中图分类号：G420 文献标识码：B  

流体力学实验是机械工程、土木工程等相关专业的重要课程之一。通过实验课程的学习，首先，可以帮助学生更好地理解流体力学的基本原理，如流体的运动规律、流体的压力、流量和速度等。其次，提高学生的分析和解决问题的能力：流体力学实验需要学生进行大量数据分析和处理，通过实验结果的分析和解释，以及与理论模型的对比，学生可以提高自己的分析和解决问题的能力。

目前，在现在的教学模式下，流体力学实验教学存在教学模式单一^[1]，缺乏激发学生创新思维的实验设计等问题。在实验项目设置中，侧重于验证性实验，可能存在以下不足： 1. 缺乏创新性，难以培养学生的独立思考和探索能力。 2. 太多的验证性实验，难以调动学生的积极性^[2-3]。 因此，为提高流体力学实验教学的效果，在现有基础上，开发新的实验设备，设计更多设计性、探索性和创新性的实验项目尤为迫切。

1  实验台设计

1.1 目标和方案

为解决以上问题，满足更多设计性、探索性和创新性的实验这一要求，本文计划设计一种开放式的基础平台，使其具备基本的供水功能，以及流量、温度、密度、压力等各项参数的测量功能。在此基础上，可以开发多个创新性实验项目。

基于以上目标，新的试验台须包含以下几个部分：

1) 能提供恒定水压的水流回路：底部是大的水槽，由水泵提升水到2米多高的溢流水箱，从溢流水箱再供水到工作平台，再流回到底部水槽。

2) 可以精确测量流量等参数的流量计，安装在从溢流水箱到工作平台之间的管路上。

3) 工作平台具有快速泄流以及防飞溅功能，使水流快速流回底部水槽。

1.2 试验台结构

实验台的结构由一个内部尺寸为（长*宽*高=2200*800*900mm）的大型有机玻璃水箱组成，放置于铝合金支撑加强框架内，上有不锈钢冲孔网板覆盖，可做管材、工具等放置工作台面，又能通过网孔漏水。全铝合金带T型槽铝梁框架，便于灵活安装附加铝结构管，水箱上部两侧配有挡水有机玻璃屏。配有可提供2.4m高恒压供水的溢流水箱1个，固定于水力实验台中间上方。潜水泵1个，流量和水头满足2.4m高恒压溢流供水水箱的实验供水需求。配备数显液气转换测压装置2套，精度1级，学生能根据需要自行设置测压点测量。系统配有0.1%级高精度科里奥利质量流量计一台，可测主管实验流量、流体密度等参数。

2. 实验项目

2.1 实验项目描述

依托本实验台，目前设计了相应的设计性实验——喷管设计项目。

喷管设计项目以公园常见的喷泉为设计目标，要求学生组队使用各种水管、弯头、阀门等材料设计两种符合性能要求的喷泉。设计的喷泉模型包含以下两种：一个可以击中目标的“弧形喷泉”和一个会将物体举起并固定在地面上方的“支撑喷泉”。

第一个喷泉“喷泉A”要求必须在（x₀±Δx，y₀±Δy）的占地面积内从管网中喷出，并击中距离原点（x₀，y₀）L处的固定目标，即（x₀+L，y₀）。喷泉轨迹被限制在一定的高度，并且它必须向目标输送指定流量的水。

第二个喷泉“喷泉B”需要垂直或几乎垂直喷射，以支撑一个稳定高度的塑料球体。每组将被允许选择一个要支撑的球体，并指定一个目标高度来支撑它。

2.2 实验项目扩展性。由于本实验台提供了一个水压稳定的水流，以及配备流量计、差压压力计等测量工具，只需要连接上各种待测目标，即可扩展多个实验项目。比如，在出水口接上孔板流量计、文丘里流量计，就能搭建一个流量计设计分析项目；接上各种水管、弯头等，就可以分析测量水流在管内流动的阻力实验项目。因此，这是一个具有很好扩展性的实验平台。

3. 实验台的运行成效

3.1 流体实验已经开设了众多的流体性质测量、流体机械测试、流动现象分析等验证性实验，使用新的实验台开展喷泉设计实验，使这门实验课增强了趣味性，同时学生在实验中探索能力和设计能力得到提高^[4]。

3.2 扩充了实验类型。新增的设计性实验，在学生能力培养方面是一个很好的补充。同时，依托本实验台，未来还能设计出更多的实验项目。

3.3 具备较高的设备使用率。有别于一些实验装置只能用于一个固定的实验，由于本实验装置具有很好的扩展性，使其具备较高的利用率。

3.4 新增的两个项目式的实验项目，融合多个流体力学知识点，与实践相结合，使学生对专业的认识更加深刻^[5]。

4. 结语

本文为流体力学实验设计了一套水床实验装置，并依托该装置设计了两个喷泉设计项目，丰富了实验项目的种类。这是一个具有高扩展性的实验台，可以在该实验台上开发更多的实验项目。通过设置设计性和探索性的实验项目，激发学生的学习兴趣，培养创新设计能力。

参考文献

[1]刘姣姣,滕海鹏,胡军. "新工科"背景下"流体机械"实验教学方法改革初探[J]. 工业和信息化教育,2020(4):33-36,66.

[2]赵洪洋,胡鹏,杨志国,黄煜,潘军廷.以能力培养为核心的流体力学实验教学改革[J].实验室科学,2021,24(6):100-103107

[3]赵存有,刘训涛,曹贺.工程流体力学课程创新实践平台的构建[J].实验技术与管理,2012,29(9):135-137141

[4]陈春光,杨庆华,宋志明,高迅.流体力学个性化实验体系的构建[J].实验室研究与探索,2009(5):118-121

[5]张丹,赵薇,刘峥,董傲霜.以“工程项目”为任务驱动的教学改革——以流体力学课程为例[J].辽宁工业大学学报：社会科学版,2020,22(2):127-129136

作者简介：谢庆兵；男；1983.03汉族；热能与动力工程学士；浙江大学—伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院教学实验中心副主任；研究方向：机械工程实验室的建设与实验教学