第一篇：流体力学教学中的几点体会
流体力学教学中的几点体会
摘 要 流体力学理论性较强，内容也相对比较抽象，是学生公认的比较难学课程之一，也是教师认为比较难讲的课程。结合教学实践，总结流体力学教学的几点体会，供从事本课程教学的人员参考。
关键词 流体力学；多媒体；实用技能
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2017）12-0117-02
前言
流体力学是工科院校能源动力工程、机械工程、土木工程、矿业工程、水利工程类等专业的重要基础课，对各类技术人才的培养起着重要作用[1]。讲好课难，讲好流体力学课更难，主要由于流体力学的抽象概念比较多和对高等数学要求较高，抽象概念的讲解与数学公式推导容易导致课堂教学枯燥无味[2]。
讲课是一门科学，也可以说是一门艺术。要想讲好大学里的课程，教师不仅要有宽广的科学知识和深厚的专业知识，还要具备灵活运用教学方法的技巧[2]。根据近几年讲授流体力学课程的实践，有下面几点体会。流体力学教学的几点体会
上课前的充分准备 要想讲好素有“留级力学”之“美誉”的流体力学，上课前的准备尤为重要，包括教师和学生两方面的准备。
教师的准备首先是要选择优秀的、适合所教专业的流体力学教材。流体力学教材可谓琳琅满目，种类繁多。其次要仔细研读课程教学大纲，教师先要掌握大纲要求，并根据大纲要求有针对性地对教材内容进行选择，对重点、难点进行分析取舍。应该让学生在学完每章后明确哪些内容该掌握？重点、难点是什么？学完之后需要达到什么样的要求？这一切均应设身处地站在学生角度考虑[2]。
学生的准备主要就是课前的预习。流体力学的学习课前预习很重要，这是由流体力学的特点决定的。流体力学中应用到不少数学知识，不提前预习，就更不容易掌握。教师应在每节课结束时提醒大家要预习的课本与教学的内容。
此外，笔者认为，教师讲课过程中还应参阅大量与本专业相关的专业书籍，了解流体力学在该专业课程体系中的地位与作用，后续课程中哪些地方要用到流体力学中哪些内容，以便更好地为专业课的学习服务。教师在做好充分准备的基础上，根据学生已有的知识和接受能力编写讲稿。总之，教学的教与学是一体的，教学就像打仗一样，要“知己知彼，百战不殆”。
教学中应提高学生的学习兴趣，调动学生的积极性 流体力学因在20世纪五六十年代对航空航天事业的巨大推动而备受关注。近年来，很多学生认为这门学科已是明日黄花、过时的“宠儿”，辉煌不再，加之又难，枯燥无味，引不起学习兴趣。兴趣是最好的老师，为了使学生学好这门课程，必须要提高他们的学习兴趣，调动学习的积极性[3]。
首先，应上好“绪论”课，“绪论”课的教学不容忽视。“绪论”是流体力学课程的第一部分内容，是学生了解该课程的窗口。“绪论”课上得好坏，对于整个课程教学的成功与否至关重要[4]。在“绪论”课上应该多花费一点儿时间列举日常生活及生产实践中流体力学的应用，要是能结合教师自身或同事承担的科研来说明流体力的重要性，则更能激发大家的学习兴趣。
其次，在流体力学教学过程中，通过重大事件实例教书育人。在流体力学教学过程中适当地穿插讲述一些有关重大事故、重大事件和重大建设项目，对于学生认识现在的学习与未来工作之间的关系，提高学习的自觉性，培养热爱专业的思想和严谨的科学作风有很大帮助。
如讲解静力学时，可以结合一些水库垮坝事故来讲解，如安徽省佛子岭和磨子潭大坝漫顶、河南省板桥和石漫滩水库溃坝、吉林省丰满大坝溢流被严重冲毁等事故给人民生命和财产造成重大损失。事故原因既有设计上缺陷，又有施工质量问题以及运行管理工作薄弱等问题。“相关运行管理人员存在经验不足，设计人员又缺乏足够专业技术知识”，这是发生事故的普遍原因，学生将来工作的责任心和专业技术素质会关系到众多人的生命和财产安全[5]！
如讲述机翼升力随攻角变化，可以结合1998年华航空难。事故原因：飞机进场过高，重飞时收起鼻轮、起落架和襟翼，使阻力突然减小，导致飞机仰角过大，造成失速、左右摇摆和快速下降，离地过低，机尾和后舱先撞地，致使飞机爆炸。这一事件可以结合机翼升力随攻角变化（特别是失速现象）来讲述，使学生得以深刻理解空气动力学对于航空的重要性[6]。再如美国柯麦尔航空公司第5191次航班在肯塔基州列克星敦坠毁原因：飞机飞错跑道，跑道过短，飞机达不到一定的速度，就没有足够的升力起飞[7]。
这些事件中都包含流体力学的道理，只要做流体力学的有心人，与流体力学有关的重大事件还是能收集到不少的[5]。把收集到的事件引入课堂、丰富课堂，可以更好地调动学生学习的积极性。
教学过程中要注重学生实用技能的培养 流体力学是一门应用性与实验性很强的学科，在教学过程中应将理论教学与实际应用结合起来，比如实验技能与动手查资料能力的培养。流体力学中的许多计算中的数据是要查找有关工程手册和图表的，教师应结合相应部分章节的内容训练学生查找资料的能力，如查找流体的一些物性参数、局部阻力系数以及莫迪图等数据图表的能力。
流体力学也是一门实验学科，教学过程中有很多实验，在实验条件许可的条件下，应当尽量让每位学生自己动手，掌握常规仪表的使用方法，了解正确的实验步骤，观察实验现象，通过对该理论的科学性验证，加深对定律的理解，以便在今后工作中能正确应用。让学生做好实验与实验总结，既可以加深学生对知识的理解，又可以锻炼动手能力。
在流体力学教学中注重传统教学与网络教学相结合 虽然流体力学的教材琳琅满目，但其课程体系基本一致，可分为三大块，即基本理论、基本应用和专业课题[1]。要学好流体力学需要具备较强的数学微积分、力学以及物理学方面的知识。
基本理论模块部分包括流体力学的四个基本内容，即概念、理论、方程和方法。讲解基本概念时，可借助多媒体，上课时加入具体实例，有助于学生对概念加深理解。例如：在讲解流动的分类层流与紊流时，可以通过引入雷诺实验的多媒体课件，方便学生清楚理解两种流动的现象与特点；在讲解定常流动时，可以先让学生观察一定常流动现象，然后教师总结定常流?拥奶卣鳎?这样可以加深学生的理解；基本原理公式的推导，可以采用传统教学中的板书，而推导过程中的相关图形（如黏性流体的运动方程推导中的微元六面体）和复杂的公式可以用多媒体显示，既可节省时间，也清楚透彻。
在基本应用部分，可将实际的工程流动现象通过多媒体课件引入课堂，再通过教师从流体力学的基本原理角度进行分析。如明渠恒定流可选取南水北调以及三峡工程等著名水利工程为例，先播放展示相关的视频、模拟动画等，引起学生的兴趣和注意力，然后通过板书讲解明渠恒定流中的相关原理与计算。
当学生基本掌握流体力学的基础知识和基本原理以后，具有一定的理解能力，再学习专业方面的课题时，教师可以适当增加多媒体网络教学的分量，缩短板书教学时间，达到扩大课堂知识信息量，扩大学生知识面，加深对基本知识的理解。结语
总之，教无止境，学无止境，如何搞好流体力学教学是一个永恒的话题，也是一个十分广泛而复杂的课题。以上只是笔者在教学过程中的一些体会和认识，与同行共勉。
参考文献
[1]程光均，向文英.流体力学教学中的传统教学与网络多媒体教学[J].高等建筑教育，2003（1）：40-41.[2]陈丰.论流体力学教学的方法和特点[J].华南理工大学学报：自然科学版，1995（11）：147-150.[3]严宗毅，苏卫东.在流体力学教学中调动学生学习主动性，培养创新精神[J].力学与实践，2001（3）：53-55.[4]徐艳萍.《工程流体力学》教学探讨[J].江西电力职业技术学院学报，2003（2）：48-50.[5]严宗毅，郑桂珍.在流体力学教学中通过重大事件实例教书育人[J].力学与实践，2002（4）：68-69，80.[6]华航班机坠毁原因查明：进场过高，重飞失速[N].北京青年报，1998-03-05（4）.[7]美客机坠毁事件续：机场设计缺陷是主因[DB/OL].[2006-08-29].http：//news.sina.com.cn/w/2006-08-29/12359879599s.shtml.
第二篇：高尔夫球运动中的流体力学
高尔夫球运动中的流体力学
“高尔夫”是GOLF的音译，由四个英文词汇的首字母缩写构成。它们分别是：Green，Oxygen，Light，Friendship，意思是“绿色，氧气，阳光，友谊”，它是一种把享受大自然乐趣、体育锻炼和游戏集于一身的运动。[1]如今，现代高尔夫球运动已经成为贵族运动的代名词，是中国古代一种名为“捶丸”的球戏演变而来的。高尔夫球的发展历史
高尔夫球最早是用木制的，中国的捶丸的“丸”或“俅”是用“痪木”，即木疙瘩制成。后来，西方改用皮革内充以羽毛来缝制。不过这种球有一个大缺点，就是当球被打入水中或被露水粘湿时，重量会增加。[2]直到1845年，开始改用橡胶或塑胶压制而成的光滑圆球，这种球优点是不会因为被水湿了而大大加重，但是球飞行的距离却大为缩短。
后来，人们发现，用旧了的有划痕的高尔夫球，反而可以打得更远。为什么表面粗糙了，飞行反而远了呢？这里面大有学问。
早在1910年，著名物理学家J.J.Thomson就发表了这方面的研究论文[3]，相继的研究工作导致了为让球飞得更远，在球的表面上采用了布满小凹痕的设计。事实上一个表面光滑的球，职业选手击出后的飞行距离，大约只是布满凹痕球的一半。粗糙的表面可降低空气阻力的道理涉及“边界层”的概念。边界层理论
边界层理论的基本想法是，在黏性系数很小的情形，可将整个流场分做两部分处理，黏性只表现在附着于物体表面上的边界层内；从表面向外，边界层中气流的速度从零逐渐加大到与外部气体流速相同，不同速度层间存在摩擦损耗，对于边界层以外的流体，则完全略去黏性力的影响，用理想流体的理论处理，并将得到的解作为边界层外缘的边条件，这样整个问题可得到解决，边界层的厚度dRe12，其中d为球的直径。高尔夫球效应的原理
物体或高尔夫球在空气中飞行，最早空气被想象为没有黏性的，或者说是没有摩擦的。这时流过物体表面的流体质点和物体表面质点的速度可以不同，它们之间是有正压力却没有切向力，这就好像把重物体在另一物体的水平面上拖着走时没有阻力一样。人们把这种没有黏性的流体称为理想流体。按理说，在理想流体中飞行的物体是没有阻力的，在地面上的抛体，即使是抛一根稻草，它的飞行距离可以和扔石头一样远。不过这和实际观察到的现象完全不符合，物体在空气中飞行时的阻力是绝对不可忽略的。最早认识到这个矛盾的是法国学者达朗伯尔，所以这个矛盾也被称为“达朗伯尔佯谬”。[4]
由于空气阻力的作用，按说应该是光滑的物体受到的空气阻力小才对，不过流体作用在运动物体上的阻力还要复杂一些，除了上面的这种由流体的黏性引起的阻力外，还有一种由于流场改变所产生的阻力，即压差阻力。而且在物体运动速度较快时，这种阻力会占阻力的大部分。原来当物体快速飞行时，在物体前面和后面产生了很大的压差，即前面的压力大，后面的压力小。
图1（a）给出了在完全略去空气的黏性并将其视为理想流体时，球周围流线的截面图。这里为简单起见，将流线直观地理解为一小块空气所走的路径。准确地讲，在这种意义下得到的是流体的迹线，表达同一时刻空间各点流速的方向的流线和迹线，仅在定常流动，即流动情况不随时间改变时才是相同的。对于图中i,j两条平行等距的相邻流线，在接近球体A点（流体力学中习惯称之为驻点）时，间距开始缩小，在B点处间距最小，其后逐渐加大，恢复到平行等距。在定常流动情形，单位时间流过相邻流线间任一截面的流体质量总是相等的。由此可以知道，从接近球的前端A点到球的顶端B点或底部D点，气流是加速的，气流进而向C点流动，此时是减速的。按照伯努利方程，A、C两点处气体压强要比B、D两点高，但是从对称性的考虑，在气流中的球体感受到的净压强为零，没有阻力作用在球上。
图1（b）是球体表面有边界层存在的情形，在图中边界层用虚线画出。从A到B，和图1（a）一样，边界层和外部气流都是加速的，尽管边界层中存在黏性摩擦导致的能量损耗，倾向于使层内的流体减速，但由于A点压强高于B点，在压强差的推动下，边界层气流会沿球面前进。从B到C情况则不同，此时压强是增加的，边界层失去了推动力，无法到达C点，而是在S点（流体力学中称之为分离点）处和球面分离。分离后的气流是不规则的，形成处于湍流状态的尾流。气流速度进一步增加，边界层中摩擦损耗更大，边界层和球面的分离发生得更早，因而有更宽的尾流。
上述边界层和球面发生分离，存在尾流的状态，是球在飞行中所受阻力的主要来源，因为此时球前后端之间存在压强差，A点附近气体的压强要大于分离点间的压强，气流在流动方向上对球有作用力，流体力学称之为压强阻力或形状阻力。此外，边界层内的黏性摩擦也会导致能量的损失，产生摩擦阻力，这两种力合在一起构成对球运动的总阻力。
图1 飞行中的高尔夫球示意图 光滑的球由于这种边界层分离得早，形成的前后压差阻力就很大，所以高尔夫球在由皮革改用塑胶后飞行距离便大大缩短了。为此人们不得不把高尔夫球做成麻脸的，即表面布满了圆形的小坑。大多数高尔夫球有300—500个凹坑,坑深约为0.025mm。高尔夫球飞行的前方有一高压区，气流在球表面形成薄薄的边界层，空气流经球的后方时，边界层与球体分离，在球的后方产生一个湍流尾流区。湍流的扰动导致球体后区压力较低，尾流区越大，压力就越小，对球的阻力就越大。光滑球面的界面层容易剥离而产生大的尾流区，凹坑使空气形成的边界层紧贴球的表面，使平滑的气流顺着球形多往后走一些，减小尾流区，增加球后方的压力，使球飞得较远。
麻脸的高尔夫球有小坑，飞行时，小坑附近产生了一些小的漩涡，由于这些小漩涡的吸力，球体表面附近的流体分子被漩涡吸引，边界层的分离点就推后许多。这时，在高尔夫球后面所形成的漩涡区便比光滑的球所形成的漩涡区小很多，[5]从而使得前后压差所形成的阻力大为减小，同时球体升力会增加。图2形象地显示了流体流经光滑球体与高尔夫球表面时的情况。Jin choi[6]等对高尔夫球进行实验研究，发现小凹坑引起气流剪切层的不稳定，可使局部分离的气流具有较大的动量重新附着在球体表面，同时具备了克服较强逆压梯度的能力，推迟了流动分离，使阻力减小。
图2 流体流过光滑球体和高尔夫球面 流体力学与高尔夫球
最早给高尔夫球的运动从流体力学的角度进行严格实验和分析的是英国爱丁堡大学的自然哲学教授泰特（P.G.Tait，1831~1901）。他从1778年开始系统地进行高尔夫球运动的实验。并且就“球状抛体的飞行路径”为题在1893年和1896年分别发表了两篇论文，系统阐述了他对于高尔夫球在旋转和空气阻力下的路径的理论结果。高尔夫球在旋转时，会往上“漂”或会往下“钻”，就是由于流体对高尔夫球的作用力的缘敌。
从流体力学的知识我们知道，物体在流体中以速度v运动时，它所受的阻力
f1kSv2 2其中，ρ是流体的密度；S是物体的截面积；k是一个依赖于物体形状的系数，在速度相对于流体中的声速很小的情形下是与速度无关的常数。
流体流过物体表面时，所受到的阻力是由流体沿物体表面流动所引起的切向应力和压力差造成的，故阻力可分为摩擦阻力和压差阻力两种。摩擦阻力是指作用在物体表面上的切向力在来流方向上的投影的总和，是粘性直接作用的结果。压差阻力是指作用在物体表面上的压力在来流方向上的投影的总和，是粘性间接作用的结果。压差阻力的大小与物体的形状有很大的关系，故又称为形状阻力。摩擦阻力和压差阻力的和构成物体所受的总阻力。
参考文献
[1] Malcolm Campell著 游玫琦等译.高尔夫百科全书[M].景秋出版事业有限公司（台）
[2] 武际可.从麻脸的高尔夫球谈起——流体运动物体的阻力和升力[J].力学与实践，2005,27（5）：88-92
[3] J.J.Thomson.Nature,1910,85:251
[4] 刘雅君.高尔夫球射程问题的讨论[J].大学物理，2005,24（1）：30-32
[5] 宋娟娟.非光滑表面湍流减阻及流动控制研究[D].北京：中国科学院研究生院，2012
[6] Choi J,Jeon W-P,Choi H.Mechanism of Drag Reduction by Dimples on a Sphere[J].Physics of Fluids, 2006,18(4):1-4
第三篇：流体力学教学实践探讨论文
[论文摘要]论文结合教学实践，提出了以传统教学模式为主、以现代化教学手段为辅的教学方法。结合实例讲清楚基本概念，够用为度重点突出理论公式的应用是常规教学应遵循的模式，并与多媒体辅助教学手段有机地结合起来，力求课堂教学的形式和方法多样化，既能保证课堂信息量大，又能避免单纯多媒体授课的不足，达到提高教学效果、提升教学质量的目的。
[论文关键词]流体力学 教学实践 传统教学 多媒体技术 教学质量
一、前言
《流体力学》是研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学，它建立在现场观测、实验室模拟、经典理论分析、数值计算基础上，具有严谨的理论性、原理的抽象性、概念多、方程推导繁杂等特点，对学生具备高等数学知识及综合分析与处理问题能力的要求较高，因而大部分学生觉得该课程抽象、枯燥、难懂，普遍缺乏对流体力学理论的感性认识，都有某种程度的畏惧感，导致教师难教、学生难懂成为较普遍的现象。
我校机械设计制造及自动化、过程装备与控制工程、土木工程、安全工程、采矿工程、环境工程、矿物加工工程、建筑环境与设备工程、工程力学等专业的学生都须具备不同程度的流体力学知识和技能，它是各专业后续课程如：液压传动、水力学、流体机械、空气调节、传热学等课程的基础。
为此，作者通过教学实践，就多样化的教学方法、更新的教学内容、引入高科技的教学手段等方面进行探讨，以期提高《流体力学》的教学质量。
二、以传统课堂教学为主
《流体力学》的课程体系分为基本理论、基本应用和专门课题三大知识模块，它要求学生具备扎实的微积分知识、力学知识等。学生在接触流体力学课程伊始，对抽象的理论理解速度慢，对枯燥的公式及其推导过程容易厌烦，因而《流体力学》的教学应该以传统教学方法为主。因为在传统的课堂教学中，学生获取知识主要是听教师讲课，通过板书教师细致耐心地阐述概念、推导公式、突出重点、强调难点，以学生容易接受的讲课速度，留给学生更多的思考和消化的时间，再配合上教师的表情、手势、师生之间的互动，会达到很好的教学效果。
(一)结合实例，讲清楚基本概念
流体力学的概念多、现象多，且很多概念和现象比较抽象，难以理解，诸如：拉格朗日法、欧拉法、流线、迹线、边界层等。因而利用身边的实例对这些抽象的概念进行讲解，例如在讲授描述流体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法时，学生们很难理解。为了将概念通俗化，上课时笔者以城市公共交通部门统计客运量所采用两种方法为例：①在每一辆公交车上安排记录员，记录每辆车在不同时刻（站点）上下车人数，此法类似于拉格朗日法的质点跟踪，它与迹线的定义对应；②在每一公交站点安排记录员，记录不同时刻经过该站点车辆的上下车人数，此法等同于欧拉法，与流线的定义对应。
在讲解伯努利方程原理的时候，例举1912年“豪克”号铁甲巡洋舰与同行疾驶“奥林匹克”号远洋轮相撞的船吸现象，让学生清楚掌握流体的压强与它的流速有关，流速越大，压强越小；反之亦然。
概念是公式推演的基石，没有准确的概念，后续的公式推演几乎难以为继，清晰的概念会使公式的讲解和推演变得更加简易。利用浅显易懂的生活实例来阐述抽象的概念及其之间的内部联系和区别，教师易教、学生易懂，将会达到事半功倍的效果。
（二）以用为度，重点突出理论公式的应用
伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的具体应用，是流体静力学和流体动力学的基础，始终贯穿着整篇教材。在讲解该理论公式的时候，先从容易理解的静力学平衡微分方程推导开始，强调公式所依据的原理是牛顿第二定律，假设条件是平衡、理想、静止的流体，重点引导学生如何理解公式各项的几何意义和物理含义，掌握公式的实际应用。这样学习到后面的动力学伯努利方程时，先易后难、循序渐进，学生就觉得不会那么深奥。在讲解相对平衡的流体压强分布规律时，就要求学生必须掌握推导过程，因为它在解决一般平衡流体内部的压强分布规律及其对固体壁面的作用力问题时非常重要。而对于连续性方程和动量方程的学习，只强调记住结论和理解公式中各个物理量的含义。这样做，有效地避免了大量公式繁琐的推导给学生带来的畏难情绪，也能够做到以用为度、重点突出。
不可否认，依靠粉笔与黑板的教学条件、以教师为主体的传统教学模式，教学形式单一，教学手段不先进，教学效率不高，适应不了课程教学学时少、受教育学生数增加的情况。
三、以现代化的教学手段为辅
当前以计算机多媒体技术为主的现代化教学手段已经普遍地应用于高校的教学中。制作教学用的视频、多媒体软件、电子课件等素材，作为课堂教学有力的辅助教学手段，可以在有限的时间内，利用图文并茂的信息传播方式，将课程内容及有关背景资料以影像、图片等形式，直观地传播给学习者，将流体力学中抽象的概念和理论具体化、形象化，激发学生学习兴趣，使得学生能够从感性认识开始，逐步上升到理性认识，进而能够达到运用知识解决问题的能力。
结合流体力学精品课程的建设，教学团队制作了流体力学多媒体电子教案，并在教学过程中不断完善，逐步取得了良好的教学效果。在设计与制作多媒体课件时，遵循课堂教学的基本规律，既发挥传统板书教学中容易带动学生思路、逐条在黑板上书写的特点，在课件制作中根据讲解的进度逐条展现公式条目等内容，同时又将难以理解、难以用语言描述的拉格朗日法和欧拉法、流线、边界层和紊流等抽象概念和流动现象，以多媒体的方式在课堂上直观地呈现出来，帮助学生建立清晰的印象。教学团队收集、制作了大量的多媒体素材，例如在讲解雷诺判据的时候，制作了雷诺实验的FLIASH素材，以动画的形式向学生展示了流体流动的两种不同状态，以及流态判据—雷诺数与流动速度、管径、流体种类有关系。运用多媒体辅助手段表达后，能够帮助学生很好地理解课程的重、难点，提高教学效率。利用多媒体技术，还可以制作需占用大量时间板书和不易通过板书表述的内容，提高了教学效率。
多媒体教学的内容一定要做到提纲挈领、重点突出，有所为有所不为。多媒体技术没有好坏之分，只有合理使用与不当使用之别。但是实践应用中，发现有的教师完全抛弃以往的黑板式教学模式，离开多媒体手段就上不了课；有的教师将教材内容全部照搬到了课件中，自己就成了的幻灯片放映员，“照机宣科”；有的教师制作的多媒体课件过分追求课件的美观性，界面过于华丽，淡化了教学重点；也有的教师忽略学生对课件内容理解消化的时间，致使学生的思维跟不上教师讲解的速度，降低了教学效果。上述现象将会造成一种新形式的“满堂灌”，只不过是由“人灌”变成“机灌”而已。
四、总结
流体力学作为一门专业基础课程，其重要性不言而喻。传统教学模式能够将前后知识贯通，突出重点，化烦就简、引入实例形象阐述概念原理，促进知识的系统化进程；多媒体教学能将难于理解的知识通过图文、音像生动地显现出来，帮助学生理解性记忆。借助于先进的教学手段，将多媒体辅助教学手段与传统教学方法有机地结合起来，力求课堂教学的形式和方法多样化，既能保证课堂信息量大，又能避免单纯多媒体授课的不足，才能提高教学效果、提升教学质量。以上是笔者在流体力学教学实践中的体会，愿与同行共同切磋。
基金项目：2009年安徽省教育厅《流体力学》精品课程
[参考文献]
[1]许贤良,王传礼,张军等．流体力学[M]．北京:国防工业出版社,2006．
[2]梅凤翔,周际平,水小平等．“工程力学”课程体系和教学内容的改革与实践[J].北京教育（高教版）,2005（10）:39-40．
[3]陈传尧.启发式教学与创造性思维的培养流体力学[J]．高等教育研究，1998（5）:62-64．
第四篇：流体力学课件
流体力学是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。下面小编给大家带来流体力学课件，欢迎大家阅读。
流体力学课件
一、流体的基本特征
1.物质的三态
在地球上，物质存在的主要形式有：固体、液体和气体。
流体和固体的区别:从力学分析的意义上看，在于它们对外力抵抗的能力不同。
固体：既能承受压力，也能承受拉力与抵抗拉伸变形。
流体：只能承受压力，一般不能承受拉力与抵抗拉伸变形。
液体和气体的区别：气体易于压缩;而液体难于压缩;液体有一定的体积，存在一个自由液面;气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存在自由液面。
液体和气体的共同点：两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都会发生变形或流动，故二者统称为流体。
2.流体的连续介质模型
微观：流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存在空隙，但在标准状况下，1cm3液体中含有3.3×1022个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.1×10-8cm。1cm3气体中含有2.7×1019个左右的分子，相邻分子间的距离约为3.2×10-7cm。
宏观：考虑宏观特性，在流动空间和时间上所采用的一切特征尺度和特征时间都比分子距离和分子碰撞时间大得多。
(1)概念
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。
(2)优点
排除了分子运动的复杂性。物理量作为时空连续函数，则可以利用连续函数这一数学工具来研究问题。
3.流体的分类
(1)根据流体受压体积缩小的性质，流体可分为：
可压缩流体(compressible flow)：流体密度随压强变化不能忽略的流体。
不可压缩流体(incompressible flow)：流体密度随压强变化很小，流体的密度可视为常数的流体。
注：
(a)严格地说，不存在完全不可压缩的流体。
(b)一般情况下的液体都可视为不可压缩流体(发生水击时除外)。
(c)对于气体，当所受压强变化相对较小时，可视为不可压缩流体。
(d)管路中压降较大时，应作为可压缩流体。
(2)根据流体是否具有粘性，可分为：
实际流体：指具有粘度的流体，在运动时具有抵抗剪切变形的能力。
理想流体：是指既无粘性又完全不可压缩流体，在运动时也不能抵抗剪切变形。
二、惯性
一切物质都具有质量，流体也不例外。质量是物质的基本属性之一，是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性也越大。单位体积流体的质量称为密度(density)，单位：kg/m3。
三、压缩性
1.压缩性
流体的可压缩性(compressibility)：作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。压缩性可用体积压缩率k来量度。
2.体积压缩率k
体积压缩率k(coefficient of volume compressibility)：流体体积的相对缩小值与压强增值之比，即当压强增大一个单位值时，流体体积的相对减小值。
3.体积模量K
流体的压缩性在工程上往往用体积模量来表示。体积模量K(bulk modulus of elasticity)是体积压缩率的倒数。
k与K随温度和压强而变化，但变化甚微。
说明：a.K越大，越不易被压缩，当K时，表示该流体绝对不可压缩。
b.流体的种类不同，其k和K值不同。
c.同一种流体的k和K值随温度、压强的变化而变化。
d.在一定温度和中等压强下，水的体积模量变化不大
一般工程设计中，水的K=2×109 Pa，说明Dp =1个大气压时。Dp不大的条件下，水的压缩性可忽略，相应的水的密度可视为常数。
四、粘度
1.粘性
粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。
2.粘度
(1)定义
流体的粘度：粘性大小由粘度来量度。流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。
(2)分类
动力粘度：又称绝对粘度、动力粘性系数、粘度，是反映流体粘滞性大小的系数，单位：N"s/m2。
运动粘度ν：又称相对粘度、运动粘性系数。
(3)粘度的影响因素
流体粘度的数值随流体种类不同而不同，并随压强、温度变化而变化。
1)流体种类。一般地，相同条件下，液体的粘度大于气体的粘度。
2)压强。对常见的流体，如水、气体等，m值随压强的变化不大，一般可忽略不计。
3)温度。是影响粘度的主要因素。当温度升高时，液体的粘度减小，气体的粘度增加。
a.液体：内聚力是产生粘度的主要因素，当温度升高，分子间距离增大，吸引力减小，因而使剪切变形速度所产生的切应力减小，所以m值减小。
b.气体：气体分子间距离大，内聚力很小，所以粘度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的。温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以粘度增加。
3.牛顿内摩擦定律
a.牛顿内摩擦定律： 液体运动时，相邻液层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。
说明：
1)流体的切应力与剪切变形速率，或角变形率成正比。——区别于固体的重要特性:固体的切应力与角变形的大小成正比。
2)流体的切应力与动力粘度m成正比。
3)对于平衡流体du /dy =0，对于理想流体m=0，所以均不产生切应力，即t =0。
b.牛顿平板实验与内摩擦定律
2.牛顿流体、非牛顿流体
牛顿流体(newtonian fluids)：是指任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体，即遵循牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
非牛顿流体：不符合上述条件的均称为非牛顿流体
第五篇：(流体力学定义)
流体力学定义：
研究流体的平衡及运动规律 流体与固体之间的相互作用规律 以及流体的机械运动与其它形式的运动之间的相互作用规律的一门科学流体特征：
流体具有受到任何微小剪切力都能产生连续形变的特征 即流体的流动性 不能抵抗拉力和切向力 但能承受压力流体连续介质模型：
流体由流体质点组成 流体质点充满所占空间 流体质点之间无任何间隙存在 流体质点是微观上充分大 宏观上充分小的分子团
流体的压缩性：
在一定温度下 作用在流体上的压强增高时流体的体积将减小 这种特性称为流体的压缩性 不可压缩流动与不可压缩流体： 流体的压缩性及相应的体积弹性模量是随流体的种类 温度和压力而变化的 当压缩性对所研究的流动影响不大 可以忽略不计时 这种流动称为不可压缩流动 反之称为可压缩流动流体的膨胀性：
在压强一定的条件下 随着流体温度升高 其体积增大的性质称为流体的膨胀性流体的粘性：
粘性是指流体微团发生相对运动时产生切向做功的性质 是流体发生机械能损失的根据温度对粘性的影响： 液体随温度的升高 液体的粘度减小气体：随温度的升高气体的粘性增加
实际流体与理想流体： 实际流体具有粘性 因此在流体流动时都产生粘性力 忽略粘性或假定没有粘性的流体称为理想流体
作用在流体上的力：1 表面力 包括压力 切向力 2质量力静力学：研究流体在静止状态下的平衡条件及其内部的压力分布规律。
静止流体的压强特征： 1流体静压强方向沿着作用内面法线方向，即垂直指向作用面。2静止流体中任意一点的静压强与作用面方位无关，即在静止流体中的任意点上，受到来自各个方向的静压强大小均相等。压强的表示方法：绝对压强 相对压强 真空压强
静力学基本方程的几何意义：z 位置水头 p/ρg 压强水头，z +p/ρg 总水头。
静力学基本方程的物理意义： 位置水头z表示单位重量的流体从某一基准面算起所有的位置势能。简称比位能。压强水头p/pg表示单位重量流体从压强大为大气压强算起所具有的压强势能简称比压能
静止流体作用在壁面上的力总压力：
静止流体作用在任意形状面上的总压力大小等于平面形心处的压强乘以该平面的面积。静止流体作用在曲面上的总压力的大小和方向：
水平方向：水平方向投影面上所受的力。
垂直方向：压力体的液重。压力体：
由液体的自由表面（或其延伸面）承受压力的曲面和由该曲面的边线向上垂直引伸到自由液面（或其延伸面）的各个表面所围成的体积。它是为求静止流体作用在曲面上的力的垂直分量 拉格朗日法：
着眼于流体质点本身的运动情况，考察流体质点运动的全过程，所以又称跟踪法。欧拉法：
着眼于流场的某个固定位置 观察不同流体质点流经该位置时的参数变化情况。又称站岗法。迹线：
同一流体质点在一段时间内的运动轨迹线称为迹线。流线：
某一瞬时，在流场中画出由不同流体质点组成的空间曲线，该曲线上任一点的切线方向与流体在该点的速度方向一致，这条曲线即为流线。
流管：在流场中任取一条不是流线的封闭曲线L 过曲线上各点做流线，由这些流线围成的一个管状曲面 称为流管。
流束：流管内全部流体的总和，称为流束。
有效断面： 在流束或总流中，与所有流线相互垂直的断面称为有效断面。湿周 水力半径 缓变流和急变流：
缓变流是指流场中流线之间夹角较小和流线曲率半径比较大的流动。不同时具备上面两个条件的流动称为急变流 流函数的性质： 1等流函数线为流线
2平面流动中任意两条流线间的流函数差值等于两条流线间的单宽流量
层流 流体呈层状流,层与层之间不相掺混
湍流 流体质点边撞击边掺混边流动
边界层（附面层）：流体固壁附近的一个很薄的粘性流体流动层，在此薄层内流体速度梯度很大，薄层外流体速度梯度很小 粘性底层：
贴近壁面处厚度极薄的流体层，在这一层中，受壁面的制约 流动仍保持为粘性层流状态过渡区：
在粘性底层外有一个由粘性底层向湍流区发展的过渡层湍流区：
在距壁面稍远处 流动为充分发展的湍流状态 此区域称为湍流区
水力光滑管: 当雷诺数较小时，近壁处粘性底层完全掩盖住管壁粗糙突起,此时粗糙度对湍流不起作用.水力粗糙管: 随着雷诺数增加,当管壁突起完全暴露在湍流区时形成粗糙管.几何相似；
指原型流动与模型流动的空间及边界对应的几何尺寸称比例运动相似
指原型和模型两个流场的空间和边界所对点上的速度方向相同 大小成比例动力相似
指原型和模型两个流场对应点上的各种同类力方向相同 大小成比例
欧拉数物理意义 压力与惯性力的比值
雷诺数物理意义 惯性力与粘性力的比值 局部阻力产生的原因
1流动中流速的重新分布 2在漩涡中粘性力做功3流体中质点相互掺混 撞击引起的变化 减小局部损失的措施:减少沿程损失.1.减小管道长度L.2.合理增大管径d.3降低管壁当量粗糙度.4.尽可能采用圆管.5.降低系统粘度
压力管路: 凡是液体充满全管,并在一定压差下流动的管路成为压力管路
长管：指流体沿管路流动时的水头损失以沿程损失为主 而局部损失和速度水头二者的总和与沿程阻力相比很小
短管 指流体沿管道流动时局部损失和速度水头在损失中所占比例较大
串联管路:不同管径的管段逐渐收尾连接而成的管路.并联管路:入口端和出口端分别连接在一起的两条或两条以上的简单管路或串联管路.串联管路各段流量相等 总阻力为各段阻力之和 并联管路总流量为各支管流量之和 各支管阻力都相等
水击现象：
在有压管路系统中 由于阀门突然关闭或开启（或其它原因）使管内流速发生突然变化 从而引起管内压力急剧交替升降的现象称为水击现象 水击波的传播过程: 1.当阀门关闭后t=1/c时刻水击压力波传至管路入口处.此时管路中液体全部收到压缩.并停止了流动.同时整个管壁受压膨胀.此过程为减速增压过程.2.当t=2/c时管内压力全部恢复到起始压力.并以U速度倒流.同时管壁全部恢复原状.3.当阀门关闭后t=3/c时.减压波传到管道入口处.主管内流体处于低压静止状态,管壁处于收缩状态.4.在t=4/c时,不平衡断面一次以速度C传到阀门处.而此时正是第一个过程的开始.水击: 由于某种原因引起管内液体流速突然变化,例如迅速开关阀门.突然停泵等.都会引起管内压力突然变化.这种现象叫管路中的水击减小水击的措施:
1适当延长阀门开闭时间 2缩短受水击影响的管道长度来降低水击压力
3减小阀门关闭前管道中流速以减小水击压力
4在管路适当位置上设置蓄能器,以吸收压能.减小水击压力 5水击压力与水击压力波传播速度有关 减小水击压力波速度就能减小水击压力流体质点：宏观上充分小，微观上充分大的分之团
流体的运动方式：
1、平移运动
2、旋转运动
3、变形运动（线变形和角变形）
控制体：对于流体可用流道中连续流动的流体的某一定界来推导，则这个界区叫做控制体。等压面 在一种连续的静止流体中 静压力相等的各点组成的面 性质1等压面就是等势面2作用在静止流体中的任一点的质量力与通过该点的等压面垂直3两互不相混的流体处于平衡状态时他们的分界面是等压面 不可压缩流体：在流动过程中密度不变的流体为不可压缩流体 为什么要减小水击；水击现象的出现将影响管路系统的正常运动和水泵的正常运转 造成管壁和关键的破裂
点击咨询 