教學(xué)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)計(jì)思想

流體力學(xué)的主要任務(wù)是研究流體靜止平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)中以流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律為主線，以能量守恒定律為核心內(nèi)容，從影響流體流動(dòng)各個(gè)主要方面著手，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在了解流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)對(duì)流體運(yùn)動(dòng)流動(dòng)過程的基本描述，充分認(rèn)識(shí)影響流體流動(dòng)的主要因素及其在流動(dòng)過程中的作用。同時(shí)結(jié)合工科類學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，工程研究方法和能力的培養(yǎng)應(yīng)有機(jī)地融合在實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練中，通過重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)展示工程基本研究方法在對(duì)流體流動(dòng)研究中的重要作用，是培養(yǎng)工程研究能力的有效方法。
　以此，利用實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能對(duì)流體的流動(dòng)過程有更為直觀的感性認(rèn)識(shí)，將在理論課教學(xué)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地串聯(lián)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析加強(qiáng)對(duì)流體的流動(dòng)過程整體的、全面的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)不但注意學(xué)生實(shí)際操作能力的培養(yǎng)，也側(cè)重學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)，能夠從另一個(gè)側(cè)面考察學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握。為提高學(xué)生解決有關(guān)流體運(yùn)動(dòng)的工程實(shí)際問題的能力提供一個(gè)較好的訓(xùn)練平臺(tái)。
　實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是停留在對(duì)公式、定律的簡(jiǎn)單驗(yàn)證和再現(xiàn)，而是在實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性、體現(xiàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)依據(jù)先觀察后操作、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的基本原則，在充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的前提下，由淺入深，逐步深入，帶著問題進(jìn)入實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中能夠主動(dòng)進(jìn)行探索和研究。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要思路：觀察——→提出問題——→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)測(cè)量及整理——→解決和回答問題——→實(shí)際應(yīng)用（工程測(cè)量、工程研究方法）

4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)說明

這一單元的綜合實(shí)驗(yàn)由七個(gè)實(shí)驗(yàn)組成，各個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容和相互間的關(guān)聯(lián)表示如下：

實(shí)驗(yàn)一  流動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)
展示單元中所涉及到各種的流動(dòng)圖譜，將問題充分暴露

實(shí)驗(yàn)二  流管流態(tài)實(shí)驗(yàn)
問題分解

實(shí)驗(yàn)三  流動(dòng)沿程阻力損失實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)四  管道局部阻力損失實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五  能量方程實(shí)驗(yàn)；
問題集中、進(jìn)行綜合分析

實(shí)驗(yàn)六  流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)
知識(shí)應(yīng)用和深化

實(shí)驗(yàn)七  有壓滲流電擬法實(shí)驗(yàn)
方法學(xué)習(xí)



　在實(shí)驗(yàn)一中，通過演示流體流過不同邊界條件下的多種水流現(xiàn)象，增強(qiáng)和加深對(duì)流體運(yùn)動(dòng)特性的認(rèn)識(shí)。結(jié)合流體在流動(dòng)過程中的實(shí)際情況各個(gè)演示單元分別顯示了串聯(lián)管路縱剖面的流譜、流體流過各種不同局部阻礙時(shí)的流譜及局部損失疊加影響的流動(dòng)圖譜、流體流過文丘里流量計(jì)和孔板流量計(jì)的流動(dòng)形態(tài)。通過各種流動(dòng)情況流動(dòng)圖譜的展示，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象？這些現(xiàn)象會(huì)對(duì)流動(dòng)過程產(chǎn)生怎樣的影響？可以采取什么方法減少對(duì)流動(dòng)過程的影響？。同時(shí)，更加深入、細(xì)化地直觀展示流體流動(dòng)過程中邊界層形成以及分離現(xiàn)象邊界層、流體繞過不同形狀物體時(shí)駐點(diǎn)、尾流、渦街的形成，使學(xué)生對(duì)前述問題有初步的了解。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生帶著問題進(jìn)入下一階段的實(shí)驗(yàn)

Re是描述流體運(yùn)動(dòng)特性的一個(gè)重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)二，流管流態(tài)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)流動(dòng)狀態(tài)的描述分析影響流動(dòng)狀態(tài)的主要因素。實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)Re=174~7600，流動(dòng)過程中不同流動(dòng)狀態(tài)對(duì)流動(dòng)損失變化規(guī)律的影響。
流體的流動(dòng)損失由沿程阻力損失和局部阻力損失兩部分組成。在實(shí)驗(yàn)三中，可得出不同流動(dòng)狀態(tài)下，沿程阻力損失與平均流速的關(guān)系，從而分析流態(tài)對(duì)沿程阻力大小的影響、沿程阻力變化主要影響因素。在實(shí)驗(yàn)四中設(shè)計(jì)了多種局部阻礙，在各種邊界條件突變時(shí)局部阻力的大小的變化，有利進(jìn)一步理解局部阻力產(chǎn)生的主要原因，定量地分析駐點(diǎn)、尾流、渦街的形成對(duì)局部阻力大小的影響，為尋找減少局部阻力的有效方法提供理論依據(jù)。
　能量守恒定律作為三大守恒定律之一，是流體動(dòng)力學(xué)的核心內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)二、三、四的基礎(chǔ)上，采用大型實(shí)驗(yàn)板，并使管段間的有機(jī)連接，在恒定流動(dòng)情況下，展示水流的位能、壓能及動(dòng)能之間的守恒及相互變化關(guān)系。因此在實(shí)驗(yàn)五——能量方程實(shí)驗(yàn)中，綜合反映了流態(tài)、沿程阻力、局部阻力等因素對(duì)流動(dòng)過程的影響。這種從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一到綜合的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排，使學(xué)生即有助于對(duì)問題的深刻理解，也加強(qiáng)了對(duì)過程的系統(tǒng)、全面認(rèn)識(shí)和規(guī)律的熟悉、掌握。
　為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)綜合運(yùn)用能力的訓(xùn)練，工程能力的培養(yǎng)是一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。在工程測(cè)量技術(shù)中以實(shí)驗(yàn)六中的文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)為例，即是能量方程工程應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，也是工程測(cè)量的一種方法。實(shí)驗(yàn)中不僅要求學(xué)生了解流量測(cè)定的基本原理和方法，同時(shí)，要求學(xué)生進(jìn)一步明白如何靈活地利用能量方程，并能結(jié)合實(shí)驗(yàn)一中所觀察的現(xiàn)象進(jìn)行思考。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是前面五個(gè)實(shí)驗(yàn)中所理論內(nèi)容的具體運(yùn)用。
物理現(xiàn)象間的比擬方法是工程研究的一種重要而有效的方法。如何在實(shí)際中應(yīng)用比擬模擬方法是培養(yǎng)學(xué)生工程能力的一個(gè)重要方面。流場(chǎng)和電場(chǎng)的比擬是流體流動(dòng)研究中常用的方法。在比擬過程中需要滿足哪些基本條件？如何做到兩個(gè)不同性質(zhì)的場(chǎng)之間幾何條件和邊界條件相似？對(duì)于這些比擬方法的基本知識(shí)和要求在實(shí)驗(yàn)中均得到較好的體現(xiàn)。

4實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)和基本要求

這一單元綜合實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)流體的流動(dòng)現(xiàn)象，除了對(duì)實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的各種現(xiàn)象進(jìn)行合理的分析、學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基本方法，學(xué)生還應(yīng)結(jié)合理論教學(xué)中的知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行深入地思考，達(dá)到能力訓(xùn)練和探索研究的目的。
　因此，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)后面布置有關(guān)的思考題，不僅僅是對(duì)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的簡(jiǎn)單解釋，大部分問題是在實(shí)驗(yàn)所描述現(xiàn)象基礎(chǔ)上的擴(kuò)展和深化。要求學(xué)生以小組為單位，進(jìn)行資料查詢和討論，得出有自己見解的結(jié)論。這樣才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考，有探究的動(dòng)力，使學(xué)生的能力得到充分的鍛煉。從能力上對(duì)學(xué)生進(jìn)行考察。
　對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)不是僅著眼與在于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)本身的考察，而是通過對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題的處理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理過程及方法、對(duì)問題的綜合分析及解答等各個(gè)方面進(jìn)行綜合考察和評(píng)價(jià)，并且鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有所創(chuàng)新，同時(shí)在評(píng)價(jià)上給予鼓勵(lì)。