《熱流體數(shù)值計算基礎(chǔ)》課程教學大綱（本科）

1、熱流體數(shù)值計算基礎(chǔ)Numerical Computation of Thermal Fluid課程編號：02410039學 分：2學時：30（其中：講課學時：20 實驗學時：0上機學時：10 ）先修課程：計算機應(yīng)用基礎(chǔ)、流體力學適用專業(yè)：熱能與動力工程、新能源科學與工程、建筑環(huán)境與工程專業(yè)教材：數(shù)值熱物理過程一一基本原理及CFD軟件應(yīng)用，何志霞，出版社,2009年8月第1版一、課程性質(zhì)與課程目標（一）課程性質(zhì)（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻）熱流體數(shù)值計算基礎(chǔ)是新能源科學與工程、熱能與動力工程、環(huán)境設(shè)備與工程、 汽車工程等專業(yè)的一門選修課程。它建立在流體力學的基礎(chǔ)上，是針對相關(guān)專業(yè)當前的 計算

2、流體力學這一科研熱點領(lǐng)域而開設(shè)的一門拓展性課程、入門性課程，以向?qū)W生介紹 對流體流動、傳熱、燃燒、化學反響、多相流等的數(shù)值預(yù)測及工程應(yīng)用這一數(shù)值計算技 術(shù)為核心、而以該技術(shù)的實現(xiàn)載體一一各種CFD通用軟件的應(yīng)用為重點。通過課程學 習，拓寬了學生的知識面，使學生獲得將相關(guān)CFD通用軟件具體應(yīng)用于實際專業(yè)問題 的能力，為相關(guān)專業(yè)學生從事該領(lǐng)域的科研并進一步用于工程設(shè)計奠定一定的基礎(chǔ)。（二）課程目標（根據(jù)課程特點和對畢業(yè)要求的貢獻，確定課程目標。應(yīng)包括知識目標和能力 目標。）課程目標1： 了解近年來CFD數(shù)值計算在新能源、工程熱物理等領(lǐng)域的研究進展和 其應(yīng)用現(xiàn)狀及前景；課程目標2：掌握熱流體數(shù)值計算

3、方法和基本原理；課程目標3：掌握熱流體數(shù)值計算所用到的前處理軟件、求解計算軟件及后處理軟 件等的初步使用。注：工程類專業(yè)通識課程的課程目標應(yīng)覆蓋相應(yīng)的工程教育認證畢業(yè)要求通用標準；（三）課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系（認證專業(yè)專業(yè)必修課程填寫）本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中畢業(yè)要求指標點1m-n.畢業(yè)要求1-1:2.畢業(yè)要求注：課程目標與畢業(yè)要求指標點對接的單元格中可輸入“/”，也可標注“H、M、L”。課程目標畢業(yè)要求指標課程目標1課程目標2畢業(yè)要求1-1二、課程內(nèi)容與教學要求(按章撰寫)第一章熱物理過程數(shù)值計算基礎(chǔ)(一)教學內(nèi)容(1)計算流體力學概論(2)熱流體基本特性(3)熱流體控制微分

4、方程(二)教學要求了解本課程的性質(zhì)、研究對象與方法、任務(wù)；了解新能源領(lǐng)域、熱物理過程中所出現(xiàn)的復雜流體流動及傳熱問題的基本概念、 原理及基本工作過程；(3)清楚熱流體控制微分方程。(三)重點與難點.重點重點是掌握熱流體控制微分方程等基本概念；.難點難點是了解熱物理過程數(shù)值計算思想。第二章數(shù)值計算在工程熱物理領(lǐng)域中的應(yīng)用(一)教學內(nèi)容(1)數(shù)值計算技術(shù)的開展概況(2)數(shù)值計算技術(shù)在工程中的應(yīng)用(3)數(shù)值計算CFD商用軟件結(jié)構(gòu)(4)常用的CFD商用軟件(5)數(shù)值計算技術(shù)在工程熱物理領(lǐng)域中的應(yīng)用(二)教學要求了解熱流體數(shù)值計算技術(shù)的開展及在工程中應(yīng)用；了解各種常用的CFD商用軟件的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用情

5、況；了解熱流體數(shù)值計算技術(shù)在新能源及工程熱物理領(lǐng)域中的應(yīng)用。(三)重點與難點.重點重點是了解數(shù)值計算技術(shù)在工程熱物理領(lǐng)域中的應(yīng)用；.難點難點是了解CFD商用軟件的結(jié)構(gòu)及數(shù)值計算的實現(xiàn)。第三章控制微分方程求解的數(shù)值方法(一)教學內(nèi)容(1)數(shù)值計算方法和分類(2)離散化的概念(3)基于有限體積法的控制方程離散(二)教學要求了解各種數(shù)值計算方法；(2)掌握基于有限體積法的控制方程的離散方法。.重點重點是掌握離散化的概念及基于有限體積法的控制方程的離散方法；.難點難點是有限體積法四條基本原那么的理解。第四章熱傳導問題的數(shù)值計算(一)教學內(nèi)容一維穩(wěn)態(tài)熱傳導問題一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題(3)二維與三維熱傳導問

6、題(4)超松弛和欠松弛(二)教學要求掌握從一維穩(wěn)態(tài)熱傳導問題、一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題到二維和三維熱傳導問題 離散化方程的建立乃至求解過程。(三)重點與難點.重點重點是掌握熱傳導問題的離散化及數(shù)值求解方法；.難點難點是熱傳導問題數(shù)值求解過程中邊界條件的處理。第五章對流與擴散問題的數(shù)值計算(一)教學內(nèi)容一維穩(wěn)態(tài)對流與擴散問題(2)多維對流與擴散問題(二)教學要求掌握一維與多維對流與擴散問題控制方程的離散化方法和數(shù)值求解方法。(三)重點與難點.重點重點是掌握對流擴散問題的離散化及數(shù)值求解方法；.難點難點是對各種不同的差分格式物理意義的理解。第六章流場的數(shù)值計算(一)教學內(nèi)容(1)流場數(shù)值計算存在的問題

7、(2)基于交錯網(wǎng)格的動量方程的離散(3)壓力修正算法SIMPLE算法(二)教學要求掌握基于SIMPLE算法的流場計算的數(shù)值計算方法。(三)重點與難點.重點重點是掌握壓力速度耦合求解的SIMPLE算法；.難點難點是對于交錯網(wǎng)格的理解。第七章網(wǎng)格生成軟件Gambit的使用(一)教學內(nèi)容(1)網(wǎng)格生成概述Gambit功能及界面Gambit應(yīng)用實例AutoCAD與Gambit的聯(lián)合使用Pro/E與Gambit的聯(lián)合使用(二)教學要求了解網(wǎng)格生成基本概念，掌握前處理軟件Gambit的具體使用；(2)掌握AutoCAD及Pro/E與Gambit的聯(lián)合使用。(三)重點與難點.重點重點是掌握Gambit軟件的

8、基本使用和操作；.難點難點是AutoCAD與Gambit以及Pro/E與Gambit的聯(lián)合使用。第八章Fluent軟件的使用入門(一)教學內(nèi)容Fluent的概述Fluent的基本操作Fluent軟件基本模型介紹Fluent的應(yīng)用實例(二)教學要求(1)掌握Fluent軟件的基本操作及具體使用；(2)熟悉Fluent軟件的各種基本模型。(三)重點與難點.重點重點是掌握Fluent軟件的基本使用和操作；.難點難點是對Fluent軟件中各種模型具體應(yīng)用的理解。三、本課程開設(shè)的實驗工程(如課程不含實驗，該項可不填)編號實驗工程名稱學時類型要求支撐的課程目標12注：L “類型”填驗證性、綜合性、設(shè)計性等

9、;“要求”填必做、選做。實驗L (實驗名稱)寫明實驗?zāi)繕思耙?。實?：(實驗名稱)寫明實驗?zāi)繕思耙?。四、學時分配及教學方法章教學形式及學時分配主要教學支撐的課（按序填寫）l/T沐實驗上機課外小計方法程目標第一章 熱流體數(shù)值計算基礎(chǔ)22講授第二章熱流體數(shù)值計算在新能源及工 程熱物理領(lǐng)域中的應(yīng)用22講授第三章控制微分方程求解的數(shù)值方法22講授第四章熱傳導問題的數(shù)值計算224講授、演示第五章 對流與擴散問題的數(shù)值計算224講授、研究 探索第六章流場的數(shù)值計算22講授第七章網(wǎng)格生成軟件Gambit的使用325講授、研究 探索第八章Fluent軟件的使用入門549講授、研究探索合計2001030注：

10、1.課程實踐學時按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計劃列入表格；.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、工程、案例等教學方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權(quán)重備注課堂表現(xiàn)出勤與發(fā)言10%平時作業(yè)作業(yè)次數(shù)及質(zhì)量20%課內(nèi)實驗實驗操作與分析處理20%期末考試開卷50%注：1.分學期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學期分別填寫上表。.考核形式主耍包括課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、階段測試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、工程設(shè)計和作品等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開卷、閉卷）、工程設(shè)計要求等。.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績中所占比重。六、參考書目及學習資料（書名，主編，出版社，出版時間及版次）.王福軍.計算流體動力學分析一一CFD軟件原理與應(yīng)用，清華大學出版社,2004. 9 第1版. S.V.帕坦卡,傳熱與流體流動的數(shù)值計算.張政，譯.北京：科學出版社，1992.陶文鈴.數(shù)值傳熱學.2版.西安：西安