流体力学的课件 篇一

流体力学的学科内容

基本假设

连续体假设

物质都由分子构成，尽管分子都是离散分布的，做无规则的热运动。但理论和实验都表明，在很小的范围内，做热运动的流体分子微团的统计平均值是稳定的。因此可以近似的认为流体是由连续物质构成，其中的温度，密度，压力等物理量都是连续分布的标量场。

质量守恒

质量守恒目的是建立描述流体运动的方程组。欧拉法描述为：流进绝对坐标系中任何闭合曲面内的质量等于从这个曲面流出的质量，这是一个积分方程组，化为微分方程组就是：密度和速度的乘积的散度是零(无散场).用欧拉法描述为：流体微团质量的随体导数随时间的变化率为零。

动量定理

流体力学属于经典力学的范畴。因此动量定理和动量矩定理适用于流体微元。

应力张量

对流体微元的作用力，主要有表面力和体积力，表面力和体积力分别是力在单位面积和单位体积上的量度，因此它们有界。由于我们在建立流体力学基本方程组的时候考虑的是尺寸很小的流体微元，因此流体微团表面所受的力是尺寸的二阶小量，体积力是尺寸的三阶小量，故当体积很小时，可以忽略体积力的作用。认为流体微团只是受到表面力(表面应力)的作用。非各向同性的流体中，流体微团位置不同，表面法向不同，所受的应力是不同的，应力是由一个二阶张量和曲面法向的内积来描述的，二阶应力张量只有三个量是独立的，因此，只要知道某点三个不同面上的应力，就可确定这个点的应力分布情况。

粘性假设

流体具有粘性，利用粘性定理可以导出应力张量。

能量守恒

具体表述为：单位时间内体积力对流体微团做的功加上表面力和流体微团变形速度的乘积等于单位时间内流体微团的内能增量加上流体微团的动能增量。

流体力学分支

流体是气体和液体的总称。在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体。所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。

地球流体力学

大气和水是最常见的两种流体。大气包围着整个地球，地球表面的百分之七十是水面。大气运动、海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容，属于地球流体力学范围。

水动力学

水在管道、渠道、江河中的运动从古至今都是研究的对象。人们还利用水作功，如古老的水碓和近代高度发展的水轮机。船舶一直是人们的交通运输工具，船舶在水中运动时所遇到的各种阻力，船舶稳定性以及船体和推进器在水中引起的空化现象，一直是船舶水动力学的研究课题。这些研究有关水的运动规律的分支学科称为水动力学。

气动力学

20世纪初世界上第一架飞机出现以来，飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科——空气动力学和气体动力学的发展紧密相连的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。

渗流力学

石油和天然气的开采，地下水的开发利用，要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动，这是流体力学分支之一渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治，化工中的浓缩、分离和多孔过滤，燃烧室的冷却等技术问题。

物理-化学流体动力学

燃烧煤、石油、天然气等，可以得到热能来推动机械或作其他用途。燃烧离不开气体。这是有化学反应和热能变化的流体力学问题，是物理-化学流体动力学的内容之一。爆炸是猛烈的瞬间能量变化和传递过程，涉及气体动力学，从而形成了爆炸力学。

多相流体力学

沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工流态化床中气体催化剂的运动等都涉及流体中带有固体颗粒或液体中带有气泡等问题。这类问题是多相流体力学研究的范围。

等离子体动力学和电磁流体力学

等离子体是自由电子、带等量正电荷的离子以及中性粒子的集合体。等离子体在磁场作用下有特殊的运动规律。研究等离子体的运动规律的学科称为等离子体动力学和电磁流体力学(见电流体动力学，磁流体力学)。它们在受控热核反应、磁流体发电、宇宙气体运动(见宇宙气体动力学)等方面有广泛的应用。

环境流体力学

风对建筑物、桥梁、电缆等的作用使它们承受载荷和激发振动；废气和废水的排放造成环境污染；河床冲刷迁移和海岸遭受侵蚀；研究这些流体本身的运动及其同人类、动植物间的相互作用的学科称为环境流体力学(其中包括环境空气动力学、建筑空气动力学)。这是一门涉及经典流体力学、气象学、海洋学和水力学、结构动力学等的新兴边缘学科。

生物流变学

生物流变学研究人体或其他动植物中有关的流体力学问题，例如血液在血管中的流动，心、肺、肾中的生理流体运动(见循环系统动力学、呼吸系统动力学)和植物中营养液的输送(见植物体内的流动)。此外，还研究鸟类在空中的飞翔(见鸟和昆虫的飞行)，动物(如海豚)在水中的游动，等等。

因此，流体力学既包含自然科学的基础理论，又涉及工程技术科学方面的应用。以上主要是从研究对象的角度来说明流体力学的内容和分支。此外，如从流体作用力的角度，则可分为流体静力学、流体运动学和流体动力学；从对不同“力学模型”的研究来分，则有理想流体动力学、粘性流体动力学、不可压缩流体动力学、可压缩流体动力学和非牛顿流体力学等。

流体力学试卷 篇二

流体力学试卷2

一、名词解释

1雷诺数 2、流线 3、压力体 4、牛顿流体 5、欧拉法 6、拉格朗日法 7、恒定流动 8、流场 9、无旋流动 10、稳定流动 11、不可压缩流体 12、流场 13、无旋流动 14、有旋流动 15、驻点 16控制体 17理想流体

二、简答题

1、流体静压强的特性是什么？

2、尼古拉兹实验分区级意义是什么？ 3、运动粘滞系数r的物理意义是什么？

4、流体动力粘滞系数u的物理意义是什么？ 5、伯努利方程z?

pr?u

2

2g

?

常数中各项的物理意义？

6、简要说明管道流动局部阻力损失产生的机理。

7、下式不可压缩流体N-S方程中，各项的物理意义是什么？ X

8、什么是流体的连续介质模型？它在流体力学中有何作用？

?1?p

??（

?ux?x

22

??x

?

?uy?y

2

2

?

?uz?z

2

2

）?

dudt

x

三、计算题

1、如图所示，一油缸及其中滑动栓塞，尺寸D=120.2mm，d=119.8mm，L=160mm，间隙内充满μ=0.065Pa・S的润滑油，若施加活塞以F=10N的拉力，试问活塞匀速运动时的速度是多少？（10分）

2、如图所示一盛水容器，已知平壁AB=CD=2.5m，BC及AD为半个圆柱体，半径R=1m，自由表面处压强为一个大气压，高度H=3m，试分别计算作用在单位长度上AB面、BC面和CD面所受到的静水总压力。

3、原型流动中油的运动粘性系数υp=15×10-5m2/s，其几何尺度为模型的5倍，如确定佛汝德数和雷诺数作为决定性相似准数，试问模型中流体运动粘性系数υm=？

4、如图所示，变直径圆管在水平面内以α=30。弯曲，直径分别为d1=0.2m，d2=0.15m，过水流量若为Q=0.1m3/s，P1=1000N/m2时，不计损失的情况下，求水流对圆管的作用

力及作用力的位置。（20分）

5、两水池的水位差H=6m，用一组管道连接，管道的第一段BC长L1=3000m，直径d1=600mm，C点后分为两根长L2=L3=3000m，直径d2=d3=300mm的并联管，各在D点及E点进入下水池。设管道的沿程阻力系数λ=0.04，求总流量Q=？（20分）

1、有一钢板制风管，断面尺寸为

400mm?200mm，管内气流平均速度为1.5m

/s，气体运动粘滞系数为

15.0×10?8m2/s，判断管内气体的流态？

2、一高压管末端接喷嘴，如下图所示，已知喷嘴出口直径为10cm，管道直径为

40cm，水在管中流量Q为0.4m3/s，求管嘴对水流的`作用力。

3、已知不可压缩流体的流速分量为：ux?x2-y2，uy??2xy，uz?0，问该流

动是否为无旋流动？

4、已知平面流动的速度分量为：ux?x?t2，uy??y?t2；求：当t=1是过M（1,1）的流线方程。

5、一车间用直径为0.5m的风口送风，风口风速为6.0m/s，如长度比例常数

为4，确定实验模型风口风速。若在模型内测得某点气流速度为3.0m/s，则车间相应点的速度为多少？（已知空气的运动粘滞系数为

0.0000157m

2

/s）

lmln

?116

6、对某一桥墩采用模型比例为

0.76m

进行实验。已知模型中水流速度为

/s，实测模型桥墩受水流作用力为4N。求原型中相应的流速与作用

力。

7、在水平放置的管线中接弯管，直径从600mm逐渐减小到300mm，水流方

向偏转600如图所示，在直径较大一端压强为172kN/m2,求作用于弯管上的力的大小和方向，①当水不流动时；②当通过的流量为876L/s时；

8、一弧形闸门AB，宽4m，圆心角为求

作

用

于

闸

45，半径为

2m，闸门转轴恰好与水面平齐，

门的水静压力。

9、如下图所示，一水箱侧面开孔并接有一直径为50mm的短管，形成管嘴出流，已知作用水头H=5m，管嘴出流流量系数u=0.82，试问：①管嘴出流流量Q；②靠近水箱一侧管嘴内壁形成真空的原因是什么？③合适的管嘴长度是多少？

0、如图所示，一水平射流冲击光滑平板，流量为Q0,密度？，直径为d0，求：①平

板所受的冲击力。②流量Q1和Q2

11、如下图所示：水箱侧壁接出一根由两段不同管径所组成的管道，已知

d1?200mm，d2?100mm，两管短长均为L=50m，

H?10m，沿程阻力系数

??0.01,?A?0.3,?B?0.2,求：管道中水的流量、流速。

1、一根直径为d

1 = 0.1m的水管垂直放置，在上方转90°弯后立即收缩成直径

为d 2 = 0.05m喷口，水从此喷入大气中。设喷口水流速度为v2 =20m/s，忽略一切损失，试计算低于喷口h = 4 m处水管截面上的压强p1。

p1

v1d1?v2d2

v1?0.1?20?0.05v1?10m/s

?

?z1??

v1

2

2g10

?

2

p2

?

?z2?

v2

2

2g20

2

p19807

2?9.807

5

?4?

2?9.087

p1?3.78?10Pa

22、图示为一连接于压力容器的带法兰的收缩出流管嘴。设容器内压力表读数为 p = 106Pa，H = 3m，管嘴大小口直径 D = 5cm，d = 1cm。试求管嘴上螺钉群所受到的总拉力 F。

v1D?v2d

连续性方程v1?5?v2?1

v2?5v1

p1?p??H

静力学基本方程p1?106?9807?3

?10.3?10

p1

?v1

2

5

?

伯努利方程

2g

?

5

v2

2

2g?

v1

2

10.3?109807

2?9.807

?

25v1

2

2?9.807

v1?9.26m/s

动量方程qV?

14

?Dv1?

2

14

??(5?10

?2

)?9.26?1.82?10

2?2

m/s

3

?qV(v2?v1)?

5

?F

14

?p1A1?F

?4

F?10.3?10?F?1346.9N

??25?10?1000?1.82?10

?2

?4?9.26

3、一贮水箱通过一直径为d的底部小孔排水，设排放时间t与液面高度h，重

力加速度g，流体密度ρ，粘度μ等参数有关，试用量纲分析法 （1）取h, g,ρ为基本量，求包含时间的无量纲量Π1 ； （2） 取d, g,ρ为基本量，求包含粘度的无量纲量Π2 。 解：f(d,t,h,g,?,?)?0

n=6

(1)取h, g,ρ为基本量

?1?hg?t

MTL?L(LT

a1

?2

a1b1c1

)(ML

b1

?3

)T

c1

0?c1

0??2b1?1b1?

12

0?a1?b1?3c1a1??1/2

gh

?1?

t

（2）取d, g,ρ为基本量

?2?d

0a20

g

b2

??

a2

?2

c2

MTL?L(LT)(ML

b2

?3

)MLT

c2

?1?1

0?c2?1c2??1 0??2b2?1b2??1/2 0?a2?b2?3c2?1a2??3/2

?2?d?2?

?3/2

g

?1/2

?

?1

?

??d

3/2

g

5、如图所示的抛物线闸门，宽度为b，铰接在B点上，建立如下坐标系后，抛物线闸门断面的方程为y=H-4x2。

1.求流体作用在闸门上总压力的水平分力Fx大小；（4分） 2.求流体作用在闸门上总压力水平分力Fx的作用中心hD；（4分）

3.求流体作用在闸门上总压力的竖直分力Fz大小；（4分） 4.求流体作用在闸门上总压力竖直分力Fz作用中心xD；（4分） 5.维持闸门平衡所需的F。（4分）

解：抛物线方程

y?H?4x

2

（1）水平分力的大小Fx??hcAx??

H2

Hb?

?Hb2

2

3

1

（2）水平分力压力中心hD?hc?

JchcAx

?

H

?12

H2

2

?b?H

?

?H?b

2H3

（3）垂直分力的大小Fy??Vp??Ab?（4）抛物面面积 A?

H/2

?bH

3

H?4x

2

H

??dxdy

D

?

?

dx?

dy?H

H/3

抛物面形心x?

1

??A

D

xd??

H3H3

H

3

H

?

H/2

xdx

?

H?4x

2

dy?

H

3

H

48H

4

y?

1A

??

D

yd??

H

?

H/2

dx?

4

H?4x

2

ydy?

45

H

竖直分力必然经过形心（（5）合力？F?

2

H

48

2

，

H

45

9H

2

），xD?

?4H

H

3

48

Fx?Fy?

?Hb

6

FH?Fx(H?hD)?FyxD

维持闸门平衡的力

F?

?bH(24?H)

144

22

合力与y轴夹角tg??

FxFy

?

32

H

sin??

Fx

?F

?

如图所示矩形敞口盛水车，长2L(m)，高h=2L (m)，静止时水深h1=L (m)。重力加速度为g(m/s2)。求水刚好不溢出时，盛水车的加速度a的大小。（5分）

解：自由面方程为：ax+gzs=0, 水刚好不溢出时， zs(x=-L)=h-h1，因此，-a(-L)/g=2L-L，即a=g。

五、如下左图所示，水由水箱1经圆滑无阻力的孔口水平射出冲击到以平板上，平板封盖着另一水箱2的孔口，水箱1中水位高为h1，水箱2中水位高为h2，两孔口中心重合，且d1=d2/2，当h1已知时，求h2高度。（10分）

六、如上右图所示断面突然缩小管道，已知两段面的直径分别为d1(mm)，d2(mm)，且d1=2d2=2d，流量为Q（l/s），水银比压计读数h（mmHg），水与水银的密度分别为ρ1、ρ2，求从1-1断面流经2-2断面的能量损失hw。(10分)

如图所示为用于测试新阀门压强降的设备。水从一容器通过锐边入口进入管系，局部损失系数为0.5，钢管的内径均为d(m)，水在钢管内流动的沿程损失系数为λ，用水泵保持稳定的流量Q(m3/s)，水与水银的密度分别为ρ1、ρ2，若在给定流量下水银差压计的示数为H(mm)。

1.计算水通过阀门的局部损失系数；（4分） 2.计算阀门前水的计示压强。（6分）

水银

流体力学教学资源库建设论文 篇三

流体力学教学资源库建设论文

一、教学资源库建设的意义

（一）课程教学自身的内在需要

教学资源库建设应根据课程不同特点有针对性地进行。流体力学研究的对象是流体，其有别于固体的特殊性在于易变形和易流动性。流体力学的研究方法大多采用欧拉法，其着眼点是研究流体流过的区域即“场”上的流体物理量的变化，与大家熟知的针对固体运动的物理学或固体力学的研究方法不同。由于流体力学的上述特点，因而出现了许多新概念和新现象。例如定常、非定常，流线、迹线，层流、湍流，有旋、无旋，边界层、涡街，自由涡、下洗等许多概念在课堂上颇费口舌，介绍了半天学生往往还在云里雾里，难于理解。许多流动现象通常看不见、摸不着，教学内容抽象枯燥、晦涩难懂，采用传统教学方法，学生难于建立清晰的流动概念，因而学习存在畏难和抵触情绪，缺乏进一步学习的兴趣和动力。没有清晰的流动概念就无法提炼出合理的数学模型，势必影响到学生对相关知识点和课程内容的学习。而利用流场显示、小动画、虚拟仿真等方法获得的图形图像及视频等多媒体素材，在教学过程中只需播放几分钟甚至几秒钟，就能让学生加深理解、茅塞顿开，使课堂教学效果产生质的飞跃。采用多媒体的特写、慢镜、定格、细化、放大等技术再现流动现象，聚焦流动细节，使枯燥乏味的流动过程变得新颖有趣，既形象又清晰，提升了学生的感性认识和认知能力，一些流动画面甚至使学生终生难忘。因此，建设符合现代教育技术特点的资源库是流体力学课程教学的内在需要。目前，国家精品资源共享课是各高校课程建设关注的焦点与核心。教育部要求各高校在国家精品课程建设的基础上，进一步转型升级为国家精品资源共享课。可见要建设高水平的国家精品课程和资源共享课，也要以加强教学资源库的建设作为有力支撑。

（二）提高课堂教学质量的需要

提高教学质量需要高质量的教学资源库素材。教学资源在课堂上使用方便，能够突破时空的限制，在课程组成员之间具有高度的共享性、可重复性和可扩展性。教学资源具有形式的多样性，以其精美的画面、优美的音乐、逼真的动画和图像，图文声并茂，极具表现力。在教学活动中，善于使用教学资源库素材，可以使教学信息传递速度明显加快。在教学时数有限的条件下，通过将精彩素材引入课堂，以丰富的背景材料支持教学内容，教师可以传授更多的知识。例如，在讲述边界层分离时，需要探究边界层分离的必要条件是存在逆压梯度和壁面粘滞作用。采用基于实验室拍摄的流动视频进行教学，首先可以观察圆球驻点前方的来流，虽然存在逆压梯度，但边界层并未发生分离；其次观察顺来流方向放置的薄平板附近的流动，也可发现虽然存在壁面粘滞作用，但边界层也未发生分离，可见仅有逆压梯度或壁面粘滞作用边界层并不分离；但当在圆球驻点前方顺来流方向放置薄平板时，可以观察到在平板和圆球连接处的附近流动发生了边界层分离，从而说明了逆压梯度和壁面粘滞的共同作用是边界层分离的必要条件。进一步学生可能会问，逆压梯度和壁面粘滞作用是不是边界层分离的充分条件呢？通过流线体的绕流视频可以发现，在流线体的尾部表面，虽然也存在逆压梯度和壁面粘滞作用，但边界层并不分离，而当流线体长度不变、中间部位增厚逐渐过渡到钝体绕流时，由于钝体尾部表面逆压梯度增加，出现了边界层分离现象，所以可以说明逆压梯度和壁面粘滞作用只是边界层分离的必要条件而不是充分条件。在流体力学课程中，类似的流动现象还有很多，以前大多采用板书、图片等静态的讲授方式，讲授效果并不理想，而现在将丰富的流动视频引入课堂，相当于将实验室搬进了教室，不仅使学生有身临其境、眼见为实的现场感，而且大大节省了讲授时间，提高了教学效率和效果。由此可见，教学有法，教无定法，贵在得法。教学实践表明，基于课堂教学的'流体力学资源库建设与应用是提高教学质量的有效方法。

二、教学资源库建设的内容与重点

根据课程教学需要，将流体力学教学资源库建设内容分成“原始资源库”和“成品资源库”两大部分[3-4]。原始资源库内含文本库、图片库、动画库、视频库、音频库等原始素材。成品资源库内含PPT电子教案、例题习题库、试卷库、典型案例库、网络课程等成品素材，可以直接用于教学。前期以原始资源库的素材收集和建设为主，后期以成品资源库的素材整合和二次开发为主。后期建设需要通过教师的大量劳动进行再加工、再创造，因而是教学资源库建设的重点。建成的原始素材库内容主要包括五个方面：

（1）基于课程知识点的教学素材库建设。包括流体粘性、压缩性、流线、湍流等课程所有知识点。

（2）基于课程自然现象的教学素材库建设。包括大雁成人字形飞行、龙卷风的形成与演化等自然现象。

（3）基于课程相关的流体工程教学素材库建设。包括螺旋桨穴蚀、水击、球鼻首减阻等工程案例。

（4）基于课程最新科研成果的教学素材库建设。包括舰船水压场、超空泡流、水下滑翔机等最新科研进展。

（5）基于课程科学家相关事迹的教学素材库建设。包括欧拉、普朗特、冯卡门等科学研究的思想与方法。

建成的成品素材库内容主要包括四个方面：

（1）课程PPT电子教案的建设。包括融合原始素材、进行二次开发、符合教师教学要求的所有课件。

（2）课程概念题库的建设。包括体现课程知识点、重难点便于学生学习、复习、考核的重要概念。

（3）课程例题习题库的建设。包括反映课程重要理论、方程、定理的便于教学双方使用的例题习题。

（4）课程试题或试卷库的建设。包括覆盖课程主要内容、难易适度、便于对学生学习做出评价的试题试卷。

三、教学资源库建设的途径

（一）成立教学资源库建设小组

在课程建设牵引的基础上，以先进的教学理念为指导，以现代教育技术为依托，以提高人才培养质量为目的，以服务课程教学为重点，以课程组全体教师为主体，以课程资源的系统性、完整性为基本要求，立足课程特点和需求实际，注重课程资源的适用性和易用性，分工协作，群策群力，共同建设。成立课程教学资源库建设小组，建设人员包括课程组全体教师。课程负责人、资深教授主要负责顶层设计和规划，提出资源库建设的框架与方案，对建设内容进行审核和验收。骨干教师主要负责成品素材的二次开发、分类、筛选、优化与建设，对原始素材与课程内容进行深层次整合。青年教师主要负责原始素材的收集、整理和初次开发与建设。

（二）采用多种手段建设原始素材库

通过收集整理、购买引进、自主开发等多种方式，建设原始素材库。将搜集国外著名大学的教学专题片、开放课程和国内高等院校国家精品课程的流体力学素材作为首选，全方位获取各种免费公共教学资源。例如，现在可以在互联网上免费获取世界著名流体力学专家在实验室拍摄的流动演示专题视频，包括斯坦福大学S.J.Kline教授讲授的“流场显示”，宾夕法尼亚州立大学J.L.Lumley教授讲授的“流体力学中的欧拉和拉格朗日方法”，麻省理工学院A.H.Shapiro教授讲授的“涡量”、“压力场和流体的加速度”，剑桥大学S.G.Taylor教授讲授的“低雷诺数流动”，哈佛大学F.Abernathy教授讲授的“边界层基础”和A.E.Bryson教授讲授的“流体中的波”，加利福尼亚理工学院D.Coles教授讲授的“可压缩流体的槽道流动”，哥伦比亚大学R.W.Stewart教授讲授的“湍流”等。这些专题片概念清晰、流动形象、内容精湛，是非常珍贵的流体力学教学资源。国内在教育部主导推动下建设有国家精品课程资源网，汇集了上海交通大学、浙江大学、华中科技大学、西安交通大学等高校的流体力学精品课程视频素材，也可供浏览、下载和借鉴。互联网是获取免费资源素材的主渠道，但需注意注明链接出处，同时只用于教育用途而非商业目的。此外，资源的建设应处理好购买引进和自主开发的关系，若开发的难度大，但购买价格合理的话，可适当购买。依托课程建设、实验室建设和教改项目等投入的经费，可以对国内外的教学软件或研发单位制作的教学电子资源或教材出版中附带的光盘教学资源等采用购买方式有选择的补充。例如，清华大学李玉柱教授编写的“流体力学电子教案”，上海交通大学丁祖荣教授编写的“流体力学多媒体电子教案”、“流体力学网络课程”，浙江大学毛根海教授编写的“工程流体力学网络课程”等数字化教学资源，已由高等教育出版社出版发行。最后，对课程的关键素材，如无法免费获得或购置成本昂贵，可采取自主研发方式，制作原创素材，进行定制开发。海军工程大学曾在自己设计研制的流动循环显示水槽中，拍摄过《涡街》《粘性阻力与升力》《流场显示》等专题录像片，在教学过程中取得了很好的教学效果。自主开发的好处是可以锻炼教学队伍，制作的素材更能符合需求实际，而且拥有所研发素材的自主产权，可以在高校之间进行自由交流，实现资源互换共享。

（三）按照先进教学理念建设成品素材库

按照学科性、适用性、易用性原则循序渐进地建设成品素材库。成品素材库建设必须体现课程需求，并与课程标准、所用教材、讲授内容、学时安排等紧密结合起来。原始素材可以搜集很多，但质量参差不齐。有些原始素材概念定义不同，文字大小不一，公式符号有异，图像分辨率差异性很大，因而不能简单堆积、生搬硬套。在建设成品素材库的过程中，应该紧紧围绕课程的内容、知识点、重难点、特点和需求进行分类、整合、优化和二次开发，既要考虑有利于教师突破教学的重点与难点，又要考虑有利于学生的认知促进以及学习兴趣和动机的维持，使得所建成的成品资源库能够直接用于教学，支持教学，并能使教师快捷地找到所需要的资源，以实现教学的最优化。在成品素材库的建设中，我们将“身边的流体力学现象、流动的工程实际、最新的科研成果、科学研究的思想方法”等原始素材融入PPT电子教案，在课堂教学中取到了事半功倍的效果[5]。引入身边的流体力学现象，有利于激发学生的学习兴趣，使课堂教学生动有趣。引入流动的工程实际，可以增强学习的针对性和有效性，搭起理论和实践的桥梁。引入最新的科研成果，可以拓展学生视野，培养学生的创新精神和实践能力。引入科学家的生平事迹，可以激励学生热爱科学事业，并在潜移默化中掌握科学的研究方法。建成的知识点库、概念题库、例题习题库、PPT电子教案等，不仅可为教师提供便利的教学资源，而且也可适时提供给学生学习和复习使用。建成的试题库紧密结合课程标准和考试要求，包括概念、选择、计算和应用等内容，能够自由组卷或固定搭配出卷，可为考教分离、客观评价教学效果提供有利条件。

（四）立足课堂教学完善课程资源库

资源库的建设的目的在于应用。既要发挥课程组所有成员建设资源库的积极性，更要发挥这些成员应用于课堂教学并不断完善资源库的积极性。教学资源库的建设是一个动态过程，在建设和使用资源库时，需要坚持开放、共建、共享原则，形成资源建设共同体。开放就是资源要能方便地进行修改、重组和利用；共建就是要求课程组的全体教师参与建设，任务分解到人；共享就是要将建成的资源库素材，全部提供课程组教师免费使用。此外，建成的教学资源库在使用时，还需结合教师自身特点和不同的施训对象，进行个性化打造和优化。建设教学资源库需要付出辛勤的劳动，只有通过发挥课程组全体教师共建的力量，才能让每一位教师都共享丰富的教学素材，从而达到整体提高教学质量的目的。通过教学资源共建共享、课堂教学实践不断完善和定期经验交流机制，激发课程组全体教师不断参与教学资源动态更新与建设的积极性，使教学资源库处于持续使用与发展的良好状态之中。

浅谈流体力学实验教学探讨论文 篇四

浅谈流体力学实验教学探讨论文

摘要：实验是研究科学技术的重要手段，是流体力学教学的一个重要环节。在理论联系实际、激发学习兴趣、锻炼观察与分析能力、培养创新意识等方面探讨实验教学所起的重要作用。

关键词：流体力学，实验教学，创新意识

流体力学是力学的一个独立分支，它是研究流体的平衡和流体的机械运动规律及其在工程实际中应用的一门学科。在人们的生产和生活中随时随地都可遇到流体，所以流体力学与人类的日常生活和生产活动密切相关，是航空航天、水利工程、采矿冶金、给水排水、空调通风、土木建筑以及环境保护等学科重要的理论基础，应用范围十分广泛。

实验方法是研究科学技术的重要手段，由于流体运动的复杂性，使得流体力学离不开科学实验。现代流体力学就是在纯理论的古典流体力学与偏重实验的古典流体力学结合后才蓬勃发展起来的，理论分析、实验研究和数值计算是其三大支柱。因此，实验教学是流体力学课程必不可少的重要环节之一。通过实验教学，可以达到如下目的。

1、增强感性认识，巩固理论知识。

流体力学由于其理论的抽象、较多公式的繁杂，学起来普遍会感到比较吃力，时间一长就会逐渐失去学习的兴趣，只满足于死记硬背课本上的理论，不善于思考推究，其主观能动性得不到应有的发挥。而实验却可以较好地解决这一问题，通过实验，可以把抽象的理论知识转化为具体的、可见的液流现象，从而增强感性认识，在帮助理解流体力学的基础理论方面起到事半功倍的效果。

如雷诺实验，该实验的目的是观察层流、紊流的流态及其转换特征；测定临界雷诺数，掌握流态判别准则。实验过程中，先通过调整阀门开度，改变有压管中水流的流速，观察液流的流态转化，可以看到：管中水流流速较小时，颜色水是一条清晰的规则的直线，说明此时水流是分层流动，各流层间互不掺混，流态为层流；随着阀门逐渐开大，流速逐渐增加，管中颜色水开始出现摆动，由原来的直线变为曲线；继续增大流速，颜色水弯曲越来越厉害，终于不再保持一个线条，而是向四周扩散，与周围的清水混到一起，使整个管中的水流全部着色，表明此时液体质点的运动轨迹是极不规则的，各部分流体互相剧烈掺混，该流态为紊流。学生通过观察这一具体的、有趣的液流现象，极大地增强对粘性液体流动的感性认识，深刻地理解层流和紊流的本质特征；并且实验过程中还要求测定临界雷诺数，理解为什么把临界雷诺数作为流态判别准则。

2、观察液流现象，培养分析能力。

流体力学实验的一个非常重要的目的是，在观察液流现象，获得感性认识的基础上，还要思考实验中出现的各种问题，分析并总结流体的运动规律，由感性认识上升到理性认识，不仅可极大地提高学生分析问题和解决问题的能力，而且可以培养其独立的工作能力和实事求是的严谨的工作作风。

如流动现象演示实验可以观察管流、射流、明渠流的多种流动现象，演示边界条件对水头损失的影响。在逐渐扩大段可看到边界层分离而形成的漩涡，而在逐渐收缩段，主流和边壁没有分离，没有形成漩涡——说明逐渐扩大段的局部水头损失大于逐渐收缩段。在突扩段出现较大的漩涡，突缩段在收缩断面后出现较小的漩涡区，可见突扩比突缩有较大的局部损失，而且突扩、突缩比渐扩和渐缩漩涡区长，水头损失大。这也就是为什么工程中多采用圆弧形管嘴或喇叭形取水口而较少采用直角锐缘形管嘴的原因。

3、理论联系实际，培养探索能力。

传统的理论教学，教师往往向学生灌输大量的理论知识，学生处于被动接受的地位，理论与实际脱节的结果是抑制学生主动性和创造性的发挥，而要在这一方面有所改进，实验教学是一个非常好的手段。 如单圆柱绕流实验可以看到边界层分离状况、分离点位置以及卡门涡街的产生与发展过程。卡门涡街在工程实际中有很重要的意义。实验中要求学生根据实验现象，理论联系实际，分析为什么风吹电线，电线会发出共鸣？解决绕流体的振动问题有哪些途径？

而多圆柱绕流实验可看到流体混合、扩散、组合旋涡等流谱。多圆柱绕流广泛应用于传热系统的热交换器中：流体流经圆柱时，边界层内的流体与柱体发生热交换，柱体后的'旋涡起掺混作用，然后流经下一柱体，再交换，再掺混，换热效果较好。

由此可见，将实验现象与工程实践和生活实际联系起来，可有效地激发学生的学习兴趣，促进学生对实验的主动思维和积极探索，在一定程度上培养其创新意识和实践能力。

4、设计实验方案，培养创新能力。

实验是流体力学教学过程中不可或缺的重要环节，它不仅有助于强化理解书本上抽象、艰涩的理论知识，而且在激发学生创新意识、培养创新能力方面起着举足轻重的作用。

流体力学实验内容分为演示型和验证型两部分，其中以验证型实验为主。这些实验方法单一，学生只要按照实验指导书上的实验步骤一步一步地做下去，测量几个实验数据，进行简单的数据分析，就可形成一篇完整的实验报告。这种实验过程，学生只是在被动参与，其主观性和积极性没有得到发挥，更谈不上创新能力的培养。为此，在实验教学中有必要在演示型和验证型实验的基础上，有意识地增加几个综合性和设计性实验。

采用流体力学综合试验台，各管段采用丝扣连接，便于对不同材质管段进行替换，管线可以自由选择连接，在研究新型管材及其连接件时，可直接组合安装在管道上进行测量。如能量方程实验管段，其上既有测速管，又有测压管；既可测定断面平均流速，又可利用二者组成毕托管，测量管道中某点流速，还可利用测压管测定流动阻力。实验时，学生根据教师给定的实验目的和要求，查阅实验资料，设计实验方案，选择不同的管材和管段，有计划、有步骤地进行组合安装，记录完整的实验数据，进行严谨的数据分析，最后形成一份详实的实验报告。这种综合性、设计性实验，学生完成从设计、操作到分析的一个完整过程，可将所学的理论知识融会贯通，极大地锻炼学生分析问题、思考问题和解决问题的能力，在激发学生创新意识、启发创新思维、培养创新型人才方面起到事半功倍的作用。

5、结语。

流体力学是很多工科专业必修的一门专业基础课，理论性和实践性都很强，而实验是将流体力学基本理论与工程实践相结合的非常重要的教学环节。一方面，在对理论知识的理解和验证上，实验课有着理论教学无法替代的关键作用；另一方面，在锻炼学生操作能力、提高分析能力、激发学习兴趣、培养创新意识以及严谨的科学态度上，实验也是不可或缺的教学手段，有必要在实验的教学内容、教学方法和实验设备等方面进行进一步的探讨研究。

参考文献：

[1]蔡增基，龙天渝。流体力学泵与风机[M]。4版。北京：中国建筑工业出版社，

[2]吴班。流体力学实验教学改革探讨[J]。唐山学院学报，，3（2）：105—106

[3]杨晓新。流体力学综合试验台的开发与应用[J]。西安航空技术高等专科学校学报，，1（1）：73—74

[4]王英，谢晓晴，李海英。流体力学实验[M]。长沙：中南大学出版社，

流体力学课件 篇五

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

期末考试流体力学试题 篇六

年1 月

|题号|一|二|三|四

l总分|

|分数

I

I

I

I

|得分|评卷人|

I

I

一 、 选 择题 ( 每 小题 3 分 ，A 臼 跚 共

1.在明渠均匀流中取一六面体，作用在该六面体上的表面力有( A.切向力、正压力

B. 正 压力

C. 正 压 力 、 重 力 D. 切 向 力 、 重 力

2. 在 水 箱 上 接 出 一 条 逐 渐 收 缩 锥 形 管 道 ， 末 端 设 有 间 门 己 控 制 流 量 ， 若 水 箱 内 水 面 随 时

间变化，当阔门开度一定时，管中水流为(

A. 恒 定 均 匀 流

)

B. 恒 定 非 均 匀 流 C. 非 恒 定 均 匀 流

D. 非 恒 定 非 均 匀 流 3. 等 直 径 圆 管 中 紊 流 的 过 流 断 面 流 速 分 布 是 (

A. 呈 抛 物 线 分 布

)

B. 呈 对 数 线 分 布

c.呈椭圆曲线分布

D. 呈 双 线 分 布

781

4. 总 水 头 线 与 测 压 管 水 头 线 的 基 本 规 律 之 一 ， 是 (

A. 总 水 头 线 总 是 沿 程 升 高

)

B. 总 水 头 线 总 是 在 测 压 管 水 头 线 的 上 方

c.测压管水头线沿程升高

D. 测 压 管 水 头 线 总 是 沿 程 下 降 的

5. 跌 水 的 形 成 条 件是 (

)

A.从急流过渡到急流

B. 从 急 流 过 搜 到 缓 流 c.从缓流过渡到缓流

D. 从 缓 流 过 渡 到 急 流

得分|评卷人

二、判断题(每题 2 . 5 分 ， 共15 分 )

1.理想流体与实际流体的区别仅在于，理想流体具有不可压缩性。(

2. 长 管 是 指 管 道 几 何 长 度 较 长 的 管 道 。 (

)

)

3. 对 于 短 管 ， 若 管 路 ( 管 径 、 管 长 及 布 置 ) 完 全 相 同 、 作 用 水 头 相 等 ， 自 由 出 流 与 淹 没 出 流

的流量是相同的。(

)

(

4. 壁 面 粗 糙 的 管 道 一 定 是 水 力 粗糙 管 。 5. 恒 定 流 一 定 是 均 匀 流 。 (

)

) )

6. 在 恒 定 流 情 况 下 ， 流 线 与 迹 线 重 合 。 (

得分|评卷人

三、简答题(每题 5 分 ， 共 2 0 分 )

1.为什么要建立连续介质模型？ 2. 能 量 损 失 有 几 种 形 式 ? 产 生 能 量 损 失 的` 物 理 原 因 是 什 么 ?

3. 简 述 尼 古 拉 兹 实 验 中 沿 程 阻 力 系 数A 的 变 化 规 律 。

782

4. 如 图 所 示 管 路 系 统 ， I 、 皿 段 为 均 匀 管 ， II 段 为 收 缩 管 ( 收 缩 程 度 较 大 ) ，试问：

(1)当阀门开度一定时，若水箱中水面保持不变，各段管中是恒定流还是非恒定流？是均 匀流还是非均匀流？ (2) 当 间 门 开 度 一 定 时 ， 若 水 箱 中 水 面 随 时 间 而 下 降 ， 各 段 管 中 是 恒 定 流 还 是 非 恒 定 流 ?

=口

阀门

Q

H 一一--I- m

!得分|评卷人|

I

I

I

四、计算题(共 5 0 分 )

1.如图所示，容器中盛有水，右侧为一测压管；左侧为 - u形测压管，管中为水银。已知：

h=O. 5m

,h 2 =0. 2m ， 求 右 侧 测 压 管 中 水 面 高 度 h I ==? (1 2 分 )

「 L d i L

容器

寸 2 1 →

783

2. 如 图 所 示 ， 左 侧 为 密 闭 水 箱 ， 水 通 过 一 管 道 流 入 右 侧 水 箱 ， 已 知 左 水 箱 内 自 由 表 面 相 对

压强 p = 2 9 . 4 k Pa ， 两 水 箱 液 面 高 差 H = 2 . Om ， 管 长 l = 5 m ， 管 径 d = 0 . 2 0 m ， 管 路 沿 程 水 头 损 失系数 ;' = 0 . 0 2，在恒定流情况下，求通过流量？ 08 分 )

-?

'7

Pt

~

一一』可

飞7

1

?

I Q 干

3. 如 图 所 示 一 虹 吸 管 ， 上 下 有 水 位 差 为 H = 2 . 5 m ， 虹 吸 管 顶 部 与 上 游 水 面 高 差 为 h [ =

2. Om ， 虹 吸 管 顶 部 前 ， 管 长 为5. Om ， 虹 吸 管 顶 部 后 ， 管 长 为10. Om ， 管 径 d = 0 . 2 m ， 管 道 沿 程

阻力系数 ;' = 0 . 0 2，进口(带有莲蓬头)局部阻力系数~J!l =3. 0 ，每个弯管局部阻力系数 ~ fi =

O. 3 ， 如=2.0 求 :

(1)流量 Q = ?

(2) 虹 吸管最大真空 值车 = ? (20 分 )

pg

” -t!

::t::

J

784

试卷代号 : 1 1 2 3

中央广播电视大学 2 0 0 9 -2 0 1 0学年度第-学期“开放本科”期末考试(半开卷)

流体力学试题答案及评分标准

(供参考)

2010 年1 月

-、选择题{每小题 3分，共 1 5分)

1. D

2. D

2. X 3. .J

3. B

4.

4. B

5. D

二、判断题{每题 2 . 5分，共 1 5分}

1.

X

X

5. X

6. .J

三、简答题{每题 5分，共 2 0分}

1.答：液体(气体)是由分子组成的，分子间有空隙，不连续。工程上研究的流体，关心的是 流体宏观的物理性质。把流体看成为由质点组成的连续体一一连续介质模型。目的是建立描

述流体运动的连续函数。便于应用数学工具，解决工程实际问题。

2. 答 : 有 沿 程 能 量 损 失 和 局 部 能 量 损 失 两 种 。 一 是 因 为 流 体 具 有 粘 滞 性 ， 二 是 因 为 固 体 边界条件的影响。

3. 答 : 尼 古 拉 兹 实 验 揭 示 了 沿 程 阻力 系 数A 的 变 化 规 律 ， 文 字 表 述 或 数 学 公 式 表 述 。

层流 : }， = f刷 ; 水力 光滑 区 : 时ω ; 过渡粗糙 区 : }， = f也 5) 粗糙区(阻力平方区 ) : }， = fφ。

4. 答 :

(1)各段管中都是恒定流； I 、 田 段 为 均 匀 流 . II 段 为 非 均 匀 流 a (2) 各 段 管 中 水 流 都是 非 恒 定 流 。 四、计算题{共 5 0分)

1.解：(1)画出两个等压面(通过 A点画一个，通过 U形测压管中水银液面画一个〉

(2) 列 方 程 z

PA =pgh l

PA 十pgh=PHgh 2

(1)

(2)

2 一05=2.22m

(5 分 )

将(1)式带入( 2 )整理得：

hI =(pHgh 2 - p g h ) / p g = 1 3 . 6h2 - h = 1 3 . 6XO.

答 z右侧测压管中水面高度 h I

=2. 22m a

(7 分 )

785

2. 解 z 以 右水 箱 水 面 为 基 准 面 ， 取 a = 1. 0 ， 管 道 进 口 局 部 损 失 'I =0.5 ， 管 道 出 口 局 部 损 失

'..=1.

0 ， 管 中 流速 U

(1)把左水箱内自由表面压强换算成液柱高

度

P 29400 JE= 百丽女汇石=3m( 水 柱 )

(2) 列 能 量 方 程 :

(6 分 )

H+主 +问+0+0+ ('I +).去+，..)三

2+3= (0.5+0.02土 + 1. 0.2 ' ~.

0) 兰

, 2g

y

寸苟 o 乍 U 古d g 巧 = 7 . 0叫 盯 白 τ 5

(3) 流 量 z

膺d 2

11:

0

ω

Q 寸 v = “ . ~.~

O. 22

0

7=0. 2198m 3 /5=219. 8L/s

(6 分 )

答：通过流量 Q = 0 . 2 1 9 8 旷 I s .

3. 解 : (1 ) 以 上 游 水 面 为 基 准 面 ， 列 能 量 方程 z

轩 H+川 =川 +阳 2.5=(ω0.0ω2 一一一+3.0+0. 3X3+2.. y , 1. 0ω) 一=8.4 一 0.2 , _ . y , y . y ” y , _ 0+ v . . 2g

~'Y'2g

5+10 , _ _ , _ _, , _ , _ _ , . _, .J 2. 5 =μ15m/s

_..J

v= 1 v'2g ..1 8. 4 ?

0

QW-zw-n qz

=主子 u = lL-7一 o 2.415=0.0758 时/5

(8 分 )

(2) 以 上 游 水 面 为 基 准 面 ， 列 上 游 过 流 断 面 和 顶 部2-2 段 间 的 能 量 方 程 z

忡忡忡叫+去+丢+ u ht h ) 二

P. , ,. 1 二 v2 _ _ ,. _ , _ _~ 5 ,_ _ , _ _, 2. 4152 2=-hl-u+ 咛 + 如 + 如 ) 写 = 一 2 . 0 一 ( 川 + 队 0 2 0:2 +3.0+0. 3)寸 7 pg

主主 = - 2 .

0 - 1. 428=-3. 428m(水柱 )

(8 分 )

(4 分 )

3 答： (1)流量 Q = O . 0758m /5

(2) 虹 吸 管 最 大 真空 值发 生 在 顶 部 ， 最 大 真 空 值 为 3 . 4 2 8 m ( 水 柱 )

786

流体力学基础课件 篇七

流体力学基础课件

流体力学基础课件

教 学 目 标

知识

技能1、了解气体的压强与流速的关系。

2、了解飞机的升力是怎样产生的。

3、了解生活中跟气体的压强与流速有关的现象。

过程

方法1、通过现象，认识气体的压强跟流速有关的现象。

2、通过学习飞机的升力，体验由气体压强差异产生的力情感态度初步领略气体压强差异所产生的奥妙，获得对科学的热爱、亲近感。

教学重点通过探究得到气体压强与流速的关系。

教学难点用流速与压强的关系分析生活中的实际问题。

教学用具纸、飞机机翼模型、气球、纸船、水盆等

教 学 过 程 设 计

教学内容及教师活动学生活动

设 计 意 图

情境导入

引言：前面我们学习了液体压强和气体压强，而气体和液体都能流动，当气体和液体流动起来时，压强又会有什么样的特点呢？现在同学们做个游戏

硬币“跳高”比赛，教师示范，学生完成后思考：

（1）谁与硬币接触了？

（2）吹气造成了硬币的上下表面的气体发生了什么变化？

（3）硬币上下表面的压强如何变化才能使它飞起来？

（4）为什么有的同学的硬币飞的更高一些呢？

合作探究

继续实验：（1）、点燃一支蜡烛。让学生猜想往火焰左侧吹气时将会出现什么现象？（最好用吸管吹）

找一学生做该实验。分析实验现象并表扬猜对的同学

（2）、做吹纸的实验：见课本91页“探究”。找一学生分析实验现象

根据上面做过的几个实验你有什么发现？

1、在气体中流速越大的位置压强越小。（板书）

思考：你能否利用刚才实验中的纸再设计其它实验来验证我们得到的结论？

例如：（1）、将一张纸靠在嘴唇下，另一端自然下垂，沿纸的上方水平吹气，观察手中的纸会怎么样？

（2）、将纸折成“桥”状，从桥下吹气，观察纸桥有什么变化？

学生思考，观察教师实验

看书91页想想议议，分组完成游戏，思考回答问题，硬币向上飞的过程中，只有空气与它接触；吹气时造成硬币上下表面空气的流速不同；硬币上表面的压强小于下表面的压强；有的同学使硬币上下压强差更大一些。

学生根据刚才的实验结论提出自己的猜想。

学生看书91页“探究”自己动手做该实验分析实验现象

学生提出自己的发现

学生思考新的实验方法

谈谈自己的新方法

学生做实验

游戏的引入激发学生的学习兴趣，鼓励学生深入思考实验现象产生的原因

让学生认识到任何猜想和假设都不是凭空而来的，只有细心观察、勤于思考，才会有更多的灵感

培养学生的发散思维能力

教学内容及问题情境学生活动设计意图

继续探究

在液体中是否有与气体相同的特点呢？

实验（可以演示也可以分组）：事先做好两只纸船，把船放入盛有水的盆中，用玻璃棒划动两船间的水，观察纸船的情况。

2、在液体中流速越大的位置压强越小。（板书）

解释现象：打开自来水龙头会看到水向下流动的时候，为什么随着速度的增大水变得越来越细。

3、探究飞机的升力

问题：几十吨重的飞机为什么能腾空而起？秘密在于机翼。

学生拿出事先准备的机翼模型，做课本92页的想想做做。引导学生分析产生现象的原因

飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，相当于有气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上下两部分，由于机翼横截面的形状上下不对称，在相同时间内，机翼上方气流通过的路程长，因而速度较大，它对机翼的。压强较小；下方气流通过的路程较短，因而速度较小，它对机翼的压强较大。因此在机翼的上下表面存在压强差，这就产生了向上的升力。

4、生活中跟气体的压强与流速有关的现象

举例：杜甫的诗中说到“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅。”为什么会出现这种现象呢？

问题：你能举出一些气体流速与压强的例子或应用吗？

（1）、乒乓球的弧旋球

（2）、两艘船平行行驶时容易相撞

(3)、窗户被外面大风刮开

课堂小结

本节课我们通过大量的实验学习了以下两个方面的知识

一、实验表明：流体的压强跟流速有关，流速大的位置，压强较小。

二、机翼上下方的压强差使飞机获得竖直向上的升力

学生实验，观察实验现象

学生解释该现象

学生自己做实验观察实验现象，思考产生现象的原因

结合实验理解飞机升力产生的原因

学生解释这一现象。

学生思考举例并加以解释

学生回忆本节课的内容

类比气体提出在液体中流速大的位置压强有什么特点

把学到的知识用到解释实际问题中

联系实际，使学生获得对科学知识的热爱。

从生活中来到生活中去

课 堂 练习

一、动手动脑学物理

二、解释下列现象：

1. 一阵秋风吹过，地上的落叶像长了翅膀一样飞舞起来。

2. 冬天，风越刮越大，带烟囱的炉子里的火越着越旺，火苗越蹿越高。

3. 居室前后两面的窗子都打开着，过堂风吹过，居室侧面摆放的衣柜的门被吹开了。

4、汽车经过长途行驶后，车身处布满灰尘和泥土，为什么？

板 书 设 计

第四节流体压强与流速的关系

一、在气体和液体中，流速越大的位置压强越小。

二、应用：飞机的升力。

流体力学三大方程的推导 篇八

流体力学三大方程的推导

微分形式连续的性程方

续连程方是体流力学基的本程之方， 流体一动运的续连方，程反流体运动和映流体质 量分的关系，它是在质布守恒量律在定流 力体学的中应用

重。点讨不论表同现式形流的体连续方程。

用一个微六

面体控制体建元微分形式立的续连性程。方 设在流场中一固取不动的微平定六行面体（制体控，在直）角标坐系o xzy中， 六面的边体长取为x d，dy，dz。

看先x 轴方 向的流动流体，A从BC面 D入流面六，从E体FG面流出。H

在x 轴方向出流与入流质之差量

?( ?x u )? (ux?) [ ?u x? xd]ydzdd ? t u? dyxddzt? dx yddzd ?xt?

x

用样同的方法可得在，y方轴和向z方轴向流的出流入与质 量之分别为差

(? u?y ?)y

dx

ydzdd

t?( ?u

z) ddydzdtx z

这？，在样d t时间内通过面六体全的六个面净流出的部质量为

：? ?(ux) ? (u y? )(?? zu )[ ? ? ]dxdydzd t ?x?x ?x

在d t的时内间六面，内体质的量减了 ( 少？

?? xdddydt z ，) ?

t

根质量据守恒定律，流出六面体的净质量等必于六体内面减所的质量

少

?( u? x) ?( u? y )? (?u z) ?? ? [ ?]dxdyzdt d ?? ddyxdzd tx?? y?z ?

这t就直角坐是系标中体运动的流微形分的式连性方续。

?程( ? ux ?)( ? u )y? ( ?u z )?? ? ?? 0??x ? y?z ?

代t单位表时间内，单体位积内 量质净的出 代表流单时位内间单，体积位的 量变质

化这

是就角直坐标中系流体运动微的形式分的连续方性程。

在连续方中程

?

( u?x ) ? ( u?y ) ? ? u z( ?)?? ? ? ?0 ?x ? y? ?z

? ?t? ? di(v? ) ?u( ?ux ) (?? yu ) (? u? z) x ?y??z

利用

散公度： 得到式

?? ? di?(v? u ? )0 t?

用矢量场基利本算公运和式体随数公式导

：得到

? ??? d v iu u?? ? ? ?0 t

??D ? ?? div u ? 0 t

Ddiv(

u?) ? ? d vi u ? u???

? D? ? ? ?? ?u? ? t D?

讨t论

?

? ，0连方续程可简为化 ， ⑴对定常于流动 ，?t

??? d v i? ? v? ? ?t

0di

v ? ?v? 0?压或不

压可流体。

―微分―式

形

表明定常*动运时单位体，内流进流出积质的量等相适用。可

于？ ? D 0，连方续程可化为简 ⑵， 对不于压可缩体流，D t

idv ?v0

D?

?? div v? 0为因 tD

*表对明不压可流，体体积在随运动中体保不持。变用适定常于 不或定常流。体

微分式形的动运方

程

动运程方流是体动运最的本基运的动原学，即理找 流体出运动它受和到的作用之力间关系的数的学表 达式，依的理据原理是论顿牛运动定律或动量定理，的下面 用欧拉法利式形立建微形分的运式动程方

。

作用于体的力流

分析象：对 流体以界中面？ 围包的体为

积体的作流用力表 力

面

?

流体的块

质

量

力

质量

力量质（力力体：是指）作用所有流体于质点力。的

如

重、万有引力等力

（ 。 ）质1力量长是力：它随相程作互用的素之元间距的离 的增而加减，对小一般于体的特流征动距离运言而均，能 示出显。 来（2 ）它是一分布力，分布种于体流的块个整积内体流 ，块所受的体质力与其量围周有其无流体他存在无关系并 通。常情下，作用况流于的质量体通常力就指重力是

。

? 如果

F 示表单质量位的体的质量流，规定其力为 ：?F? ? Fli m?m ?0 ? ?m m?的 体块流的质上量力。 其 中？ ?F 是作用质在为 ?量 难看出，不 F以可看做的分布力密度。例

：如对于处力重用作的物体而言质，量力的布密分度 或者说单？位质的流体的质量量就力是重加速力 g度 。

表面 表力力面是指流：体内之间或者部流与其他体物体之 间的接面上所受到触的相作互用力 。如流体部内粘性应的和力力压流、与固体体触面接 上的摩擦力等 （。1 ）面力表一是种程力短源：分子于间的相作用互。面表力 随互作用元相之间素的离距增而迅速加弱减，有在只 相作用互素元间距离的分子与离距量同时，级面力表显才 现出来 （ 。2流体）块各内部之间的分面表力相是作用而相互抵消 的，互有只处界面于上的流体质所受的点由，界面外流体侧所 施加表的面存在力。 （ 3）面力表也一是分布力种，布分在相互触的接面上。

界

义定位单积面的上面表力：为

?

其中 ?p? 是用作某于个体面流积？上 的？表力

面？ p

?p ? li m? ?0??

?质

力量表和面的比力

较数

因而，构成一个矢量了场

。 矢量？F 是质量力 分布的度密它，是间和空间时点的

函量质力和面表有力着质本差别。的

? 而

矢量p 为流体的力应，矢它不但时是和空间点间 函数，的并在且间每空一还点着随受力面元取向不同而变的化 ? 。 所？要以定应力矢 p 确，须考虑必点的矢 径 、r该受点力 n? 元面的方（向或说者元的面向单法位矢） 以时间及 。t ? ? 切确地应说力是两矢个量（矢r n、） 一和标个量函数 t。

在运

流动体选中取小一面六体体， 元 其z长边别分为 ?：x ,?y ?z, 据牛顿第根定律二：

?

zd ?V? ?xy ?z =质力量+面表 力d

x

?y

tx?

y

为

了出流导体的动方运，首程来分先析体小元受力的情况。

方x质量向力析分x方向的

量力质

? F? mx? F x ?? x ?y? z

x 向表方力分析面周

流体围对体小元的个表六有面面表力的作用，通而六个 侧面过用作小于体沿元 x方

向的面表力别为：分

x?

?

xy??

p?zxx

? xp?xyz?

p

x

xp?x x? ? p ?? ??y?x zx 前后x侧面： ?? ?x?

? xp ?x?y?z x小体所元的受方向的表x力面= 前侧后面之和：? x

?

py x?? 左右侧： ?面？ p y x? ? y y?? ?? ?z ?x ?

p

?yx x??z

p?xz ?? z? ??x?y 下上面侧： ?p x ?z?z ? ?

p ?z?x?x

y

此因，围流周体通六个侧面过用作于小体沿元x向的 方表面力力合：为

? ?px x?p xy?p zx? ? ? ?x ?y?? ? z ??x???yz? ?

x

方 合向力析

分据牛运动定顿：小体律元力等受于其质量加速与度的乘：

积？

?pxx p ?x y?zp x?d u ? ??xy?? ?z xF??x ??y ? z? ?? x???y ?z? d t ?y ?z ?? ?x方程可

简以化为

：du1 ? ? px x p y? x?zxp ? ? F?x? ? ? ? ?td? ? ? ?xy?z ?

?单位质量体流 在 x方的向动运程方

同理

可：得

vd1 ? p? yx? py y?p yz? ??F y?? ? ? ?dt? ? x? y ?? z??

位单量质流体 y在 向的运动方程方d

1w? ?pxz ?p yz ? zzp? ?? Fz ? ? ?? ?d ?t? x? ? ?zy ??

单质位量体流 z在方 向的动方程

运流

体运方程的动遍形式

普矢量

形式

??? ? ? ? ?p z pd 1 V?? p x ?F?y? ? ? ? dt ??? x? y z?

? ? ? ?

? ?

1 dV 者：或 F?? ? ?P dt ?

??? ? ? ?P? ? ?? ?x? y ? z ??

?

xp pxy pxzx ? ?? ? px ypyy py ? ?z? ?pzx zy ppzz

?

微分形的能量方程式

能

量恒守定律自然界的普是规遍，流律体运在过动程 1动能、程方 也是遵循该定律。 中、2流量方热 程立孤系（与统外没有界质量能量的交换）、流：体在运 动过可程以随着各伴形式的种能量之的间相转互换，但3、伯努 利方 总能量起不变的； 程是

孤非系立统：能量的变总化，于外等力包（质量括 力和系外部的表面统）对系力所统的做和所吸功的收量。热

统系能的量

对

于量，主能要指为种形式三内能、：动能重力势能。

单及质位的量能-内----e-：体流子分热运动而具有能量； 的位质单量动能-的-----v/2表示2单位 质量重力的势---能---gz-由：万有力引起与，位的置高有差关

；单

位质量的能量总（储能）存------e-s： 则体为？的流体积系统的量能E:

1

2 s ?ee ?v ? g z2

1

2 E? ? ?e sd ?? ? ?(e? v ?gz )d?? ? 2

力热第学定一

对理于一静个止热的力学系（统起始或和止状态终处静于的止系统：系 统）存能储的增加等于力对外系所统作的功与界外递传给统系的量热和之。

一个确

的流定体也可看作团一热个力系统学流体，

质点在总流中动设， 系该统偏离平态衡不远系：总能量的变化统率包（括能和内动）等于外力能系 对统的功作率功通与过热向系导统传的热功之和率。

于某对系统，单一时位对间统所系的功（作际上实就 是功）率 d用

td

W

表

，单位时间示给系统的热量加 Q用表，则示

系统

能 量E变的化率为 :

D E dW ?? Q t Dt

d系统的总在量能，中已考虑位单质量重力的能，则质势 力量作功率中功不将包括重力作功功率 。将热力第一定律应学于流体用运动把上式各项，用关的有流 物理体表示量出，即是来能量方程。

推导微分式形的。量方程能的思路：根据热学力第一律定系统能量 的，变率化等外力单于时位对系间所统的作功与通热传导向系过单位统时

间所的热量传之。和即 : 单位 间时系统量的能化变= 单位间时力对外统所系的作

+ 单功时间位界传递给系外统热的量

外力

对统系作的功=所质 力所量作的+表面力功所的功作外界

递传给系的统量热= 导热传+射热辐 下面有关用的流体物的量来表达上理各述项。

①

单时间系统位能的量化 方法 1

?变( ?u x ? ( ? ) yu ? ? zu) ? ? ??? ?0 x ??y z ??

t微

元系统能量的时间变化也分为两率部分，一部分是控体制内储存能 变的化，其单位时间变化的为率

?

(?e s ) d x d y dz ?t另一

分部为控制面迁移经能量的引起，的位时间经单全控制部面净出流的储存 能为

?

??? ?( ? e ) ?u ?(ve ) ? ( ?w e) s ss?d d yxd ? ?x zy ?z??

?

这

微样系统总元储的能的存时变间率化这为部分两和之

：

?D E ?? ? ? ?? (?? s e )? ?(us ) ? e( ?ves) ? ( ?w e s?)d x d y d zD t? ?t ?x? y? z ?? ??? ?? ( ?es ) ?iv( ?d es v)?d x d y z d ?t ??? ? ?? ?? ?( ?e s ) ?(v ?? ) ?e(s) ??sedivv ? d x d d zy? ?t ? ? ?D ?? ? (? s e ) ??sed iv ? d xv dy z d D? t? ? ??D ? Ds ? ?? ? es ? ?es eivdv ? d x d ydz D t ?t ?D ?? ? ?D esD? ?? ? es ? ?( dvi v )? dx y dd zDt ? D t ?De ?s d ?dxy z dDt

①单

位间系统能时量的化 方变 法 体2数 导 在：t 时 刻微六面元系体统的存能储 ?e

sd

xd y z ，d系统能其量的

随D

s De EDD ?( ?e sxdddzy ) ? ?ddyxzd? es ( d?dxdy )zDt D tDt D t Dse?? d xd dy z系统质量的随 体数 D导

t于由统系量的随体导数等质于。零

0es

D

( ? xdydz ) ?d 0D

t计②算力外微对元所作的 功括质量力包表与面力作所功的

单位时间。质内量所作的力为

功

??Fb1 ? dv x d y d

（z为么什是积点

）表力所作面功的将依各，应力分量分别计。算 x方

向的应单位时间力作所功

为

后面前压的力单时位间所内的作功

? ? ??p xx?u ? ? p? ?d x u d ? ? x p u??? x x d? dy ??z x x? x? ?x ?? ??

左右？面切的单力时位内间作的所

功？

p yx? ? ?? ?? d uy ?? u ? d y ?? p yux? d z xd?? p y x ? ?y y ?? ??? ?? 上

面的下力切单位间内时所作功的

??? ?px ?z ?u ? ?p d?zu dz? ? puzx d?dy x?? ??? x z?z ?z ?? ????

方向x的应单位力时间作所功为 后前压力面

左面右力切

?? ? pyx? ? ?u ? ??? px?x ? ?? u?? ? ?pxx ?? xd x? ? u ? ?x x ? d? xpux ? dy d z ?? ?p y x? ?yd y? u ? ?y? d y ?? pyx u? d d z ?x ? ?? ? ? ????? ? ? ?p? ??? u ?? ??? zx ? zx dpz ??u ? d z ? ? p zux ?d xd y上下切力面 z? ?? ?z ? ? ?

??

?u ? px yp ?xy? u? ??u px? ?pxx ?xu ?? ?pxx ? u d ? ?x xd d yd z? p ?x y ?? udy ? xddy dz?x ? x? ?y y ?? ? ? xx ? ??y y? ?p u ? ? ?? ?p ? ?upz x ?zxu ?z xd z d ? dxy d ?z zz ??? z ??

z

? py x?u?? ? xp x?u p?x ?u z?? ?? (?px u x ?) (p xuy )? pzx( )u ?d ? dy?x zd?d d x d z y?y ? zx ?? xy ?y? ?z? z? ? x? ??? ? ??? (pxxu ) ? ( pyu x) ? (pzx u ) ? xdd d yz? y? ? z? x

?什么等于0为

同， y理 向应的力功作

为？

??? ? ? ( xpyxv ) ?y?( p y vy)? ?z (pyzv) ? d dx dy z?? 同理， z

向的 应作力功为

? ? ??? ? x ? (xzpw) ? ?y ( yz p)w? ? (z pzzw) ? d xd y dz ?

?

将

部全表力所面功作相可加写为

??? ? ? ?? ? ?? ( p )u ?( p ) ?u p u( )dxdy z ?d( v p)? (pv ) (?p v d x) dydz ? y xz xx yy yyz ?x ?xx? ?? y ?z ?y? ?z ? ? ?? x ?? ? ?? ?( p w ) ( ?pw )? ( p w ) z yzz? ? x z ?xdxd yd z? ? zy ?

?? ? ? ? ? ??( p xx ?u xp v y?pxz w )?( p xuy p yy?v ?p y zw ) ? pz(u ? xp zy v p?zz w )? dxddyz y?? z ??x? ?? ? ? ?? (p x ??v ) ? p (y? v) ? ( z p? )v d?x d yd ?zy ? ?z ?x ?这样

对微元，六面，质体力量除（重去）和表力力面单在位时间共的功作

为

W d? ?? ? ??? ?? ?? ? ?? ? ?F ?bv ? (p x v?) ?p(y ? v ) (p ?z? v ?)d x y d zdd tx? ?y ?z? ?

③后最计算加给微元六面体再热量 的里计这的只是算射辐及热传导两种热 。辐热射通是电过磁波对体产流热量，设单生时 位

间内由辐传入单射位量质 体的热流量q，为单位则时间在内微元产内辐射生为

热？

d qx dy d

z导传热通过体表流面入传体流。ABD面元C传微元入热量的

为？k

?T dyd z?x

单时间内通位A过？B? ?C?面元D传微入元的量热

?为 T ?? ? T? k dy d ?z?k y d dz d? x?x ? x ?? x?

于

单位是间经时BCA、 AD? B?C D?两面共？传热量入

为？ ?T?? kdy d z ?d ?x ?x? ? x

?AA ?D? 、 DB ? C?C 两相B对元面位单间传入时热量

? 为？ ?? T? ? k zd d dyx ? ??y? ? y?

?AA BB ?D、?DC?两相对面元C位单时间传热入量

为

? ??T ? d dx yd z ?k ?? z? z?

?

因而

微元体经全部表，单面时间传入位微元的量为

热 ?? ??T ? ? ? T?? ? ? ? ??T? k? ?k ? ? ??? xdd d z ? yk? ? ?? ?x ?? ?x y ? ?? ? yz?? ?z ? ??? ? (k?T) d x dy d

zQ

? [? q ??? (k ?T ) ]dx d yd z 依热力学第一

律定

?D ? ? ? ??? es xdd y d z ? ? F? b1? v? ( px ? v ) t Dx?? ? ? ? ??? ? (p? y ? v)? (pz ? v) ? ?q ? ?? k(T )?? d x d dy z y ?z? ?

D ? ? ? ? e

s? Fb?1?V ? p x (?V ) ? p( ? y )V? (p z ? V )? ? q ? ? (k?? T ) t ?xD y? ?

z?

p x? V ?pxx u ? pxyv ?p xzw ?? p? y V ? ?p xy u? p yy v?p y zw ? ?p? ?z V pz?x u?pzy v ?p z wz上式

右三个量组成端一个了量矢以表并示

?

xp ?xp ? V ? ? p x ?y pz x?

pyxp y ypzy

p

x z? u ?? ?pxxu ? pyxv ? pz x w ? ?? ? ?? zyp ? v? ?? ? p xuy? p yyv ? py wz ? p? ?up v?p w?? ? p z ?zw ? ?? ? x zz yzz?

三个量 和之

? ? ? ??? ? ? (p x? ? )v ?p y( ?v ?) p (z? v )构 成散了度：? x?y ?

?z ? ? ??? ?? ? ? p( x? v) ? ( yp ? v ) (p?z ? ) v div?P( ? )v?x ? y z

?D

?D1 2 ?? s ? e ?e? v ? g z ?? Dt t ?D 2 ?? ?? ?F?b1 ? ? vid(v P v? )? d v(i kgrad T ? ?)

这就是q微分式的形能方量。

将程上式以除？，有

?

1 ?1 D s ? Fbe 1 ? v? di vP( ? v ) ? dv(i krgd aT ? q Dt)? ?

?1 ? 1 D es ?F b 1 v ? div(? ? v P )? dvik( gar T ) ?d qDt ??

式中各的项理物意：义 端左单位为质量体流存储（能包括能、内动量势及）能的化变；率

右端一项第为单位间内质时量（力除重去力）单位质对流体量作所 ；功 二项为单位时第内表面力间单位对质量流所作体功； 的第项三为单时间内位界通外过单质量位流体表面传入的传热，导

四项第为位单间内时加

给单位质流体量的射辐。热

流体力学的课件 篇九

流体力学的发展简史

出现

流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。中国有大禹治水疏通江河的传说。秦朝李冰父子(公元前3世纪)领导劳动人民修建了都江堰，至今还在发挥作用。大约与此同时，罗马人建成了大规模的供水管道系统。

对流体力学学科的形成作出贡献的首先是古希腊的阿基米德。他建立了包括物体浮力定理和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。

15世纪意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题。

17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。

发展

17世纪力学奠基人I. 牛顿研究了在液体中运动的物体所受到的阻力，得到阻力与流体密度、物体迎流截面积以及运动速度的平方成正比的关系。他对粘性流体运动时的内摩擦力也提出了以下假设：即两流体层间的摩阻应力同此两层的相对滑动速度成正比而与两层间的距离成反比(即牛顿粘性定律)。

之后，法国H. 皮托发明了测量流速的皮托管；达朗贝尔对运河中船只的阻力进行了许多实验工作，证实了阻力同物体运动速度之间的平方关系；瑞士的L. 欧拉采用了连续介质的概念，把静力学中压力的概念推广到运动流体中，建立了欧拉方程，正确地用微分方程组描述了无粘流体的运动；伯努利从经典力学的能量守恒出发，研究供水管道中水的流动，精心地安排了实验并加以分析，得到了流体定常运动下的流速、压力、管道高程之间的关系——伯努利方程。

欧拉方程和伯努利方程的建立，是流体动力学作为一个分支学科建立的标志，从此开始了用微分方程和实验测量进行流体运动定量研究的阶段。

从18世纪起，位势流理论有了很大进展，在水波、潮汐、涡旋运动、声学等方面都阐明了很多规律。法国J.-L. 拉格朗日对于无旋运动，德国H. von 亥姆霍兹对于涡旋运动作了不少研究。上述的研究中，流体的粘性并不起重要作用，即所考虑的是无粘流体，所以这种理论阐明不了流体中粘性的效应。

理论基础

将粘性考虑在内的流体运动方程则是法国C.-L.-M.-H. 纳维于18和英国G. G. 斯托克斯于1845年分别建立的，后得名为纳维-斯托克斯方程，它是流体动力学的理论基础。

由于纳维-斯托克斯方程是一组非线性的偏微分方程，用分析方法来研究流体运动遇到很大困难。为了简化方程，学者们采取了流体为不可压缩和无粘性的假设，却得到违背事实的达朗伯佯谬——物体在流体中运动时的阻力等于零。因此，到19世纪末，虽然用分析法的流体动力学取得很大进展，但不易起到促进生产的作用。

与流体动力学平行发展的是水力学(见液体动力学)。这是为了满足生产和工程上的需要，从大量实验中总结出一些经验公式来表达流动参量之间关系的经验科学。

使上述两种途径得到统一的是边界层理论。它是由德国L. 普朗特在19创立的。普朗特学派从1904年到1921年逐步将N-S方程作了简化，从推理、数学论证和实验测量等各个角度，建立了边界层理论，能实际计算简单情形下，边界层内流动状态和流体同固体间的粘性力。同时普朗克又提出了许多新概念，并广泛地应用到飞机和汽轮机的。设计中去。这一理论既明确了理想流体的适用范围，又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。使上述两种情况得到了统一。

飞机和空气动力学的发展

20世纪初，飞机的出现极大地促进了空气动力学的发展。航空事业的发展，期望能够揭示飞行器周围的压力分布、飞行器的受力状况和阻力等问题，这就促进了流体力学在实验和理论分析方面的发展。20世纪初，以茹科夫斯基、恰普雷金、普朗特等为代表的科学家，开创了以无粘不可压缩流体位势流理论为基础的机翼理论，阐明了机翼怎样会受到举力，从而空气能把很重的飞机托上天空。机翼理论的正确性，使人们重新认识无粘流体的理论，肯定了它指导工程设计的重大意义。

机翼理论和边界层理论的建立和发展是流体力学的一次重大进展，它使无粘流体理论同粘性流体的边界层理论很好地结合起来。随着汽轮机的完善和飞机飞行速度提高到每秒50米以上，又迅速扩展了从19世纪就开始的，对空气密度变化效应的实验和理论研究，为高速飞行提供了理论指导。20世纪40年代以后，由于喷气推进和火箭技术的应用，飞行器速度超过声速，进而实现了航天飞行，使气体高速流动的研究进展迅速，形成了气体动力学、物理-化学流体动力学等分支学科。

分支和交叉学科的形成

从20世纪60年代起，流体力学开始了流体力学和其他学科的互相交叉渗透，形成新的交叉学科或边缘学科，如物理-化学流体动力学、磁流体力学等；原来基本上只是定性地描述的问题，逐步得到定量的研究，生物流变→www.kuaihuida.com←学就是一个例子。

以这些理论为基础，20世纪40年代，关于炸药或天然气等介质中发生的爆轰波又形成了新的理论，为研究原子弹、炸药等起爆后，激波在空气或水中的传播，发展了爆炸波理论。此后，流体力学又发展了许多分支，如高超声速空气动力学、超音速空气动力学、稀薄空气动力学、电磁流体力学、计算流体力学、两相(气液或气固)流等等。

这些巨大进展是和采用各种数学分析方法和建立大型、精密的实验设备和仪器等研究手段分不开的。从50年代起，电子计算机不断完善，使原来用分析方法难以进行研究的课题，可以用数值计算方法来进行，出现了计算流体力学这一新的分支学科。与此同时，由于民用和军用生产的需要，液体动力学等学科也有很大进展。

20世纪60年代，根据结构力学和固体力学的需要，出现了计算弹性力学问题的有限元法。经过十多年的发展，有限元分析这项新的计算方法又开始在流体力学中应用，尤其是在低速流和流体边界形状甚为复杂问题中，优越性更加显著。21世纪以来又开始了用有限元方法研究高速流的问题，也出现了有限元方法和差分方法的互相渗透和融合。

流体力学教学实践探讨论文 篇十

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19“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：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，．

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[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，（5）:62-64．

书到用时方恨少，事非经过不知难。以上10篇流体力学的课件就是快回答小编为您分享的流体力学课件的范文模板，感谢您的查阅。