CFD软件在空气洁净技术教学中的应用研究

1、    cfd软件在空气洁净技术教学中的应用研究    向夏楠+蒯大秋摘 要 在分析空气洁净技术教学现状的基础上，结合实践经验，提出将cfd技术引入空气洁净技术教学中，列举不同形式的气流组织及其产生的不同效果等几个实践教学案例，认为将cfd技术引入空气洁净技术的教学环节，能进一步提高教学质量，为学生学习该课程奠定坚实的基础。关键词 cfd；空气洁净技术；实验室：g642.0 ：b：1671-489x（2017）14-0036-02application of cfd in air cleaning technology teaching/xiangxia

2、nan， kuai daqiuabstract on the base of analysis of present teaching situation in theair cleaning technology and practical experience， author brings for-ward the cfd technology into the teaching of the air cleaning tech-nology. illustrates different forms of air distribution and produce different eff

3、ects， and several practical teaching case. that the cfdtechnology into practice teaching， improves the quality and effective-ness of teaching， and lays a solid foundation for the students specia-lized course learning.key words cfd； air cleaning technology； laborary1 引言空气洁净技术1是湖南城市学院建环专业一门十分重要的专业课。近年

4、来，国家提出统筹推进世界一流大学和一流学科建设，这对湖南城市学院教学改革也提出较高的要求，一方面需要紧扣“应用”二字进行改革，另一方面又要保证教学质量。具体而言，则是要求教师能够压缩理论课时，提高教学效率，增强实践能力。 而要实现以上要求，存在一定困难，主要表现在理论教学部分较为抽象，如果减少时间，沿用传统的板书式教学方法，则无法具体动态地将课程中所描述的现象讲授给学生，易造成理论知识与实际现象脱节，难以保证教学质量。如何通过改革教学内容、教学方法和教学手段解决以上问题，成为教学改革中的难点与重点2-4。cfd（computational fluid dynamics，即计算流体动力学）是流体

5、力学的一个分支。cfd是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物。它以计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。由于计算机技术的发展，使cfd技术已经被广泛应用于各种工程实践中。本文的研究即将cfd软件应用于空气洁净技术教学中，从而丰富教学内容，提高教学质量5-6。2 空气洁净技术教学现状随着科学技术的不断发展，越来越多的场所对洁净空气提出较高的要求，比如微电子产品工厂、生物医药生成车间、食品加工厂、医院等，都要求微型化、精密化、高纯度、高质量和高可靠性的室内环境。空气洁净技术已成为现代工业生产、医疗和科学实验不可缺

6、少的基础条件，是保证产品质量和环境安全的重要手段，获得了越来越广泛的应用。空气洁净技术是建环专业工程人员的重要专业课程，許多院校开设了该课程，但是在教学过程中普遍存在一个问题，即重视理论教学而忽略实践教学。一方面为了提高教学质量，应更多地开设实验课程，通过实践来验证所学的理论知识，可以使得知识掌握更加牢固；另一方面，由于实验室建设需要资金投入，而该课程的实验繁多，学校的硬件支持难以到位，因此，本文提出在空气洁净技术教学中引进cfd技术，在计算机上进行模拟实验，模拟部分难以在实验室实现的实验。cfd技术在空气洁净技术教学中的应用十分广泛，如应用在本课程最重要的章节“空气洁净原理”的教学中。洁净室

7、按照气流组织可以分为四类：单向流洁净室；非单向流洁净室（乱流洁净室）；辐射式洁净室；混合流（局部单向流）洁净室。在教材中只使用了简单的图片，对这几种不同的气流组织形式进行描述，如果教师在课件中也使用这几张图片，想必会导致教学效果一般；如果利用cfd技术，将上述几种不同的气流组织的形式进行动画演示，不但能吸引学生的注意，更会加深其对知识点的理解。3 cfd技术应用于空气洁净技术教学的优点cfd技术在空气洁净技术领域有着适应性强、应用面广的优点。由于工程问题往往变量多，几何形状复杂，只能通过cfd方法才能找到满足工程需要的数值解。另外，cfd方法不受物理模型和实验条件的限制，省时省钱，可以灵活应用

8、，且能给出详细完整的资料。而在教学过程中，如果能针对学生的具体情况，充分利用cfd软件的计算和分析优势，将空气洁净技术的教学与cfd的数值仿真技术结合起来，可以提高学生的学习积极性和分析创新能力，大大增强教学效果，减小少学时对课程教学的影响。可以说，虽然目前本科教育中尚未将cfd技术列入必修课程，但是该技术是建环专业将来不可或缺的工具。而空气洁净技术中所涉及的大量现象都与流体力学相关，可以通过应用cfd软件进行模拟，让学生对枯燥的理论有较为直观的认知，且能熟悉该方面的软件，也能增强学生运用计算机解决实际问题的能力。通过在教学中增加最新的计算机技术的方式，扩展了学生的思维，扩大了视野。如果学生自

9、己动手制作该方面的软件，可以使他们将课堂知识更好地融入日后的工程实践中去。endprint4 cfd技術在空气洁净技术教学中的实践应用实例1：置换通风与混合通风的比较 在空气洁净技术教学中，置换通风与混合通风方式的比较非常适合使用cfd软件进行模拟比较。混合通风方式是目前常用的通风方式，但是对于一些特殊场合，比如医院，该方式会导致新风与室内空气混合，有可能造成交叉感染；而置换通风就能克服以上问题。相对于课本上的描述，cfd软件可以显示得更加全面，这两种不同的通风方式的区别一目了然（如图1、图2所示）。实例2：送排风口位置对气流组织的影响 如图3、图4所示，本实例中可以看到送排风口的不同位置会对

10、房间的气流组织产生很大影响，房间内的物品也会对气流组织产生很大影响，如果需要对气流组织进行合理设计，光靠理论知识还不足以解决这类问题，必须应用cfd技术才能更合理准确地进行。在该课程以往的教学中难以找到合适的课后习题，导致学生下课后没有复习的过程，也不利于增强教学效果。使用cfd软件后，可以让学生自己动手做相关的模拟课题，而且易于防止抄袭现象，因为cfd软件的前处理软件gambit可以方便定义建筑的几何尺寸以及边界条件等，可以做到一人一题。通过这个环节，不但可以提高学生的知识掌握程度，更加能提高学生的创新能力和动手能力。5 结论将cfd技术与空气洁净技术的教学结合，充分利用cfd软件的图像显示功能，将枯燥的理论知识生动地在电脑上演示出来，有利于学生对知识的理解，加深印象，能进一步提高教学质量，为学生专业课的学习奠定坚实的基础。同时能提高学生的计算机应用能力，扩展视野，符合素质教育的根本要求。参考文献1毛军，熊艳，薛琳.实施计算流体力学本科教学的可行性分析j.高等建筑教育，2003（2）：46-52.2温正，石良臣，任毅如.fluent流体计算应用教程m.北京：清华大学出版社，2009.3郑捷庆，邹锋，张军，等.cfd软件在工程流体力学教学中的应用j.中国现代教育装备，2007（10）：119-121.4李国威，崔