世界250萬件專利的基礎上所提出的發明問題解決理論。TRIZ理論認為發明問題的基本原理是客觀存在的，發明問題具有可預見性。TRIZ研究人員發現，在一個工程領域中總結出的技術系統進化法則、發明原理及解決方案可在另一工程領域實現。[2]正是在進行這些研究的基礎上，形成了解決發明問題的系統化方法——TRIZ理論。其中的進化法則、40個發明原理、矛盾矩陣、物-場模型分析、76個標準解法、ARIZ等發明創造模型成為了開啟創新之門的“金鑰匙”。應用TRIZ理論時，首先要將待解決的問題抽象轉化為TRIZ問題，然后利用TRIZ的發明原理、標準解等工具，得出該TRIZ問題的解決方案模型，最后再通過類比應用轉化為該問題的最終解決方案。[3]
大學生的創新思維和創新能力的培養和開發可以借助TRIZ理論這個系統化的創新工具，將TRIZ理論融入到教學的各個環節當中，形成基于TRIZ理論的創新訓練框架。如圖1所示。
二、理論教學中結合TRIZ理論
創新能力是靠教育、培養和訓練激勵出來的。在課程教學中引導學生進行自我訓練，有意識地觀察和思考一些問題，如“為什么”、“做什么”、“應該怎樣做”、“是不是只能這樣”、“有沒有更好的方法”等。依托與日常生活及各行業聯系緊密“工程流體力學”和“液壓與氣壓傳動”等專業基礎課，在教學過程中引導學生思考現實生活中的各種現象，啟發學生根據需要提出問題，并采用發散性思維解決實際問題。[1]讓學生在課堂中用TRIZ理論進行思考、討論，拓展學生分析和解決問題的思路，激發創新意識，進行創新思維訓練。比如，在“液壓與氣壓傳動”課程中，適當地加入訓練學生發散思維的環節，請學生運用TRIZ中的發明原理及技術矛盾解決矩陣來設計某些液壓元件的改進形式，或改變回路的布置方式來實現同樣的功能。從而使學生更加深入透徹地了解和掌握課程內容。又如，在“工程流體力學”課程教學中，流體力學的現象很多，在講授流體力學現象的時候，不按常規的方式去解釋現象及其原理，而是采用科學發現的方式，通過現場實驗或flas直觀展示流體現象的整個過程，引導學生觀察和思考，從而解釋現象，揭示其原理，這比灌輸式的教學方法更能使學生印象深刻，同時鍛煉了學生分析和解決問題的能力。
三、實驗教學中引入TRIZ理論
綜合性設計性實驗主要是用來培養學生綜合運用所學理論分析問題和解決問題的能力。[4]這些實驗不同于驗證性實驗，需要學生充分發揮創新思維能力對實驗進行設計和分析。比如，在液壓傳動綜合實驗的教學中，首先由學生自擬實驗方案，選取實驗元件，設計回路。其次在液壓系統仿真軟件Automation Studio下進行系統模擬，該軟件具有對液壓系統虛擬設計、模擬、測試、分析等功能，通過模擬可以進一步完善、修改液壓系統的設計及分析等工作。最后在我校力士樂液壓實驗臺上安裝、調試系統，并進行相關參數測試。在綜合性設計性實驗的教學中引入TRIZ理論，啟發學生的創新思維來完成實驗內容。同時，鼓勵學生找出現有實驗方法的不足，怎樣利用這些不足？這樣可以幫助他們發現有價值的內容，提出改進的方向，增加系統的理想度，指導學生應用TRIZ理論中消除矛盾的規律找出可行性方案。
四、課程設計和畢業設計中應用TRIZ理論
流體力學現象及解釋范文5
關鍵詞：巖石力學；采礦；問題；措施
中圖分類號： P58 文獻標識碼： A
在礦山的開采中對于巖石力學的應用是非常普遍的，其主要來源于大規模的工程實踐。由于采礦工程一般規模比較大、施工條件復雜，不管是地下還是露天的采礦工程，都是以具有地質構造的巖石為對象，這也就決定了巖石力學的問題將貫穿于整個采礦工程的實際。在采礦工程中的巖石力學，主要包括巖石的穩定性以及強度等，它是會隨著礦山中巖石內部的結構發生不同的變化。與此同時，因為采礦工程是一個動態的過程，所以在這其中巖石的力學性質會隨著礦山工程的進展發生變化，還有就是自然環境也對其有一定的影響。這就決定了在礦山工程中的巖石力學應用手段必須多樣化。
1、巖石力學研究的目的和內容
巖石力學研究的目的是對礦區內不同類型巖體的地質結構、巖石組成及其強度和應力的資料給以解釋，按巖石力學的要求對礦、巖體進行分類，以便根據其自然崩落性選擇合適的開拓方式和采礦方法，從而為制定采礦試驗計劃和編制采礦設計提出推薦意見。
巖石力學研究的主要內容有：斷層和破碎帶的位置、形態和相對運動；不同類型巖石及其夾層的抗壓、抗張、抗剪強度；微裂隙的類型及系統；區域殘余應力的大小、方向和變化；應力釋放的方法；在一段時間內巖石的應力集中及其移動的性態，坑內井巷工程不同支護方法的效果；使應力影響減少到最小的井巷工程的位置及方向等等。
2、背景研究
2.1、采礦工程的力學背景
采礦工程的力學背景，主要指的是在原有平衡關系的基礎之上建立起新的平衡結構，它具有一定的時代特色?，F如今，采礦工程已經打破了以往的規劃設計理念和方法。主要表現在：對相關地表下經歷數億年形成的平衡結構的，建立起來一個新的穩定空間，更加的具有平衡性，很好的減少了巖石碎裂現象的發生。也就是說在具體的采礦工程的工作中一定要注意其開采的背景，注重工程的安全性問題，以此來極大地維持好新建的平衡空間的穩定性。
2.2、巖體力學的時代背景
巖體力學不是一門系統的學科，它屬于地質學與力學之間的一門邊緣學科，但是它卻可以幫助施工人員解決一些地質學和力學無法解決的實際問題，現如今我國對于巖石開采量逐年增大，所涉及的規模和復雜程度也不是同日而語，在智能化時代中處理這些規模巨大的巖石問題時必須要采用巖體力學的知識來加以幫助，我國的地質人員經過努力已經在這方面積累下了豐富的經驗，雖然說與國際先進水平相比還是有一定差距，但也不可否認我國在這方面所做出的進步，不足之處主要是在于我國在綜合實際應用過程中未能將已有的研究成果靈活成功應用到過程實踐中去。
3、巖石力學和其他學科在采礦中的結合應用
在采礦工程中對于巖石力學的應用并不是單一化的，而是同其他的一些應用性的基礎學科相結合應用的。巖石力學的理論基礎是相當廣泛的，也就涉及到很多的其他的基礎性應用學科。主要有：
3.1、固體力學
固體力學是一門在力學當中形成的比較早且其理論性比較強的分支，固體力學主要是對可變形固體在外界因素作用下對于它內部的質點所產生的各種規律的研究。而在具體的采礦工程中，固體力學的應用主要有材料力學、結構力學以及斷裂、損傷力學等等。
3.2、流體力學
流體力學主要是對于流體本身的靜止以及運動狀態，以及其在運動時的相互作用規律的研究。在這其中對于流體研究最多的就是水和空氣。比如說在采礦工程中的地下采礦工程中，主要研究的對象就是地下的水以及瓦斯等礦井氣體。而在露天的采礦工程中，主要研究的對象就是當地開采的地質以及相應的自然條件。
3.3、爆炸力學
爆炸力學是研究工作中爆炸的發生情況以及其自身規律，并且做出對爆炸力學效應的合理利用和有效的防護。它主要是從力學的角度來研究爆炸的能量以及急劇轉化的過程中產生的各種效應。與此同時，爆炸力學還是流體力學、固體力學以及物理、化學之間的一門交叉學科。
3.4、計算力學
計算力學是綜合力學、計算數學和計算機科學的知識，以計算機為工具研究解決力學問題的理論、方法，以及編制軟件的學科。從20世紀50年代以來，它在力學的各分支學科和邊緣學科中得到了很大的發展，無論是在科學研究還是工程技術中均得到了廣泛應用。常見的計算力學方法并已廣泛用到數值模擬計算中的有:幾何非線性有限元法、熱傳導和熱應力有限元法、材料非線性有限元法、離散元法、無網格法、有限差分法、非連續變形分析等。以計算力學為基礎的數值模擬方法在采礦工程中的研究應用也正廣泛地開展起來。
4、力學問題與采礦工程的關系
4.1、鉆井工作
在具體的采礦工程中，對于鉆井的選型，要進行前期的細致檢查以及過程中的保養。對于在工程中發生的特殊事故，比如在工程中當采油出現意外、瓦斯發生滲漏的時候等等，就必須應用到力學問題分析對地層致裂和滲流的工作問題。
4.2、礦場環境監測
在具體的采礦工程中，要對采場的地壓進行監測，當出現異常情況的時候，及時預警，同時要考查礦石滾動的規律，一次預防意外事故的發生。對采礦區的路段也要進行嚴密監測，對露天陡坡進行監測，確保其穩定性。
4.3、爆破工作
對于采礦工程中的爆炸問題要特別的關注，努力做好巖爆機制的預防，關注硬巖的非爆炸破碎方法，研究礦巖的粉碎力學和巖石的爆破力學問題。以此保證爆破工作的順利、安全開展。
4.4、崩落采礦工作
對于崩落采礦工作，要做到：了解巖石的力學性質、巖性、地質因素等工程以及開挖、回采地壓等生產因素，注重它們的關聯性。巖石力學對崩落采礦具有關鍵的指導性作用，其主要的應用范圍有：應用巖體自身特征，結合地應力對工程進行控制，達到實現崩落采礦的目的。在采礦工程中使用崩落采礦法的決策時，運用力學充分掌握巖體的斷層特點，深入研究巖體的可崩性，才能夠將比較適合的崩落采礦方案制定出來。
5、巖石力學在采礦工程中應用現狀
5.1、對深部開采所帶來的災害預測
要知道對于礦山的深部開采是一件具有一定危險系數的工作，可能會遇見礦震、巖石爆炸等危險，并且這類事故是常有發生的，目前已經有很多國家有過類似的經歷，但是目前對于巖爆的預防以及防止工作卻沒有引起相應的重視，施工隊伍對礦山的開采已經越來越深入，所面臨的危險也自然越來越大，因此對于這方面必須加以重視，應用巖石力學的相關知識對工程地質進行調查，應力測量以及一些巖石力學實驗，通過對能量的聚集和變化的研究去探討巖爆的發生原理，從而對巖爆進行一定的防治工作。
5.2、礦山地應力場測量
地應力是存在于地質底層中的天然力量，它是引起在巖石開挖過程中原巖應力發生變化的力量，對其進行研究是對于開采方案進行研究的首要前提，對于采礦工程來說，實現必須要了解掌握具體工程中的地應力狀況，這樣才能對礦山進行合理的總體布置并且選取適當的采礦方法，長期以來，我們所生存的地球已經經歷了無數次的構造運動，逐步演變出地球地應力復雜性，要想安全的進行采礦工程，就必須對其進行實地應力測量。
5.3、大型露天礦邊坡設計優化
現在我國已經有很多露天礦山開采轉為了深凹開采，隨著開采難度的越來越大，對于安全性以及穩定性的維護就越來越難，邊坡滑移的破壞事故發生日益頻繁，這些都嚴重的威脅到了礦山開采工作的安全性，但是，減少邊坡角滑坡事故與增加成本之間卻出現了矛盾，對于這種情況，我們就需要經過精確的定量而不只是定性計算并充分考慮巖體條件和地應力的作用，在能夠保證安全的前提條件下，盡量的節省成本，保證工程效益。
6、巖石力學在采礦工程中的發展趨勢
巖石力學在采礦工程的發展趨勢之一就是多學科的相互交叉綜合集成。在采礦工程中，很多不確定的因素都會導致工程的安全性下降。所以在以后的工作中綜合地質、力學試驗以及物理、化學分析等學科知識將是解決該問題的最好途徑。其二是多尺度的綜合集成，現階段，隨著礦井開采深度的日益加大，采礦工程中的巖石力學問題出現了熱、流、固、化多場并存的狀況。所以對于多相運動的研究還有待深入，在以后的工作中將會更加的關注多尺度的綜合集成問題。
總而言之，采礦工程是一個十分復雜的系統工程，涉及許多不同的專業領域。而運用力學知識完善采礦工程是現如今采礦業的一大要務，但是力學在促進采礦業發展的同時，依舊存在許多不足。這就要求相關的采礦工作人員應該緊密結合采礦工程實踐與采礦工程力學關系理論研究，通過完善我國的采礦技術，提高我國的采礦率，以此來有效地降低采礦成本。
參考文獻
[1]趙雙德.關于采礦工程與力學關系的探討[J].黑龍江科技信息，2013，16:24.
[2]曹旭.巖石力學在采礦工程中的應用探討[J].河南科技，2013，18:44.
流體力學現象及解釋范文6
綠色能源
自從中國人發明煙囪開始，就像攔河筑壩提高水位差的煙囪抽風效應早已向世人說明有不需要人們源源不斷地提供能量持續穩定取之不盡用之不竭的永動能量存在。煙囪抽風效應用初中物理原理解釋：是地面與高空的大氣壓差力和溫度差產生的。不用初中物理原理用分子運動論的觀點也可以解釋為什么大氣層不均勻分布，能造成大氣壓下高上低的現象。這是一種特殊的布朗運動！可人為制造，控制的布朗運動！簡單的煙囪抽風效應作用力不大，意義重大！他說明有可為人們源源不斷提供持續穩定、取之不盡用之不竭的靜態流體能量存在！從理論上講，煙囪抽風效應與煙囪(管道)的高度、煙囪直徑大小、高度和截面積的優選、煙囪的內表面形狀、其他因素的影響(如：流體加溫、加速、加大壓差的裝置)息息相關。隨著科學的進步，各種高強度、質輕的新型材料如雨后春筍般出現！空間站與地球間的天梯，高空浮云飛艇已不復再是夢想。摩天大樓欲以天公試比高！制造、豎立高高的煙囪(管道)以當前的科技水平已不再是難題。流體力學理論的發展。各種新學科、新技術如：引射升、射流、渦旋增壓、渦旋減壓、水，大氣，氣體各種流體壓強間的互相轉換、能量儲藏等的出現，融合貫通使影響煙囪抽風效應的其他因素(如：流體加溫、加速、加大壓差的裝置)手段更多，或可在煙囪(管道)里產生持續穩定強大的龍卷風。半球實驗已向世人展示氣壓巨大的能量，毋須贅述。
大氣層高處與地面和大海深處與海面時時刻刻都存在溫差已是不爭事實。也是可以源源不斷地為人們提供持續穩定、取之不盡用之不竭的永動能量。利用飛艇和深海冷凝器將大氣層高處與大海深處冷源用熱傳導和熱傳導對流或其它方式傳導、保存在地面或海面的冷源儲藏庫里。在地面或海面建立熱源儲藏庫儲藏地面或海面高于大氣層高處與大海深處的熱源。必要時還可用太陽能或其他方法加大熱源儲藏庫與冷源儲藏庫的溫差，在熱源儲藏庫與冷源儲藏庫之間使用低沸點工作介質或將置于熱源儲藏庫里與冷源儲藏庫里的熱敏金屬用導線連接，產生電流或其他方法。源源不斷為人們提供持續穩定、取之不盡用之不竭的靜態流體能量！較用導線將南北極和赤道連接起來發電的永動設想更簡單、方便、合理。更不破壞生態。
攔河筑壩提高水位差發電，用初中物理原理解釋：是水從高處落下的重力勢能做功。用帕斯卡定律解釋：是排水口所處水深的水壓強能量做功。裂桶實驗證明了神奇與巨大的水壓強能量！此能量在大海、大水庫里持續穩定、取之不盡用之不竭。隨著科學的進步，各種耐壓力的高強度、質輕新型材料如雨后春筍般出現！蛟龍號深潛器就為我中華揚眉吐氣了！我記得有一種深海作業能源發生器就是利用了深水壓強能量，用一個空氣儲藏器，到達深水后拔了插銷，深水壓強能量壓縮空氣，驅動深海作業工具。壓縮空氣用完只好再換另一個。深水壓強靜態流體能量用初中物理原理解釋：是一種特殊的重力勢能。用另一種觀點解釋：是靜態水的流體內能。由此可見要深水壓強靜態流體能量源源不斷地為人們提供持續穩定、取之不盡用之不竭的永動能量。能量持續穩定、取之不盡用之不竭不難，難在要源源不斷地提供能量！隨著流體力學理論的發展。各種新學科、新技術如：引射升、射流、渦旋增壓、渦旋減壓、水，大氣，氣體各種流體壓強間的互相轉換、能量儲藏等的出現，融合貫通使深水壓強能量應用如虎添翼。進水適用帕斯卡定律、渦旋增壓、排水利用水，大氣，氣體各種流體壓強間的互相轉換不再適用帕斯卡定律，能量儲藏、射流、引射升、渦旋減壓等更使利用深水壓強靜態流體能量為人們源源不斷地提供持續穩定、取之不盡用之不竭能量的夢想成真！
