流动与传热数值计算
一、课程介绍
《流动与传热数值计算》是热能与动力工程专业热能方向的一门学科基础选修课。物理问题的数值计算方法是从事热学科领域技术人员必须掌握的基础工具。本课程旨在帮助学生拓展视野，培养计算分析能力。通过本课程的学习，学生将针对工作中或继续深造学习中遇到的流体流动及传热问题，建立必要理论基础，具备解决问题的能力。
本课程所讲述的内容有运用传热学、工程热力学、流体力学的有关理论推导热物理过程中的守恒方程，掌握数值方法的本质和离散方法，掌握导热问题、对流-扩散问题、流场问题的计算方法、掌握求解方法等共4章。实验内容包括掌握三维建模软件Pro/E软件、网格生成软件Icem软件、CFD计算软件Fluent软件的基本操作方法。教学部分共包含理论12学时，实验12学时，期末以实例分析报告形式结课。
Introduction
“Numerical calculation of fluid flow and heat transfer”is an elective course of discipline basis for undergraduates major in energy and power engineering (thermal engineering). The numerical calculation method of physical problems is a basic tool that must be qualified by technicians engaged in thermal science. This course aims to help students broaden their professional visions and develop their computational and analytical abilities. Through the study of this course, students will establish the necessary theoretical basis and have the ability to solve the problems of fluid flow and heat transfer in their work or further study.
This course covers four chapters: deducing the conservation equation in the process of thermophysics by using the theories of heat transfer, engineering thermodynamics and fluid mechanics, mastering the essence and discrete method of numerical method, mastering the heat conduction problem, convection-diffusion problem, calculation method and solving method of flow field problem. The experimental contents include mastering the basic operation methods of three-dimensional modeling software Pro/E, mesh generation software Icem and CFD calculation software Fluent. The teaching of this course includes 12 class-hours of theory and 12 class-hours of experiment. At the end of the semester, the lecture is graded in the form of case analysis report.
课程基本信息
课程名称 |
流动与传热数值计算 |
课程编码 |
422321 |
英文名称 |
Numerical Calculation of Fluid Flow and Heat Transfer |
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课程学时 |
24 |
课程学分 |
1 |
课程类别 |
专业教育课程 |
课程性质 |
选修课 |
开课学期 |
第6 学期 |
课内实验学时 |
12 |
适用专业 |
能源与动力工程专业、车辆工程、工业设计 |
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开课单位 |
热能工程系 |
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选用教材 |
《流体流动与传热过程的数值模拟基础与应用》. 化学工业出版社. 张建文，杨振亚，张政主编，2009 |
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主要参考书 |
《数值热物理过程——基本原理及CFD软件应用》. 江苏大学出版社. 何志霞，王谦，袁建平编，2009版 |
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制定人 |
陈海波 |
制定时间 |
2019年3月 |
教学大纲
1、教学目的
本课程为热能与动力工程专业热能方向的学科基础选修课，主要讲授数值计算的基本原理和应用。通过本课程的学习并结合传热学、流体力学的基本知识，学生能系统地学习和掌握数值计算方法的原理，为提高计算能力和解决工程热物理领域的实际问题打下坚实的基础。
2、教学要求
教师要积极备课，认真准备实验，对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。授课在多媒体教室，充分利用多媒体动画教学课件，结合典型实用案例和相关软件，边授课边演示。做到授课内容与大纲相符，注重平时成绩（作业和实验）积累，成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。
3、预备知识或先修课程要求
要求掌握高等数学、工程热力学、工程流体力学、传热学课程。
4、教学方式
理论教学已课堂教授为主，配以适当的讨论。课堂讲授中采用多媒体授课和板书授课相结合；实验部分以学生分组操作为主，教师仅起指导及监督作用。
5、实验环境和设备
1）实验环境：热能工程实验室
2）实验设备：计算机及相应工程软件
6、课程教学内容及学时分配
第1章 导论（2学时）
1.1 流体流动，传热传质过程的重要性
1.2 预测的方法
1.3 何为CFD
1.4 预测方法的选择
1.5 如何开展CFD工作
1.6 CFD技术及其在工程热物理领域中的应用
教学重点：掌握CFD的工作流程和方法。
第2章 物理现象的数学描述（2学时）
2.1 流体流动与传热过程的守恒律
2.2 控制微分方程
2.3 物理行为归类
教学重点：掌握物理现象的基本控制微分方程。
思考题：根据动量守恒方程推导纳维-斯托克斯方程
第3章 控制微分方程求解的数值方法（4学时）
3.1 数值计算方法和分类
3.2 数值方法的本质
3.3 基于有限体积法的控制方程离散
教学重点：有限体积法的基本原理
思考题：分析有限体积法在处理一维传热问题时对导热系数的处理方法
第4章 流动与传热问题的算法分析（4学时）
4.1一维稳态热传导问题
4.2 流动问题
教学重点：用有限体积法对一维稳态导热问题的计算方法
思考题：一维稳态导热问题的数值求解
7、实验项目内容、学时分配、实验小组
序号 |
实验项目 |
内容提要 |
实验 类型 |
学时 分配 |
分组 人数 |
实验 地点 |
教学 要求 |
1 |
三维实体建模的上机操作 |
通过三维软件介绍，了解其特点及基本操作，最后根据上机作业完成实例的操作 |
设计性 |
4 |
1 |
热能工程实验室
|
依据实验效果进行评价：优秀、良好、一般、合格及不合格。 |
2 |
网格划分方法及软件应用 |
通过常用网格生成软件介绍，了解其特点及基本操作，最后根据上机作业完成实例的操作 |
设计性 |
4 |
1 |
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3 |
CFD软件的操作 |
CFD软件基本操作介绍，了解其特点及基本操作，最后完成流动与传热问题的实际应用任务，通过后处理手段完成计算结果的图形显示 |
设计性 |
4 |
1 |
8、考核要求、考核方式及成绩评定标准
(1) 成绩按照平时成绩50%，结课论文50%分布，其中平时成绩按照出勤（5%）、作业（15%）和实验（30%）完成情况评定。
(4) 最终课程考核成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。
9、其他说明
无。
