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與流體力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象范文第1篇

關(guān)鍵詞：海洋科學(xué) 課程實(shí)踐 改革

隨著我國海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，對海洋類科技人才的要求也越來越高。流體力學(xué)是海洋科學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)海洋科學(xué)專業(yè)的教學(xué)體系中占據(jù)重要地位。本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本知識，掌握理想流體動(dòng)力學(xué)的基本知識，掌握理想流體動(dòng)力學(xué)的研究方法和理論，掌握不可壓縮理想流體的無旋運(yùn)動(dòng)、粘性不可壓縮流體動(dòng)力、邊界層理論、湍流等的基本理論和研究方法。這門課程具有極強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，從而決定了這門課的教學(xué)目的既要使學(xué)生掌握理論知識，又要使學(xué)生學(xué)會(huì)如何運(yùn)用到實(shí)際工程中去。然而，隨著教學(xué)體制的改革，學(xué)分制實(shí)施，流體力學(xué)的教學(xué)學(xué)時(shí)不斷縮短。課程教學(xué)多是為了滿足培養(yǎng)方案的要求，對系列化專業(yè)課程支撐不夠，教學(xué)效果不甚理想。因此，為了適應(yīng)新形勢下對人才培養(yǎng)的要求，我們對流體力學(xué)課程教學(xué)過程的各方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，以達(dá)到以培養(yǎng)出合格的海洋類人才的目的。

1.教學(xué)理念改革

流體力學(xué)課程的特點(diǎn)是抽象概念多、理論性強(qiáng)、體系復(fù)雜、難度較大，許多知識點(diǎn)都包含了大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高。也正是由于這些特點(diǎn)，所以需要改變傳統(tǒng)的以教師為中心的知識傳授型的教學(xué)理念，因?yàn)檫@種方式并不能使學(xué)生對所學(xué)知識留下深刻的印象，因而教學(xué)過程效率低，容易造成學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，不利于學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)。新教學(xué)理念增強(qiáng)教學(xué)過程師生間的互動(dòng)，突出學(xué)生的主體性，改變以往學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中被動(dòng)接收的地位，合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，利用現(xiàn)代化的教學(xué)方式，是以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科研素質(zhì)、創(chuàng)新意識為目的，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。希望通過流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握流體運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律及其有關(guān)的基本概念、基本理論、基本方法和基本實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)具備較強(qiáng)的自學(xué)能力以及創(chuàng)新意識，為以后專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，打下牢固的基礎(chǔ)。

2.教學(xué)內(nèi)容的改革

由于海洋科學(xué)類專業(yè)教學(xué)要體現(xiàn)海洋特色，海洋學(xué)的研究對象是海洋，而海水是海洋最重要的組成部分，動(dòng)力海洋學(xué)研究宏觀海水的運(yùn)動(dòng)，所以無論在研究對象、研究目的還是研究方法上面，動(dòng)力海洋學(xué)都是流體力學(xué)的具體應(yīng)用和發(fā)展。

針對這一教學(xué)內(nèi)容的要求，我們進(jìn)行了流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革，使之適應(yīng)于當(dāng)前的海洋科學(xué)專業(yè)類的教學(xué)?？紤]到目前國內(nèi)的流體力學(xué)課程內(nèi)容相當(dāng)寬泛，并不是特別適合海洋科學(xué)專業(yè)的教學(xué)需要，所以在內(nèi)容上作了調(diào)整，保留經(jīng)典流體力學(xué)的基本原理，同時(shí)加入了流體力學(xué)基本原理在海洋學(xué)中的具體應(yīng)用。例如，在講授研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法歐拉方法和拉格朗日方法時(shí)，介紹了兩種方法在海洋調(diào)查研究中的應(yīng)用；在講授有旋運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)中，將環(huán)流定理擴(kuò)展到海洋和氣象等方面的具體應(yīng)用；在講授粘性流體動(dòng)力學(xué)時(shí)，補(bǔ)充了柯氏力場中粘性流體的運(yùn)動(dòng)，并深入講授了風(fēng)生海流、地球轉(zhuǎn)動(dòng)對梯度流方向隨深度變化的影響等。

這些內(nèi)容的加入和調(diào)整，使學(xué)生不但能夠深入理解相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，還能夠了解其具體的海洋學(xué)應(yīng)用，真正做到學(xué)以致用，并且可以平滑過渡到一些后續(xù)海洋類專業(yè)課程，如物理海洋學(xué)、海洋氣象學(xué)、大洋環(huán)流等，的學(xué)習(xí)當(dāng)中，同時(shí)也為將來考研或者研究生階段的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

3.教學(xué)方式的改革

教師教學(xué)方式就是教學(xué)中為達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教師所采用的一系列的教學(xué)行為和活動(dòng)方式、方法的結(jié)合?？紤]到流體力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，其基本方程、原理的推導(dǎo)較多，所以在傳統(tǒng)上以教師教授法為主，即以教師為主體進(jìn)行知識的講授教學(xué)活動(dòng)。但是單純的講授法存在一些問題，就是容易在課堂上與學(xué)生缺乏互動(dòng)交往，從而不能有效的調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為此，在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，將以教為主的教學(xué)設(shè)計(jì)和以學(xué)為主的教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合起來，通過多種方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)的良性互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量。

3.1多媒體教學(xué)改革

傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法的特點(diǎn)是推導(dǎo)過程細(xì)致、講解入微，這在一些復(fù)雜的定理推導(dǎo)過中可以有效的幫助學(xué)生理解整個(gè)推導(dǎo)過程，也有助于學(xué)生掌握推導(dǎo)方法和技巧。但是，板書教學(xué)也有不足之處，一是采用板書教學(xué)傳授的信息量不夠大，由于流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中存在大量的公式原理的推導(dǎo)，所以往往需要較多的課時(shí)才能滿足教學(xué)要求；二是部分教學(xué)內(nèi)容不夠直觀，流體力學(xué)的一門理論與實(shí)際結(jié)合的學(xué)科，所以很多的理論都有其對應(yīng)的實(shí)際流動(dòng)現(xiàn)象，所以板書對此無能為力。

多媒體教學(xué)可以有效的彌補(bǔ)板書教學(xué)上存在的不足，單課時(shí)能夠提供較多的教學(xué)信息量，有效提高教學(xué)效率。另外，多媒體教學(xué)可以增加課堂教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)效果，通過一些多媒體素材展示了相關(guān)的流動(dòng)現(xiàn)象，通過視覺、聽覺等多種信息傳遞方式，幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，這對于抽象的流體力學(xué)理論教學(xué)是一種相當(dāng)好的授課形式。但是多媒體教學(xué)也存在一些不足之處，在公式的推導(dǎo)過程中，翻頁式的教學(xué)明顯加快了教學(xué)節(jié)奏，使得學(xué)生對推導(dǎo)過程了解不夠深入，部分細(xì)節(jié)不明所以，學(xué)生的思考時(shí)間減少，另外就是多媒體教學(xué)的推廣，很多學(xué)生都沒有了記筆記的習(xí)慣。

針對以下兩種教學(xué)方式的特點(diǎn)，在海洋科學(xué)專業(yè)流體力學(xué)的教學(xué)過程中，我們采用了兩種教學(xué)方式相結(jié)合的方法。對于一些重要的基本原理，仍然采用傳統(tǒng)的板書式教學(xué)，力求傳授給學(xué)生流體力學(xué)的研究方法和研究思路。而對于推導(dǎo)結(jié)果，則采用多媒體的方式進(jìn)行展示，在實(shí)際的教學(xué)中，引用了大量的海洋、大氣等流體力學(xué)現(xiàn)象，如波浪、海流、臺風(fēng)等，將其以直觀的形式與對應(yīng)的流體力學(xué)理論結(jié)合，這樣既加深了學(xué)生的理解，也引發(fā)學(xué)生進(jìn)行海洋學(xué)研究的興趣。實(shí)際的教學(xué)過程顯示，課堂教學(xué)效果較好。

3.2課堂教學(xué)過程改革

為了能夠使學(xué)生更好的融入課堂教學(xué)，在講授法的基礎(chǔ)上，采取了問答法、引導(dǎo)法多種教學(xué)方式作為輔助。

問答法是教師通過提出問題引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)行思考，學(xué)生自己得出結(jié)論來獲取知識，可以有效的使學(xué)生主動(dòng)參與課堂學(xué)習(xí)。在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，合理的設(shè)計(jì)課堂問題，避免問題過易或者過難，前者不能達(dá)到啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考的效果，后者會(huì)讓學(xué)生對流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生畏難情緒，不利于知識的深化教學(xué)。同時(shí)，問題的設(shè)計(jì)也要有啟發(fā)性、典型性，問題的數(shù)量一般控制在每節(jié)課2個(gè)左右，根據(jù)相關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

引導(dǎo)法是教師引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀教材、課件提示等材料，以自己相對獨(dú)立的形式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，這種方法更能鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。在流體力學(xué)的教學(xué)過程中，對于引導(dǎo)法的使用一般安排在內(nèi)容相對簡單，或者教學(xué)內(nèi)容有相似重復(fù)處。如將雷諾輸運(yùn)定理應(yīng)用于連續(xù)方程、動(dòng)量方程等的推導(dǎo)，教師講授連續(xù)方程的推導(dǎo)，而其后對于動(dòng)量定理、能量定理等的推導(dǎo)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成。通過這樣的引導(dǎo)過程，使得學(xué)生能夠舉一反三，牢固掌握基本原理，并培養(yǎng)了自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。

3.3引入現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方法

為了能夠有效的利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，推進(jìn)課程的網(wǎng)絡(luò)化改革，建設(shè)了流體力學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程。為避免網(wǎng)絡(luò)課程成為簡單的課堂內(nèi)容的重復(fù)再現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)過程中考慮與實(shí)際的課堂教學(xué)的互動(dòng)性與互補(bǔ)性，除了提供課程教學(xué)視頻錄像供學(xué)生復(fù)習(xí)以外，還提供了非常豐富的相關(guān)多媒體教學(xué)資源、輔導(dǎo)資料，并將網(wǎng)絡(luò)課程作為學(xué)生自學(xué)的一個(gè)重要的課后輔導(dǎo)工具，提供在線答疑。另外學(xué)生還可以網(wǎng)絡(luò)課程提出對于教學(xué)過程的各種建議反饋，促進(jìn)教學(xué)改革。網(wǎng)絡(luò)課程的開設(shè)，使得流體力學(xué)的整個(gè)教學(xué)過程具有了交互性、共享性、開放性、協(xié)作性和自主性等特點(diǎn)。

4.結(jié)語

通過近幾年較為系統(tǒng)的流體力學(xué)課程教學(xué)改革，包括更新教學(xué)理念、調(diào)整和補(bǔ)充部分海洋特色的教學(xué)內(nèi)容、運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)手段、改革課堂教學(xué)過程等途徑，大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，顯著提升了教學(xué)效果，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。但仍需進(jìn)一步完善教學(xué)體系，提高教學(xué)水平，將教與學(xué)有機(jī)結(jié)合，對海洋科學(xué)類專業(yè)流體力學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行不斷探索和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟祥林.不同教學(xué)模式下師生角色、教學(xué)效率對比及改革思路.湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報(bào)，2004年1月，第3卷第1期.

[2]萬三敏，沈振劍.多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的耦合機(jī)制研究.首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010年10月，第31卷第5期.

與流體力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象范文第2篇

論文摘要：根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，分析了該專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課“工程流體力學(xué)”和主干專業(yè)課“水污染控制工程”在教學(xué)中存在的問題，文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出了“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)改革思路。

論文關(guān)鍵詞：環(huán)境工程專業(yè)；工程流體力學(xué)；水污染控制工程；教學(xué)改革

“工程流體力學(xué)”是研究流體（液體、氣體）處于平衡狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的力學(xué)規(guī)律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術(shù)中應(yīng)用的一門科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，有其自身的理論體系，其基礎(chǔ)理論主要由三部分組成：流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)?！八廴究刂乒こ獭笔顷P(guān)于控制水體污染途徑以及各種廢水處理方法（包括物理處理方法、化學(xué)處理方法、生物處理方法等）的基本理論、工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算的一門科學(xué)?！肮こ塘黧w力學(xué)”是環(huán)境工程專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，“水污染控制工程”是環(huán)境工程專業(yè)的核心專業(yè)課，這兩門課程在環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)中有著舉足輕重的作用，同時(shí)兩者之間也存在著重要的相互理論關(guān)系。

“工程流體力學(xué)”是水利、環(huán)境、能源、土木、機(jī)械、動(dòng)力等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)內(nèi)容紛繁豐富，其特點(diǎn)是理論性和綜合性比較強(qiáng)，概念抽象，難于理解?！八廴究刂乒こ獭闭n程內(nèi)容與“工程流體力學(xué)”內(nèi)容結(jié)合相對比較緊密，如城市排水溝道系統(tǒng)、各種污水處理構(gòu)筑物等的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及在構(gòu)筑物中的生化反應(yīng)、化學(xué)絮凝反應(yīng)中水力條件的控制等均是工程流體力學(xué)理論知識在水污染控制工程中的實(shí)際應(yīng)用。目前，在環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)方面，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”課程正面臨著比較尷尬的局面：一方面課程內(nèi)容趨于復(fù)雜和廣泛；另一方面在課時(shí)量逐漸壓縮的情況下，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容沒有起到應(yīng)有的相互銜接，教學(xué)內(nèi)容彼此脫離。由此形成環(huán)境工程專業(yè)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)課銜接不夠，在教學(xué)過程中學(xué)生感到內(nèi)容枯燥，概念抽象；而在“水污染控制工程”教學(xué)過程中，學(xué)生感到工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論知識不扎實(shí)，不能夠熟練應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論解決水污染控制工程方面的實(shí)際問題。

針對目前環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容的狀況，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出“工程流體力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。

一、改革教學(xué)內(nèi)容

對“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，重構(gòu)環(huán)境工程專業(yè)的“工程流體力學(xué)”課程，對該課程中的主要內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合后續(xù)專業(yè)課“水污染控制工程”的內(nèi)容進(jìn)行改編，為“水污染控制工程”的講授奠定基礎(chǔ)理論知識?！肮こ塘黧w力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容主要包括理論教學(xué)和實(shí)踐性教學(xué)兩部分，其中在理論教學(xué)內(nèi)容部分，如“工程流體力學(xué)”中涉及到的流體粘滯性、流體內(nèi)摩擦定律等內(nèi)容，結(jié)合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流態(tài)所需要的雷諾數(shù)內(nèi)容為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體靜力學(xué)”中絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)、真空度等概念、理論在水污染控制工程中虹吸濾池、脈沖澄清池以及沉淀池、污泥濃縮池重力式排泥所需要的靜水頭壓力等實(shí)際工程中的應(yīng)用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；流體運(yùn)動(dòng)學(xué)中基本理論對“水污染控制工程”中的數(shù)學(xué)模式的建立為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體動(dòng)力學(xué)”中壓力損失理論在水污染控制工程中的水力計(jì)算，水射器理論在水污染控制工程中的計(jì)量作用、加藥作用、射流曝氣作用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革等。其次，“工程流體力學(xué)”實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容部分，改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，除驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外，增加工程應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，如文丘里流量計(jì)、三角堰流量計(jì)、巴氏計(jì)量槽、畢托管測速儀、虹吸管、孔口與管嘴的工程應(yīng)用等內(nèi)容，既加強(qiáng)了動(dòng)手操作能力，也培養(yǎng)了學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的綜合分析與應(yīng)用能力，不僅使教學(xué)內(nèi)容豐富，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

對“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革包括理論教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容改革，強(qiáng)調(diào)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識在水污染控制工程中的應(yīng)用。在理論教學(xué)內(nèi)容方面，“水污染控制工程”中的污水溝道系統(tǒng)水力計(jì)算、水處理構(gòu)筑物中水力參數(shù)的確定、污水在構(gòu)筑物中的最佳流態(tài)、各水處理構(gòu)筑物之間高程布置、混合反應(yīng)池中攪拌強(qiáng)度的確定、過濾池中配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其濾速確定等一系列涉及工程流體力學(xué)問題的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行必要教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)生對“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識在水污染控制工程中的工程應(yīng)用有一個(gè)更清晰的認(rèn)識，理解“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識在水污染控制工程中的重要性，使學(xué)生既掌握了“水污染控制工程”應(yīng)用設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法等知識，也加強(qiáng)了學(xué)生對“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)知識在水污染控制實(shí)際工程的應(yīng)用。在實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容方面，加強(qiáng)工程性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從不同的工業(yè)企業(yè)和居民生活區(qū)采集不同的廢水水樣，根據(jù)化驗(yàn)所得廢水水質(zhì)，確定所采用的處理技術(shù)和處理工藝，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在各種廢水處理工藝中所選擇的工程流體力學(xué)水力參數(shù)，基于“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識分析廢水處理工藝水力參數(shù)的合理性。

二、改革教學(xué)模式

“工程流體力學(xué)”特點(diǎn)是理論性、綜合性、系統(tǒng)性較強(qiáng)，概念抽象、邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上是教師講、學(xué)生聽，“授—受”型單一模式，盡管在學(xué)的過程中采用了多種形式的多媒體教學(xué)方式，但仍沒有改變學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的被動(dòng)地位，學(xué)生缺乏主動(dòng)性和實(shí)踐性。改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的創(chuàng)新教學(xué)模式，結(jié)合水污染控制工程中的實(shí)際問題，以工程實(shí)例為背景，應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識解決實(shí)際工程問題，誘導(dǎo)學(xué)生積極思考，在教學(xué)過程中形成教學(xué)互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與性。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容性質(zhì)，“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容可以分為基礎(chǔ)理論和實(shí)際工程應(yīng)用兩個(gè)部分。在流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)三個(gè)基礎(chǔ)理論部分，采用形象化的多媒體演示、軟件模擬、小型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合探究式、啟發(fā)式教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生課堂討論；在實(shí)際工程應(yīng)用教學(xué)部分，如孔口管嘴、有壓管流和明渠流部分，以水污染控制工程中的工程實(shí)例為背景，采用適量的實(shí)際工程圖片，豐富教學(xué)信息量，刺激學(xué)生的感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的思路，開闊學(xué)生的視野，可以使枯燥、乏味的內(nèi)容變得趣味盎然，使抽象、晦澀的內(nèi)容變得直觀生動(dòng)。

“水污染控制工程”特點(diǎn)是實(shí)踐性、工程應(yīng)用性強(qiáng)，因?yàn)椴煌膹U水水質(zhì)達(dá)到處理要求所采用的處理技術(shù)、處理工藝不同；即便相同的廢水水質(zhì)，如果污水量不同，所采用的處理工藝也不同；一個(gè)廢水處理工程，即廢水水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)相同，也可以采用不同的處理技術(shù)和處理工藝，工程流體力學(xué)參數(shù)的選擇是確定不同廢水處理技術(shù)、工藝的主要影響因素之一。因此，在“水污染控制工程”的教學(xué)過程中，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的實(shí)踐教學(xué)模式，以工程實(shí)例為背景，通過開放性的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)正確選擇工程流體力學(xué)參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)研究對參數(shù)的選擇、廢水處理效果等進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。通過工程實(shí)例和實(shí)踐性教學(xué)改革，使學(xué)生既對廢水處理工程設(shè)計(jì)過程有一個(gè)清晰的思路，又能達(dá)到舉一反三的效果。

三、優(yōu)化師資配置

師資隊(duì)伍優(yōu)化，一靠資源，二靠制度，師資隊(duì)伍優(yōu)化也是一個(gè)相對的漸進(jìn)過程，優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)和措施與所處時(shí)代、社會(huì)背景及其自身所處發(fā)展階段和學(xué)科特色有關(guān)。環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)要求師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量可靠?！肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”是本專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課和主干專業(yè)課，兩門課程在講授過程中存在著千絲萬縷的必然聯(lián)系，這就對師資配置和師資隊(duì)伍建設(shè)提出了更高的要求。首先，建立高質(zhì)量的師資隊(duì)伍，定期或不定期對教師進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和實(shí)踐工程訓(xùn)練，要求講授“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”兩門課程的教師對兩個(gè)學(xué)科均有一定的研究，或者承擔(dān)一定量研究科研工作，洞悉當(dāng)前“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”發(fā)展的最新前沿理論和技術(shù)；其次，在師資配置方面，要求講授“工程流體力學(xué)”的教師對“水污染控制工程”有一定的研究或承擔(dān)相關(guān)科研項(xiàng)目，講授“水污染控制工程”的教師對“工程流體力學(xué)”有扎實(shí)的理論研究或承擔(dān)相關(guān)的科研項(xiàng)目；第三，建立教師研討會(huì)制度，講授“工程流體力學(xué)”的和講授“水污染控制工程”的教師定期或不定期舉行教學(xué)研討會(huì)，避免兩門課程的講授內(nèi)容出現(xiàn)彼此分裂現(xiàn)象。如果在師資配置中，講授“工程流體力學(xué)”的教師畢業(yè)于力學(xué)專業(yè)，即使講授“工程流體力學(xué)”的教師對力學(xué)有很高的造詣，對該門課程的講授有聲有色，但如果該教師對環(huán)境工程專業(yè)“水污染控制工程”專業(yè)理論知識或?qū)嵺`工程知之甚少，那么在教學(xué)過程中，必然不能夠?qū)ⅰ肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，對環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生來說，這樣的師資配置，必定不是最優(yōu)化的師資配置。

四、改革考核方式

與流體力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象范文第3篇

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；可傾瓦；滑動(dòng)軸承；數(shù)值模擬

【Abstract】This paper introduces the studies conducted by researchers from the domestic and foreign for the sliding bearing and the gaps of numerical analysis for the steam turbine tilting sliding bearing，which gives advices of researching steam turbine tilting tile sliding bearing oil film using the numerical simulation.

【Key words】Steam turbine； Tilting tile； Sliding bearing； The numerical simulation

0 前言

滑動(dòng)軸承有軸頸和軸瓦組成，相比滾動(dòng)軸承來說，其生產(chǎn)成本低、工藝簡單、可以反復(fù)使用。液體在楔形空間內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的壓力，滑動(dòng)軸承就是利用這個(gè)原理工作的。軸頸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)油液一起旋轉(zhuǎn)，隨著旋轉(zhuǎn)方向，油液流入由軸頸和軸瓦組成的楔形空間內(nèi)，進(jìn)而使軸頸在一個(gè)相對穩(wěn)定的位置旋轉(zhuǎn)，同時(shí)軸頸與軸瓦之間形成了一層薄薄的油膜[1]?；瑒?dòng)軸承的結(jié)構(gòu)有許多種，但是其形狀大致經(jīng)歷了圓形軸瓦、橢圓軸瓦、可傾瓦軸瓦，不同軸瓦油的膜特性不同。汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常發(fā)生油膜失穩(wěn)，引發(fā)了人們對軸瓦的研究，油膜在圓形軸瓦中運(yùn)行時(shí)會(huì)形成一個(gè)高壓區(qū)和一個(gè)空穴區(qū)，且軸系振動(dòng)較大。而橢圓軸瓦因?yàn)槠涮赜械臋E圓度，軸系振動(dòng)有所改善。可傾瓦滑動(dòng)軸承的發(fā)明對于軸系來說具有劃時(shí)代的意義，其瓦塊隨著軸頸位置不斷調(diào)整，不僅保證了油膜的穩(wěn)定性，同時(shí)也使軸承具有更大的承載力[2]。

對于可傾瓦滑動(dòng)軸承的研究，大多數(shù)研究者使用Reynolds方程計(jì)算單個(gè)瓦塊，然后再進(jìn)行疊加，這樣計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際油膜特性有較大偏差。因?yàn)樗麄兒雎院芏嘁蛩兀巛S瓦間隙的影響。計(jì)算流體力學(xué)被近期的許多研究者使用，但是對于整個(gè)可傾瓦滑動(dòng)軸承油楔的研究還很少見，還沒有合理的得出可傾瓦滑動(dòng)軸承的油膜特性以及在外界因素影響下油膜特性的變化?；跀?shù)值模擬方法可以揭示這些特性。本文總結(jié)了可傾瓦滑動(dòng)軸承的研究概況與研究方法，并對汽輪機(jī)可傾瓦滑動(dòng)軸承的數(shù)值分析給出了建議。

1 可傾瓦滑動(dòng)軸承的研究概況

1.1 國外研究概況

對可傾瓦滑動(dòng)軸承的研究，國外開始的比較早，特別近些年發(fā)展很快。Yang[3]通過試驗(yàn)研究了汽輪機(jī)可傾瓦滑動(dòng)軸承軸瓦疲勞破壞對軸瓦振動(dòng)的影響，作者提出了槽式軸瓦對軸瓦進(jìn)行了改進(jìn)，并驗(yàn)證了改進(jìn)后的可傾瓦軸承軸瓦性能顯著提高。但是作者僅僅分析了軸瓦性能，沒有對油楔中油膜進(jìn)行分析；Matthew Cha[4]等利用數(shù)值模擬方法對雷諾方法進(jìn)行有限元求解，分析了支點(diǎn)對可傾瓦滑動(dòng)軸承非線性油膜力的影響，得出了油膜厚度與油膜壓力的關(guān)系。但是對于可傾瓦軸承其他因素的影響，作者沒有進(jìn)行分析。Kyung-Bo Bang[5]等通過實(shí)驗(yàn)研究了傳統(tǒng)六瓦可傾瓦軸承油膜溫度與功率損耗之間的關(guān)系，作者通過改變可傾瓦軸承軸頸轉(zhuǎn)速、軸承載荷和油進(jìn)口速度的大小，得出了這三者分別對軸承功率損耗的影響大小。但是，作者沒能給出其他可傾瓦功率損耗與軸瓦溫度 的關(guān)系。White和Chan[6]研究了軸頸振動(dòng)頻率與動(dòng)力特性的關(guān)系，得出動(dòng)力特性的頻率與支點(diǎn)偏置度和負(fù)荷成反比，但是計(jì)算僅限于Sommerfeld數(shù)范圍內(nèi)，導(dǎo)致結(jié)論使用的局限性；S.Wen等[7]用含有Newton-Raphson方法的數(shù)值計(jì)算方法對靜態(tài)可傾瓦滑動(dòng)軸承TEHD性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)這種方法比單個(gè)瓦塊疊加收斂速度快。但是，作者沒能很好的考慮瓦塊與瓦塊之間的間隙，還有油溫升等問題；A.M.EI-Butch等[8]用TEHD模型研究了軸線偏斜對油膜厚度的影響，發(fā)現(xiàn)軸線偏斜對油膜產(chǎn)生的影響可以用瓦塊的塑性變形進(jìn)行中和。但是可傾瓦滑動(dòng)軸承瓦塊有點(diǎn)支撐和線支撐，而對于點(diǎn)支撐的瓦塊作者未進(jìn)行分析，并且求解時(shí)忽略較多其他因素的影響；D.c.zachariadisl[9]通過求解Reynolds方程，研究軸向楔形與角偏斜的關(guān)系，得出油膜剛度與阻尼系數(shù)在很大程度上受角偏斜的影響。但是作者的研究僅限于處于靜態(tài)平衡時(shí)的油楔，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的滑動(dòng)軸承油楔是在軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)才能形成的，故作者沒能考慮動(dòng)態(tài)油楔的角偏斜現(xiàn)象，這與實(shí)際情況誤差較大。

1.2 國內(nèi)研究概況

隨著國內(nèi)工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，國內(nèi)動(dòng)壓滑動(dòng)軸承在很多方面也取得了不小成就。

朱均等[10-11]利用一種類似于有限元法的計(jì)算方法，研究了軸承動(dòng)力學(xué)系數(shù)，雖然這種方法計(jì)算精度可以達(dá)到要求精度，且所用計(jì)算時(shí)間比有限元法縮短很多倍，但是對于軸承動(dòng)力學(xué)的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際值相差較大。因此，這種方法沒能在動(dòng)壓滑動(dòng)軸承上有效利用，需要進(jìn)一步改進(jìn)；張勇斌、溫詩鑄等[12]在使用有限元法對油膜壓力進(jìn)行求解時(shí)，為了提高求解精度和速度，作者首次使用了多重網(wǎng)格算法。通過這種方法，作者研究了熱效應(yīng)與軸承性能之間的關(guān)系，進(jìn)而得出了油膜特性與熱效應(yīng)之間的關(guān)系。但是，有限元法使用時(shí)需要輸入的初始參數(shù)較大；姜歌東、謝友柏等[13]在針對轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)的研究中，作者使用了自己提出的一種新的利用時(shí)域多工況識別方法來對滑動(dòng)軸承油膜動(dòng)特性進(jìn)行研究，并且論證了這種方法的可行性與可靠性。但是，在實(shí)際情況中，汽輪機(jī)軸系的運(yùn)行受許多因素影響，而文中作者未進(jìn)行分析；趙文芳等[14]針對可傾瓦滑動(dòng)軸承中存在的金屬材料問題進(jìn)行研究，系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外軸瓦的多方面研究現(xiàn)狀，得出了對可傾瓦軸承的研究中不可忽略軸瓦金屬材料與軸瓦粗糙度的影響。作者重點(diǎn)綜述了可傾瓦軸承的金屬材料，然而對于軸承油楔中油膜運(yùn)動(dòng)情況沒有提及；呂延軍等[15]對Reynolds方程進(jìn)行修正時(shí)使用了變分約束原理，通過計(jì)算修正后Reynolds方程來研究瓦塊的非線性油膜力。使用了八節(jié)點(diǎn)等參有限元法研究了單瓦塊油膜力，通過疊加得到了整周油膜壓力。通過計(jì)算Poincar 映射和Runge-Kutta方法，研究了軸瓦支點(diǎn)對剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡響應(yīng)的影響。但是，對于軸承性能的研究僅限于單個(gè)瓦塊的計(jì)算，疊加結(jié)果與實(shí)際值有一定誤差；紀(jì)峰等[16]研究了實(shí)際生產(chǎn)中汽輪機(jī)可傾瓦軸承，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性的模型計(jì)算時(shí)忽略了瓦塊變形，進(jìn)而得出在研究可傾瓦軸承動(dòng)特性時(shí)應(yīng)該考慮瓦塊變形，而不應(yīng)該考慮瓦塊的擺動(dòng)頻率是否與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同。

1.3 數(shù)值模擬研究概況

對于可傾瓦滑動(dòng)軸承油膜的研究，軸瓦間隙、油膜間的剪切應(yīng)力等通常都不被考慮。傳統(tǒng)的只計(jì)算Reynolds方程或者計(jì)算分析軸承理論和非線性油膜力的方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，因?yàn)檫@兩種方法產(chǎn)生的誤差較大。

20世紀(jì)初，我國航天航空工業(yè)飛速發(fā)展，同時(shí)也帶動(dòng)了偏微分方程理論、數(shù)值計(jì)算方法、網(wǎng)格生成、計(jì)算機(jī)硬件工業(yè)等的空前發(fā)展，以及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD的逐漸成熟。計(jì)算流體力學(xué)相比于實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)和理論流體力學(xué)有許多優(yōu)點(diǎn)：研究問題時(shí)，假設(shè)條件較少，可以模擬復(fù)雜流場，應(yīng)用廣闊；時(shí)間短，效率高，效益好；可以考慮許多其他影響因素進(jìn)行研究，應(yīng)用范圍很廣。因此，在對于油膜特性的研究時(shí)，大多研究者采用計(jì)算流體力學(xué)[17]。

高慶水等[18]在分析圓柱軸承壓力特性時(shí)首次使用Fluent數(shù)值模擬，論證了各種方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的誤差大小，但是沒能給出一個(gè)研究其他滑動(dòng)軸承的最優(yōu)數(shù)值模擬方法；涂林等[19]在使用Fluent中的RNG k-ε模型模擬油膜特性時(shí)修正了湍動(dòng)黏度，使模擬結(jié)果更接近實(shí)際值，但是對于小間隙的油膜流場計(jì)算誤差較大。張楚等[20]基于氣液兩相流原理模擬計(jì)算油膜特性，得出了滑動(dòng)軸承油膜分布規(guī)律，但是該方法不能很好的計(jì)算流體本身的流動(dòng)特性；而文獻(xiàn)[21]使用單個(gè)模型對滑動(dòng)軸承油膜進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出非線性油膜力與軸系的關(guān)系。但是對于軸承的間隙比沒有很好考慮，因而研究的結(jié)果沒有很精確的計(jì)算出實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的油膜特性。

2 CFD中數(shù)學(xué)模型的選取

在流體運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)流體慣性力和粘性力在一個(gè)數(shù)量級時(shí)，湍流就產(chǎn)生了。汽輪機(jī)軸瓦進(jìn)油口進(jìn)油為壓力進(jìn)油，流體是三維的隨機(jī)擾動(dòng)流體，必然會(huì)發(fā)生湍流現(xiàn)象。對模型進(jìn)行一系列假設(shè)，將理論與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，建立包括雷諾平均方程和脈動(dòng)方程并且用來描寫湍流平均量的封閉方程組，將該方程組稱為湍流模型。

CFD中有許多湍流模型，包括Spalart-Allmaras模型、k-ε模型、k-ω模型、雷諾應(yīng)力模型（RSM）、大渦模擬模型（LES）。其中，Spalart-Allmaras 模型是相對簡單的單方程模型，不能用于復(fù)雜的流場；雷諾應(yīng)力模型（RSM）適用于雷諾應(yīng)力明顯具有各向異性的流場中，比如龍卷風(fēng)、燃燒室等帶有強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的流場；大渦模擬模型（LES）適用于大渦結(jié)構(gòu)受流場影響較大的流場中。

k-ε模型假定湍流為各向同性的均勻湍流，不適用于汽輪機(jī)滑動(dòng)軸承油的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槠啓C(jī)滑動(dòng)軸承進(jìn)油為壓力進(jìn)油，對軸頸有一定沖擊作用。并且當(dāng)軸頸高速旋轉(zhuǎn)，油在軸頸和軸瓦組成的狹小間隙內(nèi)做粘性剪切湍流運(yùn)動(dòng)。在這種存在沖擊和不完全湍流的情況下，使用k-ε模型的結(jié)果會(huì)和實(shí)際結(jié)果懸殊很大。對k-ε模型進(jìn)行一些改進(jìn)可以得到RNAk-ε模型，它在計(jì)算功能上大大強(qiáng)于k-ε模型，同樣由于油膜的沖擊和渦旋的存在，RNAk-ε模型也不能用于汽輪機(jī)可傾瓦滑動(dòng)軸承油膜特性的研究。

而k-ω模型包含了流體的剪切流擴(kuò)散，剪切應(yīng)力輸運(yùn)k-ω模型簡稱SST（Shear Stress Transport）k-ω湍流模型，它是將k-ω模型和k-ε模型都乘以一個(gè)混合函數(shù)，然后再相加的結(jié)果。這種模型具有k-ω模型近壁區(qū)計(jì)算和k-ε模型遠(yuǎn)場計(jì)算兩大優(yōu)點(diǎn)。SSTk-ω模型增加了橫向耗散導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，考慮了湍流剪切應(yīng)力，使用的湍流常數(shù)也和其他模型不同。這使得SSTk-ω模型應(yīng)用范圍更加廣泛，它可以用于帶逆壓梯度的流動(dòng)計(jì)算，并且能夠很合理的考慮流體的渦流黏度。Shear Stress Transport（SST）湍流模型對于研究汽輪機(jī)滑動(dòng)軸承油膜特性的模擬計(jì)算更適合。

3 結(jié)論與建議

1）在對油膜模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，根據(jù)可傾瓦油楔中油膜的運(yùn)動(dòng)環(huán)境，可用Shear Stress Transport（SST）湍流模型來計(jì)算，因?yàn)樵摲N模型可以考慮到不可忽略的狹小間隙內(nèi)的油膜剪切應(yīng)力，該模型對于油膜特性的模擬十分接近實(shí)際油膜特性。

2）對于可傾瓦油膜特性的研究，必須考慮到油膜溫度和壓力的關(guān)系，將兩者耦合計(jì)算會(huì)使結(jié)果更加接近實(shí)際油膜流場。

3）可傾瓦滑動(dòng)軸承的油膜壓力、油膜溫度、油膜厚度等都關(guān)系到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，雖然有關(guān)研究者做過圓形軸瓦、橢圓軸瓦、三油楔軸瓦軸承油膜對轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的研究，但是用N-S方程數(shù)值模擬計(jì)算對于可傾瓦的研究甚少。

【參考文獻(xiàn)】

[1]畢世華，李乃宏，鄭鋼鐵.油膜軸承動(dòng)態(tài)特性參數(shù)及轉(zhuǎn)子不平衡的現(xiàn)場識別[J].航空學(xué)報(bào)，1998，9（3）：378-383.

[2]王致清.粘性流體力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[3]Seongheon Yang，Chaesil Kim，Wonchang Lee.Prevention of Fluttering Fatigue Damage in a Tilting Pad Journal Bearing[J].Tribology International，2009，42：816-822.

[4]Matthew Cha，Patrik Isaksson，Sergei Glavatskih.Influence of Pad Compliance on Nonlinear Dynamic Characteristics of Tilting Dad Journal Bearings[J]. Tribology International，2013，57：46-53.

[5]Kyung-Bo Bang，Jeong-Hun Kima，Yong-Joo Cho. Comparison of Power Loss and Pad Temperature for Leading Edge Groove Tilting Pad Journal Bearings and Conventional Tilting Pad Journal Bearings[J]. Tribology International，2010，43：1287-1293.

[6]White，M.F.and Chan S.H.The Sub Synchronous Dynamic Behavior of Tilting-Pad Journal Bearings[J].ASME J.of Tribology，1992，11（4）：167-173.

[7]Chang Q Yang P，Meng Y，Wen S.Thermo Elastic Hydro Dynamic analysis of the Static Perfomance of Tilting-Pad Journal Bearings with the Newton-Raphson method[J].Tribology International，2002，35（4）：225-234.

[8]EI-Butch A M，Ashotir N M.Transient analysis of Misaligned Elastic Tilting-Pad Journal Bearing[J].Tribology International，2005，38（1）：41-48.

[9]Zaehariadis D C.A Xial Wedge Effect in Tilted Hydrodynamic Journal Bearings [J].Tribology Transactions，2008，51（3）：173-181.

[10]李小江，朱均.300MW汽輪發(fā)電機(jī)組徑向可傾瓦軸承性能研究[J].與密封，1996（1）：29-32.

[11]王鳳才，徐華，朱均，等.大型動(dòng)靜力徑向可傾瓦軸承熱彈流體研究[J].中國機(jī)械工程，2001，12（2）：140-143.

[12]張勇斌，溫詩鑄.軸承的有限元分析及其多重網(wǎng)格算法[J].工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)，1994，16（4）：97-101.

[13]姜歌東，謝友柏.滑動(dòng)軸承油膜動(dòng)特性的時(shí)域：多工況識別法[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2000，19（1）：123-124.

[14]趙文芳，宋寶玉，曲建俊.國內(nèi)外彈性金屬瓦軸承的研究現(xiàn)狀[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2006，25（4）：15-20.

[15]呂延軍，張永芳，季麗芳，等.可傾瓦軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力行為[J].振動(dòng)、測試與診斷，2010（10）：539-595.

[16]紀(jì) 峰，袁小陽，張宏濤，等.可傾瓦軸承動(dòng)態(tài)特性計(jì)算模型及方法研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2012，54（2）：105-108.

[17]張宏獻(xiàn)，徐武，王鎮(zhèn)江，等.橢圓度對橢圓滑動(dòng)軸承穩(wěn)定性的影響[J].中國機(jī)械工程，2011（10）：2466-2468.

[18]高慶水.基于CFD方法的液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承動(dòng)特性研究[J].與密封，2008，33（9）：65-67.

[19]涂林，李多民，段滋華.基于Fluent的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承油膜力場模擬研究[J].與密封，2011，36（4）：82-86.

與流體力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象范文第4篇

無論是 DGT 靶還是 HLM 靶，其基本原理都是通過流動(dòng)將沉積在束流反應(yīng)區(qū)的熱量進(jìn)行移除，并攜帶到換熱裝置中進(jìn)行熱量的交換。因此對于靶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于流動(dòng)特性的掌握是換熱問題的關(guān)鍵所在。

流體的最基本組成是微觀尺度的分子，但是當(dāng)著眼于宏觀尺度的問題時(shí)，一般是通過以包含大量分子的流體元為最基本單位，可以將分子的行為在一定程度上忽略，同時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)的適用連續(xù)性假設(shè)，認(rèn)為流體的宏觀特征量在空間中是連續(xù)均勻的確定值。對于液態(tài)靶中水或者 HLM 工質(zhì)來說，分子自由程非常小，能夠充分滿足流體作為連續(xù)介質(zhì)的前提條件。此外對于這兩種流體，在研究的狀態(tài)范圍內(nèi)，也非常充分的滿足不可壓縮流體的近似條件即工質(zhì)的密度不隨壓強(qiáng)而改變，這些流體的條件性質(zhì)不僅簡化了問題的計(jì)算和設(shè)計(jì)，同時(shí)也為對于理解靶系統(tǒng)中的問題提供了重要基礎(chǔ)。而顆粒體系的力學(xué)特性則要復(fù)雜的多，盡管曾有研究者試圖以類流體模型對顆粒體系運(yùn)動(dòng)進(jìn)行處理，但目前還沒有好的普適方法，而且即使采用類流體模型，顆粒體系的流變特性與通常可以被認(rèn)為是牛頓流體的水、液態(tài)金屬也是截然不同的。對于通常狀態(tài)下的水和液態(tài)金屬，其由于流動(dòng)速度的梯度所產(chǎn)生的切向應(yīng)力與速度梯度成固定正比，這一比例即使流體的粘性。

對于靶問題中的多數(shù)物理問題，無論是在模擬與計(jì)算過程當(dāng)中，還是在通過實(shí)驗(yàn)對體系物理量的測量方面，通常使用的都是歐拉方法，即關(guān)注固定空間坐標(biāo)位置的物理量變化。確定流體運(yùn)動(dòng)的方程一般有連續(xù)方程和動(dòng)量方程組成：

連續(xù)性方程：

式中(u, v, w)為速度的 x，y，z 方向分量，F(xiàn)b為體積力，下標(biāo)表示 x，y，z 方向分量，Pij為體積元所受應(yīng)力張量中的對應(yīng)分量。式中第一項(xiàng)為隨體導(dǎo)數(shù)：

對于不可壓縮流體：

因此，有：

描述流體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量方程為：

 

應(yīng)力張量的定義法向是朝向控制體外的，因而考慮主應(yīng)力作用時(shí)，需要進(jìn)行反號?？紤]到本構(gòu)關(guān)系方程后，靶材料這樣的粘性不可壓縮流體最常見采用的特殊化方程即是 Navier-Stocks 方程：

在直角坐標(biāo)系下的分量形式：

由于最后一項(xiàng)粘性項(xiàng)的存在，導(dǎo)致了這一方程是非線性方程，也就決定了流體體系屬于典型的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，即使對于粘性為一定值的牛頓流體，也難以通過計(jì)算手段給出準(zhǔn)確的系統(tǒng)狀態(tài)，通常只能使用簡化方法進(jìn)行處理，或者采用數(shù)值求解方法。

一般來說，在確定的粘性和初始流動(dòng)速度的情況下，方程存在定常和周期性的解，這個(gè)解一般也是比較光滑的，這正是流體中的層流現(xiàn)象。但當(dāng)邊界條件發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，正是由于粘性非線性項(xiàng)的存在，使得方程出現(xiàn)兩種截然不同的性質(zhì)：一是通過粘性耗散，初時(shí)的擾動(dòng)逐漸衰減，流動(dòng)能夠恢復(fù)成穩(wěn)定的狀態(tài)；二是由于非線性作用，完全失去穩(wěn)定，這時(shí)就成為了通常所說的湍流狀態(tài)。由于粘性和流動(dòng)速度間關(guān)系的重要作用，定義了無量綱系數(shù)雷諾數(shù)。

通常當(dāng)雷諾數(shù)超過一定的閾值，在外界的擾動(dòng)下就會(huì)發(fā)生湍流現(xiàn)象，當(dāng)湍流發(fā)生時(shí)不僅導(dǎo)致壓力速度的波動(dòng)，甚至還會(huì)誘發(fā)特定的震動(dòng)現(xiàn)象，最典型的即卡爾曼渦街。

除了上述非線性系統(tǒng)有關(guān)的不穩(wěn)定性現(xiàn)象，水和液態(tài)金屬作為不可壓縮流體還會(huì)產(chǎn)生長距離的沖擊波效應(yīng)，最常見的是水擊現(xiàn)象，沖擊波的瞬時(shí)壓強(qiáng)可以超過正常值數(shù)十倍，造成振動(dòng)、噪聲，嚴(yán)重的還會(huì)對于回路中存在缺陷和脆弱的部分產(chǎn)生巨大的破壞性效果，這一作用在管道的水力學(xué)研究中一維化的可以用以下方程表達(dá)：

連續(xù)性方程：

運(yùn)動(dòng)方程：

式中 H 為測壓水頭，v 為液流速度，s 為延管道長度，c 為水擊波速， 為管道傾斜角度，g 為重力加速度，D 為管道直徑。方程中可以看出，在較粗管道中，當(dāng)管道系統(tǒng)沿程阻力不大時(shí)，水擊波的運(yùn)動(dòng)可以表現(xiàn)出反復(fù)振蕩的特點(diǎn)，同時(shí)在長距離上的衰減速度很慢。而計(jì)算研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明了以上的現(xiàn)象，這樣系統(tǒng)由于泵、閥門的突然劇烈的工況變化，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)嚴(yán)重的振動(dòng)沖擊，對連接處和工作設(shè)備造成系統(tǒng)性的巨大破壞。

相比于流體，顆粒體系的基本構(gòu)成是單個(gè)的顆粒，其尺度通常為宏觀水平，而將顆粒體系作為整體研究時(shí)，既可以從顆粒之間兩兩作用力為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行離散方法的研究，也可采取類似流體的等效連續(xù)模型從而避開體系內(nèi)巨量的相互作用。使用離散的方法思路比較直觀，其基本方程就是兩體之間平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程。同時(shí)實(shí)際中的兩體間非彈性相互作用模型也有利于理解和分析作用力的耗散。但其復(fù)雜之處一正是在于由于顆粒的材料、外形特性導(dǎo)致的復(fù)雜作用力形式，二在于體系內(nèi)大量的顆粒關(guān)系對計(jì)算量的需求。離散計(jì)算模型中最為常見的是 HertzMindlin 接觸模型，在這一模型中，法向作用由 hertz 模型提供：

切向作用由 Mindlin 模型以增量形式給出：

上兩式中， 為剪切模量， 為泊松比， 為等效半徑定義為R1 R2 /（R1 + R2）， δ為形變重疊量。

當(dāng)體系的規(guī)模超過離散處理能力的時(shí)候，采用連續(xù)性模型在一定條件下也是可行的。問題正在于體系所處的條件狀況適用于何種連續(xù)力學(xué)模型，尤其是材料流變性質(zhì)和耗散性質(zhì)。相比于一般的連續(xù)性介質(zhì)，其本身能夠承受一定的應(yīng)力這是與液體不同的；而受到應(yīng)力作用時(shí)，其形變又是非線性和不可逆的，這一點(diǎn)又與固體不同。波在穿過固體堆積顆粒的過程中，不僅表現(xiàn)出波的向前傳播，更重要的還同時(shí)存在波的反射、衍射等現(xiàn)象，對于高密度的堆積體，振波難以向前穿透，這樣一來，局部產(chǎn)生的振動(dòng)影響，主要都局限在振動(dòng)產(chǎn)生的部位，不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)性的長距離和持續(xù)效應(yīng)。

顆粒中力學(xué)波的傳播是極其復(fù)雜的形式，目前對這一問題仍缺乏全面的了解。一種常見的思路是基于上面介紹的 Hertz-Mindlin 模型，以平均場近似將其應(yīng)用到顆粒系統(tǒng)整體，常見的等效介質(zhì)理論 EMT(Effective Medium Theory)認(rèn)為顆粒體系的性質(zhì)如下：

上式中 K 為彈性模量， 為剪切模量，φ為堆積率，Z 為平均接觸數(shù)，P 為堆積體擠壓力，其它符號與 Hertz-Mindlin 模型中字母含義相同。

由于顆粒難以傳播拉伸作用，只能討論壓縮作用和剪切作用，其波速分別以Cp ,Cs 表示：

因此，波速應(yīng)當(dāng)與壓縮作用力的 1/6 次方成比例關(guān)系。但實(shí)驗(yàn)表明這一結(jié)論僅針對特定體系成立。但無論如何，通過正相關(guān)關(guān)系表明，對于并不處于完全緊密接觸作用的體系，作用力減小，對于體系的波傳遞是更為困難。即是針對沙丘鳴沙表面振動(dòng)的研究中，除了波速遠(yuǎn)小于氣固聲波速度外，其向系統(tǒng)內(nèi)衰減也是非常迅速的。

應(yīng)當(dāng)說在不同的條件下，顆粒體系呈現(xiàn)出的特性是介于固體和液體之間的，但又與二者不同。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)充分注意到這一效應(yīng)，尤其是當(dāng)顆粒體系的運(yùn)動(dòng)介于一定范圍內(nèi)時(shí)，呈現(xiàn)出固體液體轉(zhuǎn)變的特征常被研究者稱為玻璃態(tài)或jamming 狀態(tài)。在臨界范圍內(nèi)，顆粒流動(dòng)也經(jīng)常出現(xiàn)間歇和不穩(wěn)定的情況，是設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)注意的因素。

盡管在數(shù)值模擬方法和一些設(shè)計(jì)的具體問題上，經(jīng)常會(huì)采用離散模型的觀點(diǎn)，但通過連續(xù)介質(zhì)的觀點(diǎn)來看更有利于將 DEM 靶和 HLM 靶進(jìn)行對比。針對顆粒流動(dòng)所建立的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)有時(shí)也被稱為顆粒固體流體動(dòng)力學(xué)，對于運(yùn)動(dòng)速度不快、堆積系數(shù)較大的顆粒體系當(dāng)中低頻長波動(dòng)力行為物理圖景的理解有著指導(dǎo)意義。當(dāng)采用類似流體力學(xué)的觀點(diǎn)看待顆粒體系時(shí)，其基本連續(xù)性方程和運(yùn)動(dòng)方程形式上是相似的，但由于連續(xù)性和內(nèi)部作用力不同，因此在關(guān)鍵項(xiàng)上有區(qū)別。

連續(xù)性方程：

式中左側(cè)第一項(xiàng)密度變化顯然在顆粒體系中不為 0。因此，顆粒體系的連續(xù)方程需要使用：

運(yùn)動(dòng)方程同樣滿足，但是由于本構(gòu)關(guān)系復(fù)雜，卻無法做出化簡，需要根據(jù)實(shí)際情況確定應(yīng)力張量，除了基本的摩擦關(guān)系用于處理主應(yīng)力和其他應(yīng)力的關(guān)系，其它目前常見的流變模型還有 Mohr 環(huán)方法，或者以類似賓漢流體的處理，還有一些新方法試圖采用高分子力學(xué)當(dāng)中的模型，這些模型都在不同情況下取得了一定的成功，但在通用模型上還沒有很好的解決辦法。

但對于顆粒流動(dòng)體系而言，由于其基本單元是有具有確定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的宏觀物體集合，因此也會(huì)以統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法借用熱力學(xué)觀點(diǎn)，對這一體系進(jìn)行處理，例如體系中能量的耗散過程。

另外作為一種固相與氣相的混合系統(tǒng)，對于固體氣體的相互作用關(guān)系也應(yīng)當(dāng)在予以考慮，尤其是當(dāng)固體顆粒尺寸密度較小而氣體流速較大的時(shí)候，這一作用尤為顯著，可以產(chǎn)生流化效應(yīng)，甚至是堵塞情況產(chǎn)生，但針對靶設(shè)計(jì)環(huán)境而言，這一作用可通過系統(tǒng)材料、運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)計(jì)予以避免。

就具體以數(shù)值模擬方法而言，HLM 靶的設(shè)計(jì)方法是 CFD 方法。在對流體行為的模擬中，總是需要通過網(wǎng)格進(jìn)行離散便于進(jìn)行數(shù)值模擬的。由于方程屬于非線性方程，求解困難，對于這一問題有不同的解決思路：1.直接求解非線性 N-S方程，稱為直接數(shù)值模擬方法，這一特點(diǎn)用于細(xì)密的時(shí)空離散的時(shí)候能夠給出信息豐富的多尺度湍流信息，缺點(diǎn)則是對于這樣的離散需求的計(jì)算量非常巨大，一旦網(wǎng)格粗糙，收斂性就會(huì)嚴(yán)重變差。2.采用時(shí)均-脈動(dòng)的觀點(diǎn)處理湍流，即雷諾平均方法，并且認(rèn)為存在一個(gè)湍流造成的粘性系數(shù)即波西尼克假設(shè)，這樣一來，運(yùn)動(dòng)方程得到了極大的簡化，于物理過程而言忽視了就是湍流的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，主要關(guān)注平均量。這樣一來體系能夠處理更為粗糙的時(shí)空離散和更大的系統(tǒng)。Fluent 中主要采用的即這一方法，其內(nèi)設(shè)了多個(gè)不同的湍流模式可供使用。也是最為廣泛采用的方法。3.介于上述思路之間的大渦模擬方法，這一方法對于網(wǎng)格尺度以下的湍流渦行為使用湍流模式的方法，而網(wǎng)格尺度以上的則類似采用直接數(shù)值模擬方法，得到的結(jié)果自然也介于兩者之間。

對于 HLM 靶而言，以雷諾平均的方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)所采用的模型對于計(jì)算結(jié)果無疑對于流動(dòng)傳熱有著重要的影響，MYRRHA 項(xiàng)目曾經(jīng)在 CFD 模型方面做出了大量的工作，使用了數(shù)種 CFD 的軟件和多種模型對于非 Detachedflow 靶的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了模擬，并進(jìn)行了 benchmark 實(shí)驗(yàn)。最終模擬中采用了多相模型（以 VOF 為主要手段并有其他如動(dòng)網(wǎng)格或歐拉-歐拉法方法）、湍流模型（以k-ε 模型為主，LES 等其他手段進(jìn)行輔助驗(yàn)證對比）、汽蝕模型（cavitation 模型為主）等。系統(tǒng)性研究方面，則采用了 Relap5 對額定狀況開機(jī)與穩(wěn)定運(yùn)行，主流速度的小幅波動(dòng)，主泵在束流關(guān)閉或未關(guān)閉情況下停轉(zhuǎn)，束流開關(guān)，熱交換器束流關(guān)閉或未關(guān)閉情況下失效，feeder drag 波動(dòng)等情況進(jìn)行了模擬與分析。

上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)也曾經(jīng)了對于非 Detached flow 的流動(dòng)情況采用了不同模型進(jìn)行模擬并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較并給出他們的推薦方案。這些努力無疑是有益的，尤其是在大渦模擬的效果方面，但是客觀的說，具有自由界面的特點(diǎn)使得非 Detached flow 本身的回流區(qū)的變化受到系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)影響非常嚴(yán)重，幾乎找不到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)用來準(zhǔn)確的進(jìn)行比較。由于實(shí)驗(yàn)本身的波動(dòng)不穩(wěn)定一方面由于靶區(qū)流體流動(dòng)本身造成，另一方面也與系統(tǒng)內(nèi)其它組件導(dǎo)致的波動(dòng)有關(guān)。這種不穩(wěn)定的情況是 HLM 靶中由于物理機(jī)制自然存在而無法避免的現(xiàn)象，這一點(diǎn)無論在本工作中建立的水回路、上海交通大學(xué)水回路、還是 MYRRHA 項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是同樣的，甚至通過三維模擬也能發(fā)現(xiàn)類似的不穩(wěn)定現(xiàn)象。

 

計(jì)算模型方面三維模型能夠更好的符合物理事實(shí)，表現(xiàn)流動(dòng)的不對稱性，但相比于二維算法，三維模型存在計(jì)算時(shí)間長，網(wǎng)格數(shù)量多或網(wǎng)格尺寸大，不易收斂等特點(diǎn)。如果在研究過程中針對靶段流動(dòng)的參數(shù)影響，需要掃描參量，而對界面的瞬態(tài)波動(dòng)關(guān)注較低，優(yōu)先選擇二維模型仍然是很有意義的，同時(shí)，經(jīng)過與實(shí)驗(yàn)的對比，二維模型在流動(dòng)表現(xiàn)形態(tài)方面是能夠滿足要求的：

目前模擬狀態(tài)對于界面較穩(wěn)定的部分的模擬結(jié)果基本還是準(zhǔn)確的。在Detached  Flow 狀態(tài)下由于回流區(qū)區(qū)域顯著的減小了，對于剩余較穩(wěn)定界面部分的模擬價(jià)值無疑就更高。可以作為進(jìn)一步 HLM 靶的研究方向之一。對于小回流區(qū)的情況，相比于弄清楚對于流體過程，也可以從工程角度通過環(huán)形束流更為方便的避開回流區(qū)的熱量沉積。

因此，本工作在進(jìn)行 MYRRHA 構(gòu)型無窗靶的進(jìn)一步參數(shù)研究之前，采用Detached  Flow 狀態(tài)的靶流動(dòng)對可能采用到的模型、離散、計(jì)算方法共同進(jìn)行了比較。模擬中在瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)模擬、piso/ simple 算法、k-ε/k-? 湍流模型、網(wǎng)格有效性方面進(jìn)行了對比研究。對比中其它條件為 VOF 多相流模型、cavitation 相變模型、液態(tài)金屬入口流速 1.0m/s、出口壓強(qiáng) 18000pa、相變臨界壓強(qiáng) 1pa、參考壓強(qiáng) 0pa、重力 9.8m/s2、計(jì)算步長 0.00005S、計(jì)算總時(shí)長 5s?；A(chǔ)模型如下圖所示，其尺寸按照 MYRRHA 項(xiàng)目 V0.10 靶型進(jìn)行設(shè)置，共有計(jì)算網(wǎng)格 63980 個(gè)。模型采用 2D 軸對稱構(gòu)建，上部內(nèi)管設(shè)為壓強(qiáng)入口，模擬加速器束流管道真空環(huán)境；內(nèi)管與外壁形成部分為速度入口，模擬以確定流量流入靶區(qū)的 HLM 工質(zhì)；下部為壓力出口，模擬流出靶區(qū)的工質(zhì)的限制條件。模擬過程中雖然對入口部分的進(jìn)行了增加阻力設(shè)置，但是主要評估研究區(qū)域?yàn)殄F形匯流段。

在各個(gè)算例當(dāng)中，HLM 工質(zhì)在靶區(qū)的流動(dòng)均形成了預(yù)期的自由液面，其相圖和壓力分布如下所示。

上圖的結(jié)果均整體上與文獻(xiàn)結(jié)果呈現(xiàn)基本一致的特征，盡管在局部的有邊界條件造成的區(qū)別。由于在針對靶區(qū)回流現(xiàn)象和自由噴射流進(jìn)一步的研究中，這一結(jié)構(gòu)沿對稱軸的流動(dòng)是非常重要的，因此，將算例中沿對稱軸的流速特性進(jìn)行對比，如下圖所示

結(jié)果表明，幾種設(shè)置在這一問題的模擬上所得到的主要結(jié)果基本是一致的。另一方面，網(wǎng)格相關(guān)性所產(chǎn)生的結(jié)果變化也不顯著，總體來說，速度方面，采用各個(gè)方法所得到的結(jié)果在作為研究重點(diǎn)液相區(qū)域區(qū)別不大，考慮到壓強(qiáng)分布，尤其是發(fā)生匯流作用的區(qū)域的不同，認(rèn)為二維軸對稱下網(wǎng)格尺寸為 1mm 的計(jì)算模型和 K-ε 湍流模型能夠起到良好的計(jì)算效率與計(jì)算質(zhì)量的折衷，同時(shí)，采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算研究液相區(qū)域的流動(dòng)，也是可以接受的方案。在這些算例在計(jì)算中所花費(fèi)的四核并行計(jì)算時(shí)長如下表所列：

進(jìn)一步地，使用穩(wěn)態(tài)計(jì)算對計(jì)算模型中的離散方式進(jìn)行了對比，對比算例的設(shè)置如下表所示，計(jì)算迭代為 10 萬步，并且由于高階算法的收斂問題，將動(dòng)量松弛壓因子調(diào)為 0.2。

除了 MP 組合導(dǎo)致結(jié)果不收斂，VB 組合導(dǎo)致顯著不符合物理事實(shí)的結(jié)果外，采用不同的離散方法時(shí)，束流作用界面的形狀和位置基本不變，主要發(fā)生變化的是位于下方的第二液面位置和兩相界面的清晰程度，采用高階相體積分?jǐn)?shù)算法的算例中，兩相界面明顯更為清晰；在體積分?jǐn)?shù)離散方法上 Compressive 產(chǎn)生的的兩相界面最為清晰。得到的軸向壓強(qiáng)分布如下：

圖 5.9  對不同網(wǎng)格、壓力、動(dòng)量、體積分?jǐn)?shù)、湍動(dòng)的設(shè)置計(jì)算得到的軸向壓強(qiáng) 

圖中，采用高階動(dòng)量算法，得出的壓強(qiáng)值明顯降低，而采用高階湍流算方法在產(chǎn)生壓力峰值的匯流點(diǎn)處的壓強(qiáng)值明顯較高。0.2m 以下的部分出現(xiàn)了不同的壓強(qiáng)分布，采用不同網(wǎng)格離散的結(jié)果差距不大?？傮w來說，基于不同 1 階精度算法得到的壓強(qiáng)值在壓力峰值處為(19895.75±4679.45)pa，變化幅度 23.5%，位置為(0.2530±0.002)m。

由于采用高階算法的準(zhǔn)確度高于一階算法，因此，在穩(wěn)定性可靠的情況下，盡量考慮在二階算法中選擇，提高計(jì)算精度。從中組合選取高階計(jì)算方法進(jìn)行比較，在比較過程中，由于高階動(dòng)量算法產(chǎn)生的差異最大，因此，以高階動(dòng)量算法為主，測試兩種高階算法共同使用時(shí)產(chǎn)生的效果，采用不同離散方法所產(chǎn)生的靶區(qū)氣液兩相分布、軸向流動(dòng)速度分布如下所示： 

第二界面的位置不同，反映了在這一區(qū)域的計(jì)算過程中不同的算法計(jì)算得到的壓力不相同，為進(jìn)一步量化這一因素，提取沿對稱軸的壓力分布進(jìn)行比較，如下圖所示：

與圖中 SD 曲線比較可見，當(dāng)多種離散方程復(fù)合使用的時(shí)候，計(jì)算值均較一階時(shí)降低，各算例間的差距也都相應(yīng)減小，可見高階動(dòng)量方程仍起到了主要作用；總體來說高階湍流方程表現(xiàn)出與低階時(shí)計(jì)算結(jié)果的不同，而高階湍流算法之間的差異較小，如峰值壓強(qiáng)變化減小為(14735.55±2038.75)pa 變化幅度 13.8%，壓力峰值的位置變化減小為(0.25654±0.0015)m，另外還需要注意，在 0.1m-0.15m 處的壓力分布也有著較大的不同，最大變化(2538.945±1197.135)pa，變化幅度為47.1%，這一位置附近是上方向下流動(dòng)的液態(tài)金屬注入第二液面的作用區(qū)域；高階相體積分?jǐn)?shù)離散方程也表現(xiàn)出與湍流離散方程相似的特征，為進(jìn)一步驗(yàn)證，選取多個(gè)高階離散，采用二階動(dòng)量下不同湍流、相體積分?jǐn)?shù)離散方程進(jìn)行對比。計(jì)算設(shè)置及計(jì)算結(jié)果相圖如下：

上圖中，隨著更多的采用高階算法，計(jì)算結(jié)果基本區(qū)域一致，其壓強(qiáng)峰值波動(dòng) 為 (15501.75±234.25)pa ， 波 動(dòng) 范 圍 1.5% ， 壓 力 峰 值 的 位 置 變 化 為 (0.25754±0.0005)m，并且 0.1-0.15m 處的壓力變化趨于一致。

綜上，在進(jìn)一步的計(jì)算中，選擇二階動(dòng)量方程、二階湍流方程、可壓縮體積分?jǐn)?shù)方程，這樣的設(shè)置組合能夠保證：針對靶區(qū)不同構(gòu)型的兩相流動(dòng)狀態(tài)保持較好的收斂性；提供較好的精度與計(jì)算速度的折衷；在該物理模型下，采用不同的算法導(dǎo)致的結(jié)果偏差不大，在預(yù)計(jì)誤差 30%的情況下，可以涵蓋 Fluent 不同算法導(dǎo)致的誤差范圍。

對該設(shè)置進(jìn)行計(jì)算迭代步數(shù)結(jié)果偏差的測試和穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)算法的比較：

該模型下，到達(dá) 10000 步時(shí)，其各項(xiàng)殘差曲線如下圖：

各項(xiàng)殘差隨計(jì)算時(shí)間保持收斂，該模型下，隨迭代步數(shù)的增加，得到的軸線壓力分布如下圖所示。

自 20000 步起，從其結(jié)果來看已經(jīng)可以認(rèn)為處于基本穩(wěn)定。

而在顆粒靶的設(shè)計(jì)過程中采用的 DEM 方法，相比于 CFD 計(jì)算，由于基本作用原理簡單，它的計(jì)算方法中使用的近似則要少得多。做一個(gè)不一定很恰當(dāng)?shù)念惐?，DEM 方法實(shí)際上就是與 CFD 方法中的直接數(shù)值模擬類似，而主要問題一方面是顆粒體之間的作用力形式問題，另一方面是計(jì)算規(guī)模問題。

與流體力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象范文第5篇

教學(xué)活動(dòng)是一個(gè)雙邊活動(dòng)，教與學(xué)的協(xié)調(diào)是十分重要的。教師在教學(xué)中要研究如何教，更重要的是要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動(dòng)性。在高職院校醫(yī)學(xué)物理學(xué)的教學(xué)中，要充分考慮本課程的兩個(gè)服務(wù)，一是服務(wù)于后期專業(yè)基礎(chǔ)課程，為后期課程的學(xué)習(xí)打好必要知識基礎(chǔ)；二是服務(wù)崗位工作知識技能的需要。即教有所成，學(xué)有所用。醫(yī)學(xué)物理學(xué)是醫(yī)學(xué)院的公共基礎(chǔ)課程，理論性很強(qiáng)，要做到教學(xué)做合一，使學(xué)生對知識的運(yùn)用能力和綜合素質(zhì)得到提高，達(dá)到培養(yǎng)人才的目的。

一 高職院校醫(yī)學(xué)物理學(xué)的地位及重要性

近年來高職院校都在進(jìn)行課程教學(xué)改革，但許多醫(yī)學(xué)職業(yè)學(xué)校中醫(yī)學(xué)物理學(xué)不被領(lǐng)導(dǎo)重視。不少專業(yè)在制定人才培養(yǎng)方案時(shí)，甚至將醫(yī)學(xué)物理學(xué)刪除了，出現(xiàn)這種情況原因是多方面的。但并不能因此說明物理學(xué)對醫(yī)學(xué)生不重要，我校目前只有醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)、藥劑專業(yè)、康復(fù)技術(shù)專業(yè)三個(gè)專業(yè)仍保留醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程，另外，高職只有康復(fù)技術(shù)一個(gè)專業(yè)有醫(yī)學(xué)物理學(xué)課程。

一般醫(yī)學(xué)生都不重視普通課程的學(xué)習(xí)，只重視專業(yè)課程。在所有的普通課程中，學(xué)生感到醫(yī)學(xué)物理學(xué)最難學(xué)，最難懂。一方面是由于學(xué)校要求過高，超出了醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)對物理知識的需要；另一方面，是學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)較差，定量計(jì)算過程不易掌握，使學(xué)生感到吃力，缺乏興趣和信心，教學(xué)效果不理想。因此要改革教學(xué)模式和方法。

物理學(xué)是一門重要的且廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科。它引導(dǎo)人類不斷地去揭示自然界的奧秘，使人類對自然界的認(rèn)識日益深刻。物理學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系可以概括為：（1）物理學(xué)知識是揭示生命現(xiàn)象不可缺少的基礎(chǔ)；（2）物理學(xué)技術(shù)是醫(yī)學(xué)發(fā)展與進(jìn)步的工具和階梯?？梢赃@樣講，在高等醫(yī)學(xué)院校，物理學(xué)教學(xué)效果的好壞對于能否培養(yǎng)出基礎(chǔ)理論扎實(shí)、知識面廣、實(shí)踐能力強(qiáng)的高技能型醫(yī)學(xué)人才起著不可忽視的作用。因此，對于畢業(yè)以后走向各個(gè)工作崗位的醫(yī)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)和掌握物理學(xué)的基礎(chǔ)知識和研究方法是十分重要的，而且是必要的。

當(dāng)然，許多知識的重要性并不體現(xiàn)在今后什么時(shí)候直接用到它，而在于它對以后所要學(xué)的知識的理解和掌握可以起到不可缺少的作用。這些知識可在頭腦中潛移默化，形成定勢，使我們的認(rèn)識能力和理解能力提高一層，就像想走到山頂，就必須經(jīng)過山腳、山腰，一步步攀登，方能達(dá)到目的，才能收到“會(huì)當(dāng)凌絕頂，一覽眾山小”的效果一樣。

二 增強(qiáng)高職院校醫(yī)學(xué)物理學(xué)教法的途徑

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)物理學(xué)的積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)真正掌握一些物理學(xué)的基礎(chǔ)知識，筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中，不斷探索其有效的教學(xué)方法，現(xiàn)提出幾點(diǎn)供同行商榷。

1.將物理學(xué)知識與醫(yī)學(xué)應(yīng)用結(jié)合起來教學(xué)

醫(yī)學(xué)職業(yè)院校的學(xué)生畢業(yè)后，一般都從事醫(yī)務(wù)工作。其物理課程教學(xué)內(nèi)容的選取要有所側(cè)重，在物理課教學(xué)過程中，必須考慮學(xué)生所學(xué)知識對以后學(xué)習(xí)和工作以及未來自身發(fā)展所起的作用。因此，每講到新內(nèi)容時(shí)必須盡量把這個(gè)內(nèi)容與醫(yī)學(xué)應(yīng)用聯(lián)系起來，使學(xué)生產(chǎn)生需要感。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師?！迸d趣來源于需要，當(dāng)需要感進(jìn)入學(xué)生的未知領(lǐng)域，就會(huì)產(chǎn)生對所學(xué)知識的興趣。

隨著近代物理學(xué)的迅速發(fā)展，物理學(xué)的技術(shù)和方法在醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療實(shí)踐中的應(yīng)用越來越廣泛。如：光學(xué)顯微鏡、B超和X射線透視對醫(yī)學(xué)的巨大貢獻(xiàn)是大家早已熟悉的。光學(xué)纖維做成的各種內(nèi)鏡已淘汰了各種剛性導(dǎo)管內(nèi)鏡，計(jì)算機(jī)和X射線斷層掃描（X―CT）、超聲波掃描儀（B超）和磁共振斷層成像（MRI）、正電子發(fā)射斷層顯像術(shù)（PET）等的制成和應(yīng)用，不僅僅大大地減少了病人的痛苦和創(chuàng)傷，提高了診斷的準(zhǔn)確度，而且直接促進(jìn)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的建立和發(fā)展，使臨床診斷技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍?？梢哉f，沒有物理學(xué)的支持，就沒有現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的今天。

能將物理學(xué)知識與醫(yī)學(xué)聯(lián)系起來的內(nèi)容很多。如：流體動(dòng)力學(xué)雖然很復(fù)雜，然而它提供了理解諸如呼吸、循環(huán)、蒸發(fā)等許多生理過程的基礎(chǔ)；還有輸液的原理、洗胃的原理、霧化噴藥的原理等，都是根據(jù)流體力學(xué)的規(guī)律制造的。為增進(jìn)那些對物理缺乏積極性的學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可運(yùn)用生物力學(xué)實(shí)例闡明一些物理原理，或做一些與生命科學(xué)有關(guān)的物理習(xí)題。如：跳高者直線向上跳過1.2 米，他是以多大的速度離開地面的？又如：設(shè)肌肉轉(zhuǎn)換功的效率為22%，80千克的人攀登15米鉛直距離所耗費(fèi)的能量有多少？

又如：給病人輸液，應(yīng)特別注意不能在注射器或輸液管中有氣泡，以免氣體進(jìn)入血管，在微血管中發(fā)生栓塞；此外潛水員從深水處上來，或病人和工作人員從高壓氧倉中出來，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)木彌_空間和時(shí)間；這些都是為了避免出現(xiàn)氣體栓塞，使血液不能流動(dòng)。還有表面張力在呼吸中的作用，人體溫度與散熱，細(xì)胞膜電位的計(jì)算，心臟做功，血壓與的關(guān)系等等?？梢哉f物理教學(xué)中能與醫(yī)學(xué)結(jié)合的實(shí)例不勝枚舉。

2.結(jié)合物理學(xué)史進(jìn)行教學(xué)

物理學(xué)史在教學(xué)中的運(yùn)用有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。物理學(xué)史不僅介紹了物理學(xué)上每個(gè)重大發(fā)現(xiàn)所依據(jù)的理論和實(shí)驗(yàn)背景，其試驗(yàn)及方法論的思考浸透著前人對物理學(xué)探索的汗水。將物理概念、定律的歷史發(fā)展過程展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生熟悉科學(xué)家發(fā)現(xiàn)規(guī)律的思維過程和科研方法，并從科學(xué)家的成功中得到啟示，使學(xué)生從中領(lǐng)悟到科學(xué)家是怎樣用科學(xué)方法進(jìn)行研究的，在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)也掌握了科學(xué)研究方法。學(xué)生一旦掌握了物理學(xué)研究方法，就會(huì)形成技能，長期發(fā)揮作用，并且可以通過遷移應(yīng)用到其他知識領(lǐng)域。顯然，如能結(jié)合教材將這方面內(nèi)容很好地貫穿進(jìn)去，不僅有助于學(xué)生對知識的理解，且對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力亦十分有益。

如：講牛頓定律時(shí)，可介紹牛頓生平。其中有許多有教育意義的小故事。講自由落體時(shí)，可介紹伽利略在比薩斜塔上的自由落體實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了統(tǒng)治人們頭腦二千年之久的“物體在自由下落時(shí)，重的物體先著地”的錯(cuò)誤觀念。講光電效應(yīng)時(shí)，介紹愛因斯坦光子學(xué)說的發(fā)現(xiàn)過程；講原子的核式結(jié)構(gòu)時(shí)，說明人們早期對原子結(jié)構(gòu)的人識，湯姆遜的西瓜模型，α粒子散射實(shí)驗(yàn)如何否定湯姆遜的西瓜模型，直到最后盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型。

教材上那種公式化、邏輯化的講授方式，雖然有利于學(xué)生縮短認(rèn)知的過程，但掩蓋了重要概念、定律和理論的發(fā)展過程，很容易使學(xué)生對這些理論感到深?yuàn)W莫測，也容易形成對這些知識的僵化理解。在醫(yī)學(xué)物理學(xué)教學(xué)中，運(yùn)用物理學(xué)史講清理論的產(chǎn)生和發(fā)展，學(xué)生在系統(tǒng)了解這一發(fā)展過程后就能牢固地掌握物理學(xué)知識。這樣，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以受到科學(xué)啟發(fā)、明白科學(xué)發(fā)現(xiàn)，并不是很神秘的事情，在我們身邊，在醫(yī)學(xué)中仍然還有很多未知數(shù)，只要我們勤奮，在將來的工作中有所發(fā)明創(chuàng)造，并不是不可能的。

三 結(jié)束語