流体机械与流体动力工程

流体机械与流体动力工程

梁尧

身份证号码： 45250219910209**** 广东深圳 518111

摘要：流体机械强度计算是针对能源与动力工程专业（流体机械及其自动控制方向）的专业课程，是后续毕业设计的有效辅助工具，在课程体系中占有重要地位。该课程以水力计算等提供的载荷为初始条件，研究流体机械零件的强度、刚度和稳定性，以期合理确定零件的结构、尺寸及相互联接方式等。流体机械强度计算课程理论性较强，要求具备一定的数学、流体力学与流体机械、固体力学以及机械设计基础；又具有较强的工程应用背景，可用于指导最初的结构设计，满足不同类型泵的可靠性设计要求。因此，教学中需要同时兼顾知识的继承性与先进性，尤其如何在卓越计划背景下构建与工程教育相衔接的教学内容、教学形式等已成为课程改革的首要任务。

关键词：流体机械；流体动力工程

流体动力工程的最新发展，特别是在中国的市场和研究情况。介绍了泵、阀和执行机构的发展和新技术，并对两种典型的执行机构进行了讨论现代流体动力系统，即开关惯性液压系统和液压四足机器人。挑战并从效率、紧凑性和集成度、清洁度和流体动力几个方面提出了建议教育。

1 流体动力工程概述

在流体动力工程中，采用了水力学用于电力的产生、控制和传输通过使用加压液体。流体力学为水力学提供了理论基础。液压主题涵盖了一些科学领域和大多数工程模块，并涵盖了诸如管道流、流体、流体动力运动等概念控制，泵，阀门，执行器，涡轮机，水力，计算流体力学，和流动测量。1993年，巴克教授在麻省理工学院做了一次报告题为“流体动力的现在和未来”第八十届托马斯·霍克斯利纪念演讲贺伦敦(1993)。他追踪事态的发展流体动力从流体静力学基本定律的制定到今天的水力应用。在过去的几十年里，科技已经有了更多的用途流体动力。他谈到了来自其他发电、输电方式;如机械和电气，以流体动力和流体进一步发展的可能性。它包括三个主要的各方面:利用流体动力的优势，流体动力缺点的补偿，并利用其他技术的优势来实现改进流体动力技术。他还得出结论为未来流体动力可能发展的表现与预后。经过二十多年的发展，在流体动力方面取得了长足的进步从巴克的讲话中可以看出，他准确地预测了流体动力的趋势和方向。高效和智能设计的流体动力系统是现在在世界范围内需求量很大。研究人员和工程师致力于开发高效、环保、用户友好的流体动力组件和系统。后来，在1995年，在托马斯83号布伦斯教授指出，这是霍克斯利纪念演讲指出了目前许多流体的应用权力可以追溯到嵌入在Bramah开创性工作中的思想，他最出名的是发明了水压机，以及后来的贡献者(Burrows,1996)。他在讲话中强调了在流体动力领域的传感器、材料、计算机和电子学方面的技术革新。他还指出了令人兴奋的挑战和机遇因为流体动力系统将在21世纪出现世纪。新的活动领域可能会产生影响流体动力，比如微加工技术以及新型材料技术。很明显流体动力的研究将是多学科的。艾教授在一个会议上作了报告英国自动控制委员会在伦敦举行在1996年。讲座的题目是“流体的控制”电力系统——应对挑战”，讨论了流体控制的研究电力系统的优缺点，不同的控制方案在元件和系统级别(Edge,1997)。他结束了演讲与一个总结的因素和领域的活动流体动力控制。

2 流体机械强度计算工程实践能力培养的认识

流体机械强度计算课程的强大生命力在于它的实践性，其研究的出发点和归宿点都是为流体机械结构设计服务。流体机械强度计算课程力求使学生具备以下3个方面的技能和经验：(1)坚实的理论基础，包括流体力学理论和有限元理论；(2)程序使用经验，对常用的商业有限元分析程序能够应用；(3)工程实践经验，对不同的工程问题能够评判和确定方案。流体机械强度计算的基本流程为：初步分析→详细分析→有限元分析→结果分析→问题解决。在实际计算中，需要根据工程经验进行问题初判，并非所有问题都需进一步分析，有限元分析不一定是解决问题的最佳手段。要做出正确的初判，需要对常见问题的理论有清晰的解决思路，需要对有限元方法的能力和局限有清楚的认识，同时对可能进行的有限元分析所需的时间和人力有准确的判断。在决定进行有限元分析后，运用理论和经验上的判断，决定计算的模型、规模和类型。能够用尽可能简单的模型、尽可能短的时间获得解决问题所需的分析结果。运用商业有限元软件进行分析，需要清楚每个输入参数的意义和作用，仅仅熟悉软件界面不够。获得分析结果后，问题并没有解决，需要从纷繁复杂的数据中寻找问题的解决方案，总结出简单有效的结论和方案。

3 融合工程实际，编写教材

对于卓越工程师培养而言，面向工程需要的教材建设成为课程建设的一项重要工作。目前该专业应用的课程教材为《水力机械强度计算》，该教材采用传统经典的强度计算方法，以解析的手段初步设计或后续校核泵轴、叶轮、泵体等强度问题。经试用，存在不适于该专业卓越工程师能力培养的两个方面：(1)教材内容与前期学习内容重复率较高。如将近30%篇幅涉及的弹性力学基础以及轴、法兰的应力计算等，学生已在大二系统学习过相关内容。(2)教材内容与强度理论和有限元软件的发展不符。有限元法概念浅显、适用性强，通过将实际物理模型离散化，广泛应用于理论分析无法解决的复杂工程问题，而传统教材较少涉及。任课教师较多在原教材基础上编写讲义，穿插讲解一些现代有限元理论及应用。为适应流体机械专业卓越工程师的培养目标，应当编写适用于卓越工程师的专门教材。该校教师尤其是青年教师应到产学研合作的企业锻炼，熟悉企业工程项目生产、运作和管理的诸多环节，初步具备和企业技术人员合作进行产品研发、联合攻关的能力。在此基础上，联合一些有经验的企业技术人员，有目的地把工程应用的思想引入课程体系，增加实际工程中的一些概念、案例等内容。既依托高校和企业对于工程人才培养的理解与经验，又结合双方各自具备的硬件条件，企业在实际产品结构设计过程中遇到的问题和积累的经验也将反映到教材中，为该专业工程技术人才培养提供了帮助。

总之，通过精心设计流体机械强度计算的教材、案例与教学实践，以及流体机械结构有限元建模、载荷加载与结果分析与评价等，提高了流体机械专业本科生解决实际问题的能力。但综合提高本科生的应用型创新能力是个系统工程，更加需要按照工程人才培养的规律，借鉴国内外创新能力培养的先进经验，逐步改善和勇于探索，为流体机械专业培养更多高素质人才。

参考文献：

[1]张健.流体机械与流体动力工程.,2018.

[2]林华平.卓越工程师教育培养计划.2017.