CFD软件应用基础 教学大纲

PAGEPAGE8《CFD软件应用基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称CFD软件应用基础课程编号课程性质选修课课程类别学科专业基础课开课单位机电工程学院授课学期第学期学分/学时2/32课内学时32理论授课16上机学时16课内实践实验学时课外学时适用专业智能制造是否双语否先修课程计算机应用基础、流体力学后续课程毕业设计二、课程简介《CFD软件应用基础》是智能制造专业的专业选修课课，为应用性较强的一门课程。本课程通过数值计算方法对流体力学方程进行离散化求解，对流体流动行为进行模拟和预测。通过理论讲解使学生了解CFD的基本原理，通过实践操作使学生熟练掌握CFD软件的使用，培养学生对CFD基本理论的理解和应用能力，提高学生解决实际工程问题的能力、学术能力和科研能力。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.把握构造计算方法的基本原理和分析原理，运用数值计算。课程目标2.具备应用CFD软件来实现计算流体力学解决实际问题的基本能力。课程目标3.培养学生学会如何把复杂问题简单化，做事情要抓主要矛盾和矛盾的主要方面，培养学生关注细节，养成细致，严谨的科学态度。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点2-3：具备文献资料检索能力，能够对文献进行分析和归纳，并将其用于分析复杂智能制造工程问题，以获得有效结论。2-问题分析课程目标2指标点5-2：能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。5-使用现代工具课程目标3指标点7-2：能够站在环境保护和可持续发展的角度思考专业工程实践的可持续性，评价产品周期中可能对人类和环境造成的损害和隐患。7-环境和可持续发展四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元CFD基础知识（学时数：2学时）理论课程：1.课程主要内容1）流体与流动的基本性质。2）流体动力学控制方程。3）CFD求解过程。4）CFD软件结构。5）常用的CFD常用软件2.重点和难点1）流体动力学控制方程，通过控制方程建立物理模型。2）CFD求解过程3.教学方法通过多媒体课件和传统教学相结合，阐明课程与教学基本原理，丰富学生课程与教学的基本知识结构。强调我国在流体力学领域的成就和贡献，引导学生树立民族自豪感和爱国精神。4.学生学习预期成果理解和应用CFD控制方程，能够自主分析实际问题，建立工程实际的物理模型。5.支撑课程目标具备文献资料检索能力，能够对文献进行分析和归纳，并将其用于分析复杂智能制造工程问题，以获得有效结论。第二单元网格的生成（学时数：10学时）理论课程：1.课程主要内容1）非结构化网格2）结构化网格3）网格质量判断与提高2.重点和难点结构化网格和非结构化网格的生成。3.教学方法通过案例分析，使学生掌握网格的画法，CFD学习需要具备一定的数学、物理和计算机基础，引导学生思考，促进学生知识整合，培养学生的反思能力。4.学生学习预期成果学会网格的画法。5.支撑课程目标能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。上机课程：1.课程主要内容收缩-扩张喷管实例（分别用结构化网格和非结构化网格）2.重点和难点非结构网格的划分3.实施方式上机操作4.学习要求学会网格的生成5.学生学习预期成果能够自己动手划分网格，提高学生的实践能力。7.支撑课程目标能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。第三单元Fluent软件基本应用（学时数：10学时）理论课程：1.课程主要内容1）Fluent的操作界面2）选择求解器及计算模型3）定义材料4）设置边界条件5）设置求解控制参数6）流场迭代计算7）计算结果后处理2.重点和难点设置求解控制参数及流场迭代计算。3.教学方法通过案例分析，使学生掌握Fluent软件的操作流程，熟练运用Fluent软件，在使用fluent软件进行流体模拟时，需要保证数据的真实性和可靠性，培养学生的诚信品质。4.学生学习预期成果熟练运用Fluent软件。5.支撑课程目标能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。上机课程：1.课程主要内容引射器应用实例，混合器应用实例2.重点和难点求解控制参数的设置和流场迭代参数的设置。3.实施方式上机操作4.学习要求熟练运用Fluent软件。5.学生学习预期成果能够自己分析实际工程问题，根据实际情况确定求解控制参数的设置和流场迭代参数，成功运行Fluent软件。提高学生的科学素养，使他们更加严谨、准确地理解和分析流体流动现象。7.支撑课程目标能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。第四单元CFD综合应用实例（学时数：8学时）理论课程：1.课程主要内容1）内部流动分析实例2）外部流动分析实例2.重点和难点根据实际工程分析，创建物理模型，确定控制参数及运行参数。3.教学方法通过案例分析，使学生掌握CFD数值仿真的流程和步骤，将复杂工程问题成功运用CFD数值仿真得到结果。CFD数值仿真在环境保护、能源利用等领域的应用，引导学生关注社会问题，培养他们的社会责任意识。4.学生学习预期成果CFD数值仿真的成功应用。5.支撑课程目标能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。能够站在环境保护和可持续发展的角度思考专业工程实践的可持续性，评价产品周期中可能对人类和环境造成的损害和隐患。上机课程：1.课程主要内容三通内水的流动，圆柱绕流。2.重点和难点根据实际工程分析，创建物理模型，确定控制参数及运行参数。3.实施方式上机操作，小组合作，协作完成复杂的流体模拟任务，培养学生的团队协作精神。4.学习要求能够成功进行CFD数值仿真，得到模拟结果。5.学生学习预期成果学生亲自操作CFD软件进行流体模拟，以提高学生的实践能力和解决实际工程问题的能力。7.支撑课程目标能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对智能制造工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。能够站在环境保护和可持续发展的角度思考专业工程实践的可持续性，评价产品周期中可能对人类和环境造成的损害和隐患。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑理论课程课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元CFD基础知识讲授法课程目标122第二单元网格的生成案例教学课程目标2、66第三单元Fluent软件基本应用案例教学课程目标266第四单元CFD综合应用实例案例教学课程目标2、322合计1616上机课程课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排第二单元网格的生成小组合作学习课程目标24第三单元Fluent软件基本应用小组合作学习课程目标24第四单元CFD综合应用实例小组合作学习课程目标2、36上机测试2合计16五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则上机作业40%作业（百分制）40本门课程5次作业，主要考核CFD软件的成功运行，得到模拟结果（各物理参数的云图，曲线图）。目标分值=0.4*上机作业成绩上机测试30%上机测试（百分制）30在规定时间内完成特定工程CFD仿真模拟，得到模拟结果（各物理参数的云图，曲线图）。目标分值=0.3*上机考核成绩小论文30%小论文（百分制）30自选题目，写一篇某一工程CFD仿真的学术论文（包括工程问题概述，建立物理模型，网格划分，Flunet运行及后处理结果）目标分值=0.3*小论文成绩（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元…计算流体力学基础知识作业课程目标1第二单元…结构化网格和非结构化网格的生成上机作业，上机测试，课程目标2第三单元…选择求解器及运行环境，确定计算模型，设定边界条件，设定计算参数，进行计算并进行后处理上机作业，上机测试，课程目标2第四单元…工程案例的数值反真全部过程（物理模型+网格划分+Fluent