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篇1
计算流体动力学即Computational Fluid Dynamics ，简称为CFD，是伴随着计算机技术与数值计算技术发展而来的一种先进技术，可以实现对流体流动及换热模拟，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等众多领域内获得广泛应用。在建筑领域应用计算流体动力学技术，可以对小区建筑物是空气流动、室内通风、室内供热制冷设备布置、建筑物与外界环境换热等状况进行模拟与研究，从而提高建筑设计方案的科学性及合理性，打造宜居环境。
（一）计算流体动力学分析方法
计算流体动力学技术的应用，是在计算机基础上，对实际流体流动状况进行模拟仿真。其技术实现的基本原理为：通过数值求解控制流体流动微分方程，获得流体流动流场在区域范围内离散分布状况。计算流体动力学技术分析方法主要分为三个环节，分别为数学物理模型构建、数值算法求解与结果可视化。
1.数学物理模型构建。针对所需要研究的流动问题，通过构建数学物理模型进行描述与研究。在建筑环境领域，其流体流动问题主要是进行不可压流体粘性流体流动控制微分方程求解，为此，可以建立湍流模型并进行数值求解。如下公式为粘性流体流动控制微分方程：
在方程中，S代表源项，Γ代表扩散系数，p代表密度，其变量φ所代表的物理量不同，其方程含义不同。在应用该方程的基础上，可以进行建筑工程环境中温度、浓度、流场速度等物理量分布。
2.数值算法求解。考虑到粘性流体流动控制微分方程具有较强的非线性特征，只能应用数值方法进行求解。为此，应对求解区域进行离散处理，一般采取有限元、有限差分、有限容积等离散形式。在进行不可压流动与传热问题研究时所采取有限容积法进行离散。通过离散，可以获得代数方程并进行求解，获得流场离散分布。
3.结果可视化。单纯进行方程求解无法让一般工作人员进行理解，应用计算流体动力学技术将速度场、温度场等进行模拟描述，通过计算机图形，直观表达出模拟结果。在可视化处理后，可以将复杂数值以直观图像进行显示，便于非专业工作人员理解。当前，应用计算流体动力学技术，可以生成静态速度图、静态温度场图，并可以描绘出流场轨迹。
（二）计算流体动力学技术优势
在建筑环境工程中，其建筑群风环境预测、室内热环境、风环境、设备性能等均是通过试验方式来实现，如进行风洞试验等，其试验存在着一定缺陷，且试验周期较长。应用计算流体动力学技术进行计算机仿真模拟，其成本较低，速度较快，且模拟真实度较高，其模拟准确性有保障。应用计算流体动力学技术可以生成可视化结果，可以为建筑设计及优化发挥指导意义。
二、计算流体动力学在建筑环境工程中的应用
（一）建筑外环境分析设计。在建筑工程中，其外环境对建筑内居住者生活存在着很大影响，尤其是建筑设计较为密集的区域，其小区热环境问题与二次风问题逐渐受到人们的重视。应用计算流体动力学技术，可以对建筑外环境进行仿真模拟，为建筑设计提供依据，实现建筑风环境设计的合理性与科学性。在仿真模拟建筑外环境风流动分布状况的基础上，还可以对建筑内自然通风设计提出意见。按照模拟获得风速大小，进行住宅建筑风荷载承受值计算，有助于优化建筑结构设计。
（二）通风空调空间气流组织设计。通风空调空间气流组织是建筑环境设计的重要内容，其空调空间气流组织直接关系着通风空调效果，如空调空间气流组织质量较好，则室内空调温度及速度能够满足建筑环境设计的要求，反之，则不能实现其设计目标。为此，在进行建筑空调系统设计施工之前，应进行空调空间气流组织的设计与预测。在传统方法中，多是选择典型送回风方式的气流组织状况研究，其精度及应用范围难以满足设计要求。应用计算流体动力学技术，可以通过模拟仿真对建筑物内部空气气流分布及温度分布情况进行描述，可以实现对室内通风效果及空气质量的评价，指导通风空调空间气流组织设计工作。
（三）建筑物及外环境传热计算。在建筑工程中，其建筑围护结构所具备的热工性能会对室内热环境造成直接影响。如隔热保温性较差的围护结构其建筑室内热环境表现为冬冷夏热。为此，在工程施工中应综合分析室内与室外热交换等情况。通过应用计算流体动力学技术，结合数值传热学，可以对建筑流固耦合进行传热计算，根据研究结果，合理选择建筑围护材料，有效控制建筑室内热环境，实现节能目的。
（四）建筑设备性能研究。在建筑工程施工中，会应用到多种设备，如风机、空调等，其设备运行均是通过流体工质流动来实现，流体流动状况直接影响着设备性能，如流道设置良好，其流体流动阻力较小，可以降低设备噪音，节约能耗等。应用计算流体动力学，可以对设备内部流体流动状况进行模拟研究，在研究结果上分析设备性能，改进设备结构，实现设备应用的综合效益。
三、结语
计算流体动力学技术的应用可以实现流体流动与换热模拟，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等众多领域获得广泛应用。计算流体动力学技术分析主要分为数学物理模型构建、数值算法求解与结果可视化三个环节，在实际应用中展示出较大优势。从建筑外环境分析设计、通风空调空间气流组织设计、建筑物与外环境传热计算、建筑设备性能研究四个方面对建筑环境工程中计算流体动力学技术的应用进行了研究。实践证明，通过计算流体动力学技术的应用，可以有效提高建筑环境质量，实现建筑施工综合效益。
参考文献：
[1]李康吉. 建筑室内环境建模、控制与优化及能耗预测[D].浙江大学，2013.
篇2
Keywordsoptoelectronics,protonradiography,review,protonaccelerator,magneticlens
1引言
高能闪光照相始于美国的曼哈顿计划（Manhattanproject）,并持续到现在,它一直用来获取爆轰压缩过程中材料内部的密度分布、整体压缩的效果以及冲击波穿过材料的传播过程、演变和压缩场的发展的静止“冻结”图像.这一过程非常类似于医学X射线对骨骼或牙齿的透射成像.高能闪光照相有两个显著特点:首先,照相客体是厚度很大的高密度物质,要求能量足够高;其次,客体内的流体动力学行为瞬时变化,要求曝光时间足够短.
目前,世界上最先进的闪光照相装置是美国洛斯•阿拉莫斯国家实验室(LANL)的双轴闪光照相流体动力学试验装置（DARHT）［1］.它是由两台相互垂直的直线感应加速器组成的双轴照相系统,一次实验能从两个垂直方向连续拍摄4幅图像,并且在光源焦斑和强度方面都有提高.但是,DARHT也仅有两个轴,这是获得三维数据的最小视轴数目,最多只能连续拍摄4幅图像,不能进行多角度多时刻的辐射照相,获得流体动力学试验的三维图像.而且DARHT的空间分辨率受电子束斑大小的制约.由于电子相互排斥,电子束不能无限压缩,束流打到转换靶上,产生等离子体，使材料熔化，这在一定程度上扩展了束斑直径,从而使X射线光斑增大.估计最小的电子束直径为1—2mm,制约了空间分辨率的提高.
研究人员希望实现对流体动力学试验进行多角度(轴)、每个角度多时刻(幅)的辐射照
相,从而获得流体动力学试验的三维动态过程图像.l995年,美国LANL的科学家ChrisMorris提出用质子代替X射线进行流体动力学试验透射成像［2］.首次质子照相得到的图像,其非凡的质量出乎发明者的预料.后续的研究和实验也确认了这项技术的潜在能力.据Morris回忆,20世纪90年代初期武器研制计划资助了一项中子照相研究.其立项的主要思想就是利用高能质子、中子和其他强子的长平均自由程,使其成为闪光照相的理想束源.SteveSterbenz从这个思路出发，研究了使用中子照相进行流体动力学试验诊断的可能性.然而即使使用质子储存环(PSR)的强脉冲产生中子,中子通量都不足以在流体动力学试验短时间尺度下获得清晰的图像.当时的洛斯•阿拉莫斯介子物理装置(LAMPF)负责人GerryGarvey听到这种意见的第一反应是“为什么不用质子？”Morris将这些思想统一起来,利用高能质子束实现流体动力学试验诊断的突破,就是水到渠成的事［3］.Morris指出:质子照相的实施应归功于现代加速器具有产生高能质子和高强度质子的能力.促使发展质子照相技术最重要的一步是TomMottershead和JohnZumbro提出的质子照相所需的磁透镜系统［4］,以及NickKing在武器应用中发展改进的快速成像探测系统［5］.
高能质子束为内爆物理研究提供了堪称完美的射线照相“探针”，因为其平均自由程与流体动力学试验模型的厚度相匹配.射线照相信息通过测量透过客体的射线投影图像来获取.如果辐射衰减长度过短,则只有客体外部边界能够测量；如果辐射衰减长度过长,则没有投影产生.质子照相为流体动力学试验提供了一种先进的诊断方法.
2质子与物质相互作用机制
高能质子与物质相互作用的机制是质子照相原理的基础.首先,需要从质子与物质的相互作用出发，对质子在物质中的穿透性和散射过程进行分析研究.
所有质子都在被测物质内部并与其发生相互作用.质子与物质的相互作用分为强作用力和电磁作用力［6］.强作用力是短程力,质子与核的强作用力分为弹性碰撞和非弹性碰撞两种:
如果是弹性碰撞,以某种角度散射的质子保持其特性和动量,质子因受核力的强大作用,会偏转很大角度,这种现象叫做核弹性散射（如果采用角度准直器,这部分贡献可以忽略）；
如果是非弹性碰撞,质子被吸收,也就是说,损失大部分能量分裂核,产生亚原子粒子——π介子.当质子能量达到GeV量级,质子与原子核的强相互作用占主导地位.质子与物质原子核中的质子和中子发生非弹性核相互作用，造成质子束指数衰减，其衰减规律可表示为
NN0＝exp-∑ni=1liλi,(1)
其中N0,N分别为入射到被测物体上的质子通量和穿过被测物体的质子通量;λi和li分别为第i种材料的平均自由程和厚度.当质子能量达到GeV量级,核反应截面几乎不变,单就穿透能力而言,质子能量达到GeV量级就足够了.核反应截面不变有利于质子照相的密度重建,因为质子在客体中的散射过程可能导致质子能量发生变化.
由于质子带电,它也通过长程电磁作用力与物质相互作用.当质子能量达到GeV量级时，电磁作用只能产生很小的能量损失和方向变化:
质子与原子核的库仑力作用称为弹性散射,穿过原子核的每个质子,即使和核并不接近,也能导致质子方向发生小的变化,每个小散射效应可以累积,这种现象叫做多重库仑散射.多重库仑散射的理论由EnricoFermi在20世纪30年代建立.质子与原子核之间的库仑力作用发生多重库仑散射,多重散射可以近似用高斯分布表示:
dNdΩ=12πθ20exp-θ22θ20,(2)
式中θ0为多次散射角的均方根值,可用下式表示:
θ0≈14.1pβΣniliRi,(3)
式中p为束动量,β是以光速为单位的速度,Ri是材料的辐射长度,其值近似地表示为
Ri=716AZ(Z+1)ln(287/Z),(4)
其中A是原子量,Z是原子序数.多重库仑散射的结果很重要,特别是对重物质,最终导致图像模糊.另一方面,因为Ri与材料的原子序数有关,也正是这个特性使质子照相具有识别材料组分的独特能力［7］.
质子和电子之间也会产生库仑力作用,通常是非弹性的.因为电子质量与质子相比很小,库仑力的作用使电子方向和速度产生跃变,而对质子的方向和能量只产生缓变.也就是说,质子通过电离原子(把电子击出轨道),损失小部分能量.这种作用不会导致质子运动方向大的改变,但会导致质子能量的减少.20世纪30年代著名的贝特-布洛赫(Bethe-Bloch)公式很好地解释了这种机制.能量损失依赖于质子束能量,能量损失速率与它的动能成反比.质子束穿过厚度为l的材料时，能量损失为
ΔT=∫l0dTdldl≈dTdll.(5)
当质子能量达到GeV量级,dT/dl的值几乎与动能无关.如果E和T以m0c2为单位，p以m0c为单位,则
E=T+1,E2=P2+1.(6)
因此,能量损失引起的动量分散为
δ=Δpp=dpdTΔTp=T+1T+2ΔTT.(7)
质子通过物体后损失能量,发生能量分散.磁透镜对不同能量的质子聚焦位置不同,也将导致模糊,这就是所谓的色差［8］.
3质子照相原理
质子照相原理与X射线照相原理都是通过测量入射到被测物体上的粒子束衰减来确定被测物体的物理性质和几何结构.
由于多重库仑散射,穿过被照物体的质子束有不同的散射方向,形成一个相对于入射方向的锥形束,需要磁透镜系统才能成像.如果质子照相的模糊效应持续存在的话,质子照相的潜力可能永远不会被发掘出来.1995年,Morris发现磁透镜能使质子聚焦进而消除模糊效应,最初进行的实验证实了他的观点的正确性.后来,LANL的另一位物理学家JohnZumbro改进了磁透镜系统的设计方案,称为Zumbro透镜［4］.
Zumbro透镜的主要优点是它的消色差能力.加速器产生质子束并非是单一能量的束流,实验客体对质子的散射增加了质子能量的分散,不同能量的质子具有不同的焦距,导致图像模糊.基于这样的考虑,Zumbro采用在入射质子束的路径上增加一个匹配透镜(matchinglens),匹配透镜的设计使得入射到被测物体上的质子束具有角度-位置关联,即质子与透镜光轴夹角与质子离轴的径向距离成正比.而且,角度-位置的关联系数与成像系统磁透镜的设计有关［9］.这样,可以消除由能量分散引起图像模糊的主要色差项.
剩余的色差项为
x=-x0+Cxθ0δ,(8)
式中Cx为透镜的色差系数，θ0为多重库仑散射角，δ为动量的分散.由（3）式和（7）式可知,多重库仑散射角和动量的分散都与入射质子的能量成反比.因此,为了尽可能减小色差对空间分辨率的影响,质子束的能量越高越好.高能量意味着大规模和高造价,根据空间分辨率随能量的变化趋势以及大尺度流体动力学试验的精度要求,LANL为先进流体动力学试验装置(AHF)建议的质子能量为50GeV.
质子照相技术的关键之处在于其独特的磁透镜系统.图1给出了LANL质子照相磁透镜成像示意图［10］.首先,质子束通过金属薄片扩散,再经过匹配透镜照射到客体(匹配透镜除了减小色差以外,还可以使质子束在击中物体前发散开来,以便覆盖整个物体,避免了使用很厚的金属作为扩束器),这部分称为照射(illuminator)部分;接着是三个负恒等透镜组,分别是监控（monitor）透镜组、两级成像透镜组.
TomMottershead和JohnZumbro论证了可以根据库仑散射角的不同，在透镜系统的某个位置(傅里叶平面),可以将不同的散射质子束区分开来.在傅里叶平面,散射角等于0的质子位于中心,散射角越大,半径越大.离开这个透镜后,质子就能在空间上聚焦.如果在这个位置平面放置角度准直器,可以将某些散射角度的质子束准直掉,对允许的角度范围进行积分,得到总质子通量为
NN0=exp-Σniliλiexp-θ2min2θ20-exp-θ2max2θ20.(9)
第一个角度准直器允许通过的角度范围为［0，θ1cut］,则第一幅图像接收到的质子通量为
NN0=exp-Σniliλi1-exp-θ21cut2θ20.(10)
第二个角度准直器允许通过的角度范围为［0,θ2cut］,且θ2cut<θ1cut,则第二幅图像接收到的质子通量为
NN0=exp-Σniliλi1-exp-θ22cut2θ20.(11)
角度准直器的使用增加了图像的对比度.根据物体的光程调节角度范围,可获得最佳的图像对比度.通过分析两幅图像得到的数据,可以提供密度和材料组分的信息.
考虑到探测器记数服从泊松统计分布,面密度的测量精度要达到1%，则图像平面上每个像素需要的入射质子数应为104,每幅图像大约需要的质子数应为1011.如果一次流体动力学试验需要获得12个角度,每个角度20幅图像,则每次加速的质子总数达3×1013个.4质子照相装置
质子照相技术自1995年首次在美国LANL被论证以来,LANL和布鲁克海文国家实验室(BNL)进行了大量的实验,其中很多次是和圣地亚（SNL）、劳伦斯•利弗莫尔（LLNL）以及英国原子武器研究机构（AWE）合作完成的,直接针对流体动力学有关的关键科学问题［11］.实验主要分为两部分:一是在LANL的洛斯•阿拉莫斯中子散射中心(LANSCE)上进行的小型动态实验（质子能量800MeV）,小型动态实验主要包括:高能炸药的爆轰特性实验、金属和材料对强冲击加载的复杂响应实验（包括失效、不稳定性和微喷射等）以及验证内爆过程后期的材料动力学和材料状态的实验；二是在BNL的交变同步加速器(AGS)上进行的用于诊断大尺度流体动力学试验的高能质子照相实验（质子能量12GeV或24GeV）.进行高能质子照相的目的是:发展高能质子照相所需技术,验证采用质子照相进行大尺度流体动力学试验的能力,以及与DARHT进行某些直接的比较.对于厚的流体动力学试验客体而言,质子照相的质量远好于DARHT的照相结果.如果DARHT要获得同样的照相细节,需将其剂量提高100倍.而且比照片质量更重要的是,质子照相具有定量的特性.质子照相因其低剂量、定量的密度重建、亚毫米空间分辨率以及超过每秒500万幅的多幅照相频率等特性而成为新一代流体动力学试验闪光照相设施的必然选择.
LANL为AHF建议的质子照相装置包括质子束源、照相布局、磁透镜成像及探测器系统,图2给出了质子加速器和分束系统方案［12］.质子束源是一台能量为50GeV的同步加速器和12条束线，包括一台H-直线加速器注入器,一台3GeV的增强器和一台50GeV的主加速器.采用快速踢束调制器将质子束从3GeV增强器注入50GeV主加速器,经过同步传输系统和使用分束器将质子平均分成多个子束.最后从多个方向同时照射到实验靶上.质子束穿过实验靶后,磁透镜系统对质子束信号进行分类,由探测系统记录数据.实验布局的复杂性都远远超出了闪光照相实验.
图2LANL的质子加速器和分束方案
LANL提出的质子照相装置的主要指标:质子束能量达到50GeV,空间分辨率优于1mm,密度分辨率达到1%;每次加速的质子总数达3×1013个,每幅图像的质子数达到1×1011个;每个脉冲的间隔最小为200ns,质子到达靶的前后误差不超过15ns;每个视轴可连续提供20个脉冲,视轴数12个,覆盖角度达165°.这样,一次流体动力学试验可获得12个角度,每个角度20幅图像.
2000年，LANL给出了发展质子照相的研究计划.整个装置预计投资20亿美元,其中质子加速器系统使用原有的部分设备,需要5678.8万美元.装置的建造时间需要10到15年,分几个阶段进行:2007年前,建造50GeV同步加速器、2个轴成像系统和靶室1;2008—2009年,建造3MeV增强器（booster）、4个轴成像系统和靶室2;2010—2011年,8—12个轴成像系统.从目前的调研情况来看,原计划2007年前完成的任务没能按期完成.因此,这个计划要推迟.最新的研究计划未见报道.
5质子照相与X射线照相的比较
我们通过与现有最好的流体动力学试验装置——DARHT比较来说明质子照相的特点和优势［13］.
(1)三维动态照相.由于质子加速器固有的多脉冲能力和质子束分离技术,因此,质子照相能够提供多个时刻、多个方向的三维动态过程图像.质子照相能够提供超过20幅的图像,这种多幅能力可得到内爆运动过程的动态图像.而DARHT沿一个轴只能得到4幅图像，沿其垂直轴得到1幅图像.另外,质子照相不需要转换靶,保证了多次连续照相不受影响，而X射线照相由于需要转换靶,需要考虑束斑的影响.
(2)精细结构分辨.高能质子穿透能力强,其穿透深度和流体动力学试验模型达到理想匹配.相比之下,X射线只有在4MeV能量时才能达到最大图像对比度,此时其穿透能力只有高能质子的1/10.质子照相能测定密度细微变化的另一个理由是质子散射能得到控制.散射质子可以被聚焦形成视觉上无背景、对比鲜明的图像.而实验客体对X射线形成的大角度散射无法控制，降低了照相的精度和灵敏度.
(3)质子对密度和材料都比较敏感,可以分辨密度差别不大的两种物质.实际上,质子散射的利大于弊,它能用于识别物质的化学组成.利用两个相同的磁透镜系统和不同孔径准直器串联组成的两级成像系统,通过对两种不同准直孔径得到的数据进行分析,可以提供材料的密度和组分信息.而X射线只对密度敏感,故分辨不出密度差别不大的两种物质.
(4)曝光时间可调.质子加速器能够产生持续时间为100ps、间隔为5ns的“微小脉冲束”,每幅图像可用8—20个脉冲的时间进行曝光.因此,质子照相可任意选定曝光时间和间隔.内爆初期，研究人员可以选择较长的曝光时间和间隔,对较慢的运动进行连续式“冻结”照相.当内爆速度变快时,可以缩短曝光时间.DARHT的脉冲时间由电路决定,一旦脉冲的时间间隔和持续时间固定,只能以固定的时间间隔照相,研究人员只能指定第一幅图像的时间.
(5)探测效率高.质子是带电粒子,直接与探测介质中的电子相互作用产生信号,因此,很薄的探测器就能将质子探测出来.如此薄的探测介质接收不到被探测客体中产生的中子和γ光子.
(6)空间分辨率高.X射线照相是X射线穿过样品打到闪烁体或底片成像,没有聚焦过程(事实上，对4MeV的X射线还没有聚焦办法),图像的空间分辨率由光源的尺寸(焦斑)决定.质子散射虽然也会引起图像模糊,但质子散射是可控的,可以通过磁透镜聚焦成像.磁透镜不仅能聚焦质子,而且能减小次级粒子的模糊效应.但不同能量质子的聚焦不同,也将导致模糊.Zumbro改进了透镜系统,消色差提高了图像品质.对于小尺寸物体的静态质子照相,空间分辨率可到100μm,最近的质子照相实验已达到15μm,并有达到1.2μm的潜力.
6结束语
质子照相是美国国防研究与基础科学相结合而诞生的高度多用性的发明.质子照相若不是与国防基础研究共同立项，也绝不会有如今的发展.雄厚的武器实验基础能持续提供人员和创新技术.质子照相极大地提高了流体动力学试验的测量能力.它所具有的高分辨率能够精细辨别内爆压缩的细节,多角度照相有利于建立完整的流体动力学模型,多幅连续照相更加容易判断冲击波和混合物随时间变化的情况.近年来,科学家们加紧了对高能质子照相的研究.目前,X射线照相仍然是流体动力学试验的主要设备.总有一天,质子照相将代替X射线照相并对流体动力学试验进行充分解释.
参考文献
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篇3
纺织气流问题是纺织科学中的重要基础性课题。自上世纪80年代高速气流在喷气织机、喷气纺纱机得到商业化应用以来，在陆续产生了变形丝、网络丝、空气捻接、熔喷非织造和喷气涡流纺纱等现代纺织新技术中，高速气流技术已成为现代纺织加工的主流技术之一。
高速气流与其加工对象——纤维或纱线之间的耦合作用特性是这些技术共有的基本特征。但是，国内外的相关研究还主要局限在低速气流，纤维/高速气流两相流体动力学的基础研究还相对薄弱，难以为高速气流技术的纺织应用提供有力的支撑。
项目研究团队于1995年起，在国家自然科学基金委、教育部和上海市等科研计划项目的支持下，围绕纤维/高速气流两相流动力学开展了系统的研究工作，实现了五个方面的技术创新。
作为项目组成员之一，东华大学教授曾泳春为我们做了更加详细的介绍。首先，构建了基于柔弹性特征的纤维模型。“珠—杆”链式和基于有限单元法的纤维模型，将纤维的柔弹性物理特征纳入其中，实现了纤维在高速气流中位置、取向及变形的合理描述。二是揭示了纤维在高速气流场中的耦合作用特性与运动变形规律。在国际上首次实现了纤维在喷气纺、喷气涡流纺、气流减羽等喷嘴中运动的数值模拟，获得了纤维运动、变形特征及其与高速气流场的相互作用规律。三是实现了纺纱喷嘴内高速气流场流动特性的数值模拟与实验测试。四是对纤维，高速气流两相流体动力学理论研究成果在高速气流纺纱中进行应用。揭示了喷气纺与喷气涡流纺加捻、气流喷嘴减少纱线毛羽的机理，设计了具有自主知识产权的纺纱喷嘴，实现了工艺的系统优化与成纱质量的精确预测。五是将纤维，高速气流两相流体动力学模型拓展应用于超细纤维纺丝拉伸技术中。
篇4
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0130-02
一、环境类工程流体力学的学科特色分析
环境类专业涉及流体力学的内容广泛，而且与机械、热能动力、水利等传统学科对流体力学的要求有明显不同。[1-3]河北工业大学（以下简称“我校”）环境工程专业采用闻德荪先生编著的《工程流体力学》教材，由高等教育出版社出版，分上下两册，上册为《理论流体力学基础》，下册为《应用流体力学》。该教材与其它传统学科所采用的流体力学教材相比区别较大：由于人类生活和生产主要局限在生物圈，生物圈中水和气是无处不在的，环境类专业主要围绕水和气，因此，上册《理论流体力学基础》的覆盖面极大，包括静力学、运动学、动力学、恒定平面势流、流动相似原理、流动阻力和能力损失等模块；下册《应用流体力学》包括孔口和管嘴出流、有压管流、明渠流、堰流、渗流等模块。下册以水为主，旁及气体，实际上是水力学基础。但是，与传统水力学又有着明显的不同，这一不同并不是教材主要内容的差异，而是学科体系的构建不同。传统水力学在学科构建上有着鲜明的学科特色，而环境类专业所学习的《应用流体力学》（教材下册）是采用更加简单的方式初步介绍水力学。换言之，是上册《理论流体力学》的动力学在几种特殊边界流场中的具体应用，这些特殊流场的研究对于设计和计算环境类的反应器、构筑物的形式和尺寸，以及流体输配具有重要意义。
工程流体力学与三大力学（理论力学、材料力学、结构力学）相比，其主要概念和原理几乎没有相似之处，[4-6]与大学物理学相比也无相似之处。[7]换言之，在工程流体力学中涉及的概念和原理对本科生来说几乎是全新的。工程流体力学建立在连续介质假设基础上，是通过牛顿经典力学和高等数学知识对流体静止和运动规律进行研究，通过欧拉法或拉格朗日法对流动现象建立数学模型，从而用微积分等高等数学方法解决流体流动问题。该学科的基本概念和原理在三大力学或大学物理学中几乎是从未提及过的。
可见，工程流体力学的学科特点鲜明，是环境类专业的重要骨干课程。笔者从事工程流体力学教学7年有余，并主动向老教师或其他同行学习探讨，发现除了要把握好该课程的学科特点外，对教学难点也要广泛筛选、收集和研究，并结合教学方法进行探讨论证，[8-12]具体分析见表1及下文。
表1 若干教学难点与教材章节对应一览表
序号 教学难点 教材章节[1]
1 连续介质假设 第一章绪论
2 隔离体受力分析 第一章绪论
3 流体相对平衡 第二章流体静力学
4 流体静力学基本方程、阿基米德原理 第二章流体静力学
5 拉格朗日法、欧拉法 第三章流体运动学
6 亥姆霍兹速度分解定理 第三章流体运动学
7 理想流体动力学、实际流体动力学 第四章理想流体动力学和平面势流、第五章实际流体动力学基础
8 牛顿一般相似原理、单项力相似准则 第六章量纲分析和相似原理
9 普朗特混和长度理论 第七章流动阻力和能量损失
10 孔口、管嘴出流和有压管流 第九章有压管流和孔口、管嘴出流
11 堰流 第十章明渠流和闸孔出流及堰流
12 渗流 第十一章渗流
二、环境类工程流体力学的教学难点与教学方法衔接技巧分析
连续介质假设（序号1）是工程流体力学的基础，其重要性不言而喻，但是作为一门新课程的开始，学生往往很难接受这样的模型假设。因此，宜采用讨论法处理该问题，讨论法的难点是避免讨论课的无计划性。质点的概念对于研究流体运动是至关重要的，但是有大半学生掌握不到要领。具体体现在，把流体质点的概念与物理学刚体质点的概念混淆，觉得二者完全一致，没有特殊涵义。面对这一问题，与学生针对两个“质点”概念进行详细的机理分析是很必要的。连续介质假设的核心理念是流体质点概念的提出，流体质点是这样定义的：流体质点是指尺度大小同一切流动空间（流场）相比微不足道又含有大量分子，具有一定质量的流体微元；物理学中的刚体如果只发生平移运动的话，该刚体可简化成质点处理，即用一个质点代替刚体，使物理运算变得很方便。因此，这两个“质点”概念有着不同的涵义，流体的主要特点之一就是易流动性，流场的形状受制于边界条件，流场在流动过程中，边界形状不断变化，所以，流场形状也在不断变化，因此，流体质点不能替代流场，而是由大量的流体质点组成连续介质，填充整个流场。
工程流体力学本质上讲是力学问题，需要在解题前进行受力分析（序号2）。在中学物理学中，受力分析贯穿始终，为中学生所熟知。所以，该部分的学习推荐采用自学指导法和对比分析法，这样可以充分调动学生的学习积极性。由于流场形状受制于边壁，流体的受力分析规律性不明显，这与中学物理学的刚体受力分析区别较大。流体受力分析，均可从两个方面进行，即质量力和表面力。质量力包括重力和惯性力，属于远程力，作用在整个流场的所有质点上，其中，惯性力的存在与否取决于坐标系的选择。如果选择惯性坐标系，则惯性力肯定不存在；如果选择非惯性坐标系，则惯性力肯定存在。表面力包括切应力和压应力，概念的内涵与刚体的表面力相似，切应力和压应力之间的区别在于作用力方向的不同。
很多学生不了解学习流体相对平衡（序号3）的意义何在，根据该知识的特点，可采用探究发现法处理该部分内容。流体相对平衡的意义，在于将特殊的运动问题转化成相对静止的问题，从而使计算得到简化。当整个流场与固体边壁无相对运动时，选择非惯性坐标系，根据达朗贝尔原理引入惯性力，可用相对平衡条件来处理该问题，即对隔离体采用受力平衡条件，可使计算过程大大简化。
中学物理学所熟悉的流体静力学基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何从流体静力学的角度来重新定义（序号4），也是这一章的难点。该难点的讲解宜采用启发性谈话法，该方法一定要注意谈话内容的设计合理性，以期对整个谈话过程有的放矢。流体静力学基本方程的限定条件是质量力仅有重力，也就是说，坐标系为惯性坐标系。如果将其推广到非惯性坐标系，则计算方法应为欧拉平衡微分方程的积分式，欧拉平衡微分方程是建立在牛顿第二定律基础上的。该部分需要学生将流体静力学基本方程与欧拉平衡微分方程积分式进行对照。阿基米德原理是计算浮力的基本原理为中学生所熟知，在中学物理中往往解释成由实验研究获得，实际上在大学工程流体力学中可以解释成曲面所受静压力的合效应使其意义更广泛。
流动现象如何用数学语言描述，这是流体力学建立的基础，该难点的处理宜采用讲授法。描述流体运动的方法有两种，即拉格朗日法和欧拉法（序号5）。拉格朗日法是从流场中选择关键性流体质点组成流体质点系，跟踪每一个流体质点，研究其运动规律，进而总结出质点系运动规律，从而推演出整个流场运动规律，该方法概念清晰，但是分析和计算过程复杂。欧拉法是从流场中选择有代表性的空间点，分析这些空间点的运动规律，从而总结出整个流场运动规律。在计算流体力学中，常常采用拉格朗日法，在工程流体力学中常常采用欧拉法。
流体微元运动的基本形式包括平移、转动、角变形、线变形等。在流体微元内部，如果已知其中一点的运动要素，在微元内其他空间点的运动要素可以用已知点的运动要素表达出来，该定理称为亥姆霍兹速度分解定理（序号6）。很多学生对该定理存在疑问：微元内部这两个空间点之间怎么会存在联系？该问题适合采用探究发现法进行介绍，教师可首先将其转化成高等数学的模型，提示学生用微积分的方法来处理，具体而言，二者之间的联系是通过高等数学中的泰勒公式建立的。
理想流体动力学和实际流体动力学（序号7）在工程流体力学中是可以合并讲授的，采用系统讲授法更合适，这样更有利于知识的完整性。流体动力学主要涉及三大方程的后两个，即能量方程和动量方程。首先介绍理想流体运动微分方程和实际流体运动微分方程，前者也称为欧拉运动微分方程，后者也称为N-S方程，这两个重要方程均由牛顿第二定律推导获得，二者可作为计算流体力学基础，由此也可推导出能量方程。另一点需要注意，能量方程有两种形式，理想流体能量方程和实际流体能量方程，前者可以统一到后者中去，由于实际流体存在粘滞力，可产生能量损失，即单位重量流体从计算断面1-1运动到计算断面2-2时的平均能量损失；如果是理想流体，则粘滞力不存在，产生的能量损失为0。
量纲分析和相似原理主要涉及到（动力）相似准则里的牛顿一般相似原理和单项力相似准则之间的辩证关系（序号8）。该部分知识琐碎，宜采用讲授法。两个流动，即原型和模型流动，如果要实现流动相似，几何相似和初始条件、边界条件相似是基础，动力相似是保证，运动相似是目标。如果要实现动力相似，需要对应空间点处各个同名力方向相同，大小成固定比例，这称为牛顿一般相似原理。但如果在几何相似和牛顿一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的几何形状和大小完全一致，失去了模型实验可缩小原型几何尺寸的意义。正是基于此，所以提出单项力相似准则，在流动中起主导作用的力往往只有一种，这是流动现象的特点，所以如果在原型和模型中，起主导作用的力相似的话，可认为二者的动力相似已实现。
普朗特混和长度理论（序号9）是学生学习的难点，大多数学生感觉该部分不知所云。比如说，该半经验理论的意义是什么，问题从何而来？该部分宜采用讨论法。流体处于湍流状态时，运动参数可以分为时均流速和脉动流速，时均流速产生时均切应力，脉动流速产生附加切应力，时均切应力的计算采用牛顿内摩擦定律，附加切应力计算采用脉动流速计算，即，其中脉动流速ux’和uy’计算困难，需要通过普朗特混和长度理论进行计算，该理论通过将湍流脉动与理想气体自由程理论进行类比，提出自由程概念，从而将脉动速度与时均速度建立联系，实现了附加切应力的计算可行性。
孔口、管嘴出流和有压管流（序号10）是研究水力设备和输配水管网的基础，这一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、长管、管网，对这些模型的深入研究需要采用上册流体动力学的连续性方程和能量方程，在深入分析流动规律后，可得最一般的规律性，即流量和断面平均流速的计算公式。这部分可以看成针对几种特殊边界应用动力学方程来求解计算题，所以在介绍了孔口或短管以后，其他形式的边界流动由学生通过练习法和讨论法来自学，最后由教师进行总结。
在缓流中，为控制水位和流量而设置的顶部溢流的障壁称为堰，缓流经堰顶溢流的局部水流现象称为堰流（序号11）。在环境类专业中，堰是常用的溢流集水设备和量水设备，在一确定的堰流中，流量与其它特征量的关系明确。薄壁堰可在环境类构筑物中作为出水设施，如二次沉淀池出水等。该部分内容生疏，宜采用演示法和讲授法。
渗流（序号12）是指流体在孔隙介质中流动，该流动状态在地下水中广泛存在，对地下取水井的设计往往要采用该模型的相关理论。该部分多在研究生阶段深入学习。
三、结语
工程流体力学在环境类专业中的现实意义和理论意义重大，在注册环保工程师基础考试中份额可观。该课程学习难点颇多，对于本科生来说学习的压力较大，需要教师在知识点梳理、难点筛选、师生沟通、教学方法总结等方面多做工作，笔者通过对环境类专业工程流体力学教学的自身体会完成此文，希望对教学一线的教师有所帮助。
参考文献：
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[5]刘鸿文.简明材料力学[M].北京：高等教育出版社，2007.
[6]王焕定，章梓茂，景瑞.结构力学[M].第3版.北京：高等教育出版社，2011
[7]东南大学等七所工科院校.物理学[M].第五版.北京：高等教育出版社，2008
[8]教育部人事司.高等教育学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[9]教育部人事司.高等教育心理学[M].北京：高等教育出版社，1999.
篇5
本书对有经验的工程师、科学家和学生都很有用，将成为工作在石油工程上游领域的地质师、工程师和学生的必备书。
本书共分12章：1.活动带的含油区中的流体动力学；2.在阿尔卑斯活动带盆地的地质和油气显示；3.阿尔卑斯活动带盆地的水温地球化学场；4.阿尔卑斯活动带盆地的地压场；5.阿尔卑斯活动带盆地的地温场；6.阿尔卑斯活动带盆地今日的地球-流体-动力学；7.南里海盆地的碳氢生成、迁移和集聚；8.阿尔卑斯活动带盆地的油气显示的形成、地点和预报中的地球-流体-动力学机理和因素；9.阿尔卑斯活动带盆地的商业性油气显示的定性标准和定量特性；10.阿尔卑斯活动带盆地的油气显示的地质-数学模型；11.局部构造和油气显示主要区域中油气显示的地球-流体-动力学参数；12.进行区域情况分析的企图，在勘探和估价作业（以南里海盆地为例）的计划和行动中战略决策的概念性估价和步骤。
M. Z. Rachinsky是俄罗斯自然科学研究院的教授，曾获2006Kapitsa杰出科学成就奖；曾经是阿塞拜疆州石油研究院油气地质系的教授。
篇6
0 引言
婴儿培养箱是一种婴幼儿保育设备，采用“空气对流热调节”的循环方式，维持婴儿舱内域流场参数的稳定性。在空气流动循环过程中，路程较长，过程复杂，空气流动状态比较抽象，很难把控空气流速和温度场的分布状态。本文以计算流体动力学知识为基础，利用CFD计算机流体仿真软件，对婴儿培养箱内空气流场进行的可视化模拟研究。
1 婴儿培养箱空气流动循环原理
目前，多数厂家生产的婴儿培养箱是由风扇驱动，采用“纵向空气对流热调节”方式，维持内部空气往复循环的过程。通过空气入口，补充在循环过程中损失的空气；利用电加热器，保证空气的适宜温度；通过风道结构的设计，控制空气流场的分布状态等。其空气循环通道结构主要包括风扇、加热器、腔体、隔板、婴儿舱、前内衬板、上内衬板、后内衬板、婴儿床等。如图1。
2 CFD建模与仿真
基于CFD的婴儿培养箱内空气流场可视化模拟研究，是通过建立婴儿培养箱内空气流场仿真模型，利用CFD计算机流体仿真软件进行仿真，并对仿真结果进行参数化和可视化处理，有效的观察和分析婴儿培养箱内空气流场循环过程[1]。
建立三维仿真模型，采用自适应网格的划分方法进行网格划分，采用瞬态模拟，设置流体计算域和风扇旋转计算域。计算域介质为理想空气，风扇旋转域的运动模式为旋转模式，旋转速度为100rad/s。空气进口温度设为环境温度25℃，出口温度设置为出口平均温度，加热器表面温度为45℃，壁面设置为绝热条件。
参照GB 11243-2008，在模型中设置五个监控点，分别命名为A、B、C、D、E，分别监控其速度、温度和压力的变化[2]。根据求解器收敛情况，判断程序求解运行过程是否正常，及确认求解结束。
3 仿真结果分析
利用CFD软件的后处理器对计算的数据结果进行参数化和可视化分析。建立模型中A、B、C、D、E五点的速度和温度进行分析，与样机实测数据相比较，验证仿真结果的合理性。如表1，2。
由表中数据可以看出，计算值与实测值的分布状态一致，并且五个监控点速度平均值均在0.1m/s以下，监控点温度平均值相互之间最大相差0.1℃，满足国标不大于0.8℃的要求。满足婴儿培养箱内空气流动状态分析使用参数要求，因此可以确认仿真结果是合理的。
4 总结
基于CFD的婴儿培养箱内流场可视化模拟仿真，分析婴儿培养箱内空气流动状态，得到婴儿培养箱内部空气流动特性。经过仿真结果后处理分析，能够进行全方位的视觉观察婴儿培养箱内部空气的整个循环过程和流动特性，并提供详细和完整的数据参数，实现了仿真模型的形象化，可视化，参数化，弥补理论分析的抽象化、简单化和实验分析的周期长，投入成本高等不足问题，为进一步开展的系统研究，结构优化设计等方面提供参考数据。
参考文献：
篇7
“工程流体力学”课程是以高等数学、大学物理、工程力学、工程热力学为基础，集概念、公式、实际应用于一体的一门专业基础课。该课程基本概念抽象，公式结构复杂，实际应用众多，尤其在石油行业尤为突出。石油工业中的许多问题都要采用流体力学理论解决，诸如钻井液循环压力和流速的设计，套管强度的校核，采油过程中油井采出的流体在泵或井筒内的流动规律分析，地面管线的布设，管径设计，管线强度的校核，压差与流量之间关系的确定，输液泵的选择和安装位置的确定，储油罐强度的校核，油品装卸时间的计算，油品和天然气的计量，气蚀和水击等现象的预防等。解决这些问题，要求从事石油工程技术的科学工作者必须具备“工程流体力学”知识，以便在石油工程的建设和管理中更好地发挥作用。为了使学生能够更好地学习掌握该课程的内容，教学环节尤为重要。对如何设计教学环节，本文主要从以下四个方面加以说明。
一、教学由多媒体与板书共同完成
教学板书是教师教学思路的整体反映，是教师在教学过程中引导学生学习，帮助学生理解和记忆，以及启发学生思考的重要手段，是教学过程中不可缺少的组成部分。教学板书以文字、符号、图表等手段将教学内容直接诉诸学生的视觉，丰富了学生的感知表象，有助于学生吸收和掌握知识信息。在授课过程中，笔者把学生对使用板书和多媒体的意见进行调查，90%的学生更倾向于使用板书教学。
由于“工程流体力学”课程，基本概念多、难理解，公式复杂难懂，采用板书边写边讲解，给学生留有足够的时间去理解，去认知，接受起来更容易一些。但是流体本身运动复杂，没有固定的形状，在外力作用下，流体流动状态、流动规律是什么样的，在板书上表达起来可能不够准确，不够形象、逼真；而采用多媒体[1]，将其制作成图片或动画课件，则直观明了，生动具体，给学生在视觉上以新颖的感觉，在头脑里的印象会更深刻一些。比如：讲工程流体力学的发展史，单纯讲授枯燥无味。此时，制作多媒体课件展示给大家， 比如弧线球也称香蕉球，找一个足球明星踢弧线球的视频放里面，边放映边讲解，学生很感兴趣，还学到了知识，同时也激发了学生的学习热情，起到了很好的引导效果。
二、将计算流体动力学软件融入到理论教学中
“工程流体力学”一般采用理论方法、实验方法和数值计算三种方法研究，其中，数值计算就是使用计算流体动力学软件计算[2]，是当今比较常用也比较流行的方法。计算流体动力学（简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD可以看作是在流动基本方程控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定漩涡分布特性、空化特性及脱流区等。CFD方法克服了理论方法和实验方法的局限性，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计算机上做一次物理实验。例如，机翼的绕流，通过计算机并将其结果在屏幕上显示，就可以看到流场的各种细节；如激波的运动、强度、涡的生成与传播、流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有区别。
目前，CFD软件中比较著名的就是Fluent软件。所以可以在教学中使用Fluent软件模拟，给学生展示流动规律和流动结果。例如：冯・卡门涡街，不同形状物体绕流使用Fluent进行模拟，既直观又能清楚地展现流动规律，同时对流体本身产生无限的向往，对“工程流体力学”课程充满了期待和兴趣，为学生以后学习软件打下了基础。
三、实施双语教学
随着我国与世界的接轨，随着世界一体化进程，迫切需要大量精通两种以上语言的人才，作为一种培养国际化人才的有效手段，双语教学势在必行。高等教育作为教育的前沿阵地，也要同国际接轨。双语教学本身就是我国高等教育国际化趋势的客观要求，对高校来讲，可以加强国内高校和国外高校的教学合作，高校之间的合作项目越来越多，有助于国内外专业领域知识体系的统一和完善；对教师来说，可以促进国内高校教师同国外高校教师的学术交流，国内高校教师可从中了解到很多世界前沿知识，并有效地传递给学生；从学生自身来看，打破了语言障碍，学生能够在专业技术领域内较好地将母语和英语这两种语言之间根据交际对象和工作环境的需要进行切换，有效地开展交流与合作，并且多掌握一种语言，就多了一份生存的手段，多了一份了解外部先进世界的途径，多一份机会。双语教学不仅可以培养学生运用外语解决实际问题的能力，而且有利于学生学习、掌握、精通一门外语（主要是英语），能够多一种思维方式，学会从多种角度，用不同观点看问题，进而提升竞争能力，同时也为培养“复合型”人才奠定了基础。
现今实施“双语教学”，既符合与时俱进的要求，又能够提升教学水平，这意味着在教学中实施“双语教学”势在必行。在“工程流体力学”专业基础课教学中改变使用单纯母语（汉语）的教学方式，将外语（主要是英语）运用于其教学的全过程之中，使之与母语教学互相融合、互相促进，既体现专业基础课教学的特色和针对性的同时，又能够全面提高学生的外语应用能力和综合素质，使教学更好地适应新世纪人才培养目标的要求。在“工程流体力学”教学中推行双语教学，使学生在双语教学课堂中提高英语水平，学会用英语表达专业知识，继而过渡到用英语去思维、求知、交流，以便熟练地用外语来解决实际问题。这种教学模式既符合经济迅速发展对涉外人才基本素质的要求，也符合大学各专业交叉融合的发展方向，是教学改革的重要内容。
根据“工程流体力学”课程的特点，在其教学中可以使用综合型教学模式。即对一些基本概念、基本理论，比较好理解的，可以采用浸入型；而对一些公式的推导，专业性比较强的，难于理解的采用过渡型。另外，将一些流体发展的历史、实例用多媒体教学手段进行授课，达到直观的效果。
四、注重实验环节
“工程流体力学”也是一门实验科学[3]。很多流体力学理论都是以实验为基础建立起来的，理论分析得出的结果需要通过实验来验证，而实验的进行又需要用分析得出的理论来指导。因此，实验是“工程流体力学”课程的重要组成部分，是必不可少的教学环节。它不仅是为了验证理论，有助于学生学好流体力学，而且是培养学生进行科学研究、提高独立工作和创新能力的重要环节。
随着大学教育的普及，受教育的人数迅猛增长，而实验教学设备与人数增长不成比例，导致教学和实验的间隔周期较长，使得实验前，有些学生并没有做好充分的准备，并且缺乏必要的理论复习，对即将做的实验相关知识没概念，致使理论和实验严重脱节，实验效果不佳。但是对学生的考核仅仅是一份实验报告，导致有些报告抄袭严重，甚至有些学生做实验，看别人怎么做就怎么做。这样，学生的动手能力、实践能力怎么能培养出来？更不用说培养学生的创新能力和发散思维。实验课是教学的必要环节，也是重要环节，不容忽视。
1.实验前，回顾与实验相关的知识点，让学生在短时间内了解本次实验和相关理论，这里的相关理论不是本实验的结论，实验结论应该由学生通过做实验总结出来；也可以将本实验过程录制成一段视频，让学生提前看一下，熟悉一下实验过程，视觉在人心中留的印象会更深刻一些，做到心中有数，这样真正自己动手做实验就不会茫然。
2.由于时间和设备的限制，实验只能就某一种情况进行操作，对其他条件变化时会有什么样的规律不能面面俱到，这时在实验教学中应用计算流体动力学软件演示也会收到很好的教学效果。所以，计算流体动力学软件不仅在教学中，在实验中的作用也是显著的。
3.在实验课教学改革的同时，实验课考核的方法也应该相应地加以整改。通过纯粹的书面实验报告和出勤率进行考核，学生互相抄袭，敷衍了事，实验做完后真正的原理还没弄明白。为了避免此类情况的发生，一方面，考核每个学生亲自动手做实验，边做实验边讲解，不仅能够锻炼学生动手的实验能力，语言表达能力相应地也有所提高，为此应该增加实验教师的人数；另一方面，除了增加实验课在最终成绩的比例（10%）外，还要在期末试卷中增加实验内容，以检验学生对实验的理解能力和掌握情况。
为了使学生能够更好地掌握“工程流体力学”课程的内容，教学需要改革，这就要求当代大学教师不断地尝试、不断地探索新的教学模式，充分调动学生的学习热情。本文针对“工程流体力学”这门专业基础课程的特点，提出了几点教学建议，希望对工作在一线的流体力学教师有点帮助。
参考文献：
篇8
本书主要讨论在科学研究及工程实践中遇到的流体问题中偏微分方程的变换与求解问题，书中所讨论的内容在航空航天、生物力学、化学、机械工程、流体力学及地球物理学流动等领域均得到了广泛应用。
本书一共分为8章。1，介绍了复数的基本知识、解析函数、积分与柯西定理、实积分的应用等内容；2，介绍了Gamma函数，一些用微分方程定义的函数如Legend-re函数、Bessel函数、超几何函数、cheby―shev函数和airy函数等特殊函数及部分函数的积分；3，特征值问题与特征函数展开。内容包括Rayleigh判据，Sturm―Li―ouville问题，特征函数展开及应用实例，非标准特征值问题，Fourier-Bessel级数；4，格林函数边值问题，介绍源项与基本解、有源项的球壳导热问题、格林函数一阶与高阶问题、伴随与自伴问题、一阶系统：格林矩阵、特征函数展开及实例；5，主要介绍Laplace变换及逆变换、双边Laplace变换；6，Fourier变换及逆变换、Mellin变换。7，主要介绍了背风波、远场动量尾迹、Kelvin-Helmholtz不稳定度、平板Couette流动稳定性等物理问题中的微风方程的应用；8，积分的渐进展开，主要介绍渐进展开基本知识、部分积分法、Laplace积分、Watson引理、最速下降法、稳相法及Kelvin结果等内容。
本书两位作者曾多年从事相关领域研究生课程教学工作，具有丰富的教学经验，书中很多内容就是在教学笔记的基础上整理编写出来的。I.H.赫伦教授曾在哈佛大学任教，美国西北大学、马里兰大学、麻省理工学院和美国Los Alamos国家实验室等单位进行访问研究，现在任职于伦斯勒理工学院，主要从事流体流动稳定性理论研究；M.R.福斯特是俄亥俄州立大学荣誉退休教授，曾在里海大学、伦敦大学学院、邓迪大学和曼彻斯特大学等进行访问研究，目前是伦斯勒理工学院兼职教授，获得过多个教学和科研奖项，是《流体动力学》、《流体物理学》、《力学学报季刊》和《应用数学》等国际杂志的审稿人，专业是理论流体动力学。
本书结构清晰，各种概念、定理解释透彻，书中结合实际物理问题安排了大量实例，十分便于读者理解理论知识，既可以作为非数学专业学生运用数学方法研究流体力学课程的教科书，也可以作为数学专业的辅助课程参考书，同时还可以作为相关领域研究人员的参考资料。
篇9
现有研究气流脉动较为成熟的方法大多基于平面波动理论[1]或一维非定常流动理论[2]，它们均未考虑流体流动时湍流的影响，同时对缓冲器、孔板、冷却器、分离器等管路元件的气流脉动计算精度也较差。随着计算机速度的提高和近年来CFD技术的发展，选用有限元方法[3，4]及有限容积法[5]计算管系的气流脉动取得了一定的成效。CFD方法[6]应用于稳态的工业流场模拟已有较多的报道，但对非稳态的脉动流场研究较少。
本文基于CFD方法建立管道系统流体动力学模型。在考虑湍流的情况下[7]，模拟了含空冷器及孔板管道等管路原件的管道系统非定常流动时气流脉动及流场特性。通过和实验数据对比验证了CFD方法计算管道系统气流脉动的合理性及准确性。
一、CFD模拟计算理论
目前广泛用于计算流体力学的数值方法有有限差分法、有限元法、有限体积法等，其目的都是将控制方程离散化，本文用到的CFD软件FLUENT[8-9]采用有限体积法将非线性偏微分方程转变为网格单元上的线性代数方程，然后通过求解线性方程组得出流场的解。因此对于所有流动，FLUENT都求解质量和动量守恒方程；对于包含传热或可压性流动，还需要增加能量守恒方程；如果是湍流问题，还有相应的输运方程需要求解；我们称以上各方程为控制方程。根据模型特点，本文所用FLUENT中的标准 湍流模型对低速可压管流问题有良好的表现。
1.统一控制方程形式
式中， 为通用变量，可以代表 ， ， ， 等求解变量； 为广义扩散系数； 为广义源项 ，式中各项依次为瞬态项（transient term）、对流项（convective term）、扩散项（diffusive term）和源项（source term）。
2.标准 方程
标准 模型需要求解湍动能 和耗散率 方程。该模型假设流体流动为完全湍流，忽略分子的粘性影响。该模型的湍动能 和耗散率 方程为：
-由于平均速度梯度引起的湍动能；
-由于浮力影响引起的湍动能；
-可压缩湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响；
-湍流粘性系数， 。
此模型中的各个常数在FLUENT中的默认值为 ，
，湍动能 和 耗散率 的湍流普朗特数分别为： ，
该模型适合对完全湍流流动的模拟。
二、气流压力脉动实验及管道系统计算模型
1.孔板消减气流脉动实验
为了对管道系统气流脉动的模拟结果进行验证，依照图1搭建了往复式压缩机管道系统压力脉动测试实验平台。测试系统主要由一台往复式压缩机、变频器、与其相连的管道系统、直流稳压电源、压力传感器、示波器、数据采集及分析系统组成。
2.管道系统的计算模型
根据搭建的管道系统实验平台，在不影响模拟结果的前提下，为提高计算效率采用如图2所示（尺寸单位为mm）的二维计算模型。将模型导入Gambit中划分单元网格，网格类型采用非结构化（Pave）
的四边形网格（Quad），共得到17644个单元。最后在Gambit中对管道系统添加边界条件，入口边界条件采用非定常压力入口边界条件，出口边界条件为压力出口边界。
三、气流脉动模拟及实验分析
1.模拟分析
将在Gambit中化分好的网格模型导入Fluent中，在Fluent中根据管道内部介质的性质采用基于密度（耦合式）的隐式2ddp（二维双精度）求解器，并指定其计算模式为非稳态；计算模型选择标准
双方程湍流模型；流体类材料为理想空气。根据现场实验条件，出口边界条件采用非定常压力边界条件： （根据其公式用C语言编译非定常速度UDF函数）即施加一个频率为7.3Hz（模拟转速为438r·min-1压缩机）、压力不均匀度为24%的脉动压力条件，入口边界条件采用定常压力边界条件（由储气罐上的背压阀控制），文中设定为101325Pa。图3为未加孔板时缓冲器前后压力脉动曲线图，由图可以看出缓冲器对消减气流脉动有一定的作用；图4为加入孔径比为0.5的孔板后缓冲器前后压力脉动曲线图，对比图4发现孔板对消减气流脉动有明显的作用效果，但在加入孔板时需要选择适当的孔径比，由图可知0.5的孔径比衰减效果很理想。
2.实验测试结果
图5为当压缩机以438 r？min-1转速运行时，添加孔径比为0.5，厚度为8mm的孔板后，孔板前后主管线上压力脉动的对比图；与模拟结果 （图4所示曲线）十分吻合。从二者对比结果可看出利用CFD的方法计算管道系统的脉动压力具有直观、形象、准确的特点。
四、结论
1.基于CFD技术，通过利用FLUENT软件对管道系统内部流场的计算，直观形象的验证了缓冲器、孔板等管路原件对气流脉动的消减作用。
2.通过与实验数据的对照，发现利用CFD技术计算气流脉动更加可靠、准确。
参考文献
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[7] 王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
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近年来，随着采、掘机械化程度的提高，工作面粉尘浓度成倍增长，大量的粉尘不仅危害井下工人身体健康，而且大多数粉尘具有爆炸性，严重威胁着矿井的安全生产。为了降低采、掘工作面粉尘浓度、防止职业病的发生、保障工人的身体健康、避免粉尘爆炸等事故发生，结合流体动力学等相关理论，提出了风水联动自动喷雾降尘理论与技术。通过工业性试验，测定了风水联动自动喷雾装置的实际效果，为煤矿粉尘防治工作提供了新的思路和方法，取得了良好的效果。
目前使用的喷雾系统装置主要是雾化喷头，地面静压水池防尘水通过防尘水管与雾化喷头连接，通过阀门控制喷雾，喷头上的喷嘴多为塑料材质，且有一段软管与防尘硬管连接，该装置存在以下缺点：喷头的喷雾嘴容易堵塞，造成不出水；喷雾嘴容易损坏，造成不雾化或雾化效果不好；喷头喷雾效果不好，喷雾范围小，不能覆盖巷道全断面；由于喷雾装置距离工作面迎头较近，喷雾装置坚固性不足，容易被放炮崩坏；喷雾系统的整体结构达不到优化配套的要求，导致喷雾降尘效果不理想。经过在实践中摸索研究，在流体力学的基础之上研制了风水联动自动喷雾降尘技术，利用风-水两相流体，以风为主，以水为辅，形成立体雾化范围，通过隔尘、降尘等一系列过程，能够有效降低工作面粉尘浓度，保障从业人员身体健康，避免粉尘爆炸等事故发生。
2 风水联动自动喷雾降尘原理
将防尘水管中的防尘水从喷雾头的斜侧方向引入喷雾头内，将压风管中的压风从喷雾头的后部以直线方向引入喷雾头内，当风力射流喷雾喷嘴在同时接通承压水和高压气流时，承压水和高压气流在射流喷嘴的喷嘴腔内混合，依靠风的高压动力将引入的承压水加以雾化，通过喷嘴喷出，一股高压气流使得水流铺开并迅速破碎利用风的压力，使进入的防尘水分裂成许多小水滴，并在风力射流喷嘴的喷头处喷成雾状，通过对称喷嘴边壁周边向外喷射形成喷射物流，形成有利于降尘和隔尘的喷雾体，喷射物流随着气流的扩散而扩散并变成湍流，雾流在高速气流的冲击下分散度非常好，
由于高压引射喷雾的速度大于尘粒运动速度，雾粒将尘粒捕捉、吸附，高压气流喷雾的雾粒直径很小，对以扩散运动为主的尘粒具有非常好的降尘效果，当尘粒被捕捉，湿润的尘粒互相凝结变成质量较大的尘粒而沉降。风水联动自动喷雾装置示意图如图1所示，系统示意图如图2所示。
3风水联动自动喷雾降尘特点
1、喷管利用长度1.5米左右的1寸钢管上钻出8-10个圆锥形喷嘴，采用快压接头的方式与防尘水管及压风水管连接。制作及使用都非常简单，易于操作。该装置全部采用钢管制作，坚固耐用，能够承受放炮的冲击。该装置取消了传统喷雾头的喷嘴，提高了喷雾的可靠性。
2、喷管上8-10个喷嘴，都能够形成锥形喷雾状，立体的喷雾空间能够覆盖巷道迎头全断面，防尘效果好。
3、该装置的管状架体结构增加了其坚固性而且易于吊挂，采用快压接头的方式与防尘水管及压风水管连接，接设简便易行。安装阀门控制风量、水量，以达到最好的降尘效果。
4、对水压及风压要求不高，适应性强。经现场测试：水压大于2KPa，风压大于0.5MPa即能取得良好的喷雾效果。
5、喷雾直喷工作面迎头，可以带动风流，降低工作面瓦斯浓度，防止超限。
6、风水联动自动喷雾降尘技术用水量极少，对比传统喷雾技术，节约用水70%以上，经济效果显著。
7、风水联动自动喷雾装置结构简单，成本低。
4 风水联动自动喷雾降尘技术工业试验
测点1布置在兴山煤矿1202煤掘工作面在煤掘工作面，测点2布置在距回风口20米处，巷道掘进距离75m，供风量310m3/min，平均风速0.47m/s。利用GH100型矿用直读式粉尘浓度测定仪，滤膜称重法得出测点的全尘浓度，如表1所示。
5 结论
1、风水联动自动喷雾降尘技术符合流体动力学等相关原理，喷嘴制作较为简单，锥形喷雾面积大，能够有效隔离粉尘，进而通过一系列的沉降，达到除尘的目的。
2 、风水联动自动喷雾降尘技术，具有传统除尘方法无法比拟的优点，现场降尘效果良好，用水量极小，经济效益十分显著，必将成为煤矿降尘方法的主要选择。
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（一）区域成矿学的基本研究内容
近几十年来，地质专家、学者们提出来了一系列区域成矿理论和观点。随着区域成矿学理论的不断深入发展，它在地质矿产找矿过程中发挥的作用也越来越大。区域成矿学的研究内容主要包括以下几个方面：区域地层、构造、岩浆和变质作用及地质发展；含矿岩石建造的种类、形成与分布；区域地球化学特征；区域地质流体；已知矿种、矿床类型和成矿条件，成矿模式及成矿特征；区域地质异常；区内的成矿系统；矿产信息库的建立，区域成矿规律和成矿预测图的编制；总结区域成矿规律与特征，明确进一步研究的问题与方法；区域矿产资源潜力评价。通过以上研究工作获取对地质作用过程的基本认识，最后进行地质构造综合研究工作，分析有利于成矿的地质构造环境，编制综合地质构造图件，进一步说明地质构造特征，分析有利于成矿的地质构造。
（二）地质构造特征的研究工作是矿产预测工作的基础
成矿作用是地质作用的组成部分，也是地质作用的产物。区域成矿学主要研究：成矿作用与地质作用的关系，最终把成矿作用的研究有效地融合到地质作用研究过程中去。现代成矿学研究表明，成矿作用在空间上经常产生于各类地质构造的边缘部位以及变异部位。重要的矿产主要分布在板块与板块不同组成部位的结合带或者边界地带。在时间上一般与地质构造转换阶段密切相关，矿产地一般成群、成带分布，成矿带的规模和地质构造边缘带和变异带相当。因此地质构造特征的研究工作是矿产预测工作的基础，也是必需的途径。
二、区域成矿学研究发展趋势
随着对矿产资源需求规模和种类的扩大，成矿预测和找矿工作将继续受到重视。同时，由于地球科学整体进步、前沿领域研究取得突破性成就，成矿学研究也必将取得较快进展，我国区域成矿研究发展中，以下两方面最受关注。
（一） 成矿动力学研究
在地质科学的许多研究领域中动力学研究是一个大方向，而成矿学与动力学的结合使区域成矿研究达到一个新的水平。它主要从以下两方面展开：
1、开展单一矿床成矿过程的动力学机制研究。即对构造成矿流体运移及产生物质之间反应和交换的动力学研究。主要集中在对构造成矿流体运移中地球化学反应的热力学模型的建立，成矿物质形成和分布规律的反演和预测，把整个构造成矿流体动力学变量的变化特征进行研究。
2、开展区域成矿动力学的数值模拟研究
研究形成矿床集中区的地球动力学背景，目前仍以造山带和盆地为突破口。它以岩石圈变形研究为基础，要求深入研究岩浆作用发生及发展的动力机制，加强研究构造演化过程中流体的迁移和分布，探索大规模成矿作用的动力环境合成矿规律。随着计算机技术的广泛应用，区域成矿动力学机制的研究已由定性变为定量，静态变为动态，进行数值模拟成矿过程中的构造作用过程，完全数值模拟整个构造成矿的形成过程和动力学的过程成为可能。这久突破了构造地质作用过程中时空背景及环境条件复杂性的约束，对成矿的预测和矿产资源的勘查有十分重要的意义！成矿动力学机制的研究最终体现的是地球各圈层相互之间作用的过程，也是今后成矿流体动力学所要反映的核心问题。
（二）区域成矿构造研究
陈国达提出了“多因复成矿床”成矿学理论，而区域成矿的研究正是在此基础上开展。区域上成矿主要进行以下两方面的研究：
1、对矿床成矿类型的研究。在成矿构造研究中，以构造为主要线索，划分矿床的成矿类型，这些类型反映成矿物质来源的多样性和成矿过程的长期性及复杂性。2、对区域成矿作用过程研究。开展区域构造一热动力条件、主成矿期、矿床类型等研究，强调多成矿阶段、多控矿因素、多物质来源的研究，特别是构造岩浆作用的研究。3、对不同级别的大地构造单元控制着不同级别的成矿构造域、成矿构造区的划分、成矿专属性的研究。同时注重对不同构造系进行不同级别的划分，以利于正确划分成矿构造域、成矿区，顺利开展矿产资源预测和评估。
三、区域成矿不可忽视的问题
区域地质成矿是地质作用的一部分，其研究受到中外地质学家、矿床学家高度重视。伴随着科学技术的不断发展，地质找矿工作也逐渐向定量方面展开。但目前此项工作依旧还很薄弱。当前地质找矿工作中，针对不同矿种形成于不同的地质条件并受物理化学条件制约形成于不同深度，分门别类在同一地区不同深度上寻找不同矿种就成为一个不可忽视的问题。因为以往的地质找矿深度研究只注意从微量元素含量、元素共生组合进行研究，或使用矿物温度计、矿物压力计及氢、氧稳定同位素等研究成矿深度，却忽视了同一矿种或紧密伴生矿种在成矿深度上的上限深度和下限深度的研究，以及同一地区乃至全球垂直方向的上限深度和下限深度的研究和对比。这样就使得地质找矿缺少针对性和有效性，并造成人力、物力、财力的浪费，乃至对环境的严重破坏，盲目施工、盲目开采。
因为地质成矿在水平方向上和垂直方向上是有规律性的。举例来说河北涞源县王安镇杂岩体多金属，它的成矿规律：水平方向上，由岩体接触带向围岩，成矿由含铜磁铁矿矿化向铅锌矿化转变，矿床类型由接触交代型热液型；垂直方向上，成矿也表现为有序性：早期形成温压较高的含铜磁铁矿矿化，晚期形成温压较低的铅锌矿化。这说明铅锌矿化无论在水平方向还是垂直方向上均表现为一定的差异性，尤其是在垂直方向上的成矿深度表现为一定的深度范围。然而，在地质成矿过程中，其它金属成矿同样具有这种现象和规律。这就要求我们在当前地质成矿中，除注重研究有关矿种的成矿系列、成矿规律、成矿条件、成矿构造环境，更要注重研究有关矿种形成的区域成矿深度及相关地质体剥蚀深度。只有这样才能使地质找矿具有针对性、可比性，减少盲目性，提高找矿效率，并将取得较大的或重大的经济效益，同时保护了生态环境。
参考文献：
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[2]张逸阳.区域成矿学及中国区域成矿特征研究[J].科技资讯.2008.3
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1 资料与方法
1.1一般资料 悬吊式腹腔镜下子宫肌瘤剔除术女性患者20例，年龄30～50岁，体重45～64kg，ASA I或II级， 排除高血压、冠心病、哮喘、慢性心功能不全等疾病，经B超证实均为单纯子宫肌瘤，瘤数3～5，直径
1.2方法 禁食禁饮12h，无术前用药，入室后开放静脉通路，静滴钠钾镁钙葡萄糖注射液10ml/kg，测定BP、ECG、HR、SpO2。全麻诱导，静注右美托咪定0.4μg/kg，10min。注完，然后依次舒芬太尼4μg/kg，丙泊酚2mg/kg，罗库溴铵0.6mg/kg，地塞米松10mg，3min后在光棒辅助下气管内插管。术中维持用1%丙泊酚20～25ml/h，瑞芬太尼1.2μg・kg-1min-1，同时0.6～0.8%七氟烷吸入，每1h追加半量罗库溴铵维持肌松。全身麻醉后，患者取头低脚高位30°，剔瘤前，经腹腔穿剌针于瘤体周围子宫肌层内分点注入垂体后叶素（南京新百药业有限公司，批号：110101）10U溶于10ml生理盐水，使局部变成苍白色。
1.3观察指标 记录注药前和后30s、1min、3min、10min和20min的血压和心率。同时记录手术出血量和手术时间。
1.4统计方法 所得数据用以（x±s）表示 ，SPPS 13.0软件统计分折。处理组间采用ANOVA单因素分析，差别有意义时再作多重比较。P
2 结果
注入垂体后叶素后各时点血压的变化经方差分析有显著性差异，各点间比较30s内BP急剧下降，较基础血压降低30～50%，与使用前有显著性统计学意义（P0.05），平均出血量（60.50±11.91）ml，手术时间（2.22±0.53）h。见表1。
3 讨论
子宫肌瘤是女性的常见妇科疾病，常见于30～50岁，绝大多数子宫肌瘤是良性的，但由于子宫肌瘤倾向于多发，在育龄女性，随着年龄增长，肌瘤也增大增多，因此常需要手术治疗。
垂体后叶素（Hypophysine），由垂体后叶分泌的一种激素，含有缩宫素和抗利尿激素二种成份，缩宫素又称催产素，小剂量可增强妊娠期子宫的节律性收缩，增大剂量可产生子宫强直性收缩，压迫肌层下血管， 抗利尿激素又称加压素，有直接收缩小动脉，升高血压，还有抗利尿作用，广泛用于消化、呼吸、生殖等脏器出血的止血。一般于切割瘤体周围子宫肌层内注入垂体后叶素，可明显减少术中出血，缩短手术时间，本文观察出血量和手术时间均与文献报道一致[3]。
垂体后叶素对子宫内血管有直接和间接的收缩作用，吸收后对全身血液动力学也有一定的影响，赵会新[4]等报道舒张压变化不大，收缩压在注射后15min，上升最明显，30～45min后恢复正常，冯建萍[5]等报道注入后血压和心率先下降，后上升，1h后恢复到正常水平，范海霞[6]等报道156例注入垂体后叶素12μ后发生5例心率下降继后心跳骤停，经及时处理恢复，无死亡。本研究发现，局部分点注入后，血压波动较大，先出现剧急下降，幅度达基础压的30～50%，1～2min以后又缓慢上升，3～10min达高峰，幅度达50%左右，且难以自行下降，所有病例均需使用降压药，1h后才能恢复正常。因此，提醒我们要严格掌握垂体后叶素的用量，常用量为6～10μ/5～10ml生理盐水，稀释后注入，对并存有高血压、心肌缺血、心律失常等患者应慎用。
总之，子宫肌瘤剔除术中使用垂体后叶素会引起血压上升，高而持久，须多次使用降压药物，应密切观察血压、脉率的变化，防止意外发生。
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【摘要】流体力学作为工科院校的一门专业基础课程，其理论性强，内容丰富，知识点多，难度系数大，学生不易理解和接受。结合教学实践与学生专业素养培养要求，从师资队伍建设、教学大纲改革、绪论课讲解和完善实验教学环节等方面对专科教学中的流体力学课程改革进行了探讨。
关键词 流体力学；专科教学；课程改革
The Exploration on the Specialised Teaching of the Course of Hydromechanics
FANG Fei1.2LI You－bing2JI Min－min2
(1.Xinjiang Institute of Engineering,Department of Mechanical Engineering Urumqi, Urumqi Xinjiang 830092, China;
2.Anhui University of science and Technology, School of Materials Science and Engineering, Huainan Anhui 232001, China)
【Abstract】As a professional basic course in engineering colleges,hydromechanics is difficult for students because of its strong theory , rich content, more knowledge points and a large degree of difficulty coefficient.According to teaching practice and professionalism training requirements for students ,this paper explores the construction of the faculty, curriculum reform, teaching to introduction and improvement of the experiment teaching of the course of hydromechanics.
【Key words】Hydromechanics; Specialized teaching; Reform of teaching;
流体力学是一门综合性的专业方向必修课，属于专业基础课。通过本课程使学生掌握流体平衡与运动的基本理论、基本知识和基本技能，为学生学习后续课程和掌握专业知识以及为今后解决工程实际问题奠定初步的流体力学理论基础。本科压缩型的专科生在理论知识掌握成熟度上不如本科生, 而实践动手操作能力和到基层的吃苦敬业精神不如中专生。为了适应社会形式的发展和面临教学对象的不同，专科教学中的流体力学课程改革势在必行。为此，我们结合教学实践与学生专业素养培养要求，认为可以从以下几个方面进行课程教学改革。
1加强师资队伍建设
流体力学课程目前的任课教师队伍基本分为两类，一类是专门研究流体的科研人员，另一类则是相关专业的专业课教师。而实践反应出的问题是，这两类教师在教学过程中都存在着各自的缺陷。前者本身确实有很坚实的理论基础，但是缺乏对所授学生相应专业的了解，以至于在课堂上无法列举出与学生所学专业相关的工程实践实例，这必然导致学生无法学以致用，与后续专业课的学习脱节，在某种程度上可能造成学生认为学习该门课程是否必要。后者可以很好的弥补前者专业知识的匮乏，但是一般专业老师在自身学习流体力学的时候也是作为专业基础课程来对待，因此对于基础知识的掌握同样存在着明显的不足。对于任课教师的选择，我们提出的建议是加强学科交叉。在学校邀请资深专家做学术报告和专题讲座时，可以组织该专业所有任课老师都参加，加深他们对所授学生专业的了解，以便在课堂上讲解时能结合专业实际，从而打造出一支理论基础知识扎实，专业性强的师资队伍。
2改革教学大纲内容
2.1模块化教学内容
所谓模块化，即将流体力学划分为流体物理学性质、流体静力学、流体动力学、理想流体动力学、 粘性流体动力学、 流动阻力相关计算、 压缩气体管路、 管路系统水力计算等几个模块。根据不同的专业要求, 进行不同的取舍和组合[3]。比如给排水专业可以将明渠流部分作为学习重点，而热能动力专业则需要将气体部分作为重点学习内容。由于教师在专业基础课上有针对性的教学，学生在后续的专业课学习中就能轻松做到理论联系实际，达到预期的教学效果。
2.2多样化教学手段
积极推行多媒体技术与传统的板书授课方法相结合的手段。随着计算机科技的发展和普及，多媒体教学方法已经广泛的应用在各种课堂教学中。同样，通过多媒体演示功能，能够生动、具体、形象、直观的解决流体力学教学进程中的一些抽象的难点部分。但传统教学方法的教学效果不能因此被忽视，尤其在理论分析、公式推导上，仍然是教师利用板书进行教学的方法占明显优势。教师通过传统的教学方法，一方面能够很好的把握课程节奏，与学生互动；另一方面也便于学生做好笔记，易于知识点的消化吸收。
2.3变更考核方式
目前我校的专科考核方式与本科一致，统一采用的都是闭卷考试成绩占70%，考勤、作业、实验占30%，而实际实验部分只占了10%。但从专科学生的专业培养素养要求来看，既要重理论，又要重实践。因此，对于流体力学这类专业基础课的考核方式要做到两手都要抓。我们建议的考核方式是闭卷考试成绩占60%，实验占30%，考勤、作业占10%。
3把握绪课讲解
经过多年的教学总结，学生反馈回来的信息是流体力学难度太大，部分专业术语太抽象。甚至部分学生在还没有开始学习的时候，就已经产生了退怯心里，这对接下来的学习极为不利，以至旷课的现象普遍。流体力学虽然理论性较强, 但却是一门及其贴近生活的学科。然而绪论作为一本教材的概述，是学生最先接触到的部分，是对教材整体内容的高度浓缩和概括，贯穿整个教学过程，更对学生的学习起到引领、提示和导向等作用，所以讲好一堂绪论课至关重要。物质包括固液气三项，而流体就占液体和气体两项，可见流体占据了我们生活中的大部分空间。教师在讲课时，应侧重于多列举一些生活中的实例来说明流体力学基本理论知识及其应用。比如，我们每天呼吸的空气，喝的水，都是流体；而我们能呼吸到新鲜的空气，喝到水，这体现流体具有流动性的特点。另外教师在讲授绪论课时，务必要介绍整本书的内容纲要，以实用为目的，以必须、够用为度，以掌握概念、强化应用为原则，并列举工程实际中可能遇到的需要用教材理论知识解决的问题。在此基础上学生能对要学什么知识、能解决什么样的问题做到心中有数，能积极调动学生的求知欲和学习的兴趣。这样的方式也可以用在后续课程讲解上，教师在每堂课结束前留下悬疑，并随着课程的进展逐步解开疑问，层层递进，一边解决问题一边学习新的知识点，一举两得。
4完善实验教学环节
专科学生毕业后一般都工作在相关专业的一线岗位，这就注重学生的实操能力。要做到理论与实际融会贯通，实验课的教学环节不容忽视。传统的实验教学模式基本都是验证实验，以班级为单位，分组进行，部分实验甚至只由老师进行演示，负面的抑制了学生的自主创新能力。当然，验证实验的开设非常必要，而且要与课程内容形成很好的衔接。但是除此之外，还应开展一些拓展学生发散能力和创新思维的实验，让很多有想法的学生自主实验，激发他们的学习兴趣，培养他们的创新思维。另外，教师要严格要求学生端正实验态度，尊重实验结果，让其养成严谨的实验习惯，才能对以后专业中的流体力学现象做出科学的定性分析及精确的定量计算，才能正确地解决工程中所遇到的流体力学方面的设计和计算问题。
5结束语
目前，随着各本科院校逐年扩招，每年大批应届毕业生流向社会，我国当前就业形势普遍严峻。从技术可信度来讲，用人单位会优先录用本科生；从岗位稳定性的角度出发，用人单位则会优先录用中专生，这一直是专科毕业生面临的挑战。本文从强化师资队伍，改正教学方法，多种教学手段的有机结合以及实验教学环节的完善等方面进行教学改革，以提高专科学生专业能力竞争力，适应人才市场的需求。
参考文献
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