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海淀分局备案编号流体机械课程 第三章 流体动力学
第三章 流体动力学
一、学习目的和要求
通过本章学习，了解流体的运动和流体流动的基本概念，掌握伯努利方程及其应用。
二、重点与难点
（1）流体流动的基本概念；
（2）流体流动的连续性方程式和伯努利方程。
三、课程内容
第一节& 流体的运动和流体流动的基本概念
一、流体的运动要素和研究流体运动的方法
二、流体流动的几个基本概念
（一）稳定流动和非稳定流动
1、稳定流动：液体流动时在不同时间内流体各质点流经此空间点时，其运动要素不变的流动。
2、非稳定流动：液体质点流经某空间点时，其运动要素随时间而变化的流动。
（二）迹线、流线
1、迹线：某一流体质点在某段时间内的运动轨迹。
2、流线：流线是流场中某一瞬间的一条空间曲线，在该曲线上各点的流体质点所具有的速度方向与该点的曲线的切线方向重合。
（三）流管、流束及总流
1、流管:在流场中取一段很小的闭合曲线，通过这条封闭曲线上所有点作流线族，这些流线族所围成的管。
2、流束：充满在流管内部的全部流体。
3、总流：在流体周界内的全部流体。
（四）过流断面、湿周及水力半径
1、过流断面：垂直于总流的横断面。
2、湿周：在总流的过流断面上，液体与固体相接触的线。
3、水力半径：在总流的过流断面与湿周的比。
（五）缓变流与急变流
1、缓变流：流体的流线接近与直线的流动。
2、急变流：流体的流线之间夹角很大或曲率很小的流动。
（六）流量和平均流速
1、流量：单位时间内通过过流断面的体积。
2、平均流速：假设流体以某一速度v通过过流断面S，则通过的流量为Q=VS
第二节& 流体流动的连续性方程式
第三节& 微小流束合总流的伯努利方程式
一、理想流体微小流束的伯努利方程式
（一）& 外力做功
1.& 压力做功A1
2.& 重力做功A2
（二）& 动能的增量
或& （常数）
二、伯努利方程式的物理意义及几何意义
三、实际液体总流的伯努利方程式
四、伯努利方程式的应用
（一）实际总流的伯努利方程式的适用条件
（1）流体是不可压缩的；
（2）流动是稳定的；
（3）作用在流体上的质量力只有重力；
&（4）所选取的过流断面都需为缓变流阶段，但各段面之间的流动可以是急变流；
（5）所选取过流断面间没有流量的汇入或分出，也没有能量的输入或输出。
（二）运用伯努利方程应注意的问题
（1）基准面可以任意选一水平面，但最好在两断面之下或穿过低断面的形心。
（2）在解伯努利方程时常常运用总流的连续性方程，以减少未知量；
（3）方程式中的P1、P2可取绝对压力，也可取相对压力；
（4）所选断面总势能均相等，所以可选取任意点列伯努利方程式。
（5）所取两断面的修正系数一般不相等，即。对于紊流；对于层流的计算，；
（6）在应用伯努利方程式时，需要确定损失水头。
（三）伯努利方程式的应用举例（略）
（四）气体的伯努利方程式
（五）有能量输入输出的伯努利方程式
四、作业：
3-5 6 9 11
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| 马棚网QQ群：｛｝｛｝｛｝ | 交流QQ：摘& 要：流体机械具有自身独特的特点，因此流体机械课程在教学中也存在很多独特的性质，本文对这一性质，教学方法，与设计理念进行了深入的分析，以期大家共同参考，获得更好的教学效果。
关键词：流体机械&&& 项目化&&& 教学设计
&[中图分类号] G712&& [文献标识码] A&& [文章编号] （6-02
&&&&&&& 一、流体机械简介
&&&&&&& 在国民经济发展过程中，流体机械得到了充分的使用，作为一门基础课程，在很多理工类的高校，流体机械这门课程非常常见，经常在大学教学中见到流体机械作为选修课程，因为流体机械属于非主流的设备，没有得到足够的重视，但是很多主要机械的工作是否顺利，很大程度上取决于流体机械的工作状态。所以，在整个大学教学过程中流体机械课程的开展是十分重要的。
&&&&&&& 二、什么是项目化教学
&&&&&&& 项目教学法，是一种教学活动，这一活动是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的。它是一种&行为导向&的教学法。项目开始的时间和结束的时间是预先计划好的，并且是固定的。有一件较完整的作品是其原则上的要求。有如下实施流程：1.提出一个明确的项目任务：教师提出 由同学来讨论。2.制定一个实施计划：由学生制定 教师来审查并给予适当的指导。3.具体地实施计划:对学生进行分工和分组 同学之间紧密合作。4.教师对学生进行检查和评估和学生自我评估& 5.归档或应用:记录归档 应用实践。职业教育领域孕育了项目教学，至今已经跨越数十年。上世纪70年代，德国职业教育使项目教育这一教学模式再次升温。加强了学生的动手实践的能力，使职业教育从单纯的理论教育发展到理论与实践结合。项目教学分为狭义概念和广义概念，广义的项目教学是指，教师与学生要通路合作，共同来完成一个项目，学生利用学来的知识服务于这个项目，推动这一项目的顺利实施和完成。项目分为很多环节，但是这每一个环节都是由学生具体负责的。学生在完成这一项目时，了解项目的各个环节，以及项目中蕴藏地重难点。而在这时，教师只是扮演一个领导着的角色，学生认真投入，身体力行，促进学生的责任意识的形成。
&&&&&&& 三、项目教学有那些组成要素
&&&&&&& 内容，活动，情境以及结果组成了一个完整的项目教学过程。
&&&&&&& 内容：项目教学通过真实的教学情境带给学生全新的感受，通过实际的工作任务使学生的逻辑思维能力与动手操作能力都得到了极大提升。教学内容与学生就业后企业实际的生产内容结合，更加具有针对性和实用性。
&&&&&&& 活动：通过使用一些工具来完成教师布置给的任务，是项目教学的主要活动。这些活动不会很简单，而是会具有一定的难度和挑战性。需要学生挖掘自己的潜质和创造力，来解决面对的问题。
&&&&&&& 情境：这个情境既可以是现实的也可以是虚拟的，它可以为学生的学习构建一个理想的环境，使学生更加直观的体会其中蕴含的道理。
&&&&&&& 结果：结果就是学生在项目教学之后最终掌握的知识和能力。根据自身的体会制定下一步的学习计划。
&&&&&&& 四、项目教学有哪些特征
&&&&&&& 作为一种独特的教学方式，项目教学与其他教学方式相比有着明显的区别和特征：以工作任务为依据来制定教学内容，突破传统教学模式和思维。学生在整个的教学过程中占据主导地位，学生充分参与其中，成为教学的主人。学习的目的以能力的提高为主，而不是单纯的知识积累。由于学生的自身情况不同，对于问题的研究结论也会有所区别。
&&&&&&& 五、项目化教学有哪些特点
&&&&&&& 实践性：学生在学习过程中具有极强的针对性和实用性，项目的主题与现实世界联系极为密切。自主性：学生在学习过程中可以根据自己的兴趣选择内容和展示形式，广阔的空间使学生能够更加自由地进行自主学习，使学生的创造能力得到极大的发展。发展性：不仅有长期项目也有阶段项目，两者相结合，组成了一个完善的认知过程，这一认知过程促进了教育目标的实现。综合性：各学科之间广泛交叉，注重能力的综合运用。开放性：学生在探索主题的方式、展示的方法上具有很大的选择余地。评价特点：项目型教学的评价注重能力发展的过程，测评主要是根据学生的作业质量以及参与活动时的各环节的表现。
&&&&&&& 六、课程特点及存在的问题
&&&&&&& 1、无法以常规形式表达
&&&&&&& 作为一种三维黏性有旋流动，流体机械其内部流动复杂性可见一斑。机械结构，原理及特性是这一科目介绍的主要内容。图表、图片多，概念抽象是这一科目的最大特点。传统的黑板加粉笔的教学模式无法形象的描述很多螺旋结构的组成，造成学生们在理解上难度加大。就算使用一些简单的模型也看不到动态的运行状态，至于其真实的运行状态，对于很多学生来说，想象难度较大。
缺乏足够的实践
&&&&&&& 2.1 现在的社会，单纯有知识却没有技能，难以适应社会需求。教学模式改革迫在眉睫，由于学时不足，造成学校的教学压力陡增。为了应付考试，学生疲于记忆概念和名次、数据，没有足够的机会去参与实践。有限的课时难以使学生在实验室内获取足够的训练和知识经验。理论与实践教师分离，造成老师之间，老师与学生之间无法得到良好的沟通。
&&&&&&& 2.2 教学的一个重要目标就是对学生的分析与综合的能力的培养，在很多教科书中，题型的设计不合理，计算题的比重过大，致使学生对方法研究不够重视。
而计算量过大的计算题是学生陷入题海中，教科书应该适量增加问答题的比重。
&&&&&&& 3、叶片式流体机械在当前发电机组中占据主要比例，汽轮机和水轮机是两种主要的模式，前者占75%比例，后者占25%比例。作为国民经济发展的心脏，流体机械作用毋庸赘言。学好流体机械理论很重要，因为这些发电机械的理论基础都是流体机械。
&&&&&&& 这个特殊的科目，应用性和理论性非常强，如果大学生在学习时只是单纯的学习理论知识，而忽视了实际应用，那么久不能做出好的毕业设计作品，遇到现实的工程问题也不能很好的解决。
&&&&&&& 七、教学改革应该这样进行
&&&&&&& 1、突破原始的黑板加粉笔的教学模式，主动地利用多媒体，使得教学更加直观易理解。泵与风机要在实习过程中去体会，但是很多高职生没有足够的实习机会，所以不能很好的理解相关的机械习性。因此就需要教师在教学时结合多媒体，在介绍了流体机械的基本结构后，对他们进行实例演示，并介绍流体机械在实际应用时的重要价值。最后以一个发电厂为例，形象地介绍各部件的工作原理，使学生对知识的学习更加轻松，兴趣也更加浓厚。还可以利用Flash等现代化多媒体手段，使教学动态化，学生印象深刻，理解也更准确。例如将气蚀这一抽象难懂的过程制成动画，学生们就感觉更加容易接受了。而且借助多媒体既直接明了又可以节省大量的板书时间，提高了教学效率，节约了宝贵的教学时间。
&&&&&&& 但是，不能因为多媒体具有的这么多有点，就忽略了传统的教学模式，而一味的依赖多媒体。很多学生喜欢教师的形象的讲述，以及师生之间的互动与探讨，在遇到疑难的问题时可以及时的提问并得到有效地解答，所以教师在实际操作时应该灵活操作，根据不同的情况选择不同的方式。例如：在一些公式的推导，以及一些比较形象具体的静态的课题选择传统的教学模式比较好，这样可以留给学生们更充足的时间去思考。
&&&&&&& 社会实践不可或缺
&&&&&&& 复杂的理论单靠讲解和课堂教学很难取得良好的教学效果，高校应该综合实践教学与课堂教学，既要注重课堂教学的深入浅出，又要重视实践教学的理论实践并举，理论教学与实践教学尽量要做到同步进行。在实践中做到不断创新，注意理论的实际应用。感性认识很重要，培养学生的感性认识主要应该做到以下这么几点：
&&&&&&& 2.1 学校应该建立一个实验室，在开课之前一到两周开放，在实验室内呈列风机等各种事物，学生既可以直观的看到这些实物的结构，又可以亲自演示部分实物的工作流程。在实验室内，还要有各种机械的内部结构图，以供学生们参考观看。以提高学生对专业的理解认识，和他们的学习兴趣。课上提问与课后习题相结合，来检查学生的学习效果。
&&&&&&& 2.2 通过增设设备，增开实验项目，编写实验课件来进一步丰富实验内容。逐步转变教师在实验中的角色，帮助学生掌握实验技能。理论教师与实验教师通力合作，以便及时发现问题并解决问题。
&&&&&&& 2.3 进一步丰富学习模式
&&&&&&& 针对教学的重难点以及易错点，教学应该采取以下措施：
&&&&&&& 第一，利用网络这一媒介，及时地将习题，试题库以及各时期的教学课件放到校园网上，这样学生就可以随时随地的自主学习，学生可以更加牢固的掌握教学内容，更便利的检查自己的学习效果，进一步提高学习的效率。利用网络可以在师生之间搭建一个良好的平台，使师生之间可以更好的沟通。
&&&&&&& 第二，给学生布置习题时应该分为两种主要的类型：一种是注重学生的计算能力的培养，这种题要求学生能够具体地写出计算过程，另一类则不需要学生写出具体地计算过程，二是只需要写出解决思路即可，这样可以全面的考察和培养学生的能力，减少了学生不必要的工作量。
&&&&&&& 第三，建立一个专业的题库，并提供充足的专业题。在习题中设计全面的丰富的题型，在学生自主的训练之后发现问题然后及时地解决问题。
&&&&&&& 既要注重理论的研究学习又要重视实际应用
&&&&&&& 3.1 在课堂教学上不能采用填鸭的模式，教师一个人满堂灌，这样的教学模式效果并不好，在扎实的理论基础上还要结合实践，培养学生解决实际问题的能力。在课程中，对于基础知识，应该深入的透彻的讲解，在课后再通过各种方式如习题来对学生的学习效果来进行训练，是学生加深理解，提高技能。对于应用性很强的内容，应该提出问题，分析问题，最后解决问题。这样学生不仅掌握了方法，也学会了实际的应用。少说精讲还可以解决学时不足的问题，同时又可以避免学生盲目的抄和背。
&&&&&&& 3.2 在理论讲解过程中，还要结合实际的应用环境。教给学生不同的情况应该使用哪一个知识点来解决，使学生理解更充分，掌握更扎实。
&&&&&&& 最近几年，针对流体机械课程的独特性，逐渐形成了一套新的教学方法，不仅重视理论教学，也注重实践的意义。诚然，目前的教学方法研究还处于摸着石头过河阶段，还不是很成熟，教学质量需要长时间的努力来提高，需要几代人努力来实现。
作者简介：夏征盛（1978&），男，浙江温州人，温州职业技术学院讲师，研究方向：流体和阀门（浙江温州，325000）。
&&&&&&& [参考文献]
&[1] 李文科.流体力学与流体机械课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报：社会科学版，）：113-114
&[2] 辛军哲.对流体力学课后练习的探讨[J].高等建筑教育，2005,14，（2）：46-47
&[3] 陈晓珊.工程流体力学课程改革的思考[J].东北电力大学学报，）：54-56
&[4] 蔡增基.龙天谕.液体力学 泵与风机[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，1999
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