建筑设备专业流体力学的教学

党天伟

(天津城市建设管理职业技术学院，天津 300134)

建筑设备专业流体力学的教学

党天伟

(天津城市建设管理职业技术学院，天津 300134)

流体力学是工科院校一门重要的专业基础课。针对建筑设备工程专业的相关专业课程和专科技术人才培养目标，调整流体力学的教学思路和方法。

流体力学；教学方法；建筑设备

流体力学是经典力学的一个重要分支，是一门研究流体的平衡和流体机械运动规律及其实际应用的技术科学。其发展与数学、力学密不可分。它同样是人类在长期与自然灾害作斗争的过程中逐步认识和掌握自然规律，逐步形成的。在人们的日常生活中和生产事业中随时随地都可遇到流体，所以流体力学与人类日常生活和生产事业密切相关，建筑设备专业(给排水、供热工程、制冷工程、泵与风机等)与流体力学有着不可分割的密切关系，因此流体力学是建筑设备专业课程中最重要的一门专业基础课，是学生理解、掌握专业课程的重要工具。

一、流体力学的研究方法

1.理论分析

理论分析(理论研究方法)是根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。

2.实验研究方法

实验研究方法主要包括两个方面，即现场观测和实验室模拟。

现场观测是对自然界固有的流动现象或已有工程的全尺寸流动现象，利用各种仪器进行系统观测，从而总结出流体运动的规律，并借以预测流动现象的演变。但现场观测不可控、不重演、耗时、费力、费用高昂。因此，人们建立实验室，使这些现象能在可以控制的条件下出现，以便于观察和研究。实验室模拟是研究流体力学的重要方法。

3.数值计算

针对流体运动的特点，用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来，从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。加上某些联系流动参量的关系式(例如状态方程)，或者其他方程。这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。

从基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的数学问题，所以流体力学的发展是以数学的发展为前提。

4.流动分析的简化

由于流体物体比较复杂，要考虑流动流体中的全部物性及各种物理量是很困难的，有时也是不必要的。因此，需要抓住主要的受力因素加以分析，对各种运动状态进行分类、简化。

二、教学现状

如上所述，流体力学涉及理论分析、数值计算、实验研究、流动分析简化，而高等职业院校流体力学的教学是以流体力学的应用为主，因此，学生学习的主要任务是在学习过程中理解公式、掌握公式;在工程实践中会正确选择流态，正确选用相关公式或对公式进行变形并正确选用相关参数。

1.学生的学习

目前，高职学生在高中阶段前学习的理论知识存在着欠缺，对于流体力学涉及的物理、数学，包括文字的字面理解均存在知识缺陷，因此在流体力学的学习中存在如下问题：1)因为流体微观现象和抽象概念较多，学生对基本概念理解困难。2)对于公式，特别是通过微积分和偏微分推导的公式，学生一知半解。3)对于公式在工程实例中通过判定流体状态进行相对应的公式变形掌握不好。4)对于公式中涉及的流体物理量参数使用不熟练。5)学习中缺乏对知识的融会贯通，对流体相关知识不能相互联系起来，把知识割裂开来造成整体知识的掌握不扎实。

2.理论教学

教师在理论教学中按照课本的知识结构和章节进行，概念性知识、公式推导和相关实验均以课堂讲授的形式进行；学生不是靠理解，而是只能靠死记硬背来应付知识的掌握，导致学习兴趣低下。

3.实训教学

流体力学的实验，既不同于物理的简单实验可以容易实现和理解，又不同于专业课的实践教学 “真刀实枪”，强调动手能力。流体力学的实验要求实验必须在可以控制的条件下出现，以便于观察和研究。一方面，教学实验结果的不确定性是不能验证已有公式正确性的，从而误导了学生；另一方面，流体力学的实验具有多重条件，要逐一控制，在教学的条件、时间上是不允许的。

三、教学思路及方法的调整

教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》指出：高等职业教育就是加强素质教育，强化职业道德，明确培养目标；服务区域经济和社会发展，以就业为导向，加快专业改革与建设；加大课程建设与改革的力度，增强学生的职业能力；大力推行工学结合，突出实践能力培养，改革人才培养模式。要针对高等职业院校学生的特点，培养学生的社会适应性，教育学生树立终身学习理念，提高学习能力，学会交流沟通和团队协作，提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创业能力；重视优质教学资源和网络信息资源的利用。

根据教育部对高等职业院校教育的要求，结合流体力学课程的教学实际情况，作为教师，应该在课堂上大胆进行尝试性教学改革，对学生的教育教学应做到潜移默化，在重视身教重于言教的德育教育的基础上，在理论知识教学方面要更加注重结合实践，注重学生学习兴趣的提高，注重学生自学能力的提高，注重优质教学资源和网络信息资源的利用。

1.把握建筑设备工程专业的培养目标和专业课整体教学大纲对流体力学课程的课时、授课内容合理安排

教材是编著者从高职学生的整体水平和相关各专业的总体情况出发进行编排的，流体力学的课本知识具有系统性和完整性，同时根据高职教育的特点对相关知识的推导进行了简化，将微积分及偏微分的推导进行了删减。在实际教学过程中应进一步调整。1)根据专业课的需求对流体力学的部分知识由教师重点讲解多安排课时，加大习题课的安排，使学生务必牢靠掌握，如流体的主要性质、流体静力学、流体动力学、水力计算等知识。2)对于一些知识在理论讲解时以详细讲解，教师可以以学生自学为主体，引导性讲解为辅，培养、提高学生自学能力。如流体力学中U型管压力计测压计算、简单管路的水力计算、泵的安装高度及功率选择等知识。3)对于与建筑设备工程专业相关性不大的一些流体力学知识可以利用较少课时简介即可，如绕流运动、相似理论及因次分析等知识。

2.教师一定要对相关的专业知识熟悉，以便在教学中，把涉及专业课经常使用的理论公式和经验公式灵活的教授给学生

伯努力方程被学生戏称为“白努力”方程，可见其在学习中的困难。实际教学中应充分利用学生在初、高中学习的基本物理知识进行公式的推导。

(1)

因为(1)式以元流计算，所以此式为恒定元流伯努利方程。因为这个公式由学生在教师的引导下导出，所以必定记忆牢靠，虽然占用的课堂时间较长，但接下来后面的关于恒定总流(元流总和，外面包裹有管壁)伯努利方程式的讲解只不过是在恒定元流的基础上扩展(a.管道径向流速修正α；b.沿管道流动能量损失hl1-2)。学生会很容易接受，可得到恒定总流伯努利方程式

(2)

要求学生注意公式(2)中的单项Z1，单位mH2O——水头高度，相加的每一项的单位均相同。则，位置水头、压强水头、测压管水头、速度水头、1—1截面(输入端)总能量、2—2截面(输出端)总能量、泵的扬程、沿程阻力、局部阻力、泵的安装高度等液态流体涉及建筑工程设备专业的供暖工程、给排水、锅炉水循环流态、参数都很容易接受、理解、掌握。

如果管道内流动的是气体，水头的概念不明显，那么把公式(2)两端同乘以γ(重度)得到公式：

(3)

此时，要求学生注意公式中单项变为Z1变为P1，单位kPa-压强，相加的每一项的单位均相同，此时气体管道径向流速修正α=1，Z1,Z2间气体重量可忽略。学生就会很容易记住压强、动压、压强损失的概念，为建筑工程设备专业相关锅炉燃烧、燃气输配、通风、空调等气态工质的计算打好基础。

3.教师要充分利用优质教学资源和网络信息资源

(1)网络发达，带给了我们非常丰富的网络教育资源，对于一些经典的实验和演示在网络上有制作精良的视频或小动画免费下载，完全可以经过筛选作为素材插入多媒体或直接演示给学生观看。使学生对于一些抽象概念通过动画的形式形成正确的感知，如流线与迹线、元流与总流、毕托管原理等知识。

(2)教师可以带领学生做一些流体力学中的层流湍流实验；U型管压力计测压；孔口出流等简单实验。学生分组亲自动手，花费不高，效果甚好——锻炼了学生的动手能力；强化了学生的记忆；提高了学生的兴趣；增强了学生间的团队合作。

总之，流体力学作为一门建筑设备工程专业的基础理论课程，在整体专业课教学中是奠基石，学生对专业的认知实际上也是从这门课开始的。流体力学本身是经典，就给教师的讲授提出了较高要求，照本宣科不会出问题，但要培养出合格的专业技能人才，就要想办法适应这一层次的学生，文中难免有偏离理论流体力学科学推导的教法。

[1]白扩社. 流体力学泵与风机[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

[2]张兆顺,崔桂香.流体力学[M].北京：清华大学出版社，2006.

Instructions on Fluid Mechanics of Architectural Equipment Specialty

DANG Tian-wei

(TianjinUrbanConstructionManagementandVocationTechnologyCollege,Tianjin, 300134)

fluid mechanics is an important professional basic course of engineering colleges. Connecting with professional courses for architectural equipment engineering and the goals for training technical personnel, it is necessary to adjust the teaching ideas and methods of fluid mechanics.

fluid mechanics; teaching methods; architectural equipment

2014-07-04

党天伟(1972-)，男，山西人，天津城市建设管理职业技术学院，高级讲师，研究方向：建筑设备工程。

G712

A

1673-582X(2015)01-0065-04