淺談流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討論文
摘要：實(shí)驗(yàn)是研究科學(xué)技術(shù)的重要手段，是流體力學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在理論聯(lián)系實(shí)際、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、鍛煉觀察與分析能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)等方面探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)所起的重要作用。
關(guān)鍵詞：流體力學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)新意識(shí)
流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，它是研究流體的平衡和流體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其在工程實(shí)際中應(yīng)用的一門學(xué)科。在人們的生產(chǎn)和生活中隨時(shí)隨地都可遇到流體，所以流體力學(xué)與人類的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)，是航空航天、水利工程、采礦冶金、給水排水、空調(diào)通風(fēng)、土木建筑以及環(huán)境保護(hù)等學(xué)科重要的理論基礎(chǔ)，應(yīng)用范圍十分廣泛。
實(shí)驗(yàn)方法是研究科學(xué)技術(shù)的重要手段，由于流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，使得流體力學(xué)離不開科學(xué)實(shí)驗(yàn)�，F(xiàn)代流體力學(xué)就是在純理論的古典流體力學(xué)與偏重實(shí)驗(yàn)的古典流體力學(xué)結(jié)合后才蓬勃發(fā)展起來的，理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算是其三大支柱。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是流體力學(xué)課程必不可少的重要環(huán)節(jié)之一。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以達(dá)到如下目的。
1、增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，鞏固理論知識(shí)。
流體力學(xué)由于其理論的抽象、較多公式的繁雜，學(xué)起來普遍會(huì)感到比較吃力，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)逐漸失去學(xué)習(xí)的興趣，只滿足于死記硬背課本上的理論，不善于思考推究，其主觀能動(dòng)性得不到應(yīng)有的.發(fā)揮。而實(shí)驗(yàn)卻可以較好地解決這一問題，通過實(shí)驗(yàn)，可以把抽象的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的、可見的液流現(xiàn)象，從而增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，在幫助理解流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論方面起到事半功倍的效果。
如雷諾實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的目的是觀察層流、紊流的流態(tài)及其轉(zhuǎn)換特征；測(cè)定臨界雷諾數(shù)，掌握流態(tài)判別準(zhǔn)則。實(shí)驗(yàn)過程中，先通過調(diào)整閥門開度，改變有壓管中水流的流速，觀察液流的流態(tài)轉(zhuǎn)化，可以看到：管中水流流速較小時(shí)，顏色水是一條清晰的規(guī)則的直線，說明此時(shí)水流是分層流動(dòng)，各流層間互不摻混，流態(tài)為層流；隨著閥門逐漸開大，流速逐漸增加，管中顏色水開始出現(xiàn)擺動(dòng)，由原來的直線變?yōu)榍�；繼續(xù)增大流速，顏色水彎曲越來越厲害，終于不再保持一個(gè)線條，而是向四周擴(kuò)散，與周圍的清水混到一起，使整個(gè)管中的水流全部著色，表明此時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是極不規(guī)則的，各部分流體互相劇烈摻混，該流態(tài)為紊流。學(xué)生通過觀察這一具體的、有趣的液流現(xiàn)象，極大地增強(qiáng)對(duì)粘性液體流動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)，深刻地理解層流和紊流的本質(zhì)特征；并且實(shí)驗(yàn)過程中還要求測(cè)定臨界雷諾數(shù)，理解為什么把臨界雷諾數(shù)作為流態(tài)判別準(zhǔn)則。
2、觀察液流現(xiàn)象，培養(yǎng)分析能力。
流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)非常重要的目的是，在觀察液流現(xiàn)象，獲得感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，還要思考實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，分析并總結(jié)流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，不僅可極大地提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，而且可以培養(yǎng)其獨(dú)立的工作能力和實(shí)事求是的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。
如流動(dòng)現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)可以觀察管流、射流、明渠流的多種流動(dòng)現(xiàn)象，演示邊界條件對(duì)水頭損失的影響。在逐漸擴(kuò)大段可看到邊界層分離而形成的漩渦，而在逐漸收縮段，主流和邊壁沒有分離，沒有形成漩渦——說明逐漸擴(kuò)大段的局部水頭損失大于逐漸收縮段。在突擴(kuò)段出現(xiàn)較大的漩渦，突縮段在收縮斷面后出現(xiàn)較小的漩渦區(qū)，可見突擴(kuò)比突縮有較大的局部損失，而且突擴(kuò)、突縮比漸擴(kuò)和漸縮漩渦區(qū)長(zhǎng)，水頭損失大。這也就是為什么工程中多采用圓弧形管嘴或喇叭形取水口而較少采用直角銳緣形管嘴的原因。
3、理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)探索能力。
傳統(tǒng)的理論教學(xué)，教師往往向?qū)W生灌輸大量的理論知識(shí)，學(xué)生處于被動(dòng)接受的地位，理論與實(shí)際脫節(jié)的結(jié)果是抑制學(xué)生主動(dòng)性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，而要在這一方面有所改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)非常好的手段。 如單圓柱繞流實(shí)驗(yàn)可以看到邊界層分離狀況、分離點(diǎn)位置以及卡門渦街的產(chǎn)生與發(fā)展過程�？ㄩT渦街在工程實(shí)際中有很重要的意義。實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理論聯(lián)系實(shí)際，分析為什么風(fēng)吹電線，電線會(huì)發(fā)出共鳴？解決繞流體的振動(dòng)問題有哪些途徑？
而多圓柱繞流實(shí)驗(yàn)可看到流體混合、擴(kuò)散、組合旋渦等流譜。多圓柱繞流廣泛應(yīng)用于傳熱系統(tǒng)的熱交換器中：流體流經(jīng)圓柱時(shí)，邊界層內(nèi)的流體與柱體發(fā)生熱交換，柱體后的旋渦起摻混作用，然后流經(jīng)下一柱體，再交換，再摻混，換熱效果較好。
由此可見，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與工程實(shí)踐和生活實(shí)際聯(lián)系起來，可有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)思維和積極探索，在一定程度上培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。
4、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)教學(xué)過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，它不僅有助于強(qiáng)化理解書本上抽象、艱澀的理論知識(shí)，而且在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面起著舉足輕重的作用。
流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為演示型和驗(yàn)證型兩部分，其中以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主。這些實(shí)驗(yàn)方法單一，學(xué)生只要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)步驟一步一步地做下去，測(cè)量幾個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析，就可形成一篇完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生只是在被動(dòng)參與，其主觀性和積極性沒有得到發(fā)揮，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有必要在演示型和驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，有意識(shí)地增加幾個(gè)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
采用流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)，各管段采用絲扣連接，便于對(duì)不同材質(zhì)管段進(jìn)行替換，管線可以自由選擇連接，在研究新型管材及其連接件時(shí)，可直接組合安裝在管道上進(jìn)行測(cè)量。如能量方程實(shí)驗(yàn)管段，其上既有測(cè)速管，又有測(cè)壓管；既可測(cè)定斷面平均流速，又可利用二者組成畢托管，測(cè)量管道中某點(diǎn)流速，還可利用測(cè)壓管測(cè)定流動(dòng)阻力。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生根據(jù)教師給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵�，查閱�?shí)驗(yàn)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇不同的管材和管段，有計(jì)劃、有步驟地進(jìn)行組合安裝，記錄完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析，最后形成一份詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生完成從設(shè)計(jì)、操作到分析的一個(gè)完整過程，可將所學(xué)的理論知識(shí)融會(huì)貫通，極大地鍛煉學(xué)生分析問題、思考問題和解決問題的能力，在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、啟發(fā)創(chuàng)新思維、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面起到事半功倍的作用。
5、結(jié)語。
流體力學(xué)是很多工科專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，而實(shí)驗(yàn)是將流體力學(xué)基本理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。一方面，在對(duì)理論知識(shí)的理解和驗(yàn)證上，實(shí)驗(yàn)課有著理論教學(xué)無法替代的關(guān)鍵作用；另一方面，在鍛煉學(xué)生操作能力、提高分析能力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度上，實(shí)驗(yàn)也是不可或缺的教學(xué)手段，有必要在實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面進(jìn)行進(jìn)一步的探討研究。
參考文獻(xiàn)：
[1]蔡增基，龍?zhí)煊濉Ａ黧w力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M]。4版。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999
[2]吳班。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J]。唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，3（2）：105—106
[3]楊曉新。流體力學(xué)綜合試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用[J]。西安航空技術(shù)高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2008，1（1）：73—74
[4]王英，謝曉晴，李海英。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]。長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2005
【淺談流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討論文】相關(guān)文章：
流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐探討論文01-21
化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討論文03-17
淺談物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)論文09-24
淺談儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)教育論文07-07
淺談遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)論文09-01
淺談歷史教學(xué)方式探討論文09-24
高校電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討與改進(jìn)論文01-24