六節課學懂《流體力學》

摘要《 流體力學》作為流體機械的理論基礎，傳統的教材一般是在中專或專科甚至大學教材的基礎上改編的，理論性較強，內容難度大，學生不易掌握。本文從輕理論、重技能、輕過程、重結果的原則出發，提出適應中等職業技術教育的流體力學的教學方法，供同行參考。

關鍵詞中等職業技術教育流體力學六節課學會流體力學

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：Ａ

Understand \"Fluid Mechanics\" in Six Lessons

SHI Nianke

(Preparatory Office of Shandong Trade and Industry Vocational College， Jining， Shandong 273500)

AbstractAs the theoretical basis of fluid mechanical， traditional materials of \"Fluid Mechanics\"is generally based on the adaptation of teaching materials in the secondary or college or university， strong theoretical， difficult content， and difficult for students to master. This article points out the teaching methods for adapting to the secondary vocational and technical education in fluid mechanics from the rules of lighter theory， re-skill， light process， result-principle for the peer reference.

Key wordssecondary vocational technical education; Fluid Mechanics; understand \"Fluid Mechanics\" in six lessons

0 前言

一方面是高技能人才短缺，另一方面是職業教育經營慘淡。據有關調查資料顯示：我國目前高技能人才缺口達60%以上，遠低于世界發達國家水平，究其原因主要是我國人才標準形而上學、教育資金不足、學校定位不準確、教育方法陳舊、教材編寫跟不上、企業用工制度的缺陷等諸多方面。本文著重從教學方法創新和教材改革兩個方面，并結合自己多年的教學實踐，就適應職業技術教育的《流體力學》的教學方法作一簡單探索。

現行《流體力學》教材一般是在中專、專科甚至大學教材的基礎上改編的 ，主要講授流體靜力學、流體動力學以及相關知識，教材內容較深、面廣、難度大。一般教師教學方法是根據教材內容，按部就班地采用傳統的說教式教學方法。由于教材結構、內容安排不合理，教師教學方法陳舊并受教材的束縛。教師費了不少勁，學生卻感覺聽不懂，造成消化不良。結果達不到預期的教學效果，極不適應當今職業技能教育發展的需要，這也是一方面是高技能人才短缺，另一方面是職業教育經營慘淡的主要原因。筆者根據多年的教學實踐并結合社會對技能人才的需求情況，本著理論指導實踐、理論滿足需要的原則，對《流體力學》的教學進行大膽改革，對教材內容進行大膽刪節和調整，提出一天學會《流體力學》教學方法。既降低了學生的學習負擔，又提高了學生的學習興趣，關鍵是提高了教育的質量和效率。下面介紹該教學方法過程：

1 靜力學的教學

在靜止流體內假想有一小液柱，各種參數標注如圖1所示：

在豎直方向對這一液柱進行受力分析，該液柱在豎直方向上的作用力有：

（1） 作用于底面且垂直向上的力P = pds

（2） 作用于頂面且垂直向下的力P0 = p0ds

（3） 液柱的自重dG = hds

由于液柱在豎直方向是平衡的，所以

pds-p0ds-hds = 0即

p=p0+h （1）

其中p0——作用于自由面上的靜壓強，N/m2

p——深度為h處的流體靜壓強，N/m2

ds——液柱的微小面積，m2

——液體重度，N/m3

h——所研究的點與自由面之間的距離，m

圖1

該式就是流體靜力學基本方程，它表明在靜止的流體中，某點的靜壓強p的大小，等于作用在自由面上的外壓強p0和由流體自重形成的余壓強h之和。

為了進一步降低難度，幫助學生理解，此時可以將該公式和學生初中學過的壓強對應比較。初中學的壓強為：

P = g h = h

和現在講的靜壓強相比較，只是多了液體自由面上的壓強p0，因此，我們可以將流體靜力學基本方程（下轉第157頁）（上接第125頁）理解為中學學的壓強的引申和擴展。這樣學生就輕松掌握了流體靜力學基本方程。

流體靜力學方程的另一種表現形式，如下圖所示：

由靜力學基本方程知

p1 = p0+h1

p2 = p0+h2由上述兩式得1、2兩點處靜壓力差為：

p1-p2 = (h1-h2)又由于h1-h2 = z2-z1 ，

所以，p1-p2 = (z2-z1)

即z1+= z2+(2)

該式即為流體靜力學基本方程的另一種表現形式。

下面我們從能量的角度理解該表達式：（1）由于GZ表示位置勢能，所以Z = GZ/G表示單位重量流體所具有的位置勢能；（2）PV表示流體的壓力勢能，所以 = PV/rV表示單位重量流體所具有的壓力勢能。所以二者之和Z+表示單位重量靜止流體所具有的總勢能。

這說明靜止流體內不同點，位置勢能和壓力勢能可以相互轉化，但總勢能保持不變。這就是流體靜力學方程的第二種表達形式。這種表達形式將為流體力學從靜力學延伸到動力學打下基礎。

2 流體動力學

流體從靜止到運動，說明其運動狀態發生了改變，從能量的角度去理解，表明運動流體不僅具有勢能，而且還應該具有動能。

表示運動流體的動能，則 =/mg表示單位重量流動流體所具有的動能。

液體從一個地方運動到另一個地方，各種能量可以相互轉化，若不計能量消耗，總能量保持不變。即：

z1++= z2++

這就是理想液體的動力學基本方程，也就是伯怒利方程。如果考慮實際液體流動時的能量消耗hw以及速度的修正系數，則該式變為：

z1++1 = z2++2 +hw

這就是實際液體的伯努利方程式。可見液體靜力學基本方程式是伯努利方程的一個特例，是液體流動速度為零(即v=0)時的一種特殊情況，這樣流體靜力學和流體動力學就統一為流體力學。

此后，再利用少量時間給學生講解連續性方程以及損失水頭hw的計算方法等有關內容，并簡單舉例介紹這些方程的應用方法技巧，對于技校學生來說，已經非常容易建立起了流體力學的概念，為以后的學習和應用打下了堅實的基礎。

3 結束語

這樣大致總共六節課(講解流體力學2節課；連續性方程等其他有關內容2節課；應用練習2節課)的時間學習完流體力學的基本內容，流體力學其它有關內容（如速度修正系數、連續性方程、各種損失、壓力的測量等）后續課程再作講解。重點突出，簡單明了，由分到總，步步深入，層層遞進，思路清晰，各知識點之間的邏輯結構關系條理清楚，綱舉目張，便于學生理解掌握。以便抽出更多的時間用于實踐教學。使學生既掌握最基本的基礎理論知識，又能更好地鍛煉實際動手能力，達到職業技術教育的目的。