流体力学的原理第1篇

关键词：旋转水流 冲击力 压缩水波 岩破机理

一、旋转高压水射流破岩原理

当高压水射流作用于物体表面时可破坏材料的结构，大多是由水射流的冲击力、水楔作用、水射流脉冲负荷引起的破坏作用及空气蚀破坏作用。

旋转的水射流让射流介质得到离心力并向四周扩散，比一般水射流的扩散角大得多，对应射程就小，紊流强度也大。旋转射流的扩散角大于一般射流的扩散角，从而促进了周围介质与射流介质的物质和能量互换。由于射流离心力的作用，使得射流的压强分布规律发生了改变，从而射流边界沿径向至射流轴线的压强降低。

二、水射流对岩石材料的冲击力

我们用质点或刚体碰撞来分析旋转水射流对岩石材料的冲击力，因为刚体和质点均不变形，则碰撞前后动量守恒，总能量也守恒。相互碰撞后立即分开，接触时间为零，水射流对岩石表面的总冲击力：，式中：q为水射流体积流量，v为水射流流速，β为水射流方向变化的角度，触及岩石表面瞬时为旋转射流的扩散角，旋转射流的扩散角要比直射流大得多；当β=180°时，为理论最大值：，式中d为喷嘴直径，p为射流压力。

由于射流流体是非刚体，发生碰撞时进行切割的水射流冲击压力超过材料强度。有弹性变形和塑性变形，冲击压力一定大时还会产生流体动力学。这时冲击材料不再有刚性，只有压缩流体性质，材料在冲击压缩过程中破碎，能量消耗。变形发生的情况下的冲击力远大于实际冲击力。

三、压缩水波对岩石材料的破坏作用

拉应力是对岩石材料破坏的主要作用，在横向裂纹、锥状裂纹和径向裂纹中表现。当水射流与综合体碰撞时均发生压缩变形，部分动能转变为应变能，射流不能立刻与综合体脱离接触，而在射流及综合体弹性恢复力作用下，射流才能离开，从而在射流与综合体之间产生了压缩波即纵波，而在接触区域以外的介质中还将产生横波，波在传播至两种交接面时，一部分透射，而另一部分反射，折射使材料产生拉伸。岩石和水泥都是抗拉强度很低的材料，受拉伸作用而破坏。另外，在射流工作压力很高，射流速度也很高时，产生的压力超过材料抗压强度很多倍，也可能由于压缩水波而破坏，即发生侵彻过程。因此由水射流撞击体表面产生的应力波是岩石破坏的主要因素。

设旋转水射流束的声速为cs，密度为ρs。假设声波在射流中传播没有能量损失；静态压强ps、静态密度ρs都是常数；声波传播时不产生热交换；是小振幅声波的传播，静态压强ps略大于声压p，声速cs略大于质点速度u，声波波长略大于质点位移。则有水射流波动的基本方程如下。

运动方程：连续方程：物理方程：

式中：x为传播方向，P为射流压强，ρ为射流密度。由于是小振幅声波射流的传播，基本方程简化为：式中：u为质点速度，p为声压，ρ’为密度增量。从式中消去ρ’，得：

此两方程的解为：

式中：Pi，Pr，Ui，Ur为积分常数，代表声压和速度的振幅，ω为声波振动的圆频率，为波数。

当旋转水射流中的声速到达岩石表面时，将产生透射与反射。设旋转水射流和岩石的特性阻抗分别为Rp=ρpcp，Rs=ρscs （ρp，cp分别为岩石的密度和声速）。

入射波：

反射波：

透射波：

式中：

在分界面处声压连续，质点速度连续，即：

因此得到：

所以透射波声压和质点速度幅值分别见上式。

透射波在岩石中传播的质点速度为：

由波动引起的应变为：

波动引起的正应力为：

式中：λ，G为岩石的Lame常数。

波动引起的最大正应力为：

流体力学的原理第2篇

关键词：化工原理；非化工类专业；探究式教学

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.008

1 引言

化工原理是化工及其相关专业的一门主要的专业基础课，它是综合运用数学、物理、化学等基础知识，分析和解决化工及其相关类型生产中各种物理过程问题的工程学科[1]。化工原理课程是一门实验和计算相结合的学科，具有很强的工程背景。本课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，化工原理教学水平的高低对化工及其相关专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。

但是，化工原理具有内容多、计算多、内容枯燥、抽象、工程性强等特点，因此学生学习兴趣不高，特别是农科院校的学生，大多数学生由于理学基础较差会很头疼上这样的课。究其原因主要是传统的理论传授式教学模式主张学生的被动接受，学生上课注意力很难集中，教学效果差。因此，有必要对现有的教学方式进行改革，以激发学生学习化工原理课程的积极性和主动性，并提高其应用化工原理知识解决学习和生产中遇到的实际问题的能力。

探究式教学模式目前被广泛认为是最科学的教学模式，其指导思想是在教师的指导下，以学生为主体，让学生自觉地、主动地探索，以掌握认识和解决问题的方法和步骤，研究客观事物的属性，发现事物发展的起因和事物内部的联系，从中找出规律，形成自己的知识体系。[2]目前，探究式教学在高等教育中主要应用于数据库原理[3]、生物化学[4]、力学[5]、电工学[6]、生物材料[2]等理论科目，以及大学化学等实验科目的教学当中。目前没有发现将探究式教学引入化工原理教学中的研究。为了提高教学质量我们首次将探究式教学方法引入到化工原理教学中。

2 实施方法

仅仅通过看、听这类输入式的方式接受知识一方面比较枯燥，另一方面接受起来也比较困难，我们提倡的探究式教学方式是一种让学生充分的参与到问题的发现、研究直到解决的全过程中的教学方式。这种教学方式充分调动学生视觉、触觉、听觉甚至味觉来感觉所涉及的问题或现象，并通过充分的思考来积极解决这些问题。这样学生不仅能够更好的掌握知识还能体会的科学的魅力，从而爱上这门学科。下面我们以牛顿粘性定律以及牛顿型流体与非牛顿型流体的区别为例来讨论探究式教学的具体实施方法。

传统的教学方式中我们讲到这个问题的时候会很呆板的讲“运动着的流体内部相邻两流体层间的作用力，又称为粘滞力或粘性摩擦力。由于粘滞力的存在使得流体在垂直于流动方向上速度存在梯度。实验表明，两流体层之间的摩擦力τ与垂直于流动方向上的速度梯度成正比，即。式中μ称为粘性系数，或动力粘度，简称粘度。一类在流动中形成的剪应力与速率梯度的关系完全符合牛顿粘性定律的流体是牛顿型流体，如水、空气等。但工业中还有多种流体。如泥浆、某些高分子溶液、悬浮液等，并不服从牛顿粘性定律，这类流体称为非牛顿型流体。”学生听完后往往一片茫然，觉得毫无趣味而言。但是如果以探究式的方式来与学生一起讨论这个问题那么学生，那么学生既能体会到科学的趣味又能有所得。

同样的课程内容我们可以这样进行：老师多提问一些问题，比如“河中心的水流动速度快还是河边的水流动速度快呢？”，“流体流动阻力的大小与流速有没有什么关系呢？”，让学生充分的思考，并在此过程中解决学生提出的问题，最后总结“这些问题的答案牛顿曾经也不知道，但他努力去做研究，最终发现：两流层之间单位面积上的内摩擦力τ与垂直于流动方向上的速度梯度成正比，即。于是，人们把这一发现称为牛顿粘性定律。

接着继续提问：“这个定律是不是对于所有的流体都适用呢？”这时老师可以拿番茄酱及玉米糊做实验，看看什么情况下番茄酱会流出来，什么情况下玉米糊会固化，从而引出非牛顿流体的概念，并带领学生探讨流体流动性与流体受力之间的关系。经过研究学生会发现这是一个非常有趣现象，有些流体受力流动性会变好，比如番茄酱；而有些流体受力后流动性会变差，比如流沙、玉米糊等。

用类似这样探究式的方法来教学，学生会实时参与到教学中，并能体会到科学的乐趣，课堂气氛非常活跃且学生能更容易掌握所学知识。因此，探究式教学是种非常有效的教学方法。

参考文献：

[1]贾绍义，夏清，吴松海，姜峰.工程案例教学法在化工原理课程教学中的应用[J].化工高等教育，2010（03）：78.

[2]朱建华，崔名芳.大学化学教学中探究式教学与实验课程建设[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2012（29）：156.

[3]陈林，徐化祥.基于探究式的数据库原理课程设计教学研究[J].软件导刊，2012（11）：161.

[4]杨志伟，张玮玮，陈志玲，廖蓟，刘晓晴，万平.生物化学探究式教学的设计和实施[J].生命的化学，2013（33）：105.

[5]傅玲，何新凤.探究式教学在“力学”课程中的实践[J].教法研究，2012（03）：148.

[6]李华，刘素贞，黎霞，毛一之.探究式教学在“电工学”课程中的探索实践[J].电气电子教学学报，2012（09）：71.

流体力学的原理第3篇

从中国科技馆获悉，中国科学院力学研究所研究员、博士生导师、中国科学院院士、力学研究所学术委员会主任李家春日前在中国科技馆开办主题为“身边的流动”的讲座，通过唐代诗人李白和张继的名诗《早发白帝城》和《枫桥夜泊》解释古人观察到的流动现象。探寻日本“3・11”海啸与福岛核泄漏、2011年极端气象灾害和美国航天飞机退役等事件当中的流体力学的原理。

我们身边存在着很多流体现象，也许看不见、摸不着，然而它们就像空气和水，是一种重要的存在，影响着我们的生活。气象灾害、日本海啸、美国航天飞机的退役等均与流体力学有着密切的关系。由此可见，身边的流体现象无处不在。日前，中国科学院力学研究所研究员，博士生导师，中国科学院院士李家春来到了中国科学技术馆与广大市民面对面，为我们详细讲解“身边的流动”。

李家春说，2011年，人们遭遇了众多极端事件：日本海底地震导致海啸和福岛电站核泄漏；澳大利亚飓风、我国干旱与洪水灾害等异常气候问题，而它们的预测、预警都是流体力学的前沿问题。同样是在这一年，美国航天飞机历经30年，共飞行130余次，而后全面退役。在其退役的种种原因中，防热系统不可靠等安全问题，成为流体力学工作者需着力解决的重要课题。

日本海啸与流体有关

“日本‘3・11’地震海啸灾害伤亡惨重，并导致了福岛第一核电站的核泄漏。海啸灾害的发生需要几个条件，其中包括6.5级以上的海底地震、震源深度小于50公里、海底板块垂向运动等。传播到浅海海湾和海滩地区，因水的积聚和涌升而致灾，在夹带杂物以后冲击力更强。利用地震波与海啸传播的速度差，可以预警防灾。”李家春说，“为什么日本这次没有做好呢？原因有两个，一个是震源很近，离海岸线仅133公里，时间差很短；第二在于日本没有预见到九级地震会造成如此大海啸，防波堤设计标准低。如果核电站建在西海岸就要好得多。”

气候异常缘于大气环流非常不规则

2011年气候的异常使人类遭受很多损失。澳大利亚百年难遇的“雅斯”飓风；韩国首尔百年一遇的暴雨；包括北京城区内洪水也相对严重。气候异常究竟缘由何在？李家春对此解释：“由于海陆分布、地形高低、植被覆盖、土壤干湿等因素，还有诸如地球自身的公转和自转、日地关系、太阳活动、火山爆发等自然原因，大气环流是非常不规则的。近百年来，还有温室气体排放等人类活动的干扰，导致全球变暖，大气活动增强，表现为平均值缓慢上升，在平均值上下幅度的变化也增大。”

美国航天飞机退役，因为防热系统没有设计好

美国航天飞机退役原因也是瞩目的焦点之一。我们知道，航天飞机的好处是运送量大，把人和物资运到空间站去，所以人能够长期地在空间站进行科学活动；可以多次往返，似乎可以节省费用；还有一个好处就是回地落点比较准确。李家春说：“航天飞机退役最重要的原因是，防热系统没有设计好，维修费用很高，失事率高。两次失事，一次是挑战者号，一次是哥伦比亚号，牺牲了14个人，这样就不经济、不安全了。所以在2011年的2月、5月、7月，发现号、奋进号和亚特兰蒂斯号最终退役。两架失事，三架放到博物馆。”

诗词里的“流动”

有谁想到古人的诗词中蕴藏着丰富的流体现象呢？在讲座上，李家春先以大家耳熟能详的七言绝句《早发白帝城》为例，“朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。”这首诗将诗人遇赦后愉快的心情以及江山的壮丽多姿融为一体，描写的淋漓尽致，而“轻舟已过万重山”这顺水行舟的流畅轻快则体现出了一种流动现象。

李家春说：“为什么三峡建成前后，船的航速不一样？没建三峡之前可以轻快如飞。三峡工程建成以后，‘高峡出平湖’，流速就大大减缓了。实际上，这是由于河道的比降不同，也就是说水面的坡度不同所致。河水流动的动力，来自于重力沿着底坡的分量，比降大，该分量也大，所以流速也就增加了。”

此外李家春还举出《枫桥夜泊》里的一句“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。”从表意来讲，是说苏州城外的寒山古寺，半夜敲响的钟声传到了诗人的船头。那为什么晚上寒山寺的钟声能传过来？“这里面反映了一个科学原理，”李家春说，“声波在大气当中的折射现象。到了晚上，大气的密度处于稳定层结，上轻下重，这样声音就会全反射回来，而白天的分层情况不同，所以可能听不到钟声。”

延伸阅读

现代流体力学具有先导作用

什么是流体力学？在讲座上李家春通过解答流体和固体的差别、流体的相态以及流体运动的表现形式等问题，说明了流体力学是研究流体介质的对流、扩散，以及相伴的物理、化学、生物过程，导致质量、动量、能量输送的现象。

流体力学既是一门经典学科又是一门现代学科。在17世纪，牛顿基于前人的天文观测和力学实验，发明了微积分，并总结出机械运动三大定律和万有引力定律，发表了著名的《自然哲学的数学原理》一书。由于原理是普适自然与工程各个领域的规律，从而使力学成为自然科学的先导。

自20世纪60年代以来，由于超级计算机、先进测试技术的发展和应用，力学进一步凸显宏微观结合和学科交叉的特征，并进入现代力学发展新阶段。李家春说：“现代流体力学在航空航天、海洋海岸、环境能源、生物医学、材料信息等诸多工程领域都发挥着不可或缺的作用。因此，现代流体力学不仅是一门重要的基础学科，而且在同国家经济、社会发展相关的各个工程技术领域仍具先导作用。”

流体力学的发展历程

流体力学历史悠久，它发展的过程可以分成四个阶段：基于实践经验的古代流体力学，基于严密数学理论的经典流体力学，基于物理洞察力的近代流体力学，以及基于现代高新技术的现代流体力学。

西方的古代力学，最早的有阿基米德的浮力原理和提水机，达・芬奇的扑翼机和降落伞，以及哈根・泊肖叶的管流实验。这些也都是流体力学，而且西方关于定量化的研究做得好，并上升为规律和理论。经典力学则以牛顿力学体系的建立为代表，主要推广到连续介质――就是像水、空气这样的介质。李家春说，经典力学可以得到很多理论公式，但是也面临困难，比如说解决不了飞机的问题。而近代力学靠的是物理思想，在1904年，普朗特在海德堡数学会上提出了边界层理论，解决了阻力和飞机设计问题。如果没有这个理论，到现在为止，我们不可能坐飞机在十几个小时到达纽约。

“中国古代的流体力学有很多好成就和贡献，最重要的一个贡献，就是2000多年前的都江堰水利工程。”李家春说，“鱼嘴分水堤严格控制内外江的水沙量，飞沙堰溢洪道控制洪水量，宝瓶口起着一个水库的作用，这些都是流体力学原理。”

专家答疑

疑问：要解决比如说航天、海洋、能源、环境问题，是用数学模式、物理思想、现代的超级计算机，还是兼而有之？

李家春：关于研究手段，比如气候预报，需要的计算量非常大，单纯靠手算是不现实的。100年以前曾有一位天文学家预测一个天体运动，推导了100多项，后来发现计算错了，结果算了一辈子都白算了，所以没有计算机不行。但是现在有另外一种趋向，就是年轻人不爱学数学、物理，单单学计算机，而且公式不推了，程序也不编了，为什么啊？因为有软件。人家编好程了，他只需要输进去数据，结果就能出来，挺不错啊，就是他不了解里边的含义，错了也没法改，这是不行的。只有学习了数学、物理中基本的知识以后，才能了解算出来东西对还是不对，了解里边的规律是什么，才能做到创新。

疑问：如果某些力学问题解决了，它能够带动哪些技术，解决人类的哪些问题？

李家春：我举个例子――湍流，这是一个百年的难题。湍流是1883年雷诺发现的，实际上在我们周围到处都是，水流里边、大气里边到处是湍流现象。但解决它又非常难，因它是无规则运动。20世纪以来有很大进步，第一条，就是把它的发生原因、转变过程、统计规律以及它的结构弄清楚了，但现在要预测它，对飞行力学、空气阻力、传热这些现象十分重要。另一方面，因为它的尺度非常小，计算机能力还不行，现在十的七次方已经很多了，它可能要算到十的十五次方，现在做不到，所以还要靠大脑的智慧。大家要知道，不必要把所有物质都分辨到原子、分子，这不可能，只有依靠物理思想对小尺度的现象建立模型，进行简化，计算量就大大减少了。所以还要学普朗特的精神。如果这个问题解决了，实现了减阻，每年都能省很多石油，可以把环境污染问题做得更好。

另外，污染处理问题。流水不腐，户枢不蠹。水流动起来了就不会发生污染，这是非常简单的原理。但是处理污染事件时，做环境的人往往只用化学的方法，或者只用生态的方法，而不用流动的办法。实际上处理苏州河的时候，做流体力学就考虑利用潮水涨落把污染物带出去，这能提高效率、节省费用。昆明的滇池到现在为止也没有解决好。所以光靠化学不行，一定要用流体力学原理，利用或产生流动，使得水活起来，污染就可以治理好了。

流体力学的原理第4篇

所谓的流体力学，是一门专门研究像液体、气体等流体运动形态以及其运动规律和应用的学科。流体在力的作用下，其本身的物理性质会发生一定的变化，比如流体的固体壁面，流体和固体之间的相互作用，流体的压强、温度，还有流体的密度等等变量，都会发生变化。在选矿的过程中，有许多地方都会用到流体力学的知识，比如一些设备的设计，就是按照流体力学的原理来设计的，所以流体力学在选矿中起着极其重要的作用。本文就流体力学的特点做了详细的阐述，以及对流体力学在选矿中所存在的问题进行了深入的探讨。

前言

流体力学的发展起源于阿基米德，他是一位古希腊人，建立了液体平衡理论，在这个基础上，流体力学的运用才得以发展。而如今流体力学的应用范围越来越广泛，在空气动力学、电磁计算流体学、气液相流体学等方面都有十分重大的突破。

冶金和煤矿的生产都需要进行选矿，在工业生产上，选矿起着非常重要的作用。所谓选矿，就是通过化学或者是物理等方法把有用的矿物和无用的矿物分开，最终获取能够被生产中得以利用的矿物的过程。选择有用物料的方式分为两种情况。

一种是针对单体解离状态的，可以采用不同的选矿方法，把我们所需要的有用的矿物筛选出来；

另一种是针对不能达到单体解离状态的，这就需要将物料用机械破碎和磨碎的方法来取得当中的有用矿物。回看整个世界的选矿发展史，不难看出，流体力学在整个选矿发展过程中起到了不可替代的作用。众所周知，在工业生产上选矿的方法有很多，比如利用重力来进行筛除选矿，还有利用浮力来选矿等等。随着科技的发展，应用流体力学的原理来进行选矿，已经越来越普及，现在许多大型选矿机器都有流体力学的应用。也就是说，要进行高质量、高效率的选矿，流体力学的运用是必不可少的环节。

1.选矿中所用的设备

1.1旋流器

所谓的旋流器，在液体的分级分离中经常用到它。它的工作原理是利用离心的方法，使得不同质量不同密度的物质分离沉降。旋流器整体是一个圆锥形，采出来的矿浆通过管道进入旋流器内部，进入的矿浆在旋流器强大的离心力作用下，产生旋转。矿浆中含有不同质量和大小的矿物质颗粒，在旋流器离心力的作用下，大的矿物质颗粒和密度高的颗粒就被抛向旋流器内壁，在重力的作用下，这些颗粒靠着内壁逐渐的下沉，最后在旋流器的底部流出。而那些比较细小的颗粒和液体则经过溢流管口流出来。所以，矿浆经过旋流器，就把大的矿物颗粒和细小的矿物颗粒分离开来，离心力的筛选是很有效的，相比于重力场，它具有快速、高效、稳定分离的特点。目前的选矿旋流器主要有两种，

一是用水作为介质的水力旋流器，第二种就是专门配制的重介质液体，密度比水更高，以此作为介质的重介质旋流器。这两种旋流器的作用各不相同，

第一种是专门用于脱泥以及脱浮选药剂的水力旋流器，第二种是专门用于最后分选冶炼。旋流器的原理简单，但是液体在其内部的流动却是十分复杂的，这要涉及到流体力学中的湍流运动。所谓的湍流运动就是将流体的流动看作是一个三维空间内的运动，在这个三维空间内，任何一点的速度都可以分解成横向速度、纵向速度和切向速度。就是这样的运动特征和旋流器内复杂的边界，使得内部的流体力学并没有一定的规律可循，自然就没有具体的方法来研究，只能通过实际的测量来估算和分析。通过实际测量，旋流器内的运动实际是一个组合运动，它是通过自由涡和强制涡组合在一起共同形成的。在旋流器工作的时候，由于切向速度最大，导致了旋流器内壁的压力小于其中问的压力而形成一个负压区，空气从底部进入，旋流器中间区域就成了真空的空气柱。那些比较重的矿物质直接由旋流器内壁被分离了下来，从底部排出，那些轻的矿物质就由上面的口排出。

1.2浮选机

浮选矿物质实际就是利用浮力，将矿物质浮到水面来进行筛选。这就要求矿浆中必须要充满大量的气泡，必要时，还要在矿浆中添加一种捕收剂，这种药剂会作用在矿物质颗粒表面，使得矿粒的疏水性增加，利于捕收。有些矿粒是疏水性，而有些是亲水性的，疏水性的矿粒和产生的气泡相结合，由于浮力原因而浮出水面，那些清水性的矿粒则不会与气泡结合而下沉。产生气泡的方法有很多，一般采用机械搅拌和电解水来产生气泡。

1.3浮选柱

浮选柱也是一种专门用来选择矿物质的设备。浮选柱早在上世纪六十年代就开始应用，只不过由于气泡发生器设计的并不好，始终无法很好的产生气泡，就使得浮选柱并没有广泛的运用。浮选柱的气泡产生器位于柱体下端，矿物由上部倒入。其原理和上面介绍的浮选机差不多，也是通过重力和浮力的相互作用来实现矿粒的分离。所以气泡发生器才是浮选柱工作的关键所在，如果气泡发生器无法正常工作产生气泡，浮选柱也就无法分离矿物质。

2.流体力学在选矿设备中的应用

浮选机的工作原理是利用气泡产生的浮力和矿物质本身的重力实现矿粒分离，分离的过程中就需要大量的气泡，气泡发生器正是大量产生气泡的设备。通常我们都把气泡发生器分为两类，即外部发生器和内部发生器这两类。

外部气泡发生器也有两种，通常用的是气水喷射型。它是把压缩空气和水一起混合，通过喷头直接喷入浮选机内，再通过分流孔将水流分开，从而产生气泡。

顾名思义，内部气泡发生器是将有孔介质固定在浮选机内部，然后冲入空气，通过介质的孔向外喷出气泡。内部气泡发生器常常出现问题，原因在于有孔介质放在浮选机内部，很容易被矿粒堵塞和结垢，使浮选机无法正常工作，现在已经很少采用这种方法了。

上述两种气泡发生器都是以往一直被使用的。但毕竟它的结构太过复杂容易出现问题，而且能量消耗也不小。目前被广泛采用的是另一种更加先进的设备――微泡发生器。这种气泡发生器利用了流体力学的原理，首先流体在其内部分散开来，在后半段又重新成为连续相。微泡发生器动力消耗小，产生气泡效率高，矿化充分，而且使用寿命长，大大节省了维护费用。

目前较为先进的浮选机是德国制造的切向喷射浮选机，其也是利用流体力学的原理进行选料。它有两个槽室，一个收集精矿，一个用作分离室。矿浆沿着切线方向射入容器，从而产生旋转，和气泡结合的矿物质浮力大，向上运动。没有结合水的矿粒则向下沉降，最后通过底部排出。

流体力学的原理第5篇

关键词：热力环流；尺度；掌握与应用

【分类号】G633.55

热力环流原理在《大气环境》这一章节是理论基础，是理解其他相关内容的钥匙。热力环流是大气运动的一种最简单的形式，理解这一过程是学生理解大气运动这部分内容的最基础知识和最佳切入口，对于理解由于热力原因而引起的大气运动，学习三圈环流等知识要点具有很大的推动作用。因此，掌握这部分内容是掌握大气运动原理的基础，对后面知识内容的学习至关重要。同时，热力环流原理贯穿《大气环境》章节始末 ，关于这一原理的形成原因、应用一直是学生们学习过程中掌握的难点内容之一。为了使学生对这一原理有一个明确的认识，教师应在教学过程中遵循循循善诱的原则，慢慢将这一原理的应用渗透在整个章节的教学过程中，让学生明确认识，加深学生们对其的理解。

热力环流基本成因如下：

由于地面冷热不均而形成的空气环流，称为热力环流。它是大气运动的一种最简单的形式。 其形成过程为：受热地区大气膨胀上升，近地面形成低气压，而高空形成高气压；受冷地区相反，从而在近地面和高空的水平面上形成了气压差，促使大气的水平运动，形成高低空的热力环流。 简言之：冷热不均空气垂直运动同一水平面上气压差空气水平运动。

机械掌握原理对学生来说难度不大，但掌握其实质并加以运用对学生来说十分困难。通过整章知识内容的学习，教师就是要逐渐引导学生建立系统概念，充分认识热力环流原理是贯穿本章节始末的理论基础，而相关知识是热力环流原理的具体应用。具体表现如下：

一、 小尺度的热力环流

（1）城市风

城市风是指城市热岛而引起的城市与郊区之间的大气环流。空气在城区上升，在郊区下沉，而四周较冷的空气又流向市区，在城市和郊区之间形成一个小型的局地环流，称为城市风。由于城市风的存在，城区的污染物随热空气上升，往往在城市上空笼罩着一层烟尘等形成的穹形尘盖，使上升的气流受阻，污染物不易扩散，所以上升的气流转向水平运动，到了郊区下沉，下沉气流又流向城市的中心。这种系统风在微弱的夜间尤为明显。它对城市风场、对流性天气、降水和干湿分布都有影响，形成市区许多特有的气候特征，并可把郊区工厂排出的大气污染物汇集到市区而使浓度增高。

（2）海陆风

白天，陆地上空气因受热膨胀，海洋上的空气冷收缩下沉，在水平气压梯度力的作用下，上空的空气从陆地流向海洋，然后下沉至低空，又由海面流向陆地，再度上升，遂形成低层海风和铅直剖面上的海风环流。 日落以后，陆地降温比海洋快，到了夜间，海上气温高于陆地，就出现与白天相反的热力环流而形成低层陆风和铅直剖面上的陆风环流。

（3）山谷风

山谷风的形成原理跟海陆风类似。白天，山坡接受太阳光热较多，成为一只小小的“加热炉”；而山谷上空，同高度上的空气因离地较远，增温较少。于是山坡上的暖空气不断上升，谷底的空气则沿山坡向山顶补充，称为谷风。这样便在山坡与山谷之间形成一个热力环流。到了夜间，山坡上的空气受山坡辐射冷却影响，“加热炉”变成了“冷却器”；而谷地上空，同高度的空气因离地面较远，降温较少。于是山坡上的冷空气因密度大，顺山坡流入谷地，称为山风。谷底的空气因汇合而上升，形成与白天相反的热力环流。

这三种风的形成都与近地面冷热不均有关，在局部小范围内形成热力环流圈。

二、中尺度的热力环流――季风

在亚洲东部，世界最大的大洋太平洋和世界最大的大陆亚欧大陆，海陆的气温对比和季节变化比其它任何地区都要显著。所以，海陆热力性质差异引起的季风，在东亚最为典型，范围大致包括我国东部、朝鲜半岛和日本等地区。冬季，陆地比海洋冷，大陆气压高于海洋，气压梯度力自大陆指向海洋，风从大陆吹向海洋；夏季则相反，陆地很快变暖，海洋相对较冷，气压陆地低于海洋，气压梯度力由海洋指向大陆，风从海洋吹向大陆。海陆热力性质的差异是形成季风的主要原因，但不是惟一的原因。气压带和风带的季节移动等也是形成季风的原因。例如，我国西南地区及印度半岛一带的西南季风，就是南半球的东南信风夏季北移越过赤道，在地转偏向力影响下向右偏转而成的。教师在讲解的过程中，要给学生传递一种思想：季风就是一种热力环流模式，只是具体应用过程中强调了近地面的风，重点掌握风向的季节变化及成因分析，过程中忽略了大气的垂直运动和高空的大气水平运动。

三、大尺度的热力环流――三圈环流

三圈环流分为低纬环流、中纬环流和高纬环流（以北半球为例）

为了简化研究，地理学中假设大气均匀的在地表运动，将大气运动分为三圈环流（指一个半球）。A、低纬环流 由于赤道地区气温高，气流膨胀上升，高空气压较高，受水平气压梯度力的影响，气流向极地方向流动。又受地转偏向力的影响，气流运动至北纬30度时便堆积下沉，使该地区地表气压较高，又该地区位于副热带，故形成副热带高压。赤道地区地表气压较低，于是形成赤道低气压带。在地表，气流从高压流向低压，形成低纬环流。B、 中纬环流和高纬环流 在地表，副热带高压地区的气压较高，因此气流向极地方向流动。在极地地区，由于气温低，气流收缩下沉，气压高，气流向赤道方向流动。来自极地的气流和来自副热带的气流在60度附近相遇，形成了锋面，称作极锋。此地区气流被迫抬升，因此形成附极地低气压带。气流抬升后，在高空分流，向副热带以及极地流动，形成中纬环流和高纬环流。

流体力学的原理第6篇

1．1具备较强的人际沟通交际能力

在当前经济的全球一体化趋势下，现代物流行业成为了一个跨部门、跨行业、跨地区、跨国界的系统，它强调功能的整合。作为现代物流行业的从业人员，必须具有良好的语言表达能力和沟通交际能力，这样才能够真正做到事半功倍。

1．2熟练掌握计算机应用技能

随着信息技术的发展，计算机的运用领域越来越多，使用频率越来越高。由于物流行业具有的一系列特点，要求物流行业的信息传递必须及时准确，计算机在物流行业中发挥着不可替代的作用。据统计，现代物流主管使用计算机的时间约占其工作总时间的30%，不仅如此，普通的物流管理和操作人员使用计算机的地方也越来越多。这就要求物流行业的从业人员必须熟练掌握计算机相关软件的操作，例如office软件、网络通讯工具软件、数据库软件等。

1．3不同职位需要不同的具体能力

依据工作性质和所从事工作在物流系统中所处的层次不同，可将物流人才划分为管理决策人才、理论研究人才、理论应用人才和实际操作人才等。1．3．1管理决策人才应具备的能力管理决策层在企业中负责的是制定宏观上的具有全面性和方向性的整体物流方案，他们是拥有一定决策权和承担相应责任的人群。他们的每一个决策都会对本单位的整个物流工作产生较大的影响，因而必须具备较强的组织管理能力，具有较高的理论水平和实际运用能力。1．3．2理论研究人员应具备的能力理论研究型人才主要是在各种院校和研究机构工作，从事物流理论的研究和创新，培养更多物流人才的人才。由于其工作的特殊性和重要性，这部分物流人才必须具备较高的理论素养和思想政治觉悟、较强的创新能力以及严谨的工作作风。1．3．3理论应用型人才应具备的能力物流理论应用型人才在企业中主要负责制定具体物流计划，进行物流作业流程控制和资源调度的工作。这一层次的物流人才既要面向实际操作，又要实际运用物流的相关理论知识和技能，因而必须具备一定的理论基础和较强的解决实际问题的能力。1．3．4实际操作人才应具备的能力实际操作型物流人才，主要是进行物流工作中的现场作业和具体操作，这就需要掌握相关的、具体的实际操作能力和技术，例如包装、运输、仓储等方面的技能。

2．基于岗位专业能力培养的物流管理专业课程体系的构建

2．1课程体系构建中应遵循的原则

2．1．1职业导向性原则培养人才的目的不是束之高阁，而是要使其能够在将来的职业生涯中创造更多的价值、做出更大的贡献。课程体系的构建必须能够符合未来职业的要求，坚持职业的导向性。2．1．2能力本位原则竞争的残酷性要求竞争者必须具有较强的能力，未来的物流行业必然也是一个竞争极其激烈的行业，对于物流管理人才的能力要求必然更高。物流管理专业在课程设置上必须以培养学生的能力为根本目标，体现能力本位原则。2．1．3坚持学生主体地位的原则全面人才的培养要求必须改变落后的教学模式，实行素质教育。在实行素质教育全面提升学生能力的要求下，必须充分发挥学生作为学习主体的作用，才能够充分调动学生学习的积极性和创造性。

2．2课程设置上应突出的特点

2．2．1适应性根据物流管理专业的岗位需求和学制，在课程设置上必须具有较强的适应性。不管是本科还是专科亦或者职业院校，培养的都是较高层次的物流人才，因而在课程设置上必须包括公共基础课(如马克思主义哲学、政治经济学、大学语文、高等数学等)、学科平台、专业平台、集中实践环节和课外科技与实践活动五大模块，这五大模块应充分体现“宽口径、厚基础”的特点。2．2．2实用性现代物流业是一个整合了多学科、多领域、多部门的综合性、交叉性强的新兴行业，它包括了仓储、运输、包装、装卸、等多个领域，对于知识技能的要求更高更复杂。针对现代物流行业的这些特点，为物流行业培养人才的物流管理专业在课程设置上应当增加新兴交叉课程，从而使课程的设置更符合实际需要，增强课程的实用性。2．2．3可操作性物流管理专业培养的是物流行业中的高素质人才，高素质人才不能脱离实际，因此，学校在课程设置上应当增加实践科目的学时。通过实践科目培养学生的思维能力、理论运用能力和解决实际问题的能力，使学生在掌握理论知识的基础上，增强实际操作能力。2．2．4先进性课程设置和教学过程中，应当较多的利用当下先进的教学手段和模式，同时培养学生掌握和利用先进物流工具和手段的技能。

3．结语

流体力学的原理第7篇

（海军工程大学，湖北武汉430033）

摘要：教学资源库建设是提高教学质量的一项基础性工程。针对流体力学课程特点和建设目标，阐述了加强资源库建设的必要性与重要性。结合一线教学实践经验，融入现代教育技术理念，提出了资源库建设的内容、重点、方法与途径。实践表明，教学资源库的建设对提升教学效果和人才培养质量有着重要的促进作用，并可为进一步建设国家精品课程和国家精品资源共享课奠定基础。

关键词：流体力学；教学资源库；建设

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1002-4107（2015）09-0026-03

收稿日期：2015-03-05

作者简介：张志宏（1964—），男，江西赣州人，海军工程大学理学院力学系教授，主要从事船舶水动力学、超空泡多相流和流固耦合力学研究。

基金项目：海军工程大学教学改革课题“流体力学教学资源库建设”（训教字2011—43号）；海军工程大学教学改革课题“流体力学立体化教材建设”（训研字2014—3号）

流体力学的应用范围广，它与航海、航空、航天、能源、动力、机械、化工、船舶、兵器、水利、环境、建筑等专业密切相关，目前在许多高等院校中都开设有这门课程。但是，流体力学与高等数学、大学物理等基础课程不同，它作为专业基础课或专业课，目前各高校还没有相对集中统一的教材，也没有普遍配套的教学资源，不同专业对流体力学的内容需求有很大的不同，因而课程内容和教学时数差异性较大（通常在30—90学时之间）[1]。由于流体力学运用的数学知识多，涉及的流动现象抽象复杂，在教学中师生们普遍反映这门课程“教师难教，学生难学”。作为大学教师，负有传道、授业、解惑之责，而课堂教学是面对学生最直接、最有效的一种方式。在教学内容多、教学时数少的情况下，建设和应用好基于课堂教学需要的课程资源库，并充分利用现代化的教育技术手段，可以弥补传统教学模式带来的不足，大大提高课堂教学效果和教学效率。

根据教育部教育信息化技术标准委员会的定义，教育资源可以概括成三大类型[2]：（1）课程素材类教学资

源，主要包括文本、图形/图像、音频、视频和动画等多媒体素材。（2）课程集成类教学资源，主要包括电子课件、试题试卷、练习测试、问题解答、典型案例等成品素材。（3）网络课程，主要包括网络教学内容以及网络教学支撑环境等平台。作为课堂教学需要，课程资源库的建设重点应该是素材类教学资源和集成类教学资源，而素材类和集成类教学资源的建设也可为进一步的网络课程建设奠定基础。这里以基于课堂教学需要的流体力学课程资源库建设为切入点，阐述了加强教学资源库建设的必要性与重要性，并提出了资源库建设的内容、重点、方法与途径。

一、教学资源库建设的意义

（一）课程教学自身的内在需要

教学资源库建设应根据课程不同特点有针对性地进行。流体力学研究的对象是流体，其有别于固体的特殊性在于易变形和易流动性。流体力学的研究方法大多采用欧拉法，其着眼点是研究流体流过的区域即“场”上的流体物理量的变化，与大家熟知的针对固体运动的物理学或固体力学的研究方法不同。由于流体力学的上述特点，因而出现了许多新概念和新现象。例如定常、非定常，流线、迹线，层流、湍流，有旋、无旋，边界层、涡街，自由涡、下洗等许多概念在课堂上颇费口舌，介绍了半天学生往往还在云里雾里，难于理解。许多流动现象通常看不见、摸不着，教学内容抽象枯燥、晦涩难懂，采用传统教学方法，学生难于建立清晰的流动概念，因而学习存在畏难和抵触情绪，缺乏进一步学习的兴趣和动力。

没有清晰的流动概念就无法提炼出合理的数学模型，势必影响到学生对相关知识点和课程内容的学习。而利用流场显示、小动画、虚拟仿真等方法获得的图形图像及视频等多媒体素材，在教学过程中只需播放几分钟甚至几秒钟，就能让学生加深理解、茅塞顿开，使课堂教学效果产生质的飞跃。采用多媒体的特写、慢镜、定格、细化、放大等技术再现流动现象，聚焦流动细节，使枯燥乏味的流动过程变得新颖有趣，既形象又清晰，提升了学生的感性认识和认知能力，一些流动画面甚至使学生终生难忘。因此，建设符合现代教育技术特点的资源库是流体力学课程教学的内在需要。

目前，国家精品资源共享课是各高校课程建设关注的焦点与核心。教育部要求各高校在国家精品课程建设的基础上，进一步转型升级为国家精品资源共享课。可见要建设高水平的国家精品课程和资源共享课，也要以加强教学资源库的建设作为有力支撑。

（二）提高课堂教学质量的需要

提高教学质量需要高质量的教学资源库素材。教学资源在课堂上使用方便，能够突破时空的限制，在课程组成员之间具有高度的共享性、可重复性和可扩展性。教学资源具有形式的多样性，以其精美的画面、优美的音乐、逼真的动画和图像，图文声并茂，极具表现力。在教学活动中，善于使用教学资源库素材，可以使教学信息传递速度明显加快。在教学时数有限的条件下，通过将精彩素材引入课堂，以丰富的背景材料支持教学内容，教师可以传授更多的知识。

例如，在讲述边界层分离时，需要探究边界层分离的必要条件是存在逆压梯度和壁面粘滞作用。采用基于实验室拍摄的流动视频进行教学，首先可以观察圆球驻点前方的来流，虽然存在逆压梯度，但边界层并未发生分离；其次观察顺来流方向放置的薄平板附近的流动，也可发现虽然存在壁面粘滞作用，但边界层也未发生分离，可见仅有逆压梯度或壁面粘滞作用边界层并不分离；但当在圆球驻点前方顺来流方向放置薄平板时，可以观察到在平板和圆球连接处的附近流动发生了边界层分离，从而说明了逆压梯度和壁面粘滞的共同作用是边界层分离的必要条件。进一步学生可能会问，逆压梯度和壁面粘滞作用是不是边界层分离的充分条件呢？通过流线体的绕流视频可以发现，在流线体的尾部表面，虽然也存在逆压梯度和壁面粘滞作用，但边界层并不分离，而当流线体长度不变、中间部位增厚逐渐过渡到钝体绕流时，由于钝体尾部表面逆压梯度增加，出现了边界层分离现象，所以可以说明逆压梯度和壁面粘滞作用只是边界层分离的必要条件而不是充分条件。

在流体力学课程中，类似的流动现象还有很多，以前大多采用板书、图片等静态的讲授方式，讲授效果并不理想，而现在将丰富的流动视频引入课堂，相当于将实验室搬进了教室，不仅使学生有身临其境、眼见为实的现场感，而且大大节省了讲授时间，提高了教学效率和效果。由此可见，教学有法，教无定法，贵在得法。教学实践表明，基于课堂教学的流体力学资源库建设与应用是提高教学质量的有效方法。

二、教学资源库建设的内容与重点

根据课程教学需要，将流体力学教学资源库建设内容分成“原始资源库”和“成品资源库”两大部分[3-4]。原始资源库内含文本库、图片库、动画库、视频库、音频库等原始素材。成品资源库内含PPT电子教案、例题习题库、试卷库、典型案例库、网络课程等成品素材，可以直接用于教学。前期以原始资源库的素材收集和建设为主，后期以成品资源库的素材整合和二次开发为主。后期建设需要通过教师的大量劳动进行再加工、再创造，因而是教学资源库建设的重点。

建成的原始素材库内容主要包括五个方面：（1）基于课程知识点的教学素材库建设。包括流体粘性、压缩性、流线、湍流等课程所有知识点。（2）基于课程自然现象的教学素材库建设。包括大雁成人字形飞行、龙卷风的形成与演化等自然现象。（3）基于课程相关的流体工程教学素材库建设。包括螺旋桨穴蚀、水击、球鼻首减阻等工程案例。（4）基于课程最新科研成果的教学素材库建设。包括舰船水压场、超空泡流、水下滑翔机等最新科研进展。（5）基于课程科学家相关事迹的教学素材库建设。包括欧拉、普朗特、冯卡门等科学研究的思想与方法。

建成的成品素材库内容主要包括四个方面：（1）课程PPT电子教案的建设。包括融合原始素材、进行二次开发、符合教师教学要求的所有课件。（2）课程概念题库的建设。包括体现课程知识点、重难点便于学生学习、复习、考核的重要概念。（3）课程例题习题库的建设。包括反映课程重要理论、方程、定理的便于教学双方使用的例题习题。（4）课程试题或试卷库的建设。包括覆盖课程主要内容、难易适度、便于对学生学习做出评价的试题试卷。

三、教学资源库建设的途径

（一）成立教学资源库建设小组

在课程建设牵引的基础上，以先进的教学理念为指导，以现代教育技术为依托，以提高人才培养质量为目的，以服务课程教学为重点，以课程组全体教师为主体，以课程资源的系统性、完整性为基本要求，立足课程特点和需求实际，注重课程资源的适用性和易用性，分工协作，群策群力，共同建设。

成立课程教学资源库建设小组，建设人员包括课程组全体教师。课程负责人、资深教授主要负责顶层设计和规划，提出资源库建设的框架与方案，对建设内容进行审核和验收。骨干教师主要负责成品素材的二次开发、分类、筛选、优化与建设，对原始素材与课程内容进行深层次整合。青年教师主要负责原始素材的收集、整理和初次开发与建设。

（二）采用多种手段建设原始素材库

通过收集整理、购买引进、自主开发等多种方式，建设原始素材库。

将搜集国外著名大学的教学专题片、开放课程和国内高等院校国家精品课程的流体力学素材作为首选，全方位获取各种免费公共教学资源。例如，现在可以在互联网上免费获取世界著名流体力学专家在实验室拍摄的流动演示专题视频，包括斯坦福大学S.J.Kline教授讲授的“流场显示”，宾夕法尼亚州立大学J.L.Lumley教授讲授的“流体力学中的欧拉和拉格朗日方法”，麻省理工学院A.H.Shapiro教授讲授的“涡量”、“压力场和流体的加速度”，剑桥大学S.G.Taylor教授讲授的“低雷诺数流动”，哈佛大学F.Abernathy教授讲授的“边界层基础”和A.E.Bryson教授讲授的“流体中的波”，加利福尼亚理工学院D.Coles教授讲授的“可压缩流体的槽道流动”，哥伦比亚大学R.W.Stewart教授讲授的“湍流”等。这些专题片概念清晰、流动形象、内容精湛，是非常珍贵的流体力学教学资源。国内在教育部主导推动下建设有国家精品课程资源网，汇集了上海交通大学、浙江大学、华中科技大学、西安交通大学等高校的流体力学精品课程视频素材，也可供浏览、下载和借鉴。

互联网是获取免费资源素材的主渠道，但需注意注明链接出处，同时只用于教育用途而非商业目的。此外，资源的建设应处理好购买引进和自主开发的关系，若开发的难度大，但购买价格合理的话，可适当购买。依托课程建设、实验室建设和教改项目等投入的经费，可以对国内外的教学软件或研发单位制作的教学电子资源或教材出版中附带的光盘教学资源等采用购买方式有选择的补充。例如，清华大学李玉柱教授编写的“流体力学电子教案”，上海交通大学丁祖荣教授编写的“流体力学多媒体电子教案”、“流体力学网络课程”，浙江大学毛根海教授编写的“工程流体力学网络课程”等数字化教学资源，已由高等教育出版社出版发行。最后，对课程的关键素材，如无法免费获得或购置成本昂贵，可采取自主研发方式，制作原创素材，进行定制开发。海军工程大学曾在自己设计研制的流动循环显示水槽中，拍摄过《涡街》《粘性阻力与升力》《流场显示》等专题录像片，在教学过程中取得了很好的教学效果。自主开发的好处是可以锻炼教学队伍，制作的素材更能符合需求实际，而且拥有所研发素材的自主产权，可以在高校之间进行自由交流，实现资源互换共享。

（三）按照先进教学理念建设成品素材库

按照学科性、适用性、易用性原则循序渐进地建设成品素材库。成品素材库建设必须体现课程需求，并与课程标准、所用教材、讲授内容、学时安排等紧密结合起来。原始素材可以搜集很多，但质量参差不齐。有些原始素材概念定义不同，文字大小不一，公式符号有异，图像分辨率差异性很大，因而不能简单堆积、生搬硬套。在建设成品素材库的过程中，应该紧紧围绕课程的内容、知识点、重难点、特点和需求进行分类、整合、优化和二次开发，既要考虑有利于教师突破教学的重点与难点，又要考虑有利于学生的认知促进以及学习兴趣和动机的维持，使得所建成的成品资源库能够直接用于教学，支持教学，并能使教师快捷地找到所需要的资源，以实现教学的最优化。

在成品素材库的建设中，我们将“身边的流体力学现象、流动的工程实际、最新的科研成果、科学研究的思想方法”等原始素材融入PPT电子教案，在课堂教学中取到了事半功倍的效果[5]。引入身边的流体力学现象，有利于激发学生的学习兴趣，使课堂教学生动有趣。引入流动的工程实际，可以增强学习的针对性和有效性，搭起理论和实践的桥梁。引入最新的科研成果，可以拓展学生视野，培养学生的创新精神和实践能力。引入科学家的生平事迹，可以激励学生热爱科学事业，并在潜移默化中掌握科学的研究方法。建成的知识点库、概念题库、例题习题库、PPT电子教案等，不仅可为教师提供便利的教学资源，而且也可适时提供给学生学习和复习使用。建成的试题库紧密结合课程标准和考试要求，包括概念、选择、计算和应用等内容，能够自由组卷或固定搭配出卷，可为考教分离、客观评价教学效果提供有利条件。

（四）立足课堂教学完善课程资源库

资源库的建设的目的在于应用。既要发挥课程组所有成员建设资源库的积极性，更要发挥这些成员应用于课堂教学并不断完善资源库的积极性。教学资源库的建设是一个动态过程，在建设和使用资源库时，需要坚持开放、共建、共享原则，形成资源建设共同体。开放就是资源要能方便地进行修改、重组和利用；共建就是要求课程组的全体教师参与建设，任务分解到人；共享就是要将建成的资源库素材，全部提供课程组教师免费使用。此外，建成的教学资源库在使用时，还需结合教师自身特点和不同的施训对象，进行个性化打造和优化。

建设教学资源库需要付出辛勤的劳动，只有通过发挥课程组全体教师共建的力量，才能让每一位教师都共享丰富的教学素材，从而达到整体提高教学质量的目的。通过教学资源共建共享、课堂教学实践不断完善和定期经验交流机制，激发课程组全体教师不断参与教学资源动态更新与建设的积极性，使教学资源库处于持续使用与发展的良好状态之中。

参考文献：

[1]教育部高等学校力学教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会.高等学校理工科非力学专业力学基础课程教学基本要求[Z].北京：高等教育出版社，2012：4.

[2]余胜泉.教育资源建设技术规范[EB/OL].国家教育技术标准化委员会.[2015-03-01].http：//celtsc.edu.cn.

[3]范钦珊，李绯，倪如慧等.工程力学课程教学资源库的建设[J].中国大学教学，2004，（4）.

流体力学的原理第8篇

关键词：地方高校；流体力学；理论；实践

0引言

以航空为特色的滨州学院的航空专业学生，流体力学是后期学习气体动力学、航空发动机构造、航空发动机原理等等课程的基础课程，航空发动机分为活塞式和喷气式，目前大型飞机多采用喷气式发动机产生飞机向前运动的推力，其原理是从外部大气中吸入大量的气体经压气机压缩后部分气体流入燃烧室和燃油充分混合燃烧后形成高温高压的热气流入涡轮，最后所有吸进发动机的气体由尾喷管喷出，吸入前和排除的气体发生了变化变为高压高温高速气体，根据力的反作用，由尾喷口喷出的气体可在发动机上产生强劲的推力，先进的喷气式发动机在设计阶段会根据相应的流体力学原理设计不同管径的流道，设计压气机和涡轮的叶片，因此理顺流体力学的知识点及学习思路至关重要。流体力学的研究方法可分为理论方法、实验方法、数值方法[1-2]。因此在教学时，可将3种研究方法贯穿流体力学的教学过程中。课程学习目标有如下4项：①了解流体力学与其他力学的本质的区别；②掌握最基本的流体力学理论知识点，如静力学、动力学、运动学等；③具有应用流体力学的知识，分析、处理基本流体力学问题的能力；④利用数值方法和实验方法，培养学生分析数据、整理数据、撰写实验报告的能力。

1理论方法

理论知识的学习是学生学习时的基础环节，而流体力学理论知识的学习过程中，多注重公式的推导。本文以流体力学的三大方程之一的连续性方程为例，讲解该公式学习的具体的过程，连续性方程式是质量守恒在流体力学中的表达式。首先学习连续性微分方程。需要建立流体的模型，在空间坐标系下选取一个微小的直角六面体A，并假设六面体内流体的密度ρ有梯度，六面体内流体的流动沿着x、y、z轴向，速度为ux、uy、uz，如图1所示。dt时刻内微小的直角六面体A的质量流量该变量驻M可分解为在x、y、z方向上质量流量的改变量驻Mx、驻My、驻Mz。以x方向为例，dt时间内，流进六面体A的流体质量流量Mx为ρuxdxdydt，流出六面体A的流体质量流量Mx′为。因此，dt时刻内在x方向上的流出的质量流量驻Mx可表示为：根据上述推导，可知dt时刻内在y、z方向上流出的质量流量驻My、驻Mz的大小表示为：因此，dt时刻内流出微小的直角六面体A的质量流量驻M：结合质量守恒定律，可推出dt时刻内直角六面体A的质量流量的变化量的变化关系。质量流量与密度、体积、速度的变量有关，又因为体积及速度没有变化，因此只和密度有关。控制体内密度的减小而减少的质量流量：然后学习恒定总流的连续性微分方程对总流的积分。从恒定总流A任意截取出来的细微的一段管道称为控制体[3-4]。其控制面如图2所示。过流断面截面积为A1、A2，平均流速为u1、u2。在单位时间内，经控制面流进流出控制体积内的液体质量流量应相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面处的速度与面积成反比关系，截面积越大速度越小，反之亦然。

2实验操作

理论知识的学习，离不开强力的逻辑思维能力，但是地方高校学生普遍缺乏此能力。而结合现有的设备，适当的跟进实验，便于学生理解理论知识，及时互动。因此设计了基于截面积改变，流体流速变化情况的基础实验。本实验室采用了气体动力学试验台模拟风速，斜压计测量截面处的动压强，斜压计顾名思义就是液压管倾斜放置的测压仪器，与桌面存在夹角，因压强变化量相对较小，倾斜放置可比竖直放置的管路读取的压强数值更为精确。如图3所示。根据斜压计的读值，由下列公式计算流速。试验前先做好准备工作，如连接好皮托管与斜压计的橡胶管，皮托管可感受来流总压和静压，从而得到动压差，皮托管如图4所示。把斜压计根据基座上的校正气泡调成水平放置，在斜压计内适当的放入部分无水乙醇，纯度为99.7%，它的密度为0.790*103kg/m3。液面和斜压计0点重合。静止时斜压计读数为0mm。实验过程中，可通过调整出风口截面积的大小，观测斜压计内读值（流速）与试验段截面积的关系，截面形状示意图如图5所示，实验数据如表1所示。结合试验结果，分析可知，在模拟风速不变的情况下，流速与截面积的大小成反比，截面积越大流速越小。而在日常生活中，我们能看到很多的现象和此原理有关，如河道突然变窄的区域水流速度很大，山谷里的风比平地上的风大。

流体力学的原理第9篇

【关键词】新课改；教学方法；学生主体；实验探究

【教学设计流程图】

教材分析

本节内容承上启下，既是对化学相关内容的提升与拓展，又为选修“化学反应原理”奠定必要基础，承接必修1氧化还原反应，铺垫选修4化学能与电能的相互转化。

课标要求

举例说明化学能与电能的转化关系及其应用，用生活中材料通过实验活动探究制作简易电池。

学生分析

知识层面：具备能量守恒原理、氧化还原反应、电解质、金属等概念及相关物理知识

能力层面：具备理论分析和探究能力，在教师引导下自主分析问题

教学目标

知识与技能

初步认识原电池的概念、反应原理及其构成条件

过程与方法

通过原电池实验提高科学探究及实验操作能力，培养学生知识迁移运用能力

情感、态度与价值观

激发学生学习的兴趣，培养学生探究和合作学习的精神

教学重点

初步认识原电池概念、反应原理、构成条件

教学难点

从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质

教学策略

高效利用演示实验、课外资料等资源，充分发挥学科交叉优势创设情境 启发引导

通过分组实验、科学探究、交流思考体现：实践认识再实践再认识认知过程

着力开发学生的三个空间：活动思维展示

教学准备

实验备品：锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸、乙醇、灵敏电流计、烧杯、导线、金属夹、磁铁、金属线圈、课件

教学过程

演示实验：“金属圈切割磁感线” 机械能转化为电能

观察实验 讨论交流 激发学习兴趣 体现学科间交叉

节目视频：是真的吗？

积极思考 引发认知冲突 明确目标

从能量转化角度设问：是否能实现化学能到电能的直接转化？

思考质疑 提出本节课的重点问题

提出电流的形成、氧化还原的实质、电子转移等五个方面的问题：

1、如何形成电流？

2、哪类化学反应实质是电子转移？

3、在氧化还原反应中电子是如何转移的？

4、物理上电子是从电池的负极流向正极，你能确定氧化还原反应中，谁是负极谁是正极吗？

5、从氧化还原的角度分析负极发生什么反应，正极发生什么反应？

分析讨论可以利用氧化还原反应实现化学能到电能的转化

提升学生的逻辑思维能力和知识迁移能力，构建氧化还原与原电池的关系体系。

实验室制氢气

锌与稀硫酸反应是否为氧化还原反应？

写出离子方程式并标出电子转移

Zn+2H+=Zn2++H2

构建电子流向和电极关系

引导学生从电子转移的角度构建氧化还原反应与电的关系，写出离子方程式并标出电子转移启发构建知识彼此关联，推导猜想构建知识网络 分析正负极

利用电子、电流等相关物理知识，理解氧化还原反应的本质，理论升华

提出疑问：只要选择了氧化还原反应就可以了吗？是否需要借助一定的装置呢？

引出实验探究环节

提出问题：要想利用锌与稀硫酸的反应实现化学能到电能的转化该如何设计实验装置，并且怎样检验电流呢？

对比实验：确定锌铜原电池

连结两个锌电极和电流计，请学生观察现象

观察到电流计指针不偏转或观察到指针的偏转，说明参与反应的两个相同电极不能形成电池

锌和铜可以形成原电池，初步感到电极的确定

提出疑问：只要选择了氧化还原反应就可以了吗？是否需要借助一定的装置呢？

把其中一极换成铜片呢？连接铜片和电流计，带领学生书写电极反应

负极：Zn- 2e-= Zn2+ 正极：2H+ + 2e-= H2

培养书写化学用语的技能，巩固原电池原理

分组实验探究原电池装置

提供仪器药品，学生设计实验，自己组装电池

提升设计实验方案的能力，通过实验探究，形成构成条件

1、有两种活动性不同的金属（或金属和非金属单质）做电极

2、电极材料要插入电解质溶液、形成闭合回路

归纳总结：如何设计实验装置利用氧化还原反应实现化学能到电能的转化

讨论后回答：要拆分氧化还原反应，是氧化反应和还原反应在不同的两个区域内进行，使期间的电子转移形成电流。

提升学生语言表达能力和总结归纳的能力，初步建立能量转化观

演示模拟动画，观察分析更加形象具体展现微观世界

视频是真的吗？

突出重点画龙点睛理论回归生活，学有所用前后呼应

利用Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2 设计原电池，画出实验装置，写出电极反应

书写电极反应，画装置图，巩固原理，练习书写技能

课后拓展

1、利用家中常见生活用品，组装一个原电池

2、查阅各种常见电池资料，了解装置，试着分析原理。

板书设计

第二节 化学能与电能

一、原电池的概念 三、原电池原理和装置 3.构成条件

二、氧化还原反应与原电池的关系 1 .分析锌与硫酸的反应

负极：氧化反应

Zn- 2e-= Zn2+

正极：还原反应

2H+ + 2e-= H2

2.锌铜原电池 电池装置图

还原剂+氧化剂

负极 正极 课堂练习

氧化反应 还原反应