序言：作為思想的載體和知識(shí)的探索者，寫(xiě)作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇流體力學(xué)和化工原理，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

由于攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)的流動(dòng)具有復(fù)雜性，目前對(duì)攪拌槽等混合設(shè)備的設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)成分也采用理論計(jì)算的方式，在化工領(lǐng)域中，化工工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器存在不均勻性等特點(diǎn)，不均勻性隨規(guī)模擴(kuò)大而加重，因此，對(duì)攪拌槽內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行研究是非常有必要的。雖然許多化學(xué)家對(duì)化工領(lǐng)域中的攪拌機(jī)槽內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了分析研究，如Harvey等人采用二維模擬計(jì)算攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)的流體，但隨著技術(shù)的不斷改革與發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)的引進(jìn)，改變了以二維模擬的計(jì)算方式，計(jì)算流體力學(xué)的方法不僅可以節(jié)約化工研究成本，采用實(shí)驗(yàn)手段不能獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算流體力學(xué)方法也可以獲得。Sun等人利用計(jì)算流體力學(xué)中的湍流模型計(jì)算了攪拌槽內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)，并且對(duì)其進(jìn)行了三維模擬，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬能有效的計(jì)算攪拌器上部的氣體部分，但是，CFD數(shù)值模擬也存在一定的缺陷，不能有效模擬攪拌器底部區(qū)域。計(jì)算流體力學(xué)CFD與多普勒激光測(cè)速儀LDV有效結(jié)合，可以對(duì)攪拌裝置能更深入的研究，其主要原因是多普勒激光測(cè)速儀測(cè)量的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確驗(yàn)證計(jì)算流體力學(xué)CFD計(jì)算的結(jié)果，同時(shí)多普勒激光測(cè)速儀測(cè)定特定點(diǎn)的速度也可以作為計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算的參考條件。

2.CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析

換熱器是化學(xué)工程中使用最多的設(shè)備，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算方式，不僅可以精確、詳細(xì)的測(cè)量換熱設(shè)備內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)，也可以預(yù)測(cè)換熱器的性能，經(jīng)濟(jì)可靠的換熱器對(duì)化工工業(yè)具有重要作用。對(duì)于化工中的管殼式換熱設(shè)備，其內(nèi)部的幾何形狀設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用計(jì)算流體力學(xué)模擬管殼式換熱設(shè)備的殼側(cè)流場(chǎng)，進(jìn)而充分了解管殼式換熱設(shè)備的殼側(cè)在瞬間變化中的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)，CFD的應(yīng)用有利于分析研究換熱器的基本原理和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

3.CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究

篇2

關(guān)鍵詞：計(jì)算流體力學(xué)；求解；基本原理；化學(xué)工程；應(yīng)用

化學(xué)工程在我國(guó)具有較長(zhǎng)的研究與應(yīng)用歷程，并在實(shí)際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應(yīng)用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時(shí)根據(jù)新材料的開(kāi)發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學(xué)工程中，較多的反映環(huán)境和反應(yīng)機(jī)制都是在溶液中進(jìn)行的，具有質(zhì)量守恒和熱量守恒定律的應(yīng)用。而這種質(zhì)量與能量的關(guān)系正是計(jì)算流體力學(xué)的主要原理。通過(guò)對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率。

1計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的基本原理

計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)稱CFD，是通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法來(lái)求解化工中幾何形狀空間內(nèi)的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量方程等流動(dòng)主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領(lǐng)域中各種流體的流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學(xué)方程式中的動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)。一般情況下，計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法，其也是一門(mén)多門(mén)學(xué)科交叉的科目，計(jì)算流體力學(xué)不僅要掌握流體力學(xué)的知識(shí)，也要掌握計(jì)算幾何學(xué)和數(shù)值分析等學(xué)科知識(shí)，其涉及面廣。針對(duì)計(jì)算流體力學(xué)的真實(shí)模擬，其主要目的是對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以獲得流體流動(dòng)的信息，從而有效控制化工領(lǐng)域中的流體流動(dòng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了計(jì)算流體力學(xué)軟件，其具有對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)的功能，計(jì)算流體力學(xué)軟件操作簡(jiǎn)單，界面直觀形象，有利于化學(xué)工程師對(duì)流體進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。

2計(jì)算流體力學(xué)砸你化學(xué)工程中的實(shí)際應(yīng)用

2.1在攪拌中的應(yīng)用分析

在攪拌的化學(xué)反應(yīng)中，反映介質(zhì)之間的流動(dòng)性比較復(fù)雜，依據(jù)傳統(tǒng)的計(jì)算形式根本無(wú)法解決，并在化學(xué)試劑在攪拌中存在不均勻擴(kuò)散的特點(diǎn)，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點(diǎn)。若是依據(jù)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得反映中物質(zhì)、能量和質(zhì)量的變化規(guī)律，其得出的結(jié)構(gòu)往往存在較差時(shí)效性，實(shí)驗(yàn)騙差加大。通過(guò)對(duì)二維計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠?qū)嚢柚辛黧w的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行質(zhì)量、能量等數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。但是流體的變化，不僅與化學(xué)試劑的濃度、減半速度有關(guān)，還與時(shí)間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系，需要建立三維空間模擬形式進(jìn)行計(jì)算流行力學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)和研究水平的提高，在通過(guò)借助多普勒激光測(cè)速儀后，已經(jīng)對(duì)三維計(jì)算形式有了較大的突破，這對(duì)于化工工程中原料的有效應(yīng)用和工程成本的減低具有促進(jìn)的作用，但是在三維計(jì)算流體力學(xué)中還存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不斷的完善。

2.2CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析

換熱器是化學(xué)工程中主要的應(yīng)用設(shè)備，通過(guò)管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應(yīng)用，能夠有效的控制化學(xué)試劑在反應(yīng)中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同，計(jì)算流體力學(xué)的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過(guò)流體湍流速度的改變，增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過(guò)加大流體的接觸面積，提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中，熱量交換的形式更為復(fù)雜，但是卻群在重復(fù)性換熱的特點(diǎn)，增加了換熱的時(shí)間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計(jì)算流量力學(xué)中，需要對(duì)溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時(shí)間變化進(jìn)行分析。通過(guò)CFD計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠計(jì)算出不同設(shè)備的熱交換效果，并根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求進(jìn)行換熱器的選擇使用。

2.3在精餾塔中的應(yīng)用

CFD已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)和傳質(zhì)的重要工具,通過(guò)CFD模擬可獲得塔內(nèi)氣液兩相微觀的流動(dòng)狀況。在板式塔板上的氣液傳質(zhì)方面,Vi-tankar等應(yīng)用低雷諾數(shù)的k-ε模型對(duì)鼓泡塔反應(yīng)器的持液量和速度分布進(jìn)行了模擬,在塔氣相負(fù)荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結(jié)果和現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎(chǔ),充分考慮了塔壁對(duì)塔內(nèi)流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計(jì)算了矩形鼓泡塔內(nèi)氣液相的分散性能,以及氣泡數(shù)量、大小和氣相速度之間的關(guān)系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內(nèi)典型微型單元(REU)的流體力學(xué)性質(zhì)來(lái)預(yù)測(cè)整塔的流體力學(xué)性質(zhì)的方法,對(duì)每一個(gè)單元用FLUENT進(jìn)行了模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的主要能量損失來(lái)自于填料內(nèi)的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預(yù)測(cè)了整塔的壓降。Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質(zhì)相關(guān),因此用CFD模擬計(jì)算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動(dòng)產(chǎn)生的壓降,為改進(jìn)填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內(nèi)流體流動(dòng)也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動(dòng)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值還有一定的偏差。這是由于對(duì)于許多問(wèn)題所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型還不夠精確,還需要加強(qiáng)流體力學(xué)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。

2.4CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究

在化學(xué)反應(yīng)工程中，反應(yīng)物和生成物的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實(shí)際的反應(yīng)中可以利用計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。但是這數(shù)據(jù)的獲取具有一定的溫度限制，當(dāng)反應(yīng)中溫度過(guò)大，就會(huì)造成分子的劇烈運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡的變化規(guī)律就會(huì)異常，在利用計(jì)算流體力學(xué)的模型計(jì)算中，計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況會(huì)發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度難以獲取，在計(jì)算流體力學(xué)的實(shí)際計(jì)算中，就要借助FLUENT進(jìn)行三維建型，并利用測(cè)速反應(yīng)器進(jìn)行速度的測(cè)量，通過(guò)綜合的比較分析，利用限元法進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算。可以得出不同環(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過(guò)CFD軟件預(yù)測(cè)反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場(chǎng)，可以更進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過(guò)程，詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。

3結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算流體力學(xué)對(duì)于化學(xué)工程的應(yīng)用具有實(shí)際意義，并在經(jīng)濟(jì)效益的提高上具有重要的價(jià)值，在近幾年，化學(xué)工程技術(shù)人員不斷的計(jì)算流體力學(xué)中展開(kāi)研究，以二維空間計(jì)算和模擬為基礎(chǔ)，不斷的完善三維空間的流量計(jì)算，并得出了一系列的流體流動(dòng)規(guī)律。根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的廣泛應(yīng)用，在今后的化學(xué)工程發(fā)展中，應(yīng)加強(qiáng)此類學(xué)科的教學(xué)與延伸，提供出更有效的反應(yīng)設(shè)備和工藝操作。

參考文獻(xiàn)

[1]余金偉,馮曉鋒.計(jì)算流體力學(xué)發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2013(06).

篇3

關(guān)鍵詞 工程流體力學(xué) 成人教育 教育對(duì)象 互動(dòng)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TB126-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

流體力學(xué)的研究對(duì)象包括液體和氣體兩大物質(zhì)形態(tài)，流體力學(xué)的基本任務(wù)是建立描述流體運(yùn)動(dòng)的基本方程，確定流體經(jīng)各種通道及繞流不同物體時(shí)速度、壓強(qiáng)的分布規(guī)律，探求能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計(jì)算方法。在實(shí)際工程的許多領(lǐng)域里，流體力學(xué)一直起著十分重要的作用。就某種意義而言，也正是在流體力學(xué)的研究工作不斷取得成就的前提下，才促進(jìn)了這些工程領(lǐng)域的大力發(fā)展。工程流體力學(xué)是在闡述流體力學(xué)的基本理論基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述和研究流體力學(xué)在工程上的應(yīng)用，工程流體力學(xué)廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、水利、機(jī)械、化工、石油、土建、冶金、航空、航海、氣象、環(huán)境等眾多領(lǐng)域，是這些領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。

1教材與教學(xué)內(nèi)容選取

“工程流體力學(xué)”教材種類繁多，但是目前為止還沒(méi)有一本針對(duì)能源類本科成人教育《工程流體力學(xué)》教材，筆者通過(guò)對(duì)多種教材的研讀，以及往年成教上課的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)各教材所涵蓋的基本理論，及描述流體特性表達(dá)式推導(dǎo)過(guò)程的深度和難度、教材內(nèi)容的廣度，最終選用楊建國(guó)等人編著的《工程流體力學(xué)》（北京大學(xué)出版社，2010年1月第1版）作為成教熱能專業(yè)的臨時(shí)教材。

“工程流體力學(xué)”的內(nèi)容繁雜、學(xué)科綜合性強(qiáng)，流體力學(xué)內(nèi)容很抽象，偏微分方程幾乎貫穿全部課程。流體力學(xué)歐拉方法的思路與物理及其它力學(xué)不同，學(xué)生理解、掌握起來(lái)有困難。鑒于成人教育對(duì)象數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和力學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的特點(diǎn)，在授課中應(yīng)盡量避免大量的數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)和微元的受力分析，把第七章相似原理與量綱分析作為自學(xué)內(nèi)容，在講解動(dòng)量定理、動(dòng)能定理和質(zhì)量守恒定理時(shí)，把輸運(yùn)定理作為主要的公式推導(dǎo)工具，著重強(qiáng)調(diào)基本概念和基本原理的學(xué)習(xí)和掌握。

2授課目標(biāo)及教學(xué)方法

2.1 明確教育目標(biāo)的職業(yè)性和教育內(nèi)容的實(shí)用性

成人教育是以提高社會(huì)從業(yè)人員的履職能力和適應(yīng)職業(yè)變化能力為目標(biāo)的教育，其教育內(nèi)容與職業(yè)需求聯(lián)系緊密，以補(bǔ)充、改善成人的職業(yè)知識(shí)和技能為目的，實(shí)用性較強(qiáng)。

對(duì)于成人教育一定要明確教育目標(biāo)的特點(diǎn)，做到有的放矢，才能起到事半功倍的效果。成人教育對(duì)象（以下稱為“成人”學(xué)生）的特點(diǎn)可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）“成人”學(xué)生職業(yè)性強(qiáng)；

（2）“成人”學(xué)生都有固定的工作崗位，有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在某些方面的認(rèn)識(shí)和能力要強(qiáng)于授課老師；

（3）“成人”學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課，例如數(shù)學(xué)和物理等的基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱，很難理解深度較高、難以理解的原理和公式推導(dǎo)；

（4）“成人”學(xué)生渴望獲取知識(shí)，尤其是能幫助其解釋工作中遇到的實(shí)際問(wèn)題的理論知識(shí)。

總之，授課內(nèi)容的實(shí)用性是教學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，授課內(nèi)容實(shí)用“成人”學(xué)生才愛(ài)聽(tīng)，效果才好。

3教學(xué)手段和教學(xué)方法

3.1加強(qiáng)理論知識(shí)的講授

成人教育的對(duì)象多數(shù)為參加工作多年和未受過(guò)正規(guī)高等教育的成年人，即“成人”學(xué)生，他們又有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。從筆者實(shí)際函授授課的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看， “成人”學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課尤以高等數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)最為薄弱，然而流體力學(xué)的主要工具就是數(shù)學(xué)。

3.2采用導(dǎo)學(xué)+啟發(fā)式方法授課

實(shí)行“導(dǎo)學(xué)式”教學(xué)模式。即，貫徹“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，在教學(xué)中實(shí)行啟發(fā)式教學(xué)，充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)在提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量方面的重要作用。所謂互動(dòng)式教學(xué)，是在教學(xué)中教與學(xué)雙方交流、溝通、協(xié)商、探討，在彼此傾聽(tīng)、彼此接納、彼此坦誠(chéng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)理性說(shuō)服甚至辯論，不同觀點(diǎn)碰撞交融，激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性，拓展創(chuàng)造性思維，以達(dá)到提高教學(xué)效果的一種教學(xué)方式。這種講課的方式，不是老師一個(gè)人講，而是啟發(fā)學(xué)生思考。

“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論講解比較枯燥，為了提高教學(xué)效果，經(jīng)常在課堂上提出問(wèn)題和例題，鼓勵(lì)學(xué)生積極回答，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，從而加深理解。在教學(xué)中要把握“成人”學(xué)生的獨(dú)特特點(diǎn)：那就是有自己固定的工作崗位，有著豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行了如指掌，對(duì)設(shè)備處于非常規(guī)運(yùn)行時(shí)有自己的處理方法，但是為什么這么處理他們并不清楚。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)“成人”學(xué)生的特點(diǎn)，對(duì)“工程流體力學(xué)”的教學(xué)進(jìn)行了探討，使課程更適合“成人”學(xué)生的特點(diǎn)，擴(kuò)大了他們的知識(shí)面，增強(qiáng)了其主動(dòng)思考的能力。在今后的教學(xué)過(guò)程中要進(jìn)一步探索新的教學(xué)方法和手段，不斷提高自身的綜合素質(zhì)和專業(yè)理論知識(shí)，立足學(xué)校特色優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)努力進(jìn)行“工程流體力學(xué)”課程的建設(shè)和探索，以期積累更多的經(jīng)驗(yàn)和取得更大的成績(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳卓如等.工程流體力學(xué)[M].北京：高等教學(xué)出版社，2006.

[2]楊建國(guó)，張兆營(yíng)等.工程流體力學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010.

[3]孫恒朱，鴻梅，舒丹.“啟發(fā)―聯(lián)想式”教學(xué)方法在流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)電力教育.2010，（5）.

[4]黃裕華.成人教育要突出“成教化”特色[J].福建信息技術(shù)教育，2005，（7）.

篇4

關(guān)鍵詞：過(guò)程裝備與控制工程；力學(xué)課程；內(nèi)容優(yōu)化；教學(xué)方法

作者簡(jiǎn)介：孫銅生（1981-），男，安徽天長(zhǎng)人，安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，副教授。（安徽 蕪湖 241000）

基金項(xiàng)目：本文系安徽工程大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究與探索”（項(xiàng)目編號(hào)：2011xjy32）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2014）14-0110-02

我國(guó)的過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)始建于20世紀(jì)50年代，前身為化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)，由于其應(yīng)用于加工制造流程性材料產(chǎn)品即過(guò)程工業(yè)中，且隨著自動(dòng)控制技術(shù)在化工機(jī)械中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，1998年經(jīng)過(guò)教育部批準(zhǔn)更名為過(guò)程裝備與控制工程。該專業(yè)目標(biāo)是培養(yǎng)從事過(guò)程裝備與控制工程領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)、安裝、檢修與科研的應(yīng)用型高級(jí)專門(mén)人才，專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)主干課主要有：理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、電工技術(shù)、電子技術(shù)、工程流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、化工原理、流體機(jī)械、化工設(shè)備設(shè)計(jì)、化工容器設(shè)計(jì)、過(guò)程裝備控制技術(shù)、過(guò)程裝備制造與檢測(cè)、控制工程基礎(chǔ)等，可見(jiàn)力學(xué)類課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中起著重要的作用。

一、力學(xué)課程在過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)中的地位

過(guò)程裝備根據(jù)制造方法不同可分為兩類：一類以焊接為主要的制造手段，如塔器、換熱器、鍋爐等，稱為過(guò)程設(shè)備；另一類以機(jī)械加工為主要的制造手段，如壓縮機(jī)、離心機(jī)、泵等，稱為過(guò)程機(jī)器。[1]過(guò)程設(shè)備一般都承受高溫、高壓，承壓部件的設(shè)計(jì)與制造是過(guò)程設(shè)備的關(guān)鍵問(wèn)題，故過(guò)程設(shè)備又是壓力容器，壓力容器又分為低壓容器（0.1MPa≤p＜1.6MPa）、中壓容器（1.6MPa≤p＜10MPa）、高壓容器（10MPa≤p＜100MPa）、超高壓容器（p≥100MPa）。為了過(guò)程裝備能夠正常工作，需要其具有一定強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，如果裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或選材不當(dāng)，就不能保證裝備的正常及安全運(yùn)行，同時(shí)還要滿足經(jīng)濟(jì)性要求，這就對(duì)理論力學(xué)及材料力學(xué)提出了更高的要求。過(guò)程裝備中既有以流體能量為原動(dòng)力的動(dòng)力機(jī)械如蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等，又有以流體作為工作介質(zhì)的工作機(jī)械比如泵、各種塔器、換熱器、壓縮機(jī)等，這些過(guò)程裝備都是以流體靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的，故工程流體力學(xué)對(duì)過(guò)程裝備的設(shè)計(jì)尤為重要。過(guò)程裝備的主要目的是為了獲得產(chǎn)品，從原材料到產(chǎn)品要經(jīng)歷一系列物理的或化學(xué)的反應(yīng)，這些反應(yīng)伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，特別是熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，而工程熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容就是能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律、提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑及能源利用的經(jīng)濟(jì)性，故工程熱力學(xué)是過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)性課程。可見(jiàn)，力學(xué)類課程可為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和從事本專業(yè)的科研、生產(chǎn)工作奠定必備的理論基礎(chǔ)。

二、力學(xué)課程教學(xué)問(wèn)題及內(nèi)容優(yōu)化

1.課程存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)開(kāi)設(shè)過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)的部分院校走訪及對(duì)各力學(xué)教材的分析，發(fā)現(xiàn)目前專業(yè)力學(xué)課程存在的主要問(wèn)題有：

（1）基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的銜接不好。比如在工程流體力學(xué)里講述了流體動(dòng)力學(xué)方程式及管中流動(dòng)等，而在流體機(jī)械中這些基礎(chǔ)知識(shí)重復(fù)出現(xiàn)；工程熱力學(xué)中的壓氣機(jī)熱力過(guò)程及制冷循環(huán)在流體機(jī)械中也有重復(fù)；理論力學(xué)中的摩擦在機(jī)械設(shè)計(jì)中也有相關(guān)內(nèi)容，材料力學(xué)中的平板彎曲分析理論與過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)中有關(guān)內(nèi)容重復(fù)等；工程流體力學(xué)中的流體靜力學(xué)基本方程式、流體在管中流體的連續(xù)方程式和能量方程式、流體粘性和牛頓定律、層流及湍流、流體流動(dòng)的沿程阻力及局部阻力等內(nèi)容均在化工原理中出現(xiàn)。

（2）力學(xué)課程之間也存在內(nèi)容交叉。比如工程流體力學(xué)和工程熱力學(xué)中都有關(guān)于氣體和蒸汽的流動(dòng)、定熵和絕熱氣流的基本方程式的章節(jié)，工程流體力學(xué)中的流體狀態(tài)參數(shù)和工程熱力學(xué)的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)內(nèi)容重復(fù)；理論力學(xué)中的動(dòng)量矩定理在工程流體力學(xué)中重復(fù)出現(xiàn)。

綜上可見(jiàn)，目前力學(xué)基礎(chǔ)課停留于教學(xué)計(jì)劃中的自身建設(shè)，課程規(guī)劃缺乏有機(jī)協(xié)調(diào)，課程結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化，避免重復(fù)建設(shè)和教學(xué)資源的浪費(fèi)。

2.課程內(nèi)容優(yōu)化

由于理論力學(xué)是學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基礎(chǔ)，可將將理論力學(xué)和材料力學(xué)合并為工程力學(xué)，工程流體力學(xué)及工程熱力學(xué)單獨(dú)開(kāi)設(shè)，將專業(yè)課中所需要的理論知識(shí)全部歸并到力學(xué)課程中進(jìn)行講解，力學(xué)課程中的交叉內(nèi)容按照先上課程先安排的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化后的主要教學(xué)內(nèi)容有：

（1）工程力學(xué)。[2]平面匯交力系；平面力偶系；平面一般力系；空間力系；點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)及合成運(yùn)動(dòng)；鋼體的基本運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程；剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的微分方程；質(zhì)點(diǎn)及質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理；剛體的慣性力系；動(dòng)量定理與動(dòng)量矩定理；虛位移法；軸向拉伸與壓縮；剪切的計(jì)算；圓軸的扭轉(zhuǎn)；梁的彎曲內(nèi)力、彎曲應(yīng)力及彎曲變形的計(jì)算；第一、二、三、四強(qiáng)度理論；組合變形及強(qiáng)度計(jì)算；壓桿穩(wěn)定性計(jì)算。

（2）工程流體力學(xué)。[3]流體的基本參數(shù)及粘性；流體平衡的微分方程式；重力場(chǎng)中的流體平衡及流體的相對(duì)平衡；流體靜壓強(qiáng)的計(jì)算與測(cè)量；流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)方程式；流體運(yùn)動(dòng)的微分方程式；伯努利方程式；層流及湍流；管路的沿程阻力及局部阻力計(jì)算；薄壁孔出口流；厚壁孔出口流；平面縫隙流體；環(huán)形縫隙流動(dòng)。

（3）工程熱力學(xué)。[4]熱力系統(tǒng)與熱力學(xué)狀態(tài)；功和熱的概念；熱力學(xué)第一定律；開(kāi)口和閉口系統(tǒng)能量方程式；氣體和蒸汽的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵；氣體和蒸汽的基本熱力過(guò)程；熱力學(xué)第二定律；卡諾循環(huán)與卡諾定理；孤立系統(tǒng)熵增原理；壓氣機(jī)的熱力過(guò)程；制冷循環(huán)；氣體動(dòng)力循環(huán)；蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)；實(shí)際氣體性質(zhì)及熱力學(xué)表達(dá)式。

三、力學(xué)課程教學(xué)方法探索

1.理解記憶教學(xué)法

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）部分同學(xué)覺(jué)得力學(xué)課程太難，書(shū)上隨便哪一頁(yè)都可以看到公式，一本書(shū)學(xué)下來(lái)接觸的公式基本上都在幾百個(gè)，便放棄了課程學(xué)習(xí)。

（2）部分同學(xué)認(rèn)為既然力學(xué)就是公式的組合，那么平時(shí)上課不需要聽(tīng)講，考試前把公式背一遍就可以了。其實(shí)這兩種態(tài)度都是不可取的，力學(xué)課的公式雖多，但大多數(shù)公式都是基于一些基本的定理推導(dǎo)來(lái)的，只要理解這些定理的實(shí)質(zhì)就能靈活應(yīng)用，大多數(shù)的公式都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的推理得來(lái)，所以在教學(xué)中要特別注意基本定理的講解。比如工程熱力學(xué)課程內(nèi)容基本是建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行熱力學(xué)第一定律講解時(shí)，首先應(yīng)從能量守恒原理講起，能量不生不滅，熱力系統(tǒng)存儲(chǔ)能量的增量等于進(jìn)入系統(tǒng)能量與離開(kāi)系統(tǒng)能量的差值，而熱力系統(tǒng)又分為開(kāi)口系統(tǒng)和閉口系統(tǒng)，因此第一定律表達(dá)式有兩種形式，難點(diǎn)在于開(kāi)口系統(tǒng)表達(dá)式的推導(dǎo)，只要逐次分析進(jìn)入系統(tǒng)的能量的組成、離開(kāi)系統(tǒng)的能量組成及系統(tǒng)儲(chǔ)存能量組成并用表達(dá)式表示，那么開(kāi)口系統(tǒng)能量表達(dá)式就不難理解了。再如，工程力學(xué)中講解如何提高梁抗彎能力的措施時(shí)，結(jié)合梁彎曲時(shí)的正應(yīng)力強(qiáng)度條件。因此，不難理解如下措施：第一，選用合理的截面：由正應(yīng)力強(qiáng)度條件可知，梁的抗彎能力還取決于抗彎截面系數(shù)。而材料的重量又取決于梁的截面積，因此可把抗彎截面系數(shù)除梁截面積作為一個(gè)衡量指標(biāo)，以達(dá)到既提高強(qiáng)度，又節(jié)省材料的目的。第二，采用變截面梁：從正應(yīng)力強(qiáng)度條件可以看出，橫力彎曲時(shí)，梁的彎矩是隨截面位置而變化的，位置不同彎矩的大小不同，在某個(gè)截面處彎矩最大，若設(shè)計(jì)成等截面的梁，只有最大彎矩所在截面處正應(yīng)力達(dá)到許用應(yīng)力值，材料強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。為了減少材料消耗、減輕重量，可把梁制成截面隨截面位置變化的變截面梁。第三，適當(dāng)布置載荷和支座位置：從正應(yīng)力強(qiáng)度條件可以看出，在抗彎截面模量不變的情況下，最大彎矩越小，梁的承載能力越高，應(yīng)合理地安排梁的支承及加載方式以降低最大彎矩值。

2.工程實(shí)踐教學(xué)法

力學(xué)課程主要任務(wù)在于：通過(guò)對(duì)課程的學(xué)習(xí)，可提高學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)理論水平，培養(yǎng)學(xué)生分析和處理問(wèn)題的抽象能力和邏輯思維能力，為學(xué)生從事過(guò)程裝備本專業(yè)的設(shè)計(jì)工作奠定必備的理論基礎(chǔ)，同時(shí)可訓(xùn)練學(xué)生在實(shí)際工程中的理論聯(lián)系實(shí)際的能力。因此在力學(xué)課程講解過(guò)程中，要注重將力學(xué)知識(shí)和工程實(shí)例結(jié)合起來(lái)進(jìn)行講解。[5，6]一方面可以加深同學(xué)們對(duì)課程的認(rèn)識(shí)，訓(xùn)練并提高從事設(shè)備設(shè)計(jì)工作的實(shí)踐能力；另一方面可激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，從枯燥的公式推理中解脫出來(lái)，提高學(xué)習(xí)效率。例如，在進(jìn)行逆向卡諾循環(huán)講解時(shí)，逆向卡諾循環(huán)又分為制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)，通過(guò)理解記憶教學(xué)法推出制冷系數(shù)和供暖系數(shù)分別為：

（1）

（2）

這里，q1為工質(zhì)向高溫?zé)嵩吹姆艧崃浚琿2為工質(zhì)從低溫?zé)嵩吹奈鼰崃浚琓1為高溫?zé)嵩礈囟龋琓2為低溫?zé)嵩礈囟取＿@四個(gè)參數(shù)在理解時(shí)往往會(huì)混淆，為什么會(huì)從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧幔繛槭裁丛谕粋€(gè)循環(huán)下會(huì)有制冷和供暖兩種效應(yīng)？為什么制冷系數(shù)用從低溫?zé)嵩吹奈鼰崃砍h(huán)凈功而供暖系數(shù)卻用向高溫?zé)嵩吹姆艧崃砍h(huán)凈功呢？這里就可以引入空調(diào)的實(shí)例，夏天時(shí)把模式調(diào)到制冷上，空調(diào)就會(huì)吹出涼風(fēng)，冬天時(shí)把模式調(diào)到供暖時(shí)，空調(diào)就會(huì)吹出暖風(fēng)。夏天，室外比室內(nèi)溫度高，室外就是高溫?zé)嵩矗覂?nèi)是低溫?zé)嵩矗评涞脑蚓驮谟诎咽覂?nèi)（低溫?zé)嵩矗┑臒崃颗畔蚴彝猓ǜ邷責(zé)嵩矗@就實(shí)現(xiàn)了從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧幔瑫r(shí)室內(nèi)制冷效果就在于從室內(nèi)吸收的熱量的多少，因此制冷系數(shù)把q2作為分子。冬天，室內(nèi)比室外的溫度高，室外就是低溫?zé)嵩矗覂?nèi)是高溫?zé)嵩矗┡脑蛟谟诎咽彝猓ǖ蜏責(zé)嵩矗┑臒崃颗畔蛄耸覂?nèi)（低溫?zé)嵩矗瑯訉?shí)現(xiàn)了從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧幔覂?nèi)供暖的效果在于從室外吸收的熱量的多少，所以供暖系數(shù)把q1作為分子。

3.知識(shí)串聯(lián)教學(xué)法

過(guò)程裝備的設(shè)計(jì)過(guò)程中往往需要把所學(xué)力學(xué)課程的知識(shí)進(jìn)行綜合，在一門(mén)力學(xué)授課課程中不能與其他力學(xué)課程獨(dú)立，要注意將力學(xué)課程知識(shí)進(jìn)行銜接，使同學(xué)們對(duì)力學(xué)課程形成一個(gè)整體思維，以便在今后能靈活應(yīng)用并有機(jī)結(jié)合力學(xué)基本原理來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題。

例如，在工程流體力學(xué)中講解流體靜壓強(qiáng)的方向性時(shí)，可將其與工程力學(xué)中的空間匯交力系知識(shí)進(jìn)行串聯(lián)，先分別把作用在微元四面體上的力向三個(gè)坐標(biāo)方向進(jìn)行投影，寫(xiě)出表面力方程為：

（3）

而微元體上的質(zhì)量力為：

（4）

再根據(jù)空間匯交力系的平衡方程，表面力和質(zhì)量力的合力在三個(gè)坐標(biāo)方向的投影都為零，從而可得出在三個(gè)坐標(biāo)方向的壓強(qiáng)相等，也即流體靜壓強(qiáng)無(wú)方向性的結(jié)論。

四、結(jié)束語(yǔ)

力學(xué)課程在過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)建設(shè)中要引起足夠重視，教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化可避免重復(fù)教學(xué)，使學(xué)生在有限的課堂中能學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識(shí)，在教學(xué)過(guò)程中要不斷探索教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，營(yíng)造良好的教學(xué)氣氛，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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2012.

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[3]張也影.流體力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[4]沈維道,童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2010.

篇5

一、流體力學(xué)課堂的教學(xué)方法

流體力學(xué)是工程技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其課程性質(zhì)決定了其課堂教學(xué)的內(nèi)容理論性知識(shí)多、記憶量大，比較枯燥。學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程中，容易產(chǎn)生乏味感和懈怠感，導(dǎo)致流體力學(xué)的課堂效果不佳，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況不好等問(wèn)題。在課堂上學(xué)生無(wú)法做到全神貫注地學(xué)習(xí)和理解，也就使學(xué)生無(wú)法做到對(duì)知識(shí)點(diǎn)的有效掌握，就會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降。特別是流體力學(xué)與其他學(xué)科和行業(yè)都有一定的聯(lián)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中如果不能理解所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)其在其他相關(guān)學(xué)科中的學(xué)習(xí)也有一定的阻礙。由于流體力學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)性學(xué)科，學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，其基本的任務(wù)是要將流體力學(xué)的理論知識(shí)與重點(diǎn)深入地理解和掌握，但學(xué)生往往忽視了基礎(chǔ)知識(shí)以及理論知識(shí)的重要性，過(guò)分地關(guān)注在例如方程推導(dǎo)等內(nèi)容上，使學(xué)生的學(xué)習(xí)出現(xiàn)斷層，無(wú)法做到整體的理解和掌握。針對(duì)這些問(wèn)題，教師可以在課堂中進(jìn)行一定的改革和變化。首先，教師可以在每日上課前對(duì)本次課程所要講解的內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)。通過(guò)精彩的引言，將本次課程所講的內(nèi)容與前后知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，使學(xué)生能夠得到具有極大吸引力以及趣味性的課堂形式。在進(jìn)行講解過(guò)程中可以將流體力學(xué)知識(shí)與生活中的自然現(xiàn)象以及科學(xué)原理進(jìn)行闡釋，從生活中帶入，使學(xué)生產(chǎn)生共鳴，進(jìn)而做到有效的學(xué)習(xí)。而在課堂結(jié)束后，為了保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，檢查學(xué)生的記憶效果，則可以為學(xué)生進(jìn)行別致的課后作業(yè)，在課后作業(yè)的幫助下，使學(xué)生能夠有效地記憶知識(shí)點(diǎn)和概念，使學(xué)生能夠改善知識(shí)點(diǎn)掌握不良的情況，為學(xué)生在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中增添助力。而教師在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)也十分重要。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容理解偏頗、學(xué)習(xí)方法不當(dāng)以及學(xué)習(xí)的重點(diǎn)掌握不明等問(wèn)題，這時(shí)教師應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行積極有效的引導(dǎo)，特別是在概念的記憶方面，引導(dǎo)學(xué)生以記憶概念為主的學(xué)習(xí)方法，防止學(xué)生過(guò)分追求解題而導(dǎo)致的知識(shí)點(diǎn)記憶斷層。教師在每章節(jié)的教學(xué)后，應(yīng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行一定的復(fù)習(xí)教學(xué)與指導(dǎo)，幫助學(xué)生明確每一章節(jié)的重要內(nèi)容，并對(duì)學(xué)生的知識(shí)理解做到有效的掌握和補(bǔ)充。

二、多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

多媒體教學(xué)作為當(dāng)前較為先進(jìn)的教學(xué)方式，對(duì)豐富教學(xué)內(nèi)容，增添教學(xué)形式都有重要的地位和作用。多媒體教學(xué)目前也成為流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中重要的教學(xué)形式之一。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)不同的地方在于，教師不需要在課堂上利用板書(shū)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的展示和講解，在教學(xué)過(guò)程中，能夠加快教師的教學(xué)進(jìn)度，使學(xué)生能夠輕松地完成繁重的教學(xué)任務(wù)，并通過(guò)多媒體教學(xué)形式，在較為復(fù)雜且理解性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，能夠通過(guò)動(dòng)畫(huà)、圖像、視頻以及聲音等內(nèi)容進(jìn)行輔講解，使學(xué)生更好地理解所要掌握的內(nèi)容。但多媒體教學(xué)也存在著一定的缺陷，例如在多媒體教學(xué)的模式下，教師不需要通過(guò)板書(shū)進(jìn)行講解和推導(dǎo)，學(xué)生理解和記憶的時(shí)間短，無(wú)法保證所有學(xué)生都能夠做到對(duì)所講知識(shí)有效地理解和掌握，而多媒體教學(xué)在師生互動(dòng)方面也存在一定的缺陷，學(xué)生與教師的互動(dòng)減少，教師則無(wú)法通過(guò)學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)的進(jìn)度和速度，使學(xué)生在高壓高速的課堂氛圍下進(jìn)行學(xué)習(xí)，長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)造成學(xué)生注意力不集中，教學(xué)效果大打折扣。可見(jiàn)，多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中缺一不可。可以通過(guò)對(duì)二者的結(jié)合，將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)互補(bǔ)，以做到最有效最積極的課堂教學(xué)形式和效果。

三、結(jié)語(yǔ)