《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）：远修 课程英文名称：Computational fluid小ynamics 总学时周学时学分：32/22 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、毕业实习与设计 授课时间：1-16周，星期一3-4节 授课地点：松山湖校区化能学院12L203 授课对象：19能源1、2班，19建能1班 开课学院：化学工程与能源技术学院 任裸敏师姓名职蒋：杨小平刷教授，陈捷超饼师 客聚时间、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。 漂程考核方式：开卷()闭卷()课程论文()其它() 使用款村： L.Fluent技术基础与应用实例，王瑞金，张凯，王刚，清华大学出版社。 救学参考资料： 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 1
1 《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：Computational fluid dynamics 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、毕业实习与设计 授课时间：1-16 周，星期一 3-4 节 授课地点：松山湖校区化能学院 12L203 授课对象：19 能源 1、2 班，19 建能 1 班 开课学院：化学工程与能源技术学院 任课教师姓名/职称：杨小平/副教授，陈捷超/讲师 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Fut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。 裸程敦学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程敏学目标 支撑单业要求指标点 单业要求 目标1： 2能够运用数学、自然科学和能源与动力工程领域 22能具备应用工程科学的基本原理和 正确理解和掌握与计算流体力学有关的基本概念、基本知 所涉及的基本原理和技术方法，进行能源与动力工 技术方法对能源与动力工程复杂工程 识以及基本原理，掌握数值模拟的过程及原理，通过本门 程领域中复杂问趣的识别、表达、文献研究及分析， 课程的学习，了解计算流体动力学的基本原理 问题进行表达与建模的能力 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 5-】能够将计算机程序语言、CAD、能 5能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代 用计算流体动力学方法进行有关产品部件的设计、开发研 源动力领域仿真模拟软件等现代工其， 工程工具和信息技术工其，对能源动力领域复杂工 究等工作奠定基础，学会使用fluent、.GAMBIT、Tecplot 应用于分析、模拟、设计能源动力领域 程问趣进行预测、模拟、求解和论证，并能够理解 等有关的计算流体动力学软件研究流体流动和传热基本 相关设备及系统，并能够理解其局限性 其局限性。 问题 目标3： 5 5-2能够开发专用的现代工程工具和信 能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代 根据C℉D的教学内容，理解对专业课程中相关理论方程组 工程工具和信息技术工其，对能源动力领域复杂工 息技术工具，满足进行能源与动力工程 的应用：课堂开展研讨式教学，培养学生独立思考的能力， 程问趣进行预测、模拟、求解和论证，并能够理解 设计、制造和研发工程实践的需要。 提高创新意识：为学生参与科研和工程实践提供一种方法 其局限性。 理论教学进程表 周次 敦学主题 投课散 学时 教学内容（重点、难点、裸程思政融入 敕学模式 教学方法 作业安排 支撑课 2
2 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 学时 教学内容（重点、难点、课程思政融入 教学模式 教学方法 作业安排 支撑课
师 点) (线上/混合式 程目标 /线下 计算流体动力学的基本特点（量点）： 课程思政作业：通 应用、连续性方程、动量方程、能量方 课堂讲授 过文献检索或网络 计算流体动力学简 陈捷超、 程的回顾（难点）。课程思政融入点： 2 混合式 与小组讨 资源查找，每人须 目标一 介及基础知识 杨小平 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 论 完成不少于1500字 关于计算流体力学 学高峰的杜会主义核心价值现。 发展的综述。 课堂讲授 流体力学控制方程 陈捷超、 计算流体动力学方程离散化的基本原理 2 2 (重点)：流体力学控制方程离散化的 混合式 与小组讨 目标一 离散化的方法 杨小平 方法（难点）。 论 合计 4 项目类型（验证综合 敦学 支撑课 周次 实检项目名称 授课数师 学时 敏学内容（置点、难点、课程思政融入点） 设计) 方式 程目标 线上：优学院 陈捷超、 软件功能、组成和运行（重点）：网格生成技 3 Fluent软件简介 综合 目标二 杨小平 或课堂讲授和 术（难点）。 小组讨论 陈捷超、 Gambit软件简介（重点）：利用Gambit软件 线上：优学院 Gambit软件建模 综合 目标二 杨小平 建立几何模型（难点）。 或课堂讲授和 3
3 师 数 点） （线上/混合式 /线下 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 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 3 Fluent 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 4 Gambit 软件建模 陈捷超、 杨小平 2 Gambit 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 目标二
小组讨论 线上：优学院 利用Gambit软件生成二 陈捷超、 2 网格划分对数值模拟的作用（重点）：利用 综合 或课堂讲授和 目标二 维网格 杨小平 Gambit软件生成网格（难点）。 小组讨论 线上：优学院 利用Fluent软件求解二 陈捷超、 二维圆管建模并生成网格（量点）：边界条件 6 2 目标二 维管内流动 杨小平 综合 或课堂讲授和 设置，求解参数设置（难点）。 小组讨论 线上：优学院 利用Fluent软件求解冷 陈捷超、 混合器建模并生成网格（置点）：Fluent软件 综合 或课堂讲授和 目标二 热水混合器二维流动 杨小平 温度场求解（雅点）。 小组讨论 陈捷超、 Gambit构造三维几何模型的方法（量点）：不 线上：优学院 利用Gambit构造三维几 8 同类型三维网格的生成方法（难点）：管理的 综合 杨小平 或课堂讲授和 目标二 何模型及网格 性质与功能。 小组讨论 线上：优学院 三维定常速度场仿真计 陈捷超、 三维定常流动过程的设置（重点）：掌握后处 9 2 综合 或课堂讲授和 目标二 算 杨小平 理方法获得可视化结果（难点）。 小组讨论 圆柱绕流非稳态流动与 陈捷超、 湍流模型设置的简介（量点）：非稳态流动设 综合 线上：优学院 10 目标二 卡门涡街现象 杨小平 置和求解过程（难点）。 或课堂讲授和
4 小组讨论 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 2 Gambit 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 目标二
小组讨论 空调房间模型构建（重点）：速度、温度和压 线上：优学院 利用Fluent数值求解空 陈捷超、 2 综合 杨小平 力场可视化（难点）：实际工况中求解问题的 或课堂讲授和 目标二 调房间内流场问题 简化。 小组讨论 多相流模型介绍及有自 线上：优学院 陈捷超、 VOF模型详解（量点）：非耦合求解器的设置 12 由表面水流现象仿真计 2 目标二 杨小平 综合 或课堂讲授和 (难点)。 算 小组讨论 线上：优学院 陈捷超、 13 两相混合过程仿真计算 2 两相混合建模（置点）：Mixture模型和DPM 综合 杨小平 或课堂讲授和 目标二 模型的设置（难点）. 小组讨论 线上：优学院 凝固和融化现象仿真计 陈捷超、 凝固和融化现象仿真建模（重点）：设置凝固 14 综合 或课堂讲授和 目标三 算 杨小平 融化模型进行计算（难点）。 小组讨论 线上：优学院 陈捷超、 多组分燃烧模型构建（重点）：设置燃烧模型 15 甲烷燃烧过程仿真 2 综合 或课堂讲授和 目标三 杨小平 进行计算（难点）。 小组讨论 可动区域流体流动及后 陈捷超、 MRF模型和MM模型详解（重点）：Tecplot 线上：优学院 16 综合 目标三 处理软件学习 杨小平 软件详解（雅点）。 或课堂讲授和
5 小组讨论 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 1 2 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 2 VOF 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 1 3 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 1 4 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 1 5 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 1 6 可动区域流体流动及后 处理软件学习 陈捷超 、 杨小平 2 MRF 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 目标三