郑州大学 过程装备与控制工程专业 《工程计算方法及应用软件》 课程教学大纲 大纲制订人：周俊杰郭茶秀 大纲审定人：孟祥睿 制订日期：2017/6/17 修订日期：2020/7/1
郑州大学 过程装备与控制工程专业 《工程计算方法及应用软件》 课程教学大纲 大纲制订人：周俊杰 郭茶秀 大纲审定人：孟祥睿 制订日期：2017/6/17 修订日期：2020/7/1
《工程计算方法及应用软件》课程教学大纲 课程编号：014157 课程名称（中/英文）：工程计算方法及应用软件/Engineering Calculation Method and Application Software 课程类型：专业拓展 总学时：32 讲课学时：16 上机课学时：16 学分：2 适用对象：过程装备与控制工程专业及相关专业 先修课程：大学物理、程序设计、材料力学、机械制图、过程设备设计等 后续课程：课程设计、毕业设计等 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《工程计算方法及应用软件》是过程装备与控制过程专业及相近专业的一门综合性的 专业拓展课。本课程围绕工程计算中常用的数值方法，结合典型软件结合产品设计实例与工 程实例分析，使学生掌握三维几何建模模块、有限元分析和有限容积法分析、系统仿真模拟 等软件的工程应用，了解流程模拟、分子模拟软件和介观模拟软件。本课程重点放在单元设 备分析的工程软件上，以提高应用工程计算方法与工程软件来处理解决工程实际问题的能 力。 本课程教学目标为： (1)掌握过程工业装备数字化设计的流程及要求，了解产品设计常用规范 (2)了解流程模拟、分子模拟和介观模拟的方法和软件： (3)了解复杂产品数字化设计的基本原侧及仿直计算的基本要求，掌挥考核哈证方法： (4)掌握工程软件计算步骤，了解有限容积法和有限元法等单元模拟技术以及系统模 拟技术的基本原理和方法： (5)掌握单元设备应力变形有限元计算及其分析，了解设备分析报告的要求： (6)掌握单元设备流体传热分析计算，对流体传热问题进行分析，了解反应器的分析 步： (7)了解产品多尺度多学科优化方法及流固耦合方法，产品优化设计的步骤 (8)初步掌握过程装备复杂工程问题的计算方法及开发分析流程，具备复杂产品开发 的能力。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为： 毕业要求 课程教学标2345678 2-3能够分析过程工业装备设计、制造、使用过程的影 响因素，证实解决方案的合理性，得出有效结论。Q2√
《工程计算方法及应用软件》课程教学大纲 课程编号: 014157 课程名称（中／英文）：工程计算方法及应用软件/ Engineering Calculation Method and Application Software 课程类型: 专业拓展 总 学 时： 32 讲课学时：16 上机课学时：16 学 分：2 适用对象: 过程装备与控制工程专业及相关专业 先修课程：大学物理、程序设计、材料力学、机械制图、过程设备设计等 后续课程：课程设计、毕业设计等 开课单位：机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标 《工程计算方法及应用软件》是过程装备与控制过程专业及相近专业的一门综合性的 专业拓展课。本课程围绕工程计算中常用的数值方法，结合典型软件结合产品设计实例与工 程实例分析，使学生掌握三维几何建模模块、有限元分析和有限容积法分析、系统仿真模拟 等软件的工程应用，了解流程模拟、分子模拟软件和介观模拟软件。本课程重点放在单元设 备分析的工程软件上，以提高应用工程计算方法与工程软件来处理解决工程实际问题的能 力。 本课程教学目标为： （1）掌握过程工业装备数字化设计的流程及要求，了解产品设计常用规范； （2）了解流程模拟、分子模拟和介观模拟的方法和软件； （3）了解复杂产品数字化设计的基本原则及仿真计算的基本要求，掌握考核验证方法； （4）掌握工程软件计算步骤，了解有限容积法和有限元法等单元模拟技术以及系统模 拟技术的基本原理和方法； （5）掌握单元设备应力变形有限元计算及其分析，了解设备分析报告的要求； （6）掌握单元设备流体传热分析计算，对流体传热问题进行分析，了解反应器的分析 步骤； （7）了解产品多尺度多学科优化方法及流固耦合方法，产品优化设计的步骤； （8）初步掌握过程装备复杂工程问题的计算方法及开发分析流程，具备复杂产品开发 的能力。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为： 课程教学目标 毕业要求 1 2 3 4 5 6 7 8 2-3 能够分析过程工业装备设计、制造、使用过程的影 响因素，证实解决方案的合理性，得出有效结论。0.2 √ √ √ √
3-2能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过 技术经济评价，对过程工业装备复杂工程的设计方案， 进行可行性分析0.3 53能够运用恰当的技术、资源，采用现代工程工具对 解其后整各备复杂工程向进行预测与模拟，并能够理 二、教学的基本要求 本课程主要讲解单元设备数字化设计的流程与要求、过程装备复杂工程的设计原则和了 解工程方程常用计算方法和应用软件。通过讲授单元模拟方法、系统仿真方法和了解分子模 拟方法，掌握应用软件的计算步骤，旨在让学生掌握仿真要求与考核方法，学会立足于过程 工业装备设计、制造、使用过程，从安全、环境、法律和经济等角度对过程工业装备复杂工 程问题进行分析，掌握单元设备预测与模拟，理解相关物理问题建模分析的基本要求，具有 综合运用所学现代工程工具解决过程工业装各设计的能力。 三、课堂教学内容及要求 本课程采用模块化教学，教学内容共有六个模块。 模块1绪论及仿真环境搭建 要求：1了解工程计算方法及常用软件： 2掌握典型软件的安装步骤及应用模块， 模块2三传一反计算方法及应用软件 1了解有限容积方法的基本原理： 2了解反应机理模拟方法及应用软件 3 掌握换热设备数字化仿真设计方法及步骤，了解燃烧设备仿真设计方法 模块3应力强度计算方法及应用软件 1 了解有限元方法的基本原理： 掌握压力容器和压力管道的数字化仿其设计方法及步骤，了解旋转机械的数 字化设计仿真方法： 解裂纹和疲劳问题的计算方法 模块4 多尺度多学科模拟计算方法及应用软件 了解分子模拟计算方法，常用分子模拟的功能： 2 掌握系统仿真的计算方法，了解系统仿真应用软件： 了解反应设各的多尺度模拟方法和设计步廉，了解过程机械的多尺度模拟方法 和设计步骤 模块5 单元设备优化实例分析 换热设备优化分析及分析报告的撰写： 2旋转机械优化分析及分析报告的撰写。 模块6过程工业装备复杂工程案例分析 1流程工业多尺度模拟分析： 2 流程工业多学科优化分析
3-2 能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过 技术经济评价，对过程工业装备复杂工程的设计方案， 进行可行性分析 0.3 √ √ √ √ 5-3 能够运用恰当的技术、资源，采用现代工程工具对 过程工业装备复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理 解其局限性 0.4 √ √ √ √ √ √ 二、教学的基本要求 本课程主要讲解单元设备数字化设计的流程与要求、过程装备复杂工程的设计原则和了 解工程方程常用计算方法和应用软件。通过讲授单元模拟方法、系统仿真方法和了解分子模 拟方法，掌握应用软件的计算步骤，旨在让学生掌握仿真要求与考核方法，学会立足于过程 工业装备设计、制造、使用过程，从安全、环境、法律和经济等角度对过程工业装备复杂工 程问题进行分析，掌握单元设备预测与模拟，理解相关物理问题建模分析的基本要求，具有 综合运用所学现代工程工具解决过程工业装备设计的能力。 三、课堂教学内容及要求 本课程采用模块化教学，教学内容共有六个模块。 模块 1 绪论及仿真环境搭建 要求： 1 了解工程计算方法及常用软件； 2 掌握典型软件的安装步骤及应用模块。 模块 2 三传一反计算方法及应用软件 1 了解有限容积方法的基本原理； 2 了解反应机理模拟方法及应用软件； 3 掌握换热设备数字化仿真设计方法及步骤，了解燃烧设备仿真设计方法。 模块 3 应力强度计算方法及应用软件 1 了解有限元方法的基本原理； 2 掌握压力容器和压力管道的数字化仿真设计方法及步骤，了解旋转机械的数 字化设计仿真方法； 3 了解裂纹和疲劳问题的计算方法。 模块 4 多尺度多学科模拟计算方法及应用软件 1 了解分子模拟计算方法，常用分子模拟的功能； 2 掌握系统仿真的计算方法，了解系统仿真应用软件； 3 了解反应设备的多尺度模拟方法和设计步骤，了解过程机械的多尺度模拟方法 和设计步骤 模块 5 单元设备优化实例分析 1 换热设备优化分析及分析报告的撰写； 2 旋转机械优化分析及分析报告的撰写。 模块 6 过程工业装备复杂工程案例分析 1 流程工业多尺度模拟分析； 2 流程工业多学科优化分析
四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号教学内容 学时教学方式对应教学目标 模块1绪论及仿真环境搭建 2 讲授与讨论 1,2,4 视频与实践 模块2三传一反计算方法及应 讲授与讨论 4,6.7.8 田软件 视频与实践 模块3 应力强度计算方法及应 讲授与讨 4 用软件 视频与实践 4,5,7,8 模块4多尺度多学科模拟计算 讲授与讨论 方法及应用软件 视频与实践 2,3,7,8 模块5单元设备优化实例分析 8 讲授与讨论 45,6,7,8 视与实践 模块6过程工业装备复杂工程 讲授与讨论 2.3.7.8 案制分析 视频与实践 机动学时 2 讨论 7,8 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 《工程计算方法及应用软件》是过控专业扩展课程，经过了多年的课程建设与改革。本课 程采用多媒体教学与上机实我，教学环节主要是课堂教学与上机实我，学生可借助视频与实 践进行课外学习。为了综合训练学生总结分析表达能力，该课程采取课程论文和产品数字化 综合设计的考核，该设计要求学生组合成一个团队，针对一个复杂产品的设计，通过该课程 设计训练学生综合运用所学知识和现代工具分析解决过程工业装备复杂工程问题。 六、考核及成绩评定方式 本课程的成绩评定方式为：课程论文50%+分析报告30%+课程答辩20%=100%。 评分标准： 1)课程论文 按课程论文的要求格式、评分标准评分，总评后折算成50分 课程论文，内容主要包括引言，国内外研究现状，前处理，求解和后处理，考核，结论 参考文献等。 完成情况 得分 严格按照课程论文要求并及时完成，有一定创新，解决问题的建模方案合 40-50分 理，考核验证合理，能提出不同的解决问题方案或优化方案，格式规范。 严格按照课程论文要求并及时完成，基本实现仿真过程，解决问题的建模 30-39分 方案基本合理，有考核验证，能提出解决问题方案，格式基本规范。 不能按照课程论文要求并及时完成，未能实现仿真过程，解决问题的建模 20-29分 方案不合理，缺少考核验证，未能提出解决问题方案，格式不规范
四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号 教学内容 学时 教学方式 对应教学目标 1 模块 1 绪论及仿真环境搭建 2 讲授与讨论 视频与实践 1，2，4 2 模块 2 三传一反计算方法及应 用软件 6 讲授与讨论 视频与实践 4，6,7,8 3 模块 3 应力强度计算方法及应 用软件 4 讲授与讨论 视频与实践 4，5，7,8 4 模块 4 多尺度多学科模拟计算 方法及应用软件 4 讲授与讨论 视频与实践 2，3，7,8 5 模块 5 单元设备优化实例分析 8 讲授与讨论 视频与实践 4，5,6,7,8 6 模块 6 过程工业装备复杂工程 案例分析 6 讲授与讨论 视频与实践 2,3,7,8 7 机动学时 2 讨论 7，8 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 《工程计算方法及应用软件》是过控专业扩展课程，经过了多年的课程建设与改革。本课 程采用多媒体教学与上机实践，教学环节主要是课堂教学与上机实践，学生可借助视频与实 践进行课外学习。为了综合训练学生总结分析表达能力，该课程采取课程论文和产品数字化 综合设计的考核，该设计要求学生组合成一个团队，针对一个复杂产品的设计，通过该课程 设计训练学生综合运用所学知识和现代工具分析解决过程工业装备复杂工程问题。 六、考核及成绩评定方式 本课程的成绩评定方式为：课程论文 50%+分析报告 30%+课程答辩 20% =100%。 评分标准： 1）课程论文 按课程论文的要求格式、评分标准评分，总评后折算成 50 分。 课程论文，内容主要包括引言，国内外研究现状，前处理，求解和后处理，考核，结论 参考文献等。 完成情况 得分 严格按照课程论文要求并及时完成，有一定创新，解决问题的建模方案合 理，考核验证合理，能提出不同的解决问题方案或优化方案，格式规范。 40-50 分 严格按照课程论文要求并及时完成，基本实现仿真过程，解决问题的建模 方案基本合理，有考核验证，能提出解决问题方案，格式基本规范。 30-39 分 不能按照课程论文要求并及时完成，未能实现仿真过程，解决问题的建模 方案不合理，缺少考核验证，未能提出解决问题方案，格式不规范。 20-29 分
不能按照课程论文要求并不能及时完成，未能实现仿真过程，解决问题的0-19分 建模方案缺少分析，缺少考核验证，未能提出解决问题方案，格式不规范。 2)分析报告： 分析报告必须在规定时间内上交，迟交或分析报告不满足下列要求，均以零分计，每次 作业按百分制评分，总评后折算为30分。 分析报告内容主要包括问题分析，前处理，求解器和后处理，主要设置步骤和结论。 分析报告的评分标准： 完成情况 得分 严格按照分析报告要求并及时完成，内容完备，解决问题的方案合理，步24-30分 骤完善，能提出不同的解决问题方案，主要结论合理。 严格按照分析报告要求并及时完成，内容基本完备，解决问题的方案基本18-23分 合理，步骤基本完善，能提出相应的解决问题方案，主要结论基本合理。 按照分析报告要求并及时完成，内容基本完备，解决问题的方案基本合理， 12-17分 主要步婴不完善，能提出相应的解决问腰方案，主要结论不合理。 不能按照分析报告要求并及时完成，内容不完备，解决问题的方案不合理，0-11分 主要步骤不完善，不能提出相应的解决问题方案，主要结论不合理。 3)答辩表现： 研究现状分析讨论、物理问题分析讨论、建模求解分析讨论和主要结论等，总评后折算 为20分。 答辩表现评分标准： 完成情况 得分 研究现状分析深入，物理问题分析合理、建模求解和主要结论正确，能阐明 16-20分 自己的观点和想法，答辩过程中表达清楚和主要间题回答正确。 研究现状分析合理，物理问题分析较合理、建模求解和主要结论合理，能阐 12-15分 明自己的观点和想法，答辩过程中表达基本清楚和主要问题回答基本正确。 研究现状分析不深入，物理问分析缺少、建模求解和主要结论不完整，能 4-11分 阐明自己的观点和想法，答游过程中表达清楚和主要问题回答基本正确】 研究现状分析不深入，物理问题分析不合理、建模求解和主要结论不正确， 03分 能阐明自已的观点和想法，答辯过程中表达清楚和主要间题回答不正确。 七、教材和参考书目 教材：L1.《ANSYS Workbench2020有限元分析从入门到精通（升级版） 》,陈艳覆，电子工业出版社，2020年12月 参考教材：
不能按照课程论文要求并不能及时完成，未能实现仿真过程，解决问题的 建模方案缺少分析，缺少考核验证，未能提出解决问题方案，格式不规范。 0-19 分 2）分析报告： 分析报告必须在规定时间内上交，迟交或分析报告不满足下列要求，均以零分计，每次 作业按百分制评分，总评后折算为 30 分。 分析报告内容主要包括问题分析，前处理，求解器和后处理，主要设置步骤和结论。 分析报告的评分标准： 完成情况 得分 严格按照分析报告要求并及时完成，内容完备，解决问题的方案合理，步 骤完善，能提出不同的解决问题方案，主要结论合理。 24-30 分 严格按照分析报告要求并及时完成，内容基本完备，解决问题的方案基本 合理，步骤基本完善，能提出相应的解决问题方案，主要结论基本合理。 18-23 分 按照分析报告要求并及时完成，内容基本完备，解决问题的方案基本合理， 主要步骤不完善，能提出相应的解决问题方案，主要结论不合理。 12-17 分 不能按照分析报告要求并及时完成，内容不完备，解决问题的方案不合理， 主要步骤不完善，不能提出相应的解决问题方案，主要结论不合理。 0-11 分 3）答辩表现： 研究现状分析讨论、物理问题分析讨论、建模求解分析讨论和主要结论等，总评后折算 为 20 分。 答辩表现评分标准： 完成情况 得分 研究现状分析深入，物理问题分析合理、建模求解和主要结论正确，能阐明 自己的观点和想法，答辩过程中表达清楚和主要问题回答正确。 16-20 分 研究现状分析合理，物理问题分析较合理、建模求解和主要结论合理，能阐 明自己的观点和想法，答辩过程中表达基本清楚和主要问题回答基本正确。 12-15 分 研究现状分析不深入，物理问题分析缺少、建模求解和主要结论不完整，能 阐明自己的观点和想法，答辩过程中表达清楚和主要问题回答基本正确。 4-11 分 研究现状分析不深入，物理问题分析不合理、建模求解和主要结论不正确， 能阐明自己的观点和想法，答辩过程中表达清楚和主要问题回答不正确。 0-3 分 七、教材和参考书目 教 材：1.《ANSYS Workbench 2020 有限元分析从入门到精通（升级版） 》，陈艳霞，电子工业出版社，2020 年 12 月 参考教材：
1《分子模拟一一理论与实验》，苑世领，张恒，张冬菊，化学工业出版社，2016年 10月 2.《化工模拟从分子计算到过程仿真》，刘振，刘军娜，赵爽，化学工业出版社，2017 年09月 3.《FLUENT工程技术与实例分析（上下）》周俊杰，徐国权张华俊编著，周俊杰等， 中国水利水电出版社，2010年6月 4《COMSOL多物理场仿真入门指南》，黄奕勇李星辰田野张翔，机械工业出版 社，2021年03月 5仿真分析规范编制指南(V1.0版).中国数字仿真联盟，安世亚太科技股份有限公司和 北京安怀信科技股份有限公司，2020年 6B4732-1995(R2005)钢制压力容器-分析设计标准 八、课程资源链接： 1、COMSOL中国 http://en.comsol.com/ 2、安世亚太 http://www.peraglobal.com/ 3创腾科技 https://www.neotrident.com/welcome.html 大纲制订人：周俊杰、郭茶秀 大纲审定人：新遵龙 制订日期：2017/6/17 修订日期：2020/71
1《分子模拟——理论与实验 》，苑世领，张恒，张冬菊 ，化学工业出版社，2016 年 10 月 2.《化工模拟:从分子计算到过程仿真》，刘振，刘军娜，赵爽 ，化学工业出版社，2017 年 09 月 3.《FLUENT 工程技术与实例分析(上下)》 周俊杰,徐国权,张华俊 编著，周俊杰等， 中国水利水电出版社，2010 年 6 月 4 《COMSOL 多物理场仿真入门指南 》，黄奕勇 李星辰 田野 张翔，机械工业出版 社，2021 年 03 月 5 仿真分析规范编制指南(V1.0 版）.中国数字仿真联盟，安世亚太科技股份有限公司和 北京安怀信科技股份有限公司，2020 年 6 JB4732-1995（R2005）钢制压力容器-分析设计标准 八、课程资源链接: 1、COMSOL 中国 http://cn.comsol.com/ 2、安世亚太 http://www.peraglobal.com/ 3 创腾科技 https://www.neotrident.com/welcome.html 大纲制订人：周俊杰、郭茶秀 大纲审定人：靳遵龙 制订日期：2017/6/17 修订日期：2020/7/1
