CFD軟件應用基礎 教學大綱

PAGEPAGE8《CFD軟件應用基礎》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱CFD軟件應用基礎課程編號課程性質選修課課程類別學科專業(yè)基礎課開課單位機電工程學院授課學期第學期學分/學時2/32課內(nèi)學時32理論授課16上機學時16課內(nèi)實踐實驗學時課外學時適用專業(yè)智能制造是否雙語否先修課程計算機應用基礎、流體力學后續(xù)課程畢業(yè)設計二、課程簡介《CFD軟件應用基礎》是智能制造專業(yè)的專業(yè)選修課課，為應用性較強的一門課程。本課程通過數(shù)值計算方法對流體力學方程進行離散化求解，對流體流動行為進行模擬和預測。通過理論講解使學生了解CFD的基本原理，通過實踐操作使學生熟練掌握CFD軟件的使用，培養(yǎng)學生對CFD基本理論的理解和應用能力，提高學生解決實際工程問題的能力、學術能力和科研能力。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.把握構造計算方法的基本原理和分析原理，運用數(shù)值計算。課程目標2.具備應用CFD軟件來實現(xiàn)計算流體力學解決實際問題的基本能力。課程目標3.培養(yǎng)學生學會如何把復雜問題簡單化，做事情要抓主要矛盾和矛盾的主要方面，培養(yǎng)學生關注細節(jié)，養(yǎng)成細致，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點2-3：具備文獻資料檢索能力，能夠對文獻進行分析和歸納，并將其用于分析復雜智能制造工程問題，以獲得有效結論。2-問題分析課程目標2指標點5-2：能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。5-使用現(xiàn)代工具課程目標3指標點7-2：能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度思考專業(yè)工程實踐的可持續(xù)性，評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。7-環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元CFD基礎知識（學時數(shù)：2學時）理論課程：1.課程主要內(nèi)容1）流體與流動的基本性質。2）流體動力學控制方程。3）CFD求解過程。4）CFD軟件結構。5）常用的CFD常用軟件2.重點和難點1）流體動力學控制方程，通過控制方程建立物理模型。2）CFD求解過程3.教學方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學相結合，闡明課程與教學基本原理，豐富學生課程與教學的基本知識結構。強調(diào)我國在流體力學領域的成就和貢獻，引導學生樹立民族自豪感和愛國精神。4.學生學習預期成果理解和應用CFD控制方程，能夠自主分析實際問題，建立工程實際的物理模型。5.支撐課程目標具備文獻資料檢索能力，能夠對文獻進行分析和歸納，并將其用于分析復雜智能制造工程問題，以獲得有效結論。第二單元網(wǎng)格的生成（學時數(shù)：10學時）理論課程：1.課程主要內(nèi)容1）非結構化網(wǎng)格2）結構化網(wǎng)格3）網(wǎng)格質量判斷與提高2.重點和難點結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格的生成。3.教學方法通過案例分析，使學生掌握網(wǎng)格的畫法，CFD學習需要具備一定的數(shù)學、物理和計算機基礎，引導學生思考，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的反思能力。4.學生學習預期成果學會網(wǎng)格的畫法。5.支撐課程目標能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。上機課程：1.課程主要內(nèi)容收縮-擴張噴管實例（分別用結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格）2.重點和難點非結構網(wǎng)格的劃分3.實施方式上機操作4.學習要求學會網(wǎng)格的生成5.學生學習預期成果能夠自己動手劃分網(wǎng)格，提高學生的實踐能力。7.支撐課程目標能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。第三單元Fluent軟件基本應用（學時數(shù)：10學時）理論課程：1.課程主要內(nèi)容1）Fluent的操作界面2）選擇求解器及計算模型3）定義材料4）設置邊界條件5）設置求解控制參數(shù)6）流場迭代計算7）計算結果后處理2.重點和難點設置求解控制參數(shù)及流場迭代計算。3.教學方法通過案例分析，使學生掌握Fluent軟件的操作流程，熟練運用Fluent軟件，在使用fluent軟件進行流體模擬時，需要保證數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，培養(yǎng)學生的誠信品質。4.學生學習預期成果熟練運用Fluent軟件。5.支撐課程目標能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。上機課程：1.課程主要內(nèi)容引射器應用實例，混合器應用實例2.重點和難點求解控制參數(shù)的設置和流場迭代參數(shù)的設置。3.實施方式上機操作4.學習要求熟練運用Fluent軟件。5.學生學習預期成果能夠自己分析實際工程問題，根據(jù)實際情況確定求解控制參數(shù)的設置和流場迭代參數(shù)，成功運行Fluent軟件。提高學生的科學素養(yǎng)，使他們更加嚴謹、準確地理解和分析流體流動現(xiàn)象。7.支撐課程目標能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。第四單元CFD綜合應用實例（學時數(shù)：8學時）理論課程：1.課程主要內(nèi)容1）內(nèi)部流動分析實例2）外部流動分析實例2.重點和難點根據(jù)實際工程分析，創(chuàng)建物理模型，確定控制參數(shù)及運行參數(shù)。3.教學方法通過案例分析，使學生掌握CFD數(shù)值仿真的流程和步驟，將復雜工程問題成功運用CFD數(shù)值仿真得到結果。CFD數(shù)值仿真在環(huán)境保護、能源利用等領域的應用，引導學生關注社會問題，培養(yǎng)他們的社會責任意識。4.學生學習預期成果CFD數(shù)值仿真的成功應用。5.支撐課程目標能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度思考專業(yè)工程實踐的可持續(xù)性，評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。上機課程：1.課程主要內(nèi)容三通內(nèi)水的流動，圓柱繞流。2.重點和難點根據(jù)實際工程分析，創(chuàng)建物理模型，確定控制參數(shù)及運行參數(shù)。3.實施方式上機操作，小組合作，協(xié)作完成復雜的流體模擬任務，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神。4.學習要求能夠成功進行CFD數(shù)值仿真，得到模擬結果。5.學生學習預期成果學生親自操作CFD軟件進行流體模擬，以提高學生的實踐能力和解決實際工程問題的能力。7.支撐課程目標能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對智能制造工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度思考專業(yè)工程實踐的可持續(xù)性，評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐理論課程課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元CFD基礎知識講授法課程目標122第二單元網(wǎng)格的生成案例教學課程目標2、66第三單元Fluent軟件基本應用案例教學課程目標266第四單元CFD綜合應用實例案例教學課程目標2、322合計1616上機課程課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排第二單元網(wǎng)格的生成小組合作學習課程目標24第三單元Fluent軟件基本應用小組合作學習課程目標24第四單元CFD綜合應用實例小組合作學習課程目標2、36上機測試2合計16五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則上機作業(yè)40%作業(yè)（百分制）40本門課程5次作業(yè)，主要考核CFD軟件的成功運行，得到模擬結果（各物理參數(shù)的云圖，曲線圖）。目標分值=0.4*上機作業(yè)成績上機測試30%上機測試（百分制）30在規(guī)定時間內(nèi)完成特定工程CFD仿真模擬，得到模擬結果（各物理參數(shù)的云圖，曲線圖）。目標分值=0.3*上機考核成績小論文30%小論文（百分制）30自選題目，寫一篇某一工程CFD仿真的學術論文（包括工程問題概述，建立物理模型，網(wǎng)格劃分，F(xiàn)lunet運行及后處理結果）目標分值=0.3*小論文成績（二）課程考核對課程目標的支撐教學內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元…計算流體力學基礎知識作業(yè)課程目標1第二單元…結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格的生成上機作業(yè)，上機測試，課程目標2第三單元…選擇求解器及運行環(huán)境，確定計算模型，設定邊界條件，設定計算參數(shù)，進行計算并進行后處理上機作業(yè)，上機測試，課程目標2第四單元…工程案例的數(shù)值反真全部過程（物理模型+網(wǎng)格劃分+Fluent