流體力學研究報告

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流體力學研究報告范文第1篇

關鍵詞：研究型教學模式；流體力學；數值模擬

【中圖分類號】G64.25 【文獻標識碼】A 【文章編號】

所謂研究型教學模式是指在教學中引導學生逐步深入研究某一個問題的教學模式，是以具體的實例為研究對象，利用所學的基礎理論知識，并結合現代的研究手段進行逐步的深入研究，并對結果進行分析，目的是培養學生從事科學研究的思維模式和嚴謹的科研態度。這是將現代科研研究方法和研究內容引入課堂的重要途徑，也是達到培養研究型人才的重要過程。本文在流體力學的教學實踐中進行了相關的嘗試，并獲得了較好的教學效果。

一、 研究題目的選取

由于是課堂教學，受時間的限制，研究題目要求適當，即簡單易懂、清晰明了，又有實用價值和深入研究的前景，在具體教學中選取了如下的問題。

結構如圖1所示，閥門A固定，閥門B可上下移動，水在閥門A、B所開啟的通道內流動。若閥門A入口處的來流速度為已知，試分析流域內的壓力分布、速度分布，并計算閥門B所受到的合力。

對于這個問題，在引導學生對流動進行分析的同時，提出了如下的問題：

（1） 水流對閥門B的作用力是促使閥門B關閉還是開啟？

（2） 水流在a、b處的流動方向如何？

（3） 水流對閥門B的作用力與閥門開啟之間的關系如何？

這個題目是來自于工程實踐中的閥門控制問題，在進行閥門開啟的自動控制設計中，要求確認閥門B的受力大小及方向。問題提出后，可要求學生根據自己對問題的理解，先猜想一下結果，然后再進行深入的計算研究加以驗證，并利用流體力學基本原理進行理論的分析和解釋。

二、 研究手段應具有先進性

介紹先進的研究方法，把現代研究工具融入到日常教學中，是教學改革的重要內容和任務。就本問題而言，這個問題看似簡單，實際是一個比較復雜的紊流流動問題。鑒于理論求解的復雜性和實驗研究的局限性，采用數值模擬的方法即體現了先進的研究手段，又適合于課堂研究討論和對問題的深入研究和引導。

目前流體力學的研究方法有三種，一是理論的方法，二是實驗的方法，三是數值的方法。傳統的流體力學教學內容與方法，基本上是基于理論的教學，并輔之以部分簡單的實驗。利用理論解析的方法求解流體流動問題，由于受到求解非線性方程沒有成熟的數學方法的制約，研究進展緩慢，到目前為止，也只有極少數的特例得以進行理論求解。對于利用實驗方法進行研究，由于受到實驗的局限性，以及大量人力物力的消耗，不適于本問題的課堂教學研究和教學目的。近年來，隨著計算技術的飛速發展，社會生活和科學研究方法也產生了巨大的變化，利用數值模擬計算的方法已經是當前各個研究單位的首選研究手段。

鑒于以上論述，在對問題進行分析的基礎上，同時介紹現代的研究方法和數值模擬計算平臺（例如Fluent，CFX等），即給學生深入研究提供了研究手段，又達到了將教學內容與現代研究方法相結合的目的，對培養研究型人才具有重要意義。

三、 計算結果應有合理的解釋和分析

本文利用數值模擬的方法，通過對流域的建模、計算和后處理，對本問題進行了流動過程的研究。對這一部分教學內容，應該對流場的邊界條件、邊界類型、紊流模型和計算方法等進行較詳細的介紹和講解。鑒于大學本科教學內容和流體專業知識的限制，可對流場的邊界條件和邊界類型多做一些講解，例如速度邊界、壓力出流邊界等；對紊流模型的來源及其應用做簡單介紹，而對諸如SIMPLE、PISO算法等僅僅介紹一下怎樣選取和使用即可。

經過數值模擬計算，有如下發現：

（1） 水流的流動對閥門B產生一個向下的力，促使閥門B趨向于關閉

對此結果，必須要有合理的解釋。通過計算，發現通道內的壓強分布如圖2所示。對于閥門B來說，其上部為低壓區，而下部為高壓區，在這個壓力差作用下，迫使閥門B有向下運動的趨勢。

這一部分的流動，由于通道的變形，迫使水流改變原有的流動方向，在沖擊閥門B下端壁面的同時，也使閥門B上端壁面產生了低壓區，從而產生一個向下的合力。

（2）下部a處，水向通道內流動

數值模擬計算結果表明，經過口b的流動方向是向上的，這很好理解，但經過口a處的流動方向也是向上的，而不是向下的出流，流動情況如圖3所示，這就可能與最初的猜想相悖。

對此情況，可利用伯努利方程進行解釋。當水流流經閥門A、B相接處時，由于通道的變窄，使得流動速度加快，并產生一定的真空度。由于設定a處為大氣壓，則在此真空度的作用下，迫使水流向通道內流動。

四、 指出進一步的研究內容

通過前面的教學，使學生對數值模擬這一現代研究手段及研究過程有了初步的了解，達到了將現代研究方法引入課堂的目的。為了更加有效的掌握教學內容，在介紹完數值模擬平臺的使用，并對問題進行了初步研究之后，還必須引導學生進一步思考和研究。

具體到本次教學，提出了閥門B的受力大小與閥門開啟之間有什么樣的關系，要求進一步深入研究。這里首先要定義閥門的開啟度，應該是一個無量綱的量。然后利用數值模擬平臺，進行逐步的研究，并把計算結果繪制成曲線。這一部分工作，可留給同學課后完成，并要求以科研論文的格式寫出研究報告。實踐證明，這樣的要求激發了學生的研究熱情，也使學生對科學研究的方法和內容有了更深的體會。

本科生寫出科研論文是卓越工程師計劃的一部分，因此，這一部分的教學內容對參與卓越工程師計劃的專業尤為重要。

五、 教學實踐中應該注意的一些問題

采用這種研究型教學模式，有如下的體會。

1、 教學時機的把握

采用這種教學方法，應該是在講授完流體力學基本內容之后進行。這里的流體力學基本內容包括流體流動的連續性方程、伯努利方程和動量定理，并對粘性流動的層流和紊流等進行介紹之后進行。

2、 教學方式即可以采用演示的方法，也可以采用師生互動的方法

對于有條件的，應該盡量采用師生互動的方法進行教學，從方案的設定，到計算結果的處理和分析，要求師生一起進行，并進行充分的討論，這樣的教學效果是最好的。

3、 題目的選取

采用研究型教學模式進行教學，應以講解研究方法和研究過程為宗旨。其中題目的選取至關重要，一般來說，題目不易選得過于復雜，最好是來自于工程實際，并具有一定的代表性和后續研究內容。

4、 教學后期的把握

這種教學過程的重要一環是學生的課后練習和對題目的進一步深入研究。另外，在要求完成本課題的后續研究并形成報告的同時，還應鼓勵學生獨自去發現問題，并利用學到的工具去解決問題。對于所完成的研究報告，應影響到本門課程的最終成績。

本文所闡述的研究型教學方法，通過幾年來的教學實踐，對培養學生的研究能力起到了積極的作用，取得了較好的教學效果。教學效果在本科畢業設計階段得到較充分的體現，受到師生的好評。

參考文獻：

流體力學研究報告范文第2篇

關鍵詞：船舶動力裝置；能源動力；教材改革

一、課程情況簡介

“船舶動力裝置”是熱能與動力工程專業本科生的一門專業主干課，國內知名的理工院校如上海交通大學、大連理工大學、大連海事大學等均將其列為專業必修課。該課程在學生已學習工程熱力學、工程流體力學等課程的基A上，著重教授柴油機、燃氣輪機、蒸汽動力、核動力和聯合動力裝置等典型動力形式的工作原理和結構特點，以及船舶發動機的總體布置需滿足的各種條件；培養學生在船舶總體設計中各方面的初步協調能力，為今后從事熱力發動機的工程設計和技術實踐打下較為扎實的理論和專業技術基礎。

二、教材使用情況

“船舶動力裝置”課目前正在使用的教材為哈爾濱工程大學出版社出版，由張志華教授編著的《船舶動力裝置概論》一書，這本書主要介紹船舶（軍、民用）動力裝置系統的組成、結構、工作原理、性能及發展。其中包括船舶內燃機、燃氣輪機、蒸汽鍋爐及汽輪機、核動力、聯合動力裝置、軸系傳動、特種動力裝置等核心知識。該教材與我校的三海一核辦學理念一致，能夠起到很好的教學作用。但此書編著于1999年，至今已有15年的時間，書中對于動力裝置的各種性能指標介紹較目前最先進的動力裝置形式相差較大，在教學過程中需要執教教師補充相關最新指標知識。此外，書中對于不同動力裝置形式如何在船舶中布置，以及布置時需要面臨和解決的問題講述較少。因此，為達到更好的教學效果，需要更新該教材的部分知識點。

三、更新教材的意義

“船舶動力裝置”這門課程是一門專業導論課，該課程旨在為后續專業課的深入學習奠定基礎。此外，內燃機、燃氣輪機、熱能工程專業的學生可以通過該門課程的學習，對船舶柴油機、燃氣輪機、蒸汽動力裝置、核動力裝置、聯合動力裝置、特種動力裝置有所了解，掌握各種船用發動機的特點、結構組成、工作原理、適用方向、主要相關附屬設備的構成與作用及船舶發動機的總體布置需滿足的各種條件等。

通過更新教材，可以培養學生在船舶總體設計中各方面的初步協調能力，使他們在日后工作中能夠解決發動機的工程設計和技術實踐中的相關問題，具備較為扎實的理論和專業技術基礎。

通過更新教材，可以縮短課堂與工程實際的距離，激發學生創新能力，建立完善的知識體系以滿足工程應用需要，為工程實際培養可用、頂用的創新型人才。

四、如何更新教材

為滿足現有教學需要，計劃從以下幾個方面對現有教材進行更新。

一是收集國內外相關文獻中對于船舶柴油機、船舶燃氣輪機、船舶蒸汽動力和船舶核動力的相最新研究報告，從中獲取相應的指標參數。

二是整理相關專業的研究成果，總結不同船舶動力裝置未來發展的趨勢，以便在后續的教學環節中，有針對性地引導學生向該方向發展。

三是設置不同噸位與用途的船舶形式、指標參數、動力裝置形式、布置方式等資料，在教材中引入設計環節，以實際船舶的動力布置使學生了解從動力裝置至推進裝置間的各種設備連接、使用情況，達到學以致用的目的。

四是請相關專業課的授課教師幫助引入后續深入學習時的重點內容，在教材內以重點、難點的形式加以強調。

船舶動力裝置這門課程旨在引導學生了解各種典型動力裝置在實際中的應用，注重各類船舶動力裝置的結構、特點、工作原理的介紹。通過對比現有教材和人才培養目標，提出《船舶動力裝置》教材改革的若干建議，期望有助有優質教材的出版，進而為我國船舶動力行業培養更多的優秀人才。

參考文獻：

[1]孫自力，李憶辛，許寶森.船舶動力裝置技術專業教學改革研究與實踐[J].遼寧高職學報，2001（4）：76-78.

[2]任莉，李華彥，張文孝.船舶動力裝置課程設計的教學改革探討[J].裝備制造技術，2013（8）：207-208.

流體力學研究報告范文第3篇

關鍵詞：氣動；設計；教學

在傳統的培養模式和計劃中沒有氣動設計類課程中，過去學生都是通過分別學習空氣動力學和飛機設計兩門課程，然后在工程實踐中摸索氣動設計方法，由行器性能要求的越來越高和氣動設計的復雜性，國內外已普遍認識到這門課程的必要性和重要性。該課程的主要教學目的是建立起空氣動力學和飛機設計兩者之間的橋梁，將空氣動力學的基礎理論和飛機設計相結合，使學生對飛行器的氣動設計有一個全面的了解和掌握，培養學生飛行器氣動設計能力以及全面綜合分析能力，建立飛行器空氣動力學設計的基本設計方法、設計理論，和其他相關學科的綜合考慮，為學生進行飛行器的氣動設計提供空氣動力學理論的基礎、分析問題解決問題的能力。教學團隊在前期良好的教學建設基礎上，不斷擴充完善教學內容，強調基礎性、前瞻性和實用性，改進教學方法，培養創新意識。

一、教學內容的組織完善

與該課程相關的國內外參考資料非常有限，教學團隊充分收集整理國內外相關著作、文獻，利用網絡資源，綜合研討教學內容。教學中注意將國內外前沿最新的飛行器氣動設計理論方法引入教學，不斷擴充完善教學內容。由行器氣動設計與總體設計、飛行控制、隱身等學科密切相關，涉及面廣，因而，教材內容的組織取舍，如何在有限的教學時間內選取組織授課內容，保證課程的基礎性、前瞻性和實用性，是非常重要而艱難的任務。教學團隊廣泛進行了國內外相關課程教學調研，收集資料，研討并完善教學內容，形成了較為合理的課程體系。教學內容從運輸機到戰斗機再到高超聲速飛行器，循序漸進。運輸機作為最基本的飛行器類型，特別是民機，主要要求的是安全性、經濟性、舒適性和環保性，設計目標相對集中，都是飛機設計中的基本問題。具體來說，主要包括先進翼型的不斷發展，亞音速干線飛機三維機翼的設計，機翼翼梢減阻裝置的應用、如何減少摩擦阻力、減少部件間的干擾阻力等減阻措施，低速起飛著陸階段的增升裝置外形的空氣動力設計，多學科優化設計，最后簡要介紹高速民航機的氣動設計。現代戰斗機性能要求不斷提高，并且涵蓋多個方面，如機動性、超聲速巡航特性、隱身特性、超視距作戰能力等，因而課程重點包括了現代戰斗機的氣動布局，邊條翼、鴨式布局、前掠翼等，隱身要求和空氣動力的綜合設計，發動機進排氣系統及其與飛機的一體化設計，推力矢量化，機敏性和超機敏性等，并且重點介紹了數值模擬方法在未來飛機設計中的重要性。由于高超聲速飛行器的迅速發展，課程也對其進行了簡要介紹，高超聲速飛行是洲際彈道導彈、回收衛星、飛船、航天飛機在上升段和再入大氣層時，以及穿越行星大氣層的宇宙探測器進入行星大氣時將經歷的飛行階段，也是當前正在發展的跨大氣層飛機和新型武器系統所必須具備的能力。由于學生高超聲速空氣動力學基礎偏弱，故首先概述了高超聲速技術的需求背景、高超聲速空氣動力學、高超聲速流動的基本特性，然后重點介紹了氣動力、氣動熱工程計算模型和高超聲速飛行器熱防護等內容。

二、教學方法的綜合應用

1.板書、電子課件、多媒體資料的有機結合。在課程教學中，根據講授的具體內容，結合板書、電子課件、多媒體資料等多種手段綜合應用。由于上課的研究生專業不同，基礎差異較大，故在講授中，教師需要根據學生的具體情況，以空氣動力學設計思想、設計理論為核心，輔以補充必要的專業基礎知識和理論，這些內容比較適合以板書的形式，而多媒體資料可以加深學生的印象，提高學生感性認識，增加學習興趣，加深對基本理論的理解，故板書、電子課件、多媒體資料等相互補充，相輔相成。

2.案例教學和理論教學相結合。教師在課程講授過程中，注意理論學習和案例教學相結合，由于氣動設計的基本理論和飛行器的設計發展更新換代直接相關，因而在基本理論的講授中緊密結合具體案例，以提高學生的學習興趣，加強學生的感性認識，加深對氣動設計基本理論的綜合理解。如在民機的氣動設計中，重點介紹了空客380、波音787等飛機的典型設計特點，了解翼梢裝置設計中與結構重量等多學科優化的設計思想，機翼載荷的展向分布設計特點等。結合F15、F16討論發動機進氣道的設計特點等。結合F22討論現代戰斗機的設計特點，機動性和隱身性的綜合權衡，對空氣動力學的挑戰等問題。

3.課外研究報告的撰寫與課堂討論相結合。為增強學生的科研實踐能力，在課堂教學的同時，要求學生課外針對教學內容相關專題查閱文獻、綜合分析、研究討論、撰寫論文，并組織學生課堂展示研討，變學生被動聽講為主動學習研討，以提高學生學習的主動性和自覺性，鍛煉學生自主研究、綜合分析問題解決問題的能力。在教學實踐中，對論文選題給以合理指導，相對集中，以增加討論的參與性，收到較好的教學效果。

4.考核體系的完善。在教學方法研究方面，進行了考核體系改革，結合考試、報告撰寫、課堂研討、考勤等多種形式，全面衡量學生的學習態度、知識掌握、靈活運用、收集整理資料、研究解決問題、撰寫報告、表達能力等多方面的考察。并積極聽取學生的反饋意見，為進一步改進教學質量，提高教學效果提供參考。

三、課程的特點

由于現代飛行器發展迅速，不斷更新的飛機都集成了新取得的科研成果和先進技術，教學內容不斷變化是課程的一個顯著特點，取得高性能的變化多樣的氣動布局是空氣動力學的理論知識應用于實際飛行器設計的杰出成果。將經典理論和飛行器前沿設計技術緊密結合，直接面向工程部門飛行器設計應用，故課程不僅要涵蓋氣動設計的基本理論基本方法，而且要和當前國際航空航天前沿最新水平接軌，反映國際最高水平，只有這樣，才能使學生掌握最新的氣動設計思想方法理論，更好地服務于工程實踐。本課程不僅在空氣動力學專業，而且對相關專業如飛機設計、固體力學等專業的研究生培養中都占有重要地位，是學生全面掌握飛行器氣動設計的主要理論和主要方法重要的專業課，和飛行器設計工程實踐密切相關，為學生畢業后從事飛行器設計提供空氣動力學設計理論和方法支撐。課程綜合性較強，覆蓋面廣，涉及多學科相關領域，選課同學有碩士、博士研究生、單位代培等不同類別。通過該課程的學習，學生對空氣動力學在飛機設計中的作用與意義可以有更深的認識，同時也切實認識到設計問題的復雜性、多學科綜合應用的重要性，有利于在今后的學習工作中更全面更綜合的考慮問題，為以后科研工程實踐奠定堅實的基礎。

四、總結

本課程是一門重要的研究生專業課，在國內外相關課程中有其鮮明的特色，在教學安排上，注意教學內容改進完善，不斷將最新的科技成果增加到教學內容中，將氣動設計基本理論和飛行器設計前沿技術相結合；課程體系設計合理，教學方法多樣，對飛行器氣動設計的能力培養有重要意義。

作者:吳宗成 鄒輝 高振勛 單位:北京航空航天大學

參考文獻：

[1]潘翀,孫振佳,高琪.《近代流動測試技術》雙語教學的理念與實[J].教育教學論壇,2014,(23):214-216.

[2]劉沛清,屈秋林,郭昊.關于加強我國現代高等工程教育的幾點看法[J].教育教學論壇,2011,(20):36-37.

[3]劉沛清.空氣動力學研討課建設的探索與實踐[J].力學與實踐,2016,38(1):87-89.

[4]王曉軍,邱志平.航空專業研究生課《飛機結構強度》教學改革探析[J].力學與實踐,2013,35(4):60-62.

[5]楊華保,王和平.“飛行器總體設計”精品課程教學改革探索[J].高等工程教育研究,2007,(1):131-132.

[6]宋磊,黃俊.面向創新人才培養的飛行器設計專業教學改革研究與實踐[J].學位與研究生教育,2011,(3):47-51.

流體力學研究報告范文第4篇

摘要：在研究性學習的開展中，學校的總體安排和宏觀指導是開展好研究性學習課程的重要一環，而對“選題”、“研究方法”、“結果評價”等研究性學習的重要環節上的指導是搞好研究性學習的關鍵，要認真對待。

我校的辦學思路、辦學模式、教育觀念、教學方法都具有鮮明的時代特征，培養具有自主教育能力、獨立思考能力、終身學習能力的學生已成為二十四中人的共識。所以教師們在抓好教學的同時，都很注重科學研究，自覺地用理論指導自己的教育教學實踐，這種良好的作風也深深影響著學生。學生自己創辦了許多社團，如《藍帆》文學社、《星空》雜志社，在大連市中學生中頗具影響力，學生自己撰寫的科技小論文在省市比賽中多人次獲獎。近年來，學校又在學生社會實踐方面設計了很多活動，如寒暑假組織學生進行社會實踐調查，《博物館蕭條之謎》、《大連市IT產業調查》等多篇調查報告被《大連日報》選用。

正在學校探索如何使學生能更加深入社會，把自己學到的知識應用于實踐、在實踐中豐富自己的知識的時候，教育部新一輪課程改革實施計劃傳達到了學校，師生們無不為之振奮。研究性課程的提出，為我們的探索指明了方向，也使我們認識到要求學生進行社會實踐調查順應了時代的要求，但以前的做法層次較淺，認識較模糊，學生實踐的內容較盲目，成果還不是很顯著。所以，學校領導對新一輪課程計劃尤其是研究性學習課程十分重視，并采取了積極措施落實教育部的要求。首先，組織教師學習與研究性學習有關的資料，聘請華東師范大學王健研究員來校講座，澄清了我們許多的模糊認識，使我們意識到研究性學習課程作為教育要求的必修課，它的意義和作用是深遠的。其次，讓幾個骨干教師帶頭引路，梁立冬、于向東兩位老師在高一年級中率先開始了研究性學習方面的探索。他們共同組織學生對“水的世界”開展研究，同學們熱情高漲，分組就水的家族、水的污染與凈化、海水淡化、海洋開發與利用、節約用水的方法、二十一世紀海洋城市構想、流體力學與造船等問題進行專題研究。學生們通過各種渠道查找資料，結合已有知識進行研究，撰寫了精彩的研究報告，并把自己的研究成果做成軟件展示出來，得到專家領導、教師及同學們一致好評。在此基礎上，學校又在寒假作業中針對高一年級布置了研究性學習任務。這次研究的范圍更廣，涉及的領域更多，有天文地理、物理化學、歷史政治、數學文學等與課本密切相關的內容，也有戲曲文藝、環境保護、航空航天、宇宙探索、中國入世等與課堂學習關系不大的方面，同學們的熱情仍然不減。學生還利用假期撰寫了大量有價值的研究報告。

前一段的探索有了成果，我們搞好研究性學習的信心更足了。結合已取得的經驗，學校又做了以下工作：

一、開足課時，在高一開了三門研究性學習課程。

二、編寫了具有我校特色的教材。

三、組織教師認真落實研究性學習計劃，并制定相應的獎懲措施。涉及到的教師年終要撰寫一份相關論文。

四、把高一年級學生分成116個研究小組，自己在校內外聘請指導教師，期末每個學生都要交一份研究報告，由指導教師評定等級記入檔案。

五、在高二年級校內單科結業的科目中實行研究性學習，并且與學分制結合起來。

六、建立評價機制，以保證研究性學習持續健康地發展下去。對學生進行探究性學習的訓練，既有利于提高學生的創造能力和實踐能力，也為學生進一步適應研究性學習打好了基礎。因此，我校提倡將研究性學習滲透到各個學科的學習中去。

三年來我校不斷總結經驗，更新方法，在各門學科中大膽嘗試研究性學習的策略：“選問題″“引方法”“弱評價”。

一、選問題

選問題是開展研究性學習的前提。課前教師布置學生自主學習教材，一方面初步了解所學知識，另一方面在學習的過程中能對其中某個或某些知識點質疑并提出問題。對于這些問題，學生可以通過閱讀書籍、上網搜詢或與他人討論來解決，也可以由學生將這些問題制作成課件，在課堂上研究解決。但更多的是學生們在課堂上提出需要研究

的問題。對于學生提出的問題，教師不是沒有選擇地都讓學生去研究，而是有所取舍，其標準一是是否緊扣或符合學科的教學內容。研究性學習，有別于一般的常識講座或知識競賽，它必須有助于學生對教學內容的理解，否則就不能完成教學大綱的要求。二是是否具有“趣味性”，有趣味才能激起學生研究的欲望，調動學生研究的積極性。因此，教師應以教材為載體，根據教學內容的特性及時把握學生心理，將趣味性挖掘出來以點燃學生研究的熱情，使學生盡快進入好奇、渴盼的情境和急不可耐探究新知的狀態。如果學生對研究的問題興趣不大，那么就不可能收到研究的預期效果。另外，所選擇的問題一般以學生現有的知識結構為基礎，比學生己有的知識適當深一點、難一點，以促使他們“跳起來才能摘到果子”。

二、引方法

引方法是開展研究性學習的關鍵。在“引方法”的過程中，教師要進行必要的、指導性的講解，還要在發揮學生主體作用的同時提供方法、引導研究。教師應把握好三個重點環節：

第一、教會學生運用正確的分析方法。學生在討論中往往會各抒己見，從不同角度，運用各種方法對問題進行論證。教師應指導學生對問題進行分析、比較較和歸納，使學生逐步認識到問題的本質。提醒學生不要用孤立、靜止的眼光看問題，要用聯系、發展的觀點全面地認識事物，等等。學生只有初步掌握了這些基本的辯證法，才能夠正確地、科學地分析問題。

第二、突出學生研究過程的參與性。全員參與是研究性學習的重要特征。在學生分組研究的過程中，教師要有意識地把不同類型的學生搭配在一起，便于互相影響、互相學習。這樣，性格內向、膽怯的學生在交流中也能逐步獲得自信、體驗成功。

第三、教學生在討論中學會交流、合作、吸納和寬容。學生在討論中發表不同意見時必然會產生碰撞、沖突，甚至激烈的爭吵。教師要引導學生平等發表意見。學會對不同觀點的尊重和寬容，學會吸納別人的不同意見，來補充、完善自己的看法，學會與他人達成一致，共同分享成果等等。三、弱評價

具體來說，這種評價標準是彈性的：學生在探究過程中對已有知識的理解、掌握、拓展和運用程度；學生探究方法的科學性和合理性；全體學生在探究過程中的參與程度；學生對社會和科技發展的關注程度等等，都可以作為評價的標準。

最后是解決問題，即著力培養學生對未知探索的興趣、習慣和科學的思維方法。課堂教學結束，不代表研究性學習的結束，為了把課堂學習內容延伸，教師還要布置有彈性、能引發思考的作業。歸納起來體現為“四性”：一是層次性，即思考題不是簡單地重復學生在課堂上已經討論過的問題，而是比其深一步的問題，或是課堂討論中尚未解決的帶有典型意義的問題。二是開放性，即學生對布置的思考題，可以通過各種途徑（如查書籍、網上閱覽、請教他人等）、各種形式（如寫成文字、制作多媒體課件、講演、個別交流等）完成。三是實踐性，布置的問題盡可能通過學生動手或參加社會實踐來解決。四是創新性，鼓勵學生提其他同學沒有想到的問題，或老師所留問題以外的問題。

研究性學習在我們國家還是一個新生事物，他的良性發展要靠廣大教師群策群力，我們學校有決心在這個領域中做出成績，為中國基礎教育改革做出應有的貢獻。

參考文獻：

流體力學研究報告范文第5篇

進。

關鍵詞受限射流堵頭圓管熱膜測速

AbstractMeasuresthetimemeanvelocityandvelocityfluctuationusingahotfilmanemometerwithdifferentconfinementratiofortheaxisymmetricturbulentjitIadead-endtunnel.Byanalysingthedatafromthemeasurement,proposesthedivisionoffourflowregions-thefreespread,confinedspread,contractionandzero-time-averaged-flowregions,andthecriterionandflowcharacteristicsforeachofthem,withafewnewempiricalformulasderived.

Keywordsconfinedaxisymmetricjetdead-endtunnelHWAHFAvelocitymeasurement

1前言

紊動射流是流體運動的一種重要類型，在航天航空、動力機械、化工設備、自動控制、水力采掘、民用消防、農業噴灌、環境工程、通風空調等許多工程技術部門中都有大量的射流問題。按照射流周圍環境條件，射流可分為受納空間無限大或遠比射流特征尺寸大的自由射流與受納空間有限的非自由射流或稱受限射流。

在通風空調工程中，廣泛采用射流送風。進入室內的射流大部分屬于受限射流，如圖1所示。射流由噴口噴入房間，只要噴口尺寸斷面尺寸相比不是很小，其擴展就會受到房間圍護結構（頂棚、墻壁或地板等）的限制和影響，形成回流。回流的存在是受限射流與自由射流的主要區別，對自由射流的實驗和理論研究均已比較成熟，國內外系統介紹這方面研究的文獻很多[1～6]，但對實際工程中更常見的受限射流流動特性研究卻不多見，所以，從工程實際出發，研究受限射流具有重要意義。

圖1房間通風射流示意圖

從理論上說，受限射流是紊動射流的一種，而紊動射流作為典型的剪切紊流，盡管對它的研究已有幾十年的歷史，但至今仍然是一個非常活躍的領域，因為這些研究有助于加深人們對率流特性的認識，如對自由射流中擬序結構的研究就使人們對紊流結構有了新的認識和理解[7，8]，所以對受限射流的研究也可以增進人們對紊流現象的認識。

本課題采用熱膜流速儀研究堵頭圓管中不同受限度等溫軸對稱射流流場的時均和脈動特性，探求分析計算方法進行校核、補充或修改，并對射流內部紊動特性和運動機理進行探討。

2實驗裝置

2．1實驗設備

實驗設備如圖2所示，由風機、送風管道、穩流箱和實驗段--堵頭圓管等幾部分組成。選用圓形截面堵頭管來研究受限射流，是考慮到與矩形斷面模型相比，圓管的軸對稱性可大大減少測點數目，而且文獻[9]中比較了矩形斷面堵頭管和圓形斷面堵頭管中受限射流的實驗成果，指出以斷面面積為特征尺度選擇無量綱數，模型的斷面形狀對流速、流量的大小影響不大，只是對射流和回流的位置有影響。

圖2實驗裝置示意圖

1.吸風口2.送風機3.軟接頭4.鐵皮送風管道5.風量調節閘板

6.穩流方箱7.格柵與紗網8.連接段9.射流噴嘴10.堵頭圓管

2．2量測斷面及測點布置

模型實驗段如圖3所示，堵頭圓管內徑D=240mm，全長L=170mm，等于模型直徑的7倍多。根據羅津別爾格[9]的實驗，射流作用的最大長度不超過堵頭管直徑的4倍數，故該模型長度充分有余。圓管制一端被封死，開口的一端裝有送風噴嘴和連接

段，送風噴嘴用螺栓固定在噴嘴支板上。

圖3模型實驗段

1.連接段2.噴嘴支板3.噴嘴4.堵頭圓管

由于模型的軸對稱性，每個斷面只須在一條直徑上量測，在堵頭管的上部和下部各開有一排圓孔，上部圓孔直徑為8.5mm，其中標有"c"的圓孔在位置為最測斷面，直探針（熱膜探針和邊界探針）從這些圓孔引入模型內部矛盾測量；標有"f"的圓孔是輔助量測孔，供彎頭長50mm的皮托管引入模型對量測斷面進行測量。

3量測儀器

3．1熱膜流速儀

實驗采用美國TSI-1050A恒溫型熱膜/熱線流速儀量測流速，探針選用長1mm，直徑51μmr1210-20型圓柱熱膜探針。熱膜流速儀以熱平衡原理為基礎，利用置于流場中由電流加熱的敏感元件來量測測點速度。TSI-1050A熱膜流速儀框圖如圖4所示，液體速度的變化使探針產生的電訊號經1050A放大處理后，輸入IFA-200進行A-D轉換，然后輸入計算機主機（HP-100）。智能型終端（2623A型）由鍵盤控制，并通過它來選擇各種采樣參數，進行數據存儲與計算分析處理，結果可用表格和圖形在屏幕上顯示，也可由熱敏打印機輸出。

圖4TSI-1050A熱膜流速儀框圖

3．2正反流分界線探針

噴入堵頭管中的受限射流，其流場特點是內部存在零流速點，且上下流動方向相反，而采用標準的熱膜探針不論流速方向如何，輸出的電壓值總是正值，所以必須采用其它方法判定流速方向。根據文獻[11][12]設計了正反流分界線探針（圖5），探針頭部是兩根相對的直徑為1mm的細管，兩細管彼此錯開約1mm，可感受兩個方向的壓力。將此探針由各測斷面的圓孔伸入堵頭管內，只有當軸向流速為零時，兩細管感受的壓力才相等，將探針在各斷面上下移動，即可測得正反流分界位置，即射流邊界。文獻[12]用這種探針測量了通道內穩定器后帶回流區流場正反流分界線，通過分析認量測結果是可靠的。

5正反流分界線探針

4實驗成果與分析

4．1實驗條件與量測結果

4．1．1實驗基本參數

為了比較全面地研究受限射流，實驗采用了6種不同的噴嘴出口直徑，對應著較大的受限度范圍（=4.25～53.17，Fn為堵頭圓管橫截面面積，do為噴嘴出口直徑）。噴嘴出口流速的選擇，保證了出口雷諾數處于自模區（Re0>104）。各組實驗的基本參數見表1。

表1受限射流實驗基本參數

實驗組次123456

噴口直徑d0/mm4510204050

堵頭圓管直徑/mm240240240240240240

受限度53.1742.521.310.65.324.25

噴嘴出口溫度/℃22.3±0.222．5±0.223.4±0.327.0±0.424.5±0.323.6±0.2

噴嘴出口流速/u0/m/s57.4747.057.8629.3629.337.84

噴嘴出口雷諾數Re0/1041.441.473.623.677.335.03

表中

4．1．2各組實驗量測結果

實驗量測的時均流速及脈動流速相對值的典型結果見圖6。圖中的軸向流速脈動相對值是指，um為射流軸線時均流速。射流邊界位置由正反流邊界探針確定。邊界附近的時均流速參考皮托管量測進行了修正（圖6a給出修正后的時均流速分布）。距噴嘴出口距離增大后，由于流速減小，正反流邊界探針分辨不出邊界，所以后面的斷面沒有給出時均流速分布，但給出了脈動流速分布。

圖6時均流速與軸向流速脈動相對值沿程分布圖

4．2堵頭管中受限射流的一般特性及分區

根據對實驗成果的整理分析，受限射流流場可分為四個區：I自由擴展區，Ⅱ受限擴展區，Ⅲ收縮區，Ⅳ零均流區，如圖7所示。

圖7堵頭管中受限射流流場示意圖

I自由擴展區，Ⅱ受限擴展區，Ⅲ收縮區，Ⅳ零均流區

在第一臨界斷面C1之前為自由擴展區，C1斷面之后，射流的擴展受到邊界和回流的限制，其卷吸周圍流體作用減弱，射流半徑流量的增加速率逐漸減慢，但總的趨勢仍是半徑增大，流量增加，故稱為受限擴展區，直到第二臨界斷面C2。此后，射流運動發生根本轉折，射流流線開始越出邊界產生回流，射流區流量沿程減少，在第二臨界斷面上射流區流量達到最大值，而射流半徑在C2斷面稍后達到最大值，然后逐漸縮小，稱為收縮區，收縮區末端位置（第三臨界斷面）由射流最遠作用長度決定。可根據實際工程中對軸線流速的限值給出（詳見4.3.1）。第三臨界斷面和圓管堵頭之間是第Ⅳ區--零均流區，或稱尾部旋渦區，該區氣流的特點是處理"阻滯"和"堆積"狀態，形成一個或多個不穩定的大尺度旋渦，旋渦誘導的瞬時流甚，時間平均流速為零，壓力均勻。

堵頭管中的射流，在第I和第Ⅱ區所卷吸的流體來自本身的回流，管內空氣產生多次循環，排除的只是從噴口噴入的那部分空氣量。

4．3受限射流的時均流動特性

4．3．1受限射流軸線流速變化規律

射流進入堵頭管后，由于動量的衰減和橫向傳遞，流速不斷降低。圖8是射流軸線上時均流速隨無量綱距離x/d0的沿程變化。

從圖中可見，軸線流速的變化取決于射流的受限度。當受限度很大時，軸線流速急劇下降，射流相對射程x/d0隨著受限度減小而增大。而且隨著受限程度減小，軸線流速的變化曲線互相趨于接近，當受限度很時，趨近于圖8中用虛線表示的自由射流軸線流速變化曲線，射流受了程度越大，其軸線流速變化曲線um/u0=f(x/d0)離自由射流的曲線越遠。

圖8軸線流速隨x/d0的變化

圖9是用無量綱距離表示的軸線流速沿程變化。圖9a中曲線表示巴哈列夫經驗公式計算值。從圖中可見，實測值與經驗公式計算值在趨勢上是一致的，但在數值上，前者大于后者。巴哈列夫的受限射流軸線流速經驗公式是把受限度引入自由射流軸線流速公式之后擬合實驗數據得到的。他采用的自由射流軸線流速公式為

（1）

式中<1時，≥1時，A=6.5a（2）

圖9軸線流速隨的變化

巴哈列夫把自由射流看作受限射流的極限情況，將受限度以e的指數形式引入式（1），得以受限射流軸線流速表示式：

（3）

式中的指數m即反映射流受限程度的影響，根據實驗數據，巴氏得到

（4）

由此可見1自由射流的軸線流速公式在巴氏受限射流軸線流速經驗公式中起著重要作用。圖10比較了式（1）和Tollmien的理論解[1]，即，發現巴氏所采用的自由射流軸線流速公式（1）的計算值低于其它學者的研究成果。本文采用Tollmien理論解的數據擬合式（1）中的因數A，得到當<1時（5a）A=6.85a當≥1時（5b）于是經過修正的受限射流軸線流速經驗公式變為

（6）

式中A按式（5）選取。

圖10自由射流線流速沿程變化

圖8、圖9b中的曲線均是根據式（6）計算得到的。從圖中可見，實測值與之基本相符。

考慮到射流作用的末端，斷面上流速分布趨于均勻，軸線流速與斷面平均流速相差不大，在實際工程中可把軸線流速達到給定值ud時的長度定義為射流最遠作用長度。ud根據需要選定，在通風空調中ud一般為0.07～0.04m/s[9][13]，代入式（6）可以得到受限射流的最遠作用長度，也就是第三臨界斷面的位置。

4．3．2受限射流流量的變化規律

根據實測斷面流速分布，可得受限射流的流量Qj。圖10是受限射流流量隨時無量綱距離的沿程變化。由于管壁邊界限制了射流的發展，受限射流的流量不像自由射流那樣沿程增加，而是先逐漸增大，到達第二臨界斷面之后，由于氣流的回轉，射流流量逐漸減小。在圖10中，從射流噴口到第一臨界斷面的自由擴展區，流量增加很快；隨后的受限擴展區，流量增加速度逐漸減慢并在第二臨界斷面處達到最大值；第二臨界斷面以后，射流流量逐漸減小。

射流流量的沿程變化在一定程度上反映了射流的卷吸性質，從圖11a可見，射流受限越大，相對流量Qj/Q0最大值越小，卷吸量越小。圖11b是各個受限度射流無量流量的綜合結果。從圖中可見，不同受限度的實驗點比較接近，可用一條曲線表示。圖中曲線1是根據巴哈列夫經驗公式計算得到的。從圖中可見實驗點與之偏差較大，歸因于巴哈列夫量測流速的儀器--電風速儀在紊動強度較高時精度較差。

仍選用巴氏經驗公式的形式，擬合實驗數據，得到

（7）

如圖11b中曲線2所示。圖11a中的曲線也是根據式（7）給出的。兩圖中小受限度的一些斷面與其它實驗點偏離的原因可能是小受限度時，噴口直徑很小，相應的噴口流量Q0也小，這樣流速量測時較小的誤差可能導致Qj/Q0較大的誤差，故在擬合式（7）時沒有包括明顯有誤差之點。

圖11射流流量隨的沿程變化

根據實驗結果，射流在各種受限度下，第二臨界斷面均在同一無量綱距離c2=0.21處,在此斷面上，射流量達到最大

值：（8）

4．3．3受限射流射流區平均流速變化規律

根據受限射流流量及射流半徑的變化規律，可得到受限射流射流區平均流速的沿程變化規律，如圖12所示。從圖12b可

見，各受限度下射流平均流速無量綱綜合值的分布很有規律。由上述實驗成果，可得到射流區平均流速變化的經驗公式

（9）

根據式（9）所作的曲線與實驗數據基本相符。

圖12射流區平均流速沿程變化

4．3．4受限射流回流區平均流速變化規律

如前所述，堵頭管中受限射流，由于邊界的限制，射流的外部存在回流。在通風空調工程中，工作區通常位于回流區，這是因為回流區流動的流速和溫差已充分衰減，具有比較均勻穩定流速場和溫度場，所以回流區平均流速是通風空調設計的重要指標，在實際工程中，往往要限制回流區平均流速最大值不得超過工作區風速的允許值。

目前，在通風空調工程設計中，巴哈列夫實驗得到的回流區平均流速經驗公式

（10）被廣泛采用[13，14]，但在文獻[9]中這個經驗公式里的回流區平均流速定義不明確。斷面平均流速是相應流量和相應面積的比值，但文獻[9]卻先給出回流區平均流速在堵頭管長度上的變化。擬合得到式（10），然后由連續原理得到回流流量Qr（等于同一斷面的射流流量Qj）和式（10），給出了回流面積，未免令人費解。

本文定義每個斷面上的回流區面積Fr等于圓管面積Fn與射流區面積Fj之差，即

Fr=Fn-Fj（11）

再由（12）得到各斷面的回流區平均流速。

圖13表示回流區平均流速隨的沿程變化。從圖中可見，噴口直徑越大，越小，回流區平均流速無量綱vr/u0越大。并且受限度不同的射流，在第二臨界為面c2=0.21處回流區平均流速均達到最大值。

圖13回流區平均流速隨的沿程變化

圖13b中曲線是不同受限度實驗數據的擬合曲線，所得的擬合公式為

（13）回流區平均流速從噴口開始逐漸增加，至第二臨界斷面c2=0.21達到最大值，然后又逐漸減小。在第二臨界斷面上，回流區平均流速最大值等于（14）

4．4受限射流的紊動特性

根據圖6中給出的堵頭管中受限射流軸向流速及相對值的沿程分布，可以對受限射流的紊動特性進行初步探討。

圖14是不同受限度下射流軸線上隨x/d0的變化（在射流軸線上，ε1與相對紊動強度相同）。圖中虛線取自參考文獻[15][16]中自由射流數據。

圖14射流軸線上相對紊動強度沿程變化

從圖中可知，在自由擴展區，不同受限度射線軸線上相對紊動強度變化與自由射流基本一致；而自由擴展區之后，受限射流細線上紊動強度沿程持續增加，并不是趨于常數。分析其原因，無論是自由射流還是堵頭管中的受限射流，在射流軸線上ui/xj=0，因而軸線上不產生紊動，軸線上的紊動是由上游的輸運和附近的擴散引起的。在受限條件下，由于回流的存在，射流斷面上流速分布更不均勻，軸線附近紊動加大，因而擴散到軸線上的紊動也相應地增加；同時，主流的波動也是導致相對紊動強度增加的原因。

從圖6可見，不同受限度射流軸向流速脈動ε1在斷面上的徑向分布情況，氣流從噴口噴入堵頭管中，在勢流核心區沒有完全消失的斷面，核心區內ε1很小；隨著徑向坐標r的增加，ε1先是逐漸增大，增大到一定程度后開始減小，直至射流邊界附近；此后r再增大，ε1基本保持為常數。結合斷面上時均流速的分布，可以得到，從射流軸線開始，隨著r的增加，相對紊動強度先是和ε1一樣逐漸增大，但當ε1達到最大值并開始減小時，由于時均流速u的減小，ε將趨近于∞。而在射流邊界以外的回流區，雖然ε1保持在一個較低水平，但由于時均流速同樣較低，相對紊動強度ε值仍然較大。從圖6中還可以看出，隨著軸向距離的增加，整個斷面的軸向流速脈動均增大，并逐漸趨于均勻。

圖15給出的是d0=20mm，=10.6的射流各斷面上回流區軸向流速脈動相對于回流區平均速度vr的沿程變

化，從圖中可以看出，隨著回流越接近出口，ε2值越大，這主要是vr迅速減小的結果。

圖15回流區ε2沿程變化

5結語

5．1以往對堵頭管中射流時均特性的研究成果定性上是正確的。但是，由于實驗多在早期完成，受到量測手段的局限，定量存在一定的誤差。本文采用了熱膜流速儀以及專門設計的正反流邊界探針，使得研究成果具有較高的可靠性。

5．2堵頭管中射流的發展可分為四個區：自由擴散區、受限擴展區、收縮區和零均流區。分區的第一臨界斷面和第二臨界斷面分別在c1=0.09和c2=0.21處，第三臨界斷面則由射流最大作用長度決定。

5．3對巴哈列夫關于受限射流軸線流速沿程變化的經驗公式進行了修正，見式（6）受限射流、流量射流區平均速度沿程變化可分別按經驗公式（7）和（9）計算。

5．4通過定義回流區面積等于堵頭管面積與射流區面積之差，給出了通風空調設計的重要指標--回流區平均速度的經驗公式（13），澄清了巴哈列夫對回流區平均速度定義的不明確之處。

5．5在實驗所包括的協諾數范圍內(Re0>104),受限射流的流動與雷諾數無關，這主要是由于在高雷諾數情況下，旋渦結構的變化主要在于最小旋渦尺度的減小，而大旋渦尺度基本不變，由于卷吸強度受尺度旋渦的影響，故受限射流的卷吸強度亦不隨Re0而變化。但是，受限度影響流動的發生發展以及卷吸強度的大小，受限度越大，射流所卷吸的流量越小。

5．6在受限條件下，由于回流的存在，射流的紊動在整個堵頭管中都很劇烈，尤其是在收縮區和零均流區。預示依據研究堵頭管中的射流，無論是理論分析還是數值計算，必須對運動方程中流速脈動項給予充分的重視。

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