北京冬奧會的中國“黑科技”：邊界層分離
課程名稱：環境工程原理
課程代碼：1113327
課程類別：專業必修課
開課院系：環境與生態工程系
授課教師：張夢辰
【教師簡介】
張夢辰，博士，研究方向以氧化石墨烯膜為代表的新型二維材料膜用于分子/離子分離。主講課程為《環境工程原理》、《儀器分析》。在教學工作中，認真落實課程思政建設工作，充分挖掘課程思政教育元素，把思想政治教育落實到每一門課程，切實提高人才培養質量。
【課程簡介】
本課程是紡織工程（紡織化學與清潔生產）專業的一門重要的專業基礎課。主要內容包括環境工程原理基礎、分離工程原理和化學與生物反應工程原理。教學目的是通過不斷總結、提煉環境工程學科形成的成熟的、具有共性的污染防治技術原理，構筑環境工程基礎理論，培養和提高學生的工程意識、解決復雜問題的綜合能力和系統、整體優化的觀念。
【專業內容】
邊界層理論、流體流動的阻力損失。
【課程思政目標】
1、增強學生專業自信、科技自信，激發愛國情懷與民族自豪感；
2、樹立學以致用、求真務實、突破創新的科學精神。
【案例內容】
2022年2月4日-20日北京冬奧會成功舉辦。給世界留下深刻印象的除了奧運健兒們的精彩表現，“科技冬奧”也同樣成為本次奧運會的一大亮點。運動員創造更好成績的背后，是無與倫比的科技保障。北京冬奧會上的科技成果，向世界展示了中國力量。
在現代體育賽事當中，運動裝備已經成為了影響運動員比賽成績的一個重要因素。速度滑冰等競速類比賽追求“快”，所以服裝必須考慮風的阻力。在競速類項目比賽服設計中，并不是越光滑的表面風阻越小，恰恰是一種有肌理的凹坑結構面料，阻力最小。由中國品牌安踏自主設計的、被譽為“冰上鯊魚皮”的短道速滑比賽服大放異彩。一件輕薄的比賽服，采用了空氣湍流控制減阻和邊界滑移減阻技術等4大減阻“黑科技”，面料采用類似高爾夫球上的蜂窩結構的粗糙紋理，在身體不同部位，設計了形狀、大小、深度都不同的凹坑結構，可以減少尾流現象，從而達到減阻效果。經風洞測試驗證，最佳姿態的新款速滑服比之前的比賽服減少了11%的空氣阻力。這其中的原因就涉及我們環境工程原理課程流體流動章節中的邊界層分離知識。
在本屆冬奧會上，安踏為12支代表隊提供了專業的比賽裝備，打破了冬季運動項目專業科技產品長期由發達國家壟斷的局面，推出了一系列民族品牌自主創新成果。
課程思政資源包括網頁報道（冬奧黑科技！減少11%阻力的速滑服）、學習強國報道（減阻、防割、吸能……冬奧運動員的“戰袍”中竟然有這么多高科技！）、科普視頻（關于我穿著北京冬奧會國家隊短道速滑服火影跑這件事）。
1、課程知識點
當流體流過曲面時，流體的速度和壓力都有變化。隨著流體沿物面向后流動，邊界層內的流體會逐漸減速，增壓。若流動在逆壓梯度作用下，則會進一步減速，最后整個邊界層內的流體的動能不足以長久的維持流動一直向下游進行，以致在物體表面某處其速度會與勢流的速度方向相反，即產生逆流。該逆流會把邊界層向勢流中排擠，造成邊界層分離。邊界層分離現象導致流體能量大量損失，是流體流動時產生能量損失的重要原因之一。與層流邊界層相比，湍流邊界層的分離點延遲產生，可以減小邊界層分離產生的尾流區，從而減小由物體前后壓強差引起的形體阻力。
2、思政元素引入
在北京冬奧會的賽場上，由中國品牌安踏自主設計的短道速滑比賽服就基于邊界層分離的知識，通過采用類似高爾夫球上的蜂窩結構的粗糙紋理，在身體不同部位，設計了形狀、大小、深度都不同的凹坑結構。這些凹坑結構增大了表面粗糙度，使得表面流體邊界層湍流化，從而使邊界層分離點后移，減小邊界層分離產生的尾流區，達到減小形體阻力的效果。
3、思政內涵升華
北京冬奧會的中國代表隊速度滑冰等競速類比賽服是由中國品牌安踏自主研發制造的。習近平總書記強調：“要營造有利于創新創業創造的良好發展環境。要向改革開放要動力，最大限度釋放全社會創新創業創造動能，不斷增強我國在世界大變局中的影響力、競爭力。”我們的民族企業以“科技+”的中國制造為北京冬奧保駕護航，讓中國冰雪運動裝備擺脫對海外的依賴，用科技助力中國速度。
4、課程思政預期成效
結合北京冬奧會主題與環境工程原理課程內容，特別是面向紡織工程（紡織化學與清潔生產）專業的學生，以競速類比賽的比賽服設計作為切入點，將思政元素與教學案例有機融合，不僅能夠讓學生更好地理解流體流動邊界層分離的知識點，而且能夠引導學生增強專業自信、科技自信，激發愛國情懷與民族自豪感，樹立學以致用、求真務實、突破創新的科學精神。
