《計算流體力學》(3)課程教學大綱

《計算流體力學》教學大綱課程名稱：計算流體力學課程類別（必修/選修）：選修課程英文名稱：Computationalfluiddynamics總學時/周學時/學分：32/2/2其中實驗/實踐學時：22先修課程：工程流體學、傳熱學、工程熱力學后續(xù)課程支撐：新能源利用課程設計、專業(yè)綜合設計實驗、畢業(yè)實習與設計授課時間：2,3-18周，星期一1-2節(jié)授課地點：松山湖校區(qū)化能學院12L203開課學院：化學工程與能源技術學院答疑時間、地點與方式：1.課堂：每次上課的課前、課間和課后進行答疑；2.課外：可直接到機電樓12J401辦公室進行答疑；3.線上：建立微信課程群，實施線上答疑。課程考核方式：開卷（）閉卷（）課程論文（）其它（）使用教材：1.Fluent技術基礎與應用實例，王瑞金，張凱，王剛，清華大學出版社。2.ANSYSFluent實例詳解，胡坤，胡婷婷馬海峰，機械工業(yè)出版社，2018。教學參考資料：1、《數(shù)值傳熱學》陶文銓編，西安交通大學出版社，2001；2、《計算流體動力學分析》王福軍編，清華大學出版社，2019。課程簡介：《計算流體力學》熱能與動力工程及相關專業(yè)的一門選修課。本課程主要講授計算流體動力學的基本原理及其軟件Fluent的使用方法。計算流體動力學是基于流體力學和計算方法，利用計算機技術來研究流動傳遞規(guī)律及其應用的工程技術學科。通過本門課程的學習，使學生能夠了解計算流體動力學的基本原理，初步掌握流體力學方程組的數(shù)值求解基本方法，學會使用計算流體動力學軟件Fluent研究流體流動和傳熱基本問題，為學生以后從事利用計算流體動力學進行有關產(chǎn)品部件的設計、開發(fā)研究等方面的工作奠定必要的基礎。課程教學目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐：課程教學目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求目標1：正確理解和掌握與計算流體力學有關的基本概念、基本知識以及基本原理，掌握數(shù)值模擬的過程及原理，通過本門課程的學習，了解計算流體動力學的基本原理2-2能具備應用工程科學的基本原理和技術方法對能源與動力工程復雜工程問題進行表達與建模的能力2能夠運用數(shù)學、自然科學和能源與動力工程領域所涉及的基本原理和技術方法，進行能源與動力工程領域中復雜問題的識別、表達、文獻研究及分析，并獲得明確結論。目標2：掌握數(shù)值分析工程流動和傳熱問題的基本能力，為從事利用計算流體動力學方法進行有關產(chǎn)品部件的設計、開發(fā)研究等工作奠定基礎，學會使用fluent、GAMBIT、Tecplot等有關的計算流體動力學軟件研究流體流動和傳熱基本問題5-1能夠?qū)⒂嬎銠C程序語言、CAD、能源動力領域仿真模擬軟件等現(xiàn)代工具，應用于分析、模擬、設計能源動力領域相關設備及系統(tǒng)，并能夠理解其局限性5能夠開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，對能源動力領域復雜工程問題進行預測、模擬、求解和論證，并能夠理解其局限性。目標3：根據(jù)CFD的教學內(nèi)容，理解對專業(yè)課程中相關理論方程組的應用；課堂開展研討式教學，培養(yǎng)學生獨立思考的能力，提高創(chuàng)新意識；為學生參與科研和工程實踐提供一種方法5-2能夠開發(fā)專用的現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，滿足進行能源與動力工程設計、制造和研發(fā)工程實踐的需要。5能夠開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，對能源動力領域復雜工程問題進行預測、模擬、求解和論證，并能夠理解其局限性。理論教學進程表周次教學主題授課教師學時數(shù)教學內(nèi)容（重點、難點、課程思政融入點）教學模式線下/混合式教學方法作業(yè)安排支撐課程目標2計算流體動力學簡介及基礎知識陳捷超、楊小平2計算流體動力學的基本特點（重點）；應用、連續(xù)性方程、動量方程、能量方程的回顧（難點）。課程思政融入點：介紹計算流體力學發(fā)展歷史，向?qū)W生傳遞優(yōu)秀的科學家克服艱難困苦、勇攀科學高峰的社會主義核心價值觀。線下課堂講授課程思政作業(yè)：通過文獻檢索或網(wǎng)絡資源查找，每人須完成不少于1500字關于計算流體力學發(fā)展的綜述。目標一4流體力學控制方程離散化的方法陳捷超、楊小平2計算流體動力學方程離散化的基本原理（重點）；流體力學控制方程離散化的方法（難點）。線下課堂講授目標一5Fluent軟件簡介陳捷超、楊小平2軟件功能、組成和運行（重點）；網(wǎng)格生成技術（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二6Gambit軟件建模陳捷超、楊小平2Gambit軟件簡介（重點）；利用Gambit軟件建立幾何模型（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二11三維定常速度場仿真計算陳捷超、楊小平2三維定常流動過程的設置（重點）；掌握后處理方法獲得可視化結果（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二合計10實踐教學進程表周次實驗項目名稱授課教師學時教學內(nèi)容（重點、難點、課程思政融入點）項目類型（驗證/綜合/設計）教學方法支撐課程目標7利用Gambit軟件生成二維網(wǎng)格陳捷超、楊小平2網(wǎng)格劃分對數(shù)值模擬的作用（重點）；利用Gambit軟件生成網(wǎng)格（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二8利用Fluent軟件求解二維管內(nèi)流動陳捷超、楊小平2二維圓管建模并生成網(wǎng)格（重點）；邊界條件設置，求解參數(shù)設置（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二9利用Fluent軟件求解冷熱水混合器二維流動陳捷超、楊小平2混合器建模并生成網(wǎng)格（重點）；Fluent軟件溫度場求解（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二10利用Gambit構造三維幾何模型及網(wǎng)格陳捷超、楊小平2Gambit構造三維幾何模型的方法（重點）；不同類型三維網(wǎng)格的生成方法（難點）；管理的性質(zhì)與功能。綜合課堂講授和實踐操作目標二12圓柱繞流非穩(wěn)態(tài)流動與卡門渦街現(xiàn)象陳捷超、楊小平2湍流模型設置的簡介（重點）；非穩(wěn)態(tài)流動設置和求解過程（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二13利用Fluent數(shù)值求解空調(diào)房間內(nèi)流場問題陳捷超、楊小平2空調(diào)房間模型構建（重點）；速度、溫度和壓力場可視化（難點）；實際工況中求解問題的簡化。綜合課堂講授和實踐操作目標二14多相流模型介紹及有自由表面水流現(xiàn)象仿真計算陳捷超、楊小平2VOF模型詳解（重點）；非耦合求解器的設置（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標二15兩相混合過程仿真計算陳捷超、楊小平2兩相混合建模（重點）；Mixture模型和DPM模型的設置（難點）.綜合課堂講授和實踐操作目標二16凝固和融化現(xiàn)象仿真計算陳捷超、楊小平2凝固和融化現(xiàn)象仿真建模（重點）；設置凝固融化模型進行計算（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標三17甲烷燃燒過程仿真陳捷超、楊小平2多組分燃燒模型構建（重點）；設置燃燒模型進行計算（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標三18可動區(qū)域流體流動及后處理軟件學習陳捷超、楊小平2MRF模型和MM模型詳解（重點）；Tecplot軟件詳解（難點）。綜合課堂講授和實踐操作目標三合計22課程考核課程目標支撐畢業(yè)要求指標點評價依據(jù)及成績比例（%）權重（%）平時作業(yè)期末論文目標一2-25510目標二5-1353570目標三5-2101020總計5050100附錄：各類考核評分標準表平時作業(yè)評分標準觀測點評分標準A(100)B(85)C(70)D(0)基本概念掌握程度概念清楚，答題正確。概念比較清楚，作業(yè)比較認真，答題比較正確。概念基本清楚，答題基本正確。概念不太清楚，答題錯誤較多。解決問題的方案正確性解題思路清晰，計算正確概念比較清楚，作業(yè)比較認真，答題比較正確。概念基本清楚，答題基本正確。概念不太清楚，答題錯誤較多。作業(yè)完成態(tài)度按時完成，書寫工整、清晰，符號、單位等按規(guī)范要求執(zhí)行按時完成，書寫清晰，主要符號、單位按照規(guī)范執(zhí)行按時完成，書寫較為一般，部分符號、單位按照規(guī)范執(zhí)行未交作業(yè)或后期補交，不能辨識，符號、單位等不按照規(guī)范執(zhí)行課程論文評分標準觀測點評分標準A(100)B(85)C(70)D(0)選題創(chuàng)新性選題研究內(nèi)容及研究方法具有較強創(chuàng)新性，可綜合運用所學理論知識的能力選題一般，研究內(nèi)容及研究方法具有較強創(chuàng)新性，可綜合運用所學理論知識能力選題難度一般，研究內(nèi)容及研究方法較為簡單，理論知識能力運用一般選題研究內(nèi)容及研究方法較簡單，理論知識能力運用過于基礎網(wǎng)格合理性網(wǎng)格劃分非常合理，案例變通能力強，Gambit軟件使用好網(wǎng)格劃分合理，可根據(jù)案例進行變通，Gambit軟件使用較好計算網(wǎng)格可進行計算，基本掌握Gambit軟件網(wǎng)格劃分質(zhì)量差，Gambit軟件掌握程度差設置準確性靈活應用Fluent軟件，設計動手能力強，設置具有較強創(chuàng)新性設計合理、完全掌握并運用Fluent軟件計算設置基本合理，基本能綜合運用Fluent軟件設計不合理，理論分析與計算有原則性錯誤結果科學性數(shù)據(jù)準確合理，符合實際物理過程，