热能动力类“工程流体力学”课程学习的几点建议
摘 要 热能动力类“工程流体力学”是热能与动力工程专业的一门重要的技术基础课程。它的任务是使学生掌握流体力学的基础知识, 并能应用流体力学的基本理论解决有的工程实际课题。但这门课的研究对象—— 流体的受力性质不同于其它力学。在教学过程中发现,学生在学习这门课时遇到了诸如模型不理解、无法建立正确模型、分析规律难以掌握等等问题。针对这些问题,本人从实际教学体会出发,提出了几点针对这门课程的学习建议,希望能对学生的学习起到一定的积极作用。
关键词 工程流体力学教学 学习 教改
中图分类号:G642 文献标识码:A
“工程流体力学”是动力类各专业及相近专业的一门重要技术基础课,它为该类专业主要专业课程的学习打下必要的理论基础。工程流体力学是流体力学的一个重要组成部分,它侧重于解决工程实际中出现的问题,而不去过分追求数学上的严密性。它在一定程度上借助于实验研究, 得出经验或半经验公式。其研究对象为流体,考察流体中大量分子的宏观平均运动规律。所以,“工程流体力学”是能源动力类专业的最主要的专业基础课程之一。
工程流体力学作为一门技术学科,研究方法也遵循“实践- 理论- 实践”的基本规律。但由于它的研究对象的特殊性,使得对它的学习也有一定的难度。在实际教学过程中, 我发现学生最大的问题在于——不会学这门课,不是学不会,而是根本不懂如何去学它,即没有找到适合这门课的学习方法。本文即针对这个问题谈谈自己的看法。
1工程流体力学和工程力学的研究对象的性态是不同的
工程力学的研究对象是静态的,而工程流体力学的研究对象是动态的。就其力学行为来讲, 流体可以承受很大的压力,但往往几乎不能承受拉力。学习过程中,学生不能用工程力学的“静态”思维来研究工程流体力学的“动态”对象,要用“动的”和“相对静止”这些概念去阐述它。
本文在回顾热能与动力工程专业基础建设的基础上,总结了三十多年来的人才培养工作。文章提出,今后要继续以“流体机械”省级重点实验室的建设为依托,结合实验室建设与实验教学改革,特别是以重点学科开放实验室建设为突破口,为热能与动力工程专业人才培养提供有力支撑,达到不断提高本科人才培养质量的目标。
2注意工程流体力学中的基本模型的含义及运用
从微观角度来看,流体和其它物体一样,是由大量分子组成的。这些分子总是不停地、杂乱无章地运动着,分子之间存在着间隙。因此,流体实际上并非是连续充满空间的物质。如果从分子运动入手来研究流体流动的规律,将十分困难,甚至难以进行。而流体力学是研究在外力( 如重力、压力、摩擦力等) 作用下流体平衡和运动的规律,所研究的是大量分子的平均行为,没有必要专注于每个分子。另外, 流体力学所研究的实际工程尺寸要比分子间距大得无法比拟。因此,必须建立适应流体自己的模型。《工程流体力学》中将实际的由分子组成的结构用一种假想的流体模型—“流体微元”来代替。“流体微元”由足够数量的分子组成,连续充满它所占据的空间,彼此间无任何间隙。这就是:连续介质模型。另外, 流体是连续的。因此“工程流体力学”中,连续性方程及其具体表现形式伯努利方程始终贯穿其中。
3抓住“工程流体力学”课程的主要内容去学习
热能动力类《工程流体力学》的教学大纲中规定, 学生学习本课程,必须达到:(1)全面了解流体的主要性质和基本模型;(2)熟练掌握平衡流体的压强分布规律, 善于计算流体与壁面间的作用力;(3)深刻理解流体连续性、能量、动量方程,并能熟练应用于求解工程实际问题;(4)懂得流体运动阻力和水头损失的计算方法等。针对这些要求,学习过程中应重点掌握连续介质假说、流体的物理性质及参数、牛顿内摩擦定律、液体的相对静止、静止流体的压强分布、欧拉平衡方程、静止液体作用在平面壁和曲面壁上的总压力、连续性方程、伯努利方程、流线与迹线方程、动量方程、描述流体运动的两种方法、总流的伯努利方程、圆管中的层流、圆管紊流的沿程损失系数K、局部水头损失、边界层的概念、粘性流体中的应力、量纲分析法、流动相似原理等知识点。学校为了适应国家经济建设的需要,适应水电开发宏伟事业的需要。针对这些知识点,多查阅资料、多做习题以求掌握它们,并将这些知识点延伸至工程实践,力求找到解决工程实际问题的方法或手段,把所学知识举一反三,灵活运用。
4注重实验过程,加深知识理解
热能动力类“工程流体力学”课程安排了自己的实验教学大纲,针对课程知识点的要求,框定了几个常见的实验项目。如伯努利方程验证、流量系数的测量、雷诺实验、沿程阻力系数的测定 。其中伯努利方程验证为必做项目,因为伯努利方程的运用贯穿课程始终,需加深对它的理解。总之,“工程流体力学”不同于其它力学,有其自身的规律性。要想学好它,必须搞清这门课自身的特点和针对它的研究规律, 并辅之以扎实的学习态度和不怕困难的精神。
参考文献
[1]陈卓如, 金朝铭, 王洪杰, 王成敏编. 工程流体力学 [M].北京:高度教育出版社,2004,6.
[2]余红东, 李会芬, 莫海俊. 工程流体力学课程教学大纲.南宁: 广西大学, 2006.
[3]余红东. 工程流体力学课程实验教学大纲. 南宁: 广西大学, 2005.
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