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流体力学导论范文1
关键词：培养方案；教学计划；滑铁卢大学机械工程专业；湖南大学车辆工程专业
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0001-04
一、引言
随着市场经济运行的不断深入，企业的技术基础、工作手段、专业化分工、工作方式、对产品的要求及制约企业发展的主要矛盾都发生了显著的变化，这种需求的变化导致企业对大学毕业生的能力需求发生巨大的变化。目前，国内外都非常重视学生能力的培养。中国机械工程学会2012年12月的机械工程教育峰会主题就是“聚焦学生能力的培养”，大连理工大学的李志义教授提出以学生能力为导向的培养方案和课堂教学改革，从克服培养方案的十个倾向、重构培养方案的十个方面及实现课堂教学的十个转变详细地讨论了研究型大学如何以学生能力为导向来构架专业培养方案及实现课堂教学的转变。华中科技大学吴昌林教授提出改革课程教学方法、营造学生自主探究的环境。推进了基于主动实践“机械设计”课程教学改革和机械设计与制作能力培养系列Project。重庆大学的陈兵奎教授将毕业要求细化到每门课程中，采用课堂讲授+自学环节+专题作业+项目设计+小组讨论+……的过程性评价和考试环节的终结性评价的综合评价手段对课程教学过程和方法进行评价，并且在制度上保证期末考试在总成绩比例中不超过40%。国外在十多年前就提出并持续发展和倡导了全新的CDIO（Conceiving-Designing-Implementing-Operation，即构思―设计―实现―运行）工程教育理念和以能力培养为目标的CDIO大纲。这些都说明以学生能力培养为导向的高校人才培养方案和课程教学改革已提上日程。笔者受国家留学基金委资助，在滑铁卢大学进行研究和访学，能够深入院系和课堂了解该校本科教学情况。又鉴于国外大多数综合性大学本科专业只有机械工程专业没有车辆工程专业，笔者对比研究滑铁卢大学机械工程专业和湖南大学车辆工程专业的培养方案和课程设置，为各高校人才培养方案和教学计划修订提供一定的可参考的经验。
二、滑铁卢大学机械工程专业培养方案
滑铁卢大学位于加拿大滑铁卢市，是一个以数学著名、以工科为主、以产学合作教育为办学特色的综合性大学。现有本科生30000人，研究生5100余名。工程院是滑铁卢大学最大的学院，机械工程专业是工程院14个专业之一，机械工程专业本科四年的学习是在四年零八个月内完成的，每年分为秋（9月到12月）、冬（1月到4月）、春（5月到8月）三个学期，每个学期为期4个月的时间，学生需要完成八个学期的学术学期和六个学期的工作学期，没有寒暑假。学术学期的课程由核心课程、通识选修课程和专业选修课程组成。
1.核心课程。包括学位31门学分核心课程和7门非学分核心课程。31门学分核心课程主要包括两大类：（1）自然科学基础核心课程6门（1门化学领域、3门数学领域、1门力学领域和1门电学领域的课程），分别是：CHE102工程化学、MATH115工程线性代数、MATH116工程微积分1、MATH118工程微积分2、PHYS115力学、GENE123电气工程。（2）专业核心课程25门，分别是：ME100机械工程导论1、ME101机械工程导论2、ME115材料结构和属性、ME201高等微积分、ME202工程统计学、ME203常微分方程、ME212动力学、ME219固体力学1、ME220固体力学2、ME230材料行为学、ME250热力学1、ME262微处理器和数字逻辑器导论、ME269机电设备和电加工、ME303高等工程数学、ME321机械运动学和动力学、ME322机械设计1、ME340机械制造、ME351流体力学1、ME353传热学1、ME354热力学2、ME360控制系统导论、ME362流体力学2、ME380机械工程课程设计、ME481机械工程项目设计1、ME482机械工程项目设计1。（3）7门非学分核心课程分别是研讨课（ME100B、ME200A、ME200B、ME300A、ME300B、ME400A、ME400B）。这些课程内容大致包括机械工程专业的课程结构和选课方法；学校、院系的组织架构和日常运转；学生社团；就业机会；安全教育；围绕核心课程的主题讨论；机械工程前沿研究讨论及学校已做的科学研究等。*课程后面括号内的编号为课程代码，以1开头的代码是大学一年级的课程，依此类推。
2.通识选修课程。需要在技术对社会的影响、工程经济学和人文社会科学三类课程中选修4门课程。分别为：（1）技术对社会的影响类课程选修1门；这类课程有：ANTH102社会与文化人类学导论、ECE390工程设计及经济学和对社会的影响、ENVS105环境管理与伦理、ERS215环境与可持续性评价、SOC232技术和社会变革等20门。（2）工程经济学类课程选修1门；MSCI 261机械工程专业规定选修工程财务管理。（3）人文社会科学类选修2门；这类课程有哲学、政治学、历史、人文、和平与冲突、人力资源管理、音乐、心理学、国际关系研究等。
3.专业选修课程。需要在六个专业方向流体力学、机械设计与固体力学、材料工程与工艺、焊接、自动化与控制、热工程选修7门课程。大三选修3门，大四选修4门。（1）流体力学方向：ME564涡轮机、ME564空气动力学、ME564工程设计、ME567计算流体动力学和消防安全工程、ME571空气污染。（2）机械设计与固体力学方向：ME423机械设计、ME435工业冶金、ME542先进的动力学与振动、ME526疲劳和断裂分析、ME538焊接的设计制造和质量控制、ME555计算机辅助设计、ME559有限元方法。（3）材料工程与工艺方向：ME435工业冶金、ME463焊接工艺、ME526疲劳和断裂分析、ME531物理冶金应用于制造、ME533金属及复合材料、ME535焊接冶金、ME538焊接的设计制造和质量控制。（4）焊接方向：ME435工业冶金、ME463焊接工艺、ME526疲劳和断裂分析、ME535焊接冶金、ME538焊接的设计制造和质量控制、ME547机器人运动学动力学和控制：（可选）。（5）自动化与控制方向：ME435工业冶金、ME538焊接的设计制造和质量控制、ME547机器人运动学动力学和控制、ME548数控机床1、ME555计算机辅助设计、ME559有限元方法、ME561流体动力控制系统。（6）热工程方向：ME452能量转移的建筑物、ME456传热学2、ME459能量转换、ME557燃烧学1、ME559有限元方法、ME567消防安全工程、ME571空气污染。滑铁卢大学机械工程专业的定位是培养机械工程师，机械工程师需要能处理任何运动的机器，如机器人、马达、泵和车辆等。在所有的工业技术领域中，机械工程师都需要从工艺和系统的角度参与设计、制造、研发和维护机械的几乎每一个阶段。机械工程师需要理解力学和热力学基本定律、力对固体和流体的影响、热在物质内传递的规律、工程材料的性能以及针对特定的功能设计机械系统的能力。从以上的课程设置可以看出，滑大机械工程专业正是从培养一个合格的机械工程师的角度来设置课程的。从数学、力学、动力学、热学、材料学、制造工艺、机械设计学、自动化和控制这些方向完成一个机械工程师应该具备的知识结构。
三、湖南大学产学合作教育的开展情况车辆工程培养方案
湖南大学起源于中国古代四大书院之一、创建于公元976年的岳麓书院，迄今已历时千余年，故又称“千年学府”。是一所理科基础坚实、工科实力雄厚、人文学科独具深厚文化背景、经济管理学科富有特色的综合性、开放式、研究型全国重点大学。现有本科生20400余人，研究生11000余人。车辆工程专业隶属于湖南大学机械与运载工程学院，形成了以汽车车身、汽车底盘、汽车安全等核心内容见长的专业教学特色；推进产学研结合，实现高水平的专业教学与高水平的科学研究相结合，注重能力导向，培养工程创新人才。湖南大学车辆工程专业的学位课程由通识课程、核心课程、选修课程及集中实践环节组成。
1.通识课程。包括通识必修和通识选修两大类：（1）通识必修课程（思想和中国特色社会主义理论体系概论、思想道德修养与法律基础、形势与政策、中国近现代史纲要、基本原理、大学英语、计算机基本能力测试、计算机导论与程序设计、心理素质与生涯发展、体育）。（2）通识选修课程（岳麓讲坛、文学艺术领域必选一门、社会科学领域必选一门）。
2.核心课程。包括三大类：学门核心课程、学类核心课程和专业核心课程。（1）工学学门核心课程（高等数学A、线性代数A、概率论与数理统计A、普通物理A、普通物理实验A、普通化学）。（2）机械学类核心课程（机械工程图学、机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、流体力学、热力学基础、电工电子学、控制工程基础、工程中的数值方法）。（3）车辆专业核心课程[汽车构造（含发动机原理）、汽车理论、汽车设计、汽车电子技术（含嵌入式系统）、汽车制造工艺]。
3.专业选修课程。包括两大类：专业限选课程和专业方向选修课程。（1）专业限选课程选修6门[汽车导论与法规（必选）、新能源汽车基础（必选）、机械振动学（必选）、有限元分析、工程优化设计、汽车NVH技术、汽车结构CAE技术、汽车碰撞CAE技术、汽车试验学]。（2）专业方向选修课程：任选一个方向修课。①车身方向（车身结构与设计、车身制造工艺学、汽车空气动力学、汽车人机工程学、车身CAD技术）。②底盘方向（汽车系统动力学与控制、汽车悬架、液压气压与电传动、汽车底盘性能仿真）。③安全方向（汽车安全技术、人体损伤生物力学、汽车安全性实验技术、智能车辆、汽车安全仿真理论与方法）。④新能源汽车方向（电动车辆原理与构造、电动车辆设计、电动汽车动力电池技术、电驱动及控制技术、电动汽车性能仿真）。
四、对比分析
滑铁卢大学机械工程专业和湖南大学车辆工程专业教学计划对比见表1：
从以上的对比可以看出，滑铁卢大学机械工程专业的课程门数和学时数都大大少于湖南大学车辆专业，尤其是通识课程部分。滑铁卢大学每门课基本上都是每周只上3小时，可以一次上完，也可以分两次上，由教师决定。每门课程的课程大纲（SYLLABUS）包括以下8个部分：（1）Contact Info（任课教师的联系方式）：列出任课教师的姓名、办公地点、电话和邮箱地址；（2）Lectures（课程讲授）：列出上课的时间地点；（3）communication（交流）：明确学生跟老师交流的平台；老师的课件、作业、实验和课程中包括的编程代码都会以邮件的形式上传到UW-Learn平台，学生通过该平台提交作业、实验报告和编程代码；（4）Labs（实验）：明确实验的地点、时间安排、学生分组安排及实验的题目；（5）Assignments（作业）：布置作业的题目、作业要求、提交作业的时间；有些课程还有Project的要求；（6）Tutorials（辅导）：按学生的姓氏的字母排序分组安排辅导及各组辅导的具体时间和辅导的内容；（7）Final Exam（期末考试）：明确考试的要求；（8）Grading（成绩构成）：明确实验、作业和期末考试所占的比例；基本上每门课程的期末考试的比例不会超过50%、实验的比例会在20%左右、作业在30%左右。滑铁卢大学本科生的课程任务很重，课后作业量很多，并且要求很严，必须在规定时间提交作业的，否则零分计算。每门课程有完善的TA（助教）制度。
湖南大学车辆工程专业大一大二大类招生，整个机械类的课程一样，夯实数学力学和机械基础，大三重在专业核心课程，大四实施方向课程，与就业和研究方向接轨，整体知识结构合理，突出了本专业的特色。从2011年开始，湖南大学要求每门课程都要在教务处课程中心建立课程网站，上传与该课程相关的所有内容。课程大纲也必须包括以上八个部分，并且开设小班讨论和助教制度，一门课尤其是核心课程实施多位老师一起上的制度，课程要求趋于合理和规范，教学质量也大幅度上升。但也暴露了一些问题，譬如助教水平参差不齐、小班讨论内容不太明确、学生课时任务繁重等等。新一版的教学计划正在针对这些问题进行修订，相信随着制度的规范和借鉴国外的经验，本科教学质量一定会更上一个台阶。
参考文献：
[1]2012国际机械工程教育峰会：汕头大学执行校长顾佩华教授做了题为《汕头大学提升学生工程能力的举措与实践》的报告.
[2]2012国际机械工程教育峰会：美国卡罗尔.坎贝尔工程研究中心执行总监Imtiaz Haque教授的报告《案例研究：为汽车行业培养工程技术人才》.
[3]2012国际机械工程教育峰会：大连理工大学副校长李志义教授做了题为《以学生能力为导向的培养方案与课堂教学改革》的报告.
[4]2012国际机械工程教育峰会：华中科技大学机械学院吴昌林教授做了题为《学生能力为导向的培养体系设计》的报告.
[5]2012国际机械工程教育峰会：重庆大学机械工程学院副院长陈兵奎教授的报告《学生能力达成与综合评价方法初探》.
[6]康全礼，陆小华，熊光晶.国际创新型工程教育模式中国化的探索与实践[J].煤炭高等教育，2009，26（4）：4-7.
[7]查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J].中国大学教学，2008，（5）：16-19.
流体力学导论范文2
一、能源动力工程领域的高等工程教育
能源动力工程专业是伴随着近现代工业革命发生、发展、加速过程成长起来的传统专业，在新的能源形势和建立工业强国的需求下承担着崭新而重大的培养责任。我国目前设有能源动力大类专业的学校有130余所。经过几十年的努力，我国能源动力的工程教育有了长足的进步，但总体来看，整个工程教育体系没有发生本质的变化，还不能很好满足现代工业对工程技术人才的需求。[3]能源动力领域的高等工程教育主要存在四个方面的不足。
1.缺乏明确的工程教育定位
很多研究型大学的目标是培养科学家，而不是工程师。而工程教育和科学教育是两种不同的教育。科学家从事研究发现，工程师进行创造发明。培养工程师和培养科学家需要两种不同的教育体系。作为一个典型的工程学科，能源动力专业的培养目标应该是以培养工程师为主。在现实需求下，就是培养既有创新能力又能解决实际工程问题，同时具备国际竞争力的高级人才。
2.工程教育体系陈旧
在课程设置上，能源动力专业的课程改革基本上是在原有课程体系下的完善，没有从根本上打破原有的课程体系。随着新知识的不断出现，由于缺乏课程间的整合机制，课程有增无减，使学生不得不面对越来越多的课程。在教学模式上，通常是以教师为中心的讲授式教学，而不是以学生为中心的启发式教学。学生的分析、想象、创造能力的培养受到限制。在教学内容上，工程教育基础课程太偏理论，教学中缺乏实际应用的环节。不少专业课程跟不上科技发展的节奏，内容几十年不变，总体上比较陈旧。教学实验以验证性为主，测试手段比较落后，设备比较陈旧。
3.缺乏与企业的互动
作为一个实践性很强的学科，不了解工程界的需求而一味纸上谈兵不仅不能培养出合格的现代工程师，而且对于学科发展也是极其不利的。工程界对工程教育的教学内容和实践水平有严格要求，但不少工科教师缺乏必要的工业经验和工程背景，学生也缺乏必要的实训机会和体验。4.缺乏工程教育的国际化随着世界经济全球化进程的加速，能源动力领域需要更多的按照国际标准培养的工程人才。在工程教育体系中，需要更多地接纳来自不同国家的学生，在教学和科研中注入更多的国际化内容，与国外大学加强校际交流与合作，培养具备专业知识和能力的国际化现代工程师。总之，长期以来，能源动力工程领域习惯于从系统性和科学性出发组织工程教育体系，较少以学生和工程界需求出发进行考虑，无法真正适应社会的变化和现代大工程教育观念。
二、能源动力工程领域的高等工程教育探索及实践
针对能源动力领域的工程教育问题，近年来上海交通大学机械与动力工程学院对能源动力专业的本科工程教育体系进行了积极探索和实践，主要归纳为三个方面。
1.明确培养主体
首先明确了能源动力专业的培养目标就是培养合格的现代工程师。培养的主体就是学生。从华沙世界工程教育会议和美国“2020工程师”计划[4]对新一代工程师的要求来看，现代工程师首先要对工程或技术有热情，因此在充分考虑学生需求和实际办学条件的基础上，选拔对成为未来工程师有强烈意愿的学生进入教育部的“卓越工程师教育培养计划”特色班，希望能培养出未来企业界的领军人物。这样，学生在培养过程中可以保持较高的热情，有利于教学和实践工作的开展。
2.制订“工程教育特色”培养计划
新的培养方案中的课程设置主要分为四个部分，如图1所示。第一部分通识教育课程主要由人文、社科、经济管理、外语、体育等课程组成。第二部分专业教育课程包括了能源动力领域必备的数学、物理、化学、电子电工、材料、设计制造、热学、流体力学等最基本的知识（必修）和各个研究方向（包括热能工程、车用发动机、叶轮机械、制冷与低温工程）的专业课程（选修）。第三部分专业实践课程涵盖了各类实习、实验和毕业设计。第四部分个性化教育课程由学生根据需要自主选择。相比原来的非工程教育课程体系，新的课程设置有下面几个很大的变化：
（1）淡化了各研究方向的具体差异，强调通用基础知识的学习。目前国际上普遍认为应该注重“基础知识”，而“专业知识”可以在工作以后继续增加积累，甚至终身都要不断地学习。在“基础知识”中，国际上的观点更强调的是“通用基础”。
（2）对课程进行有效整合。原先的课程多而杂，在教学内容上出现重叠，加上许多课程学分少，学生为了凑学分需要同时学习多门课程，所以学习负担很重，不少学生都有“考完即忘”的经历，没有达到要求的教学效果。在新的课程体系中，考虑上述问题，对课程进行大范围整合：取消小学分课程（学分），设置高学分课程（学分），除个别课程外，多数课程都在3个学分以上。另外，突出了工程实践类课程和基本理论课，减少了拓展理论课的数量。以专业教育课程为例，可以看出新旧课程设置的差别，见表1。由表可见，专业基础课的必修总学分提高11分，但门数减少2门；专业方向课选修的总学分减少7分，可选的课程也减少了三分之二。
（3）强调工程意识和实践能力的培养。由于我国的基础教育是按科学教育的体系构建的，所以工科学生进大学后难以马上适应工程教育，使教学效果打了折扣。在新的课程体系中，特别设置了“工程学导论”必修课程，向学生介绍工程问题及其解决方案的基础知识，同时培养学生提出工程问题、通过团队合作研究并设计解决方案的能力以及交流、写作的基本能力。该课程要求学生在一年级学完，希望能够弥合高中教育和大学工科教育之间的鸿沟。另外，在热工核心基础课程如传热学、工程热力学和流体力学等中增加课程设计和团组大作业，课题取自生活和企业，在解决实际问题过程中增强学生对知识的实际应用能力。
（4）增设企业课程模块。为使学生尽早地接触企业，了解企业需求和产品设计规范标准，在新的培养计划中增加了企业课程模块，包括“企业项目管理”、“质量管理及控制”、“精益六西格玛管理”等课程供学生选修。授课老师都是来自优质企业的具有丰富工程经验的工程师，可以提供大量新鲜而实用的案例，提高学生的学习兴趣，加速学生适应工程实践的进程。
（5）采用合适的优秀工程教材。现代工程技术的发展给能源动力类专业课程的教学提供了极其丰富的素材，如纳米微米的应用、燃料电池、新能源开发、污染物减排等。优秀的教材能够及时恰当地反映工程技术的这些新变化，并以学生容易接受的形式表达出来。在这一点上，国外有些教材做得更出色。能源动力类各专业课程精心挑选了取材丰富、构思新颖、内容先进的教材，而且要求使用中文教材的课程必须提供优秀的英文参考书。例如，工程热力学课程就选用了中文教材《工程热力学》（沈维道、童钧耕编著）和美国的Moran、Shapiro编著的英文教材《FundamentalsofEngineeringThermodynamics》，不仅有益于知识的互补，而且能开拓视野、活跃思维、引导学生去感受理论与实践的重要性。
3.增强实践教学和工程实训环节
实践是实现工程教育的必要环节。在新的培养计划中，特别注重了实践教学环节的设计和规划。整个实践体系分成四部分：理论课实验及课程设计、工程设计类、各类实习及各级工程实验/实践活动。如表2所示。
（1）理论课实验及课程设计。这类实践主要包括涉及课程知识的原理性验证实验和基本设计等，与工程实践内容相差较大，但却是夯实理论知识基础有效的手段，不可缺少。在新的课程教学大纲中，除了保留传统教学实验和设计外，还增设了综合性和实践性较强的训练项目，如在传热学、工程热力学和流体力学等核心基础课程中增加课程设计或团组大作业，题目具有一定的启发性和现实性，希望能够增强学生的综合运用能力和驾驭理论实践相互转化的能力。
（2）工程设计类。工程设计系列课程的主要目标是贴近工程实际，搭起学校学习与工程实践的桥梁。包括：“工程学导论”，通过课程学习将一年级学生引进门，建立对工程的认识和兴趣，如前所述；“工程设计1”，进行符合二年级所学内容的具有一定难度的项目设计；“工程设计2”，进行符合三年级所学内容的有较大难度并和专业相关的项目设计，如结合数理化、热机电等基础知识，设计电子元件冷却系统、余热回收利用系统等；“毕业设计”。在四年级，结合企业实际项目，以产品为对象，实现较大的工程项目的综合训练。毕业设计可与生产实习衔接，共同在企业完成，给予毕业设计充分的时间和质量保障。工程设计类课程以项目为导向，强调设计的实用性、经济性与开放性，同时强调团队合作、沟通与领导能力的培养。项目有的来自上海通用、宝钢、航天八院、商飞、泰科等优质企业，有的是与海外大学合作联合承接海外公司的项目，进行海外实习，开拓了学生的国际视野，培养了其全球工作的能力。
（3）各类实习。这类实践包括了传统的金工实习、认识实习和生产实习。其中认识实习和生产实习都在企业完成，生产实习又和毕业设计紧密相关，这样使实习目的更加具体，不仅促进了企业和学生的相互了解，更保证了双方合作的积极性。
（4）各级工程实验/实践活动。除了培养计划中的各类实践内容外，学有余力的学生还可以参加国家级、省部级、校级的工程实践活动，如全国大学生节能减排科技竞赛、国家大学生创新性实验计划、上海大学生创新活动计划、上海交通大学大学生创新实践计划、上海交通大学特色实验项目等。通过竞赛或设计，学生对专业的兴趣得到了培养和强化，实践能力和创新意识也获得了不同程度的提高。
流体力学导论范文3
关键词：流化床反应器 气体分布器 换热装置 旋风分离器
流化床反应器是一种以一定流速的流体（原料油和氢气）从反应器下部进人而通过装填微粒（或细粉）催化剂的床层时，使催化剂粒间空隙率随流速渐增而逐渐拉开，催化剂床层体积开始膨胀，直至催化剂床层被流体托起的反应设备。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。流化床反应器具有温度分布均匀和传热速率高的特点，特别适于产生大量反应热的化学反应，同时换热器的传热面积可以减小，结构更紧凑。
流化床反应器的结构型式很多，我公司设计的该流化床反应器主要部件有壳体、气体分布器、换热装置、气固分离装置（旋风分离器）等。
一、壳体
可分为圆筒形和圆锥形流化床。圆筒形流化床反应器结构简单，制造容易，设备容积利用率高。圆锥形流化床反应器的结构比较复杂，制造比较困难，设备的利用率较低。根据工艺要求该设备采用圆筒形，公称直径为 DN4200mm。强度计算根据压力和直径按现行规范SW6-2011进行计算，流化床反应器的操作温度为350℃，操作压力为0.3Mpa，设计温度为400℃，设计压力为0.5Mpa，材料选择Q345R，该种材料在设计温度下的许用应力为125Mpa，流化床体采用单面对接焊，全部无损探伤，取流化床体焊接接头系数为φ=1，壁厚的附加量取c=2mm，故流化床壁厚选定为20mm，并且焊后整体消除应力热处理，以满足强度、刚度及稳定性的需要。流化床反应器的锥底采用锥角90°，其作用是对进入气体起预分布作用、卸催化剂。
二、气体分布器
气体分布器是流化床的主要构件之一，它具有支承催化剂、均布气体、气体整流、稳定操作，强化传热传质等作用。一般流化床气体分布器设计的要求是结构简单，阻力小，不漏料、不堵塞、制造方便等。
一般来说，气体分布器需要有足够的压降，这样才能保证气体在整个床层截面上的均匀分布，分布器压降大于整个床层压降的10%-30%，是对分布器压降较常见的要求。但在实际工业应用中，因为床层较高，为了减小压头损失，气体分布器的压降有时设计在全床压降的5%左右。
在气体分布器上方的一定距离内，气、固两相的流动行为受分布器影响很大，而与床层主体有明显不同，分布板对整个流化床的直接作用范围仅0.2～0.3m，然而它对整个床层的流态化状态却具有决定性的影响，该区域习惯上被称为“分布器控制区”或“分布板区”。在生产过程中常会由于分布板设计不合理，气体分布不均匀，造成沟流和死区等异常现象。分布器控制区内的流动行为及传热、传质对整个流化床的功效都可能产生较大作用，尤其是在进行快速反应的流化床化学反应器中，这一点表现得特别明显。根据流体力学原理，流体在圆型截面壳体中的流速分布呈抛物线型，即中心流速较大。为了达到均匀布气之目的，该流化床反应器分布板的开孔按正三角形排列。
三、换热装置
流化床反应器生产过程属放热反应，反应过程中的大量热量必须及时移出，否则会导致催化剂失活，影响生产的正常进行。流化床换热装置包括反应壳体器壁和浸没于床内的管束，其换热面积由过程本身的热效应大小决定。当反应具有较大的反应热或生成热时，可采用换热管或夹套换热器对床层进行加热或冷却。
本设备采用换热管进行加热，总换热面积为530m2，换热装置如图。
由于该反应在催化剂的作用下，其反应速度极快。据国内某研究单位测试分析证明，在距离分布板板面500mm的距离之内，原料就会转化80%以上。热量也比较集中地在此段内产生。因此在设计上应尽可能将换热管伸向分布板。
四、气固分离装置
在流化过程中，小的颗粒总不免被流体带到反应器的上部或外部，尤其是在气速较大的操作状态下，被气体带走的固体颗粒的数量是很大的。流化床内的固体催化剂颗粒极细，但其在化学反应中的作用极大，如若流失严重，势必使床内的催化剂负荷增加，影响转化率，造成产品终点升高，生产周期缩短，影响产品的产量和质量。因而在流化床中心须有气固分离装置。气固分离装置一般为旋风分离器，旋风分离器可以放在床内（内旋风），也可以放在床外（外旋风），如颗粒夹带较多或夹带颗粒粒度分布较宽时，有可能需要多级旋风分离器来分离。经旋风分离器回收的颗粒，常常通过返料管返回流化床。
为防止小粒径催化剂颗粒随气体被带出，回收这部分颗粒，故在该流化床顶部设立三级旋风分离器。依靠离心力的作用，使气流中的气体和固体颗粒分离。好的旋风分离器对粒径较小的颗粒分离效率高。旋风分离器成功操作的一个重要因素是，料腿中不能有向上“倒窜”的气流，而只能有向下流动的固体颗粒。因此，在料腿的末端一般设有特殊的反窜气装置。例如，出口在自由空域内的料腿底部装有翼阀，浸入浓相的料腿底部也往往设有锥形堵头一类的装置。
五、总结
本公司制造的流化床反应器，设计比较合理，满足用户要求，安全性、经济性及环保要求均合格。
参考文献
[1] 中国石化集团上海工程有限公司，化工工艺设计手册，化学工业出版社，2009
[2] 李佑楚，流态化过程工程导论，科学出版社，2008
[3] 陈炳和，化学反应过程与设备，化学工业出版社，2009
[4] 陈诵英，催化反应器工程，化学工业出版社，2011
流体力学导论范文4
关键词：建筑环境与设备工程；特色专业；人才培养
中图分类号：TU8；C961文献标志码：A文章编号：10052909（2012）06002304重庆大学1956年开始招收供热通风与空调工程专业本科生，是中国最早开办该专业的8所高校之一。1978年增设城市燃气工程本科专业，1995年增设设备工程与设备管理专业。1999年，供热通风与空调工程、城市燃气工程、设备工程与设备管理专业整合扩充为建筑环境与设备工程专业。拥有完善的本科生、硕士研究生、博士生、博士后培养体制，属于国家“211工程”重点学科，依托“985”研究平台和教育部重点实验室的支持，成为了国内领先的品牌专业。经过56年的办学历程，累计为国家培养了约1.3万名本科毕业生，1 000名余研究生，其中包括中国建筑设计研究院在内的各大设计院总工10余人。特别注重适应西部大开发的人才需求，并为东部沿海经济发达地区的建设输送了大量人才，毕业生在行业的影响较大。
该专业教育始终秉承重庆大学“研究学术、造就人才、佑启乡邦、振导社会”的办学宗旨，以人才培养为根本，在全国率先进行专业教育改革，遵循教育规律，创新专业教育体系，教学与科学研究、工程实践相结合，建成了具有鲜明特色的研究型本科教育，并在高校中起到了示范作用。2002年，与清华大学、哈尔滨工业大学等4所高校一起，在由建设部组织的首次本科专业评估中取得了优异成绩，被视察小组评价为“西部高校建筑环境与设备工程专业的领先学科”。英国建筑工程服务注册协会（CIBSE）评估委员会主席M.Farrell先生也给了充分肯定，认为该专业与欧洲的高水平专业教育水平相当。2007年国家公用设备注册工程师专业教育评估委员会对学校进行复评，再次对该专业教育教学改革给予高度评价。2010年，该专业被批准为国家级特色专业建设点。建筑环境与设备工程为人类提供生存和发展必需的建筑环境。随着人类对建筑环境质量的要求越来越高、越来越复杂，保障建筑环境质量的设备工程系统也变得越来越综合化、复杂化。当前人类面临着严峻的能源环境形势，建筑环境与设备工程在发挥上述价值的同时，消耗的能源占社会总能耗的1/3左右。因此，对建筑环境与设备工程专业人才培养的要求也越来越高。
一、对特色专业建设内涵的理解
高等学校的根本任务是培养人才。深化教育教学改革的根本目标是加强大学生的素质和能力培养。因此，本科特色专业是指能培养出有特色人才的专业，其最终体现是人才的特色。《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020）》指出：“人才是指具有一定的专业知识或专门技能，进行创造性劳动并对社会作出贡献的人，是人力资源中能力和素质较高的劳动者。”［1］故而特色人才的基本内涵应该是人才的“能力”特色，特色专业建设的核心任务是形成培养特色人才的能力。
二、建筑环境与设备工程专业人才特色及其特征分析
建筑环境与设备工程专业人才应该具有哪些能力特色？经过对学校毕业生调研分析，结合学校的办学传统、师资特点、科研与工程实践优势与积累，以及学校所在的地理区位特点，笔者认为：工程实践能力是该专业毕业生的主要能力，主要包含以下4个层次。
第一，处理常规工程问题的基本能力。
第二，处理复杂工程问题的综合能力。
12高等建筑教育2012年第21卷第6期
肖益民，等建筑环境与设备工程特色专业建设实践
第三，应用先进的理念和技术，创造性地解决工程问题的创新能力。
第四，适应职业拓展与转型的通识能力。
学校培养的建筑环境与设备工程专业特色人才应具有以下3个基本特征［2］。
第一，具有宽厚的理论基础，以建筑环境与设备工程学为主体，沟通土木建筑、热能动力、环境、机械、经济和管理相关学科。
第二，具有良好的工程师素质，融合贯通暖通、燃气、建筑电气、建筑给排水和建筑消防等专业的核心技术，满足建筑与交通工具内的环控工程、工农业生产环境控制工程、建筑与市政公用设施工程和城市与工厂热能动力供应等领域的要求，经过国家规定年限的工程实践锻炼，取得国家注册设备工程师资格。
第三，适应社会发展变化，能够自我学习提高、改造重构知识和能力，变换自己的角色，从事其他社会活动。
三、目标定位、主要建设内容与建设方案
（一）目标定位
总体建设目标为依托学科建设，深化教育教学改革，优化专业人才培养方案，强化资源配置，打造一支素质优良、结构合理、基础雄厚和具有创新精神的高水平学术带头人为骨干的教师队伍，建成符合中国及国际社会经济发展需要的、高水平的、有国际影响的研究型本科教育教学改革示范专业与推广基地。
（二）主要建设内容
1师资队伍建设
互不关联的教师群体，不益于帮助学生建立清晰的专业理论体系和完整的专业能力。特色教学团队是特色人才培养的灵魂，是特色专业建设最关键的内容。特色教学团队的教师应了解专业全局和本专业人才培养模式与规格要求，对专业课程体系及各门课程、各实践环节在特色人才培养方面的作用认识清楚，掌握所承担的课程与其他课程或教学环节的衔接关系；具有丰富的工程实践经验，理解工程实践对人才能力的需求；具有新思想，新观念，了解学科前沿和发展动态，具有工程新技术研发经历和能力。
2人才培养模式与培养方案修改与调整
人才培养模式与培养方案是特色人才培养的纲要。
3专业理论与实践环节课程体系改革
专业理论与实践环节课程体系是特色能力形成的必由之路。
（三）建设方案
1特色教学团队建设
一是，团队负责人的选拔。负责人要具有把握专业全局的能力，对特色专业内涵有深刻理解、组织能力，是特色教学团队的组织者和引导者。二是，一个了解专业全局，能相互沟通、理解和配合的教师群体。按照特色教学团队教师能力要求，通过学术学历培养，督促和帮助教师取得科学研究、技术研发和工程实践，创造机会到国内外一流高校进修等方式提高教师科研能力和教学水平。
2人才培养方案修改与调整
探讨工程学科专业研究型本科教育的内涵与人才培养模式，针对中国当前的经济、社会发展的需要，研究和制定新的人才培养方案，积极推进研究型教学，培养和提高大学生的创新精神和科研能力，全面推进基于学生参与研究的教与学，对本科生进行工程技术研发与应用的素质教育，将能力训练作为教育教学体系的重要内容。
3教学内容与课程体系改革
开展适应特色专业发展的课程体系建设。一是进行建筑环境与设备工程专业核心系列课程建设，形成新型特色专业的理论与技术核心体系，包括建筑环境与设备工程导论、建筑环境学、流体输配管网、热质交换原理与设备、暖通空调、冷热源工程、燃气输配、建筑节能等核心课程，重点进行教学内容与教学方法的革新。二是建设新生研讨课与大学生创新研究训练项目。三是建设适应特色专业发展模式的实践教学环节，重点建设工程技术研发和应用实习基地，基地的类型、开放时间、方式应符合认知规律和能力素质培养的要求，认识实习、生产实习到毕业实习，逐步实现“教师带着学”到“学生独立学”的转变。通过实习，了解专业有关设备开发、系统设计安装方法和工程建设与运行的实况，强调锻炼学生的独立工作能力，特别是社会交际能力。
四、建设成效
（一）特色专业教学团队
建筑环境与设备工程专业教学团队现有教师41名，其中教授12名，副教授18名，博士导师7名。实验室专职实验教学人员13人。45岁以下中青年教师90%以上取得博士学位，11人取得国家注册公用设备工程师资格。团队教师都具有承担建环工程项目策划与可行性研究、工程方案优化与评价、工程设计、工程技术标准规范的编制与实施的等实践经历。
教学团队督促和帮助教师取得科学研究、技术研发和工程实践经验。通过国家级科研项目、国际合作项目、派出交流等方式，中青年教师都有承担国家科研项目和国外访学的经历，使其了解学科前沿和专业发展动态。绝大多数教师以长期参加工程实践取得的丰富科研与工程实践经验为支撑，形成了鲜明的教学风格。教学团队每周开展半天教学研讨，每学期举行学期教学研讨会，组织教师参与新培养方案的编制和新的课程体系建设研讨。目前，团队正探索将以教师工程实践能力与经历、科研能力与学科视野为主的培养方式转移到基于社会发展与进步、人才培养新需求、教育规律与教学方法新变化的培养模式上，实现教育理念的与时俱进，并付诸教学实践。
（二）人才培养模式与方案的不断完善
以培养通识型的建筑环境与设备工程师为基本目标。目标定位在培养建筑环境科学与工程、城市公用设施等领域从事设计、经营与管理等工作的高素质、创新型工程技术与科学技术人才，部分毕业生进入高一层次学位教育。
将基础素质教育与国家注册工程师专业教育相结合，形成了开放式人才培养模式。以学科理论发展为指导，行业技术发展为背景；以工程理论为基础，工程设计为主线，科学基础教育与专业技术教育并重。重视基础教育，重视计算机、外语、制图等通识能力训练，重视工程师素质（设计、施工、运行管理）培养。
实行优异生培养制度、学业导师制度、主辅修制、弹性学制和第二学位制，充分调动学生学习的主动性和积极性，激发学生的创造潜能，促进学生的个性发展，培养复合型人才。本科生在第三学期按照年级1～2%的比例选拔优异生，各学院教学院长聘任责任心强，教学和科研经验丰富，有科研课题，并具有指导研究生资格的教师作为优异生的导师，负责优异生个人培养计划的制定和落实。优异生和导师实行双向选择。学校为优异生组织各种专题讲座和集体活动，鼓励优异生参加各种学科竞赛和科研工作。学校不定期举办“优异生学术交流报告会”，对优异生的科研成果或论文根据其水平给予适当奖励。专业教学团队在新生入学后，为每5位学生安排1位学业导师，对学生选课、学业规划、参加创新科研项目给予指导。
（三）课程体系改革
合理的课程体系是特色能力形成的必由之路。改革后的课程体系构成见表1。其中，学科大类基础课包括画法几何、工程制图与计算机绘图、工程热力学、流体力学、传热学等课程。专业主干课包括建筑环境与设备工程概论、建筑环境学、流体输配管网、燃料与燃烧、供暖通风与空气调节、燃气输配、冷热源工程、建筑电工学等课程。
实践教学环节是学生能力形成的关键。培养方案安排实践教学环节课内36周，课外4周，共计40周，计27.5学分。其中，认识实习、生产实习、课程设计、毕业设计（论文）等实践环节共集中安排31周，计21学分。专业基础综合实验和专业综合实验等共5周，计2.5学分，在相应学期分组集中进行。
表1课程体系的构成及学分学时分配课程类别12学时/周数12学分12学时比例/%必修12通识教育基础128881255.51237.科大类基础121601210.012 6.8专业主干125761236.01224.6集中实践环节12 401227.512-选修12文化素质1219212 6.012 8.2通识教育基础12 8812 5.512 3.8学科大类基础1213612 8.512 5.8专业选修123041219.01213.0最低毕业学分12168根据学校建筑环境与设备工程专业人才能力特色定位，特别重视工程设计环节的教学。课程设计的主要目的是形成基本工程实践能力，综合课程设计的主要目的是形成综合工程实践能力，毕业设计的主要目的是培养“综合+创新”工程实践能力，毕业论文主要针对研究型人才培养。
（1）课程设计，主要专业课安排必修规定题目的课程设计。通过课程设计，掌握工程设计原理和基本方法，学会独立分析和解决一般工程技术问题。
（2）综合课程设计，4周。通过规定题目的综合课程设计，使学生综合运用多门专业课知识，进行工程方案分析和设计，解决不同工种与设计在协调、配合中出现的问题，培养学生专业综合素质和解决问题的能力。
（3）毕业设计或论文，自选题目，18周。指导教师从实际科研、工程设计项目中提炼选题，由学生结合实际自行选择。毕业设计是综合运用课程知识解决实际工程问题的实践性环节，在毕业设计注重工程实践、创新能力的训练和工程师素养的培养。
（四）教材与精品课程建设
根据“宽口径”的专业教学要求，教学团队对主要专业基础课程、部分专业课程教材进行了重点建设，组织编写出版了“建筑环境与设备工程系列教材”16种，并全部完成了修订工作，其中6部入选“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”；另主编全国专业指导委员会推荐教材、“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”1部，土建类学科指导委员会推荐、部级优秀教材1部，参编“普通高校‘十一五’国家级规划教材”1部。
流体输配管网、流体力学课程已建设成重庆市精品课程，流体输配管网课程被全国高校土建学科指导委员会、重庆市推荐申报国家级精品课程。供暖通风与空气调节、燃气输配、传热学等课程被评为重庆大学精品课程。2001年，“建筑环境与设备工程面向21世纪教学内容、课程体系改革研究与实践”获建设部优秀教学成果二等奖；2002年，“拓宽专业，增强适应性——建筑环境与设备工程专业教育教学改革”获重庆市教学成果二等奖；2009年，“建筑环境与设备工程通识型专业人才培养模式与教学体系创新与实践”获重庆市教学成果二等奖。
参考文献：
流体力学导论范文5
关键词：高等教育；前沿科技；充分备课
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）01-0008-02
高等教育的普及，关系着国家民族的整体人口素质，是政府和社会各界共同关注的热点话题。大学教学不是即席演讲，而是一种有目的、有计划的教学活动科学，合理地组织教学是大学教师进行有效教学的前提条件[1]。高校教材的更新远远比不上科技前沿发展的速度，教材的相对滞后给合理组织教学内容和备课提出了更高的挑战。高校教师应当是在某专业领域学识广博，学有所成，具有较深厚的理论功底和知识体系的教学科研并重型人才[2]。本文结合哈尔滨工业大学工科机电专业基础课程《机械设计基础》教学中的实例，在工科类学生教学过程中引入大量的先进工业技术应用实例和科技发展前沿动态，教学效果和师生互动得到了明显的加强，极大促进了学生课堂和课外学习的主动性，激发了学生开展积极课外科技拓展实践活动的自觉性，有利于教学科研的相得益彰。同时，还促进了高校教师追踪科技发展动态，并将其融入课堂教学的主动性，有效避免了现实生活与教材的“剥离”。将科研动态与课堂教学相结合，是国内科研型高校提高教学质量，创建世界一流大学的初步尝试。
一、充分备课是合理组织教学的前提
在目前展开的实际教学活动中，工科的教学依然以教材为主，以工科实验、参观认识实习和金工电子实习作为辅助。作为教学主要环节的课堂教学采用的教材，普遍存在滞后于社会经济发展的情况[3]。教材类专著的编写，大多基于存世数百年的经典理论和实践经验，经过领域内多名专家学者的反复论证和修改编写而成，大部分学生在教材中获取的书本知识，在走入社会后往往已经过时。这一现象对于学生和高校而言，是一种时间和教育资源的浪费；对于用人单位而言，新入职员工不能胜任岗位工作，需要经过专门培训才能顺利工作，培训的时间成本、财力和机会成本徒增。针对现有教材相对滞后的缺点，不少教师尝试在高校教学中引入最新科技发展动态和前沿科技应用的展示。一方面，高校教师大多承担一定的科研任务，对于行业内新技术的发展脉络具有很好把握，同时熟悉业内主流科技期刊，可以及时追踪当前行业内部的科技发展动态。这为将前沿科技引入课堂创造了得天独厚的条件。国家级省级著名教学名师们的授课效果深受不同知识基础和学习能力学生群体的广泛认可，他们的教学风格也有很大差异，大体上有两种风格。一种是严格按照教学大纲，教师课前备课充分，在课堂上完全不看讲稿就能用严谨的语言出口成章，学生只需要做好笔记，也能很好地掌握课程内容。另一种风格是在教学大纲的框架内，老师凭借自己宽广的知识面自由发挥，讲得生动活泼，趣味横生，但学生课后复习要花很多时间翻阅教材才能掌握课程的基本内容。这两种授课方式孰优孰劣颇受争议，一时间很难评出高下，因为这要看课程性质和授课对象。大多数学者和教师认为对于低年级的基础理论课，应该采用第一种方式，而给高年级（特别是研究生）讲课，可能第二种方式更好。前者备教材，后者需具有宽厚的知识储备。无论采用何种教学风格，都离不开课前的充分备课。充分的备课不仅要求要求教师对授课内容和知识点烂熟于心，还要求具有较为有效的教学策略，掌握学生的学习心理，对课堂讲学的顺利有效有良好的把握。
二、引入科技前沿发展动态是充分备课的有效形式
传统的备课方式要求做到备教材、备学生、备方法[4]。从备课的流程来看，教学设计必须源于对教材的正确理解和把握。教师只有认真细致的研究教材，对教材有一个全面的、正确的理解和把握，才能设计一个比较合理的教学设计。教师在备课过程中，采用好的教学方法，可以充分调动发挥学生学习的主动性，从而创造出高效率的课堂教学。将前沿科技成果引入到课堂中，对教师的备课提出了很高的要求。从上世纪50年代开始，美国的科学教育杂志就不时发表一些相关的研究报告。例如，采用科幻进行公民教育、阅读教育、物理化学生物天文学教学等[5]。上述实践不但在大学进行，也在中小学进行。多数研究积累了经验，获得了不同程度的第一手信息，也发现了科幻教学中的不足。科幻教学以生动有趣故事作为引子，启发学生开始自我探索，自我寻找和学习，这使他们学会了探究科学问题的方法。其不足之处就是没有深厚的科学理论和较为严谨的学术证明。相比之下，发表在学术期刊上的科研发展动态则是经过学者审慎严格的论证而得出，具有相当强的学术性、逻辑性和理论基础，更适合作为高校研究生和本科生课堂内容。将科研成果融入到传统教材进行备课，对高校教学质量的提升尤为重要。在新形势下，以社会需求为导向，培养具有创新思维和工程实践能力，能深入一线进行新技术、新产品和新工艺研究的新型工程技术人才，是当前国际上高等工程教育的基本走向[6]。在教材备课的同时，引入科研发展动态，是充分备课的有效形式。这样可以充分调动学生学习的积极性，加强课堂授课效果，同时也能提高教师的科研和教学水平。国内许多高校和学者对此做出了努力和尝试，受到广大学生的认可。以复旦大学杨玉良担任校长面向全校本科生开设公开选修课为例，作为我国第一代高分子专业博士、中科院院士、多项“863”、“973”重大科研计划负责人和复旦大学校长，他本身也是一名教师，杨玉良院士在备课过程中几易其稿，课上播放的PPT多达154页。来自软件工程的2012级本科生方家婧就感言听校长上课“和老师平时上课一样亲近，校长讲的许多东西很前沿，给了我一些新的视角，虽然与我的专业关联性不大，但是依然感觉很有收获”[7]。值得指出，杨院士将科技前沿发展动态引入到课堂，为青年教师提高自身科研教学相结合的能力提供了参考。
三、引入科技动态在机电专业教学中的应用效果
作为传统的工科专业，机电一体化专业培养具有必备基础理论知识、专门知识和较强的从事本专业领域实际工作的能力，适应生产建设、管理、服务第一线需要的，德、智、体、美等方面全面发展的高级应用型、技术型人才。机电专业历经几百年的发展，已经形成非常成熟的理论体系和实践经验。现代机电设备朝着两个大方向发展，一是大型化综合化，二是微型化和智能化。随着器件微型化的发展，微机电系统已经成为当今科技发展的热点。本课题组承担的科研任务之一是针对微机电系统中微流体驱动和微纳粒子操控机理及应用的研究，因此，也对校内研究生开展了相关的选修课程《微机电系统设计与制造》。实践证明，在实际教学中，关注和引进最新的科技发展动态，取得了良好的教学效果。下面以微机电系统中微流控芯片技术的发展动态为例说明。微流控技术被Forbes杂志评为影响人类未来15件最重要的发明之一。直至今日，各国科学家在这一领域做出更加显著地成绩。微流控技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在研究与应用方面都取得了飞速的发展。在课堂中引入这一个具有明显学科交叉特点的新概念，可以开拓学生的视野。微流控芯片实验室，又称其为芯片实验室（Lab-on-a-Chip）或微流控芯片（Microfluidic Chip）。微流控芯片是微流控技术（Microfluidics）实现的主要平台。其装置特征主要是其容纳流体的有效结构（通道、反应室和其他某些功能部件）至少在一个维度上为微米级尺度，操控微小体积的流体在微小空间中的活动，在微小的芯片上构建化学或生物实验室，从而将多种化学和生物学的过程集成到快速和自动的微流控系统。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能。随着微流控芯片的不断发展，科学家逐渐认识到微型全分析系统只是微流控芯片的一个类别。微型全分析系统是以样品分析为最终目的一类微流控芯片的统称。微型全分析系统的目的是通过分析设备的微型化与集成化，最大限度地将分析实验室的功能转移到便携的分析设备中。微型全分析系统将生化分析的许多过程与步骤，即生化分析实验室的“功能集成结构缩微”在几平方厘米左右或更小的芯片上，具有检测速度快、试样用量少、通量高等显著的特点。微流控分析芯片综合了MEMS技术与微流体力学、化学、生物学、医学、计算机、材料等多学科领域，可以实现多种分析功能，最大限度地把采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等分析功能集成为一体的微型全分析系统。这一技术具有相当明确的应用背景，可以激发学生的想象力。部分学生在听取本课程之后，积极的探索开发新型的全自动或者半自动的微流控芯片检测系统，真正做到了学以致用。另一方面，微流控芯片技术引入机电专业课堂，有利于启发学生探索机械加工新工艺。微流控分析芯片发源于MEMS技术，因此早期常用的材料是晶体硅和玻璃。高分子聚合物材料近年来己经成为微流控芯片加工的主导材料，它的种类繁多、价格便宜、绝缘性好，可施加高电场实现快速分离，加工成型方便，易于实现批量化生产。但是硅材料也具有本身的缺点，这些影响了硅的应用。玻璃己被广泛用于制作微流控芯片，使用光刻和蚀刻技术可以将微通道网络刻在玻璃材料上，它的优点是有一定的强度、散热性、透光性和绝缘性都比较好，很适合通常的样品分析。在学习机械加工工艺方法时，必须要充分考虑材料本身的特点。通过微流控芯片基底加工的实例，学生对于机械加工工艺和材料选择有了深刻的理解。目前，高分子聚合物材料由于成本低、易于加工成型和批量生产等优点，得到了越来越多的关注。例如PDMS芯片经软刻蚀加工技术，可以实现高精度微结构的生成。并且，由于这种材料的弹性，可以更好地与外界部件进行整合。PDMS芯片应用在某些生物实验中，可以形成足够稳定的温度梯度，便于反应的实现。除此之外，由于其对可见光与紫外光的可穿透性，使其得以与多种光学检测器实现联用。在细胞实验中，由于PDMS的无毒特征以及透气性，因此显现与出其他聚合物材料相比不可替代的地位。PDMS微通道的加工不是传统的去除式切削加工，而是类似软“铸造”的一种需要模具和流动性材料的工艺，开阔了学生在机械加工工艺手段领域的眼界。
总之，将科研成果融入到传统教材开展教学，对高校教学质量的提升尤为重要。可以培养出具有创新思维和工程实践能力，能深入一线进行新技术、新产品和新工艺研究的新型工程技术人才，同时还有利于教师队伍知识的更新和科研素质，应当大力提倡。
参考文献：
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流体力学导论范文6
[关键词] 水波 波的速度 波的动能 光波的弯曲
波是物质运动的基本属性。任何物体的运动只要达到一定的速度，都要发生波动运动。物体产生波动的根本原因在于物体穿过介质时，介质与运动物体的接触面发生变形并主要产生两个力向相反的对物体的垂直作用力，并对之进行持续的相互作用而使物体发生波动运动。（本文只研究纵波）
一、波的认识
1、湖面水波产生的原因
（1）现象
一块石头抛入湖水中，以石头落点为中心，湖面向四周传播水波纹。
（2）产生水波的原因
湖面产生水波的原因有三：①石头打击水面时，打击产生的能量沿湖水面向四周传播；②能量沿湖水面前进时，受到前方湖水的阻力；③水面上的大气压力和水面下的湖水压力共同持续作用于湖水面，两者方向相反而力量相当，上下互动，把水波推向远方。即能量沿湖水面前进时，前受湖面水阻力，上受大气压力，下受湖水向上推力，两者同时垂直且持续作用于湖水面，从而了产生水波运动。
具体来说，如图：O点是石头落水的地方，OY是湖水平面，O至Y是水波前进的方向，曲线是水波，A和E是波峰，C和G是波谷。在B、D、F、H点上，即在OY线上，湖水向上推力与大气压力力量相等。
当石头落入O点时，因打击产生能量的湖面水向外四周运动，同时受到湖水向上的对打击力的反作用力和前方水面的阻力，使向四周运动的湖面水先向上运动，运动时，同时受到湖面上大气压力的垂直作用，使其放缓速度，在向A点前进的过程中，受到湖水向上的垂直推力逐渐减弱，受到大气向下的垂直压力逐渐增强，并且，大气压力逐渐大于湖水向上的推力，到达A点时，运动的水面受到湖水的垂直推力最弱，受到的大气压力最强，两者力量差最大；接着，增大的大气压力把水面向压低，到大B点时，大气压力与湖水反作用压力相当，但由于水面运动惯性的作用，使水波低于湖面，在其向B点运行的过程中，受到湖水向上的垂直推力逐渐增强，受到大气向下的垂直压力逐渐减弱，湖水向上的推力逐渐大于大气压力，到达C点时，力量差最大；力大的湖水向上的推力将湖面水又推到E点，力量变大的大气压力又将湖面水推到G点，如此反复，湖水向上的垂直推力与大气压的垂直压力的持续的共同作用，形成了向四周远方传播的水波。
（3）水波的动能
作用于湖面水波上的大气压的垂直压力与湖水向上的垂直推力之间作用力与反作用力的持续的相互作用。大气压的作用力，换句话说，就是水波接触面上的气态变形，恢复原状而具有的弹力，湖水的反作用力，就是水面变形，恢复原状而具有的弹力，两个力相互作用于水面，使水波传向远方。
2、波与介质的关系
由于波在运动过程中，一直受到接触并作用于它的媒介物质形态方向相反的两个垂直力量的相互作用推动，使波传得很远。因此，波穿过的媒介物质越活跃，受到的推动力越强，波就传播得越快。
液态中的波比分子气态中的波传播的速度慢，分子气态中的波比离子气态中的波传播的速度慢，以此类推。粒子越小、活动性越强的介质形态，波传播时受到的阻力越小、受弹性推动力越大，因而，波速越快；反之，粒子越大、活动性越小的介质形态，波传播时受到的阻力越大、弹性推动力越小，因而，波速越慢。
二、宏观物体运动的波动性及其原因
宏观物体穿过介质空间运动时，围绕物体形成外围空气向中心的物体包压的状态，力向相反且相当的力作用于物体，使物体产生有节奏的波动运行。根据物体受力的接触面的不同，可分为扁形（上下、左右）和圆形两种，分别具有两种波动形式：
1、扁形物体运动的波动（上下或左右波动）
（1）飞机的波动运动
①飞机波动飞行的原因
飞机自身动力系统推动它向前作直线运动，飞机前方受到空气阻力，上面受到大气压力（重力）的向下垂直推力和下面大气向上的垂直浮力，两个基本相当的力的共同作用，使飞机在实际飞行中以动力系统推动而拟作的直线运动为轴心，环绕这个拟直线做上下波动运动。
如图：OY是飞机在自身动力系统推动下拟作的直线运动，曲线是飞机实际飞行的路线，A、E点是波峰，C、G点是波谷。B、D、F、H点在OY轴心拟直线上，在拟直线上，大气浮力与大气压力的力量相等。
飞机快速运动，受到的大气浮力大增，前面受空气阻力，其在O点偏离自身动力系统推动拟作的直线运动而向上飞向A点，在此过程中，飞机受到的大气浮力逐渐减弱，而受到的大气压力和向下的轴心拉力的合力逐渐增强，在A点时，飞机受到的大气浮力最弱，而受到的大气压力和轴心拉力的合力最强，两者力量差最大。在A点，大气压力和轴心拉力的合力将飞机往下压低，在此过程中，飞机受到的大气浮力逐渐增强，而受到大气压力和向下的轴心拉力的合力逐渐减弱，到达B点时，飞机受到的轴心拉力消失，受到的大气浮力和大气压力相等。由机运动惯性的作用，飞机继续被压低于轴心直线，直到C点，在此过程中，飞机受到的大气压力逐渐减弱，而受到的大气浮力和向上的轴心拉力的合力逐渐增强，到达C点时，两者的力量差最大。飞机在增强的大气浮力和向上的轴心拉力的共同推动，又向D点方向前进，如此反复，使飞机围绕轴心拟直线作上下波动飞行。（轴心拉力的产生是飞机受自身动力系统推动应该作直线运动，在实际飞行中，在外力的作用下，飞机偏离了这个直线，自身动力系统推动力使飞机应该作直线运动具有的惯性要将其拉回到这个直线上而产生的趋势力量）
②飞机运动的动能
飞机运动的动能无疑是它自身的动力系统的推动力，但是，作用机并使之产生波动运动的大气浮力与大气压力的垂直的相互作用对飞机的运动也起到辅助的推动作用。如，没有自身发动机动力系统的滑翔机也能滑向远处，就是使之产生波动飞行的大气浮力与大气压力的共同作用而完成的。
（2）汽车波动前进的原因
汽车急驶时产生的波动运动与飞机飞行的波动运动产生的原理是一样的，但由于汽车下面受到基本上无弹性的地面的影响，作用于汽车的上下物质形态有很大的不同，从而使之与飞机波动的形式不同。但是汽车行驶的速度到达一定的程度，就会显现明显波动的特征。坐车在高速公路上飞奔的人，都能特别明显地感觉到汽车有节奏的波动。其原理与飞机相同（述略）
2、圆形物体运动的波动（旋转波动前进）
圆形物体运动的波动与扁形物体运动的波动不一样，扁形物体的扁平面的正反面是主要的受力点，受到两种力向相反的力的垂直的共同的作用，使扁形物体的运动以扁平面前进方向为轴心直线，围绕这个轴心直线上下波动。
圆形物体运动的波动要复杂得多，圆形物体在穿行空气中时，受到周围大气向中间的圆形物体施加压力，每一个力在物体对面都有一个力向相反的力与之相对应，并发生持续对立作用，圆形物体周围作用力的整体对抗，使物体在穿行中发生旋转前进；在所有作用力中，最主要的、影响最大的力还是物体受到的大气压力（重力）和大气浮力，这两种力的垂直的持续相互作用，使圆形物体沿着其运动的方向上下波动前进；因此，总体上，圆形物体的运动是旋转波动前进。（子弹、无翼导弹、火箭就是这一类型）
三、微观物质光传播的波动性及其原因
1、光的衍射
（1）光的单缝衍射
如图3，穿过单缝的光，在其投影板上形成中间是一条大的亮条线纹，两边分布亮暗相间的多条小条纹的现象。
形成原因：从单缝射出的片状光束穿过大气空间时，前方受到空气的阻力，光束片的两侧又受到力向相反的空气大气压力的垂直的持续的相互作用，使光束发生波动传播；在波动传播时，原大光束边缘的光被空气分割而发生分散，在原大光束两侧形成多条更小的小光束片条，每条光束片的两侧都受到力向相反的空气大气压力的持续的相互作用，使每条光束都发生波动传播，从而在光束投影板上形成条形衍射。
（2）光的圆孔衍射
如图4，穿过小圆孔的光，在其投影板上形成暗亮相间的圈纹的现象。
形成原因：从小圆孔射出的小圆柱形光束穿过大气空间时，前方受到空气的阻力，周围受到空气大气压的压力，这些压力的每个力在光束对面都有与之力向相反的对应力并与之发生对立作用，整体的对立作用，使小圆柱光束发生波动前进，在此过程中，光束外周围的光在波动传播时被空气分割而发生分散，形成多条更小的小光束，每条小光束内外两侧也受到力向相反的空气大气压力的垂直的持续的相互作用，使之都发生波动传播，每条小光束单独进行直线传播，但整体连到一起就形成了圆圈纹，在光束投影板上表现为暗亮相间的圈纹，形成圈纹衍射。
总之，无论是单缝衍射还是圆孔衍射，光传播的波动都是介质的力向相反的作用力对穿行于其中的光的持续相互作用而产生的。光子本身没有波动性，是光的运动具有波动性。
2、光传播的动能
光的动能主要来自光源的源源不断的光流推力（或热推力）。但光穿过介质空间时，使之发生波动的介质的相互作用力对之也有推动作用，介质的作用力就是，光穿过时，形状发生了改变的介质恢复原状具有的弹力，力向相反的弹力的垂直持续作用，以波的形式推动光向前运动。
3、光传播的速度是可变的
光的速度不是固定不变的。光通过介质传播，不同性质的媒介物质，其粒子活跃情况、弹性力度、对光的阻力等不同，对光波的动能作用也不同，使光的波长和速度不相同。微粒小、粒子活动性强、弹性动能大、对光传播的阻力小的介质，光在其中传播的速度快；微粒大、粒子活动性弱、弹性动能小、对光传播的阻力大的介质，光在其中传播的速度慢。光传播的速度，一般情况下，在分子气态中传播的速度比在液态中传播的速度快，在离子气态中传播的速度比在分子气态中传播的速度快，以此类推。
4、光在宇宙空间的弯曲传播
（1）宇宙空间的物质框架结构
一个或无数个小星球旋涡体被包裹在一个大星球旋涡体的旋进气流体之中，沿着各自的轨道环绕它的涡心球公转运行；一个或无数个大星球旋涡体又被包裹在一个更大的星球旋涡体的旋进气流体之中，沿着各自的轨道环绕它的涡心球公转运行；以此类推。一个星球旋涡体就像一个包裹星球于中心的旋转的气圆盘。
（2）星球外旋进气流体的特征
包裹星球的外旋进气流体，即气圆盘，是一个分别由不同气体物质组成的多层气体物质形态，如分子气体形态、离子气体形态等等，由轻的、小的气体物质粒子构成的气体形态层次在外面，由较重的、较大的气体物质粒子构成的气体形态层次在里面，从外到内气体物质粒子层由轻到重、由小到大层层包压，旋进包裹着星球，并推动星球转动。
包裹星球的外旋进气流体的气圆盘形状和物质构成，使之具有凸透镜的性质，对光有折射和衍射的作用。
（3）光在宇宙空间的弯曲传播
①光在宇宙中弯曲传播的原因：
当光穿过星球旋涡体的外旋进气流体（气圆盘）时，受到以下因素的影响而发生弯曲传播，第一、星球旋涡体的外旋进气流对光流的曲线推动；第二、外旋进气流体是由不同气体物质组成的多层气体形态层层包裹，呈圆周形状，对光的传播来说，形成了圆周状的、不同的介质层，使光的传播发生不同程度的折射和衍射；第三，介质层的圆周形状和其中介质的圆周旋进流动，光波受到的介质力向相反的垂直作用力呈现弯曲对立，从而使光波发生弯曲传播。即旋进气流的推动、介质的折射和衍射、光波的介质动力的曲线作用，三者共同影响，造成光在宇宙空间的传播发生一定程度的弯曲。
②图示说明太阳光照射到地球的路径
如图5，OB线是太阳和地球的直线距离，从A点到B点的粗线是阳光从A点出发照射到地球的路径，断点为折射，太阳光从A点出发，到达地球的B点，中间要穿过太阳旋涡体的不同物质层次和地球的不同物质层次，发生多次折射或衍射、弯曲才能到达，并且穿过不同的物质层次，其速度快慢也不一样。阳光弯曲的原因如上所述。（当然，折射和弯曲不如图示那么大）
当我们在地球B点被阳光正面照射时，并不是正面对着地球的太阳一侧的光的照射，实际上是太阳另一侧面的光照。
③对星光的错觉
从遥远星际传播到地球的星光，中间要穿过或绕过很多星系或星球体，发生过很多次折射、衍射和弯曲传播，才到达地球。我们看见的星星，以为它就在我们正视的方向，实际上，不一定，它可能在我们的上方、或下方、或左方、或右方、甚至是后方。因此，当我们夜晚抬头看着满天的繁星，它们并不一定都在同一方向，有的在我们的上方，有的在下方，有的在左方，有的在右方，有的甚至在后方，是它们发出的光经过很多曲折传播后，从同一方向到达地球，才让我们认为它们在同一方向的错觉。实际上，没人能确切知道它们的具体方向，如同，经过不知多少块镜子从不同角度（侧度、仰度、俯度）反射阳光，通过看到的最后一块里的太阳来判知，根本无法判定太阳的确切方向。
结语
波动是物质运动的基本属性。在宇宙中，没有孤立存在的物体，每一个物体都与周围其它物体的相互作用中实现运动发展，宇宙空间也不存在完全的真空，波也不可能在真空中传播，因为波是介质力向相反的物质力量对穿行于其中的物质的持续相互作用而产生。任何物体，只要它运动的速度达到一定的程度，都要发生波动运动。因此，物质本身不存在波动性，只有物质运动才有波动性。
参考文献
[1] 徐仁新 编，《天体物理导论》，[M]，北京，北京大学出版社，2006年2月
[2] 贾月梅主编，《流体力学》，[M]，北京，国防工业出版社，2006年8月
