淺談流體力學(xué)實(shí)驗教學(xué)探討論文
摘要：實(shí)驗是研究科學(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。在理論聯(lián)系實(shí)際、激發(fā)學(xué)習興趣、鍛煉觀(guān)察與分析能力、培養創(chuàng )新意識等方面探討實(shí)驗教學(xué)所起的重要作用。
關(guān)鍵詞：流體力學(xué)，實(shí)驗教學(xué)，創(chuàng )新意識
流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)獨立分支，它是研究流體的平衡和流體的機械運動(dòng)規律及其在工程實(shí)際中應用的一門(mén)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(lèi)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、空調通風(fēng)、土木建筑以及環(huán)境保護等學(xué)科重要的理論基礎，應用范圍十分廣泛。
實(shí)驗方法是研究科學(xué)技術(shù)的重要手段，由于流體運動(dòng)的復雜性，使得流體力學(xué)離不開(kāi)科學(xué)實(shí)驗�，F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)驗的古典流體力學(xué)結合后才蓬勃發(fā)展起來(lái)的，理論分析、實(shí)驗研究和數值計算是其三大支柱。因此，實(shí)驗教學(xué)是流體力學(xué)課程必不可少的重要環(huán)節之一。通過(guò)實(shí)驗教學(xué)，可以達到如下目的。
1、增強感性認識，鞏固理論知識。
流體力學(xué)由于其理論的抽象、較多公式的繁雜，學(xué)起來(lái)普遍會(huì )感到比較吃力，時(shí)間一長(cháng)就會(huì )逐漸失去學(xué)習的興趣，只滿(mǎn)足于死記硬背課本上的理論，不善于思考推究，其主觀(guān)能動(dòng)性得不到應有的.發(fā)揮。而實(shí)驗卻可以較好地解決這一問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗，可以把抽象的理論知識轉化為具體的、可見(jiàn)的液流現象，從而增強感性認識，在幫助理解流體力學(xué)的基礎理論方面起到事半功倍的效果。
如雷諾實(shí)驗，該實(shí)驗的目的是觀(guān)察層流、紊流的流態(tài)及其轉換特征；測定臨界雷諾數，掌握流態(tài)判別準則。實(shí)驗過(guò)程中，先通過(guò)調整閥門(mén)開(kāi)度，改變有壓管中水流的流速，觀(guān)察液流的流態(tài)轉化，可以看到：管中水流流速較小時(shí)，顏色水是一條清晰的規則的直線(xiàn)，說(shuō)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(zhù)閥門(mén)逐漸開(kāi)大，流速逐漸增加，管中顏色水開(kāi)始出現擺動(dòng)，由原來(lái)的直線(xiàn)變?yōu)榍�(xiàn)；繼續增大流速，顏色水彎曲越來(lái)越厲害，終于不再保持一個(gè)線(xiàn)條，而是向四周擴散，與周?chē)那逅斓揭黄�，使整個(gè)管中的水流全部著(zhù)色，表明此時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)的運動(dòng)軌跡是極不規則的，各部分流體互相劇烈摻混，該流態(tài)為紊流。學(xué)生通過(guò)觀(guān)察這一具體的、有趣的液流現象，極大地增強對粘性液體流動(dòng)的感性認識，深刻地理解層流和紊流的本質(zhì)特征；并且實(shí)驗過(guò)程中還要求測定臨界雷諾數，理解為什么把臨界雷諾數作為流態(tài)判別準則。
2、觀(guān)察液流現象，培養分析能力。
流體力學(xué)實(shí)驗的一個(gè)非常重要的目的是，在觀(guān)察液流現象，獲得感性認識的基礎上，還要思考實(shí)驗中出現的各種問(wèn)題，分析并總結流體的運動(dòng)規律，由感性認識上升到理性認識，不僅可極大地提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而且可以培養其獨立的工作能力和實(shí)事求是的嚴謹的工作作風(fēng)。
如流動(dòng)現象演示實(shí)驗可以觀(guān)察管流、射流、明渠流的多種流動(dòng)現象，演示邊界條件對水頭損失的影響。在逐漸擴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(méi)有分離，沒(méi)有形成漩渦——說(shuō)明逐漸擴大段的局部水頭損失大于逐漸收縮段。在突擴段出現較大的漩渦，突縮段在收縮斷面后出現較小的漩渦區，可見(jiàn)突擴比突縮有較大的局部損失，而且突擴、突縮比漸擴和漸縮漩渦區長(cháng)，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，培養探索能力。
傳統的理論教學(xué)，教師往往向學(xué)生灌輸大量的理論知識，學(xué)生處于被動(dòng)接受的地位，理論與實(shí)際脫節的結果是抑制學(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)驗教學(xué)是一個(gè)非常好的手段。 如單圓柱繞流實(shí)驗可以看到邊界層分離狀況、分離點(diǎn)位置以及卡門(mén)渦街的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程�？ㄩT(mén)渦街在工程實(shí)際中有很重要的意義。實(shí)驗中要求學(xué)生根據實(shí)驗現象，理論聯(lián)系實(shí)際，分析為什么風(fēng)吹電線(xiàn)，電線(xiàn)會(huì )發(fā)出共鳴？解決繞流體的振動(dòng)問(wèn)題有哪些途徑？
而多圓柱繞流實(shí)驗可看到流體混合、擴散、組合旋渦等流譜。多圓柱繞流廣泛應用于傳熱系統的熱交換器中：流體流經(jīng)圓柱時(shí)，邊界層內的流體與柱體發(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(jiàn)，將實(shí)驗現象與工程實(shí)踐和生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，可有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗的主動(dòng)思維和積極探索，在一定程度上培養其創(chuàng )新意識和實(shí)踐能力。
4、設計實(shí)驗方案，培養創(chuàng )新能力。
實(shí)驗是流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節，它不僅有助于強化理解書(shū)本上抽象、艱澀的理論知識，而且在激發(fā)學(xué)生創(chuàng )新意識、培養創(chuàng )新能力方面起著(zhù)舉足輕重的作用。
流體力學(xué)實(shí)驗內容分為演示型和驗證型兩部分，其中以驗證型實(shí)驗為主。這些實(shí)驗方法單一，學(xué)生只要按照實(shí)驗指導書(shū)上的實(shí)驗步驟一步一步地做下去，測量幾個(gè)實(shí)驗數據，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數據分析，就可形成一篇完整的實(shí)驗報告。這種實(shí)驗過(guò)程，學(xué)生只是在被動(dòng)參與，其主觀(guān)性和積極性沒(méi)有得到發(fā)揮，更談不上創(chuàng )新能力的培養。為此，在實(shí)驗教學(xué)中有必要在演示型和驗證型實(shí)驗的基礎上，有意識地增加幾個(gè)綜合性和設計性實(shí)驗。
采用流體力學(xué)綜合試驗臺，各管段采用絲扣連接，便于對不同材質(zhì)管段進(jìn)行替換，管線(xiàn)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)行測量。如能量方程實(shí)驗管段，其上既有測速管，又有測壓管；既可測定斷面平均流速，又可利用二者組成畢托管，測量管道中某點(diǎn)流速，還可利用測壓管測定流動(dòng)阻力。實(shí)驗時(shí)，學(xué)生根據教師給定的實(shí)驗目的和要求，查閱實(shí)驗資料，設計實(shí)驗方案，選擇不同的管材和管段，有計劃、有步驟地進(jìn)行組合安裝，記錄完整的實(shí)驗數據，進(jìn)行嚴謹的數據分析，最后形成一份詳實(shí)的實(shí)驗報告。這種綜合性、設計性實(shí)驗，學(xué)生完成從設計、操作到分析的一個(gè)完整過(guò)程，可將所學(xué)的理論知識融會(huì )貫通，極大地鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，在激發(fā)學(xué)生創(chuàng )新意識、啟發(fā)創(chuàng )新思維、培養創(chuàng )新型人才方面起到事半功倍的作用。
5、結語(yǔ)。
流體力學(xué)是很多工科專(zhuān)業(yè)必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎課，理論性和實(shí)踐性都很強，而實(shí)驗是將流體力學(xué)基本理論與工程實(shí)踐相結合的非常重要的教學(xué)環(huán)節。一方面，在對理論知識的理解和驗證上，實(shí)驗課有著(zhù)理論教學(xué)無(wú)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)習興趣、培養創(chuàng )新意識以及嚴謹的科學(xué)態(tài)度上，實(shí)驗也是不可或缺的教學(xué)手段，有必要在實(shí)驗的教學(xué)內容、教學(xué)方法和實(shí)驗設備等方面進(jìn)行進(jìn)一步的探討研究。
參考文獻：
[1]蔡增基，龍天渝。流體力學(xué)泵與風(fēng)機[M]。4版。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999
[2]吳班。流體力學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革探討[J]。唐山學(xué)院學(xué)報，2007，3（2）：105—106
[3]楊曉新。流體力學(xué)綜合試驗臺的開(kāi)發(fā)與應用[J]。西安航空技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報，2008，1（1）：73—74
[4]王英，謝曉晴，李海英。流體力學(xué)實(shí)驗[M]。長(cháng)沙：中南大學(xué)出版社，2005
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