流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋精選(九篇)

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第1篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

關(guān)鍵詞：無機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)；流體綜合實(shí)驗(yàn)；柏努利方程；創(chuàng)新探索

1、前言

武漢理工大學(xué)材料學(xué)院所開設(shè)的“無機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)”是一門國家級精品課程。在其基礎(chǔ)系列實(shí)驗(yàn)中，包括了以柏努利方程為核心的流體綜合實(shí)驗(yàn)。

柏努利方程（Bernoulli’s Theorem）因其由英國流體力學(xué)的先驅(qū)者柏努利推導(dǎo)出來而得名。其本質(zhì)是自然界中普遍存在的能量守恒原理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。具體來說，該方程是關(guān)于在流體流動過程中，流體的勢能、壓力能、動能與因流動阻力造成的能量損失之間的轉(zhuǎn)換與平衡關(guān)系。在工程流體力學(xué)及其實(shí)踐中，該方程的使用十分有效，它幾乎可以解釋和解決工程流體力學(xué)中許多現(xiàn)象和問題。這也為我們講解以柏努利方程為核心的流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的原理以及解釋所出現(xiàn)的各種流體流動現(xiàn)象提供了良好的理論基礎(chǔ)。

柏努利方程盡管在物理意義上具有能量的含義，但因其中的各項(xiàng)具有“高度”的量綱。因此，它又有幾何的含義，由于英國人習(xí)慣用“頭（Head）”來表征高度，翻譯成漢語就是“壓頭”的概念。因此，柏努利中的各項(xiàng)就是“壓頭”的集合，分別稱為：幾何壓頭、靜壓頭、動壓頭和壓頭損失。

二、實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)授課過程中的創(chuàng)新探索

在本流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)過程中，最重要的就是讓學(xué)生深刻地弄清（壓頭）阻力損失的概念。早期流體力學(xué)家根據(jù)數(shù)學(xué)、物理學(xué)的基本原理，對于阻力損失進(jìn)行過的分類，按照英語原文直譯過來就是“摩擦阻力損失（Friction Loss）”和“局部阻力損失（Minor Loss）”。

關(guān)于摩擦阻力損失，它是指當(dāng)流體流速的大小和方向均不改變時，純粹因流體內(nèi)部的速度差所導(dǎo)致的摩擦阻力而引起的能量損失（或稱為：壓頭損失）。根據(jù)摩擦阻力損失的大小與流體經(jīng)過的路程成正比的特點(diǎn)，我國國內(nèi)普遍將其稱為：沿程阻力損失。

關(guān)于局部阻力損失，它是指在流體流動過程中當(dāng)遇到局部障礙時，流體流速的大小、方向至少有一個會發(fā)生改變。于是，因流體質(zhì)點(diǎn)速度分布重組和撞擊及其所引起的漩渦區(qū)而造成的、在障礙所在局部區(qū)域內(nèi)的、除了原有沿程阻力損失之外的附加能量損失（壓頭損失）。弄清楚了以上概念及問題的本質(zhì)，教師講課以及學(xué)生理解就相對容易許多。

本流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)中的第一個實(shí)驗(yàn)是：關(guān)于流體局部阻力損失的實(shí)驗(yàn)。具體來說，就是流體在流經(jīng)突擴(kuò)管時，靜壓分布的變化規(guī)律表征、局部阻力系數(shù)的測量、在突擴(kuò)管前后流體流速分布重組的情況以及有關(guān)渦旋區(qū)的形成原因。我們以實(shí)驗(yàn)中的靜壓分布變化規(guī)律來驗(yàn)證和加深這幾項(xiàng)內(nèi)容。這樣也有利于通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來理解局部阻力損失的成因，從而加深理論課學(xué)習(xí)的效果和印象。

本流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的第二個實(shí)驗(yàn)是：關(guān)于柏努利方程效果的演示實(shí)驗(yàn)。圖1就是我們根據(jù)真實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置所開發(fā)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件的一個截面圖。通過該實(shí)驗(yàn)，可以直接明晰地呈現(xiàn)出流體流動因符合柏努利方程而產(chǎn)生的各種流動現(xiàn)象和效果。學(xué)生對該演示實(shí)驗(yàn)中所呈現(xiàn)的各種流型和規(guī)律的反映效果較好。在此基礎(chǔ)上，我們又提出了在材料工程中、在日常生活中出現(xiàn)的各種流動現(xiàn)象，請同學(xué)們思考與并設(shè)法用柏努利方程來解釋，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，這樣有助于提高素質(zhì)教育的結(jié)果。也就是說，有助于通過該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)將流體流動中所體現(xiàn)的真實(shí)規(guī)律應(yīng)用到具體的材料工程中，包括材料的制備、加工，以及制備加工所用有關(guān)設(shè)備內(nèi)的某些結(jié)構(gòu)。這也為學(xué)生畢業(yè)以后從事具體的工作中和技術(shù)革新活動而貯備一定的基礎(chǔ)知識。

圖1柏努利方程實(shí)驗(yàn)裝置

本流體綜合實(shí)驗(yàn)的第三個實(shí)驗(yàn)是：有壓滲流的電模擬實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是弄清楚流體流動（尤其是滲流）的概念與特點(diǎn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是用具有相同數(shù)學(xué)分布規(guī)律的電場（其參數(shù)可測量）來模擬出有壓滲流場的規(guī)律（直接測量較困難）。另外，在該實(shí)驗(yàn)中，我們還講解了均勻地增加流體流動的阻力有助于提高流體流動的均勻度。這一道理在工程實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常被用到。

三、結(jié)論

作為國家級精品課程的一部分，我們在本流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)過程別注意教學(xué)效果的深化、開拓與創(chuàng)新活動。經(jīng)過以上所述的創(chuàng)新探索以及幾次該綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，我們認(rèn)為達(dá)到了這個目的。從學(xué)生的反饋意見來看，也驗(yàn)證這一結(jié)論。希望本文對相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動有所裨益，也歡迎各方面的反饋意見和指導(dǎo)建議。我們將認(rèn)真對待與積極改進(jìn)，從而為無機(jī)非金屬材料專業(yè)方向的人才培養(yǎng)做出自己的貢獻(xiàn)。

四、致謝

本項(xiàng)目由武漢理工大學(xué)校級教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目號:201004）以及武漢理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目（①材料工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與其模擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)；②材料工程基礎(chǔ)課程中傳熱學(xué)模擬開放實(shí)驗(yàn)的開發(fā)）提供支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉立．流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)（第二版）.北京：中國電力出版社．2007．

[2]James R.Welty.Fundamentals of Heat，Momentum，Mass Transfer（4th ed）.Delhi， India：John Wiley & Sons， Inc.2001．

第2篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

關(guān)鍵詞：《工程流體力學(xué)》；問題探究式教學(xué)方法；教學(xué)效果

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）04-0223-02

《工程流體力學(xué)》是能源動力、土木工程、環(huán)境工程等諸多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，由于該課程的學(xué)習(xí)中有不少涉及到高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等課程的知識點(diǎn)，因而學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)難度高，興趣不大[1]。筆者從多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出問題探究式教學(xué)方法，并取得了一定的教學(xué)效果，同時也對教學(xué)活動中存在的一些問題進(jìn)行了思考并提出了具體改進(jìn)措施。

一、以傳授知識點(diǎn)為主的教學(xué)模式存在的問題

目前大部分高校的《工程流體力學(xué)》課程仍采用傳統(tǒng)的課堂面授的教學(xué)方法，教師是教學(xué)活動的主要組織者，授課教師以演講者的身份，按照教材編排來講授教學(xué)內(nèi)容，因此課程知識點(diǎn)為單向傳授式，學(xué)生對課程內(nèi)容往往缺乏主觀的思考，只是被動地接納。以傳授知識點(diǎn)為主體的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)概念講解和公式推導(dǎo)，學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容理解不深，大多數(shù)學(xué)生也只能做到課后照搬公式做題，而對后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)中碰到的新問題無法做到歸納分析，最終也不能有效提升運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。由于人類對科學(xué)的認(rèn)知都是從現(xiàn)象開始的，現(xiàn)象表現(xiàn)出的規(guī)律性引導(dǎo)人們不斷探究現(xiàn)象背后的本質(zhì)，因此《工程流體力學(xué)》課堂的教學(xué)組織也應(yīng)遵循從現(xiàn)象到規(guī)律的認(rèn)知路徑。課堂應(yīng)先從日常生活及工程實(shí)例中提出問題，由教師引導(dǎo)學(xué)生剖析問題，逐漸深入到現(xiàn)象背后的規(guī)律性內(nèi)容，再經(jīng)概念闡述和理論推導(dǎo)，完成前述問題的理論解釋。以問題探究為主體的教學(xué)模式顯然更有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高分析問題和解決問題的能力。

二、《工程流體力學(xué)》問題探究式教學(xué)的課堂組織

在實(shí)施問題探究式教學(xué)模式時，教師盡可能選取來自于日常生活現(xiàn)象以及有專業(yè)背景的問題，并以圖片、動畫或視頻等較形象化的方式給出，增強(qiáng)學(xué)生對流體力學(xué)的感性認(rèn)識，教師要根據(jù)學(xué)生課堂的反應(yīng)情況對學(xué)生不斷引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生啟用發(fā)散性思維方式解決問題，鼓勵學(xué)生大膽嘗試，通過對問題抽絲剝繭式的分析來提高解決實(shí)際問題的能力。課堂上的問題和探究性的思考過程要讓學(xué)生的思維活躍起來，讓學(xué)生意識到所學(xué)的知識是鮮活、有用而又有趣的，能逐漸領(lǐng)略到流體力學(xué)的美妙之處。在問題分析后的理論闡述中要適當(dāng)舍棄一些繁冗枯燥的公式推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)公式中各項(xiàng)的物理意義和公式的適用條件。本文以課程中的緒論、一元流體動力學(xué)基礎(chǔ)以及孔口管嘴管路流動[2]為例，具體闡述探究性問題教學(xué)模式的實(shí)施過程。緒論課的問題可以提得多而廣，通過大量的實(shí)際應(yīng)用和工程問題，讓學(xué)生充分理解學(xué)習(xí)課程的目的及意義，做到課程一開始就抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的研究熱情。在課程剛開始時，可以讓學(xué)生列舉常見的流體種類，并總結(jié)流體與固體的本質(zhì)區(qū)別；給出儒可夫斯基對佯繆（永動機(jī)問題）的描述，讓學(xué)生解釋原因；課堂上用湯匙現(xiàn)場演示水流的附壁效應(yīng)；由目前大氣環(huán)境常見的霧霾問題引出顆粒物的繞流阻力問題，并讓學(xué)生估算雨滴和塵埃在空氣中的下降速度差異[3]；用圖片方式介紹1940年美國華盛頓州塔科馬海峽橋事故，讓學(xué)生分析事故原因；介紹市政供水的基本方法，再讓學(xué)生估算學(xué)生宿舍樓供水的壓力；分析采暖系統(tǒng)中設(shè)計膨脹水箱的原因；夏季和冬季空調(diào)送風(fēng)口的風(fēng)向有何不同，哪些措施能夠盡可能實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)溫度的均勻分布。由于緒論課涉及的問題可覆蓋整個課程，可把某些問題留給學(xué)生在課后自己分析。在講授一元流體動力學(xué)基礎(chǔ)時，教師可首先給學(xué)生演示平行紙片的吹氣試驗(yàn)，讓學(xué)生觀察并解釋紙片的飄向；提出常說的“水往低處流”論斷一定正確嗎？再根據(jù)市政管網(wǎng)的供水現(xiàn)象，引出驅(qū)動流體流動的能量形式及其相互轉(zhuǎn)換問題，并讓學(xué)生解釋航海中的“船吸現(xiàn)象”、洗澡時浴簾的飄向問題；由煙囪里氣流流動的驅(qū)動能引出氣體與液體的能量方程形式的不同；由消防水槍在噴水滅火產(chǎn)生的后推力問題引出一元流體動量方程。

孔口管嘴管路流動的內(nèi)容與工程實(shí)際結(jié)合較緊密，可多給學(xué)生實(shí)際案例進(jìn)行分析。如：（1）城市管網(wǎng)夜間的供水水壓為何會普遍高于白天的水壓？（2）屋頂水箱供水到同一建筑的高層和低層住戶，其壓力有何不同？（3）建筑內(nèi)外存在溫差時，如何在建筑物壁面上開窗，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)？（4）如何利用虹吸的原理，給魚缸換水，其關(guān)鍵步驟是什么？（5）冷卻水系統(tǒng)中，如何考慮水泵的揚(yáng)程以保證冷卻水的循環(huán)？為節(jié)約時間，教師應(yīng)在課前將問題留給學(xué)生，為提高課堂效率，可對每個問題指定若干名學(xué)生完成，并記錄回答情況。

三、探究性課程教學(xué)中其他問題的思考

在學(xué)期結(jié)束時，教師與學(xué)生（共兩個班級，約130人）通過問卷調(diào)查、面談、QQ、電話等方式進(jìn)行了溝通，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中有如下問題值得關(guān)注。

1.采用問題探究式教學(xué)方式需要教師根據(jù)學(xué)生的反饋進(jìn)行分析和引導(dǎo)，會占用課堂學(xué)時中相當(dāng)比例的時間，由于課程學(xué)時數(shù)的限制，某些問題的探討無法深入，且教學(xué)內(nèi)容主要由PPT方式完成，因此教學(xué)進(jìn)度普遍較快。當(dāng)學(xué)生在課堂上未能理解和掌握某些知識點(diǎn)后，很容易放棄對后續(xù)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)。因此筆者建議，授課教師應(yīng)組織整理課程的微課資料，讓學(xué)生利用微課資料自主完成預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，大大減少課堂上對基礎(chǔ)內(nèi)容的講解，將課堂學(xué)習(xí)的主動權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，使學(xué)生能夠在課堂上主動基于問題進(jìn)行深入探討，從而顯著提高課堂的學(xué)習(xí)效果。

2.有近50%的學(xué)生認(rèn)為教師給出的探究性問題有一定的難度，并有助于對教學(xué)內(nèi)容的理解，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課堂上對問題的探究過程提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。部分學(xué)生希望教師點(diǎn)名提問并記住自己的名字，也較喜歡這種教學(xué)模式；當(dāng)然也有部分學(xué)生不太適應(yīng)該方式，尤其是在無法回答問題時學(xué)生會感到尷尬。教師應(yīng)提前把問題留給學(xué)生，給學(xué)生充分的思考時間，從而更有效地利用課堂教學(xué)時間。

3.目前大學(xué)生存在課堂出勤率不理想、上課玩手機(jī)、睡覺等現(xiàn)象，教師可將學(xué)生座位固定，不點(diǎn)名即可快速統(tǒng)計學(xué)生的出勤率，并考察學(xué)生的聽課情況且及時記錄，在課程的第一次課上和學(xué)生講明出勤率、聽課表現(xiàn)、作業(yè)和平時小測驗(yàn)的成績在總評成績中的比重和計分方法，細(xì)化考核要求，并嚴(yán)格按規(guī)定執(zhí)行，這樣能有效地督促學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，重視平時學(xué)習(xí)。

4.課程考核方式和難度要求是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要方面。通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有近40%的學(xué)生認(rèn)為教師應(yīng)采用閉卷方式并嚴(yán)格進(jìn)行考核，不希望考試降低難度。這項(xiàng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明，不少學(xué)生有主動學(xué)習(xí)的愿望，學(xué)習(xí)態(tài)度端正，并愿意采用嚴(yán)格的考核方式來檢查自己的學(xué)習(xí)效果，因此授課教師在考核時應(yīng)堅(jiān)持原則，對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，出題難度適中，學(xué)生卷面分?jǐn)?shù)盡可能符合正態(tài)分布。

四、結(jié)論

本文采用問題探究式的教學(xué)方式對《工程流體力學(xué)》課程進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，并給出了問題探究式教學(xué)方法的具體實(shí)踐過程。通過與學(xué)生的溝通和問卷調(diào)查，了解到近半數(shù)的學(xué)生認(rèn)可問題探究式的教學(xué)方法，認(rèn)為該方法有助于加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。在問題探究式教學(xué)過程中，教師也發(fā)現(xiàn)需要在以下方面進(jìn)行改進(jìn)：應(yīng)嘗試?yán)眯滦偷幕ヂ?lián)網(wǎng)教學(xué)手段，如微課等方式，進(jìn)一步提高課堂學(xué)習(xí)效率，將課堂學(xué)習(xí)的主動權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生；強(qiáng)化平時考核，細(xì)化成績評分方法，期末考試題目要有合理的難度，成績分布應(yīng)合理。

參考文獻(xiàn)：

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[2]龍?zhí)煊?，蔡增?流體力學(xué)[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[3]王洪偉.我所理解的流體力學(xué)[M].第1版.北京：國防工業(yè)出版社，2014.

The Exploration and Reflection of Problem-Based Teaching Method for "Engineering Fluid Mechanics" Course

XIE Hai-ying，HUANG Yuan-dong，DENG Bao-qing，LV Juan

（School of Environment and Architecture，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

第3篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

關(guān)鍵詞：流體力學(xué) 教學(xué)方法 自主實(shí)驗(yàn) 抽象到具體 工科院校

中圖分類號：O35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0199-02

流體力學(xué)是力學(xué)的一個重要分支，是流體機(jī)械專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在航空、航天、航海、水利、機(jī)械等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用，因此學(xué)生學(xué)好這門課對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及日后從事相關(guān)研究工作非常重要。但流體力學(xué)不同于理論力學(xué)、材料力學(xué)等力學(xué)學(xué)科，流體力學(xué)研究對象比較抽象，通俗來講就是研究對象看不見、摸不著，理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)表達(dá)式復(fù)雜非線性強(qiáng)，講課好像有點(diǎn)空對空的感覺。一些關(guān)鍵概念比如雷諾輸運(yùn)定理、隨流導(dǎo)數(shù)等學(xué)生理解起來比較困難，如果純粹從數(shù)學(xué)角度開展教學(xué)，學(xué)生聽起來比較枯燥、積極性不高、課堂互動性不強(qiáng)。為了提高教學(xué)效果，目前國內(nèi)很多流體力學(xué)教學(xué)工作者已經(jīng)探索了很多教學(xué)方式方法，比如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的“流體力學(xué)的多尺度創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課”[1]、南京航空航天大學(xué)的“流體力學(xué)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)競賽”[2]、北大通過結(jié)合重大事件與自主試驗(yàn)調(diào)動學(xué)生積極性、培養(yǎng)創(chuàng)新精神[3-4]等。

本人目前承擔(dān)工程流體力學(xué)、實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)、計算流體軟件應(yīng)用分析以及流體教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)等與流體力學(xué)相關(guān)的教學(xué)工作并從事一定的科研工作，本人能從理論、實(shí)驗(yàn)、計算等不同層面并結(jié)合自己的科研工作對流體力學(xué)教學(xué)方式方法進(jìn)行一些嘗試，中心理念是站在學(xué)生的角度，從流動本質(zhì)講授，讓抽象的知識具體化、形象化。該文將結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)歷談幾點(diǎn)這方面的體會。

1 賦予公式物理含義，讓公式形象化、理論生活化

流體力學(xué)與學(xué)生在基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段學(xué)習(xí)的大學(xué)物理、理論力學(xué)、材料力學(xué)中的力學(xué)在本質(zhì)上是相同的，依然要滿足牛頓第二定律，同時滿足質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律，但在研究方法與研究對象方面存在很大的差異。流體力學(xué)所采用的研究方法主要是歐拉方法，研究對象是流場。流場是個空間概念，而質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒這三大守恒定律僅適用于流體質(zhì)點(diǎn)或者流體質(zhì)點(diǎn)組成的體系。這就需要把流場與質(zhì)點(diǎn)或者體系兩種研究對象、歐拉方法與拉格朗日方法兩種研究方法聯(lián)系起來，換句話講就是如何用空間流場參數(shù)的分布與變化表示流體質(zhì)點(diǎn)或者體系運(yùn)動參數(shù)的變化，隨流導(dǎo)數(shù)和雷諾輸運(yùn)定理就是建立這種關(guān)系的橋梁。隨流導(dǎo)數(shù)在數(shù)學(xué)形式上是某種物理量對時間的全微分，從數(shù)學(xué)角度講解學(xué)生沒有任何異議，但這不代表學(xué)生理解了它的物理內(nèi)涵。隨流導(dǎo)數(shù)由當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)與遷移導(dǎo)數(shù)構(gòu)成，首先需要讓學(xué)生明確隨流導(dǎo)數(shù)對象是流體質(zhì)點(diǎn)，三大守恒定律適用于它；當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)與遷移導(dǎo)數(shù)針對流場，其中當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)表征流場參數(shù)隨時間變化，即流動是定常的還是非定常的，遷移導(dǎo)數(shù)表征流場參數(shù)空間分布均勻性，在此三大守恒定律不適用。下面的問題是讓學(xué)生如何理解兩者之間的關(guān)系。首先舉個簡單的例子，讓學(xué)生從感性上認(rèn)可這種關(guān)系，即可以用空間流場的變化與分布表示流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動參數(shù)的變化。比如以教室里溫度分布為例，夏天或者冬天開空調(diào)，教室里面溫度分布不均。假定空調(diào)功率穩(wěn)定，此時可以認(rèn)為溫度空間分布是穩(wěn)定的。一個人在教室里面走動，感受到溫度的變化，并且走動速度越受到的溫度變化越快，這時人感受到的溫度的變化是教室溫度場分布均勻度與人走動速度兩者的綜合效應(yīng)，這部分由溫度空間分布不均導(dǎo)致，對應(yīng)隨流導(dǎo)數(shù)中的遷移導(dǎo)數(shù)。假如空調(diào)功率不穩(wěn)，那教室里溫度也不穩(wěn)定，此時即便站在一個位置不動，也能夠感受到溫度的變化，這部分對應(yīng)隨流導(dǎo)數(shù)中的當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù)。假如人走在一個空調(diào)功率不穩(wěn)定、溫度空間分布不均勻的教室里，這時人感受到的溫度變化就是以上兩種作用的綜合效應(yīng)，對應(yīng)隨流導(dǎo)數(shù)，也就是質(zhì)點(diǎn)溫度對時間的變化率。人比擬到流場里面就是一個質(zhì)點(diǎn)的角色，流體質(zhì)點(diǎn)溫度隨時間的變化率可以用流場溫度的空間分布與變化表征，即可以用流場的信息獲得流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動參數(shù)的變化。這樣學(xué)生理解起來比較容易、比較具體，并且對公式的物理內(nèi)涵理解也比較深刻。雷諾輸運(yùn)定理其實(shí)是隨流導(dǎo)數(shù)的積分形式，這部分給學(xué)生講透了，雷諾輸運(yùn)定理理解起來也就比較容易。隨流導(dǎo)數(shù)、雷諾輸運(yùn)定理的理解非常重要，它是一種研究方法、思維方式的轉(zhuǎn)變，是開展流體動力學(xué)研究的基礎(chǔ)。

任何一個數(shù)學(xué)公式都有其物理含義，授課過程中要力爭從學(xué)生理解的角度，從公式背后的物理含義與物理過程角度講解，并輔以生活中的例子，讓公式形象化、理論生活化。

2 開設(shè)自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓問題具體化，提高學(xué)生積極性、提升學(xué)生綜合能力

第一部分立足于學(xué)生對關(guān)鍵知識點(diǎn)的理解，這部分談?wù)勅绾巫寣W(xué)生帶著興趣去學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性應(yīng)用所學(xué)知識。

與理論相比，學(xué)生更喜歡自己動手去開展一些探索性試驗(yàn)。同時結(jié)合數(shù)值仿真讓看不見摸不著的流場具體化、圖像化，這對提高學(xué)生學(xué)習(xí)、探索、思考問題的積極性非常有益。在教學(xué)過程中可以給學(xué)生布置一些探討性課題，讓學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，獨(dú)立從理論分析、數(shù)值仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證方面開展課題研究，采用答辯的方式把講臺交給學(xué)生，提高學(xué)生的應(yīng)變能力以及學(xué)生的參與度，針對一個課題讓大家共同探討。理不辯不明，通過辯論加深了學(xué)生對問題的認(rèn)識，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析問題的能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，而獨(dú)立分析問題能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神是大學(xué)教學(xué)一個關(guān)鍵的落腳點(diǎn)。下面舉一個教學(xué)中的例子。

圓柱繞流以及圓柱在流場中所受阻力是一個經(jīng)典的流動現(xiàn)象，可以讓學(xué)生從試驗(yàn)、數(shù)值仿真的角度去研究分析影響阻力的因素并給出影響規(guī)律。試驗(yàn)設(shè)備方面實(shí)驗(yàn)室提供拖拽力實(shí)驗(yàn)設(shè)備，主要功能為測量圓柱在流場中所受阻力。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供了3種測量阻力的方法：（1）用天平直接測力；（2）測量出口速度分布，采用動量定理計算出阻力；（3）測量圓柱表面壓力分布計算所受阻力，同時可以調(diào)節(jié)來流速度。計算軟件方面提供給學(xué)生相關(guān)計算流體軟件并講授軟件基本功能與操作。讓學(xué)生自由組團(tuán)，獨(dú)自開展研究方案設(shè)計、試驗(yàn)與數(shù)值仿真、結(jié)果對比分析與報告撰寫，公開答辯、互動參與。這樣學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析，對流速、流態(tài)對圓柱阻力的影響理解就比較深刻，同時學(xué)生在這個過程中鍛煉了獨(dú)立分析解決問題的能力，培養(yǎng)了協(xié)作精神。

3 貼近生活，學(xué)習(xí)趣味化

人類生活在流體中，很多生活中的現(xiàn)象都可以用流體知識解釋，因此在教學(xué)中可以嘗試著讓理論走進(jìn)生活，讓學(xué)習(xí)充滿趣味。

比如好多男學(xué)生喜歡踢足球，估計弧線球很多學(xué)生也會踢，但足球的軌跡為什么呈弧形，可能好多學(xué)生不知道，可以把這個問題提出來讓大家討論。上課時，提出這個問題后整個課堂氛圍一下就活躍起來了。這時候與學(xué)生一起分析足球近壁面流動并結(jié)合伯努力方程講解足球的受力，學(xué)生一下就明白了足球軌跡為什么可以呈弧形。再比如還可以播放一些生活中有趣流動現(xiàn)象的視頻與圖片，引導(dǎo)學(xué)生分析與討論。

4 考核多元化

流w力學(xué)要想充分調(diào)動學(xué)生的積極性，還需要對考核方式做調(diào)整，不再唯卷面分?jǐn)?shù)論。本人在教學(xué)實(shí)踐中從以下幾個方面進(jìn)行考核：（1）卷面成績；（2）創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)，綜合考慮試驗(yàn)效果、結(jié)果分析、答辯情況等；（3）課堂互動，對于在課堂上積極互動提出疑問的同學(xué)給予平時成績加分，甚至可以將講臺交給學(xué)生，讓學(xué)生給大家講解；（4）課后作業(yè)與講解，鼓勵學(xué)生給大家講解，并給予加分鼓勵。

5 結(jié)語

流體力學(xué)是一門學(xué)生認(rèn)為比較難的專業(yè)基礎(chǔ)課，作為授課老師應(yīng)該站在讓學(xué)生容易理解的立場，從流動的物理概念和物理過程出發(fā)，賦予抽象難解的理論、公式具體的物理含義，并結(jié)合常見的流動現(xiàn)象讓理論形象化、生活化；開展自主創(chuàng)新綜合試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值仿真，讓抽象的流動具體化、圖形化，提高學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神；把講臺交給學(xué)生，通過課題答辯、習(xí)題講解，增強(qiáng)學(xué)生互動；讓理論走進(jìn)生活，引導(dǎo)學(xué)生用流體力學(xué)理論知識分析生活中的流動現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)的趣味性；通過多元化的考核，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?？傊?，以學(xué)生為本，從物理本質(zhì)上講解理論知識，讓理論走進(jìn)生活貼近生活，從抽象到具體，多層次增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解。

參考文獻(xiàn)

[1] 李小斌，李鳳臣，姜寶成，等.基于創(chuàng)新意識培養(yǎng)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，2014（15）：119-121.

[2] 金志光.工科高校培養(yǎng)創(chuàng)新思維的流體力學(xué)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)競賽[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（8）：145-146.

第4篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

摘 要：風(fēng)沙物理學(xué)是一門年輕但發(fā)展較快的學(xué)科。本文基于風(fēng)沙物理學(xué)的學(xué)科現(xiàn)狀和發(fā)展特點(diǎn)，依據(jù)風(fēng)沙物理學(xué)課程性質(zhì)和教學(xué)要求對課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了探索和分析，提出了以下教學(xué)設(shè)計方案：（1）課堂教學(xué)上，借助輔助資料，降低課程內(nèi)容難度；重視教學(xué)策略，提升課堂教學(xué)質(zhì)量；培養(yǎng)學(xué)術(shù)思想、促進(jìn)學(xué)科發(fā)展；（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，減少驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計性實(shí)驗(yàn)；（3）實(shí)踐教學(xué)上，重視綜合性實(shí)踐教學(xué)，開設(shè)“風(fēng)沙物理學(xué)野外綜合實(shí)習(xí)”。

關(guān)鍵詞 ：風(fēng)沙物理學(xué)；學(xué)科現(xiàn)狀；教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0213-03

基金項(xiàng)目： 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“水土保持與荒漠化防治國家特色專業(yè)卓越農(nóng)林人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)模式改革研究”

風(fēng)沙物理學(xué)是介于沙漠科學(xué)和物理學(xué)之間的邊緣學(xué)科，是沙漠學(xué)中以基礎(chǔ)研究和應(yīng)用為主的重要分支學(xué)科。該學(xué)科是以流體力學(xué)的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，從力學(xué)和物理學(xué)過程研究風(fēng)與各種沙質(zhì)地表的相互作用機(jī)制及其風(fēng)沙運(yùn)動規(guī)律。國際上，一般將拜格諾在1941年出版的風(fēng)沙物理學(xué)專著《風(fēng)沙與荒漠沙丘物理學(xué)》作為風(fēng)沙物理學(xué)誕生的標(biāo)志，至今只有七十多年的歷史，所以，風(fēng)沙物理學(xué)是一門比較年輕的學(xué)科。1977年聯(lián)合國沙漠化大會之后，沙漠化作為科學(xué)問題引起了全球范圍內(nèi)科學(xué)界的重視。沙漠化是以風(fēng)沙活動為主要特征，以各種風(fēng)沙地貌為主要景觀標(biāo)志，因而首先表現(xiàn)為風(fēng)沙問題。風(fēng)沙物理學(xué)作為沙漠科學(xué)的重要分支學(xué)科，在全球沙漠化研究的背景下獲得了重要的發(fā)展機(jī)遇，并取得了豐碩的成果[1]。因此，我們也可以說風(fēng)沙物理學(xué)又是一門發(fā)展較快的學(xué)科。然而，年輕和發(fā)展快也說明著風(fēng)沙物理學(xué)有不斷被完善和提升的空間，尤其是自1998年中科院知識創(chuàng)新工程啟動以來，伴隨著實(shí)驗(yàn)手段和儀器設(shè)備的改進(jìn)，風(fēng)沙物理學(xué)的新觀點(diǎn)和新理論不斷推陳出新[2]。一些重要的研究成果，包括對拜格諾提出的沙質(zhì)床面空氣動力學(xué)粗糙度1/30定律的修訂、對歐文效應(yīng)的從新定義、對風(fēng)沙電現(xiàn)象的研究、對風(fēng)沙邊界層風(fēng)沙互饋機(jī)制的研究等，被國際風(fēng)沙物理學(xué)界認(rèn)為是近年來風(fēng)沙物理學(xué)取得的重要進(jìn)展。而這些研究成果的出現(xiàn)對我們的教材也提出了新的挑戰(zhàn)，如何選擇授課內(nèi)容，如何將這些新觀點(diǎn)新理論融入我們的教學(xué)中來，這是一個需要認(rèn)真思考和推敲的問題。

1 風(fēng)沙物理學(xué)的課程性質(zhì)與教學(xué)要求

風(fēng)沙物理學(xué)以風(fēng)沙活動為研究對象，風(fēng)沙運(yùn)動是氣固兩相流的一個重要研究分支，并作為風(fēng)沙物理學(xué)研究的核心內(nèi)容備受重視。風(fēng)沙工程中采取的各種措施，包括封閉、固定、阻攔、輸導(dǎo)、改向和消散等措施類型都是基于風(fēng)沙運(yùn)動的特征和防治目標(biāo)設(shè)定的[3]，因此，學(xué)習(xí)風(fēng)沙物理學(xué)對《荒漠化防治工程》等相關(guān)課程的教學(xué)至關(guān)重要。風(fēng)沙物理學(xué)作為高等院校水土保持與荒漠化防治專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，通常開設(shè)于第5學(xué)期，總學(xué)時36學(xué)時，其中，課堂講授學(xué)時為24學(xué)時，實(shí)驗(yàn)課為12學(xué)時，另于學(xué)期末開設(shè)綜合實(shí)習(xí)。本課程主要涉及近地表風(fēng)的基本特性；沙物質(zhì)顆粒的起跳機(jī)制、運(yùn)動規(guī)律以及風(fēng)沙流的形成與結(jié)構(gòu)、土壤的風(fēng)蝕現(xiàn)象和各種風(fēng)蝕風(fēng)積地貌的特點(diǎn)、風(fēng)沙運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)理論及研究方法等。開設(shè)該課程的主要目的是為本科生其它專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和今后從事荒漠化防治工作、荒漠化防治科學(xué)研究及沙產(chǎn)業(yè)方面的工作建立牢固的理論基礎(chǔ)及操作技能。通過對本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生達(dá)到下列基本要求：（1）掌握風(fēng)沙物理學(xué)的基本概念、基本理論及應(yīng)用方法；（2）能夠理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立分析說明自然界中風(fēng)沙運(yùn)動的一般規(guī)律；（3）掌握風(fēng)沙運(yùn)動的基本原理和方法，了解風(fēng)沙物理學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

2 風(fēng)沙物理學(xué)教學(xué)設(shè)計

目前，風(fēng)沙物理學(xué)被各農(nóng)林類高等院校定為水土保持與荒漠化防治專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于這樣一門新興學(xué)科，要樹立怎樣的學(xué)術(shù)思想？采取什么樣的授課方式？授課過程中要注意哪些問題？這些問題不僅關(guān)系到學(xué)生對知識的理解和接納程度，從長遠(yuǎn)考慮也關(guān)系到這一學(xué)科的發(fā)展。為此，我們從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)等3個方面對風(fēng)沙物理學(xué)的教學(xué)工作進(jìn)行了設(shè)計和完善。

2.1 課堂教學(xué)

2.1.1 借助輔助資料，降低課程內(nèi)容難度

教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的知識載體，是進(jìn)行教學(xué)的基本工具，也是深化教育教學(xué)改革，全面推進(jìn)素質(zhì)教育，培育創(chuàng)新人才的重要保證。風(fēng)沙物理學(xué)教材共有兩版，第一版發(fā)行于1992年，共印刷了1次[4]，第二版發(fā)行于2010年9月，被定為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材和高等學(xué)校水土保持與荒漠化防治專業(yè)教材[5]。與第一版相比，第二版將流體力學(xué)基礎(chǔ)理論作為單獨(dú)的一章內(nèi)容列出，在此基礎(chǔ)上，對風(fēng)及其基本性質(zhì)、沙及其基本性質(zhì)、風(fēng)沙運(yùn)動、風(fēng)沙地貌的形成及演變、土壤風(fēng)蝕、沙塵暴及風(fēng)沙物理學(xué)研究方法等知識做了詳細(xì)的介紹。這一內(nèi)容上的重組和改進(jìn)使得風(fēng)沙物理學(xué)的課堂教學(xué)得以系統(tǒng)化，但因部分內(nèi)容難度大，比如沙粒起動機(jī)制、輸沙量的計算、沙粒運(yùn)動軌跡方程、沙丘形成過程中的二次流理論等，單靠本科大學(xué)物理中所學(xué)的流體力學(xué)知識及教材第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)理論部分的知識還不足以使學(xué)生理解。為此，就需要收集相關(guān)輔助資料，借助相鄰學(xué)科和生活中的流體力學(xué)知識進(jìn)行解釋。比如，可以利用球類運(yùn)動中的弧線球理論和扎桿球理論解釋沙粒起動起跳過程中的馬格努斯效應(yīng)；利用繞流機(jī)翼理論解釋沙粒起動機(jī)制中的壓差升力學(xué)說；利用順時針或逆時針攪動茶水時茶葉的聚集現(xiàn)象解釋二次流理論等。通過運(yùn)用這些生活中常見現(xiàn)象背后所折射出的流體力學(xué)知識來推演風(fēng)沙物理學(xué)現(xiàn)象的機(jī)理，可以使教學(xué)內(nèi)容的難度降低，學(xué)生的興趣、分析問題的積極性，對機(jī)理的理解能力也都有了很大的提高。

2.1.2 重視教學(xué)策略，提升課堂教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)策略關(guān)系到教學(xué)效果的好壞。針對風(fēng)沙物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容難度大、范圍廣的特點(diǎn)，我們在課堂教學(xué)中采取以下策略：首先，要對授課內(nèi)容進(jìn)行篩選，對課本內(nèi)容不求面面俱到，而是在學(xué)生的認(rèn)知能力和接受范圍內(nèi)講精、講細(xì)，既重視基礎(chǔ)理論，又要把握學(xué)科前沿，對實(shí)踐性強(qiáng)的內(nèi)容，應(yīng)結(jié)合實(shí)例，做深入淺出的講解，做到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一；其次，合理安排各章節(jié)內(nèi)容，既強(qiáng)調(diào)課程的系統(tǒng)性，又要有重點(diǎn)、難點(diǎn)的突破，在學(xué)時分配上，要突出重點(diǎn)、難點(diǎn)，不能平均分配；第三，要注重動態(tài)影像資料的使用，利用多媒體教學(xué)，對風(fēng)沙起動、風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)，渦流的形成等結(jié)合風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)的影響資料進(jìn)行講解，實(shí)現(xiàn)講播同步式教學(xué)；第四，要注重對學(xué)生興趣的激發(fā)，可結(jié)合生活中的流體力學(xué)現(xiàn)象對難度較大的講授內(nèi)容做出推演，實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式、導(dǎo)向式、探究式和互動式教學(xué)，同時鼓勵學(xué)生參與分析，于無形中激發(fā)學(xué)生的興趣，活躍學(xué)生的思維，使學(xué)生產(chǎn)生求知的欲望。

2.1.3 培養(yǎng)學(xué)術(shù)思想、促進(jìn)學(xué)科發(fā)展

基礎(chǔ)物理學(xué)的教材內(nèi)容是確定因素下產(chǎn)生的確定結(jié)論。而對于風(fēng)沙物理學(xué)而言，由于涉及因子的多元化和研究者的主觀判斷，使得一些結(jié)論具有片面性，隨著時間的推移有可能被新的研究成果取代，或甚至被證明是不正確的，且目前眾多研究成果的涌現(xiàn)已對前學(xué)者的部分研究結(jié)論提出了質(zhì)疑。正如風(fēng)沙物理學(xué)工作者楊保等人[6]所認(rèn)為的：“由于研究者認(rèn)識水平和客觀條件，尤其是實(shí)驗(yàn)條件和模擬手段落后的限制，使得有關(guān)風(fēng)沙運(yùn)動的成果基本上是半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的，使用時還有很大的局限性。 尤其是對宏觀和微觀的聯(lián)系的研究起步較晚，使得風(fēng)沙物理學(xué)的理論還沒有形成一個完善的體系，風(fēng)沙研究工作者只能提供給工程界一些經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式，嚴(yán)格的說，這些經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)公式只能在滿足他們的條件下使用，外推到其他條件下使用可能造成相當(dāng)大的誤差”。因此，從學(xué)科發(fā)展的角度，我們就要鼓勵學(xué)生多思考，在正確學(xué)術(shù)思想的引導(dǎo)下，去突破和發(fā)展。作為老師，要教好這樣一門課，首先要有嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，充分了解學(xué)科發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，樹立正確的學(xué)術(shù)思想，以發(fā)展的眼光看待問題，瞻前顧后，在尊重已經(jīng)形成共識的研究成果的基礎(chǔ)上重視知識的擴(kuò)展。比如在各種數(shù)值模型的講解中，應(yīng)認(rèn)識到多數(shù)表達(dá)式都是按一般的規(guī)律，理想的形式和典型的模式用數(shù)學(xué)方程式表示出來的，故不具有普適性，這就要求我們在教學(xué)時根據(jù)存在的問題激發(fā)學(xué)生對各種影響因素的認(rèn)知和分析能力，避免生硬接受他人思想，因此在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的同時也促進(jìn)了學(xué)科的發(fā)展。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是風(fēng)沙物理學(xué)課程必不可少的組成部分，對于鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新精神具有重要的作用。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)老師的安排在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按部就班的對理論知識進(jìn)行驗(yàn)證的過程，在這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生的主觀能動性得不到發(fā)揮，思維僵化，且隨著本科生的擴(kuò)招，原有的按小班設(shè)計的實(shí)驗(yàn)室和配備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備已不能滿足需要，部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也轉(zhuǎn)化成了演示性實(shí)驗(yàn)，造成實(shí)驗(yàn)效果不理想。針對風(fēng)沙物理學(xué)的實(shí)踐性和應(yīng)用性特點(diǎn)，我們對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了改革，加強(qiáng)了設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。該門課程的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)主要有兩個：一是沙物質(zhì)休止角的測定：沙丘沙的休止角是風(fēng)與沙相互作用塑造的一種動力平衡狀態(tài)，是控制沙丘形態(tài)的重要因素之一，對分析沙丘的穩(wěn)定性和流動性具有實(shí)際意義。休止角的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生首先自行設(shè)計測定對象的屬性，包括對不同粒徑范圍的劃分、不同含水量的設(shè)定、不同磨圓度的界定等。在此基礎(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)順序進(jìn)行設(shè)計，通過實(shí)驗(yàn)順序的合理設(shè)計，可以節(jié)省不同屬性沙物質(zhì)的處理時間，實(shí)現(xiàn)沙土樣的有效利用；二是動力風(fēng)速風(fēng)向圖的繪制：風(fēng)是風(fēng)沙和風(fēng)成地貌形成的動力因素，并不是所有的風(fēng)對沙丘的形成、演化及移動起作用，因此，在風(fēng)沙地貌動力學(xué)研究中，只限于統(tǒng)計能使沙子運(yùn)動的起沙風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)向，繪制動力風(fēng)向風(fēng)速圖。動力風(fēng)向風(fēng)速圖有多種類型，常用的有動力風(fēng)玫瑰圖和動力矢量圖，這兩種圖所反映的沙丘運(yùn)動的方向、速度和方式的詳細(xì)特征有所不同，因此，這節(jié)內(nèi)容我們就需要發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和判斷力，根據(jù)風(fēng)信資料采集區(qū)的特征以及圖件的用途進(jìn)行類型的選取，再進(jìn)行風(fēng)信資料的整理與轉(zhuǎn)化。

2.3 實(shí)踐教學(xué)

風(fēng)沙物理學(xué)屬于應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，該課程除休止角測定、風(fēng)信資料整理與轉(zhuǎn)換等少數(shù)實(shí)驗(yàn)外，其它實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都要借助沙風(fēng)洞完成，而全國建有用于風(fēng)沙物理學(xué)現(xiàn)象研究的沙風(fēng)洞的單位僅有中科院寒旱所、北京林業(yè)大學(xué)、北京師范大學(xué)、蘭州大學(xué)等幾家科研單位和高等院校。為此，風(fēng)沙物理學(xué)大多實(shí)驗(yàn)只能借助影像資料進(jìn)行演示性講解，或在每年五月份第二個周末的中科院寒旱所開放日組織學(xué)生進(jìn)行風(fēng)洞參觀并觀看部分演示性實(shí)驗(yàn)，其組織難度大且效果不理想。為了改變這一現(xiàn)狀，我們借助馬路灘林場實(shí)踐教學(xué)基地和民勤治沙站實(shí)踐教學(xué)基地，開設(shè)了“風(fēng)沙物理學(xué)野外綜合實(shí)習(xí)”，將大部分風(fēng)沙物理學(xué)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為室外綜合性實(shí)踐教學(xué)。

馬路灘林場實(shí)踐教學(xué)基地和民勤治沙站實(shí)踐教學(xué)基地是近年來為配合實(shí)踐教學(xué)的需要，學(xué)院重點(diǎn)建設(shè)的兩個實(shí)踐基地。從抵御流沙入侵的需要和樣板地建設(shè)的需要出發(fā)，兩個基地均在綠洲荒漠過渡帶的流動沙丘分布區(qū)鋪設(shè)了多種形式和規(guī)格的麥草沙障、粘土沙障、塑料網(wǎng)沙障、礫石沙障等低立式沙障，還利用尼龍網(wǎng)、作物秸稈等設(shè)立了各種高立式沙障。作為機(jī)械沙障的輔助措施，梭梭林、移動森林等植物固沙措施被廣泛應(yīng)用，形成了形式多樣、種類繁多的風(fēng)沙災(zāi)害防治體系。此外，作為我國西北荒漠化防治的主要科研基地，民勤治沙站建立了各種輸沙量監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)速測定系統(tǒng)、沙塵暴監(jiān)測系統(tǒng)、沙丘移動監(jiān)測系統(tǒng)、地下水位監(jiān)測系統(tǒng)和植被生長監(jiān)測系統(tǒng)，無論在規(guī)模上、還是在科研力量上均占據(jù)了學(xué)科優(yōu)勢，滿足了風(fēng)沙物理學(xué)實(shí)踐教學(xué)的需要。通過風(fēng)沙物理學(xué)綜合性實(shí)踐教學(xué)，我們要求學(xué)生能夠?qū)ι迟|(zhì)地表土壤粒度組成進(jìn)行測定分析、認(rèn)識和描述沙區(qū)各種風(fēng)蝕和風(fēng)積地貌的形態(tài)及特征、測定風(fēng)速廓線和輸沙量、分析風(fēng)沙流結(jié)構(gòu)、推算地表粗糙度、實(shí)測沙丘休止角、觀測沙波紋的形成和消散過程等。通過實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生一方面可掌握蝕積地貌的形態(tài)特征、成因及發(fā)展趨勢，通過切身感受風(fēng)沙流，增強(qiáng)了對風(fēng)沙物理學(xué)現(xiàn)象的感性認(rèn)識；另一方面，可在實(shí)際操作中掌握風(fēng)沙物理學(xué)野外研究的基本方法和專業(yè)常規(guī)儀器設(shè)備的使用方法，而這些知識的獲取以及學(xué)生獲取知識的積極性是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)授課方式所無法比擬的。

3 結(jié)語

風(fēng)沙物理學(xué)具有發(fā)展歷程短、速度快，研究范圍不斷擴(kuò)大和研究新成果多的特點(diǎn)。本文基于風(fēng)沙物理學(xué)的學(xué)科現(xiàn)狀和發(fā)展特點(diǎn)，根據(jù)課程性質(zhì)和教學(xué)要求提出了一種課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計方案，以此達(dá)到降低教學(xué)難度，提高教學(xué)效果的目的。同時，通過對學(xué)生實(shí)踐技能和學(xué)術(shù)思想的培養(yǎng)，服務(wù)專業(yè)，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（4）朱朝云，丁國棟，楊明遠(yuǎn)。風(fēng)沙物理學(xué)[D]。中國林業(yè)出版社，1992.

第5篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

【關(guān)鍵詞】微注塑成型；溶體流動；微觀因素

1.引言

微觀熔體充模流動涉及的影響因素較多，相互作用關(guān)系復(fù)雜，但其區(qū)別于宏觀充模流動的主要特征是其熔體流動通道與型腔的截面尺寸及充填熔體的量微小，由此引發(fā)的充模流動中的許多因素明顯與宏觀充模過程不同。宏觀充模流動中可被忽略的影響因素，在微觀條件下可能成為主要因素；而宏觀條件下影響熔體流動的主要因素，在微觀條件下可能變得并不重要而被忽略。這些可能的因素包括模具和熔體溫度、模具的結(jié)構(gòu)因素以及一些微觀因素，本文簡要介紹熔體的表面張力、重力、慣性力、微觀粘度、壁面滑移等微觀因素對高聚物熔體微尺度下流動的影響。

2.熔體表面張力

當(dāng)液體存在與氣體的分界面時，在液體表面部分可劃出一表面層，處在表面層以下的液體分子，在各方向上受到周圍分子的作用力引力與斥力處于平衡狀態(tài)，而處在表面層的液體分子，受到內(nèi)部液體分子的吸引力與其外部氣體分子的吸引力不相平衡，其合力垂直液面指向液體內(nèi)部。在這一不平衡的分子合力作用下，表面層的液體分子都力圖向液體內(nèi)部收縮。表面張力便是用來描述表面層這一特征。

表面張力可表示為表面張力系數(shù)與濕周（流體與固體壁面的接觸長度）的乘積，即，其中為表面張力系數(shù)，為濕周。在流體流動過程中，表面張力既可能促進(jìn)流體流動也可能抑制其流動，形成如圖1所示的流動前沿模型。圖1（a）表示接觸角小于90?時，表面張力可促進(jìn)流體流動：圖1（b）表示接觸角大于90?時，表面張力具有抑制流體流動的作用。其作用原理也可用液面彎曲產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)來解釋，附加壓強(qiáng)可以按以下公式進(jìn)行計算[1]：

表面張力在許多工程問題中都可以忽略不計，但是當(dāng)問題對象的尺度減小，表面力的作用逐漸大于體積力的作用，此時就必需考慮表面張力的影響[2]。由于表面張力與特征尺度的一次方成正比，因此隨著尺度的減小，表面張力的影響將相對增大。另外，表面張力的作用使得流道中的氣泡更加難以排除，氣泡的存在將對微流體的過流性能產(chǎn)生影響。即使無氣泡存在，表面張力引起的表面壓差在流體對微細(xì)通道的初期填充過程中也起重要作用。Gravesen等強(qiáng)調(diào)通道內(nèi)存在氣泡的影響，如果存在氣泡，由于表面張力影響，會使壓降增大。第一次填充通道時的氣泡可能就會在通道滯留，很難完全消除。

3.微觀粘度

多項(xiàng)研究表明，流體在微通道中的流動行為與常規(guī)尺度通道中的流動有很大的不同。試驗(yàn)觀察表明，水、硅油、酒精、聚合物溶液等流體在微小通道壁面附近的粘度比常規(guī)尺寸下的粘度高50%-80%[3]。一些學(xué)者認(rèn)為聚合物溶液的這種粘度增大，是分子鏈的纏結(jié)或分子鏈與通道壁面的粘結(jié)作用所致。當(dāng)高聚物分子鏈的回轉(zhuǎn)半徑與通道的尺寸相比不可忽略時，這個現(xiàn)象是很常見的。Eringe等[4]認(rèn)為當(dāng)聚合物分子鏈的均方旋轉(zhuǎn)半徑與通道的尺寸相比不可忽略時，其粘度與傳統(tǒng)粘度模型之間會出現(xiàn)偏差，并基于粘性流體非局部連續(xù)理論，結(jié)合分子取向效應(yīng)，建立了針對聚合物溶液的粘度模型如下：

4.慣性力和重力

在傳統(tǒng)的宏觀樹脂成型中，同屬質(zhì)量力的慣性力和重力通常被忽略。而在微澆注成形中是否應(yīng)被考慮，至今沒有一個明確的定論。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，聚合物熔體的微觀結(jié)構(gòu)可以看作成團(tuán)的大分子鏈纏結(jié)在一起，分子鏈之間必然有很大的間隙。當(dāng)微小熔體流動時，慣性力和重力應(yīng)該看成作用在分子鏈上，從而使得它們的影響增大。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為隨著特征尺寸的減小，作為特征尺寸二次方的慣性力和特征尺寸三次方的重力，其作用程度會越來越小，即微尺度下流體流動中重力和慣性力的影響可以忽略[5]。

對于微尺度下熔體的慣性力和重力，可用無量綱參數(shù)Te和Oa進(jìn)行量綱分析。Te和Oa分別表示慣性力與粘性力之比，重力與粘性力之比，即：

5.壁面滑移

壁面滑移是聚合物熔體粘彈的重要特征之一。大量的研究表明，在一定條件下熔體會沿著壁面滑動，產(chǎn)生壁面滑移[6]。目前，普遍認(rèn)可的壁面滑移形式主要有兩種，一種是以粘-滑（stick-slip）的形式出現(xiàn)，即當(dāng)熔體在壁面承受的剪切應(yīng)力超過某一臨界剪切應(yīng)力時，發(fā)生壁面滑移；另一種滑移以整體滑移（full-slip）的形式出現(xiàn)，熔體的流動近似為柱塞式運(yùn)動。

壁面滑移的產(chǎn)生機(jī)理十分復(fù)雜，人們在試驗(yàn)研究和微觀分析的基礎(chǔ)上，把流體力學(xué)原理同微觀分子結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，對熔體壁面滑移的形成機(jī)理提出了各種不同的解釋。目前，較為一致的觀點(diǎn)主要有三種。一種觀點(diǎn)認(rèn)為在熔體流動的通道壁面上總是粘附著一個薄層，當(dāng)熔體所受剪切應(yīng)力超過某一臨界值時，粘附薄層內(nèi)側(cè)的熔體分子和流動的本體分子間發(fā)生解纏而隨之流動，其分子鏈運(yùn)動的速度比按經(jīng)典連續(xù)介質(zhì)力學(xué)計算的速度要大，從而表現(xiàn)為熔體沿壁面滑移。這被稱為熔體壁面滑移的纏結(jié)—解纏機(jī)理，如圖2（a）所示。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為當(dāng)熔體在通道壁面處的剪切應(yīng)力超過某一臨界剪切應(yīng)力時，粘附于通道壁面的分子會因解吸附而發(fā)生相對滑動。這稱為壁面滑移的吸附—解吸附機(jī)理，如圖2（b）所示。還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為壁面滑移是纏結(jié)—解纏和吸附—解吸附同時發(fā)生，熔體流動時具體發(fā)生哪種壁面滑移要取決于聚合物熔體的彈性、分子結(jié)構(gòu)以及它與通道壁面的粘附性等因素。對吸附能力強(qiáng)的通道壁面而言，纏結(jié)一解纏結(jié)是造成壁面滑移的主要原因，由此產(chǎn)生的滑移多以粘—滑的形式出現(xiàn)；對吸附能力弱的通道壁面材料而言，吸附—解吸附是產(chǎn)生壁面滑移的主要原因，而此時產(chǎn)生的滑移很可能為整體滑移[7]。如果澆注微流道為硅膠材質(zhì)，通道壁面屬于彈性體，表面能很低，熔體與壁面相互作用弱，因此，熔體很可能會發(fā)生整體滑移，有益于熔體在微型腔中的充填。

6.總結(jié)

本文分析了微尺度下高聚物熔體充填過程中模具和熔體溫度、模具型腔壁面粗糙度、表面張力、微觀粘度、慣性力及重力、壁面滑移對熔體流動充填的影響。結(jié)果表明，除微觀粘度的作用可以忽略外，其它因素對熔體在微尺度下的充填都有一定的影響。

參考文獻(xiàn)

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第6篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)建模；力學(xué)實(shí)踐；科學(xué)思維；創(chuàng)新能力

數(shù)學(xué)模型是解決各種實(shí)際問題的過程，是將數(shù)學(xué)應(yīng)用于力學(xué)等現(xiàn)代自然科學(xué)的重要橋梁。數(shù)學(xué)建模不僅是數(shù)學(xué)走向力學(xué)應(yīng)用的必經(jīng)之路，而且也是科學(xué)思維建立的基礎(chǔ)。通過數(shù)學(xué)建模分析力學(xué)問題，將數(shù)學(xué)應(yīng)用于實(shí)際的嘗試，親歷發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的過程，可以取得在課堂里和書本上無法獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)和親身感受，不斷深化科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。數(shù)學(xué)建模對力學(xué)教學(xué)思維的建立具有重要的指導(dǎo)作用。

一、數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)建模教學(xué)的發(fā)展

數(shù)學(xué)建模最早出現(xiàn)于公元前3世紀(jì)，歐幾里得所寫的《幾何原本》為現(xiàn)實(shí)世界的空間形式構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型?？梢哉f，數(shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)是同時產(chǎn)生的。數(shù)學(xué)建模的發(fā)展貫穿近代力學(xué)的發(fā)展過程，兩者互相促進(jìn)，相互推動。開普勒總結(jié)的行星運(yùn)動三大規(guī)律、牛頓的萬有引力公式、電動力學(xué)中的Maxwell方程、流體力學(xué)中的Navier-Stokes方程與Euler方程以及量子力學(xué)中的Schrodinger方程等等，無不是經(jīng)典的數(shù)學(xué)建模。1985年，美國開始舉辦國際大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，至此數(shù)學(xué)建模的教育開始引起廣泛的重視。數(shù)學(xué)建模在我國興起并被廣泛使用是近三十年的事。從1982年起我國開設(shè)“數(shù)學(xué)建?！闭n程，1992年起舉辦全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，現(xiàn)在已經(jīng)成為我國高校規(guī)模最大的課外科技活動。2002年，開展“將數(shù)學(xué)建模的思想與方法融入數(shù)學(xué)類主干課程”的教改實(shí)踐，2012年，《數(shù)學(xué)建模及其應(yīng)用》雜志創(chuàng)辦。

二、數(shù)學(xué)建模對力學(xué)教學(xué)的指導(dǎo)作用

1.數(shù)學(xué)建模是將數(shù)學(xué)應(yīng)用于力學(xué)實(shí)踐的必要過程

數(shù)學(xué)建模（MathematicalModeling）是通過對實(shí)際問題的抽象、簡化，建立起變量和參數(shù)間的數(shù)學(xué)模型，求解該數(shù)學(xué)問題并驗(yàn)證解，從而確定能否用于解決問題多次循環(huán)、不斷深化的過程。數(shù)學(xué)模型（MathematicalModel）是指為了一個特定目的，對于一個現(xiàn)實(shí)問題，發(fā)掘其內(nèi)在規(guī)律，通過積極主動的思維，提出適當(dāng)?shù)募僭O(shè)，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具得到的一個數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)建模幾乎是一切應(yīng)用科學(xué)的基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)來解決的實(shí)際問題，都是通過數(shù)學(xué)建模的過程來進(jìn)行的。而力學(xué)是應(yīng)用科學(xué)的一個重要分支，一種力學(xué)理論往往和相應(yīng)的一個數(shù)學(xué)分支相伴產(chǎn)生，如：運(yùn)動基本定律和微積分，運(yùn)動方程的求解和常微分方程，彈性力學(xué)及流體力學(xué)和數(shù)學(xué)分析理論，天體力學(xué)中運(yùn)動穩(wěn)定性和微分方程定性理論等。因此，有人甚至認(rèn)為力學(xué)應(yīng)該也是一門應(yīng)用數(shù)學(xué)。

2.數(shù)學(xué)建模是培養(yǎng)科學(xué)思維的基礎(chǔ)

科學(xué)思維是以科學(xué)知識為基礎(chǔ)的科學(xué)化、最優(yōu)化的思維，是科學(xué)家適應(yīng)現(xiàn)代實(shí)踐活動方式和現(xiàn)代科技革命而創(chuàng)立的方法體系?？茖W(xué)思維的其他重要研究者Dunbar立足心理學(xué)視角指出，科學(xué)思維過程是建構(gòu)理論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、假設(shè)檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)解釋和科學(xué)發(fā)現(xiàn)等階段中的認(rèn)知過程。這個過程與數(shù)學(xué)建模完全吻合，因此數(shù)學(xué)建模是培養(yǎng)科學(xué)思維的基礎(chǔ)。許多的力學(xué)家同時也是數(shù)學(xué)家，他們在力學(xué)研究工作中總是善于從復(fù)雜的現(xiàn)象中洞察問題本質(zhì)，又能尋找合適的解決問題的數(shù)學(xué)模型，逐漸形成一套特有的思維與方法。數(shù)學(xué)建模不單單是對某個問題或是某類問題的研究和解決，更重要的是一種思維的培養(yǎng)?？茖W(xué)思維的培養(yǎng)是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成，是科學(xué)教學(xué)的核心內(nèi)容。

3.數(shù)學(xué)建模對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要作用

數(shù)學(xué)建模是一個分析問題和解決實(shí)際問題的過程，從數(shù)學(xué)理論到應(yīng)用數(shù)學(xué)，再到應(yīng)用科學(xué)，它為培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)踐到理論再從理論回到實(shí)踐的能力，創(chuàng)造了十分有利的條件。數(shù)學(xué)建模的過程是一個不斷探索的過程，因此，數(shù)學(xué)建模競賽是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和發(fā)揮創(chuàng)新能力的有效途徑。創(chuàng)新可以是前所未有的創(chuàng)造，也可以是在原有基礎(chǔ)上的發(fā)展改進(jìn)，即包含創(chuàng)造、改造和重組等意思。數(shù)學(xué)模型來源于錯綜復(fù)雜的客觀實(shí)際，沒有現(xiàn)成的答案和固定的模式，因此學(xué)生在建立和求解這類模型時，從貌似不同的問題中抓住其本質(zhì)，常常需要打破常規(guī)、突破傳統(tǒng)?？梢哉f，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力始終貫穿在數(shù)學(xué)建模的整個過程。在數(shù)學(xué)建模的過程中體現(xiàn)了知識的創(chuàng)新、方法的創(chuàng)新、結(jié)果的創(chuàng)新和應(yīng)用的創(chuàng)新。

第7篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

作者認(rèn)為，如果想讓自然通風(fēng)被更有效的利用來積極地影響環(huán)境，本書的新觀點(diǎn)需要被廣泛的傳播。作者寫作本書的目標(biāo)是想把最新的現(xiàn)代建筑天然通風(fēng)設(shè)計和控制思想傳遞給更多的建筑和工程專業(yè)人員。作者希望本書能讓讀者更好地處理自然通風(fēng)，成為機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)的有效輔助與替代方案。

本書包括5個章節(jié)：1.概述，介紹了自然通風(fēng)環(huán)境浮力效應(yīng)的基礎(chǔ)知識；2.導(dǎo)論，介紹了流體力學(xué)中常用的物理定律，包括重要的守恒定律與伯努利方程等；3.獨(dú)立源，介紹了影響浮力效應(yīng)的各種獨(dú)立源，包括一些常見的局部源與分布源；4.相互作用源，介紹了影響浮力效應(yīng)的相互作用源，分析了常見熱源與冷源相互作用的環(huán)境；5.復(fù)雜幾何形狀產(chǎn)生的氣流，介紹了各種多開口空間與互連組合空間中的氣流運(yùn)動。

本書作者Chenvidyakarn博士是劍橋大學(xué)的講師，也是劍橋大學(xué)莫德林建筑學(xué)院的研究員。作者在劍橋大學(xué)獲得碩士和博士學(xué)位，現(xiàn)在劍橋大學(xué)英國石油公司研究院與工程建筑系進(jìn)行講授和研究，主要面向建筑物可持續(xù)設(shè)計領(lǐng)域。作者經(jīng)常在領(lǐng)域內(nèi)重要國際期刊上發(fā)表文章，例如《建筑與環(huán)境》、《能源和建筑》、《CIBSE屋宇裝備工程技術(shù)研究》及《國際通風(fēng)期刊》等，他還是兩個國際期刊《城市建筑—室內(nèi)景觀設(shè)計與技術(shù)》與《建筑學(xué)研究與學(xué)習(xí)》的編委。

寧圃奇，博士，副研究員

（中國科學(xué)院電工研究所）

第8篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

關(guān)鍵詞 井下；壓裂作業(yè)；監(jiān)測技術(shù)

中圖分類號TD32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2013）99-0169-02

0引言

井下壓裂技術(shù)是目前油氣井增產(chǎn)、注水井增注的一項(xiàng)非常重要的舉措，尤其對于我國一些超低滲透油氣層來說，井下壓裂技術(shù)的高低已經(jīng)成為了油氣產(chǎn)量突破的掣肘點(diǎn)。而在壓裂作業(yè)的過程中，對于壓裂層段溫度、壓力、壓裂液的密度以及被壓裂的裂縫的產(chǎn)狀、密度及分布等參數(shù)的檢測也非常關(guān)鍵。比較傳統(tǒng)的壓裂檢測主要是采用井口的溫度和壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行測定，

而后通過經(jīng)驗(yàn)或估算摩阻來得到井下溫壓等數(shù)據(jù)，實(shí)施監(jiān)測。然而，由于摩阻是一個受壓裂液、排量、砂比等影響的不斷變化的動態(tài)值，且實(shí)際經(jīng)驗(yàn)又存在很大的不準(zhǔn)確性，因而，井口所測得的各項(xiàng)參數(shù)就很難真實(shí)地反映井下壓裂作業(yè)的實(shí)際效果。本文中，筆者在進(jìn)行大量的理論研究的基礎(chǔ)上，同時結(jié)合自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，提出了一種可以更準(zhǔn)確地對井下壓裂情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的技術(shù)，并為該技術(shù)編制了相關(guān)的程序。利用該技術(shù)不僅能夠利用所設(shè)計的軟件對已經(jīng)錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行評價，還可以對井下的壓裂過程進(jìn)行監(jiān)測與控制，因此能夠?qū)?shí)際的壓裂效果更加真實(shí)客觀的表達(dá)。

1 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計

1.1監(jiān)測管柱

本方法中的監(jiān)測管柱在跟隨著壓裂管被下入以后，可以利用軟件對其進(jìn)行監(jiān)測，在預(yù)先設(shè)定的時間和采集頻率之下，對井底各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并實(shí)施傳輸?shù)骄诳刂葡到y(tǒng)中，從而，可獲得整個壓裂作業(yè)過程效果的數(shù)據(jù)。

該管柱具有以下優(yōu)良特點(diǎn)：

1）可同時放置兩支監(jiān)測儀，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性；

2）保證壓裂投球的正常工作和正常監(jiān)測；

3）降低在工作時的震動程度。

1.2監(jiān)測儀

檢測儀主要由傳導(dǎo)感應(yīng)器、信號處理器及儲存裝置和電源等組成。

2 壓裂實(shí)時解釋處理軟件

2.1結(jié)構(gòu)分析

壓裂實(shí)時處理軟件以所采集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，同時結(jié)合井位的基本情況，可以對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行解釋計算，計算結(jié)果可以為壓裂設(shè)計的優(yōu)化提供參考。

2.2 軟件分析

1）基本原理

該軟件解釋依據(jù)的基本原理是滲流力學(xué)和流體力學(xué)，根據(jù)地下巖隙中流體壓力的變化對壓裂過程產(chǎn)生的現(xiàn)象進(jìn)行解釋。

2）裂縫模型的判斷

1） 根據(jù)前置階段壓力和時間的關(guān)系對裂縫模型進(jìn)行判斷。即當(dāng)k∈（1/8，1/3） 為PKN 模型； 當(dāng)k∈（-1/2，-1/4） 為KGD 模型； 當(dāng)k∈ （-1/2，-3/16） 為Radil 模型；

2） 根據(jù)地應(yīng)力的大小進(jìn)行判斷。即當(dāng)σz>σx>σy時，裂縫面與σy方向相垂直，而與σx的方向相平行； 當(dāng)σz>σy>σx時，裂縫面與σx方向相垂直，而與σy的方向相平行； 當(dāng)σx>σy>σz或σy>σx>σz時，則會有水平裂縫形成；

3） 綜合判斷

也就是說可以先由第一種方法對垂直或水平裂縫進(jìn)行判斷，然后再由后一種方法對KGD 模型和Radil 模型進(jìn)行判斷。

模型判斷完成以后，可以利用壓力與時間的雙對數(shù)曲線斜率對裂縫三個方向的情況進(jìn)行解釋。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

目前已將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于遼河油田多口油氣井的壓裂過程，進(jìn)行了多次施工，成功率高達(dá)95%以上。以下就以某井為例進(jìn)行具體討論。

1） 裂縫閉合前

首先可得出壓力的導(dǎo)數(shù)隨采樣時間呈一次線性變化，而后在某點(diǎn)處發(fā)生轉(zhuǎn)折，趨于水平遞減的特點(diǎn)（如圖1所示），表明裂縫在閉合過程中屬于普通慮失。

2）裂縫閉合后

做出該井裂縫閉合后線性流曲線和徑向流曲線，可算出地層壓力值為25.32MPa，底層滲透率也有了明顯提高，壓裂效果比較顯著。通過軟件擬合有效裂縫，其半長為55.2m，導(dǎo)流能力為52.35。

4 結(jié)論及認(rèn)識

1）本文提出的井下壓裂實(shí)時監(jiān)測技術(shù)能夠準(zhǔn)確高效地監(jiān)測施工過程中井下的各項(xiàng)參數(shù)，如壓力、溫度等，并且監(jiān)測過程不會影響到正常壓裂作業(yè)。實(shí)現(xiàn)了壓裂作業(yè)監(jiān)測的準(zhǔn)確化、數(shù)字化和智能化；

2）本文提出的監(jiān)測程序可精確計算出壓裂過程中裂縫的閉合壓力等各種參數(shù)；

3）提出的測試方法可精確計算出地層的滲透率、表皮系數(shù)、裂縫產(chǎn)狀長度及體積等重要參數(shù)，將其應(yīng)用于實(shí)踐，在評價壓裂效果上有著非常明顯的優(yōu)勢，為技術(shù)人員了解地下儲層情況和壓裂效果提供了重要的依據(jù)；

4）該方法中的溫壓數(shù)據(jù)是在井底直接所測得的，相比傳統(tǒng)的在井口測量而后折算為井下數(shù)據(jù)的方法，極大地避免了因井筒液體密度、泵壓等參數(shù)的變化而導(dǎo)致計算不準(zhǔn)確的問題；

5）雖然該方法具有很多優(yōu)勢，但是，目前此方法仍然只能分析得到裂縫半長，而不能很好地分析得出裂縫逢高等數(shù)據(jù)。筆者打算進(jìn)一步研究實(shí)踐，完善該方法，使得該方法在以后的實(shí)踐中能夠發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

第9篇：流體力學(xué)現(xiàn)象及解釋范文

顱內(nèi)動脈瘤是造成自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血(SAH)的最常見原因。據(jù)歐美大宗尸檢報告，顱內(nèi)動脈瘤的發(fā)生率為0．2%～7．9%。據(jù)統(tǒng)計，動脈瘤破裂而導(dǎo)致SAH的早期死亡率在43%左右[1]，2周內(nèi)容易再次出血,死亡率高達(dá)60%～70%[2]。而存活者因腦血管痙攣等原因多有嚴(yán)重的后遺癥，如顱神經(jīng)麻痹、偏癱、失語、植物生存狀態(tài)等。顱內(nèi)動脈瘤是一種嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，破裂出血發(fā)病率占腦血管意外的患者中的第3位，僅次于腦血栓形成及高血壓腦出血，且發(fā)病率逐漸增高。因此，研究其病理生理過程并且指導(dǎo)治療顯得尤為重要。最近研究表明血流動力學(xué)因素是一個重要因素。軸向血流對血管遠(yuǎn)端的沖擊，導(dǎo)致血管彈力層的破壞，形成囊狀突起，這種囊狀突起又可加重此部位的血液渦流，引起血管壁振蕩并促進(jìn)其變性及破裂[3]。研究認(rèn)為它能很好地解釋動脈瘤好發(fā)于血流動力有異常的血管分支、分叉、彎曲部位[4]。因此，動脈瘤的血流應(yīng)力、壓力分布、血流沖擊力、流入瘤的流量和血液在瘤內(nèi)駐留時間都對瘤的破裂有重要影響[5]。研究也表明動脈瘤的形成、生長、保持穩(wěn)定和破裂與血管病理學(xué)因素如動脈內(nèi)彈力層的完整性缺損、鄰近中膜和外膜的有關(guān)彈性結(jié)構(gòu)的缺損、血管分叉部位的湍流和正常結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性相關(guān)。本文通過參閱近些年來關(guān)于血流動力學(xué)和病理學(xué)對于顱內(nèi)動脈瘤病理生理作用的文獻(xiàn)，對作用機(jī)制進(jìn)行總結(jié)。

1 血流動力學(xué)因素

1．1 顱內(nèi)動脈瘤血流動力學(xué)的數(shù)值研究 實(shí)際生理學(xué)中，由于血液的非牛頓特性，其本構(gòu)方程非常復(fù)雜；血管管壁呈黏彈性，與血液運(yùn)動耦合；管徑沿血管大小不一；動脈瘤及血管形態(tài)復(fù)雜，且存在明顯的個體化差異等。要想精確求解其血液動力學(xué)參數(shù)幾乎是不可能的，所有的研究者都做了不同程度的簡化假設(shè)，引入了各種計算模型?；镜暮喕僭O(shè)有兩個。其一，多數(shù)研究者把血管壁和動脈瘤壁都看作剛性壁，但有的研究者[7]在處理動脈瘤時把瘤壁當(dāng)作線彈性體。其二，多數(shù)研究者把血液看成牛頓流體，也有人把血液看作非牛頓流體，假設(shè)它服從Carson方程。目前主要研究結(jié)果表明：① 采用牛頓流體與非牛頓流體模型時，流場的差別不大，體外模擬實(shí)驗(yàn)也得出相同結(jié)果[8]。同時，Aenis[9]的計算指出，只要動脈直徑>0．5 mm，則用牛頓流體代替非牛頓流體所引起的誤差不超過2%；② 動脈瘤的血液動力學(xué)參數(shù)與動脈瘤及載瘤動脈形態(tài)結(jié)構(gòu)之間存在強(qiáng)烈的相關(guān)性；③ 最大剪應(yīng)力發(fā)生處的組織比其他地方更容易受損，往往成為動脈瘤新的生長點(diǎn)[10]。應(yīng)用計算流體力學(xué)軟件進(jìn)行的數(shù)值模擬是一個從二維模擬到三維模擬的發(fā)展過程。國內(nèi)的研究多限于二維的研究。符策基[11]和戴建華[12]等都在這方面進(jìn)行了研究工作。而三維的研究只有溫功碧[13]等針對簡化的模型進(jìn)行了理論性的三維分析。國外的三維模擬發(fā)展迅速，并已經(jīng)進(jìn)行了臨床的分析研究。David[14]等模擬了1例巨大的頸動脈瘤。Hassan[15]等先后模擬了1例大腦大靜脈畸形和椎基底動脈結(jié)合部動脈瘤。分析了病變的血流動力學(xué)特點(diǎn)，為臨床治療的指導(dǎo)提供了重要的依據(jù)，同時證實(shí)了三維模擬的實(shí)用性。Cebral [16]等對62例臨床患者的動脈瘤進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)在破裂動脈瘤和未破裂動脈瘤之間存在著血流動力學(xué)的差異。

1．2 動脈瘤的生長、破裂機(jī)理研究 由于動脈瘤的出現(xiàn)使得動脈內(nèi)的血流發(fā)生紊亂，Steiger[17]認(rèn)為顱內(nèi)動脈瘤腔內(nèi)的流動不是湍流，為介于層流與湍流之間的一種中介流動模式，并檢測到疊加如于脈搏上的低頻振動，它引起動脈瘤壁的疲勞，而且可能誘導(dǎo)流體共振，作用于瘤壁的薄弱處可使動脈瘤破裂。Perktold [18]認(rèn)為不同部位、類型的動脈瘤的血流是不同的。對于側(cè)方動脈瘤，瘤頸和瘤體的大小決定了動脈瘤的血流不同。頂端和側(cè)方寬頸動脈瘤，瘤體內(nèi)易形成快速的旋流。對于大動脈瘤或者瘤體長的動脈瘤，瘤腔內(nèi)可見到緩慢的血流，這會導(dǎo)致血管壁組織缺乏氧及營養(yǎng)物質(zhì)，而有害物質(zhì)無法及時清除，加重血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。Nakatani[19]等發(fā)現(xiàn)動脈瘤頸部的切應(yīng)力最高，這可促進(jìn)瘤壁細(xì)胞的分裂生長，而瘤內(nèi)的渦漩運(yùn)動則增大了瘤壁面的切應(yīng)力，造成動脈瘤的生長。動脈瘤破裂最常見的位置為其尖頂部，破裂的動脈瘤中57%瘤壁上有薄壁小泡或呈多房結(jié)構(gòu)，但在未破裂者中這種情況僅占1．6%。動脈瘤體積增大時，多房現(xiàn)象更明顯。造成這種現(xiàn)象的原因可能與傳遞到動脈瘤壁的流體撞擊的多少、壓力的形式、瘤壁的脆性、動脈大小及開口部位等因素有關(guān)[3]。進(jìn)一步病理研究發(fā)現(xiàn)，不斷快速變化的切應(yīng)力連續(xù)作用于瘤頸內(nèi)膜，達(dá)到一定閾值的時候，造成內(nèi)皮細(xì)胞損傷脫落，發(fā)生炎性反應(yīng)。反復(fù)發(fā)作的慢性炎性反應(yīng)致使瘤頸擴(kuò)大增厚，動脈瘤生長、擴(kuò)大，瘤頸成為生長點(diǎn)。另一方面，瘤頸內(nèi)皮受損，膠原纖維暴露，血小板黏附，血栓形成。長期反復(fù)發(fā)作，導(dǎo)致瘤頸壁增厚，不易破裂。因而，切應(yīng)力是瘤生長、擴(kuò)大的因素之一，不是導(dǎo)致動脈瘤破裂的直接原因，破裂機(jī)理極其復(fù)雜[20]。

2 病理學(xué)因素

研究顱內(nèi)動脈主要由薄層膠原物質(zhì)組成的外膜、血管平滑肌組成的中膜和內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋的內(nèi)膜3層組成。內(nèi)膜層含有發(fā)育良好的內(nèi)彈力膜和膠原。外彈力膜在顱內(nèi)動脈是不存在的，只能見到少量的彈力纖維散在外膜和中膜之中。80%的腦動脈在動脈分叉處存在中膜缺損。

2．1 囊性動脈瘤的病理發(fā)生機(jī)制主要有以下幾種：①先天性或中膜缺陷理論:Forbus[21]研究了23例成人和19例兒童的腦動脈瘤，發(fā)現(xiàn)在兩組中各有2/3存在中膜缺陷;他認(rèn)為，這種缺陷為先天性的，是動脈瘤形成的基礎(chǔ)，并提出了中膜缺陷理論;②退行性變和內(nèi)彈力層缺陷理論:與顱外動脈相反，顱內(nèi)動脈僅有一層彈力組織，即內(nèi)彈力層，有理由認(rèn)為只有首先造成這層結(jié)構(gòu)的損害才能產(chǎn)生動脈瘤;該理論認(rèn)為，內(nèi)彈力層局部的退行性改變是囊性動脈瘤形成的最主要原因;③酶活性改變:Schievink等[22]檢測100例腦動脈瘤患者不同表型α1抗胰彈力蛋白酶的缺乏情況，并與904例正常人進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)腦動脈瘤患者中，雜合α1抗胰彈力蛋白酶缺乏者所占的比例明顯多于正常人;他們指出，α1抗胰彈力蛋白酶或其他蛋白酶抑制因子缺陷，可以通過蛋白合成分解失衡、動脈壁降解，促進(jìn)動脈瘤的發(fā)生及破裂;④動脈壁膠原改變:Brega等[23]研究了腦動脈瘤患者Ⅲ型膠原等位基因的出現(xiàn)頻率，發(fā)現(xiàn)等位基因中分子量較小的一個在動脈瘤患者中的出現(xiàn)頻率為0．34，而對照組僅為0．10(P=0．011);這種等位基因出現(xiàn)頻率的顯著性差異說明，Ⅲ型膠原基因的基因型改變與腦動脈瘤的病理變化有關(guān)。

2．2 囊性動脈瘤的病理擴(kuò)大和破裂機(jī)制 研究已證實(shí)，在動脈瘤瘤壁中，彈力膠原纖維基本消失，而彈力膠原可能是維持動脈瘤壁強(qiáng)度的主要結(jié)構(gòu)，目前一般認(rèn)為動脈瘤瘤壁膠原成分減少是導(dǎo)致動脈瘤瘤壁變薄是動脈瘤破裂的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)，齊巍等[24]發(fā)現(xiàn)膠原成分的減少是由于過度降解，而非合成不足。韓利江等[25]研究表明，瘤壁單核細(xì)胞N型膠原酶mRNA表達(dá)增高。動脈瘤瘤壁對損傷進(jìn)行重建的過程中，膠原酶起著不斷破壞其原有結(jié)締組織膠原成分的作用，同時，又出現(xiàn)肌纖維母細(xì)胞、纖維母細(xì)胞、纖維細(xì)胞的增生，起到重建動脈瘤瘤壁的結(jié)締組織膠原成分的作用，使動脈瘤擴(kuò)大。研究證實(shí)，單核吞噬細(xì)胞可能分泌結(jié)締組織膠原酶，破壞動脈瘤壁的膠原成分，導(dǎo)致瘤壁脆弱易于破裂。

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