《計算流體力學(xué)》(1)課程教學(xué)大綱

《計算流體力學(xué)》課程教學(xué)大綱課程名稱：計算流體力學(xué)課程類別（必修/選修）：選修課程英文名稱：Computationalfluiddynamics總學(xué)時/周學(xué)時/學(xué)分：28/2/1.5其中實驗/實踐學(xué)時：22（計算機操作）先修課程：流體力學(xué)、傳熱學(xué)授課時間：第1-14周周二1-2節(jié)（能源3班）、3-4節(jié)（能源1班）5-6節(jié)（能源4班）、7-8節(jié)（能源2班）授課地點：12L203答疑時間、地點與方式：課前、課后，教室12L203，交流指導(dǎo)課程考核方式：開卷（）閉卷（）課程論文（√）其它（）使用教材：Fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實例，王瑞金，張凱，王剛，清華大學(xué)出版社教學(xué)參考資料：韓占忠,王敬,蘭小平，F(xiàn)LUENT流體工程仿真計算實例與運用，北京理工大學(xué)出版社，第2版；蘇銘德，《計算流體力學(xué)基礎(chǔ)》，清華大學(xué)；陶文銓，《數(shù)值傳熱學(xué)》，西安交通大學(xué)；陳材侃，《計算流體力學(xué)》，華中理工大學(xué)；王福軍，《計算流體動力學(xué)分析》，清華大學(xué)課程簡介：《計算流體力學(xué)》熱能與動力工程及相關(guān)專業(yè)的一門選修課。本課程主要講授計算流體動力學(xué)的基本原理及其軟件Fluent的使用方法。計算流體動力學(xué)是基于流體力學(xué)和計算方法，利用計算機技術(shù)來研究流動傳遞規(guī)律及其應(yīng)用的工程技術(shù)學(xué)科。通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠了解計算流體動力學(xué)的基本原理，初步掌握流體力學(xué)方程組的數(shù)值求解基本方法，學(xué)會使用計算流體動力學(xué)軟件Fluent研究流體流動和傳熱基本問題，為學(xué)生以后從事利用計算流體動力學(xué)進行有關(guān)產(chǎn)品部件的設(shè)計、開發(fā)研究等方面的工作奠定必要的基礎(chǔ)。課程教學(xué)目標一、知識目標：通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠了解計算流體動力學(xué)的基本原理，學(xué)會使用fluent等有關(guān)的計算流體動力學(xué)軟件研究流體流動和傳熱基本問題。二、能力目標：具備數(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(xué)方法進行有關(guān)產(chǎn)品部件的設(shè)計、開發(fā)研究等工作奠定基礎(chǔ)。三、素質(zhì)目標：引入CFD的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生加深對概念的理解和對方程的應(yīng)用；課堂開展研討式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力，提高創(chuàng)新意識；為學(xué)生參與科研和工程實踐提供一種方法。本課程與學(xué)生核心能力培養(yǎng)之間的關(guān)聯(lián)(授課對象為理工科專業(yè)學(xué)生的課程填寫此欄）：核心能力1.掌握及應(yīng)用數(shù)學(xué)、基礎(chǔ)自然科學(xué)以及能源與動力工程專業(yè)知識的能力；核心能力2.具有設(shè)計與執(zhí)行實驗，并通過分析與解釋數(shù)據(jù)，研究能源動力系統(tǒng)問題的能力；核心能力3.具備能源與動力工程領(lǐng)域所需技能、技術(shù)及使用現(xiàn)代工具的能力；□核心能力4.能源動力系統(tǒng)的開發(fā)、運行及控制的設(shè)計能力；□核心能力5.項目管理、有效溝通協(xié)調(diào)與團隊合作能力；核心能力6.發(fā)掘、分析與解決復(fù)雜工程問題的能力，并了解工程技術(shù)及解決方案對環(huán)境、社會及全球的影響；核心能力7．認識科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和持續(xù)學(xué)習(xí)的能力；□核心能力8．理解并遵守職業(yè)道德和規(guī)范、認知專業(yè)倫理，踐行社會主義核心價值觀。理論教學(xué)進程表（實際教學(xué)方式根據(jù)疫情情況調(diào)整）周次教學(xué)主題教學(xué)時長教學(xué)的重點、難點、課程思政融入點教學(xué)方式（線上/線下）教學(xué)手段作業(yè)安排1計算流體動力學(xué)簡介及基礎(chǔ)知識2計算流體動力學(xué)的基本特點與應(yīng)用、連續(xù)性方程、動量方程、能量方程的回顧線上：優(yōu)學(xué)院講授、討論作業(yè)：查閱資料理解計算流體動力學(xué)特點及其應(yīng)用領(lǐng)域2流體力學(xué)控制方程離散化的方法2基于有限差分法的控制方程離散，網(wǎng)格劃分方法，有限差分法的推導(dǎo)過程。課程思政融入點：網(wǎng)格的劃分中理解無限與有限，連續(xù)與非連續(xù)的辯證思維概念線上：優(yōu)學(xué)院講授、討論作業(yè)：思考數(shù)值計算結(jié)果與網(wǎng)格大小的關(guān)系3Fluent軟件簡介2軟件功能、組成和運行、網(wǎng)格生成技術(shù)線上：優(yōu)學(xué)院講授、討論作業(yè)：安裝和熟悉軟件合計：6實踐教學(xué)進程表周次實驗項目名稱學(xué)時重點、難點、課程思政融入點項目類型（驗證/綜合/設(shè)計）教學(xué)手段4Gambit建模2構(gòu)造二維幾何模型綜合線上：優(yōu)學(xué)院5利用Gambit生成二維網(wǎng)格2網(wǎng)格生成方法、劃分結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、討論、操作指導(dǎo)6利用Fluent軟件求解二維管內(nèi)流動2邊界條件設(shè)置，求解參數(shù)設(shè)置綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)7利用Fluent軟件求解冷熱水混合器二維流動2Fluent軟件溫度場求解課程思政融入點：理解自然界中有序到無序的過程，理解宇宙中熵增加的概念。綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)作業(yè)：計算混合過程中的熵增8利用Gambit構(gòu)造三維幾何模型及網(wǎng)格2Gambit中三維幾何模型劃分網(wǎng)格綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)9三維定常速度場計算2求解三維定常流動過程的設(shè)置，獲得可視化結(jié)果綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)10圓柱繞流非穩(wěn)態(tài)流動與卡門渦街現(xiàn)象2湍流模型，非穩(wěn)態(tài)流動設(shè)置和求解過程課程思政融入點：學(xué)習(xí)馮卡門發(fā)現(xiàn)卡門渦街的過程，啟發(fā)學(xué)生如何發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)作業(yè)：寫一篇關(guān)于科學(xué)家馮卡門的介紹及卡門渦街的應(yīng)用案例。11利用Fluent數(shù)值求解空調(diào)房間內(nèi)流場問題2實際工況中求解問題的簡化，房間內(nèi)速度、溫度、壓力場求解綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)12多相流模型介紹及有自由表面水流現(xiàn)象2VOF模型的應(yīng)用，非耦合求解器、定義一個函數(shù)綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)13兩相混合過程計算2Mixture模型綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)14凝固何融化現(xiàn)象2凝固何融化模型綜合線上：優(yōu)學(xué)院課堂講授、操作指導(dǎo)合計：22成績評定方法及標準考核形式評價標準權(quán)重課堂考勤準時參與課堂學(xué)習(xí)，完成簽到與線上視頻學(xué)習(xí)。無故缺勤3次以上，沒有完成視頻學(xué)習(xí)，取消期末考核資格。0.1在線作業(yè)、討論在優(yōu)學(xué)院平臺獨立完成每次課后的作業(yè)并在網(wǎng)上提交（70%），參與老師布置的討論問