邓立君
滨州学院 机电工程学院，山东滨州 256600
摘要：对于以应用型为主的本科院校，流体力学的教学更加侧重学生的应用能力。流体力学的抽象性是学生学习过程中的难点。教学改革中引入工程案例，并合理的将工程案例与理论结合，把知识点通过观察分析反映出来，可以有效提高学生对流体力学理论知识的理解。该文以圆管层流流动和圆柱绕流运动的工程案例为代表，直观形象的展示流体的流动状态，同时得到速度分布结果。学生通过对工程案例结果的观察对比，对圆管内的层流运动、N-S方程和卡门涡街都有了进一步认识。
关键词：流体力学；工程案例；教学改革
引言
流体力学是一门抽象性极强的学科[1]。在教学的过程中，改变传统的教学理念，以应用为主线组织开展教学工作[2-3]。引入实际案例可以使得基本理论的讲解简洁且清晰，既能避免烦琐冗长的理论推导，又能侧重方法的应用。教学中借助CFD软件，引入相关工程案例，能够更有效的检验学生的知识理解和接收程度，通过讨论实际案例可使学生加深抽象概念的应用层面上的深度理解，提高学习兴趣，也便于教师对所授知识点的查缺补漏，举一反三，有效提升教学效果[4]。
课堂教学的最终目的即是应用，因此将工程中常用的计算模拟软件在教学过程加以使用，可培养学生提炼流体力学模型、分析解决实际工程问题的能力[5-6]。很多学生在流体力学学习过程中仅对课本定义的概念有记忆，可以求解简单的练习题或者根据课本中原理的描述完成课后习题，再或者记住了老师讲过的公式、定理的推导过程，却不理解推导过程的限定条件和其物理意义[7-9]。因此，学生并不能清楚的认识到特定条件或状态确定的依据，简化的思想来源。于是，模糊的、机械的推导公式，缺少对模型本身的深入思考。传统的课堂教学之外，给学生介绍工程问题解决中常用的模拟软件，并将计算结果动画展示给大家，激发学生学习软件的兴趣，让学生理论结合实际的理解所学内容，来辅助课堂教学。从而让课堂上的物理过程变得更加形象，并能结合实际问题找到理论与模型的关系，从而简化问题。同时，可以利用软件进行小组讨论，使得培养学生使用现代工具、团队协作、沟通交流及自我学习的能力在课堂教学中有所体现。
1 工程案例
利用计算流体力学软件，根据管内流体流动的初始条件和边界条件，建立流体流动的控制方程进行数值分析，流程图如图1所示。
对于圆管中层流运动的讲解，可以假定来流速度均匀，且垂直于进口流场方向的流体速度为零，进行模拟计算。根据圆管层流运动这一问题可知，流场为层流流动，雷诺数小于2320。因此，假定模型尺寸、流体各性质参数如表1所示。
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2对案例的探讨
通过模拟计算结果可以看出，与课本中理论分析得到的结论一致。对比理论分析和模拟计算的结果，学生对圆管中流体流动、边界层分离等的一般规律、基本概念、基础理论都有了一个更为直观的理解。而且，通过模拟分析可以得到更为清楚地观察到流体流动结构图，学生通过流动结构图对流体这一抽象对象的流动过程有了一个具体的认识。教学的目的归根结底是应用，在教学过程中添加工程中常用的案例，进行科研教学的融合，可有效培养学生利用理论知识分析问题、解决问题的能力。
3 结束语
流体力学课堂引入工程案例，可以引导学生运用理论知识解决实际问题，根据观察到的结果分析问题的本质，与理论知识联系起来。可以提高学生理解流体力学中抽象概念的能力。另外，由于工程软件的计算流程涉及到模型简化、边界条件设置等过程，通过对工程案例的模拟分析，对流体力学的相关设计工作和科研工作引入课堂，引发学生今后从事流体力学工作的积极性。
参考文献
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基金项目：校级教学研究项目“专业认证视角下课程建设与改革的研究——以流体力学为例”（BYJYYB201922）
作者简介：邓立君，女，1986-，山东聊城人，博士，讲师，主要从事流体力学和结构强度分析相关方向的教学和研究。E-mail（denglijun_piston@163.com）