第一篇：流體力學(xué)教學(xué)中的幾點體會

流體力學(xué)教學(xué)中的幾點體會

摘 要 流體力學(xué)理論性較強，內(nèi)容也相對比較抽象，是學(xué)生公認(rèn)的比較難學(xué)課程之一，也是教師認(rèn)為比較難講的課程。結(jié)合教學(xué)實踐，總結(jié)流體力學(xué)教學(xué)的幾點體會，供從事本課程教學(xué)的人員參考。

關(guān)鍵詞 流體力學(xué)；多媒體；實用技能

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）12-0117-02

前言

流體力學(xué)是工科院校能源動力工程、機械工程、土木工程、礦業(yè)工程、水利工程類等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，對各類技術(shù)人才的培養(yǎng)起著重要作用[1]。講好課難，講好流體力學(xué)課更難，主要由于流體力學(xué)的抽象概念比較多和對高等數(shù)學(xué)要求較高，抽象概念的講解與數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)容易導(dǎo)致課堂教學(xué)枯燥無味[2]。

講課是一門科學(xué)，也可以說是一門藝術(shù)。要想講好大學(xué)里的課程，教師不僅要有寬廣的科學(xué)知識和深厚的專業(yè)知識，還要具備靈活運用教學(xué)方法的技巧[2]。根據(jù)近幾年講授流體力學(xué)課程的實踐，有下面幾點體會。流體力學(xué)教學(xué)的幾點體會

上課前的充分準(zhǔn)備 要想講好素有“留級力學(xué)”之“美譽”的流體力學(xué)，上課前的準(zhǔn)備尤為重要，包括教師和學(xué)生兩方面的準(zhǔn)備。

教師的準(zhǔn)備首先是要選擇優(yōu)秀的、適合所教專業(yè)的流體力學(xué)教材。流體力學(xué)教材可謂琳瑯滿目，種類繁多。其次要仔細(xì)研讀課程教學(xué)大綱，教師先要掌握大綱要求，并根據(jù)大綱要求有針對性地對教材內(nèi)容進(jìn)行選擇，對重點、難點進(jìn)行分析取舍。應(yīng)該讓學(xué)生在學(xué)完每章后明確哪些內(nèi)容該掌握？重點、難點是什么？學(xué)完之后需要達(dá)到什么樣的要求？這一切均應(yīng)設(shè)身處地站在學(xué)生角度考慮[2]。

學(xué)生的準(zhǔn)備主要就是課前的預(yù)習(xí)。流體力學(xué)的學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí)很重要，這是由流體力學(xué)的特點決定的。流體力學(xué)中應(yīng)用到不少數(shù)學(xué)知識，不提前預(yù)習(xí)，就更不容易掌握。教師應(yīng)在每節(jié)課結(jié)束時提醒大家要預(yù)習(xí)的課本與教學(xué)的內(nèi)容。

此外，筆者認(rèn)為，教師講課過程中還應(yīng)參閱大量與本專業(yè)相關(guān)的專業(yè)書籍，了解流體力學(xué)在該專業(yè)課程體系中的地位與作用，后續(xù)課程中哪些地方要用到流體力學(xué)中哪些內(nèi)容，以便更好地為專業(yè)課的學(xué)習(xí)服務(wù)。教師在做好充分準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生已有的知識和接受能力編寫講稿?？傊虒W(xué)的教與學(xué)是一體的，教學(xué)就像打仗一樣，要“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”。

教學(xué)中應(yīng)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性 流體力學(xué)因在20世紀(jì)五六十年代對航空航天事業(yè)的巨大推動而備受關(guān)注。近年來，很多學(xué)生認(rèn)為這門學(xué)科已是明日黃花、過時的“寵兒”，輝煌不再，加之又難，枯燥無味，引不起學(xué)習(xí)興趣。興趣是最好的老師，為了使學(xué)生學(xué)好這門課程，必須要提高他們的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性[3]。

首先，應(yīng)上好“緒論”課，“緒論”課的教學(xué)不容忽視?！熬w論”是流體力學(xué)課程的第一部分內(nèi)容，是學(xué)生了解該課程的窗口?！熬w論”課上得好壞，對于整個課程教學(xué)的成功與否至關(guān)重要[4]。在“緒論”課上應(yīng)該多花費一點兒時間列舉日常生活及生產(chǎn)實踐中流體力學(xué)的應(yīng)用，要是能結(jié)合教師自身或同事承擔(dān)的科研來說明流體力的重要性，則更能激發(fā)大家的學(xué)習(xí)興趣。

其次，在流體力學(xué)教學(xué)過程中，通過重大事件實例教書育人。在流體力學(xué)教學(xué)過程中適當(dāng)?shù)卮┎逯v述一些有關(guān)重大事故、重大事件和重大建設(shè)項目，對于學(xué)生認(rèn)識現(xiàn)在的學(xué)習(xí)與未來工作之間的關(guān)系，提高學(xué)習(xí)的自覺性，培養(yǎng)熱愛專業(yè)的思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)有很大幫助。

如講解靜力學(xué)時，可以結(jié)合一些水庫垮壩事故來講解，如安徽省佛子嶺和磨子潭大壩漫頂、河南省板橋和石漫灘水庫潰壩、吉林省豐滿大壩溢流被嚴(yán)重沖毀等事故給人民生命和財產(chǎn)造成重大損失。事故原因既有設(shè)計上缺陷，又有施工質(zhì)量問題以及運行管理工作薄弱等問題?！跋嚓P(guān)運行管理人員存在經(jīng)驗不足，設(shè)計人員又缺乏足夠?qū)I(yè)技術(shù)知識”，這是發(fā)生事故的普遍原因，學(xué)生將來工作的責(zé)任心和專業(yè)技術(shù)素質(zhì)會關(guān)系到眾多人的生命和財產(chǎn)安全[5]！

如講述機翼升力隨攻角變化，可以結(jié)合1998年華航空難。事故原因：飛機進(jìn)場過高，重飛時收起鼻輪、起落架和襟翼，使阻力突然減小，導(dǎo)致飛機仰角過大，造成失速、左右搖擺和快速下降，離地過低，機尾和后艙先撞地，致使飛機爆炸。這一事件可以結(jié)合機翼升力隨攻角變化（特別是失速現(xiàn)象）來講述，使學(xué)生得以深刻理解空氣動力學(xué)對于航空的重要性[6]。再如美國柯麥爾航空公司第5191次航班在肯塔基州列克星敦墜毀原因：飛機飛錯跑道，跑道過短，飛機達(dá)不到一定的速度，就沒有足夠的升力起飛[7]。

這些事件中都包含流體力學(xué)的道理，只要做流體力學(xué)的有心人，與流體力學(xué)有關(guān)的重大事件還是能收集到不少的[5]。把收集到的事件引入課堂、豐富課堂，可以更好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

教學(xué)過程中要注重學(xué)生實用技能的培養(yǎng) 流體力學(xué)是一門應(yīng)用性與實驗性很強的學(xué)科，在教學(xué)過程中應(yīng)將理論教學(xué)與實際應(yīng)用結(jié)合起來，比如實驗技能與動手查資料能力的培養(yǎng)。流體力學(xué)中的許多計算中的數(shù)據(jù)是要查找有關(guān)工程手冊和圖表的，教師應(yīng)結(jié)合相應(yīng)部分章節(jié)的內(nèi)容訓(xùn)練學(xué)生查找資料的能力，如查找流體的一些物性參數(shù)、局部阻力系數(shù)以及莫迪圖等數(shù)據(jù)圖表的能力。

流體力學(xué)也是一門實驗學(xué)科，教學(xué)過程中有很多實驗，在實驗條件許可的條件下，應(yīng)當(dāng)盡量讓每位學(xué)生自己動手，掌握常規(guī)儀表的使用方法，了解正確的實驗步驟，觀察實驗現(xiàn)象，通過對該理論的科學(xué)性驗證，加深對定律的理解，以便在今后工作中能正確應(yīng)用。讓學(xué)生做好實驗與實驗總結(jié)，既可以加深學(xué)生對知識的理解，又可以鍛煉動手能力。

在流體力學(xué)教學(xué)中注重傳統(tǒng)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合 雖然流體力學(xué)的教材琳瑯滿目，但其課程體系基本一致，可分為三大塊，即基本理論、基本應(yīng)用和專業(yè)課題[1]。要學(xué)好流體力學(xué)需要具備較強的數(shù)學(xué)微積分、力學(xué)以及物理學(xué)方面的知識。

基本理論模塊部分包括流體力學(xué)的四個基本內(nèi)容，即概念、理論、方程和方法。講解基本概念時，可借助多媒體，上課時加入具體實例，有助于學(xué)生對概念加深理解。例如：在講解流動的分類層流與紊流時，可以通過引入雷諾實驗的多媒體課件，方便學(xué)生清楚理解兩種流動的現(xiàn)象與特點；在講解定常流動時，可以先讓學(xué)生觀察一定常流動現(xiàn)象，然后教師總結(jié)定常流?擁奶卣鰨?這樣可以加深學(xué)生的理解；基本原理公式的推導(dǎo)，可以采用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書，而推導(dǎo)過程中的相關(guān)圖形（如黏性流體的運動方程推導(dǎo)中的微元六面體）和復(fù)雜的公式可以用多媒體顯示，既可節(jié)省時間，也清楚透徹。

在基本應(yīng)用部分，可將實際的工程流動現(xiàn)象通過多媒體課件引入課堂，再通過教師從流體力學(xué)的基本原理角度進(jìn)行分析。如明渠恒定流可選取南水北調(diào)以及三峽工程等著名水利工程為例，先播放展示相關(guān)的視頻、模擬動畫等，引起學(xué)生的興趣和注意力，然后通過板書講解明渠恒定流中的相關(guān)原理與計算。

當(dāng)學(xué)生基本掌握流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本原理以后，具有一定的理解能力，再學(xué)習(xí)專業(yè)方面的課題時，教師可以適當(dāng)增加多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的分量，縮短板書教學(xué)時間，達(dá)到擴大課堂知識信息量，擴大學(xué)生知識面，加深對基本知識的理解。結(jié)語

總之，教無止境，學(xué)無止境，如何搞好流體力學(xué)教學(xué)是一個永恒的話題，也是一個十分廣泛而復(fù)雜的課題。以上只是筆者在教學(xué)過程中的一些體會和認(rèn)識，與同行共勉。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：高爾夫球運動中的流體力學(xué)

高爾夫球運動中的流體力學(xué)

“高爾夫”是GOLF的音譯，由四個英文詞匯的首字母縮寫構(gòu)成。它們分別是：Green，Oxygen，Light，F(xiàn)riendship，意思是“綠色，氧氣，陽光，友誼”，它是一種把享受大自然樂趣、體育鍛煉和游戲集于一身的運動。[1]如今，現(xiàn)代高爾夫球運動已經(jīng)成為貴族運動的代名詞，是中國古代一種名為“捶丸”的球戲演變而來的。高爾夫球的發(fā)展歷史

高爾夫球最早是用木制的，中國的捶丸的“丸”或“俅”是用“瘓木”，即木疙瘩制成。后來，西方改用皮革內(nèi)充以羽毛來縫制。不過這種球有一個大缺點，就是當(dāng)球被打入水中或被露水粘濕時，重量會增加。[2]直到1845年，開始改用橡膠或塑膠壓制而成的光滑圓球，這種球優(yōu)點是不會因為被水濕了而大大加重，但是球飛行的距離卻大為縮短。

后來，人們發(fā)現(xiàn)，用舊了的有劃痕的高爾夫球，反而可以打得更遠(yuǎn)。為什么表面粗糙了，飛行反而遠(yuǎn)了呢？這里面大有學(xué)問。

早在1910年，著名物理學(xué)家J.J.Thomson就發(fā)表了這方面的研究論文[3]，相繼的研究工作導(dǎo)致了為讓球飛得更遠(yuǎn)，在球的表面上采用了布滿小凹痕的設(shè)計。事實上一個表面光滑的球，職業(yè)選手擊出后的飛行距離，大約只是布滿凹痕球的一半。粗糙的表面可降低空氣阻力的道理涉及“邊界層”的概念。邊界層理論

邊界層理論的基本想法是，在黏性系數(shù)很小的情形，可將整個流場分做兩部分處理，黏性只表現(xiàn)在附著于物體表面上的邊界層內(nèi)；從表面向外，邊界層中氣流的速度從零逐漸加大到與外部氣體流速相同，不同速度層間存在摩擦損耗，對于邊界層以外的流體，則完全略去黏性力的影響，用理想流體的理論處理，并將得到的解作為邊界層外緣的邊條件，這樣整個問題可得到解決，邊界層的厚度??dRe12，其中d為球的直徑。高爾夫球效應(yīng)的原理

物體或高爾夫球在空氣中飛行，最早空氣被想象為沒有黏性的，或者說是沒有摩擦的。這時流過物體表面的流體質(zhì)點和物體表面質(zhì)點的速度可以不同，它們之間是有正壓力卻沒有切向力，這就好像把重物體在另一物體的水平面上拖著走時沒有阻力一樣。人們把這種沒有黏性的流體稱為理想流體。按理說，在理想流體中飛行的物體是沒有阻力的，在地面上的拋體，即使是拋一根稻草，它的飛行距離可以和扔石頭一樣遠(yuǎn)。不過這和實際觀察到的現(xiàn)象完全不符合，物體在空氣中飛行時的阻力是絕對不可忽略的。最早認(rèn)識到這個矛盾的是法國學(xué)者達(dá)朗伯爾，所以這個矛盾也被稱為“達(dá)朗伯爾佯謬”。[4]

由于空氣阻力的作用，按說應(yīng)該是光滑的物體受到的空氣阻力小才對，不過流體作用在運動物體上的阻力還要復(fù)雜一些，除了上面的這種由流體的黏性引起的阻力外，還有一種由于流場改變所產(chǎn)生的阻力，即壓差阻力。而且在物體運動速度較快時，這種阻力會占阻力的大部分。原來當(dāng)物體快速飛行時，在物體前面和后面產(chǎn)生了很大的壓差，即前面的壓力大，后面的壓力小。

圖1（a）給出了在完全略去空氣的黏性并將其視為理想流體時，球周圍流線的截面圖。這里為簡單起見，將流線直觀地理解為一小塊空氣所走的路徑。準(zhǔn)確地講，在這種意義下得到的是流體的跡線，表達(dá)同一時刻空間各點流速的方向的流線和跡線，僅在定常流動，即流動情況不隨時間改變時才是相同的。對于圖中i,j兩條平行等距的相鄰流線，在接近球體A點（流體力學(xué)中習(xí)慣稱之為駐點）時，間距開始縮小，在B點處間距最小，其后逐漸加大，恢復(fù)到平行等距。在定常流動情形，單位時間流過相鄰流線間任一截面的流體質(zhì)量總是相等的。由此可以知道，從接近球的前端A點到球的頂端B點或底部D點，氣流是加速的，氣流進(jìn)而向C點流動，此時是減速的。按照伯努利方程，A、C兩點處氣體壓強要比B、D兩點高，但是從對稱性的考慮，在氣流中的球體感受到的凈壓強為零，沒有阻力作用在球上。

圖1（b）是球體表面有邊界層存在的情形，在圖中邊界層用虛線畫出。從A到B，和圖1（a）一樣，邊界層和外部氣流都是加速的，盡管邊界層中存在黏性摩擦導(dǎo)致的能量損耗，傾向于使層內(nèi)的流體減速，但由于A點壓強高于B點，在壓強差的推動下，邊界層氣流會沿球面前進(jìn)。從B到C情況則不同，此時壓強是增加的，邊界層失去了推動力，無法到達(dá)C點，而是在S點（流體力學(xué)中稱之為分離點）處和球面分離。分離后的氣流是不規(guī)則的，形成處于湍流狀態(tài)的尾流。氣流速度進(jìn)一步增加，邊界層中摩擦損耗更大，邊界層和球面的分離發(fā)生得更早，因而有更寬的尾流。

上述邊界層和球面發(fā)生分離，存在尾流的狀態(tài)，是球在飛行中所受阻力的主要來源，因為此時球前后端之間存在壓強差，A點附近氣體的壓強要大于分離點間的壓強，氣流在流動方向上對球有作用力，流體力學(xué)稱之為壓強阻力或形狀阻力。此外，邊界層內(nèi)的黏性摩擦也會導(dǎo)致能量的損失，產(chǎn)生摩擦阻力，這兩種力合在一起構(gòu)成對球運動的總阻力。

圖1 飛行中的高爾夫球示意圖 光滑的球由于這種邊界層分離得早，形成的前后壓差阻力就很大，所以高爾夫球在由皮革改用塑膠后飛行距離便大大縮短了。為此人們不得不把高爾夫球做成麻臉的，即表面布滿了圓形的小坑。大多數(shù)高爾夫球有300—500個凹坑,坑深約為0.025mm。高爾夫球飛行的前方有一高壓區(qū)，氣流在球表面形成薄薄的邊界層，空氣流經(jīng)球的后方時，邊界層與球體分離，在球的后方產(chǎn)生一個湍流尾流區(qū)。湍流的擾動導(dǎo)致球體后區(qū)壓力較低，尾流區(qū)越大，壓力就越小，對球的阻力就越大。光滑球面的界面層容易剝離而產(chǎn)生大的尾流區(qū)，凹坑使空氣形成的邊界層緊貼球的表面，使平滑的氣流順著球形多往后走一些，減小尾流區(qū)，增加球后方的壓力，使球飛得較遠(yuǎn)。

麻臉的高爾夫球有小坑，飛行時，小坑附近產(chǎn)生了一些小的漩渦，由于這些小漩渦的吸力，球體表面附近的流體分子被漩渦吸引，邊界層的分離點就推后許多。這時，在高爾夫球后面所形成的漩渦區(qū)便比光滑的球所形成的漩渦區(qū)小很多，[5]從而使得前后壓差所形成的阻力大為減小，同時球體升力會增加。圖2形象地顯示了流體流經(jīng)光滑球體與高爾夫球表面時的情況。Jin choi[6]等對高爾夫球進(jìn)行實驗研究，發(fā)現(xiàn)小凹坑引起氣流剪切層的不穩(wěn)定，可使局部分離的氣流具有較大的動量重新附著在球體表面，同時具備了克服較強逆壓梯度的能力，推遲了流動分離，使阻力減小。

圖2 流體流過光滑球體和高爾夫球面 流體力學(xué)與高爾夫球

最早給高爾夫球的運動從流體力學(xué)的角度進(jìn)行嚴(yán)格實驗和分析的是英國愛丁堡大學(xué)的自然哲學(xué)教授泰特（P.G.Tait，1831~1901）。他從1778年開始系統(tǒng)地進(jìn)行高爾夫球運動的實驗。并且就“球狀拋體的飛行路徑”為題在1893年和1896年分別發(fā)表了兩篇論文，系統(tǒng)闡述了他對于高爾夫球在旋轉(zhuǎn)和空氣阻力下的路徑的理論結(jié)果。高爾夫球在旋轉(zhuǎn)時，會往上“漂”或會往下“鉆”，就是由于流體對高爾夫球的作用力的緣敵。

從流體力學(xué)的知識我們知道，物體在流體中以速度v運動時，它所受的阻力

f?1?kSv2 2其中，ρ是流體的密度；S是物體的截面積；k是一個依賴于物體形狀的系數(shù)，在速度相對于流體中的聲速很小的情形下是與速度無關(guān)的常數(shù)。

流體流過物體表面時，所受到的阻力是由流體沿物體表面流動所引起的切向應(yīng)力和壓力差造成的，故阻力可分為摩擦阻力和壓差阻力兩種。摩擦阻力是指作用在物體表面上的切向力在來流方向上的投影的總和，是粘性直接作用的結(jié)果。壓差阻力是指作用在物體表面上的壓力在來流方向上的投影的總和，是粘性間接作用的結(jié)果。壓差阻力的大小與物體的形狀有很大的關(guān)系，故又稱為形狀阻力。摩擦阻力和壓差阻力的和構(gòu)成物體所受的總阻力。

參考文獻(xiàn)

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第三篇：流體力學(xué)教學(xué)實踐探討論文

[論文摘要]論文結(jié)合教學(xué)實踐，提出了以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主、以現(xiàn)代化教學(xué)手段為輔的教學(xué)方法。結(jié)合實例講清楚基本概念，夠用為度重點突出理論公式的應(yīng)用是常規(guī)教學(xué)應(yīng)遵循的模式，并與多媒體輔助教學(xué)手段有機地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，達(dá)到提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

[論文關(guān)鍵詞]流體力學(xué) 教學(xué)實踐 傳統(tǒng)教學(xué) 多媒體技術(shù) 教學(xué)質(zhì)量

一、前言

《流體力學(xué)》是研究流體所遵循的宏觀運動規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué)，它建立在現(xiàn)場觀測、實驗室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計算基礎(chǔ)上，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撔?、原理的抽象性、概念多、方程推?dǎo)繁雜等特點，對學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)知識及綜合分析與處理問題能力的要求較高，因而大部分學(xué)生覺得該課程抽象、枯燥、難懂，普遍缺乏對流體力學(xué)理論的感性認(rèn)識，都有某種程度的畏懼感，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難懂成為較普遍的現(xiàn)象。

我校機械設(shè)計制造及自動化、過程裝備與控制工程、土木工程、安全工程、采礦工程、環(huán)境工程、礦物加工工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、工程力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生都須具備不同程度的流體力學(xué)知識和技能，它是各專業(yè)后續(xù)課程如：液壓傳動、水力學(xué)、流體機械、空氣調(diào)節(jié)、傳熱學(xué)等課程的基礎(chǔ)。

為此，作者通過教學(xué)實踐，就多樣化的教學(xué)方法、更新的教學(xué)內(nèi)容、引入高科技的教學(xué)手段等方面進(jìn)行探討，以期提高《流體力學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量。

二、以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主

《流體力學(xué)》的課程體系分為基本理論、基本應(yīng)用和專門課題三大知識模塊，它要求學(xué)生具備扎實的微積分知識、力學(xué)知識等。學(xué)生在接觸流體力學(xué)課程伊始，對抽象的理論理解速度慢，對枯燥的公式及其推導(dǎo)過程容易厭煩，因而《流體力學(xué)》的教學(xué)應(yīng)該以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主。因為在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，學(xué)生獲取知識主要是聽教師講課，通過板書教師細(xì)致耐心地闡述概念、推導(dǎo)公式、突出重點、強調(diào)難點，以學(xué)生容易接受的講課速度，留給學(xué)生更多的思考和消化的時間，再配合上教師的表情、手勢、師生之間的互動，會達(dá)到很好的教學(xué)效果。

(一)結(jié)合實例，講清楚基本概念

流體力學(xué)的概念多、現(xiàn)象多，且很多概念和現(xiàn)象比較抽象，難以理解，諸如：拉格朗日法、歐拉法、流線、跡線、邊界層等。因而利用身邊的實例對這些抽象的概念進(jìn)行講解，例如在講授描述流體運動的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時，學(xué)生們很難理解。為了將概念通俗化，上課時筆者以城市公共交通部門統(tǒng)計客運量所采用兩種方法為例：①在每一輛公交車上安排記錄員，記錄每輛車在不同時刻（站點）上下車人數(shù)，此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點跟蹤，它與跡線的定義對應(yīng)；②在每一公交站點安排記錄員，記錄不同時刻經(jīng)過該站點車輛的上下車人數(shù)，此法等同于歐拉法，與流線的定義對應(yīng)。

在講解伯努利方程原理的時候，例舉1912年“豪克”號鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號遠(yuǎn)洋輪相撞的船吸現(xiàn)象，讓學(xué)生清楚掌握流體的壓強與它的流速有關(guān)，流速越大，壓強越??；反之亦然。

概念是公式推演的基石，沒有準(zhǔn)確的概念，后續(xù)的公式推演幾乎難以為繼，清晰的概念會使公式的講解和推演變得更加簡易。利用淺顯易懂的生活實例來闡述抽象的概念及其之間的內(nèi)部聯(lián)系和區(qū)別，教師易教、學(xué)生易懂，將會達(dá)到事半功倍的效果。

（二）以用為度，重點突出理論公式的應(yīng)用

伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，是流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)的基礎(chǔ)，始終貫穿著整篇教材。在講解該理論公式的時候，先從容易理解的靜力學(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開始，強調(diào)公式所依據(jù)的原理是牛頓第二定律，假設(shè)條件是平衡、理想、靜止的流體，重點引導(dǎo)學(xué)生如何理解公式各項的幾何意義和物理含義，掌握公式的實際應(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動力學(xué)伯努利方程時，先易后難、循序漸進(jìn)，學(xué)生就覺得不會那么深奧。在講解相對平衡的流體壓強分布規(guī)律時，就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過程，因為它在解決一般平衡流體內(nèi)部的壓強分布規(guī)律及其對固體壁面的作用力問題時非常重要。而對于連續(xù)性方程和動量方程的學(xué)習(xí)，只強調(diào)記住結(jié)論和理解公式中各個物理量的含義。這樣做，有效地避免了大量公式繁瑣的推導(dǎo)給學(xué)生帶來的畏難情緒，也能夠做到以用為度、重點突出。

不可否認(rèn)，依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件、以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)形式單一，教學(xué)手段不先進(jìn)，教學(xué)效率不高，適應(yīng)不了課程教學(xué)學(xué)時少、受教育學(xué)生數(shù)增加的情況。

三、以現(xiàn)代化的教學(xué)手段為輔

當(dāng)前以計算機多媒體技術(shù)為主的現(xiàn)代化教學(xué)手段已經(jīng)普遍地應(yīng)用于高校的教學(xué)中。制作教學(xué)用的視頻、多媒體軟件、電子課件等素材，作為課堂教學(xué)有力的輔助教學(xué)手段，可以在有限的時間內(nèi)，利用圖文并茂的信息傳播方式，將課程內(nèi)容及有關(guān)背景資料以影像、圖片等形式，直觀地傳播給學(xué)習(xí)者，將流體力學(xué)中抽象的概念和理論具體化、形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能夠從感性認(rèn)識開始，逐步上升到理性認(rèn)識，進(jìn)而能夠達(dá)到運用知識解決問題的能力。

結(jié)合流體力學(xué)精品課程的建設(shè)，教學(xué)團(tuán)隊制作了流體力學(xué)多媒體電子教案，并在教學(xué)過程中不斷完善，逐步取得了良好的教學(xué)效果。在設(shè)計與制作多媒體課件時，遵循課堂教學(xué)的基本規(guī)律，既發(fā)揮傳統(tǒng)板書教學(xué)中容易帶動學(xué)生思路、逐條在黑板上書寫的特點，在課件制作中根據(jù)講解的進(jìn)度逐條展現(xiàn)公式條目等內(nèi)容，同時又將難以理解、難以用語言描述的拉格朗日法和歐拉法、流線、邊界層和紊流等抽象概念和流動現(xiàn)象，以多媒體的方式在課堂上直觀地呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生建立清晰的印象。教學(xué)團(tuán)隊收集、制作了大量的多媒體素材，例如在講解雷諾判據(jù)的時候，制作了雷諾實驗的FLIASH素材，以動畫的形式向?qū)W生展示了流體流動的兩種不同狀態(tài)，以及流態(tài)判據(jù)—雷諾數(shù)與流動速度、管徑、流體種類有關(guān)系。運用多媒體輔助手段表達(dá)后，能夠幫助學(xué)生很好地理解課程的重、難點，提高教學(xué)效率。利用多媒體技術(shù)，還可以制作需占用大量時間板書和不易通過板書表述的內(nèi)容，提高了教學(xué)效率。

多媒體教學(xué)的內(nèi)容一定要做到提綱挈領(lǐng)、重點突出，有所為有所不為。多媒體技術(shù)沒有好壞之分，只有合理使用與不當(dāng)使用之別。但是實踐應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)有的教師完全拋棄以往的黑板式教學(xué)模式，離開多媒體手段就上不了課；有的教師將教材內(nèi)容全部照搬到了課件中，自己就成了的幻燈片放映員，“照機宣科”；有的教師制作的多媒體課件過分追求課件的美觀性，界面過于華麗，淡化了教學(xué)重點；也有的教師忽略學(xué)生對課件內(nèi)容理解消化的時間，致使學(xué)生的思維跟不上教師講解的速度，降低了教學(xué)效果。上述現(xiàn)象將會造成一種新形式的“滿堂灌”，只不過是由“人灌”變成“機灌”而已。

四、總結(jié)

流體力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)教學(xué)模式能夠?qū)⑶昂笾R貫通，突出重點，化煩就簡、引入實例形象闡述概念原理，促進(jìn)知識的系統(tǒng)化進(jìn)程；多媒體教學(xué)能將難于理解的知識通過圖文、音像生動地顯現(xiàn)出來，幫助學(xué)生理解性記憶。借助于先進(jìn)的教學(xué)手段，將多媒體輔助教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，才能提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量。以上是筆者在流體力學(xué)教學(xué)實踐中的體會，愿與同行共同切磋。

基金項目：2009年安徽省教育廳《流體力學(xué)》精品課程

[參考文獻(xiàn)]

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第四篇：流體力學(xué)課件

流體力學(xué)是力學(xué)的一個分支，主要研究在各種力的作用下，流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運動狀態(tài)以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動規(guī)律。下面小編給大家?guī)砹黧w力學(xué)課件，歡迎大家閱讀。

流體力學(xué)課件

一、流體的基本特征

1.物質(zhì)的三態(tài)

在地球上，物質(zhì)存在的主要形式有：固體、液體和氣體。

流體和固體的區(qū)別:從力學(xué)分析的意義上看，在于它們對外力抵抗的能力不同。

固體：既能承受壓力，也能承受拉力與抵抗拉伸變形。

流體：只能承受壓力，一般不能承受拉力與抵抗拉伸變形。

液體和氣體的區(qū)別：氣體易于壓縮;而液體難于壓縮;液體有一定的體積，存在一個自由液面;氣體能充滿任意形狀的容器，無一定的體積，不存在自由液面。

液體和氣體的共同點：兩者均具有易流動性，即在任何微小切應(yīng)力作用下都會發(fā)生變形或流動，故二者統(tǒng)稱為流體。

2.流體的連續(xù)介質(zhì)模型

微觀：流體是由大量做無規(guī)則運動的分子組成的，分子之間存在空隙，但在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1cm3液體中含有3.3×1022個左右的分子，相鄰分子間的距離約為3.1×10-8cm。1cm3氣體中含有2.7×1019個左右的分子，相鄰分子間的距離約為3.2×10-7cm。

宏觀：考慮宏觀特性，在流動空間和時間上所采用的一切特征尺度和特征時間都比分子距離和分子碰撞時間大得多。

(1)概念

連續(xù)介質(zhì)(continuum/continuous medium)：質(zhì)點連續(xù)充滿所占空間的流體或固體。

連續(xù)介質(zhì)模型(continuum continuous medium model)：把流體視為沒有間隙地充滿它所占據(jù)的整個空間的一種連續(xù)介質(zhì)，且其所有的物理量都是空間坐標(biāo)和時間的連續(xù)函數(shù)的一種假設(shè)模型：u =u(t,x,y,z)。

(2)優(yōu)點

排除了分子運動的復(fù)雜性。物理量作為時空連續(xù)函數(shù)，則可以利用連續(xù)函數(shù)這一數(shù)學(xué)工具來研究問題。

3.流體的分類

(1)根據(jù)流體受壓體積縮小的性質(zhì)，流體可分為：

可壓縮流體(compressible flow)：流體密度隨壓強變化不能忽略的流體。

不可壓縮流體(incompressible flow)：流體密度隨壓強變化很小，流體的密度可視為常數(shù)的流體。

注：

(a)嚴(yán)格地說，不存在完全不可壓縮的流體。

(b)一般情況下的液體都可視為不可壓縮流體(發(fā)生水擊時除外)。

(c)對于氣體，當(dāng)所受壓強變化相對較小時，可視為不可壓縮流體。

(d)管路中壓降較大時，應(yīng)作為可壓縮流體。

(2)根據(jù)流體是否具有粘性，可分為：

實際流體：指具有粘度的流體，在運動時具有抵抗剪切變形的能力。

理想流體：是指既無粘性又完全不可壓縮流體，在運動時也不能抵抗剪切變形。

二、慣性

一切物質(zhì)都具有質(zhì)量，流體也不例外。質(zhì)量是物質(zhì)的基本屬性之一，是物體慣性大小的量度，質(zhì)量越大，慣性也越大。單位體積流體的質(zhì)量稱為密度(density)，單位：kg/m3。

三、壓縮性

1.壓縮性

流體的可壓縮性(compressibility)：作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化或密度變化，這一現(xiàn)象稱為流體的可壓縮性。壓縮性可用體積壓縮率k來量度。

2.體積壓縮率k

體積壓縮率k(coefficient of volume compressibility)：流體體積的相對縮小值與壓強增值之比，即當(dāng)壓強增大一個單位值時，流體體積的相對減小值。

3.體積模量K

流體的壓縮性在工程上往往用體積模量來表示。體積模量K(bulk modulus of elasticity)是體積壓縮率的倒數(shù)。

k與K隨溫度和壓強而變化，但變化甚微。

說明：a.K越大，越不易被壓縮，當(dāng)K時，表示該流體絕對不可壓縮。

b.流體的種類不同，其k和K值不同。

c.同一種流體的k和K值隨溫度、壓強的變化而變化。

d.在一定溫度和中等壓強下，水的體積模量變化不大

一般工程設(shè)計中，水的K=2×109 Pa，說明Dp =1個大氣壓時。Dp不大的條件下，水的壓縮性可忽略，相應(yīng)的水的密度可視為常數(shù)。

四、粘度

1.粘性

粘性：即在運動的狀態(tài)下，流體所產(chǎn)生的抵抗剪切變形的性質(zhì)。

2.粘度

(1)定義

流體的粘度：粘性大小由粘度來量度。流體的粘度是由流動流體的內(nèi)聚力和分子的動量交換所引起的。

(2)分類

動力粘度：又稱絕對粘度、動力粘性系數(shù)、粘度，是反映流體粘滯性大小的系數(shù)，單位：N"s/m2。

運動粘度ν：又稱相對粘度、運動粘性系數(shù)。

(3)粘度的影響因素

流體粘度的數(shù)值隨流體種類不同而不同，并隨壓強、溫度變化而變化。

1)流體種類。一般地，相同條件下，液體的粘度大于氣體的粘度。

2)壓強。對常見的流體，如水、氣體等，m值隨壓強的變化不大，一般可忽略不計。

3)溫度。是影響粘度的主要因素。當(dāng)溫度升高時，液體的粘度減小，氣體的粘度增加。

a.液體：內(nèi)聚力是產(chǎn)生粘度的主要因素，當(dāng)溫度升高，分子間距離增大，吸引力減小，因而使剪切變形速度所產(chǎn)生的切應(yīng)力減小，所以m值減小。

b.氣體：氣體分子間距離大，內(nèi)聚力很小，所以粘度主要是由氣體分子運動動量交換的結(jié)果所引起的。溫度升高，分子運動加快，動量交換頻繁，所以粘度增加。

3.牛頓內(nèi)摩擦定律

a.牛頓內(nèi)摩擦定律： 液體運動時，相鄰液層間所產(chǎn)生的切應(yīng)力與剪切變形的速率成正比。

說明：

1)流體的切應(yīng)力與剪切變形速率，或角變形率成正比。——區(qū)別于固體的重要特性:固體的切應(yīng)力與角變形的大小成正比。

2)流體的切應(yīng)力與動力粘度m成正比。

3)對于平衡流體du /dy =0，對于理想流體m=0，所以均不產(chǎn)生切應(yīng)力，即t =0。

b.牛頓平板實驗與內(nèi)摩擦定律

2.牛頓流體、非牛頓流體

牛頓流體(newtonian fluids)：是指任一點上的剪應(yīng)力都同剪切變形速率呈線性函數(shù)關(guān)系的流體，即遵循牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體。

非牛頓流體：不符合上述條件的均稱為非牛頓流體

第五篇：(流體力學(xué)定義)

流體力學(xué)定義：

研究流體的平衡及運動規(guī)律 流體與固體之間的相互作用規(guī)律 以及流體的機械運動與其它形式的運動之間的相互作用規(guī)律的一門科學(xué)流體特征：

流體具有受到任何微小剪切力都能產(chǎn)生連續(xù)形變的特征 即流體的流動性 不能抵抗拉力和切向力 但能承受壓力流體連續(xù)介質(zhì)模型：

流體由流體質(zhì)點組成 流體質(zhì)點充滿所占空間 流體質(zhì)點之間無任何間隙存在 流體質(zhì)點是微觀上充分大 宏觀上充分小的分子團(tuán)

流體的壓縮性：

在一定溫度下 作用在流體上的壓強增高時流體的體積將減小 這種特性稱為流體的壓縮性 不可壓縮流動與不可壓縮流體： 流體的壓縮性及相應(yīng)的體積彈性模量是隨流體的種類 溫度和壓力而變化的 當(dāng)壓縮性對所研究的流動影響不大 可以忽略不計時 這種流動稱為不可壓縮流動 反之稱為可壓縮流動流體的膨脹性：

在壓強一定的條件下 隨著流體溫度升高 其體積增大的性質(zhì)稱為流體的膨脹性流體的粘性：

粘性是指流體微團(tuán)發(fā)生相對運動時產(chǎn)生切向做功的性質(zhì) 是流體發(fā)生機械能損失的根據(jù)溫度對粘性的影響： 液體隨溫度的升高 液體的粘度減小氣體：隨溫度的升高氣體的粘性增加

實際流體與理想流體： 實際流體具有粘性 因此在流體流動時都產(chǎn)生粘性力 忽略粘性或假定沒有粘性的流體稱為理想流體

作用在流體上的力：1 表面力 包括壓力 切向力 2質(zhì)量力靜力學(xué)：研究流體在靜止?fàn)顟B(tài)下的平衡條件及其內(nèi)部的壓力分布規(guī)律。

靜止流體的壓強特征： 1流體靜壓強方向沿著作用內(nèi)面法線方向，即垂直指向作用面。2靜止流體中任意一點的靜壓強與作用面方位無關(guān)，即在靜止流體中的任意點上，受到來自各個方向的靜壓強大小均相等。壓強的表示方法：絕對壓強 相對壓強 真空壓強

靜力學(xué)基本方程的幾何意義：z 位置水頭 p/ρg 壓強水頭，z +p/ρg 總水頭。

靜力學(xué)基本方程的物理意義： 位置水頭z表示單位重量的流體從某一基準(zhǔn)面算起所有的位置勢能。簡稱比位能。壓強水頭p/pg表示單位重量流體從壓強大為大氣壓強算起所具有的壓強勢能簡稱比壓能

靜止流體作用在壁面上的力總壓力：

靜止流體作用在任意形狀面上的總壓力大小等于平面形心處的壓強乘以該平面的面積。靜止流體作用在曲面上的總壓力的大小和方向：

水平方向：水平方向投影面上所受的力。

垂直方向：壓力體的液重。壓力體：

由液體的自由表面（或其延伸面）承受壓力的曲面和由該曲面的邊線向上垂直引伸到自由液面（或其延伸面）的各個表面所圍成的體積。它是為求靜止流體作用在曲面上的力的垂直分量 拉格朗日法：

著眼于流體質(zhì)點本身的運動情況，考察流體質(zhì)點運動的全過程，所以又稱跟蹤法。歐拉法：

著眼于流場的某個固定位置 觀察不同流體質(zhì)點流經(jīng)該位置時的參數(shù)變化情況。又稱站崗法。跡線：

同一流體質(zhì)點在一段時間內(nèi)的運動軌跡線稱為跡線。流線：

某一瞬時，在流場中畫出由不同流體質(zhì)點組成的空間曲線，該曲線上任一點的切線方向與流體在該點的速度方向一致，這條曲線即為流線。

流管：在流場中任取一條不是流線的封閉曲線L 過曲線上各點做流線，由這些流線圍成的一個管狀曲面 稱為流管。

流束：流管內(nèi)全部流體的總和，稱為流束。

有效斷面： 在流束或總流中，與所有流線相互垂直的斷面稱為有效斷面。濕周 水力半徑 緩變流和急變流：

緩變流是指流場中流線之間夾角較小和流線曲率半徑比較大的流動。不同時具備上面兩個條件的流動稱為急變流 流函數(shù)的性質(zhì)： 1等流函數(shù)線為流線

2平面流動中任意兩條流線間的流函數(shù)差值等于兩條流線間的單寬流量

層流 流體呈層狀流,層與層之間不相摻混

湍流 流體質(zhì)點邊撞擊邊摻混邊流動

邊界層（附面層）：流體固壁附近的一個很薄的粘性流體流動層，在此薄層內(nèi)流體速度梯度很大，薄層外流體速度梯度很小 粘性底層：

貼近壁面處厚度極薄的流體層，在這一層中，受壁面的制約 流動仍保持為粘性層流狀態(tài)過渡區(qū)：

在粘性底層外有一個由粘性底層向湍流區(qū)發(fā)展的過渡層湍流區(qū)：

在距壁面稍遠(yuǎn)處 流動為充分發(fā)展的湍流狀態(tài) 此區(qū)域稱為湍流區(qū)

水力光滑管: 當(dāng)雷諾數(shù)較小時，近壁處粘性底層完全掩蓋住管壁粗糙突起,此時粗糙度對湍流不起作用.水力粗糙管: 隨著雷諾數(shù)增加,當(dāng)管壁突起完全暴露在湍流區(qū)時形成粗糙管.幾何相似；

指原型流動與模型流動的空間及邊界對應(yīng)的幾何尺寸稱比例運動相似

指原型和模型兩個流場的空間和邊界所對點上的速度方向相同 大小成比例動力相似

指原型和模型兩個流場對應(yīng)點上的各種同類力方向相同 大小成比例

歐拉數(shù)物理意義 壓力與慣性力的比值

雷諾數(shù)物理意義 慣性力與粘性力的比值 局部阻力產(chǎn)生的原因

1流動中流速的重新分布 2在漩渦中粘性力做功3流體中質(zhì)點相互摻混 撞擊引起的變化 減小局部損失的措施:減少沿程損失.1.減小管道長度L.2.合理增大管徑d.3降低管壁當(dāng)量粗糙度.4.盡可能采用圓管.5.降低系統(tǒng)粘度

壓力管路: 凡是液體充滿全管,并在一定壓差下流動的管路成為壓力管路

長管：指流體沿管路流動時的水頭損失以沿程損失為主 而局部損失和速度水頭二者的總和與沿程阻力相比很小

短管 指流體沿管道流動時局部損失和速度水頭在損失中所占比例較大

串聯(lián)管路:不同管徑的管段逐漸收尾連接而成的管路.并聯(lián)管路:入口端和出口端分別連接在一起的兩條或兩條以上的簡單管路或串聯(lián)管路.串聯(lián)管路各段流量相等 總阻力為各段阻力之和 并聯(lián)管路總流量為各支管流量之和 各支管阻力都相等

水擊現(xiàn)象：

在有壓管路系統(tǒng)中 由于閥門突然關(guān)閉或開啟（或其它原因）使管內(nèi)流速發(fā)生突然變化 從而引起管內(nèi)壓力急劇交替升降的現(xiàn)象稱為水擊現(xiàn)象 水擊波的傳播過程: 1.當(dāng)閥門關(guān)閉后t=1/c時刻水擊壓力波傳至管路入口處.此時管路中液體全部收到壓縮.并停止了流動.同時整個管壁受壓膨脹.此過程為減速增壓過程.2.當(dāng)t=2/c時管內(nèi)壓力全部恢復(fù)到起始壓力.并以U速度倒流.同時管壁全部恢復(fù)原狀.3.當(dāng)閥門關(guān)閉后t=3/c時.減壓波傳到管道入口處.主管內(nèi)流體處于低壓靜止?fàn)顟B(tài),管壁處于收縮狀態(tài).4.在t=4/c時,不平衡斷面一次以速度C傳到閥門處.而此時正是第一個過程的開始.水擊: 由于某種原因引起管內(nèi)液體流速突然變化,例如迅速開關(guān)閥門.突然停泵等.都會引起管內(nèi)壓力突然變化.這種現(xiàn)象叫管路中的水擊減小水擊的措施:

1適當(dāng)延長閥門開閉時間 2縮短受水擊影響的管道長度來降低水擊壓力

3減小閥門關(guān)閉前管道中流速以減小水擊壓力

4在管路適當(dāng)位置上設(shè)置蓄能器,以吸收壓能.減小水擊壓力 5水擊壓力與水擊壓力波傳播速度有關(guān) 減小水擊壓力波速度就能減小水擊壓力流體質(zhì)點：宏觀上充分小，微觀上充分大的分之團(tuán)

流體的運動方式：

1、平移運動

2、旋轉(zhuǎn)運動

3、變形運動（線變形和角變形）

控制體：對于流體可用流道中連續(xù)流動的流體的某一定界來推導(dǎo)，則這個界區(qū)叫做控制體。等壓面 在一種連續(xù)的靜止流體中 靜壓力相等的各點組成的面 性質(zhì)1等壓面就是等勢面2作用在靜止流體中的任一點的質(zhì)量力與通過該點的等壓面垂直3兩互不相混的流體處于平衡狀態(tài)時他們的分界面是等壓面 不可壓縮流體：在流動過程中密度不變的流體為不可壓縮流體 為什么要減小水擊；水擊現(xiàn)象的出現(xiàn)將影響管路系統(tǒng)的正常運動和水泵的正常運轉(zhuǎn) 造成管壁和關(guān)鍵的破裂