《冶金过程模型与仿真》课程简介与教学大纲

《冶金过程模型与仿真》教学大纲课程编号：01014907课程名称：冶金过程模型与仿真/ModelandsimulationofMetallurgicalprocess学分：2学分学时：32学时（实验：0上机：0课外实践：0）适用专业：冶金工程建议修读学期：第7学期开课单位：冶金工程学院课程负责人：先修课程：高等数学、大学计算机基础、物理化学、冶金传输原理考核方式与成绩评定标准：本课程考核采用考试与平时作业、章节测试、实验报告相结合的形式。考核成绩由平时成绩（有平时作业、章节测试及实验报告构成）与期末成绩组成。论文与课题案例相结合的形式。平时成绩占总成绩的50%，期末测试占50%。教材与主要参考书目：【主要教材】陈建斌.冶金过程数值模拟基础.北京：冶金工业出版社，2008.第1版。【参考书目】1.赫冀成.冶金过程数学模型概论.北京：中国金属学会，1988，第1版。2.龙红明.冶金过程数学模型与人工智能优化，，冶金工业出版社，2010，第1版。3.帕坦卡,郭宽良译.传热与流体流动的数值计算.中国科学技术大学出版社1984，第1版。内容概述：本课程是冶金工程专业本科生的专业选修课程（钢铁冶金模块），是计算机在冶金中的得到广泛应用，为了提高学生在这方面的知识而开设的新课程；通过本课程知识的传授，使学生可以掌握数学模型的建立以及模型求解，研究钢铁冶金过程中的各种现象和内在的规律，为冶金自动化发展打下基础。本课程主要包括传输过程数学模型、炼铁过程数学模型、炼钢过程数学模型以及连铸过程数学模型等几个部分。《冶金过程模型与仿真》教学大纲课程编号：01014907课程名称：冶金过程模型与仿真/ModelandsimulationofMetallurgicalprocess学分：2学分学时：32学时（实验：0上机：0课外实践：0）适用专业：冶金工程建议修读学期：第7学期开课单位：冶金工程学院课程负责人：先修课程：高等数学、大学计算机基础、物理化学、冶金传输原理后续课程：一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是冶金工程专业本科生的专业选修课程（钢铁冶金模块），是计算机在冶金中的得到广泛应用，为了提高学生在这方面的知识而开设的新课程；通过本课程知识的传授，使学生可以掌握数学模型的建立以及模型求解，研究钢铁冶金过程中的各种现象和内在的规律，为冶金自动化发展打下基础。本课程主要包括传输过程数学模型、炼铁过程数学模型、炼钢过程数学模型以及连铸过程数学模型等几个部分。【目的与任务】通过本课程学习，使学生掌握如何运用数学模型的手段对冶金过程进行模拟研究，熟悉有限体积法对传输过程基本方程的离散，并通过数值求解和分析，得到可视化的效果来分析冶金反应器里面的流动、传热和传质现象。使学生初步掌握数值计算的技能，进一步完善知识结构。本课程的任务是通过该课程的教学。要求学生利用数学模型研究的基本原理和方法以及如何运用数学模型去指导和解决生产实际问题，较深刻理解数学模型并运用数学模型去推动生产实践。【支撑毕业要求指标点】毕业要求1.工程知识，指标点1.2.能够利用数学知识对工程中的一些现象进行建模，并能够编写程序采用计算机求解；毕业要求1.工程知识1.3.能够利用本课程理论知识对冶金过程建立的相关模型进行求解；毕业要求2.问题分析，指标点2.3.具备分析冶金工程领域复杂工程问题和创新的能力；毕业要求5.使用现代工具，指标点5.1.针对复杂的问题，开发、选择与使用恰当的技术工具。二、教学内容及学时分配冶金过程模型与仿真是研究将复杂的冶金过程抽象化，将冶金过程中一个或者多个反应器内的流体的流动、传热、传质以及化学反应进行模型化研究，通过本课程学习，学生应能对冶金过程单元反应器内从建立模型到模型求解和结果后处理。本课程总学时数为32学时，其中理论教学为32学时，实验教学为0学时；课程教学共有5章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点（☆）难点（Δ）学时安排实验学时上机学时备注一、数学模型绪论2数学模型的意义及分类C建立数学模型的步骤C二、传输原理数学模型4基本概念及传输模型的建立A☆Δ传输模型的分类B传输模型的初始条件以及边界条件B三、炼铁、炼钢物料平衡和热平衡4炼铁过程中的物料平衡B☆炼铁过程中的热平衡B炼钢过程中的物料平衡B☆炼铁过程中的热平衡B四、微分方程模型12微分方程的离散化方法A☆传热方程；差分方程的建立B对流与扩散BTDMA算法BΔ上机流场计算的SIMPLE算法B五、仿真软件及案例☆10Fluent软件介绍C上机Fluent软件计算原理B高炉炉缸侵蚀模型的建立B上机高炉炉缸侵蚀模型的求解B上机连铸板坯凝固过程模型的建立B上机连铸板坯凝固过程模型的求解后处理B上机（教学要求：A—熟练掌握；B—掌握；C—了解）三、建议实验（上机）项目及学时分配上机一：Fluent软件介绍2学时上机二：TDMA算法2学时上机三：高炉炉缸侵蚀模型的建立2学时上机四：高炉炉缸侵蚀模型的求解2学时上机五：连铸板坯凝固过程模型的建立2学时上机六：连铸板坯凝固过程模型的求解后处理2学时四、教学方法与手段本课程教学过程分理论教学和实验教学，理论教学以课堂多媒体教学结合上机进行。五、考核方式与成绩评定标准本课程考核采用考试与平时作业、章节测试、实验报告相结合的形式。考核成绩由平时成绩（有平时作业、章节测试及实验报告构成）与期末成绩组成。论文与课题案例相结合的形式考核环节评价环节评估毕业要求平时成绩（50分）上机11.2、2.3、5.1上机2-52.3期末测试（50分）上机测试2.3六、教材与参考书目【教材】陈建斌.冶金过程数值模拟基础.北京：冶金工业出版社，2008.第1版。【参考书目】1.赫冀成.冶金过程数学模型概论.北京：中国金属学会，1988，第1版。2.龙红明.冶金过程数学模型与人工