《CFD仿真技术》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 cFDsimulationtoehnckog 课程代码 eE1251 课程性颜 专业选修课程 授课对象 能源与动力工程专业 学分 学 主讲教师 黄耀松 修订日期 2023年5月15日 指定教材 胡坤,《sSF1uemt实例详解,机城工业出饭社,2018 二、课程目标 (一)总体目标: 一名的商防西力游一 致作在工程流体仿真计算中的实际应用过程,帮助学生快速高效地将所学知识应用到实际工作学习 (二)课程目标: 课程目标1:通过系统学习。草握计算流体力学基本理论和纹件使用方法。 1.1了解和李报计算流体力学基本理论: 1.2掌发模拟仿真的方法和软件使用方法。 课程目标2:具备一定的工程素养,能够运用CFD仿真技术解决工程问题。 2.1通过大量的实际案例学习,提高解决实际问愿的能力和工程素养。 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1:误程日标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 深程子目标 对应课程内容 对应毕业要求 1,1了解和棠据计算流体力学 通过第一章知识点的学习,学生能够堂据计算流体 毕业更求1:11遥过系统学习,熟练草提热 基木理论。 力学理论。 半业要求:1山适过系统学习,热练享 过系统学习。 烈计算流体力学 华业要求1:12编练掌握机械设计和工程给 基本理论和数件 图知识,并能然炼运用。 使用方法。 1.2享握模拟仿真的方法和软 通过第一章知识点的学习,学生能够字教CD仿真方 毕业要求6:61掌 代工程工具和信息技 件使用方法 法和软件使用。 犬工日 业要求6:6-2熟练远用相关工且对工业控 制做节能或领域的复杂工程问题进行模拟 并分析其局限性
《CFD仿真技术》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 CFD simulation technology 课程代码 BEEE1251 课程性质 专业选修课程 授课对象 能源与动力工程专业 学 分 1.5 学 时 36 主讲教师 黄耀松 修订日期 2023年5月15日 指定教材 胡坤,《ANSYS Fluent 实例详解》,机械工业出版社,2018 二、课程目标 (一)总体目标: 《CFD仿真技术》通过大量的经典案例详细描述ANSYS Fluent软件在工程流体仿真计算中的实际应用过程,帮助学生快速高效地将所学知识应用到实际工作学习 中。课程旨在使学生掌握计算流体力学相关基础理论和软件使用方法,具有独立分析和解决实际问题的能力,以及通过团队合作完成具有一定理论意义或应用价值的科 研工作的能力。 (二)课程目标: 课程目标1:通过系统学习,掌握计算流体力学基本理论和软件使用方法。 1.1 了解和掌握计算流体力学基本理论; 1.2 掌握模拟仿真的方法和软件使用方法; 课程目标2:具备一定的工程素养,能够运用CFD仿真技术解决工程问题。 2.1 通过大量的实际案例学习,提高解决实际问题的能力和工程素养。 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1:课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 课程子目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标1:通 过系统学习,掌 握计算流体力学 基本理论和软件 使用方法。 1.1了解和掌握计算流体力学 基本理论。 通过第一章知识点的学习,学生能够掌握计算流体 力学理论。 毕业要求1:1-1通过系统学习,熟练掌握热 工基础理论与基础知识。 1.2掌握模拟仿真的方法和软 件使用方法。 通过第一章知识点的学习,学生能够掌握CFD仿真方 法和软件使用。 毕业要求1:1-1通过系统学习,熟练掌握热 工基础理论与基础知识。 毕业要求1:1-2熟练掌握机械设计和工程绘 图知识,并能熟练运用。 毕业要求6:6-1 掌握现代工程工具和信息技 术工具。 毕业要求6:6-2熟练运用相关工具对工业控 制欲节能或领域的复杂工程问题进行模拟, 并分析其局限性
半业要求3:3+2在工程实践中贯彻执行节能 减排的仿真和技术路线。 毕业变末6:61掌授现代工程工具和信息技 术工日 毕业要求6:6.2熟炼运用相关工且对工业控 2.1遇过大量的实际案学 制欲节能或领域的复杂工程问题进行模拟, 养,能够运用计 习。提高解决实际问题的能力 通过第二到第七章的知识点学习,针对多个具体工 程实例进行模极仿真。 并分析其局限性, 算流体力学解决和工程素养, 业要求9:91月有人文社会科学素养、工 工程问题。 程素养、和社会责任感 业要求10:101具有团队合作特神或意 三、教学内容 第一章ANSYS Fluent基础 L,教学日标 (1)国顾流体力学、传热学和燃悠学相关理论: (2)了解和学模拟仿真的流程 (3)了解Fue1软件的环境和使用方法。 2,教学重难点 重点/难点:相关学科如识的基本理论。 3.教学内容 (1)ANSYS Fluent简介 (2)F1uent基本使用流程 (3)Fluent操作流程示例 (4)实例描述 (5)Fluent前处理 (6)计算后处理 教学方法 《1)自主学习:利用课本预习基础理论: (2)讲授法:相关概念和理论框架: 五教学评价 回答以下问题: ()C印模拟仿真的流程是怎么样的: 第二章流动问题计算 1.教学目标 (1)了解常见的流动问题有事些: (2)掌损运用F1uemt软件解决流动同题 2教学重难点
课程目标2:具 备一定的工程素 养,能够运用计 算流体力学解决 工程问题。 2.1通过大量的实际案例学 习,提高解决实际问题的能力 和工程素养。 通过第二到第七章的知识点学习,针对多个具体工 程实例进行模拟仿真。 毕业要求3:3-2在工程实践中贯彻执行节能 减排的仿真和技术路线。 毕业要求6:6-1 掌握现代工程工具和信息技 术工具。 毕业要求6:6-2熟练运用相关工具对工业控 制欲节能或领域的复杂工程问题进行模拟, 并分析其局限性。 毕业要求9:9-1 具有人文社会科学素养、工 程素养、和社会责任感。 毕业要求10:10-1 具有团队合作精神或意 识。 毕业要求11:11-1 能够就工程实践中出现的 问题做出书面和口头的清晰表达 三、教学内容 第一章 ANSYS Fluent 基础 1.教学目标 (1)回顾流体力学、传热学和燃烧学相关理论; (2)了解和掌握模拟仿真的流程; (3)了解Fluent软件的环境和使用方法; 2.教学重难点 重点/难点:相关学科知识的基本理论。 3.教学内容 (1)ANSYS Fluent 简介 (2)Fluent 基本使用流程 (3)Fluent 操作流程示例 (4)实例描述 (5)Fluent 前处理 (6)计算后处理 4.教学方法 (1)自主学习:利用课本预习基础理论; (2)讲授法:相关概念和理论框架; 5.教学评价 回答以下问题: (1)CFD模拟仿真的流程是怎么样的? 第二章 流动问题计算 1.教学目标 (1)了解常见的流动问题有哪些; (2)掌握运用Fluent软件解决流动问题; 2.教学重难点
重点/难点:流动问题的物理数学模型建立和软件实现: 3教学内容 (1)层流圆管流动: (2)N4CA0012翼型风洞模型计算 (3)三维机具跨音流动计算 《4)转旋流动: (5)血管内血液流动: 4教学方法 ()自主学习:利用课本预习本章内容 (2)讲授法:案例讲授: (3)实践法:上机操作 .教学评价 第三章传热计算 1.教学日标 (1)了解传热基本理论: (2)掌捏传热问慰模拟仿真 2.教学重难点 承占/难点:掌传热问题的校拟 3.教学内容 (1)固体热传导计算实例: (2)管内白然对流换热: 《3)空腔自然对流换热 (4)管式换热器费制对流换热: (5)散热器: (6)热辐射。 4教学方法 (1)白主学习:利用课本预习本章内容并完成课后巴考题: (2)讲授法:相美基略和理论知识: (3)实践法:上机操作. 5.教学评价 第四章运动部件计算 1.教学目标 (1)了解常见运动部件, (2)了解学据运动部件运动桢拟: 2.教学重难点 重点/库点:草常见运动部件的模拟仿真。 3教学内容
重点/难点:流动问题的物理数学模型建立和软件实现; 3.教学内容 (1) 层流圆管流动; (2) NACA0012 翼型风洞模型计算; (3) 三维机翼跨音速流动计算; (4) 转捩流动; (5) 血管内血液流动; 4.教学方法 (1)自主学习:利用课本预习本章内容; (2)讲授法:案例讲授; (3)实践法:上机操作。 5.教学评价 第三章 传热计算 1.教学目标 (1)了解传热基本理论; (2)掌握传热问题模拟仿真; 2.教学重难点 重点/难点:掌握传热问题的模拟。 3.教学内容 (1) 固体热传导计算实例; (2) 管内自然对流换热; (3) 空腔自然对流换热; (4) 管式换热器强制对流换热; (5)散热器; (6)热辐射。 4. 教学方法 (1)自主学习:利用课本预习本章内容并完成课后思考题; (2)讲授法:相关基础和理论知识; (3)实践法:上机操作。 5.教学评价 第四章 运动部件计算 1.教学目标 (1)了解常见运动部件; (2)了解掌握运动部件运动模拟; 2.教学重难点 重点/难点:掌握常见运动部件的模拟仿真。 3.教学内容
(1)垂直轴风力机: (2)滑移网格模型实例 (3)动树格模型实例 (4)重叠网格实例 4.教学方法 ()自主学习:利用课本预习本章内容并完成误后思考愿 (2)讲授法:相关基瑞和理论知识: (3)实践法:上机操作. 5,教学评价 第五章多相流计算 1.致学目标 (1)掌程多相流的特点: (2)掌程多相流模拟方法 2,教学重难点 重点/难点:握多相流型 3.教学内容 (1)波浪模拟: (2)抽水马桶: (3)离心泵空化计算 (4)冲蚀: (5)流化床. 4.教学方法 (1)自主学习:利用课本习本章内容并完成课后思考题 《2)讲授法:相关理论知识: (3)案例教学法:围绕多相流案例进行分析讲解: 5.教学评价 第六章反应流计算 1.教学日标 (1)了解化学反应: (2)了解和掌洲反应流模拟方法: 2.教学重难点 重点/准点:反应流模型和拟方法。 3教学内容 (1)引苹着火导致气体扩散: (2)锥形越烧器槛烧模拟(有限速率模型): (3)锥形燃烧器燃挠模拟(2umt预混模型) 4。教学方法
(1) 垂直轴风力机; (2) 滑移网格模型实例; (3) 动网格模型实例; (4)重叠网格实例 4. 教学方法 (1)自主学习:利用课本预习本章内容并完成课后思考题; (2)讲授法:相关基础和理论知识; (3)实践法:上机操作。 5.教学评价 第五章 多相流计算 1.教学目标 (1)掌握多相流的特点; (2)掌握多相流模拟方法; 2.教学重难点 重点/难点:掌握多相流模型。 3.教学内容 (1) 波浪模拟; (2) 抽水马桶; (3) 离心泵空化计算; (4)冲蚀; (5) 流化床。 4. 教学方法 (1)自主学习:利用课本预习本章内容并完成课后思考题; (2)讲授法:相关理论知识; (3)案例教学法:围绕多相流案例进行分析讲解; 5.教学评价 第六章 反应流计算 1.教学目标 (1)了解化学反应; (2)了解和掌握反应流模拟方法; 2.教学重难点 重点/难点:掌握反应流模型和模拟方法。 3.教学内容 (1) 引擎着火导致气体扩散; (2) 锥形燃烧器燃烧模拟(有限速率模型); (3) 锥形燃烧器燃烧模拟(Zimount 预混模型); 4. 教学方法
(1)白主学习:利用课本预习本内容并完成深后思考题 (2)讲授法:相关基和理论知识: (3)实战法:上机操作。 5.教学评价 第七章耦合场计算 1.教学日标 ()了解多物理场合 (2)了解掌型合场模 2.教学重难点 重点/难点:合场模型和模方法 3.教学内容 ()流体中挡板受力计算 (2)流体城中柔性挡板受力: 《3)流致振动计算: 《4)共把传热计算: 4.教学方法 (1)自主学习:利用课本预习本章内容并完成误后思考题 (2)讲授法:相关基编和理论知识: (3)实践法:上机操作。 5.教学评价 四、学时分配 表2:各节的具体内容和学时分配表 章节 章节内容 学时分配 第一章 ANSYS Fluent基础 第二章 流动问题计算 第三章 传热计算 6 第四章 运动部件计算 6 第五章 多相流计算 6 第六章 反应流计算 第七章 糯合场计算
(1)自主学习:利用课本预习本章内容并完成课后思考题; (2)讲授法:相关基础和理论知识; (3)实践法:上机操作。 5.教学评价 第七章 耦合场计算 1.教学目标 (1)了解多物理场耦合; (2)了解掌握耦合场模拟; 2.教学重难点 重点/难点:耦合场模型和模拟方法。 3.教学内容 (1) 流体域中挡板受力计算; (2) 流体域中柔性挡板受力; (3) 流致振动计算; (4) 共轭传热计算; 4. 教学方法 (1)自主学习:利用课本预习本章内容并完成课后思考题; (2)讲授法:相关基础和理论知识; (3)实践法:上机操作。 5.教学评价 四、学时分配 表2:各章节的具体内容和学时分配表 章节 章节内容 学时分配 第一章 ANSYS Fluent 基础 2 第二章 流动问题计算 6 第三章 传热计算 6 第四章 运动部件计算 6 第五章 多相流计算 6 第六章 反应流计算 6 第七章 耦合场计算 4
五、教学进度 表3:教学进度表 章节 授课 周次 日期 名称 内容提要 作业及要求 备注 时数 (I)ANSYS Fluent简介 (2)Fluent基本使用流程 (3)F1uet操作流程示例 第一章ASS F1unt基础 (4)实例描述 (5)Fumt前处理 《6)计算后处理 (7)CFD基础理论 (1)层流圆管流动: 作业:完成课后思 (2)NC0012翼型风洞模型计算: 考题, 第二章流动愿计算 (3)三维机跨音速流动计第 (4)转换流动: (5)血管内血液流动: (1)体热传导计算实例 (2)管内自然对流换热 作业:完成课后思 第三章 (3)空腔白然对流换热: 考题。 传热计算 (4)管式换热器强制对流换热 (5)散热器: (6)热辐射 (1)垂直轴风力机 作业:完成课后思 第四章 (2)滑移网格榄型实例: 考题。 8-10 运动部件计算 (3)动网格模型实例: (4)重叠网格实例 (1)波浪棋拟: (2)抽水马桶 作业:完成课后思 第五章 11-13 考题。 (3)离心累空化计算: 多相流计算 (4)冲蚀: (5)流化床. (1)引袋若火导致气体扩散: 作业:完成课后思 第六章 (2)维形燃烧器燃烧模拟(有限速率型) 6 反应流计算 (3)维形烧器烧模拟(2umt预混校 要求:按时完成上 型) 视作业
五、教学进度 表3:教学进度表 周次 日期 章节 名称 内容提要 授课 时数 作业及要求 备注 1 第一章 ANSYS Fluent 基础 (1)ANSYS Fluent 简介 (2)Fluent 基本使用流程 (3)Fluent 操作流程示例 (4)实例描述 (5)Fluent 前处理 (6)计算后处理 (7)CFD基础理论 2 2-4 第二章流动问题计算 (1) 层流圆管流动; (2) NACA0012 翼型风洞模型计算; (3) 三维机翼跨音速流动计算; (4) 转捩流动; (5) 血管内血液流动; 6 作业:完成课后思 考题。 要求:按时完成上 机作业 5-7 第三章 传热计算 (1) 固体热传导计算实例; (2) 管内自然对流换热; (3) 空腔自然对流换热; (4) 管式换热器强制对流换热; (5)散热器; (6)热辐射 6 作业:完成课后思 考题。 要求:按时完成上 机作业。 8-10 第四章 运动部件计算 (1) 垂直轴风力机; (2) 滑移网格模型实例; (3) 动网格模型实例; (4)重叠网格实例 6 作业:完成课后思 考题。 要求:按时完成上 机作业。 11-13 第五章 多相流计算 (1) 波浪模拟; (2) 抽水马桶; (3) 离心泵空化计算; (4)冲蚀; (5) 流化床。 6 作业:完成课后思 考题。 要求:按时完成上 机作业。 14-16 第六章 反应流计算 (1) 引擎着火导致气体扩散; (2) 锥形燃烧器燃烧模拟(有限速率模型); (3) 锥形燃烧器燃烧模拟(Zimount 预混模 型); 6 作业:完成课后思 考题。 要求:按时完成上 机作业
(1)流体域中指板受力计算: 作业:完成课后思 第七章 (2)流体域中柔性挡板受力: 考 17-18 想合场计算 (3)流致报动计算 (4)共把传热计算: a 六、教材及参考书目 1.胡坤,《SSF1uemt实例详解》·北京:机工业出版社,2015 2.胡坤,《NSYS CFD入门指南》。北京:机械工业出版社,2015 七、教学方法 本漫程提前一周发布上读内容,让学生段好预习,课室中采用讲授法、案例教学法、讨论法等进行教学,并充分利用牌互动载件进行课前和课后的线上 交流。误后按时完成课后思考题。 1.讲授法:对基本理论、原理等进行课堂讲授,使学生能够理解和草握这些基础知识。 2.案例教学法:引入工程案倒进行模拟仿真。以加深对理论知识的理解。培养学生的工程素养, 3。讨论法:澡登围绕特定问题组织课堂讨论,培养学生理论联系实际的能力,巩困对理论知识的理解,同时增强语言表达能力: 八、考核方式及评定方法 (一)课程考核与课程日标的对应关系 表4:误程考核与课程目标的对应关系表 误程目标 考楼受点 考楼方式 深程目标1 是否学报计算流体力学基本理论 课上作业、闭卷笔试 课程目标 运用ANSYS Fluent载件解决实际月圈能力. 课后作业,课堂互动 (二)评定方法 1.评定方法 平时成绩:20%(平时考核 期中考核:40m(上机考试) 期米考试:40%(上机考试) 2。误程目标的考核占比与达成度分析 表5:课程目标的考核占比与达成度分析表 考楼占比 课程目标 平时 期中 总评达成度 课程目标 20 40 程目标1达成度-位,2x平时目标1成04x期中 目标1成绩+04x期术日标1成续/日标1总分: 视程日标2达成度=0,2x平时目标2成绩+04x期中 课程目标2 目标2成馈+0.4x期末目标2成镜/日标2总分: 20% 40% 40%
17-18 第七章 耦合场计算 (1) 流体域中挡板受力计算; (2) 流体域中柔性挡板受力; (3) 流致振动计算; (4) 共轭传热计算; 4 作业:完成课后思 考题。 要求:按时完成上 机作业。 六、教材及参考书目 1.胡坤,《ANSYS Fluent 实例详解》。北京:机械工业出版社,2015 2.胡坤,《ANSYS CFD入门指南》。北京:机械工业出版社,2015 七、教学方法 本课程提前一周发布上课内容,让学生做好预习,课堂中采用讲授法、案例教学法、讨论法等进行教学,并充分利用APP互动软件进行课前和课后的线上 交流,课后按时完成课后思考题。 1. 讲授法:对基本理论、原理等进行课堂讲授,使学生能够理解和掌握这些基础知识。 2. 案例教学法:引入工程案例进行模拟仿真,以加深对理论知识的理解,培养学生的工程素养。 3. 讨论法:课堂围绕特定问题组织课堂讨论,培养学生理论联系实际的能力,巩固对理论知识的理解,同时增强语言表达能力。 八、考核方式及评定方法 (一)课程考核与课程目标的对应关系 表4:课程考核与课程目标的对应关系表 课程目标 考核要点 考核方式 课程目标1 是否掌握计算流体力学基本理论 课上作业、闭卷笔试 课程目标2 运用ANSYS Fluent软件解决实际问题能力。 课后作业,课堂互动 (二)评定方法 1.评定方法 平时成绩:20%(平时考核) 期中考核:40%(上机考试) 期末考试:40%(上机考试) 2.课程目标的考核占比与达成度分析 表5:课程目标的考核占比与达成度分析表 考核占比 课程目标 平时 期中 期末 总评达成度 课程目标1 20% 40% 40% 课程目标1达成度={0.2x平时目标1成绩+0.4x期中 目标1成绩+0.4x期末目标1成绩}/目标1总分; 课程目标2达成度={0.2x平时目标2成绩+0.4x期中 目标2成绩+0.4x期末目标2成绩}/目标2总分; 课程目标2 20% 40% 40%
(三)评分标准 评分标准 课程 90-100 80-89 70-79 80-69 <60 优 中 合格 不合格 B 0 课程 熟练学C℉恢拟仿真理论 较熟练学提CPD榄拟仿真理 基本学量CFD顺拟仿真理 对CFD顺拟仿真理论和方 CD疫拟仿真理论和力法 目标1 和方法。 论和方法。 论和方法。 法草据得不全面: 基本能够运用理论知西 、蛇用论知识罐 善于运用理论知识解决实 边善手用理论知决 蛇坛用理论知识能决 向愿,具有银的动手能力 际问愿,具有良好的动于能 际向愿。具有一定的动 解决实际问愿。具有 决实际问思,缺乏基本 目标2 和良好工程素养」 力和工程素养 能力和工程素养。 木的动手能力和工程素 的动手能力和工程素 养。 养
(三)评分标准 课程 目标 评分标准 90-100 80-89 70-79 60-69 <60 优 良 中 合格 不合格 A B C D F 课程 目标1 熟练掌握CFD模拟仿真理论 和方法。 较熟练掌握CFD模拟仿真理 论和方法。 基本掌握CFD模拟仿真理 论和方法。 对CFD模拟仿真理论和方 法掌握得不全面。 CFD模拟仿真理论和方法 很欠缺。 课程 目标2 善于运用理论知识解决实际 问题,具有很强的动手能力 和良好工程素养。 较善于运用理论知识解决实 际问题,具有良好的动手能 力和工程素养。 能够运用理论知识解决实 际问题,具有一定的动手 能力和工程素养。 基本能够运用理论知识 解决实际问题,具有基 本的动手能力和工程素 养。 不能够运用理论知识解 决实际问题,缺乏基本 的动手能力和工程素 养