計算流體力學的基本知識

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計算流體力學的基本知識范文第1篇

關鍵詞：工程流體力學；教學改革；第一次課

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0218-02

工程流體力學課程在我校這一工科院校中，長期以來，本科生在未學習之前，已經從他人那里了解到，這門課很難，不好學，不好過關。學生認為流體力學難學的后果，直接反映在多年來很少有人、甚至無人報考我校工科流體力學方向的碩士和博士，致使我校工程流體力學方向后續人才短缺，學科建設出現重重困難。那么作者希望學生在學習這門課程的過程中，是輕松、主動而有興趣地去學習。為了幫助學生克服畏難情緒，對工程流體力學課程學習產生興趣，輕松學好這門課，作者在十幾年的教學過程當中，積累了一些經驗。開好頭，為課程打好良好的第一印象非常關鍵，所以作者非常重視第一次課的講授內容，以增強學生學習信心和培養學習興趣為主要目的，為順利完成該課程的學習奠定基礎。

一、第一次課的教學內容

在第一次課，首先自我介紹，然后點名相互認識，留下聯系方式，介紹教材和參考書，授課的章節和學時安排等常規內容外，講授內容主要分為兩大塊：（1）上課要求；（2）緒論。

1.上課要求。上課要求主要包括課程學習目的和意義、出席和上課紀律要求、作業和實驗報告要求、考核方法等內容。①學習目的和意義。學習目的和意義按照大綱要求，掌握流體力學的基本知識，及其解決問題的基本方法和基本實驗技能。強調“基本”的含義，因為是首次接觸本課程，系統介紹流體力學知識，對大家的要求是“基本”的，同時也強調僅這些即將學的基本知識也能夠解決一些工程應用的問題，并簡單舉例。②出席和上課紀律要求。出席和上課紀律應該遵守學校規定，但是考慮到學生個體的不同。所以有必要讓學生清楚什么樣的行為是被接受的、允許的，不要出現行為困難的問題。③作業和實驗報告要求。作業和實驗報告會出現抄襲現象，回避是沒有用的，所以上課時直接指出來，希望將抄襲現象弱化。指出要借鑒，而不是抄襲。這樣大大降低了學生不經過理解地抄襲作業現象。④考核方法。將考核方式明確地告訴學生，是平時成績和課程結束后的閉卷考試成績各占一定比例，綜合評出成績。并計算出考核通過的最低考試成績。同時強調不存在不通過比例。這樣可以避免兩種不良現象發生，一是學生會盲目認為很難學，不能過關而放棄學習，二是成績差的學生會因為排名總在后面，而放棄學習。

2.緒論。緒論主要包括工程流體力學研究內容、課程特點、研究方法、解題步驟、學習方法和大學生認知階段，等等方面。重點講前三點涉及的內容。①流體力學研究內容。講述工程流體力學研究內容首先展開講解的是研究對象為流體，此時雖然沒有講流體的定義，但是還是提出請學生舉例哪些物質是流體？讓學生從最簡單的問題開始流體力學知識的學習。學生說對了予以肯定。學生會將多相流和塑性物質列進來，也要說清楚與本課程所學流體的區別和聯系，并將學生想不到的流體補充出來，還告訴學生目前最新研究方向在處理流固相互作用時有提出將固體處理為特殊流體，以簡化流固交界面的處理；還有已有研究表明固體顆粒的高速運動遵循流體力學規律，以及當車流量和人流量很大時，被稱為交通流，猶如流體流動一樣，那么在后續課程講解中可將高密度、大流量的人群流動現象用來形象化的闡述流體的運動規律，幫助學生理解抽象的流體運動規律，使問題直觀。還需要指出，最常見的流體是空氣和水，人類無時無刻不處于空氣和水當中，提醒學生在學習的過程中，可以將所學知識放到自己熟悉的環境中去理解，比如池塘或小河中的水、教室里的空氣，等等。將理論知識與生活結合起來，既能幫助理解所學知識，又能將知識應用起來，提高學習興趣。②流體力學課程特點。流體力學課程的特點主要講三點，一是一門技術（專業）基礎性課程；二是用場的觀點研究問題；三是概念多、公式多。它是一門專業基礎課，從實踐中抽象出來，再應用到實踐中去；所以課程知識可用于解決工程實際問題。用場的觀點研究問題。首先提問，說到“場”大家會想到什么？有的同學很高端大氣上檔次地回答重力場、電場、磁場，那我繼續問還有呢？有的學生開玩笑說操場，好像在說操場不夠檔次、不夠科學。而我肯定“操場”，因為是相同的“場”字嘛，而且還有工場、商場、廣場等。然后引導學生思考，既然用相同的“場”字，其中必有共同點，它是什么？學生想出來了，是某某占據的空間。以此類推，流體占據的空間就是“流場”，概念很容易就被理解了。同時還讓學生意識到科學不是高不可攀的，做科學時不要端起架子，它是很貼近生活的。流場的概念出來了，但是其空間的大小呢？這個問題也必須解釋清楚。首先提出兩個問題讓學生思考：海洋是海水占據的空間，是一個流場嗎？大氣層是空氣占據的空間，是一個流場嗎？其實流場的大小與我們要研究的空間范圍有關。比如，我們現在想知道教室內空氣的溫度分布，那么要分析的流場就是教室內空氣占據的空間；如果要預報中國天氣，那么中國上空的大氣層或者更大范圍就是要研究的流場；如果想了解南海海洋環流、潮汐流動等，南海海水占據的空間就是要求解的流場。將抽象概念與實際結合，在易于理解的同時，引起學習興趣。在此基礎上，進一步與物理量場聯系起來，流場中的物理量，比如速度，是時間和空間函數，被稱為速度場，還有壓力場，等等。場是具有連續無窮維自由度的系統，那么流場的速度場、壓力場，等等具有連續性，與第一章中連續介質假設內容一致，在這里提到，為后面學習埋下伏筆。概念多、公式多的原因是因為在以前的學習過程中鮮有接觸與流體力學有關的知識，導致大量的專業術語集中出現。但是這些概念、公式并不是全新的。比如流體質點的概念與以前物理中所學的質點概念是很一致的；多的公式其實是質量守恒定律、牛頓定律、能量守恒定律、動量定理，等等在流體力學中的表達形式，比如連續性方程是質量守恒定律的表達形式，伯努利方程與能量守恒定律相吻合，歐拉方程、Navier-Stokes方程是牛頓運動定律的表現形式，動量方程是動量定理的表達，把要學到的主要方程名稱在此敘述一遍，目的是讓學生有個初步接觸，為后續學習打下鋪墊。③流體力學研究方法。流體力學研究方法主要有三種：解析方法、實驗方法和數值計算方法。本課程主要介紹解析方法，有一章是專門介紹實驗研究方法的，而數值計算方法本課程幾乎不涉及，由計算流體力學講解。并強調，求解的基本方程是連續性方程、歐拉方程或Navier-Stokes方程，那么為什么基本方程一樣，可以求解出各種不同的流動？于是提出邊界條件和初始條件的概念，使邊界條件和初始條件的重要性一目了然；也為后續學習打下基礎，并引起學生的興趣和重視。

二、結論與展望

通過第一次課，使學生對整個課程的要求、特點、內容有一個整體了解，做到心中有數，克服不良情緒，從不同方面讓學生做好學習的心理準備。第一次課，如果是一個良好開端，并為后續學習做了大量鋪墊，使學生獲得了自信，并激發了其學習的興趣，學生后面的學習將會順利很多。工程流體力學是大部分工程專業的重要基礎課程，作者希望學生靈活掌握流體力學知識，并能夠在工作中活學活用。

參考文獻：

[1]許維德.流體力學[M].北京：國防工業出版社，1979.

[2]張也影.流體力學[M].北京：高等教育出版社，1999.

計算流體力學的基本知識范文第2篇

關鍵詞：建構主義；認知靈活性理論；熱工理論

作者簡介：衣曉青（1956-），女，山東青島人，長沙理工大學能源與動力工程學院，教授；石爾（1979-），女，湖南長沙人，長沙理工大學能源與動力工程學院，講師。（湖南 長沙 410004）

基金項目：本文系2011年湖南省普通高等學校教學改革研究立項項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0069-02

“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”既是熱工理論的三大主干課程，又是能源動力類專業（方向）的主要技術基礎課。傳統的教學宗旨傾向于各門基礎課程自成科學體系，分別獨立教學，為后續專業課程打下牢固基礎。但是這種傳統的教學模式死板，致使學生缺乏學習興致，不易明確學習目的。建構主義的認知靈活性理論發現了新的教學要素——“案例教學”。按照認知靈活性理論，對以上熱工理論三大基礎主干課程進行優化整合，以熱能動力類專業為場景，建構諸多新的知識點教學，組織全新的熱工理論基礎課程體系，可以使熱工理論基礎課教學克服以上不足。

一、打破僵化教學：認知靈活性理論的應用

建構主義教學理論沖破了傳統教學模式，克服了“填鴨式”教學把學生作為小綿羊馴服的弊端。[1]作為建構主義教學理論中的一個分支，斯皮羅提出的“認知靈活性”理論很好地解決了“死記硬背”傳統與極端建構主義（忽視抽象養成）之間的矛盾。認知靈活性理論的主要思想就是：通過情景（境）展現基本概念和基礎理論工具，學生既可以掌握基礎理論知識，又可以按抽象思維方式，放開視野尋找新的分析問題的工具。

為了解決傳統與極端的沖突，斯皮羅把知識抽象為兩種不同性質的結構：良構的與非良構的兩種領域。[2]良構的即是指：按照抽象思維，從概念到原理的演繹解析的知識體系，符合科學意義上的正統規范。非良構的即是指：在具體場景（案例）中，隱透出的各種良性結構的知識疊合；這種疊合的基礎知識能夠解釋或解決具體場景問題；不同的場景有不同的良性結構知識疊合的詮釋。由此得出結論，良性結構知識就存在于非良性結構知識之中，“認知靈活性”教學就可以讓學生通過非良性知識教學獲得更加深刻的良性結構的系統知識，而且是積極主動地、生動有趣地接受之。

熱工理論是研究熱（能）在釋放、轉換和傳遞中的流體流動及傳熱傳質等問題的科學，涉及流體運動規律、熱（能）轉換與傳遞規律。按照認知靈活性理論的教學觀，熱工理論基礎課教學也可分類為良構性和非良構性。熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學的基本概念、基本理論和基本知識的層次組織結構，應屬于良構性領域，其傳統的教學方式就是從概念到概念、從原理到原理、從公式到公式的演繹解析，邏輯性很強，范式文本較固定，程式較穩定，測驗作業較死板。

“認知靈活性”教學理論認為，這種教學方式僵化、被動，既不能啟動學生的興趣，也不能啟發學生的創造想象力，學生容易落入死記硬背、教條主義的套路，缺乏廣泛的知識聯系和舉一反三的思維訓練，更缺乏給學生以另辟蹊徑的想象空間。如果以流體介質為對象將熱工理論三大主干課程進行優化整合（雜交），并以熱工理論應用為主線，將能源動力類相關專業作為場景，構成非良構性知識結構，其所涉及的具體問題具有復雜背景和綜合影響因素，能夠從問題入手引出綜合知識的有機聯系，開闊學生發展思路，引導學生融會貫通，指導學生熟知專業背景。這種按照認知靈活性教學理論建立起來的熱工理論基礎課程的非良構性知識體系會沖破傳統的各自為主的單科系統性的課程教學模式，有利于克服“高分低能”的應試教育傾向，培養面對知識時代和信息社會的創新型人才。

二、創建問題教學：熱工理論基礎三大主干課程的優化整合

認知靈活性理論認為：學習者在建構知識意義的過程中，只有對知識進行多維表征，才能達到對知識的全面理解和靈活運用。這也是指導熱工理論基礎三大主干課程進行優化整合的基本思想。熱工理論基礎三大主干課程“工程熱力學”、“傳熱學”和“工程流體力學”是主要以流體介質為研究對象而緊密聯系在一起的動力類技術基礎性課程，三門課程相互依存，共同構成了熱工理論的主干課程體系。其中，工程流體力學是研究流體介質的位置勢能、壓力勢能和動能之間的相互作用的關系；工程熱力學是研究熱能與機械能之間的相互轉換的規律；傳熱學是研究熱量從高溫部分傳遞到低溫部分的機理。由此可見，能（熱）量轉換與守恒定律是熱工理論三大主干課程進行優化整合的內在動力。

基礎課理論自身系統的完善性使任何改動需求都帶有相當大的難度，只有進行優化整合，才能在不斷調整和深化過程中發展新的學習要素。例如，“傳熱和流體流動的數值方法”課程就是將傳熱學、流體力學知識進行融合后加入到數值計算科學這一更為廣泛的學科領域，為熱工理論知識的進一步發展奠定了基礎。同時，通過這一知識的優化整合，多維表征得以實現，使學生建構起在熱科學和流體科學中可以直接遷移和引用的關于熱物理方面的知識，超越了封閉、孤立課程所給的單一信息模式。

如果說熱工理論的三大主干課程“工程流體力學”、“工程熱力學”和“傳熱學”分別作為單獨體系教學是良性結構知識的傳授，那么，把“三課”拆分，再按照具體能量轉換的場景問題有機組合，這種教學模式就屬于非良性結構教學。喬納生等人的研究把前者稱作低階學習階段，把后者稱作高級學習階段。[3]高級學習階段優于低級學習階段的實質就是變公式學習為問題學習。問題學習對于熱工基礎理論教學來說，打破其三大主干課程的各自理論體系是必然的，是要針對具體的場景問題而進行知識交叉組合。值得注意的是：根據認知靈活性教學理論，這種知識體系重組，必須避免極端建構主義干擾，必須遵循“專業問題、溯本求源、知識聯系”三原則，才是優化的、高級的教學模式。

三、重復多變教學：能源動力類專業問題逆向滲透于熱工理論基礎課程

非良構的知識體系與良構性知識體系的區別就在于：一是前者比后者建立的概念龐大、復雜，它往往是多個不同學科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多變性，這是由問題教學場景多變性所決定的。熱工理論基礎知識在航天、航空、熱能動力、化工、核熱工、低溫工程、冶金熱工、微電子技術、材料和建筑等各個領域都有具體的應用，從知識體系的角度來看，其展現的知識點都是非良性的。實際上，在能源動力類相關專業的不同場景下，其呈現的非良性知識結構也存在著很大的差異性。例如，工程熱力學中的熱經濟性指標在熱機循環中的應用是熱效率，而在制冷循環中的應用是制冷系數。這說明熱經濟性概念在實際應用過程中具有復雜性。又如，流體力學在電廠中的應用以管內流動、物體繞流為主，而在建筑環境與設備工程專業中的應用以室內外環境通風、換氣的流動為主。傳熱學中對于散熱器來說需要強化傳熱效果，對于建筑物屏蔽掩體則要抵制傳熱。

在針對能源動力類專業的熱工理論基礎課程進行新的建構中，按照認知靈活性教學理論，必須將原有良性結構體系的知識與專業場景結合起來。這種有專業針對性的知識滲透，有學者稱其為專家知識學習階段，屬于更高層次。[2]比如，把能源動力類專業（方向）的“流體力學”、“泵與風機”兩門課程整合為熱工理論基礎課“泵與風機的流體流動”一章，以流體力學知識為基礎，反映了流體力學基本原理在流體機械中的具體應用場景，通過多媒體教學課件可以使學生建構泵與風機工作原理和結構的多維圖式，達到對流體力學基礎理論知識全面理解和靈活運用的目的。

按照斯皮羅的認知靈活性理論規范，對應專家知識學習階段的教學模式即“隨機通達教學法”，它的主要特點就是針對專業的眾多場景鏈，反復從不同問題視角，以不同的基本知識、基本公式、基本理論的多樣組合，不斷給予學習者良性知識的刺激，這會使學習者通過反復的從各種變式到抽象的過程，不斷加深對良性結構知識的各種理解，而且有助于學習者歷練分析問題和解決問題的能力，發揮創造性思維，為今后在專業上有所建樹打下堅實的學習基礎。貫穿于這一思想的新的“熱工理論基礎”課程體系，組織“鍋爐工質流動與熱交換”、“汽輪機流體流動與功能轉換效率”、“熱力發電廠工質循環與熱效率”等章節，探討基于專家知識學習理念的非良構知識領域的顯性建構，加入熱能動力類專業知識對熱工理論基礎課的反向滲透，有效增加課程教學的深度和廣度這一結果就自然生成了。

除了書本專業知識的反向滲透以外，通過與科研、生產單位合作的科研課題的有機結合，也是專家知識學習階段的案例來源。例如，教師通過某鋼鐵公司鍋爐尾部煙道聲學振動問題的科研活動，向學生們提出卡門渦街產生機理、影響因素以及卡門渦街產生后對設備及系統的危害和消除卡門渦街的措施等諸多學科問題，從而認知基本理論。

參考文獻：

[1]朱新卓.中國高等教育管理學：從拔苗助長到建構主義[J].高等工程教育研究，2005，（2）.

計算流體力學的基本知識范文第3篇

力學是一門基礎科學，它所闡明的規律帶有普遍的性質。力學又是一門技術科學，它是許多工程技術的理論基礎。土木工程是力學應用最早的工程領域之一[1]。對于土木工程專業的學生來說，力學課程是一類極為重要的專業基礎課，它不但影響學生對今后其他專業課程的理解，還將影響學生以后解決工程實際問題的能力。所以，對力學課程在土木工程專業的重要性進行研究，可以幫助培養出適宜于社會發展的合格的工程技術人員。

2土木工程專業主要設置的力學課程

根據土木工程專業培養計劃，四年本科期間，8學期內，共設置7門力學類課程。所以說，除了理論力學、材料力學和結構力學這“三大力學”之外，結合土木工程必須與流體接觸的特點，也設置了流體力學這樣的學科基礎課。另外，考慮到大三之后，土木工程專業學生有“建筑工程方向”、“地下工程方向”、“古建筑修復與保護工程方向（特色方向）”三個不同的發展方向，也設置了土力學、彈性力學與有限元基礎和巖石力學基礎這樣三門專業方向課程。

3各門力學課程的教學內容及特點

3.1理論力學

理論力學是研究物體機械運動一般規律的科學，是各門力學的基礎。它忽略一般物體的微小變形，建立在力作用下物體形狀、大小均不改變的剛體模型。主要講授內容分三個部分：淤靜力學部分。主要研究受力物體平衡時作用力所應滿足的條件；同時也研究物體受力的分析方法，以及力系簡化的方法等。于運動學部分。只從幾何的角度來研究物體的運動，而不研究引起物體運動的物理原因。盂動力學部分。研究受力物體的運動與作用力之間的關系。

3.2材料力學

材料力學以單個桿件作為主要研究對象，并且將其看作均勻、連續、各向同性的可變性固體。它研究桿件的拉、壓、彎、剪、扭變形特征，并對桿件進行強度、剛度及穩定性分析計算。

3.3流體力學

流體力學是研究流體的平衡和流動的機械運動規律及其在工程實際中應用的一門學科。流體力學研究的對象是流體，包括液體和氣體。

3.4結構力學

結構力學以桿件結構（包括梁、拱、桁架、剛架和組合結構等）為主要研究對象；研究在外力和其他外界因素作用下結構的內力和變形，結構的強度、剛度、穩定性和動力反應，以及結構的組成規律。

3.5土力學

土力學研究土的本構關系以及土與結構物相互作用的規律。土的本構關系，即土的應力、應變、強度和時間這四個變量之間的內在關系。

3.6彈性力學與有限元基礎

彈性力學研究彈性體由于受到外力作用或溫度變化以及支座沉陷等原因而發生的應力、變形和位移。它一方面對桿狀物件作進一步的、較精確的分析；另一方面，對板和殼，以及擋土墻、堤壩、地基等實體結構，加以研究。

3.7巖石力學基礎

巖石力學基礎主要研究巖石和巖體力學性能的一門學科，是探究巖石和巖體在其周圍環境（力場、溫度場、地下水等）發生變化后，作出響應的一門力學分支。其所研究的巖體，具有不連續性、各向異性和不均勻性的特征。

4力學課程在土木工程專業的重要性

力學是土木工程專業的技術基礎課，若缺乏對力學課程基本概念、物理意義和求解方法的深入理解，想真正掌握好相關專業課程，做好有關工程設計、施工、監理乃至進一步的科研工作，是不可想象的。

4.1對本科后續專業課程學習的影響

混凝土結構基本原理、鋼結構基本原理、基礎工程、土木工程施工技術、房屋砌體與混凝土結構設計、鋼結構設計、結構抗震設計、地基處理、深基坑工程、城市軌道交通工程、隧道工程、古建筑設計與保護技術等專業課程，都與力學課程有關，如不打好力學基礎，將無法真正掌握及應用好專業知識。例如在學習“混凝土結構基本原理”課程中受彎構件斜截面承載力計算這部分內容時，需首先了解斜裂縫出現的原因，這時就需利用材料力學主應力跡線的分析方法，在構件上取出微元體，來做截面主應力分析等。再如“鋼結構基本原理”課程，由于鋼材內部組織比較接近于勻質和各向同性體，而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的，所以鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合；在課程的學習過程中，經常會用到材料力學中的各種計算公式和計算理論等。除了這些專業課程，對于土木工程專業畢業設計這個實踐教學環節來說，力學知識也是非常重要的。就拿經常會出現的“混凝土框架結構設計”這種畢業設計題目來說，它分為結構布置、計算簡圖框架內力計算、框架內力組合、框架梁柱截面設計、現澆樓面板設計、基礎設計、樓梯結構設計計算和軟件計算這樣幾個部分。所以說，若不能利用力學基礎知識先進行結構計算簡圖的簡化和結構內力的計算，后面實際結構設計部分，均無法完成。

4.2對研究生階段學習的影響

畢業后，若繼續就讀本專業研究生，除了在研究生入學考試中可能會考核到材料力學、結構力學這樣的力學課程；在讀研期間，也將涉及更多更深入的力學課程，如應用彈塑性力學、塑性力學、連續介質力學、有限單元法、高等結構動力學等。如在本科階段沒有打下良好的基礎，將很難掌握這些課程。

4.3對就業后解決工程實踐問題的影響

力學知識在工程設計工作中的作用是不言而喻的。同樣，力學知識對于施工或監理等工作，也是不可或缺的。如預制樁在堆放時墊木位置和吊裝時吊點位置的確定，施工腳手架的安裝計算，施工模板拆除順序的確定，施工縫留設位置的確定，施工中鋼筋放置位置的確定等，都需要通過力學知識來確定。從事建筑施工或監理的工程技術人員，只有掌握了建筑力學的基本知識，才能懂得建筑物中各種構件的作用、受力情況、傳力途徑以及它們在各種力的作用下在什么條件下會產生什么樣的破壞。這樣，在施工中就能正確理解設計意圖，制定出合理的安全措施和質量保證措施，從而保證建筑施工過程中的絕對安全，確保工程質量，避免事故發生。

5對本科階段力學課程野教冶與野學冶兩方面的建議

力學課程內容繁多，概論抽象，在“教”與“學”兩方面都存在很多問題，容易使教師教起來用時多，任務緊；學生學起來難度大，負擔重，且容易出現書能看懂而求解問題無從下手的情況。

5.1教學方法建議

依據土木工程專業培養目標，考慮力學課程與相關專業課程的銜接性，整合力學課程教學內容。注重工程實踐教育，加強學科工程背景教學。培養學生創新意識，開展競賽活動，強化學生動手能力。引導學生參與教師科研活動，培養學生的科研意識。教學中運用案例教學，趣味教學，啟發式、探究式、研討式等教學方法。理論教學之余，也可簡要介紹結構力學求解器、ANSYS、ABAQUS、PKPM等計算軟件，加強學生在力學計算方面的綜合能力。

5.2學習方法建議

“教”與“學”相輔相成，無法分離。所以除了教師需運用不同的教學方法來提高學生的學習興趣之外，學生也需掌握合理的學習方法，以加強對教師教授知識的理解與滲透。第一，課前做好預習，課后加強復習。有效的預習，可以使學生在上課之前，了解自己即將要學的知識，這樣在課堂學習時，就可以對自己所學的東西做到心中有數；及時的復習，可以使學生及時消化課堂所學，以便深入了解所學知識，深入掌握。第二，善于積累，善于提問。本科教學不比高中教學，它講授新知識的時間往往多余復習舊知識的時間，所以，在學習的過程中，不能存在“猴子掰玉米”的現象，學了新的忘了舊的，而是要不停積累，不停學習；對于不懂的知識點，要善于提出疑問，問同學，問教師，問網絡，及時解答疑問，及時解決問題。第三，要加強練習。學習力學知識的過程中，不做一定數量的習題，將很難對基本概念和計算方法有深入的理解，也很難培養出好的計算能力，所以，要學以致用，加強練習。第四，善于創新，積極參與不同的實踐活動。教師教授的知識是有限的，在學習教師教授的方法之后，舉一反三，要自己善于發現問題，創新思維；積極參與各項社會實踐活動，如省大學生力學競賽、省大學生結構設計大賽等，將學到的力學知識應用到實際的大賽活動中，并且從實踐的過程中又學習新的力學知識，循環往復，提高自身的學習積極性；積極參與教師的科研項目，提高自身的研究思路和水平，也是加強自身力學思維的較好方法。

6結語

計算流體力學的基本知識范文第4篇

一、心輸出量：心臟每分鐘泵血量，等于每搏輸出量×心率。

心臟的舒縮力是血液流動的原動力。由于循環系統是一個密閉的壓力環，根據流體連續性原理，左心每分鐘泵血量應當等于右心的回心血量[1]。左心室的泵血是血液循環中最重要的決定因素。而決定左心室泵血能力的因素有以下幾個方面：1.前負荷，2.后負荷，3.心肌收縮力。下面我們分別來分析上述三者對心臟泵血能力的影響。

1.前負荷

定義：肌肉收縮前遇到的負荷。對心臟而言，心室舒張末期容積就是它的前負荷。在心臟生理中有一條十分重要的規律，稱為Frank-Starling定律（見圖1）。許多因素可以引起心室順應性變差，臨床上最常見的原因包括心室肥厚、心肌缺血。心室順應性變差也可引起心力衰竭，這與后負荷過大引起的收縮性心力衰竭不同，我們稱之為舒張性心力衰竭。主要機理是由于心室順應性變差，導致心室舒張期充盈不夠，引起心輸出量下降。

說明：圖中縱坐標為心臟每搏輸出量，橫坐標為心室舒張末期容量，最高的那條曲線為正常人交感興奮狀態下的Starling曲線，中間那條曲線為正常人安靜狀態下Starling曲線，最下面那條曲線為心力衰竭患者的Starling曲線。

2.后負荷

后負荷是一個十分復雜的參數，生理學告訴我們，心室在收縮期所做的功分為兩部分：1.大動脈的彈性勢能，2.血液的動能[2]。彈性勢能使動脈擴張而容納更多血液，血液動能使血流克服血管阻力而向前流動。其中彈性勢能是主要部分，約占心室做功的2/3，血液的動能約占心室做功的1/3。以上是從能量守恒的角度分析問題。

下面我們來看看胸內壓對心臟功能的影響。在正常人，胸內壓均為負值，根據Laplace公式可知，負的胸內壓將增加P，導致心室后負荷增加，從而不利于心功能；正的胸腔內壓將減少P，導致心室后負荷減少，從而改善心功能。目前臨床上使用的機械通氣均為正壓通氣，因此機械通氣可以起到心臟輔助支持作用，心源性休克的患者應當使用正壓通氣。請注意，這里說的是機械通氣對心室后負荷的影響，機械通氣對心室前負荷的影響又是另外一個問題。一般來說，正壓通氣對胸腔靜脈的回流會有阻礙作用，但是這種阻礙在血容量充足的患者基本可以忽略不計。

3.心肌收縮力

在剔除前負荷及后負荷對心肌收縮力的影響之后，決定心肌收縮力的因素就是心肌細胞本身的結構和功能狀態了。一般來說，素有鍛煉者心肌細胞比較發達，收縮力較強。當心肌細胞發生炎癥、缺血缺氧、中毒等病變時會影響其收縮能力。另外，心肌收縮力受神經和體液調節，心交感神經，去甲腎上腺素，腎上腺素使之增強；迷走神經，乙酰膽堿使之減弱。在臨床上，超聲心動圖是一個比較好的檢測心肌收縮力的手段。

二、血管阻力

血管阻力即血液在血管系統中流動時所受到的總的阻力，大部分發生在小動脈。在物理學上有一個Hagen-Poisseuille方程可以描述管道的阻力：R=8μL/ πr4

公式中R代表血管阻力，μ代表血液的粘滯度，L代表血管的長度，r代表血管的半徑。由上式可以看出，阻力的大小主要決定于血管的半徑。

三、血壓

血壓指血管內的血液對于單位面積血管壁的側壓力，即壓強。由于血管分動脈、毛細血管和靜脈，所以，也就有動脈血壓、毛細血管壓和靜脈血壓[3]。通常所說的血壓是指動脈血壓。在人體，動脈血壓是一個不斷變化的變量，最大值出現在心動周期的收縮期，稱為收縮壓，最小值出現在心動周期的舒張期，稱為舒張壓[4]。通常以平均動脈壓作為心動周期中的平均血壓，平均動脈壓=舒張壓+1/3脈壓差。

影響血壓的因素有兩個：心輸出量和血管阻力。在電學中有一個著名的歐姆定律，描敘的是電壓、電阻和電流的關系，即電壓=電流×電阻。其實這條定律在流體力學中一樣成立，即：管道兩端壓力差=管道內流量×管道阻力。

我們將人體全身的血管網絡看成一個管道，主動脈為流入端，右心房為流出端，以一分鐘為單位時間，那么根據歐姆定律，（流入端壓力-流出端壓力）=分鐘血流量×全身血管阻力。

流入端壓力即動脈壓，流出端壓力等于右心房壓（一般情況下接近于0），1分鐘內的血流量就是心輸出量。

替換后可得出：血壓（Bp）=心輸出量（CO）×全身血管阻力（SVR）。

根據上式可知，一個正常的血壓值可以存在三種情況：1.正常心輸出量和正常血管阻力；2.高心輸出量和低外周阻力；3.低心輸出量和高外周阻力。因此，當我們看到一個正常的血壓值時并不意味著病人處于循環穩定的狀態。

公式中的全身血管阻力（SVR）是一個ICU常用的血流動力學參數，可以用來反映心臟后負荷的情況。但實際上這是有一定偏差的。原因如下：

1.小動脈的阻力是心室后負荷的一小部分，主要部分在大動脈的順應性（彈性）上；

2.SVR反映的是全身動脈和靜脈的平均阻力。由于血管阻力主要部分都集中在小動脈，靜脈系統的阻力明顯小于動脈系統阻力，因此SVR會低于小動脈系統的阻力。

研究血流動力學對于正確指導臨床治療有積極的意義。

參考文獻：

[1]王曉曦， 劉宏斌， 胡小忠， 等. 以CT圖像為基礎的冠狀動脈狹窄處血流動力學研究[J]. 現代生物醫學進展， 2013， 13（09）： 1682-1686.

[2]李昂. 危重病醫學臨床教學經驗交流[J]. 臨床和實驗醫學雜志， 2012， 11（05）： 400-401.

計算流體力學的基本知識范文第5篇

上海交通大學

力學學科形成了各具特色、實力雄厚的四個二級學科：流體力學、固體力學、一般力學與力學基礎和工程力學。此外，生物力學是力學與生物、醫學相結合的交叉學科，其中研究與人類心血管疾病成因及診治相關的血流動力學是發展較快的領域之一，該方向屬于當前國際前沿。

材料科學與工程是上海交大的傳統優勢學科，前身是冶金系，下設3個二級學科，其中材料學、材料加工工程被評為國家重點學科。

機械工程學科培養了數以萬計的專業技術人才，擁有機械制造及其自動化和機械設計及理論2個國家重點學科，整個學科的實力都非常強大。

控制科學與工程學科以其科研覆蓋面寬、綜合實力強、人才梯隊結構合理、培養高層次人才數量多、質量高而列居國內同類學科前茅。控制理論與控制工程、模式識別與智能系統2個學科從1987年開始就一直是國家重點學科。

創立于1943年的船舶與海洋工程學科，已形成了一批在全國乃至世界領先的優勢學科，造就了一批以院士為核心的著名學科帶頭人，成為了我國學科門類齊全、綜合研究實力雄厚、獨具特色的船舶與海洋工程科研和教學基地，享有很高的學術聲譽。

西安交通大學

機械工程學院是西安交通大學歷史最悠久、實力最雄厚的學院之一，優勢專業主要有機械制造及其自動化、機械設計及理論、機械電子工程等學科。

電氣工程學院是我國高校同類學科中創建最早、學科設置最全的學院之一，歷屆畢業生中有近30人成為院士，應屆畢業生一次性就業率非常高，學生知識能力強，頗受企業青睞。

能源與動力工程學院是西安交通大學的“品牌”學院，其能源動力學科實力強大，在全國都是數一數二的，擁有熱能工程、流體機械及工程、動力機械及工程、制冷及低溫工程4個優勢專業，基本覆蓋了所有能源類專業方向。該學院的學生畢業后一般都進入電力、能源等企事業單位工作，收入高。

管理學院在全國同領域非常知名，工業工程專業具備了工科的扎實基礎和管理學的思維方式，頗受企業好評，出國率是同類高校中最高的。

電子與信息工程學院是涵蓋電子信息領域幾乎所有新興工程學科在內的一個學院，通信工程、自動化、計算機科學等專業每年都備受Google等知名跨國企業的青睞。

北京交通大學

北京交通大學原本屬于鐵道部，現劃歸教育部，運輸在全國排第一，源于和鐵路的淵源，交大可以說是目前全國僅有的和鐵路聯系密切的學校，全校各專業幾乎都和鐵路相關，所以一些原鐵道部企業最認可交大，交大每年有相當數量的畢業生會去這些企業。

交大的特色還在于和鐵路的相關專業，比如電信學院的通信、信號，土建學院的橋梁、隧道，機電學院的車輛工程，運輸學院的運輸、交規、物流，經管學院的企管、會計等。

電信、經管很知名，每年報名人數很多。理學院也有很不錯的學科。

西南交通大學

交通運輸學院擁有交通運輸工程國家重點學科，在地鐵、物流配送、人機和環境工程、智能交通技術等方面擁有不可代替的地位。上海磁懸浮列車、長江三角洲之間的子彈頭列車，這些先進的交通工具代表著未來鐵路交通發展的方向，而西南交大正是在這方面有著優勢。

電氣工程學院主要從事電氣工程學科和電子信息學科的科學研究和人才培養工作，電力系統及其自動化是國家級重點學科，地鐵主要是依靠電力能源運行，因此許多電氣學院的學生被聘請到各地鐵運營大市。電氣學院的磁懸浮列車與懸浮技術研究所等重點研究所和實驗室可是幾塊金字招牌，磁懸浮列車的研究國內第一，世界領先。

西南交通大學的前身是我國高校最早成立土木工程系的，現在的西南交大土木工程學院有國家重點學科橋梁與隧道工程學，國家級特色學科土木工程等優勢專業，結合西南地形復雜的特點正在發揮著不可替代的作用。

北京航空航天大學

航空科學與工程學院是北航最有名的學院，下設飛機系、人機與環境系、流體力學研究所、固體力學研究所4個系所，支撐起了北航的學術高峰。

材料科學與工程學院的學生主要是和飛機、航天材料打交道，擁有大量省部委材料學重點實驗室，如民航安全技術重點實驗室等。材料科學與工程專業還是國家一級重點學科。材料不僅應用在航空航天領域，還可以廣泛應用于建筑等民用行業，就業范圍非常廣闊。

能源與動力工程學院原名動力系，擁有一批獲得國內同行業公認的高級學術帶頭人作為學院的師資主體。

宇航學院堪稱航天人才的搖籃，有飛行器設計與工程、飛行器動力工程和探測制導與控制技術三個本科專業，課程設置的特點都是以“平臺課方向課”的模式構建，大大拓寬了學生的知識面，提高了學生的適應能力和專業能力。

計算機學院是一個特別鼓勵學生發揮自己的創新能力，展現自己才華的地方，其計算機科學與技術專業也是國家一級重點學科。

南京航空航天大學

飛行器設計是南京航天大學最著名的專業，也是歷年學校招聘會上最受矚目的熱門專業，建有我國直升機技術研究方向唯一的國家級(國防)重點實驗室，建有國內唯一專門從事航空智能材料與結構研究的航空重點實驗室以及CAD中心、結構振動兩個部門開放實驗室。

飛行員專業是這個學校最牛的專業，學校與多家航空公司聯合，對學生實行訂單式培養方式，共有“31”和“22”兩種招生模式，采取國內國外兩部教學，如“31”就是學員前三年在國內校本部進行飛行專業基礎理論知識學習和基本技能訓練，第四學年派送到國外飛行學校進行為期一年的飛行訓練，并取得中國民航總局認可的符合多發儀表等級要求的國外商業飛行員駕駛執照。

電氣工程及其自動化專業雖然起步較晚，但發展十分迅速，且前景很好，擁有航空電源航空科技重點實驗室，建立了中航一集團和中航二集團技術工程中心，相關研究領域在國內也具有重要影響力。

中國海洋大學

海洋環境學院是中國海洋大學最具海洋特色的學院，包括國家級重點學科海洋科學和環境科學，其中海洋學本科專業是“國家理科基礎科學研究和教學人才培養基地”首批15個基地之一。

生物科學專業屬國家級特色專業。生物系是山東省重點學科和國家生物學一級學科的重要組成部分。聯合國教科文組織中國海洋生物工程中心也設在本系。

軍事海洋學是海洋學與軍事學相結合的新興學科。它以軍事作戰需求為牽引，以海洋學的基本知識和研究方法為基礎，研究如何利用海洋要素的變化規律為軍事作戰服務。

此外，中國海洋大學的水產、水產品加工及貯藏工程專業也是非常具有優勢的專業，是國家級重點學科；水產養殖學、海洋技術、港口航道與海岸工程、會計學等專業屬國家級特色專業。

大連海事大學

大連海事大學的航海技術專業可謂久負盛名，實力非凡，1983年聯合國開發計劃署和國際海事組織在學校設立了亞太地區國際海事培訓中心，1985年設立世界海事大學大連分校。

如果說航海學的是開船，那么輪機學習的就是如何修船了。輪機管理（輪機工程）專業現設有輪機管理和船機修造兩個專業方向，屬于國家級重點學科。由于這個專業自身的特點――工程部件精確度要求較高，所以對所招收學生的要求也是格外高。

法學院是遼寧省人大常委會立法顧問單位，其中海商法專業在國內同類法律高校中是首屈一指的，也是大連海事大學進校要求分數最高的專業。它培養的學生不僅要求具有扎實的英語和法學基礎，而且還要求熟悉海運及相關業務，精通海商、海事法律，能夠將所學的知識運用于實踐中。

海事管理學科主要培養的是負責水上安全運輸監督管理的專業人才，學生畢業后一般進入海事局、海上監察、港口監察等單位工作，是海上運輸的第一道防線。

海上物流專業是解決港口運輸、海洋運輸的各種問題的學科，備受歡迎。

長安大學

公路學院是長安大學最好的學院，是我國公路交通建設行業學科最齊全、專業配套規模最大的公路交通學院。公路學院公路建設學科與技術學科均列入國家“211工程”重點建設行列，學院還是全國交通系統監理工程師、造價工程師、檢測工程師和公路交通高新技術培訓基地。

汽車學院也是長安大學很牛的學院，載運工具運用工程是國內為數不多的幾個權威學科點之一，只有西南交通大學、北京交通大學可與之一爭高下。學院有自己唯一的汽車高速實驗環道和綜合測試場，給學生們提供了很多實驗機會，讓學生在賞車、鑒車、試車的樂趣中發現和學習。

資源學院、建筑學院、工程機械學院等都是在公路交通這一大學科的基礎上不斷細化而建立起來的，從地質勘探到建筑開發，與公路交通相關的各個方面都可以在這里找到強勢專業學科作支持。