流體力學基本理論范文

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篇1

關鍵詞 應用型大學 流體力學 教學改 革CFD

應用型教育是以培養知識和能力全面發展，面向生產實踐一線的應用型人才為目標的高等教育。流體力學作為我校理論與應用力學專業的一門重要的專業基礎課，非常廣泛地應用在實際工程中，如管道水力計算以及城市管網設計等。流體力學基本概念多、公式復雜、內容抽象，有較強理論性和較強工程實際意義。然而作者在多年的流體力學教學過程中發現學生普遍感覺該課程比較枯燥難學，學習積極性不高，期末考試及格率較低，應用性不。因此，在我校向“應用型特色科技大學”轉型的大背景下，如何適應“應用型本科教育”的要求，是流體力學教學及實踐中必須面對的問題。

1目前，我校流體力學課程教學存在的問題

（1）教材內容設計偏重理論推導。目前我校使用的流體力學教材主要強調課程的完整性和系統性，偏重于理論推導，選用的例題和練習題的設計過于理想化，與實際應用相脫離，應用性設計不夠突出，偏重于介紹流體力學可以解決工程問題這一點，造成學生剛接觸工程問題時就手足無措，這與應用型大學的培養要求不相適應。

（2）課堂教學效果不好。作者在流體力學課堂教學中發現，通過緒論課的大量工程實例以及視頻教學能調動學生學習的積極性，開學初期，教學效果相對較好，而隨著課程的進行、課程難度的加深，學生的學習積極性越來越低。主要原因有：①學生對流體力學涉及的高等數學、理論力學等課程的知識掌握不盡如意；②流體力學理論性較強，公式推導多，與實際應用相脫節。

（3）缺乏計算流體力學仿真軟件實踐教學。計算流體力學（CFD）技術作為一種數值模擬方法，在實際工程中的應用越來越廣泛，借助CFD技術，可以得到流動細節，如速度、壓力、能量損失、湍動量、漩渦等，從而在產品結構設計和優化方面發揮重要的作用。這就要求技術人員掌握流體力學分析、數值模擬及優化設計的能力。而現階段我校的流體力學教學中并未引入CFD技術，僅安排了一次課來介紹計算流體力學的內容，且完全進行理論教學，學生學了一大堆理論公式，但拿到實際工程問題卻無從下手。

2教學目標和內容設計

針對上述問題，作者在結合本?！皯眯吞厣萍即髮W”的發展方向下對流體力學課程課堂教學方式及實踐環節進行改革。從課程教學內容，教學方式方法，實踐環節等方面進行設計，解決學生學習興趣低，課堂教學效果較差，理論與應用相脫離的問題。同時，通過借助CFD豐富教學內容，增強實用性，使學生會用仿真軟件求解工程問題。具體改革內容：

2.1突出應用性教學

以培養應用型人才為教學目標，結合流體力學的課程特點，將教學內容分為基礎理論教學部分和考慮應用的專題教學部分。

基礎理論教學內容包括流體力學基本概念、基本原理和基本方程，這是應用的基礎，要求學生重點掌握。授課過程中強調對基本概念的理解和基本理論的應用，而弱化對方程的數學推導，但應明確方程的意義、適用條件以及如何應用方程解決實際問題。專題教學以實際工程問題為切入點，例如以均質液體對平壁和曲壁的總壓力為例，從為什么對平壁和曲壁總壓力進行計算（壓力容器，水壩，潛艇等結構安全），引申出相關知識點（平壁和曲壁總壓力的大小、作用點、壓力體等）和基本理論（流體靜力學基本方程、歐拉平衡方程等），以此加強學生解決實際工程問題的能力。

2.2課堂教學方法設計具有針對性

課堂教學方法也是影響教學效果的重要因素。傳統教學方法以教師主講為主，缺乏與學生的有效互動和交流，教學效果較差。本課程采用師生互動的方式進行教學，對理論教學部分采用教師主講和提問、學生回答的方式；對專題教學的課后練習，集中安排一次課進行分組上講臺匯報，學生自己當評委，自己打分，鍛煉學生主動思考和動手能力，增強對課程應用性的理解。同時，采用多媒體授課，圖片和視頻能形象直觀地表現文字和語言不能描述的現象，如雷諾實驗、卡門渦街等。在成績的構成上除課后作業和專題匯報外，還布置一個課外小任務一觀察生活中的流體力學，例如空調掛機安裝位置問題，讓學生發現生活中的流體力學現象，并結合課堂所學理論知識進行分析，增強學生發現問題、解決問題的能力。

2.3將CFD技術引入課堂教學

在理論教學和專題教學完成后將CFD技術應用于教學之中，做到數值仿真計算與理論推導相結合，增強流體力學的應用性。

（1）授課時對流體力學商用數值仿真軟件Fluent的操作步驟做簡要介紹，結合我校的數值仿真中心，完成代表性例題的數值分析計算，將數值仿真結果與理論解進行對比。

（2）將工程實際問題引入流體力學教學，提高學生面對具體問題的實際操作能力。每學期邀請兩位具有豐富工程實際問題經驗的校外人員來校給學生做一次報告，向學生介紹其建立工程問題的簡化模型和簡化過程，以及采用Fluent求解過程和結果，讓學生學會面對工程問題時準確建立力學模型的能力，同時開闊學生的視野，提高學習積極性。

3主要特色

（1）突出實用性。在流體力學課程教育中調整教學內容，添加CFD技術的實踐，同時邀請經驗豐富的校外人員進課堂，為學生講解企業中的實際問題，教會學生學以致用，學生通過課程教學掌握該工具之后能更好地跟進企業工作并提高就業質量。（2）主次明確。強調實用性的同時，也不完全放棄對公式推導能力的教學，采取理論聯與工程實際相結合的方式，在提高學習主動性的同時，增強對基礎理論的認知。

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本書旨在描述旋轉、分層與磁場是如何影響湍流的。

本書共有19章，1：波動與湍流的相互聯系，包括波動的三種類型、波與湍流、地球物理與天體物理中的湍流。從第2章開始分為3部分。第1部分為從流體力學到磁流體力學，討論了簡單旋轉液體、分層流體的基本理論和磁流體力學，含第2-7章：2.初等流體動力學，包括納維葉-斯托克斯方程、粘性流體中的能量損耗、渦度方程等；3.旋轉流體運動，包括地球自轉偏向力、慣性波、波動與穩定性、羅斯貝波等；4.分層流體運動，包括波西內斯克近似、阻塞高壓、背風波、內重力波、位勢渦度、谷風；5,電動力學方程，包括麥克斯威方程、安培法拉第定律完整版、洛倫茲力、麥克斯威應力、法拉第張力、磁場與速度場的轉換；6.導電流體運動：磁流體力學，包括磁流體力學方程、低磁雷諾數下的磁阻尼、高磁雷諾數下的動力學等；7.湍流的不穩定性與轉換，包括成層切變流的穩定性、理想流體磁流體力學平衡穩定性等。

第2部分為沒有體積力作用的湍流，討論了從基本原理中發展出來的湍流理論，含第8-11章：8.湍流的基本性質；9.湍流語言：運動學與統計學，包括速度關聯函數與結構函數、傅里葉空間、各向同性的簡化；10.流體動力學湍流Ⅰ：經典理論，包括理查森現象與科莫現象、渦旋伸展與實質線伸展、卡霍二氏方程式等；11.流體力學湍流Ⅱ：旋轉、分層與磁流體力學湍流，包括各向同性湍流、二維湍流等。

第3部分為有體積力作用下的湍流，這是本文的核心部分，討論了旋轉、分層與有磁場作用下的湍流，含第12-19章：12.快速旋轉流體，包括波傳播中的結構形成、氣旋反氣旋不對稱、能量衰減速度；13.地球物理：淺水體，快速旋轉湍流，包括控制方程、統計學不變量、β平面湍流及其緯向環流與光譜；14.均勻分層湍流，包括控制方程與無因次群、尺度分析、分層湍流的光譜分析、能量衰減速率等；15.分層切變流與大氣邊界層，包括分層剪切流方程與通量理查森數、大氣邊界層等；16.小磁雷諾數磁流體力學，包括控制方程、角動量守恒、渦流的演化等；17.地心處的湍流：地球發動機，包括地球發動機理論、地球的結構與磁場分布、數值模擬、其他行星發動機；18.高磁雷諾數磁流體力學，包括二維磁流體力學、螺旋氣流與選擇性衰減、阿爾芬湍流的譜理論等；19.天體物理湍流，包括吸積盤、太陽渦流、太陽風。

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關鍵詞：建構主義；認知靈活性理論；熱工理論

作者簡介：衣曉青（1956-），女，山東青島人，長沙理工大學能源與動力工程學院，教授；石爾（1979-），女，湖南長沙人，長沙理工大學能源與動力工程學院，講師。（湖南 長沙 410004）

基金項目：本文系2011年湖南省普通高等學校教學改革研究立項項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0069-02

“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”既是熱工理論的三大主干課程，又是能源動力類專業（方向）的主要技術基礎課。傳統的教學宗旨傾向于各門基礎課程自成科學體系，分別獨立教學，為后續專業課程打下牢固基礎。但是這種傳統的教學模式死板，致使學生缺乏學習興致，不易明確學習目的。建構主義的認知靈活性理論發現了新的教學要素——“案例教學”。按照認知靈活性理論，對以上熱工理論三大基礎主干課程進行優化整合，以熱能動力類專業為場景，建構諸多新的知識點教學，組織全新的熱工理論基礎課程體系，可以使熱工理論基礎課教學克服以上不足。

一、打破僵化教學：認知靈活性理論的應用

建構主義教學理論沖破了傳統教學模式，克服了“填鴨式”教學把學生作為小綿羊馴服的弊端。[1]作為建構主義教學理論中的一個分支，斯皮羅提出的“認知靈活性”理論很好地解決了“死記硬背”傳統與極端建構主義（忽視抽象養成）之間的矛盾。認知靈活性理論的主要思想就是：通過情景（境）展現基本概念和基礎理論工具，學生既可以掌握基礎理論知識，又可以按抽象思維方式，放開視野尋找新的分析問題的工具。

為了解決傳統與極端的沖突，斯皮羅把知識抽象為兩種不同性質的結構：良構的與非良構的兩種領域。[2]良構的即是指：按照抽象思維，從概念到原理的演繹解析的知識體系，符合科學意義上的正統規范。非良構的即是指：在具體場景（案例）中，隱透出的各種良性結構的知識疊合；這種疊合的基礎知識能夠解釋或解決具體場景問題；不同的場景有不同的良性結構知識疊合的詮釋。由此得出結論，良性結構知識就存在于非良性結構知識之中，“認知靈活性”教學就可以讓學生通過非良性知識教學獲得更加深刻的良性結構的系統知識，而且是積極主動地、生動有趣地接受之。

熱工理論是研究熱（能）在釋放、轉換和傳遞中的流體流動及傳熱傳質等問題的科學，涉及流體運動規律、熱（能）轉換與傳遞規律。按照認知靈活性理論的教學觀，熱工理論基礎課教學也可分類為良構性和非良構性。熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學的基本概念、基本理論和基本知識的層次組織結構，應屬于良構性領域，其傳統的教學方式就是從概念到概念、從原理到原理、從公式到公式的演繹解析，邏輯性很強，范式文本較固定，程式較穩定，測驗作業較死板。

“認知靈活性”教學理論認為，這種教學方式僵化、被動，既不能啟動學生的興趣，也不能啟發學生的創造想象力，學生容易落入死記硬背、教條主義的套路，缺乏廣泛的知識聯系和舉一反三的思維訓練，更缺乏給學生以另辟蹊徑的想象空間。如果以流體介質為對象將熱工理論三大主干課程進行優化整合（雜交），并以熱工理論應用為主線，將能源動力類相關專業作為場景，構成非良構性知識結構，其所涉及的具體問題具有復雜背景和綜合影響因素，能夠從問題入手引出綜合知識的有機聯系，開闊學生發展思路，引導學生融會貫通，指導學生熟知專業背景。這種按照認知靈活性教學理論建立起來的熱工理論基礎課程的非良構性知識體系會沖破傳統的各自為主的單科系統性的課程教學模式，有利于克服“高分低能”的應試教育傾向，培養面對知識時代和信息社會的創新型人才。

二、創建問題教學：熱工理論基礎三大主干課程的優化整合

認知靈活性理論認為：學習者在建構知識意義的過程中，只有對知識進行多維表征，才能達到對知識的全面理解和靈活運用。這也是指導熱工理論基礎三大主干課程進行優化整合的基本思想。熱工理論基礎三大主干課程“工程熱力學”、“傳熱學”和“工程流體力學”是主要以流體介質為研究對象而緊密聯系在一起的動力類技術基礎性課程，三門課程相互依存，共同構成了熱工理論的主干課程體系。其中，工程流體力學是研究流體介質的位置勢能、壓力勢能和動能之間的相互作用的關系；工程熱力學是研究熱能與機械能之間的相互轉換的規律；傳熱學是研究熱量從高溫部分傳遞到低溫部分的機理。由此可見，能（熱）量轉換與守恒定律是熱工理論三大主干課程進行優化整合的內在動力。

基礎課理論自身系統的完善性使任何改動需求都帶有相當大的難度，只有進行優化整合，才能在不斷調整和深化過程中發展新的學習要素。例如，“傳熱和流體流動的數值方法”課程就是將傳熱學、流體力學知識進行融合后加入到數值計算科學這一更為廣泛的學科領域，為熱工理論知識的進一步發展奠定了基礎。同時，通過這一知識的優化整合，多維表征得以實現，使學生建構起在熱科學和流體科學中可以直接遷移和引用的關于熱物理方面的知識，超越了封閉、孤立課程所給的單一信息模式。

如果說熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學是良性結構知識的傳授，那么，把“三課”拆分，再按照具體能量轉換的場景問題有機組合，這種教學模式就屬于非良性結構教學。喬納生等人的研究把前者稱作低階學習階段，把后者稱作高級學習階段。[3]高級學習階段優于低級學習階段的實質就是變公式學習為問題學習。問題學習對于熱工基礎理論教學來說，打破其三大主干課程的各自理論體系是必然的，是要針對具體的場景問題而進行知識交叉組合。值得注意的是：根據認知靈活性教學理論，這種知識體系重組，必須避免極端建構主義干擾，必須遵循“專業問題、溯本求源、知識聯系”三原則，才是優化的、高級的教學模式。

三、重復多變教學：能源動力類專業問題逆向滲透于熱工理論基礎課程

非良構的知識體系與良構性知識體系的區別就在于：一是前者比后者建立的概念龐大、復雜，它往往是多個不同學科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多變性，這是由問題教學場景多變性所決定的。熱工理論基礎知識在航天、航空、熱能動力、化工、核熱工、低溫工程、冶金熱工、微電子技術、材料和建筑等各個領域都有具體的應用，從知識體系的角度來看，其展現的知識點都是非良性的。實際上，在能源動力類相關專業的不同場景下，其呈現的非良性知識結構也存在著很大的差異性。例如，工程熱力學中的熱經濟性指標在熱機循環中的應用是熱效率，而在制冷循環中的應用是制冷系數。這說明熱經濟性概念在實際應用過程中具有復雜性。又如，流體力學在電廠中的應用以管內流動、物體繞流為主，而在建筑環境與設備工程專業中的應用以室內外環境通風、換氣的流動為主。傳熱學中對于散熱器來說需要強化傳熱效果，對于建筑物屏蔽掩體則要抵制傳熱。

在針對能源動力類專業的熱工理論基礎課程進行新的建構中，按照認知靈活性教學理論，必須將原有良性結構體系的知識與專業場景結合起來。這種有專業針對性的知識滲透，有學者稱其為專家知識學習階段，屬于更高層次。[2]比如，把能源動力類專業（方向）的“流體力學”、“泵與風機”兩門課程整合為熱工理論基礎課“泵與風機的流體流動”一章，以流體力學知識為基礎，反映了流體力學基本原理在流體機械中的具體應用場景，通過多媒體教學課件可以使學生建構泵與風機工作原理和結構的多維圖式，達到對流體力學基礎理論知識全面理解和靈活運用的目的。

按照斯皮羅的認知靈活性理論規范，對應專家知識學習階段的教學模式即“隨機通達教學法”，它的主要特點就是針對專業的眾多場景鏈，反復從不同問題視角，以不同的基本知識、基本公式、基本理論的多樣組合，不斷給予學習者良性知識的刺激，這會使學習者通過反復的從各種變式到抽象的過程，不斷加深對良性結構知識的各種理解，而且有助于學習者歷練分析問題和解決問題的能力，發揮創造性思維，為今后在專業上有所建樹打下堅實的學習基礎。貫穿于這一思想的新的“熱工理論基礎”課程體系，組織“鍋爐工質流動與熱交換”、“汽輪機流體流動與功能轉換效率”、“熱力發電廠工質循環與熱效率”等章節，探討基于專家知識學習理念的非良構知識領域的顯性建構，加入熱能動力類專業知識對熱工理論基礎課的反向滲透，有效增加課程教學的深度和廣度這一結果就自然生成了。

除了書本專業知識的反向滲透以外，通過與科研、生產單位合作的科研課題的有機結合，也是專家知識學習階段的案例來源。例如，教師通過某鋼鐵公司鍋爐尾部煙道聲學振動問題的科研活動，向學生們提出卡門渦街產生機理、影響因素以及卡門渦街產生后對設備及系統的危害和消除卡門渦街的措施等諸多學科問題，從而認知基本理論。

參考文獻：

[1]朱新卓.中國高等教育管理學：從拔苗助長到建構主義[J].高等工程教育研究，2005，（2）.

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工程流體力學教學手段教學效果《工程流體力學》是機械工程專業、石油工程專業、化學工程專業等諸多工科專業的一門十分重要的專業基礎課，在各個工程領域都有著廣泛的應用。作為力學的一個分支，工程流體力學主要研究流體的平衡和運動的基本規律以及流體與固體的相互作用的力學特點，用于分析解決工程設計和使用中的實際問題。其特點是數學公式多，大部分內容都是圍繞數學方程的推導，理論性強。學生在學習過程中普遍感覺吃力并且枯燥。因此，為提高教學質量，教育界同行不斷地進行著各種各樣的教學改革探索。

一、聯系實際，理論與實踐相結合

流體力學內容抽象，概念性強，整門課程從頭到尾充斥著偏微分方程，公式推導繁雜。而且與其他力學課程不同，流體力學是采用歐拉方法解決問題，這一點學生理解起來非常困難，導致流體力學這門課程被公認為大學課程里最難學的課程之一。為了提高教學效果，在教學實踐過程中注重理論與實踐相結合，更有利于學生對知識的理解與掌握。本課程主要圍繞幾大偏微分方程展開，在講述過程中如果過于強調數學理論的推導過程，學生肯定會感覺枯燥無趣，而且不知道學習的真正目的，從而失去學習的動力。針對這種情況，我在講述公式推導部分時著重分析研究思路和方法，重點介紹公式的適用條件及意義，盡量避免長篇大論的數學推導過程。比如伯努利方程是本課的重點，在課堂上我只是把推導思路給大家講清楚，后面花了兩節課的時間來講它的應用，包括皮托管測速計、節流式流量計以及在一般水力計算中的應用等。在課程的最后部分，針對授課專業特點，結合現場實際工程案例，講述了流體力學基本理論在實際中的應用，同時也對課程內容進行了總結和回顧。通過上述具體應用實例，使學生能夠理論聯系實際，培養學生以后工作時解決實際問題的能力，同時還能使學生認識到課程的重要性，增加了學習興趣。

二、啟發-聯想式教學

引導和注入是啟發式教學方法與灌注式教學方法在本質上的差別之一。啟發式教學方法強調的是引導，也就是通過引導，調動起學生的主動性、積極性，讓學生自己去發展思維而獲取知識。而灌注式教學方法則是通過注入，使學生被動地接受傳授給他的知識。因此在引導與注入這兩種手段上，有著明顯的差別。所謂引導，是指當學生要解決某個問題，但又感到難以解決時，恰到火候，教師及時給以啟發，讓學生自己發現新知識，這樣才能很好的發展學生的智能。

流體力學的研究方法和內容同工程力學、工程熱力學等其他力學課程有很多相通的地方。所以在教學過程中可以通過啟發學生對以前學過的內容進行總結回顧，從而引出所講內容。比如在講解研究流體運動的兩種方法：拉格朗日方法和歐拉法時，啟發學生對兩種方法進行比較。由于歐拉法是以空間點為研究對象，這與基于質點為研究對象的工程力學的研究方法不同，學生已經習慣于質點研究方法，所以接受起來有點困難，這時我以氣象觀測站這樣一個大家都熟知的例子來闡述歐拉法的含義，采用直白易懂的語言講述這樣一個抽象的問題，學生理解起來容易多了。

學生在已有的力學基礎上學習流體理論，并加以比較，不僅可以促使學生積極思考，而且能利用一門課程中已學會的知識快速掌握另一課程中的內容，增強了教學效果，提高了教學質量。

三、Fluent軟件在教學中的應用

流體力學課程的特點是知識涉及面廣，對學生來說流體力學課程里面的概念與原理非常抽象難懂，課程涉及的數學知識和力學知識比較多，且與工程實際現象緊密結合，這對本科生來說更加大了他們學習本門課的難度。同時受教學實驗條件的限制，任課教師很難形象地將流體流動的現象講授給學生，這樣就造成理論知識的講解與實際現象脫節。FLUENT軟件是目前非常流行的一個商業計算軟件，將其引入本科生流體力學課堂教學，對流體力學課程中的流動機理既能實現直觀演示，又可以進行定量分析。比如在講圓管內層流和紊流兩種流態運動規律時，如果采用傳統的教學方法，由于牽扯的數學理論知識較多，學生學起來很吃力，而且最終推導出的結論比較抽象，學生很難提起興趣。如果采用FLUENT軟件模擬兩種流態，做出不同工況條件下的速度分布曲線、速度分布云圖、速度等值線、切應力分布曲線，讓學生通過對這些曲線進行分析得出不同流態下的運動規律，學生的積極性和主動性就能被充分調動起來，從而可以提高教學效果。

在課程教學中不斷改進教學方法和手段，用心鉆研，不斷探索，有助于學生理解掌握課程知識，增強學生的學習興趣，為學生將來從事工程實踐奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]陳小珊，洪文鵬，張玲.工程流體力學課程改革的思考[J].東北電力大學學報，2006，（3）：54.

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關鍵詞：項目化教學法；流體力學泵與風機；可行性分析

1 前言

最近幾年，國內很多高職高T盒？設了與熱能與動力工程（火力發電方向）相近的專業。我校也于2009年開設了電廠熱能動力裝置專業，而流體力學泵與風機作為其專業基礎課在課程體系建設中占有及其重要的地位并分的大量學時。項目化教學法則是近年來高職院校教學中一直推廣的教學方法，主要是為使學生學習時化被動為主動。此方法對于我校學生來說，在其他專業已經得到了很好的驗證，的確能夠提高學生的學習積極性和主動性。本文將對項目教學法運用于流體力學泵與風機課程教學的可行性進行分析探討。

2 項目教學法的基本理論

（一）項目化教學法的起源及定義

在18世紀的歐洲產生了勞動教育思想思潮下，產生了項目化教學法的初步思想，最終到了19世紀美國與合作教育融合產生了項目化教學法，經過了一百余年的發展，到1955年后逐漸趨于完美，并最終成為了一種新的教學理論。

（二）項目化教學法的基本要求

要求一是，學生成為項目化課程的主體，教師以一種配角的形式出現在課堂教學上，這樣學生就多了更多的獨立思考，更多的動手機會，這樣有利于培養創新能力；要求二是，執行項目化教學法的主張。其主張強調學生自主學習，自己查閱，分析的能力，先練后講，邊學邊教。

3 項目化教學法在流體力學泵與風機教學中的特點

（一）目的性

項目化教學法的目的性很明確，就是通過一個個圍繞知識點設置的項目來鍛煉學生的領導能力，并培養分析解決實際問題和團隊合作的能力，以此掌握課程所要求的知識內容和崗位能力；而對于教師來說，項目化教學的目的就是改變現行的教學模式，使自身從課堂教學的主體，轉變成一個在學生實際完成項目時的促進者，并掌握其中的相關知識和技巧。

（二）授課周期短，效果明顯

項目化教學的另一個特點就是效率高，經歷過項目化課程的學生都可以迅速完成到職工之間的轉變。結合流體力學泵與風機教學內容設置的項目，可以迅速的使學生對實際操作上手。

（三）注重理論與實踐相合

在項目設計之初要依據理論原理設計項目，那么在要完成一個項目時，必然涉及如何才能完成這樣的問題。這就需要理論與實踐相結合。

項目化教學法與其他任何教學手段一樣，都會隨著時間而組建消沉，其如果想用力不敗之地就必須不斷隨著社會而發生變化。而變化的依據是根據不同的課程或內容而有所不同。通過流體力學泵與風機課程各項目的實施，使學生掌握連續性方程，伯努利方程的應用及具備泵與風機的檢修和運行的基本知識和專業知識。

4 項目教學法在流體力學泵與風機教學中的應用（以流體力學泵與風機一次課為例）

（一）項目計劃階段

我校電廠熱能動力裝置專業的流體力學泵與風機課程項目化課程整體方案與單元設計部分結合學校實際條件和課程的教學目的進行設計。在教材方面我校正在編寫該課程的項目化教材，這樣，首先是能夠對所需要學習的內容章節總結和具體化的作用；另一方面，結合實際操作條件的教材，可以起到理論聯系實際的作用，培養學生的應用能力。

（二）實施階段

第一次課是預備課，教師對課文中的新單詞和詞組進行講解，將每個單元的課文劃分成幾個部分，并設計學習環境。同時完成班內的分組活動，可以依照學號，也可以按照寢室，更可以通過課堂出的設計游戲觀察的結果分組。本課程每六人一組，每組內不能有超過1名女生，6人一組。每個小組負責一個部分內容的講解。然后進行分組的實際操作

（三）評估階段

后幾次課是具體的項目實施階段，讓各小組展示其成果，項目的呈現形式可以是圖片、ppt、實物，設計圖等。檢查評估是本課程的主要不僅可以讓老師在實踐中檢驗學生掌握語言的情況，也可以讓學生通過小組活動來提高語言的交際能力。這不僅鍛煉了學生的語言表達能力，也鍛煉了學生專業知識的掌握。學生在講解中充分發揮特長，學習他人的優點，彌補自身不足。

（四）成績評價階段

每個小組都設置一份評分表（此處以項目1-1為例），評分的權利不僅僅在老師，同樣將打分權利很大一部分交給各個小組的組長，取其平均分，有利于公平公正和公開。但在評分時要注意，學生之間因為關系親疏而帶來的分數評價的偏差，并在發現問題存在時，及時糾正問題，并及時改正。教師的評分表是另外一張，本文不附上了，但宗旨是考察學生的評分而不是項目結果。

（五）注意事項

1、項目不能憑空亂設。要根據學校的實際情況設計項目，例如學校電腦齊備，再購買軟件就可以有充分的空間可以安裝，這就是充分利用學校資源；而學校沒有實物泵，如果設計實物泵相關是項目，能實現的可能性就大大降低了。

2、上課時一定要記住學生才是這個課堂的主人，老師不要過多干涉，喧賓奪主，這樣都是不好的。即時是需要理論上的指導，也要適可而止，指明方向讓學生自學或是適當點撥都是不錯的選擇。

3、項目教學法對教師的課堂組織管理和知識儲備提出了更高的要求。每次的項目成績可以匯總成平時成績，便于老師在期末總評時一目了然。

（六）結束語

流體力學泵與風機作為專業基礎課程，在專業課的授課過程中起著承上啟下的作用，基礎課程的扎實學習會為日后的專業課學習起到事半功倍的作用。能夠讓學生自主學習，創新培養模式起到了主導的作用，電廠熱能動力裝置專業教學改革和探索還在邊實踐邊總結，教學改革模式也會日漸完善。

參考文獻

[1]黃蔚雯，朱飚.建設流體力學泵與風機精品課程的實踐與認識[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2006，7（21）：200-202.

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[論文摘要]結合學習主體所處的時代環境變化和流體力學知識體系的學科跨度大以及對數學基礎知識要求很高的特點，分析了流體力學教學中存在的問題和難點，提出大量采用實驗模型和實例教學以加強流體流動現象的觀察理解對提高流體力學教學效果的必要性和重要性。 

 

前言 

流體無固定形狀，即使受到的剪切力再小，只要持續存在，其變形便會隨時間持續增大，不像固體那樣，一定的受力只能產生一定的變形。流體力學的基本理論非常嚴密，描述流體流動現象的數學方程非常復雜，高度非線性[1]，因此學生對流體力學敬而遠之的現象比較嚴重。此外由于因特網及電子計算機的普及，各種虛擬現象泛濫，在這樣的環境下成長的學生接觸和感受實際發生的各種流體流動現象的機會大大減少，對自然現象的觀察和理解能力很弱。很多學生在接受流體力學教育之前所受的應試教育的影響下[2]，學習只是為了在短時間內對給出的試題做出接近正解的答案獲得高分，這種教育具有多大的意義，近年來許多學者從教育學的角度提出了疑問[2]。只有直面實際的流體流動現象，抓住問題的本質，才能誕生真正的學問和研究。筆者基于對本科和研究生的流體學教學中存在的難點和問題，指出了重視流體流動現象的觀察和理解對提高流體力學的教學效果的必要性和重要性。 

 

一、流體力學教學面臨的問題 

 

（一）新形勢下學生所處的社會環境變化 

學生從小利用電腦打電子游戲的玩耍時間和機會大大超過了自己親自動手制作道具及模型的體感玩耍時間，通過體感玩耍接觸和觀察自然現象的機會大大減少。 

因特網的普及使得在短時間內獲得大量的信息或實時獲得信息成為可能，近年來出現學生過度依賴因特網的傾向，疏遠了紙質圖書及相關文獻這些知識比較系統邏輯性也有保證的傳統信息載體。但因特網上除了正確的信息外，還有很多不準確甚至錯誤的信息，即使是正確的信息，各信息段之間也缺乏系統性，因此學生僅通過因特網難以建立系統的知識體系的。 

手機在學生中的普及也使得學生們在實際問題時，不是自己獨立分析問題，找出問題發生的原因，而是直接利用手機詢問他人求得答案，這樣很難培養獨立制定計劃，對可能事態進行預測，獨立進行解決問題的能力。這恰恰是對一個未來走向社會成為一個優秀的技術人員的必經的磨礪之道。 

（二）流體力學教學面臨的問題 

流體流動的力學模型及其運動的物理意義難以理解[3]。流體粘性產生的模型與牛頓粘性定律之間的對應關系就是最好的一個例證。大多數學生雖然能夠使用牛頓粘性定律進行計算，但對運動的流體為何會產生粘性卻不能正確的理解。的確，對于涉及到流體力學的某些技術或產品設計，只要懂得一定的計算即可，但是對于開發和設計全新的產品，如不能準確把握所涉及到的相關流體流動的物理本質，有時會產生完全錯誤的設計結果。 

流體的運動狀態繁多，流體力學融合領域廣，要求學生掌握更多的學科預備知識，尤其對數學知識的要求更高，使部分學生覺得流體力學是難以接近的一門課。同一流動現象常?？梢詮亩鄠€角度進行解釋，容易使學生產生混亂。比如對翼型的流體力學工作原理，可以從流體流動的動量變化、伯努利方程、壓力積分、流線的曲率變化等幾個方面進行解釋，解釋方法之多反而會使學生產生混亂，但每一種解釋方法都是正確的，解釋的都是一個本質，只有完全理解各種解釋方法所依據的理論，才可以解除認識上的混亂，將學到的知識條理化、系統化。 

描述流體流動的數學方程高度非線性化，數學上求解比較困難。描述流體流動的納維斯方程和能量方程是否可以求解以及數學解的唯一性的證明需要微分方程、偏微分方程、多元積分等很深的數學功底，但近年來學生的數學和力學基礎存在下降的趨勢。 

學生在進入大學前所接受的應試教育的影響很大，以考試成績自評學習效果的認識根深蒂固[4]。實際的流體流動現象往往沒有單純的標準答案，有時甚至存在多個解，重要的是抓住流動現象的物理本質，系統的理解流體力學的基本原理。 

二、教學方法對應 

 

解決上述問題的根本方法，筆者認為只有從流體力學教學上，直面涉及流體的各種現象，使學生準確的把握物理本質。為此在流體力學課堂上，廣泛采用流體模型教學和實例教學，增加學生觀察理解各種流動現象的機會，喚起他們對本門課的興趣的同時，讓他們形成為探究流動現象背后的物理本質進行思考的習慣，這對解決流體力學教學所面臨的問題至關重要。 

使用電吹風斜向上吹一個讓學生事先準備好的氣球模型，沒經驗的學生會意外的發現氣球會向斜上方飄起。這一流體流動現象可從風從氣球上部通過時，由于氣球表面的影響風的流向會產生變化，也就是流線產生彎曲，根據風的動量變化必然產生使得氣球浮起的升力得到解釋，還可以從物體繞流邊界層效應得到解釋。從這一簡單的模型教學，還可以解釋飛機的機翼通過改變空氣的流向進而獲得升力的流體力學上的工作原理。 

在一個裝滿水的塑料瓶內分別放入密度大于水和小于水的鋼球和泡沫小球，然后放在一個可移動桌面上，使桌面等直線加速運動，可發現鋼球運動較慢留在瓶底，而泡沫球運動較快停在瓶嘴附近。觀察這一個現象引導學生：泡沫球運動得較快是因為等加速運動瓶內流體的靜壓在運動方向上遞減形成壓力梯度，小球的前進方向的壓力大于等加速運動產生的慣性力，因此小球相對于塑料瓶向前運動；而作用于鋼球的前進方向的靜壓力雖然與泡沫小球相同，但慣性力大于前進方向的靜壓力，因此鋼球相對于塑料瓶向后移動。這一模型教學比一般教科書上關于流體等加速直線運動流體的靜壓分布的例題更容易使學生抓住問題本質，且能培養學生獨立思考之習慣，使學生體會到透過流體流動現象來正確觀察和理解把握流體力學基本規律的樂趣。 

經常使用立式洗衣機的人都知道，洗完衣服后，衣兜總要被翻過來，假如原來兜里裝有硬幣等硬物，也會被掏出來[5]。把這個實例在課堂上講出后，學生們甚有興趣，追問其中的奧秘，當教師根據伯努利定律做出解釋并介紹伯努利這位集物理學家、數學家、力學家及醫學家于一身的瑞士的大科學家的基本情況后，學生們頓時對這位科學家充滿了崇敬之情，通過大量這種實驗模型及實例教學，學生們對學習流體力學這門課更有了興趣和信心，教學效果的提高自不待言。 

 

三、結語 

本文詳盡的分析了計算機、因特網、手機等現代化通訊工具普及后對學生產生的影響，由于流體力學課程知識體系的特點，這種影響產生的負面問題很多，尤其是教授成長在應試教育體制下走入大學的學生，更需要轉換認識，改變教學觀念，在課堂教學中廣泛植入實驗模型教學和實例教學，讓學生直面實際存在的各種流體流動現象，通過實際的流體流動現象的觀察和理解，達到生動及形象的把握這些流動現象背后的流體力學的基本定理，有效提升教學效果的同時，通過簡單實驗模型的制作還可提高學生的動手能力，這對學生走向社會成為一個具有創造性思維能力、獨立思考的優秀技術人員也是一個必不可少的雛形磨礪。 

 

[參考文獻] 

[1]黃衛星.工程流體力學[m].北京:化學工業出版社,2008. 

[2]李丹,楊斯瑞.應試教育與創造性人才的培養[j].繼續教育研究, 2009, 25(2): 180-185 

[3]向文英,程光均.流體力學教學與實驗創新[j].重慶大學學報(社會科學版),2003,18(4): 21-26. 

篇7

在科學家眼中，大黃蜂不可能飛得起來。但事實上，只要是正常的大黃蜂，沒有一只是不能飛的；它們飛行的速度也不比其他昆蟲來得差，這仿佛是大自然在和科學家開玩笑。社會學家經過觀察研究后，終于找到了答案。從科學的角度來看，大黃蜂的身體構造確實缺乏飛行的條件，但是，每一只大黃蜂都清楚地知道，它們一定要飛起來，才能出去覓食，否則必定會被餓死。因此，即使身軀笨重、翅膀短小，大黃蜂仍奮力飛行。

科學家不解的問題，答案其實很簡單，那就是大黃蜂完全不懂得生物學與流體力學，它們只是發揮生命的本能而已。換個角度想想，如果大黃蜂了解生物學和流體力學的基本理論，知道自己身軀與翅膀的比例完全不適合飛行，那么，告訴自己不可能會飛的大黃蜂，還能夠飛得起來嗎？

生命本來就有無限的潛力，有人因為車禍失去雙手，但不放棄挖掘自身的潛能，努力利用自己的嘴與雙腳作畫，后來成為出色的口足畫家。

篇8

20世紀60年代，環境問題開始日益嚴重并引起人們的重視，多學科學者開始參與研究和解決環境問題，因此出現了一些新的學科分支，從不同角度研究和解決環境問題；進入70年代后，學科相互作用、相互滲透的過程中，產生了相對獨立和統一的環境學，《環境水文學》就是環境學中環境地學的一個分支，研究環境學中的水環境部分[1]。相比普通水文學，更加重視水量和水質的統一，使讀者能夠從水文學和環境學多視角更加系統完整地認識水環境問題中水量和水質的變化規律。由于人類活動的影響，使水文情勢發生變化，這種變化會反作用于環境，導致水旱災害等社會問題，因此，在水資源開發過程中，如何預測和防治水旱災害及水環境問題就顯得特別重要[2]。而《環境水文學》解決這些問題具有指導意義，是未來極具潛力的研究方向[3]。

一、課程內容

目前課程內容主要包括三部分：

基礎篇。環境和流域管理中的基本水文過程[4]，包括降雨、截留和降雪過程，土壤水和滲流過程，蒸發-蒸騰過程，徑流過程，地下水變化過程等。

方法篇。常用的水文分析方法及近年來興起的新技術在《環境水文學》中的應用。

應用篇。涉及不同土地利用對流域水文循環和水環境的影響，包括城鎮化[5]、工農業生產、水利工程和森林植被變化等影響水文情勢的人類活動與水文環境變異之間的關系。

二、課程的特點

1.教學內容豐富。該課程包含基礎篇、方法篇、應用篇和實踐篇，涉及內容非常豐富，教學過程中要突出重點，抓住主線，著重培養學生運用水文學基礎理論解決實際環境問題的能力。

2.基礎要求高。該課程是一門綜合性很強的課程，涉及到數學計算、模型編程、流體力學分析、水文地質學、測量學、地理信息系統、環境規劃與管理等內容，要想學好該課程，需要有多學科扎實的基礎理論功底。

3.應用性強?！董h境水文學》是一門應用學科，應該以“基礎篇-方法篇-應用篇-實踐篇”的邏輯順序進行教學，最終目的是將水文學的基本理論和方法落到解決環境問題上來。因此，學生實踐認知能力和動手能力的培養就顯得特別重要，需要加強實踐環節訓練，擴寬學生的思路和知識面，真正做到學以致用。

三、目前教學中存在的問題

1.學生興趣不高。課程的基礎篇和方法篇涉及內容多且復雜。有些概念還很抽象，如果理論功底不扎實，理解起來就比較困難，較枯燥乏味，導致學生上課時興趣不高。

2.沒有實踐學時。目前我校環境科學專業的《環境水文學》課程只安排了理論學時，沒有實踐學時。然而課程本身的特點決定了必須通過一定的實驗或實習學時來培養學生的動手能力和認知能力。讓學生邊實踐邊學習，加深對基本理論理解的同時，又提高了學生解決實際問題的能力。實踐證明，課程教學實驗或實習環節的缺乏，會導致學生綜合能力較弱，實踐應用能力不強且解決實際問題的應變能力較差，工作后競爭力不強。

3.上課時間安排不合理。如前所述，《環境水文學》課程對學生的基礎要求高，需要學生修完一定量的基礎課程后學習起來才更容易掌握。目前我校該課程開設時間和流體力學課程安排同一個學期，沒有一定的流體力學分析基礎，學習《環境水文學》課程時就會困難重重，學生理解困難，教師授課時需要補充流體力學的內容，會造成課程進度過慢，無法按時按質完成教學任務。

四、今后教學改革思考

1.課堂教學要形式多樣。避免在授課過程中采用單一的講授式、灌輸式授課方式，否則會限制學生主動思考能力的發展。課堂教學方法應靈活多樣，以激發學生的興趣[6]。因此，在教學過程中應多角度啟發式學生，同時鼓勵學生將自己對教學內容的理解及時反饋給教師，增加互動后課堂氣氛也會活躍起來，同時也可提出問題讓學生在課堂上進行分組討論，討論過程中教師做好引導，防止討論內容偏離主題。

教學內容可通過圖片、動畫或視頻等多種形式進行講解，便于學生理解。但是，也要和傳統的板書教學相結合，比如演算和推導過程如果用多媒體展示，會導致學生難以跟上推導過程，需要通過慢速板書的形式逐條展示，這樣便于學生理解。

2.文獻資料查閱和課堂討論相結合。由于課程的內容較多，受課時限制，不能將課程內容一一講解，需要學生在課后多閱讀相關的參考書，以彌補課堂教學的不足。同時，教師可設置一些開放性專題，對學生進行分組，要求各組學生課后開展文獻資料調研，并將調研成果以PPT形式在課堂上展示，然后展開討論。討論過程中活躍了氣氛，提升了學生學習興趣，同時有利于培養學生分析問題的能力，為今后的深造打下良好的基礎，考慮將該環節作為課程考核中的一部分。

3.實踐教學環節必不可少。針對上文提到的無實驗學時問題，可結合實際情況增加8～16個實踐學時，包括教學參觀實習、實地調研及室內實驗等環節，形成“基礎篇-方法篇-應用篇-實踐篇”的教學內容體系。

可聯系學校附近的花溪水庫，組織學生參觀實習，了解水庫的功能和對河流水文情勢的改變及機理，現場可通過水文監測和水質分析鍛煉學生的動手能力，全面理解水利工程對水文環境的影響。也可以組織學生參觀學校附近的花溪國家城市濕地公園，了解濕地的類型、功能以及如何保護等問題，調研區域水文地質條件和水質特征，通過數據分析，掌握河水的水化學組成及濕地對水體的凈化功能和能力，讓學生更全面地理解濕地中水文過程及其環境效應。

4.開課時間須調整。如前所述，目前我?！董h境水文學》課程的開設時間不利于學生更有效地學習，因此需考慮將《流體力學》課程開設時間提前或《環境水文學》課程開設時間推后，讓學生有一定的流體力學分析基礎后，再進行《環境水文學》課程的學習，這樣更加高效。

五、課程考核方式

學生往往根據考試方式來確定學習和復習方式，所以課程的考核方式的選取就顯得非常重要。傳統單一、死板的閉卷考試模式容易造成學生“上課記筆記，下課對筆記，考試背筆記”的情形，且會導致學生在課堂上提不起學習興趣，不能真正地用心去學習，學習主動性大打折扣，很難達到課程的預期教學效果。因此，必須改變原有的單一的考核方式，可增加其他環節的考核，激勵學生課堂上積極討論，鼓勵學生主動思考，同時實踐能力也必須作為課程考核的環節，基于以上考慮，課程應采取綜合方法評定學生的課程成績，可按照理論筆試70%、課堂討論10%、課后開放性作業10%和課程實踐10%的比例進行考核，這種導向真正反映了學生的綜合素質，符合人才培養目標。

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關鍵詞：阻尼器；粘滯流體阻尼器；輸出阻尼力

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

粘滯性流體阻尼器是一種使用比較廣泛的減震、隔震設備，它一般是利用活塞推動油缸中的油通過節流孔時產生阻尼力，將結構振動的部分能量通過阻尼器中粘滯流體阻尼材料的粘滯耗能耗散掉，達到減小結構振動（地震和風振）反應的目的。本文在普通粘滯阻尼器的研究基礎上，對自行設計研制的新型粘滯流體阻尼器進行力學性能試驗，研究粘滯阻尼器輸出阻尼力隨激振頻率、位移幅值和阻尼介質粘度變化的關系。建立力學模型，標定其性能參數。

粘滯流體阻尼器的基本理論

2.1 粘滯流體材料的耗能機理

材料有彈性材料和粘性材料之分，理想彈性材料只能儲存能量，而不能耗散能量；相反理想粘性材料則只能耗散能量，而不能儲存能量，即無剛度；粘彈性材料則既能儲存能量，又能耗散能量；然而在實際的工程應用中理想的粘性或彈性材料是不可獲得的[1][2]。

流體分子之間存在相互吸引的內聚力，流體和固體之間又作用著附著力，流體能承受較大的壓應力，卻幾乎不能承受拉應力，對剪切應力的抵抗極弱，不管作用的剪切力是怎樣的微小，流體總會發生連續變形，這就是流體的易流性。流體在流動時呈現出內摩擦力，這個力的大小一方面取決于流體的種類，另一方面也與運動狀態有關。粘性有機流體材料分子與分子之間的內聚力或物理纏結較弱，分子與分子之間很容易產生相對運動，分子內部的化學單元也能自由旋轉，因此，在很小的外力作用下，分子之間會產生相對變形、滑移、扭轉，當外力除去后，分子間的變形、滑移、扭轉基本上不能復原，這是粘性材料的粘性表現。

2.2粘滯流體的類型與特征

依據在簡單剪切流中剪切應力與剪切應變速度之間關系的不同，粘滯流體可以分為牛頓流體和非牛頓流體[3] [4] 。

牛頓內摩擦定律：不可壓縮的流體流動時，流體的剪切應力與剪應變速度成正比，即 （1）

式中 ――剪應力；――剪應變速度；

――牛頓流體的動力粘度（在一定溫度和壓力下為常數）。

當流體滿足公式（1）時，剪應力與剪應變速度呈線性關系，即為牛頓流體，如水、空氣等；不滿足時，流體剪應力與剪應變速度呈非線性關系，稱為非牛頓流體，如瀝青、水泥漿以及大多數的油類、高聚物等。

依據在簡單剪切流中非牛頓流體的粘度函數與剪切持續時間是否有關，非牛頓流體可以分為非時變性非牛頓流體和時變性非牛頓流體。

粘滯流體阻尼器的恢復力模型

為正確分析附加粘滯阻尼器結構的抗震性能，首先必須確立粘滯阻尼器的恢復力模型。目前國內外普遍采用的模型主要有：線性模型、Kelvin模型和Maxwell模型[5] [6]。

3.1線性模型

線性模型中，阻尼器出力取決于速度，阻尼力可由下式表達：

（2）

式中 ――線性粘滯阻尼器的阻尼系數；――運動速度。

假設有正弦簡諧波作用于線性粘滯阻尼：（3）

式中 、、為波幅、頻率和時間?？傻米枘崃椋海?）

聯立上述式子可得力和位移的關系為：

（5）

可見阻尼器的力和位移關系式符合橢圓關系。則阻尼器循環一周所消耗的能量：

（6）

3.2 Kelvin模型

如果線性粘滯阻尼器的性質取決于剛度，我們稱這種模型為Kelvin模型。2-10所示。此外同樣假設有正弦簡諧波作用于該阻尼器，則阻尼裝置抗力的表達式為：

（7）

式中：阻尼器的儲存剛度；C：阻尼器的阻尼常數；：阻尼力的幅值；：阻尼力與位移的相位差。

聯立可得：

（8）

阻尼系數和儲能剛度分別為：

（9）

（10）

相位差：

（11）

由于大部分粘滯阻尼器裝置都具有頻率依賴性，所以利用傅立葉變換和歐拉公式可得復Kelvin模型的抗力表達式： （12）

其中復合剛度可由儲存剛度和損耗剛度表示，即： （13）

可由下式計算：（14）

3.3 Maxwell模型

假設阻尼單元與“彈簧單元”的位移分別為和，則有下述關系式：

（15）

（16）

得：（17）

式中：阻尼器的抗力；：零頻率時的線性阻尼常數；：“無限大”頻域內的剛度系數；：放松時間系數，。

利用傅立葉變換和歐拉公式可得復Maxwell模型表達式：（18）（19）

聯立上述兩式解得：

（20）

（21）

將代入上式，便可得儲能剛度和耗能剛度：

（22）

（23）

阻尼系數為：（24）

粘滯阻尼器的力學性能試驗

試驗采用正弦激勵法，在計算機控制程序中輸入位移和頻率來控制試驗機的加載系統加載。通過對阻尼器施加不同頻率的正弦力，分別測得各種位移幅值下阻尼器的位移和相應的阻尼力以及對應的時間，從而得到阻尼器阻尼力隨激振頻率、阻尼材料粘度、和位移幅值變化的動力特性。

4.1試驗步驟

（1）阻尼器安裝就位、校準；

（2）加載系統和作動器的調節、校準；

（3）對阻尼器施加某一頻率的正弦力，從小到大逐級控制輸入位移幅值，記錄對應的力、位移和時間；

（4） 按不同頻率對每一級頻率，分別輸入（3）中的位移值，并按（3）的方法進行試驗；

（5）更換阻尼器（更換阻尼介質），重復①至④的步驟。

4.2試驗觀察到的現象

對計算機自動采集到的試驗數據進行整理分析后可以看到主要的試驗現象：

（1）試驗中得到的阻尼力與位移滯回關系曲線比較飽滿。（2）在頻率和位移都很小時，阻尼器的阻尼力―位移之間的滯回曲線近似于矩形，表現為摩擦阻尼器的特征。（3）阻尼力―位移滯回曲線沿位移軸有一平移錯動，表明阻尼器產生一定的位移，但不產生阻尼力。（4）同一溫度，在相同的輸入位移下，隨著激勵頻率的增大，滯回曲線逐漸趨于飽滿。（5）在相同的溫度和激勵頻率下，隨著輸入位移幅值的增大，滯回環所包圍的面積逐漸增大，耗能能力也隨輸入位移幅值的增大而增強。（6）在相同溫度、相同的位移幅值和激振頻率下，隨著阻尼介質粘度的增加，阻尼力隨之增大。

4.3試驗結果分析

根據試驗結果，可以得到2種阻尼器每一種工況下的最大阻尼力與最大速度（見表1和2）。

采用的恢復力模型進行回歸（得到阻尼器D1和D2的計算公式（如圖1、2），R2為相關系數。

D1：，

D2：，

表1D1幅值5mm時的最大速度與最大阻尼力

（Hz） (mm/s) (kN)

0.2 6.66 0.34

0.5 16.25 0.65

1.0 30.24 1.20

1.6 47.38 1.92

2.0 57.21 2.28

2.5 53.46 2.12

3.0 49.74 1.93

表2D2幅值5mm時的最大速度與最大阻尼力

（Hz） (mm/s) (kN)

0.2 6.31 0.8

0.4 12.75 1.2

0.8 26.05 1.7

1.0 31.09 2.04

1.6 46.82 2.67

1.8 51.94 2.71

2.0 53.95 2.9

從回歸出的計算公式可以看出，阻尼器D2阻尼系數最大，而且速度指數最小，非線性更強；阻尼器D1約小于1，接近線性。通過對比D2與D1的回歸曲線，可知D2在很小的位移下就能產生很大的阻尼力，說明改性材料的粘滯阻尼器具有更好的性能。

圖1D1阻尼力-速度回歸曲線

`

圖2D2阻尼力-速度回歸曲線

結論

從回歸出的計算公式可以看出，阻尼器D2阻尼系數最大，而且速度指數最小，非線性更強；阻尼器D1約小于1，接近線性。D2與D1的回歸曲線對比顯示，D2在很小的位移下就能產生很大的阻尼力，表明所研制的改性材料的粘滯阻尼器具有更好的性能。

參考文獻

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郭榮良, 郭清南, 祝世興. 流體力學極其應用[M]. 北京: 機械工業出版社, 1996

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沈崇棠. 非牛頓流體力學及其應用[M]. 北京: 高等教育出版社, 1989

篇10

【關鍵詞】礦山安全工程；實踐教學；數理力學

一、礦山安全學科分類及屬性

礦山安全工程是以礦山生產過程中發生的人身傷害事故為主要研究對象，在總結、分析已經發生的礦山事故經驗的基礎上，綜合運用自然科學、技術科學和管理科學等方面的有關知識，識別和預測礦山生產過程中存在的不安全因素，并采取有效的控制措施防止礦山傷害事故的科學技術知識體系。

礦山安全工程在學科門類上是礦業工程的一個分支，跟采礦工程同屬于一級學科礦業工程下面的二級學科。因此，從學科屬性和性質上來講，礦山安全工程專業知識體系的構建也應當遵從礦業工程知識體系構建的學科規律。

現如今，煤礦開采工藝已較為成熟，但是安全性制約了高效性的發揮，主要體現為，隨著開采深度的增大，地應力、瓦斯、構造等地質條件惡化，帶來了沖擊地壓、瓦斯突出、熱害、水害、火災等災害進一步加劇，這對煤礦安全技術提出了新的挑戰。如前所述，煤礦生產的新特征對礦山安全工程技術提出了新的要求和挑戰。

二、礦山安全教學中存在的問題

當前淡化專業，寬口徑、通識教育的導向下，很多屬于采礦學科的專業課被一再削減，課程的難度也大大降低。課程太多，學時數不夠，艱深課程概論化導致的。在通識教育的倡導下，很多本該扎扎實實細致 講授的數學物理類、力學類課程只能概論化，甚至完全不講。而這些較為難懂的課程正是后續課程的基礎，更是學生今后向上攀登的基石，缺少了這些硬功夫，學生很難再上一個臺階。

現行礦山安全專業大中專教育中還存在的問題是，學生的數理功底普遍薄弱。在講授專業課程中發現，學生對課程中的理論公式普遍有一種畏難情緒，也沒耐心去認真計算推導，若放在課堂上推導又受到學時的限制，若放在課下學生自學，由于數理功底弱，學生又無法完成自學，這就產生了一個尷尬的局面。大量的文科性質、管理性質的安全管理類課程沖淡了行業專業課程，造成礦山安全工程專業學生底子薄、數理基礎弱。

此外，理論教育與實踐脫節也是許多學校礦山安全工程教學的疏漏，眾多學校著眼于基礎理論方面的學習，學生只能從書本中想象具體的操作情況，這顯然與該專業的專業需求不匹配。

三、礦山安全教學新思路建議

1.加強數理力學基礎，構建合理知識體系

只有采用嚴密定量化的力學理論才能精確計算，為工程實際提供理論和技術指導，這就需要在知識體系中重點加強數理力學知識。因而礦山安全教育應該構建合理的數理和專業知識結構，如理論力學、材料力學、連續介質力學、傳熱學、固體力學、流體力學、彈性力學、巖石力學、滲流力學、損傷力學、斷裂力學、散體力學、滲流力學等力學知識應該給予充足的學時予以講授。在強大的數理力學基礎上，學生應掌握采礦學、礦山地質學、通風學、工程流體力學、礦山壓力巖層控制等專業基礎課程。在此基礎上可適當學習安全學的一些基本課理論教學與實踐結合礦山安全工程包括礦山災害所有的防治技術，是保障礦山安全的最主要的技術手段。

2.理論教學與實踐教學相結合

理論教學以課堂講課為主，課堂專題講座和討論、影音教學和案例教學為輔。在課程講授過程中，必須使學生全面掌握礦山安全基礎知識，構建學生終身受益的知識體系。將“礦山安全工程”知識內容分為九部分內容： 礦山安全現狀與管理、傷亡事故發生與預防原理、礦山機電傷害事故預防技術、礦井瓦斯災害防治、礦山防火防爆、礦塵防治、礦井水害防治、礦山爆破安全、礦山救護等。在課程教學中，不局限于基本知識和基本技能的掌握，更應立足于全面提高學生素質，堅持“以提高礦山安全的綜合素質與能力”的課程教學理念，在講解基本理論、基本技術的基礎上，引用大量的案例對不同防治技術進行分析，增強學生的感性認識，促進學生積極思考，提高學生分析問題的能力。

實踐教學主要結合理論教學，開展實驗室實驗、課程設計、現場實習等教學環節。為學生開設相關實驗，并鼓勵學生開展設計性的綜合實驗，如礦井瓦斯抽放系統實驗設計、礦井火災災變時期風流變化實驗等。為提高學生應用知識解決實際問題的能力，該課程采用課程設計與現場實習來提高學生的實踐能力。針對課程的教學內容，開設了不同內容、不同規模的課程設計。有的設計內容需要設計圖紙，如礦井瓦斯抽放系統設計；有的是對某礦山事故進行分析，如利用事故樹分析礦山外因火災的原因。通過課程設計，有力提高了學生應用知識的能力。綜合性實驗注重對學生實踐能力的培養，結合礦山現場的研究項目，選擇一些與實踐緊密聯系、并具有一定難度的實驗項目，將實驗目的、實驗要求以及主要任務交給學生，學生通過自己預習理論知識，查閱資料，進行討論，掌握實驗原理、方法和步驟，組織實驗方案的實施，最后完成實驗任務。

3.改革傳統的考核方式

一是主要對實驗課程基本概念和常識等基礎知識的考核，采用包括內容、平時的表現、課堂表現、出勤率、回答問題等，占總分的30%。二是采用實驗報告占總成績50%考核；另一項是設計創新性實驗形式，它是根據課程的特點而設置的，學生可以根據自身的優勢和特長選擇其中的實驗方法或內容，實驗、實踐教學過程中提出問題、分析問題和解決問題的能力等等，占總成績的20%。通過這樣的實驗教學改革，達到實驗教學改革的目的。

四、結語

礦山安全專業大專教育的數理力學基礎和知識結構對學生個人職業發展和對礦山企業的服務質量至關重要，此外應該重點加強學生的實踐能力教育，引導學生構建匹配合理的知識結構。才能使人才具備更強的競爭力，未來才能在礦業涌現出領軍人物。

【參考文獻】