《计算流体力学》(2)课程教学大纲

《计算流体力学》教学大纲课程名称：计算流体力学课程类别（必修/选修）：选修课程英文名称：Computationalfluiddynamics总学时/周学时/学分：32/2/2其中实验/实践学时：28先修课程：工程流体学、传热学、工程热力学后续课程支撑：新能源利用课程设计、专业综合设计实验、新能源利用课程设计、毕业实习与设计授课时间：1-16周，星期四3-4节（1班），星期五3-4节（2，3班）授课地点：松山湖校区化能学院12L203授课对象：18能源1、2、3班开课学院：化学工程与能源技术学院答疑时间、地点与方式：1.课堂：每次上课的课前、课间和课后进行答疑；2.课外：可直接到机电楼12J401办公室进行答疑；3.线上：建立微信课程群，实施线上答疑。课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（）使用教材：1.Fluent技术基础与应用实例，王瑞金，张凯，王刚，清华大学出版社。教学参考资料：1、《数值传热学》陶文铨编，西安交通大学出版社，2001；2、《计算流体动力学分析》王福军编，清华大学出版社，2019。课程简介：《计算流体力学》热能与动力工程及相关专业的一门选修课。本课程主要讲授计算流体动力学的基本原理及其软件Fluent的使用方法。计算流体动力学是基于流体力学和计算方法，利用计算机技术来研究流动传递规律及其应用的工程技术学科。通过本门课程的学习，使学生能够了解计算流体动力学的基本原理，初步掌握流体力学方程组的数值求解基本方法，学会使用计算流体动力学软件Fluent研究流体流动和传热基本问题，为学生以后从事利用计算流体动力学进行有关产品部件的设计、开发研究等方面的工作奠定必要的基础。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：课程教学目标支撑毕业要求指标点毕业要求目标1：正确理解和掌握与计算流体力学有关的基本概念、基本知识以及基本原理，掌握数值模拟的过程及原理，通过本门课程的学习，了解计算流体动力学的基本原理2-2能具备应用工程科学的基本原理和技术方法对能源与动力工程复杂工程问题进行表达与建模的能力2能够运用数学、自然科学和能源与动力工程领域所涉及的基本原理和技术方法，进行能源与动力工程领域中复杂问题的识别、表达、文献研究及分析，并获得明确结论。目标2：掌握数值分析工程流动和传热问题的基本能力，为从事利用计算流体动力学方法进行有关产品部件的设计、开发研究等工作奠定基础，学会使用fluent、GAMBIT、Tecplot等有关的计算流体动力学软件研究流体流动和传热基本问题5-1能够将计算机程序语言、CAD、能源动力领域仿真模拟软件等现代工具，应用于分析、模拟、设计能源动力领域相关设备及系统，并能够理解其局限性5能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，对能源动力领域复杂工程问题进行预测、模拟、求解和论证，并能够理解其局限性。目标3：根据CFD的教学内容，理解对专业课程中相关理论方程组的应用；课堂开展研讨式教学，培养学生独立思考的能力，提高创新意识；为学生参与科研和工程实践提供一种方法5-2能够开发专用的现代工程工具和信息技术工具，满足进行能源与动力工程设计、制造和研发工程实践的需要。5能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，对能源动力领域复杂工程问题进行预测、模拟、求解和论证，并能够理解其局限性。理论教学进程表周次教学主题授课教师学时数教学内容（重点、难点、课程思政融入点）教学模式（线上/混合式/线下教学方法作业安排支撑课程目标1计算流体动力学简介及基础知识陈捷超、杨小平2计算流体动力学的基本特点（重点）；应用、连续性方程、动量方程、能量方程的回顾（难点）。课程思政融入点：介绍计算流体力学发展历史，向学生传递优秀的科学家克服艰难困苦、勇攀科学高峰的社会主义核心价值观。混合式课堂讲授与小组讨论课程思政作业：通过文献检索或网络资源查找，每人须完成不少于1500字关于计算流体力学发展的综述。目标一2流体力学控制方程离散化的方法陈捷超、杨小平2计算流体动力学方程离散化的基本原理（重点）；流体力学控制方程离散化的方法（难点）。混合式课堂讲授与小组讨论目标一合计4实践教学进程表周次实验项目名称授课教师学时教学内容（重点、难点、课程思政融入点）项目类型（验证/综合/设计）教学方式支撑课程目标3Fluent软件简介陈捷超、杨小平2软件功能、组成和运行（重点）；网格生成技术（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二4Gambit软件建模陈捷超、杨小平2Gambit软件简介（重点）；利用Gambit软件建立几何模型（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二5利用Gambit软件生成二维网格陈捷超、杨小平2网格划分对数值模拟的作用（重点）；利用Gambit软件生成网格（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二6利用Fluent软件求解二维管内流动陈捷超、杨小平2二维圆管建模并生成网格（重点）；边界条件设置，求解参数设置（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二7利用Fluent软件求解冷热水混合器二维流动陈捷超、杨小平2混合器建模并生成网格（重点）；Fluent软件温度场求解（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二8利用Gambit构造三维几何模型及网格陈捷超、杨小平2Gambit构造三维几何模型的方法（重点）；不同类型三维网格的生成方法（难点）；管理的性质与功能。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二9三维定常速度场仿真计算陈捷超、杨小平2三维定常流动过程的设置（重点）；掌握后处理方法获得可视化结果（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二10圆柱绕流非稳态流动与卡门涡街现象陈捷超、杨小平2湍流模型设置的简介（重点）；非稳态流动设置和求解过程（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二11利用Fluent数值求解空调房间内流场问题陈捷超、杨小平2空调房间模型构建（重点）；速度、温度和压力场可视化（难点）；实际工况中求解问题的简化。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二12多相流模型介绍及有自由表面水流现象仿真计算陈捷超、杨小平2VOF模型详解（重点）；非耦合求解器的设置（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二13两相混合过程仿真计算陈捷超、杨小平2两相混合建模（重点）；Mixture模型和DPM模型的设置（难点）.综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标二14凝固和融化现象仿真计算陈捷超、杨小平2凝固和融化现象仿真建模（重点）；设置凝固融化模型进行计算（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标三15甲烷燃烧过程仿真陈捷超、杨小平2多组分燃烧模型构建（重点）；设置燃烧模型进行计算（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标三16可动区域流体流动及后处理软件学习陈捷超、杨小平2MRF模型和MM模型详解（重点）；Tecplot软件详解（难点）。综合线上：优学院或课堂讲授和小组讨论目标三合计28备注：优学院平台课程链接：/ulearning/index.html#/course/announcement?courseId=46805课程考核课程目标支撑毕业要求指标点评价依据及成绩比例（%）权重（%）平时作业课程论文目标一2-25510目标二5-1353570目标三5-2101020总计5050100附录：各类考核评分标准表平时作业评分标准观测点评分标准A(100)B(85)C(70)D(0)基本概念掌握程度概念清楚，答题正确。概念比较清楚，作业比较认真，答题比较正确。概念基本清楚，答题基本正确。概念不太清楚，答题错误较多。解决问题的方案正确性解题思路清晰，计算正确概念比较清楚，作业比较认真，答题比较正确。概念基本清楚，答题基本正确。概念不太清楚，答题错误较多。作业完成态度按时完成，书写工整、清晰，符号、单位等按规范要求执行按时完成，书写清晰，主要符号、单位按照规范执行按时完成，书写较为一般，部分符号、单位按照规范执行未交作业或后期补交，不能辨识，符号、单位等不按照规范执行课程论文评分标准观测点评分标准A(100)B(85)C(70)D(0)选题创新性选题研究内容及研究方法具有较强创新性，可综合运用所学理论知识的能力选题一般，研究内容及研究方法具有较强创新性，可综合运用所学理论知识能力选题难度一般，研究内容及研究方法较为简单，理论知识能力运用一般选题研究内容及研究方法较简单，理论知识能力运用过于基础网格合理性网格划分非常合理，案例变通能力强，Gambit软件使用好网格划分合理，可根据案例进行变通，Gambit软件使用较好计算网格可进行计算，基本掌握Gambit软件网格划分质量差，Gambit软件掌握程度差设置准确性灵活应用Fluent软件，设计动手能力强，设置具有较强创新性设计合理、完全掌握并运用Fluent软件计算设置基本合理，基本能综合运用Fluent软件设计不合理，理论分析与计算有原则性错误结果科学性数据准确合理，