《热流体数值计算基础》课程教学大纲（本科）

1、热流体数值计算基础Numerical Computation of Thermal Fluid课程编号：02410039学 分：2学时：30（其中：讲课学时：20 实验学时：0上机学时：10 ）先修课程：计算机应用基础、流体力学适用专业：热能与动力工程、新能源科学与工程、建筑环境与工程专业教材：数值热物理过程一一基本原理及CFD软件应用，何志霞，出版社,2009年8月第1版一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）热流体数值计算基础是新能源科学与工程、热能与动力工程、环境设备与工程、 汽车工程等专业的一门选修课程。它建立在流体力学的基础上，是针对相关专业当前的 计算

2、流体力学这一科研热点领域而开设的一门拓展性课程、入门性课程，以向学生介绍 对流体流动、传热、燃烧、化学反响、多相流等的数值预测及工程应用这一数值计算技 术为核心、而以该技术的实现载体一一各种CFD通用软件的应用为重点。通过课程学 习，拓宽了学生的知识面，使学生获得将相关CFD通用软件具体应用于实际专业问题 的能力，为相关专业学生从事该领域的科研并进一步用于工程设计奠定一定的基础。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）课程目标1： 了解近年来CFD数值计算在新能源、工程热物理等领域的研究进展和 其应用现状及前景；课程目标2：掌握热流体数值计算

3、方法和基本原理；课程目标3：掌握热流体数值计算所用到的前处理软件、求解计算软件及后处理软 件等的初步使用。注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1m-n.毕业要求1-1:2.毕业要求注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“/”，也可标注“H、M、L”。课程目标毕业要求指标课程目标1课程目标2毕业要求1-1二、课程内容与教学要求(按章撰写)第一章热物理过程数值计算基础(一)教学内容(1)计算流体力学概论(2)热流体基本特性(3)热流体控制微分

4、方程(二)教学要求了解本课程的性质、研究对象与方法、任务；了解新能源领域、热物理过程中所出现的复杂流体流动及传热问题的基本概念、 原理及基本工作过程；(3)清楚热流体控制微分方程。(三)重点与难点.重点重点是掌握热流体控制微分方程等基本概念；.难点难点是了解热物理过程数值计算思想。第二章数值计算在工程热物理领域中的应用(一)教学内容(1)数值计算技术的开展概况(2)数值计算技术在工程中的应用(3)数值计算CFD商用软件结构(4)常用的CFD商用软件(5)数值计算技术在工程热物理领域中的应用(二)教学要求了解热流体数值计算技术的开展及在工程中应用；了解各种常用的CFD商用软件的结构、特点及应用情

5、况；了解热流体数值计算技术在新能源及工程热物理领域中的应用。(三)重点与难点.重点重点是了解数值计算技术在工程热物理领域中的应用；.难点难点是了解CFD商用软件的结构及数值计算的实现。第三章控制微分方程求解的数值方法(一)教学内容(1)数值计算方法和分类(2)离散化的概念(3)基于有限体积法的控制方程离散(二)教学要求了解各种数值计算方法；(2)掌握基于有限体积法的控制方程的离散方法。.重点重点是掌握离散化的概念及基于有限体积法的控制方程的离散方法；.难点难点是有限体积法四条基本原那么的理解。第四章热传导问题的数值计算(一)教学内容一维稳态热传导问题一维非稳态热传导问题(3)二维与三维热传导问

6、题(4)超松弛和欠松弛(二)教学要求掌握从一维稳态热传导问题、一维非稳态热传导问题到二维和三维热传导问题 离散化方程的建立乃至求解过程。(三)重点与难点.重点重点是掌握热传导问题的离散化及数值求解方法；.难点难点是热传导问题数值求解过程中边界条件的处理。第五章对流与扩散问题的数值计算(一)教学内容一维稳态对流与扩散问题(2)多维对流与扩散问题(二)教学要求掌握一维与多维对流与扩散问题控制方程的离散化方法和数值求解方法。(三)重点与难点.重点重点是掌握对流扩散问题的离散化及数值求解方法；.难点难点是对各种不同的差分格式物理意义的理解。第六章流场的数值计算(一)教学内容(1)流场数值计算存在的问题

7、(2)基于交错网格的动量方程的离散(3)压力修正算法SIMPLE算法(二)教学要求掌握基于SIMPLE算法的流场计算的数值计算方法。(三)重点与难点.重点重点是掌握压力速度耦合求解的SIMPLE算法；.难点难点是对于交错网格的理解。第七章网格生成软件Gambit的使用(一)教学内容(1)网格生成概述Gambit功能及界面Gambit应用实例AutoCAD与Gambit的联合使用Pro/E与Gambit的联合使用(二)教学要求了解网格生成基本概念，掌握前处理软件Gambit的具体使用；(2)掌握AutoCAD及Pro/E与Gambit的联合使用。(三)重点与难点.重点重点是掌握Gambit软件的

8、基本使用和操作；.难点难点是AutoCAD与Gambit以及Pro/E与Gambit的联合使用。第八章Fluent软件的使用入门(一)教学内容Fluent的概述Fluent的基本操作Fluent软件基本模型介绍Fluent的应用实例(二)教学要求(1)掌握Fluent软件的基本操作及具体使用；(2)熟悉Fluent软件的各种基本模型。(三)重点与难点.重点重点是掌握Fluent软件的基本使用和操作；.难点难点是对Fluent软件中各种模型具体应用的理解。三、本课程开设的实验工程(如课程不含实验，该项可不填)编号实验工程名称学时类型要求支撑的课程目标12注：L “类型”填验证性、综合性、设计性等

9、;“要求”填必做、选做。实验L (实验名称)写明实验目标及要求。实验2：(实验名称)写明实验目标及要求。四、学时分配及教学方法章教学形式及学时分配主要教学支撑的课（按序填写）l/T沐实验上机课外小计方法程目标第一章 热流体数值计算基础22讲授第二章热流体数值计算在新能源及工 程热物理领域中的应用22讲授第三章控制微分方程求解的数值方法22讲授第四章热传导问题的数值计算224讲授、演示第五章 对流与扩散问题的数值计算224讲授、研究 探索第六章流场的数值计算22讲授第七章网格生成软件Gambit的使用325讲授、研究 探索第八章Fluent软件的使用入门549讲授、研究探索合计2001030注：

10、1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、工程、案例等教学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重备注课堂表现出勤与发言10%平时作业作业次数及质量20%课内实验实验操作与分析处理20%期末考试开卷50%注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。.考核形式主耍包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、工程设计和作品等。.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、工程设计要求等。.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）.王福军.计算流体动力学分析一一CFD软件原理与应用，清华大学出版社,2004. 9 第1版. S.V.帕坦卡,传热与流体流动的数值计算.张政，译.北京：科学出版社，1992.陶文铃.数值传热学.2版.西安：西安