導(dǎo)語：如何才能寫好一篇流體動(dòng)力學(xué)模擬理論，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

（一）理論教學(xué)內(nèi)容

在理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，可以將理論教學(xué)內(nèi)容分為基本理論模塊、專業(yè)關(guān)聯(lián)模塊、理論拓展模塊、創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)模塊四個(gè)模塊。這四個(gè)模塊分別具有以下的含義：（1）基本理論模塊：由流體動(dòng)力學(xué)這門課程中最基本的理論、技能構(gòu)成，具有通識(shí)性。（2）專業(yè)關(guān)聯(lián)模塊：由流體動(dòng)力學(xué)這門課程中與專業(yè)直接關(guān)聯(lián)內(nèi)容，或者與后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)相關(guān)聯(lián)的，利用基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問題的理念和方法構(gòu)成，是體現(xiàn)流體動(dòng)力學(xué)這門課程，起到從基礎(chǔ)理論到工程應(yīng)用橋梁作用的主要模塊。（3）理論拓展模塊：由流體動(dòng)力學(xué)這門課程中與本專業(yè)關(guān)聯(lián)度相對(duì)較小，但是概念更抽象、難度更大，有利于拓寬學(xué)生知識(shí)面、培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力的內(nèi)容構(gòu)成。（4）創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)模塊：由流體動(dòng)力學(xué)這門課程中有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的思維、創(chuàng)新的技能、創(chuàng)新的理論研究方法，甚至有利于人文素質(zhì)教育的內(nèi)容構(gòu)成。模塊的劃分應(yīng)細(xì)化到每一個(gè)章節(jié)，并且明確在每個(gè)章節(jié)的權(quán)重，這樣可使教師明確地把握每一個(gè)章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)目標(biāo)。同時(shí)，學(xué)生也能夠掌握每一個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。如果學(xué)生在某一章節(jié)學(xué)習(xí)上出現(xiàn)問題，教師和學(xué)生能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)是在哪個(gè)模塊上出現(xiàn)了問題，這有利于教師及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法，學(xué)生及時(shí)改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，及時(shí)解決問題，不至于出現(xiàn)問題堆積，影響學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)的情況。而且，我們也應(yīng)注意到，針對(duì)教材而言，每一章節(jié)的內(nèi)容與內(nèi)容之間都有著承上啟下、相互關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，當(dāng)然，各章節(jié)之間也有一定聯(lián)系，在理論以及涉及的概念的深度方面也是逐步遞增的。因此，在講授過程中，還應(yīng)注意同一內(nèi)容多模塊化，以及模塊與模塊之間的關(guān)聯(lián)性，明確模塊之間的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，而不能將模塊孤立化，往往造成只見樹木、不見森林的不良后果，使學(xué)生對(duì)每一部分的內(nèi)容都了解得透徹，但由于不了解相互之間的關(guān)系，從而限制本課程學(xué)習(xí)過程中的理論拓展。例如：在講授“描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法”的過程中，涉及兩個(gè)內(nèi)容：拉格朗日法和歐拉法?；诒疚牡慕虒W(xué)內(nèi)容模塊化思想。拉格朗日法”內(nèi)容構(gòu)成基本理論模塊，而“歐拉法”內(nèi)容具有兩種模塊形式：基本理論模塊和創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)模塊。其構(gòu)成的原因有：（1）“歐拉法”不研究個(gè)別質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析和計(jì)算，它是流體動(dòng)力學(xué)理論研究和工程應(yīng)用的基礎(chǔ)；（2）“歐拉法”的提出是創(chuàng)新思想的體現(xiàn)，因?yàn)樗搅顺Ｒ?guī)的描述固體運(yùn)動(dòng)的思維方法，“歐拉法”是基于“拉格朗日法”的換位思考，而它的意義卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“拉格朗日法”。在這部分內(nèi)容的講授中，要注意模塊與模塊之間的關(guān)聯(lián)性，明確“拉格朗日法”與“歐拉法”的關(guān)系，使學(xué)生能深入地理解“歐拉法”的思想以及相關(guān)的概念，為課程后續(xù)的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。另一方面，可以針對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)，借助“歐拉法”的換位思考法，起到培養(yǎng)學(xué)生人文素質(zhì)的作用，引導(dǎo)學(xué)生采用換位思考方法，正確地面對(duì)人生的問題，使自己的人生觀和道德觀得到升華。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

由于流體動(dòng)力學(xué)的研究方法主要有理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬三種，其中實(shí)驗(yàn)是學(xué)生應(yīng)用理論解決實(shí)際問題，進(jìn)一步加深對(duì)概念理解的重要環(huán)節(jié)。因此，在流體動(dòng)力學(xué)的理論教學(xué)中，應(yīng)注意融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思想?；诖耍瑢?shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為必做實(shí)驗(yàn)?zāi)K、選做實(shí)驗(yàn)?zāi)K、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K三個(gè)模塊。這三個(gè)模塊分別具有以下的含義：（1）必做實(shí)驗(yàn)?zāi)K：由傳統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)構(gòu)成。（2）選做實(shí)驗(yàn)?zāi)K：由教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，或者與流體動(dòng)力學(xué)課程相關(guān)的科研實(shí)驗(yàn)構(gòu)成。（3）自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：由學(xué)生自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)構(gòu)成。其中，在選做實(shí)驗(yàn)?zāi)K的實(shí)施過程中，關(guān)鍵是注意了解學(xué)校與流體動(dòng)力學(xué)課程相關(guān)的科研實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和主要的科研實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。針對(duì)大部分高?，F(xiàn)有的條件，在自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的實(shí)施過程中具有一定的難度，但是可考慮利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“虛擬實(shí)驗(yàn)”，或者采用針對(duì)個(gè)別學(xué)生實(shí)施這部分實(shí)驗(yàn)，然后再增加學(xué)生人數(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)這一實(shí)驗(yàn)?zāi)K的教學(xué)。

二、教學(xué)方法手段

理論教學(xué)過程中以多媒體教學(xué)手段為主，多媒體課件的制作應(yīng)結(jié)合本課程的教學(xué)規(guī)律，符合實(shí)際需要，將理論問題形象化，并注意將理論教學(xué)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)和數(shù)值模擬的思想。例如，“雷諾實(shí)驗(yàn)”這部分內(nèi)容的理論教學(xué)中，多媒體的制作可采用動(dòng)畫的形式演示實(shí)驗(yàn)的基本過程和結(jié)果，將層流和紊流兩種流態(tài)形象地表現(xiàn)出來。同時(shí)，可以借助實(shí)際工程中的數(shù)值模擬結(jié)果，更形象地反映這兩種流態(tài)的特點(diǎn)和工程實(shí)際的應(yīng)用。這樣既說明了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬之間相輔相成，又將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和數(shù)值模擬的思想融入理論教學(xué)中，由此起到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究能力的作用。

三、考核方式方法

由于考核的目的在于助學(xué)和改進(jìn)教學(xué)方法。因此，本課程的考核應(yīng)在一定程度能夠發(fā)揮學(xué)生的主體作用，這樣有利于良好教學(xué)氛圍的營造，有利于師生雙向的交流。具體的考核方式有多種，綜合的考核方式應(yīng)該更合理，但操作起來也更復(fù)雜，可以采用先試點(diǎn)后鋪開的途徑。目前，大多數(shù)高校主要采用平時(shí)成績和期末成績綜合考核的方法。平時(shí)成績通常包括考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)。平時(shí)成績的考核應(yīng)是考核中最重要的內(nèi)容，它是教師及時(shí)了解學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)狀況、把握教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。其中作業(yè)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和要求是不可忽視的，例如，可以采用必做題、選做題，不是盲目地采用題海戰(zhàn)術(shù)，這有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，同時(shí)使學(xué)生對(duì)每一章節(jié)的學(xué)習(xí)有的放矢。對(duì)作業(yè)中的解題步驟和圖的繪制都應(yīng)該有明確的要求，這樣有利于工程師卓越素質(zhì)的培養(yǎng)?？傊?，平時(shí)成績的考核注重調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)工程師卓越素質(zhì)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生利用知識(shí)分析問題的能力和創(chuàng)新能力，在考核內(nèi)容設(shè)計(jì)方面應(yīng)該是考核目的的體現(xiàn)。

四、結(jié)語

篇2

關(guān)鍵詞：中國水墨畫；流體動(dòng)力學(xué)；數(shù)字水墨書畫系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）07-1699-05

中國水墨畫源遠(yuǎn)流長，有著樸素抽象、注重神似的畫風(fēng)，其影響至日本、韓國、東南亞一帶，在東方乃至全世界都自成體系，可以說是東方文化的象征與瑰寶[1]。

西方的油畫、水彩畫等在繪制工具、表現(xiàn)技法上與中國水墨畫有著本質(zhì)不同。西方的繪畫更理性，它遵循嚴(yán)格的透視原理及光學(xué)原理，以寫實(shí)為主，追求“形似”。而中國水墨畫在表現(xiàn)手法上往往不遵守客觀規(guī)律，其更注重神似。正是由于這些差異，使得現(xiàn)有的關(guān)于西方繪畫藝術(shù)的仿真方法無法直接應(yīng)用于水墨畫的模擬[2]。如何運(yùn)用邏輯嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)極為隨意揮灑的中國水墨畫進(jìn)行仿真研究是極具挑戰(zhàn)性的課題。

目前，對(duì)中國水墨畫的仿真方法可分為兩類：基于物理建模的方法和面向藝術(shù)效果的方法[3]。該文研究的是采用物理建模的方法對(duì)水墨畫進(jìn)行仿真。該文在Curtis[4]的研究基礎(chǔ)上，提出了水墨畫運(yùn)移、傳輸?shù)娜龑幽Ｐ?，并將流體動(dòng)力學(xué)理論引入水墨粒子在淺水層、墨粒沉積層以及毛細(xì)作用層的運(yùn)移和傳輸規(guī)律的研究，通過Helmholtz-Hodge 分解，求解基于Navier-Stokes偏微分方程組的水墨運(yùn)動(dòng)模型。以此作為理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)交互式的數(shù)字水墨書畫系統(tǒng)。

1 相關(guān)工作

水墨畫的創(chuàng)作用具主要為筆、墨、紙。紙是水墨畫的載體，所以紙的建模直接關(guān)系到水墨效果仿真的質(zhì)量。關(guān)于紙張建模的研究工作可參考文獻(xiàn)[4-6]。

在虛擬筆刷的建模及毛筆筆跡的模擬仿真方面，筆交互應(yīng)用開始時(shí)就有研究者進(jìn)行毛筆書法效果的模擬研究。1986 年，Strassmann[7]提出通過增加控制點(diǎn)連成矩形來填充毛筆筆跡的算法，1990年Chua[8]提出使用貝塞爾曲線來擬合毛筆筆跡，1991年Guo 和Kunii[9]提出了基于紙張纖維束的毛筆筆跡擴(kuò)散模型，Pahm[10]提出了使用B 樣條來模擬筆道的輪廓，中間使用四邊形來擬合填充毛筆筆跡。

在水墨運(yùn)動(dòng)的物理建模方面，石[11]提出基于粒子系統(tǒng)的算法來仿真水墨擴(kuò)散過程。王[12]將滲流力學(xué)引入水墨運(yùn)移物理規(guī)律的研究。Nelson S.-H [6] 運(yùn)用網(wǎng)格玻爾茲曼模型（Lattice Boltzmann methods）對(duì)水墨運(yùn)移及傳輸過程進(jìn)行仿真，并在GPU上實(shí)現(xiàn)了其算法。

2 基于流體動(dòng)力學(xué)的水墨畫繪制算法

本節(jié)給出基于流體動(dòng)力學(xué)的水墨畫仿真算法的定義、形式化描述及算法偽碼。

2.1 水墨粒子運(yùn)移、傳輸?shù)娜龑幽Ｐ?/p>

在Curtis的研究基礎(chǔ)上本文提出水墨粒子運(yùn)移、傳輸?shù)娜龑幽Ｐ汀Ｈ龑幽Ｐ头謩e為：淺水層、墨粒沉積層、毛細(xì)作用層。三層模型相互作用，會(huì)產(chǎn)生不同的繪制效果。

淺水層用于模擬水墨在紙張表面的流動(dòng)，主要模擬墨粒在水中浮起并被水傳送到不同的區(qū)域這一過程。在淺水層中，水的流動(dòng)被限制在濕區(qū)域內(nèi)。

墨粒沉積層用于模擬墨粒在紙上被吸附和解吸附的現(xiàn)象，主要控制墨粒在淺水層和墨粒沉積層之間的轉(zhuǎn)移。墨粒的密度、著色能力和粒度都會(huì)影響紙的吸附和解吸附能力[13]。

毛細(xì)作用層模擬水在紙張毛孔的遷移，將根據(jù)紙的水飽和度處理濕區(qū)域，在毛細(xì)作用層的作用下，濕區(qū)域會(huì)逐漸擴(kuò)展。

2.2基于Navier-Stokes方程的水墨運(yùn)動(dòng)模型

本文采用Jos Stam [14]提出的Navier-Stokes方程作為模擬水流運(yùn)動(dòng)的物理模型，同時(shí)增加描述墨粒子密度因水流速度場(chǎng)變化而擴(kuò)散的方程，兩者一并構(gòu)成水墨粒子在淺水層運(yùn)動(dòng)的基本物理模型。形式化定義為：

其中[??u=0]。公式（1）右邊第一項(xiàng)表示速度場(chǎng)的自身平流，叫做平流項(xiàng)。第二項(xiàng)，稱作壓力項(xiàng)，代表了外力施加于水墨流體時(shí)，微觀上所產(chǎn)生的不均勻的壓力及加速度。第三項(xiàng)表示由于水墨濃稠度的不均勻所形成的阻礙，并由此造成了動(dòng)量的擴(kuò)散，同時(shí)影響了流體速度的分散。第四項(xiàng)是外力施加到水墨流體上而增加的加速度。

2.3 Helmholtz-Hodge分解定理

為求解以上方程，該文通過Helmholtz-Hodge 分解得到水墨粒子淺水層運(yùn)移和傳輸算法[14]。

定義一個(gè)空間區(qū)域[D]，邊界法線為[n]，標(biāo)量場(chǎng)[p]。據(jù)Helmholtz-Hodge 分解定理有[D]上的矢量場(chǎng)[w] 能唯一分解為：

其中[u]是散度為零的矢量場(chǎng)（即[??u=0]），[p]為標(biāo)量。把散度算子應(yīng)用到方程（3）兩邊，有：

根據(jù)Helmholtz- Hodge分解定義一個(gè)投影算子[P]， 將矢量場(chǎng)[w] 投影到無源分[u]。應(yīng)用到方程， （3）得到：

根據(jù)[P]的定義有[Pw=Pu=u]，固[P（?p）=0]，將此投影算子應(yīng)用到方程（1）的兩邊有：

因?yàn)閡的散度為0，左邊的導(dǎo)數(shù)也是無散度的，同時(shí)[P（?p）=0]，有：

定義一個(gè)算子S，及各分量算子，平流A、擴(kuò)散D、外力F、投射P， 整個(gè)求解過程變?yōu)椋?/p>

從左到右進(jìn)行運(yùn)算，則整個(gè)求解過程，首先是平流，接著是擴(kuò)散、外力和投射，即：

2.4基于流體動(dòng)力學(xué)的水墨畫淺水層運(yùn)移和傳輸算法

2.4.1外力項(xiàng)

外力項(xiàng)由外界對(duì)水墨流體施加的力組成，并假設(shè)該外力在其時(shí)間步長內(nèi)保持恒定，形式化定義為：

2.4.2平流項(xiàng)

平流項(xiàng)表示速度場(chǎng)沿著擴(kuò)散方向傳輸自身和水墨粒子。這里使用隱式解法[14]，形式化定義為：

2.4.3擴(kuò)散項(xiàng)

對(duì)擴(kuò)散項(xiàng)的求解實(shí)際轉(zhuǎn)化為對(duì)泊松方程的求解，形式化定義為：

可采用Gauss-Seidel法進(jìn)行求解[14]。

2.4.4投影項(xiàng)

經(jīng)過外力、擴(kuò)散、平流運(yùn)算后得到一個(gè)有散度的速度場(chǎng)w3（x），通過投影算子將其改變?yōu)闊o散度的速度場(chǎng)w4（x）。具體求解方法可參考文獻(xiàn)[14]。對(duì)方程（2）的求解可參考以上所示進(jìn)行。

3.4.5水流淺水層運(yùn)移和傳輸算法偽碼

詳細(xì)的代碼實(shí)現(xiàn)可以參考文獻(xiàn)[15]。

2.4.6墨粒子淺水層運(yùn)移和傳輸算法偽碼

其中u， v為給定的水流速度場(chǎng)速度，diff為墨粒子擴(kuò)散系數(shù)。更詳細(xì)的代碼實(shí)現(xiàn)可以參考文獻(xiàn)[15]。

2.5水墨粒子墨粒沉積層運(yùn)移和傳輸算法

在仿真的每一步，墨粒子都會(huì)被沉積層以一定數(shù)率吸附，同時(shí)也會(huì)以一定數(shù)率解吸附會(huì)淺水層。墨粒的密度[ρ]、著色能力[w]，粒度[r]和紙張的高度[h]都影響紙的吸附和解吸附能力。下面給出水墨粒子墨粒沉積層運(yùn)移和傳輸算法的偽碼。g為墨粒沉積層粒子密度，d為淺水層墨粒子密度。該文在Curtis的研究基礎(chǔ)上，提出了水墨粒子墨粒沉積層運(yùn)移和傳輸算法。

2.6水墨粒子毛細(xì)作用層運(yùn)移和傳輸算法

當(dāng)墨汁向正要變干但仍保持潮濕的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)會(huì)產(chǎn)生回吸現(xiàn)象。這個(gè)時(shí)候墨汁會(huì)被淺水層以一定的吸收率[α]吸收，同時(shí)向毛細(xì)作用層擴(kuò)散。每個(gè)網(wǎng)格單元都會(huì)向其鄰近區(qū)域傳輸墨汁，直到達(dá)到飽和容積率[c]。當(dāng)飽和度超過[?]時(shí)，該網(wǎng)格單元被標(biāo)記為潮濕區(qū)域。這樣，由于毛細(xì)作用層的作用，就會(huì)形成不規(guī)則的分支形狀，以此模擬水墨粒子的非規(guī)則擴(kuò)散現(xiàn)象。該文在Curtis的研究基礎(chǔ)上，提出了水墨粒子毛細(xì)作用層運(yùn)移和傳輸算法。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1為運(yùn)用具有不同濃稠度的水墨畫筆書寫的筆劃（其擴(kuò)散效果形態(tài)不同），圖2為使用本文開發(fā)的數(shù)字水墨書畫系統(tǒng)所書寫的“蛇”字。圖3為本文開發(fā)的數(shù)字水墨書畫系統(tǒng)的用戶界面。實(shí)驗(yàn)表明本文所設(shè)計(jì)的數(shù)字水墨書畫系統(tǒng)能較好的仿真水墨書畫的效果。

在當(dāng)今數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，如何開發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值，符合市場(chǎng)需求的數(shù)字水墨書畫系統(tǒng)軟件，是未來值得探索和深入研究的科學(xué)熱點(diǎn)問題[16]。

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篇3

[關(guān)鍵詞] CAD/CAE；流-固耦合；靜力學(xué)分析；模態(tài)分析；仿真分析；凍干技術(shù)；FLUENT中圖分類號(hào)：TB79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2055-5200（2014）01-027-06

Doi：10.11876/mimt201401007

Application of Simulation Technology in the Design of Vacuum Freeze-drying Machine CHEN Wei， LU Hong-bin ，CHENG Peng

（Plant of Experimental Instrument，Academy of Military Medical Sciences ，PLA，Beijing 100850，China）

[Abstract] Objective：Research on application of simulation technique in the design of the vacuum freeze-drying machine. With the aid of the modern design method， the product development and the foundation experiment are supported， scientific experiments and test method were improved. Methods：According to design requirements of the freeze-drying machine，3D model of the vacuum freeze-drying case and the shelf were built.With CAE technology， the vacuum freeze-drying case were analysed，including statics analysis and modal analysis. Based on the result analysis which was achieved from the finite element model with considerations to constraint and boundary conditions， reliable basis datas for Structure optimization and dynamic characteristics were obtained. With FLUENT software， Using SIMPLE algorithms and standard κ-ε turbulence model analysed air flow field and outlet velocity distribution of the vacuum freeze-drying case in order to provide design datas of inlet channel. Fluid-solid coupling model of shelf temperature field was calculated， results were provided to further optimize the structure of shelf. Result：Flow field model and calculation method of the vacuum freeze-drying case and shelf were made the new attempt.The simulation results were obtained，which Provided the reference for engineering application and promoted effectiveness-cost ratio of development. Conclusion：Simulation as a scientific means of development is playing a positive role in promoting product performance and increasing design productivity.

1 引言

真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。冷凍干燥技術(shù)用途廣，生產(chǎn)廠家較多，美國、英國、日本、德國等國的凍干機(jī)已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，其擱板面積從不到一平方米直至大到幾十平方米， 形成十幾種規(guī)格。

我國冷凍干燥機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多采用材料力學(xué)簡化計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法。這種設(shè)計(jì)方法具有一定可靠性，但存在諸多弊端：首先，采用這種方法設(shè)計(jì)周期長，進(jìn)行計(jì)算后，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果人工布置筋板結(jié)構(gòu)，會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性不易保證；其次，結(jié)構(gòu)組件冗余，用材質(zhì)量大，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在材料使用上偏于保守，比國外同種規(guī)格產(chǎn)品重量大，致使成本高、效益低，削弱了產(chǎn)品的競(jìng)爭力。

國內(nèi)外文獻(xiàn)中， 對(duì)如何將現(xiàn)代仿真技術(shù)應(yīng)用到真空冷凍干燥機(jī)設(shè)計(jì)中的文章不多見。 本文探討仿真技術(shù)在真空冷凍干燥機(jī)主要組成部分設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。設(shè)計(jì)產(chǎn)品零件幾何形狀復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算難度大，設(shè)計(jì)計(jì)算過程復(fù)雜，產(chǎn)品性能要求高時(shí)，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的高水平技術(shù)人員結(jié)合產(chǎn)品仿真分析才能完成[1]。

2 冷凍干燥機(jī)設(shè)計(jì)與分析的關(guān)鍵

目前制備型真空冷凍干燥機(jī)主要由冷凍干燥箱、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)幾大部分組成[2-3]。這幾大部分的搭配、取舍可構(gòu)成不同的設(shè)計(jì)方案。

冷凍干燥箱是一個(gè)能夠制冷到-50℃左右，能夠加熱到+70℃左右的高低溫箱體，也是一個(gè)能夠抽成真空的密閉容器，它是凍干機(jī)的主要組成部件，其中的擱板是核心部件，它負(fù)責(zé)對(duì)制品的預(yù)冷、升溫、干燥。制品的品質(zhì)在很大程度與擱板的制冷溫度、加熱溫度、干燥時(shí)的真空度三個(gè)主要參數(shù)緊密相關(guān)[4]。以上三個(gè)參數(shù)中，后兩個(gè)參數(shù)比較容易控制，原因是擱板加熱溫度一般由電加熱裝置提供熱量，硅油作為傳熱介質(zhì)，電加熱裝置功率穩(wěn)定可控，所以容易實(shí)現(xiàn)熱量大小的改變，干燥時(shí)真空度的控制雖然較為復(fù)雜，但還是能做到較精確控制。比較難于理想控制的是第一個(gè)參數(shù)：制冷溫度，這一參數(shù)主要通過擱板最低溫度、擱板降溫速率、擱板控溫精度來綜合評(píng)價(jià)。

基于以上原因，嘗試對(duì)冷凍干燥箱和擱板設(shè)計(jì)。首先，在具體結(jié)構(gòu)上借助三維CAD技術(shù)，完成三維造型、虛擬組裝、工程圖生成等工作；其次，借助CAE技術(shù)對(duì)冷凍干燥箱進(jìn)行靜強(qiáng)度及模態(tài)分析計(jì)算，通過FLUENT分析顯示冷凍干燥箱氣體流場(chǎng)軌跡和擱板內(nèi)溫度場(chǎng)變化，發(fā)現(xiàn)存在問題，為設(shè)計(jì)提供參考，縮短研發(fā)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益[5]。

2.1 冷凍干燥箱靜力學(xué)分析

首先用Pro/ENGINEER做造型設(shè)計(jì)，然后利用其提供的數(shù)據(jù)接口把模型傳遞到ANSYS環(huán)境進(jìn)行有限元計(jì)算，從而得到冷凍干燥箱的機(jī)械性能。

[C]―阻尼矩陣；

[K]―剛度系數(shù)矩陣；

{x}―位移矢量；

{F}―力矢量。

線性結(jié)構(gòu)靜力分析中，所有與時(shí)間相關(guān)的量都被忽略。于是，從（2-1）式中得到以下方程式：

[K]{x}={F} （2-2）

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)冷凍干燥箱結(jié)構(gòu)采取從局部到整體的造型方法建模，冷凍干燥箱是由若干零部件焊接裝配起來，用CAD軟件造型，可以從標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)件開始將相關(guān)結(jié)構(gòu)體拼合即可得到整體結(jié)構(gòu)模型。

在進(jìn)行有限元分析時(shí)，各結(jié)構(gòu)件可按焊接成一個(gè)整體處理。設(shè)計(jì)初期采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和材料力學(xué)簡化算法相結(jié)合的方式，得到設(shè)計(jì)參數(shù)的初始值，然后用Pro/ENGINEER進(jìn)行輔助實(shí)體造型即可得到冷凍干燥箱體模型，整體完成后的分析用三維模型如圖1所示。

通過仿真分析可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的一些不合理地方，如有些部位應(yīng)力水平頗高。盡管其中有未考慮焊縫而引起的應(yīng)力集中的因素存在，但即使去除該因素，應(yīng)力分布的不均性也不可避免地導(dǎo)致各部分疲勞壽命的差異以及材料使用不合理。為此，應(yīng)考慮調(diào)整筋板的布置方式，在應(yīng)力水平過高處適當(dāng)增加加強(qiáng)筋板；同時(shí)為降低振動(dòng)頻率可調(diào)整布局方式。

2.3 冷凍干燥箱及擱板CFD分析

計(jì)算流體力學(xué)CFD（Computational Fluid Dynamics）是多種領(lǐng)域的交叉學(xué)科，因具有成本低和能模擬較復(fù)雜或較理想的過程等優(yōu)點(diǎn)而在最近20年中得到了飛速發(fā)展[9]，它所涉及的學(xué)科有流體力學(xué)、偏微分方程的數(shù)學(xué)理論、計(jì)算幾何、數(shù)值分析、計(jì)算機(jī)科學(xué)等，而最終體現(xiàn)計(jì)算流體水平的是解決實(shí)際問題的能力[10]。隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，數(shù)值模擬已經(jīng)成為了流體力學(xué)研究的重要手段[11-13]。

冷凍干燥機(jī)加熱系統(tǒng)的關(guān)鍵在于如何節(jié)省能源，提高熱效率。由于在真空狀態(tài)下傳熱主要靠輻射和傳導(dǎo)， 傳熱效率低， 所以近來出現(xiàn)了調(diào)壓升華法。調(diào)節(jié)氣壓有多種方式， 英國愛德華公司采用充入干燥無菌氣體的方法， 既提高了冷凍干燥箱的壓強(qiáng)， 又不致增加冷凝器負(fù)荷， 是一種比較好的方法。

借助CFD仿真技術(shù)可以預(yù)測(cè)冷凍干燥箱內(nèi)不同配氣口充入干燥無菌氣體氣流分布詳細(xì)情況，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作。首先，構(gòu)建凍干箱底部進(jìn)氣和側(cè)壁四點(diǎn)均布進(jìn)氣兩種氣流形式的三維分析模型，建立冷凍干燥箱內(nèi)部氣體流場(chǎng)分布計(jì)算模型，具體如圖8、9。

由于FLUENT軟件可以相對(duì)準(zhǔn)確地給出流體流動(dòng)的細(xì)節(jié)，如：速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)分布的時(shí)變特性，不僅可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)流體產(chǎn)品的整體性能，而且很容易從對(duì)流暢的分析中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)中的問題，據(jù)此提出的改進(jìn)方案，只需計(jì)算一次就可以判斷改進(jìn)是否有效果[14]，因此，利用FLUENT求解器對(duì)計(jì)算進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行求解。計(jì)算結(jié)果如圖12、13。圖12 底部進(jìn)氣流場(chǎng)云圖 圖13 側(cè)壁進(jìn)氣流場(chǎng)云圖

冷凍干燥箱結(jié)構(gòu)合理可確保凍干過程的順利完成，擱板設(shè)計(jì)能力的水平將直接決定整機(jī)性能，擱板上換熱流路布局合理，用材合理，熱慣性小，即能大幅度降低控制系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等功耗負(fù)荷和故障率，又能實(shí)現(xiàn)一個(gè)最優(yōu)的冷卻速率，獲得最高的細(xì)胞存活率、最好的產(chǎn)品物理形狀和溶解速度。

為了使本設(shè)計(jì)的擱板熱均勻性好，熱慣性小，在設(shè)計(jì)中采用CFD技術(shù)構(gòu)建熱傳導(dǎo)模型，在Pro/ ENGINEER中建立三維模型，建模如圖14。構(gòu)建流路有限元模型，如圖15。

3 結(jié)論

（1） 將CAD、CAE等先進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)手段應(yīng)用于真空冷凍干燥機(jī)研發(fā)，可以縮短設(shè)計(jì)周期、保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高整體設(shè)計(jì)水平，減少開發(fā)成本；

（2） CAE技術(shù)可以在設(shè)計(jì)之初發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，基于有限元的優(yōu)化分析能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)提供改進(jìn)的方向。通過數(shù)值仿真分析，得到應(yīng)力應(yīng)變分布情況，對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸予以調(diào)整，減小應(yīng)力應(yīng)變，以達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

（3） 本文研究流場(chǎng)中典型流動(dòng)的一般原理，基于ANSYS Fluent軟件的模擬計(jì)算能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)真空冷凍干燥機(jī)工作過程中氣體在冷凍干燥箱內(nèi)的流動(dòng)情況，為設(shè)計(jì)適宜的進(jìn)配氣結(jié)構(gòu)提供技術(shù)參考。

（4） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥箱內(nèi)氣流工況進(jìn)行數(shù)值仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)側(cè)壁四點(diǎn)均布進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方案有利于凍干箱內(nèi)注入惰性氣體對(duì)加熱擱板的均勻包覆，實(shí)現(xiàn)無氧環(huán)境下的壓蓋封裝。其進(jìn)氣方式優(yōu)于底部單進(jìn)氣口設(shè)計(jì)方式。所得結(jié)論為今后進(jìn)一步的深入研究真空冷凍干燥技術(shù)的機(jī)理以及設(shè)計(jì)新型進(jìn)配氣裝置具有重要指導(dǎo)意義。

（5） 用ANSYS Fluent流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)真空冷凍干燥機(jī)加熱擱板溫度分布情況進(jìn)行了數(shù)值仿真，為擱板換熱流路設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，為動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的整體性能設(shè)計(jì)工作提供參考。

（6） CFD技術(shù)可以克服傳統(tǒng)方法中系統(tǒng)當(dāng)量模型的簡化及模型中原始物理參數(shù)無法精確化的問題，并且可以得到較為直觀的結(jié)果，直接用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中由單純經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撚?jì)算指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法。

（7）借助于CFD的仿真分析，能夠有效地分析流體運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律。使得設(shè)計(jì)工程師從復(fù)雜的理論計(jì)算中解放出來，將更多的精力放在優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。

（8） 盡管CFD技術(shù)本身還存在著一定的局限性，比如對(duì)物理模型、經(jīng)驗(yàn)技巧有一定的依賴，然而，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD） 是一種以流體為研究對(duì)象的數(shù)值模擬技術(shù)，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)流體動(dòng)力學(xué)而言，它具有資金投入少、計(jì)算速度快、信息完備且不受模型尺寸限制等具有巨大優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域內(nèi)必然能發(fā)揮越來越多的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

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篇4

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)理念；內(nèi)容調(diào)整；教學(xué)方法；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）04-0041-02

流體力學(xué)是研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)重要分支，已廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各部門。工程流體力學(xué)課程在哈工大是機(jī)械類、材料類、儀器儀表類、航空航天類、建筑工程類、熱能動(dòng)力類、流體動(dòng)力工程類等專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程，既有基礎(chǔ)學(xué)科的性質(zhì)，又具有鮮明的技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)，既與高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、理論力學(xué)等課程有緊密的聯(lián)系，又是專業(yè)課的基礎(chǔ)，是一門理論性和工程實(shí)際意義都較強(qiáng)的課程[1]。哈工大流體力學(xué)教研室成立于1956年，歷來重視教學(xué)研究及教學(xué)質(zhì)量，不斷積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)教學(xué)思想，在基礎(chǔ)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)設(shè)施、師資隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)研究與改革等方面都取得一系列成果，居于國內(nèi)領(lǐng)先水平，并于2009年被評(píng)為國家精品課程，目前正在進(jìn)行國家精品資源共享課程的升級(jí)。雖然取得了一系列的重要成績，但是仍然存在一些問題，需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)換觀念，從當(dāng)前社會(huì)的實(shí)際需求出發(fā)，深入進(jìn)行教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容等方面的研究和探索。

一、改革教學(xué)理念

課程建設(shè)的目的是提高教學(xué)質(zhì)量，歸根到底是提高學(xué)生培養(yǎng)的質(zhì)量，而學(xué)生質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)則是其綜合素質(zhì)及能力。工程流體力學(xué)課程的特點(diǎn)是抽象概念多，數(shù)學(xué)分量重，理論性較強(qiáng)，許多復(fù)雜的流動(dòng)物理現(xiàn)象難以用言語和具體圖像清晰地表述[2]。工程流體力學(xué)課程中有很多較難的知識(shí)點(diǎn)，例如流體微元運(yùn)動(dòng)的Cauchy-Helmholts速度分解定理、粘性流體的運(yùn)動(dòng)微分方程、邊界層基本方程及近似計(jì)算等，這些知識(shí)點(diǎn)包含了大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，往往要占用很多課時(shí)，同時(shí)這些理論知識(shí)的講解又是空洞和死板的，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。即使是多數(shù)教師能夠本著負(fù)責(zé)的態(tài)度將這些知識(shí)難點(diǎn)講解清楚，也往往并不能使學(xué)生對(duì)這些難點(diǎn)留下深刻的印象。這種教學(xué)過程是事倍功半的，容易引起學(xué)生對(duì)這些知識(shí)做機(jī)械的符號(hào)記憶或者陷入對(duì)推導(dǎo)嚴(yán)密性的過度鉆研，無法建立起流體力學(xué)的全局思維方式，進(jìn)而也不能提高學(xué)生的綜合分析應(yīng)用能力。因此，教師在授課過程中要不斷引導(dǎo)學(xué)生梳理所講授的知識(shí)，使學(xué)生能夠運(yùn)用流體力學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合分析。要讓學(xué)生明白，流體力學(xué)的學(xué)習(xí)不是背定理、記公式，而是要通過學(xué)習(xí)這門課程，掌握一門新的科學(xué)知識(shí)，了解它的人文背景，學(xué)習(xí)它的思想和方法，掌握它的原理和應(yīng)用。學(xué)生是課程學(xué)習(xí)的主體，在教學(xué)過程中需要注意教與學(xué)的同步，授課時(shí)關(guān)注學(xué)生的反映，根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)對(duì)授課進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)放慢節(jié)奏或變換講解方法，也可以讓學(xué)生參與討論。學(xué)生有必要參與到深層的學(xué)科知識(shí)應(yīng)用中，因此可以讓同學(xué)參加與學(xué)科相關(guān)的科學(xué)研究，引導(dǎo)同學(xué)應(yīng)用流體計(jì)算模擬軟件，實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)驗(yàn)[3]。教師對(duì)學(xué)生的實(shí)踐引導(dǎo)可以消減同學(xué)對(duì)流體力學(xué)公式繁多的苦惱，而在實(shí)踐能力不斷提高的過程中，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力將得到很大的鍛煉。實(shí)踐證明，學(xué)生可以完成適當(dāng)?shù)墓こ塘黧w力學(xué)課程內(nèi)容的拓展研究，實(shí)現(xiàn)課程與科研工作的相互促進(jìn)。在積極開展第一課堂的同時(shí)，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生參加第二課堂活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造熱情，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生獲取知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力。例如科技創(chuàng)新和節(jié)能減排大賽這樣的大學(xué)生科技活動(dòng)是開展素質(zhì)教育的重要平臺(tái)，為學(xué)生提供了施展才能、張揚(yáng)個(gè)性的舞臺(tái)，使學(xué)生得以將課本所學(xué)知識(shí)充分的運(yùn)用，并從制作和創(chuàng)新過程中學(xué)到了比課本更多的知識(shí)，提高了其知識(shí)綜合運(yùn)用能力、實(shí)踐動(dòng)手能力。流體力學(xué)教師應(yīng)該充分利用流體力學(xué)知識(shí)應(yīng)用面廣、基礎(chǔ)性強(qiáng)的特點(diǎn)，引導(dǎo)并指導(dǎo)學(xué)生參與此類科技活動(dòng)。另外，流體力學(xué)教師還應(yīng)該經(jīng)常舉行科技講座，豐富學(xué)生的專業(yè)和學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)和科學(xué)精神。

二、課程內(nèi)容調(diào)整

目前所使用的工程流體力學(xué)課程內(nèi)容包括了流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、漩渦理論基礎(chǔ)、理想流體平面勢(shì)流、粘性流體動(dòng)力學(xué)、相似理論基礎(chǔ)、流動(dòng)的阻力與損失、管路的水力計(jì)算、粘性流體繞物體流動(dòng)、氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)翼及葉柵理論、流體要素測(cè)量等內(nèi)容?？偟膩碚f涵蓋了流體力學(xué)工程應(yīng)用的多數(shù)情況，但是結(jié)構(gòu)仍然需要進(jìn)一步調(diào)整。首先，工程流體力學(xué)課程內(nèi)容較多，多年未更新，有些知識(shí)也趨于老化，應(yīng)適當(dāng)?shù)貙?duì)內(nèi)容進(jìn)行增減。2006年專業(yè)調(diào)整后，能源與動(dòng)力工程本科教學(xué)按一級(jí)學(xué)科制定教學(xué)內(nèi)容，在這種體系下，工程流體力學(xué)課程應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)保留的情況下，對(duì)于涉及到工程熱力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行刪減，避免不同課程的內(nèi)容重復(fù)，使課程之間的界線更加明晰。這樣的好處就是，學(xué)生利用有限的課時(shí)可以將流體力學(xué)主體結(jié)構(gòu)體系學(xué)得更好。另外，由于工程流體力學(xué)更多的應(yīng)該涉及流體力學(xué)的工程應(yīng)用，所以關(guān)于漩渦理論、理想流體平面勢(shì)流及粘性流體繞物體流動(dòng)章節(jié)內(nèi)涉及的較多理論性知識(shí)且與工程應(yīng)用關(guān)系不大的應(yīng)該適當(dāng)精簡，減少課時(shí)占用。其次，工程流體力學(xué)課程內(nèi)容應(yīng)適當(dāng)增加與工程應(yīng)用相關(guān)的內(nèi)容。美國著名的流體力學(xué)教材《Mechanics of Fluids》（Prentice Hall International Editions出版）選取了貼近工程實(shí)際的管道流動(dòng)、葉輪機(jī)械流動(dòng)、環(huán)境流體力學(xué)等內(nèi)容，作為經(jīng)典流體力學(xué)主題內(nèi)容的有機(jī)補(bǔ)充[4]。哈工大工程流體力學(xué)課程也應(yīng)該針對(duì)學(xué)校定位及專業(yè)設(shè)置，在廣泛調(diào)研開課專業(yè)的需求基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加有普遍性、代表性的工程應(yīng)用知識(shí)。最后，工程流體力學(xué)課程內(nèi)容應(yīng)更新與近期科技發(fā)展緊密聯(lián)系的內(nèi)容。由于教材不可能年年更新，教師應(yīng)該在教材內(nèi)容基礎(chǔ)之上，適當(dāng)增加與科技進(jìn)展相關(guān)的內(nèi)容，例如流動(dòng)的虛擬實(shí)驗(yàn)、流體參數(shù)的現(xiàn)代化測(cè)量、流體力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀、流體力學(xué)的最新應(yīng)用情況等，讓學(xué)生了解到流體力學(xué)的科技前沿，開拓學(xué)生視野，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)流體力學(xué)的熱情和興趣。

三、改革教學(xué)方法

關(guān)于教學(xué)方法，哈工大流體力學(xué)教師較早地采用了不完全教學(xué)法、潛科學(xué)教學(xué)法、社會(huì)探究法、問題教學(xué)法、角度教學(xué)法等創(chuàng)新性教學(xué)法，將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)媒體、教師活動(dòng)、學(xué)生活動(dòng)等課堂教學(xué)要素有機(jī)組織起來，發(fā)揮整體的最大效能。強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過主動(dòng)探求問題解決的途徑和方法，培養(yǎng)能力，以展素質(zhì)；并將多媒體技術(shù)的運(yùn)用與傳統(tǒng)教學(xué)手段、教學(xué)形式的改革統(tǒng)一起來，突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，從而充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。目前多媒體教學(xué)在高等教育中的應(yīng)用越來越廣，在如何正確使用多媒體教學(xué)的問題上目前還有一些爭議和討論。工程流體力學(xué)課程知識(shí)點(diǎn)多，公式推導(dǎo)多，難度大，對(duì)于具體的知識(shí)點(diǎn)利用板書詳細(xì)推演在課堂教學(xué)中占用了大量的課時(shí)，同時(shí)也會(huì)影響到學(xué)生對(duì)流體力學(xué)整體思維的把握。由于工程流體力學(xué)課程的特點(diǎn)，很多流動(dòng)現(xiàn)象概念比較抽象，難以用板書表達(dá)清楚，很顯然傳統(tǒng)教學(xué)方式達(dá)不到理想的教學(xué)效果。利用多種媒體手段可以更好地創(chuàng)設(shè)教學(xué)意境，變抽象為具體，變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，變黑白為彩色，變無聲為有聲，通過豐富的圖例、連貫的動(dòng)畫以及真實(shí)的實(shí)驗(yàn)錄像，可以使枯燥、乏味的內(nèi)容變得趣味盎然，使抽象、晦澀的內(nèi)容變得直觀生動(dòng)，同時(shí)也豐富了學(xué)生的信息量，可以更好地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[5]。另外，流體力學(xué)的特點(diǎn)是數(shù)學(xué)分量重、理論性強(qiáng)，所以又不能過多依賴多媒體教學(xué)。對(duì)于涉及到重要理論公式推導(dǎo)的內(nèi)容，簡單地將推導(dǎo)過程搬到課件上去，并不能使學(xué)生了解重要理論公式的來龍去脈，也難以加深學(xué)生對(duì)這些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的理解程度。這個(gè)時(shí)候需要收起屏幕，用板書認(rèn)真書寫每個(gè)符號(hào)，推導(dǎo)每個(gè)關(guān)鍵公式，并解釋其中的物理概念和意義。多媒體和板書都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此我們可以取其長而避其短，采用兩者兼顧而又兩者不棄的原則，交互使用，相輔相成。

四、更新考評(píng)制度

哈工大工程流體力學(xué)課程作為技術(shù)基礎(chǔ)課，目前采取了綜合性的考評(píng)方法，總成績由作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、考試三部分組成，學(xué)生共計(jì)要完成60題左右的作業(yè)，由教師進(jìn)行判分并作為總成績的10%；共計(jì)要完成11項(xiàng)左右的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)生對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)原理和操作技能的掌握及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量情況分為優(yōu)、良、及格、不及格來評(píng)定成績，若有兩次不及格或者缺席者必須重做否則不得參加期末考試。實(shí)驗(yàn)課成績占課程總成績的10%。期末考試為閉卷，占總成績的80%。流體力學(xué)考試的組卷與課堂教學(xué)內(nèi)容息息相關(guān)，課堂教學(xué)如果注重內(nèi)容的應(yīng)用性、靈活性和綜合性，則在組卷時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少客觀題，豐富試題類型，加大理解性和綜合性題目的分量，避免記憶性成分所占比重較大，而學(xué)生臨近考試加班加點(diǎn)應(yīng)付考試的現(xiàn)象。另外，根據(jù)課堂教學(xué)和課外科研實(shí)踐的特點(diǎn)，對(duì)于偏重于工程應(yīng)用的專題，可以探索利用撰寫科技論文、提交科研作品的方法進(jìn)行考試，與傳統(tǒng)考試成績綜合來建立起更合理、更具實(shí)踐意義的考評(píng)制度。

工程流體力學(xué)課程是面向工程應(yīng)用人才的課程，所以教學(xué)核心始終應(yīng)該是學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。為此，在教學(xué)中貫穿流體力學(xué)思維模式和綜合分析解決問題能力的鍛煉，使學(xué)生學(xué)有所成、學(xué)有所用，是工程流體力學(xué)課程改革的一個(gè)長期方向。

參考文獻(xiàn)：

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[4]C.P.Merle，C.W.David.Mechanics of Fluids（second edition）[M].NJ（U.S.A.）：Prentice Hall International Editions，1997.

篇5

引言

CFD即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）是一門通過數(shù)值計(jì)算方法求解流體控制方程組進(jìn)而預(yù)測(cè)流體的流動(dòng)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等相關(guān)物理現(xiàn)象的學(xué)科。常用的方法有有限差分法、有限元法和有限體積法。進(jìn)行CFD分析的基本思路如下：將原本在時(shí)間與空間上連續(xù)的物理場(chǎng)如速度場(chǎng)或壓力場(chǎng)等，離散成有限的變量集合，并根據(jù)流體力學(xué)的基本假定，建立起控制方程，通過求解這些流體力學(xué)的控制方程，獲得這些變量的近似值。

我國作為一個(gè)人口眾多的發(fā)展中國家，巨大的能源消耗已成為亟待解決的問題。其中建筑耗能占到總耗能的19.8%，而室內(nèi)空調(diào)的耗能占到了整個(gè)建筑耗能的85%以上[2]。因此，在供暖、空氣調(diào)節(jié)和建筑物內(nèi)外空氣流通等研究領(lǐng)域，采用CFD分析來替代傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，可大大縮短研究時(shí)間并提高經(jīng)濟(jì)效率。而本文將著重就CFD在暖通工程節(jié)能中的應(yīng)用來展開討論。

CFD基本原理

CFD是通過計(jì)算機(jī)模擬和數(shù)值計(jì)算方法對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬，解決物理問題的精確數(shù)值算法。它是流體力學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)三者相互結(jié)合的產(chǎn)物。CFD是繼實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)和理論流體力學(xué)之后出現(xiàn)的第三種流體力學(xué)的研究方法，是十分重要的研究方法。在航空航天、土木工程、水利工程等研究領(lǐng)域都扮演著重要角色。尤其是在暖通空調(diào)和室內(nèi)外通風(fēng)等研究方法，CFD成為了最為行之有效的分析方法。

CFD在暖通工程的應(yīng)用

CFD在暖通空調(diào)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域CFD主要可用于解決以下幾類暖通空調(diào)工程的問題：

1.提高室內(nèi)空調(diào)效率

采用CFD分析方法可以預(yù)測(cè)氣流在房間中的流動(dòng)情況，在充分考慮室內(nèi)環(huán)境、各類邊界條件與擾動(dòng)的影響后，可全面地反映室內(nèi)的氣流分布情況，通過進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以得道一個(gè)合理的氣流分布方法，使空調(diào)的使用效率最優(yōu)。

2.建筑周邊環(huán)境分析

建筑周邊環(huán)境對(duì)居民日常生活起著舉足輕重的作用。對(duì)居民小區(qū)的風(fēng)環(huán)境和熱環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，是CFD分析的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域。采用CFD方法，在建筑設(shè)計(jì)階段即可對(duì)建筑周邊環(huán)境進(jìn)行分析和優(yōu)化，對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)的效果進(jìn)行驗(yàn)證，使建筑通風(fēng)和自然采光達(dá)到最佳效果，是小區(qū)居民生活品質(zhì)的重要保障。

3.室內(nèi)環(huán)境狀況分析

采用試驗(yàn)方法分析室內(nèi)環(huán)境狀況，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間與經(jīng)費(fèi)，而采用CFD方法進(jìn)行分析不僅可以節(jié)省時(shí)間，同時(shí)也能精確預(yù)測(cè)利房間內(nèi)的風(fēng)速、溫濕度、污染物分布等指標(biāo)，計(jì)算出通風(fēng)效率、毒害物擴(kuò)散效率和熱舒適等，進(jìn)而對(duì)室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)做出一個(gè)合理的評(píng)估。

4.暖通設(shè)備性能評(píng)估

暖通空調(diào)工程使用的大部分設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水槽、空調(diào)等，其運(yùn)行狀態(tài)都受流質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響，空氣或水的流動(dòng)情況是評(píng)價(jià)設(shè)備性能的重要指標(biāo)。通過CFD分析設(shè)備工作時(shí)的流場(chǎng)分布情況和流質(zhì)流動(dòng)情況，可有效地預(yù)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。進(jìn)而選擇設(shè)備最佳工作狀態(tài)，降低設(shè)備能耗，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

暖通空調(diào)領(lǐng)域中CFD的求解過程

暖通空調(diào)領(lǐng)域用CFD進(jìn)行模擬仿真，其主要環(huán)節(jié)無外乎包括以下幾個(gè)方面：建立數(shù)學(xué)物理模型、進(jìn)行氣流數(shù)值求解、將數(shù)值解結(jié)果可視化等。

1.建立數(shù)學(xué)物理模型

建立數(shù)學(xué)模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，為數(shù)值求解做準(zhǔn)備工作。基本數(shù)學(xué)模型有：

質(zhì)量守恒方程：

動(dòng)量守恒方程：

能量守恒方程：

式中；ρ為流體密度（kg/m3），t為時(shí)間（s），u為速度矢量（m/s），ui為速度在i方向上的分量（m/s），p為壓強(qiáng)（Pa）Fi―――體積力（N），T為溫度（K），cp為定壓比熱，ST為粘性耗散項(xiàng)。

2.求解過程

（1）確定邊界條件與初始條件

初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對(duì)象在過程開始時(shí)刻各個(gè)求解變量的空間分布情況。對(duì)于瞬態(tài)問題必須給定初始條件，對(duì)于穩(wěn)態(tài)問題不需要初始條件。

（2）劃分計(jì)算網(wǎng)格。

網(wǎng)格分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。簡單說，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間上比較規(guī)范，如對(duì)一個(gè)四邊形區(qū)域，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多是成行成列分布的，而非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間分布上沒有明顯的行線和列線。

（3）建立離散方程并求解。離散方程常用的方法有：有限容積法、有限差分法和有限元法等。選擇合適的方法，對(duì)求解區(qū)域進(jìn)行離散。

CFD在暖通空調(diào)節(jié)能應(yīng)用情況

隨著我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和人民生活水平大幅提升，城市生活對(duì)化石能源的需求量越來越大。但今年來一系列能源危機(jī)提醒我們應(yīng)當(dāng)注重能源安全問題。在建筑工程領(lǐng)域，采用 CFD分析模擬，可有效減少建筑能耗，并能提高暖通設(shè)備的運(yùn)行工作效率，我國暖通工作者已認(rèn)識(shí)到CFD計(jì)算在研究和設(shè)計(jì)中的重要地位。

1.我國CFD在暖通空調(diào)節(jié)能應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我們已開始采用CFD對(duì)暖通空調(diào)節(jié)能的相關(guān)因素進(jìn)行整體的系統(tǒng)模擬分析。通過在CFD模擬中改變?cè)O(shè)備參數(shù)，就有可能優(yōu)化設(shè)備組合，改進(jìn)系統(tǒng)性能。國外已把CFD用于室內(nèi)空氣流動(dòng)與建筑能耗禍合模擬，我國清華大學(xué)也用CFD對(duì)空間氣流組織設(shè)計(jì)與空調(diào)負(fù)荷的關(guān)系進(jìn)行研究，這對(duì)建筑節(jié)能有重大意義。目前，我國在采用CFD解決建筑節(jié)能方面的研究還不是很深人，因而應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究和推廣的力度。

2.我國CFD應(yīng)用存在的問題

我國研究機(jī)構(gòu)很早就開始CFD模擬技術(shù)的應(yīng)用研究，研究的范圍從以室內(nèi)空氣分布以及建筑物內(nèi)煙氣流動(dòng)規(guī)律的模擬為主，逐漸擴(kuò)展到室外及建筑小區(qū)繞流乃至大氣擴(kuò)散問題，并已形成一些可以解決實(shí)際問題的軟件。所以，從總體上看，我國暖通行業(yè)中開展CFD方面研究尚有大量工作要做，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）還要建立在考慮輻射條件下計(jì)算室內(nèi)空氣的溫度分布、壁面和空氣的換熱、壁面的溫度分布的多種模型。

（2）將已有的CFD模擬技術(shù)方法進(jìn)行簡化，能夠在微機(jī)上較準(zhǔn)確地計(jì)算包括高大空間氣流組織在內(nèi)的各種通風(fēng)空調(diào)熱環(huán)境問題。

（3）考慮實(shí)際空調(diào)管道連接帶來的風(fēng)口出流特性變化，從而使室內(nèi)空氣流動(dòng)模擬更加準(zhǔn)確等。

（4）CFD技術(shù)在CAE工程中已表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，如果將與CAD及CAM乃至AI技術(shù)有效地結(jié)合在一起，將顯示其強(qiáng)大的生命力。

結(jié)語

篇6

關(guān)鍵詞: 城市軌道交通; 環(huán)控系統(tǒng);計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)

城市軌道交通中的地下車站和區(qū)間隧道是一個(gè)大型、狹長、與外界聯(lián)系面較小的地下空間。密集的乘客、列車和各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行，以及連續(xù)的照明都會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，不及時(shí)排除就會(huì)導(dǎo)致地鐵內(nèi)溫度逐年上升。此外，地鐵內(nèi)各種設(shè)備及列車運(yùn)行引起的噪聲、有害氣體、列車活塞效應(yīng)對(duì)車站空氣環(huán)境的擾動(dòng)，以及隧道內(nèi)因潮濕造成的霉?fàn)€氣味等都會(huì)使地下環(huán)境不斷惡化。同時(shí)，當(dāng)人流密集、空間狹小、密閉性高的地鐵內(nèi)發(fā)生事故、火災(zāi)時(shí)，人員的安全疏散和煙氣的排除也是非常重要的問題。鑒于以上各種因素，必須設(shè)置環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)車站和區(qū)間隧道內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度、噪聲以及事故、火災(zāi)情況下人員安全疏散措施等進(jìn)行全面控制。其中，有效、可靠的環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)保證地鐵乘客的安全、舒適和確保設(shè)備運(yùn)行及壽命是十分必要的。

地鐵系統(tǒng)是一個(gè)由車站、隧道、出入口等構(gòu)成的復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)。地鐵系統(tǒng)的環(huán)控模擬，主要是研究地鐵內(nèi)的不穩(wěn)定空氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方面的問題，即地鐵車站正常工況下的三維溫度場(chǎng)、氣流場(chǎng)分布、污染物濃度分布、平均空氣年齡、人體舒適性的模擬研究以及地鐵車站和隧道事故、火災(zāi)工況下的三維溫度場(chǎng)、氣流場(chǎng)分布、煙氣流動(dòng)狀況等的模擬研究。目前國際上廣泛認(rèn)可使用、相對(duì)成熟、用于地鐵環(huán)控模擬計(jì)算的軟件是Subway EnvironmentSimulation，簡稱SES。該程序是由美國交通部于1975年開發(fā)的世界上第一個(gè)地鐵環(huán)控計(jì)算機(jī)模擬軟件。1976年，SES修改后被應(yīng)用到公路隧道通風(fēng)分析中；1985年，又增加了火災(zāi)的動(dòng)態(tài)模擬?，F(xiàn)在，SES已經(jīng)從DOS版本升級(jí)為WINDOWS版并形成目前的第4版。該軟件作為設(shè)計(jì)計(jì)算工具，可以模擬地鐵內(nèi)多列列車運(yùn)行時(shí)車站、隧道和通風(fēng)井的溫度、濕度、風(fēng)速以及車站的空調(diào)負(fù)荷。它允許用戶模擬一定數(shù)量列車的動(dòng)力與剎車系統(tǒng)；不同的環(huán)境控制系統(tǒng)（包括強(qiáng)制通風(fēng)、車站空調(diào)與車軌排風(fēng)）；設(shè)定的地下隧道與車站和通道連接所形成的空間內(nèi)的空氣流動(dòng)；所希望的列車運(yùn)行次序(包括由不同運(yùn)行特性和發(fā)車間隔的列車的混合編組)；各種穩(wěn)定與不穩(wěn)定狀態(tài)的熱源；列車停在區(qū)間的緊急狀況時(shí)機(jī)械通風(fēng)與熱浮力共同作用下所形成的空氣運(yùn)動(dòng)；特別是能夠模擬系統(tǒng)投入運(yùn)行多年后熱庫對(duì)隧道的影響。對(duì)一個(gè)有大量列車運(yùn)行的地鐵，SES計(jì)算機(jī)模型提供動(dòng)態(tài)的模擬過程，它允許對(duì)通過任何車站、區(qū)間、通風(fēng)井和風(fēng)機(jī)的空氣速度、溫度、濕度的連續(xù)讀值，或在設(shè)定的時(shí)間獲得空氣參數(shù)的最大值、最小值、平均值。

SES軟件主要由4個(gè)既獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的子程序組成：列車運(yùn)行子程序(Train Operation)，空氣動(dòng)力子程序(Aerodyanmic)，溫度／濕度子程序(Thermodyanmic)，熱壑／環(huán)控子程序(Heat Sink and ECS)。列車運(yùn)行子程序可以計(jì)算列車的速度、加速度、位置及系統(tǒng)中所有列車的發(fā)熱；空氣動(dòng)力子程序依靠這些列車參數(shù)再加上系統(tǒng)的幾何組成與通風(fēng)狀況數(shù)據(jù)，計(jì)算所有車站、區(qū)間、通風(fēng)井中的空氣流量和氣流速度；溫度／濕度子程序利用空氣動(dòng)力學(xué)子程序得出的空氣參數(shù)與列車運(yùn)行子程序計(jì)算出的列車發(fā)熱數(shù)據(jù)來計(jì)算系統(tǒng)中的顯熱與潛熱，從而得到各處位置的溫度和濕度。最后，列車運(yùn)動(dòng)子程序按氣流速度推算列車附近活塞風(fēng)作用。這些子程序計(jì)算出的地鐵通風(fēng)與熱負(fù)荷數(shù)據(jù)同室外每日與年度氣象條件參數(shù)一起，被熱壑／環(huán)控子程序用來計(jì)算地鐵內(nèi)空氣與隧道結(jié)構(gòu)、周圍土壤之間長期的熱傳導(dǎo)作用，同時(shí)也可以得到為使某些區(qū)間溫度達(dá)到設(shè)計(jì)條件而所需的冷量。通過SES軟件可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)者所設(shè)定的地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成方案及系統(tǒng)運(yùn)行模式的合理性，以便完成地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。需要注意的是該軟件本身也存在著一定的局限性，例如SES的模擬原理是伯努利方程，這就決定了它無法反映車站及隧道內(nèi)場(chǎng)分布的詳細(xì)情況，只能將地鐵系統(tǒng)簡化為一維模型進(jìn)行處理，只能計(jì)算某一點(diǎn)的氣流速度大小，而具體的變化情況諸如方向和具體流動(dòng)情況則無法反映，所以SES軟件的最終輸出結(jié)果是一維的，它只能從數(shù)據(jù)上計(jì)算特定斷面的一些參數(shù)。而地鐵系統(tǒng)中的車站及隧道部分顯然是三維模型，因此，如果想了解地鐵車站及隧道中空氣的溫度、速度等具體詳細(xì)的分布情況就必須考慮借助使用其它的研究方法和手段來實(shí)現(xiàn)。

CFD(Computational FluidDynamics，即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))是現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)的一種，是近年發(fā)展較快的一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。其作用是對(duì)各種工況下氣流組織的溫度、速度場(chǎng)等的模擬仿真。暖通空調(diào)制冷行業(yè)是CFD技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，我國暖通空調(diào)制冷行業(yè)已有不少專家對(duì)CFD的應(yīng)用研究開展了大量的工作，并取得了許多重要成果。自20世紀(jì)70年代末80年代初起，即已有一些高校、研究機(jī)構(gòu)開始CFD技術(shù)的應(yīng)用研究，20年來已取得許多重要的成就，研究的范圍從以室內(nèi)空氣分布以及建筑物內(nèi)煙氣流動(dòng)規(guī)律的模擬為主，逐漸擴(kuò)展到室外及建筑小區(qū)繞流乃至大氣擴(kuò)散問題。近些年來，隨著CFD計(jì)算技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，許多工程領(lǐng)域都有了成功利用它作為模擬評(píng)價(jià)、優(yōu)化設(shè)計(jì)手段的實(shí)例。在隧道、地下鐵道的通風(fēng)工程中，CFD應(yīng)用也成績斐然。國內(nèi)部分高等院校也開始利用CFD技術(shù)對(duì)地鐵區(qū)間隧道及車站內(nèi)各種工況下的空氣流動(dòng)和分布情況進(jìn)行模擬研究。對(duì)于地鐵環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，會(huì)有多種可選方案，所以計(jì)算機(jī)模擬的功能之一就是對(duì)多種方案的比選優(yōu)化；對(duì)于正在籌建的地鐵系統(tǒng)，其運(yùn)營后的氣流場(chǎng)與溫度場(chǎng)無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，所以計(jì)算機(jī)模擬能夠有效而可靠地對(duì)未建成的地鐵系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)；對(duì)已經(jīng)建成的地鐵系統(tǒng)，由于客流量較大，為了保證正常運(yùn)營，有時(shí)在列車附近無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，但可以通過計(jì)算機(jī)模擬來進(jìn)行計(jì)算分析。同時(shí)可以對(duì)一些過去沒有經(jīng)過理論計(jì)算的感性認(rèn)識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，例如隧道風(fēng)的變化情況、排煙量對(duì)火災(zāi)溫度場(chǎng)的影響等，過去只是通過一些想象進(jìn)行推斷，但是對(duì)具體變化情況及具體數(shù)據(jù)缺乏理論計(jì)算及科學(xué)論證，利用CFD方法，以上問題均可以得到解決和落實(shí)。采用CFD方法可以對(duì)地鐵車站及隧道的溫度場(chǎng)、氣流場(chǎng)、污染物的濃度分布及排放、人體舒適性以及火災(zāi)情況下的通風(fēng)模式、煙氣流動(dòng)狀況及此情況下的溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)進(jìn)行三維可視化仿真模擬。CFD的功能十分強(qiáng)大，它經(jīng)過一次完整的計(jì)算后，就可以得到任意一個(gè)斷面的任意方向上的溫度、濕度、壓力、平均空氣年齡以及PPD（預(yù)期不滿意百分率）與PMV（預(yù)期平均評(píng)價(jià)）等隨時(shí)間的連續(xù)變化值。并且模擬得出的計(jì)算數(shù)據(jù)經(jīng)處理后的可視化結(jié)果是十分直觀形象的，因此，它所模擬出的結(jié)果較SES軟件更加直觀，得到的結(jié)果也更加具體，能夠?yàn)榈罔F環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供充分的依據(jù)。

篇7

論文摘要：根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，分析了該專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課“工程流體力學(xué)”和主干專業(yè)課“水污染控制工程”在教學(xué)中存在的問題，文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出了“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)改革思路。

論文關(guān)鍵詞：環(huán)境工程專業(yè)；工程流體力學(xué)；水污染控制工程；教學(xué)改革

“工程流體力學(xué)”是研究流體（液體、氣體）處于平衡狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的力學(xué)規(guī)律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術(shù)中應(yīng)用的一門科學(xué)，是力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支，有其自身的理論體系，其基礎(chǔ)理論主要由三部分組成：流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)。“水污染控制工程”是關(guān)于控制水體污染途徑以及各種廢水處理方法（包括物理處理方法、化學(xué)處理方法、生物處理方法等）的基本理論、工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算的一門科學(xué)?！肮こ塘黧w力學(xué)”是環(huán)境工程專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，“水污染控制工程”是環(huán)境工程專業(yè)的核心專業(yè)課，這兩門課程在環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)中有著舉足輕重的作用，同時(shí)兩者之間也存在著重要的相互理論關(guān)系。

“工程流體力學(xué)”是水利、環(huán)境、能源、土木、機(jī)械、動(dòng)力等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)內(nèi)容紛繁豐富，其特點(diǎn)是理論性和綜合性比較強(qiáng)，概念抽象，難于理解?！八廴究刂乒こ獭闭n程內(nèi)容與“工程流體力學(xué)”內(nèi)容結(jié)合相對(duì)比較緊密，如城市排水溝道系統(tǒng)、各種污水處理構(gòu)筑物等的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及在構(gòu)筑物中的生化反應(yīng)、化學(xué)絮凝反應(yīng)中水力條件的控制等均是工程流體力學(xué)理論知識(shí)在水污染控制工程中的實(shí)際應(yīng)用。目前，在環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)方面，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”課程正面臨著比較尷尬的局面：一方面課程內(nèi)容趨于復(fù)雜和廣泛；另一方面在課時(shí)量逐漸壓縮的情況下，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容沒有起到應(yīng)有的相互銜接，教學(xué)內(nèi)容彼此脫離。由此形成環(huán)境工程專業(yè)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)課銜接不夠，在教學(xué)過程中學(xué)生感到內(nèi)容枯燥，概念抽象；而在“水污染控制工程”教學(xué)過程中，學(xué)生感到工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)不扎實(shí)，不能夠熟練應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論解決水污染控制工程方面的實(shí)際問題。

針對(duì)目前環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容的狀況，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出“工程流體力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。

一、改革教學(xué)內(nèi)容

對(duì)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，重構(gòu)環(huán)境工程專業(yè)的“工程流體力學(xué)”課程，對(duì)該課程中的主要內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合后續(xù)專業(yè)課“水污染控制工程”的內(nèi)容進(jìn)行改編，為“水污染控制工程”的講授奠定基礎(chǔ)理論知識(shí)?！肮こ塘黧w力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容主要包括理論教學(xué)和實(shí)踐性教學(xué)兩部分，其中在理論教學(xué)內(nèi)容部分，如“工程流體力學(xué)”中涉及到的流體粘滯性、流體內(nèi)摩擦定律等內(nèi)容，結(jié)合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流態(tài)所需要的雷諾數(shù)內(nèi)容為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體靜力學(xué)”中絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、真空度等概念、理論在水污染控制工程中虹吸濾池、脈沖澄清池以及沉淀池、污泥濃縮池重力式排泥所需要的靜水頭壓力等實(shí)際工程中的應(yīng)用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；流體運(yùn)動(dòng)學(xué)中基本理論對(duì)“水污染控制工程”中的數(shù)學(xué)模式的建立為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體動(dòng)力學(xué)”中壓力損失理論在水污染控制工程中的水力計(jì)算，水射器理論在水污染控制工程中的計(jì)量作用、加藥作用、射流曝氣作用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革等。其次，“工程流體力學(xué)”實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容部分，改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，除驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外，增加工程應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，如文丘里流量計(jì)、三角堰流量計(jì)、巴氏計(jì)量槽、畢托管測(cè)速儀、虹吸管、孔口與管嘴的工程應(yīng)用等內(nèi)容，既加強(qiáng)了動(dòng)手操作能力，也培養(yǎng)了學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的綜合分析與應(yīng)用能力，不僅使教學(xué)內(nèi)容豐富，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

對(duì)“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革包括理論教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容改革，強(qiáng)調(diào)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的應(yīng)用。在理論教學(xué)內(nèi)容方面，“水污染控制工程”中的污水溝道系統(tǒng)水力計(jì)算、水處理構(gòu)筑物中水力參數(shù)的確定、污水在構(gòu)筑物中的最佳流態(tài)、各水處理構(gòu)筑物之間高程布置、混合反應(yīng)池中攪拌強(qiáng)度的確定、過濾池中配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其濾速確定等一系列涉及工程流體力學(xué)問題的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行必要教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的工程應(yīng)用有一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)，理解“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的重要性，使學(xué)生既掌握了“水污染控制工程”應(yīng)用設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法等知識(shí)，也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)在水污染控制實(shí)際工程的應(yīng)用。在實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容方面，加強(qiáng)工程性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從不同的工業(yè)企業(yè)和居民生活區(qū)采集不同的廢水水樣，根據(jù)化驗(yàn)所得廢水水質(zhì)，確定所采用的處理技術(shù)和處理工藝，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在各種廢水處理工藝中所選擇的工程流體力學(xué)水力參數(shù)，基于“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)分析廢水處理工藝水力參數(shù)的合理性。

二、改革教學(xué)模式

“工程流體力學(xué)”特點(diǎn)是理論性、綜合性、系統(tǒng)性較強(qiáng)，概念抽象、邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上是教師講、學(xué)生聽，“授—受”型單一模式，盡管在學(xué)的過程中采用了多種形式的多媒體教學(xué)方式，但仍沒有改變學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的被動(dòng)地位，學(xué)生缺乏主動(dòng)性和實(shí)踐性。改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的創(chuàng)新教學(xué)模式，結(jié)合水污染控制工程中的實(shí)際問題，以工程實(shí)例為背景，應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際工程問題，誘導(dǎo)學(xué)生積極思考，在教學(xué)過程中形成教學(xué)互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與性。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容性質(zhì)，“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容可以分為基礎(chǔ)理論和實(shí)際工程應(yīng)用兩個(gè)部分。在流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)三個(gè)基礎(chǔ)理論部分，采用形象化的多媒體演示、軟件模擬、小型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合探究式、啟發(fā)式教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生課堂討論；在實(shí)際工程應(yīng)用教學(xué)部分，如孔口管嘴、有壓管流和明渠流部分，以水污染控制工程中的工程實(shí)例為背景，采用適量的實(shí)際工程圖片，豐富教學(xué)信息量，刺激學(xué)生的感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的思路，開闊學(xué)生的視野，可以使枯燥、乏味的內(nèi)容變得趣味盎然，使抽象、晦澀的內(nèi)容變得直觀生動(dòng)。

“水污染控制工程”特點(diǎn)是實(shí)踐性、工程應(yīng)用性強(qiáng)，因?yàn)椴煌膹U水水質(zhì)達(dá)到處理要求所采用的處理技術(shù)、處理工藝不同；即便相同的廢水水質(zhì)，如果污水量不同，所采用的處理工藝也不同；一個(gè)廢水處理工程，即廢水水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)相同，也可以采用不同的處理技術(shù)和處理工藝，工程流體力學(xué)參數(shù)的選擇是確定不同廢水處理技術(shù)、工藝的主要影響因素之一。因此，在“水污染控制工程”的教學(xué)過程中，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的實(shí)踐教學(xué)模式，以工程實(shí)例為背景，通過開放性的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)正確選擇工程流體力學(xué)參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)參數(shù)的選擇、廢水處理效果等進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。通過工程實(shí)例和實(shí)踐性教學(xué)改革，使學(xué)生既對(duì)廢水處理工程設(shè)計(jì)過程有一個(gè)清晰的思路，又能達(dá)到舉一反三的效果。

三、優(yōu)化師資配置

師資隊(duì)伍優(yōu)化，一靠資源，二靠制度，師資隊(duì)伍優(yōu)化也是一個(gè)相對(duì)的漸進(jìn)過程，優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)和措施與所處時(shí)代、社會(huì)背景及其自身所處發(fā)展階段和學(xué)科特色有關(guān)。環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)要求師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量可靠?！肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”是本專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課和主干專業(yè)課，兩門課程在講授過程中存在著千絲萬縷的必然聯(lián)系，這就對(duì)師資配置和師資隊(duì)伍建設(shè)提出了更高的要求。首先，建立高質(zhì)量的師資隊(duì)伍，定期或不定期對(duì)教師進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和實(shí)踐工程訓(xùn)練，要求講授“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”兩門課程的教師對(duì)兩個(gè)學(xué)科均有一定的研究，或者承擔(dān)一定量研究科研工作，洞悉當(dāng)前“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”發(fā)展的最新前沿理論和技術(shù)；其次，在師資配置方面，要求講授“工程流體力學(xué)”的教師對(duì)“水污染控制工程”有一定的研究或承擔(dān)相關(guān)科研項(xiàng)目，講授“水污染控制工程”的教師對(duì)“工程流體力學(xué)”有扎實(shí)的理論研究或承擔(dān)相關(guān)的科研項(xiàng)目；第三，建立教師研討會(huì)制度，講授“工程流體力學(xué)”的和講授“水污染控制工程”的教師定期或不定期舉行教學(xué)研討會(huì)，避免兩門課程的講授內(nèi)容出現(xiàn)彼此分裂現(xiàn)象。如果在師資配置中，講授“工程流體力學(xué)”的教師畢業(yè)于力學(xué)專業(yè)，即使講授“工程流體力學(xué)”的教師對(duì)力學(xué)有很高的造詣，對(duì)該門課程的講授有聲有色，但如果該教師對(duì)環(huán)境工程專業(yè)“水污染控制工程”專業(yè)理論知識(shí)或?qū)嵺`工程知之甚少，那么在教學(xué)過程中，必然不能夠?qū)ⅰ肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，對(duì)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生來說，這樣的師資配置，必定不是最優(yōu)化的師資配置。

四、改革考核方式

篇8

Abstract: Traffic problem is one of rigorous problems which society faces at present. It is of great practical and theoretic significance to the research of traffic-flow problem. In this paper, a new microcirculation linear car-following model for urban traffic flow is established by combining micro models and macro models of traffic flow, based on the ideas of the car-following models and fluid dynamical models. An example on traffic-flow microcirculation is designed for the application of the new model. The new model is verified and applied by numerical simulation for the example. The results show that the new model can simulate some important fundamental properties of the practical traffic-flow microcirculation better.

關(guān)鍵詞： 交通流模型；隨機(jī)擾動(dòng)；交通流微循環(huán)；數(shù)值模擬

Key words: traffic flow models；random disturbance；traffic-flow microcirculation；numerical simulation

中圖分類號(hào)：O29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2010）34-0197-02

0引言

當(dāng)今社會(huì)，不論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，不管是國際大都市還是中小城市，都面臨著一個(gè)共同的交通問題，所以對(duì)交通流問題的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前關(guān)于交通流模型的研究主要有車輛跟馳模型，基于流體比擬的流體力學(xué)模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型三種[1-4]，這些模型都從不同的方面反映了現(xiàn)實(shí)交通流的一些規(guī)律和特征，但是由于上述這些模型主要是根據(jù)國外交通流的特點(diǎn)建立的，所以在應(yīng)用中往往不能很好地反映我國實(shí)際交通流的情況。同國外交通情況相比，我國的交通情況有諸多不同，主要表現(xiàn)為以下的一些特點(diǎn)：機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車混合運(yùn)行，城市車道過窄，行人與自行車流量較大等。所以呈現(xiàn)出車速普遍偏低，容易出現(xiàn)交通擁堵，事故頻繁的現(xiàn)狀。事實(shí)上，城市道路交通系統(tǒng)是由人、車、路及含有許多隨機(jī)因素的交通環(huán)境構(gòu)成的開放的動(dòng)態(tài)的巨系統(tǒng)，道路上的交通流具有不確定性、隨機(jī)性的特征，交通流中的不確定現(xiàn)象是由隨機(jī)因素造成的，“任何”確定型的模型都不能完全解釋這一現(xiàn)象[5]。實(shí)際交通流中的隨機(jī)擾動(dòng)因素很多。例如,行人橫穿公路對(duì)交通流的干擾；公交車?？空九_(tái)或從站臺(tái)啟動(dòng)對(duì)交通流的干擾；運(yùn)行過程中某一車輛的突然加速或減速對(duì)交通流的干擾；交通事故與道路施工對(duì)交通流的干擾；紅綠燈的交替變化對(duì)交通流的干擾等。因此要想在交通流建模過程中能更好地再現(xiàn)實(shí)際交通流，更為準(zhǔn)確地捕獲交通流的實(shí)際現(xiàn)象，考慮含有隨機(jī)時(shí)空擾動(dòng)因子的建模方法是必要的。在Weits模型中，引入了交通流隨機(jī)擾動(dòng)因素，并對(duì)交通密度的變化進(jìn)行了隨機(jī)分析[5]。在文獻(xiàn)[4]中，作者指出把微觀和宏觀相結(jié)合的方法建立交通流模型可以更好地推進(jìn)交通流理論的發(fā)展，文章主要分析車輛跟馳模型和流體動(dòng)力學(xué)模型的特點(diǎn)，建立新的模型并應(yīng)用于交通流微循環(huán)動(dòng)力學(xué)行為的研究中。

1模型的建立

在交通流模型中主要考察三個(gè)最基本的參數(shù)，即交通流量q、車流密度ρ、車流速度v。它們都是時(shí)空變量，并且同時(shí)受到多種隨機(jī)擾動(dòng)因素的影響。交通流中的不穩(wěn)定現(xiàn)象正是由這些隨機(jī)擾動(dòng)因素造成的，為確保車輛安全行駛的前提下，在考慮城市交通流微循環(huán)線性跟馳模型的建立時(shí)著重分析了隨機(jī)擾動(dòng)因素對(duì)交通流的影響，建立含隨機(jī)擾動(dòng)因素的城市交通流微循環(huán)線性跟馳模型。

在文獻(xiàn)[6]中，已經(jīng)建立了如下的線性跟馳模型

v（x，t）=（1+δ（x，t））v（x+Δx，t），Δx（x，t）＞Δc（1-δ（x，t））v（x+Δx，t），Δx（x，t）Δc（1）

在該模型中，若考慮隨機(jī)擾動(dòng)因素對(duì)跟車速度的影響，引入微循環(huán)隨機(jī)控制變量R，用該變量來調(diào)節(jié)在車輛進(jìn)入微循環(huán)車道跟馳行駛和從微循環(huán)車道分流過程中對(duì)跟車速度的控制。當(dāng)頭車進(jìn)入微循環(huán)支道時(shí)，啟動(dòng)微循環(huán)隨機(jī)控制變量R，決定是跟隨頭車進(jìn)入微循環(huán)支道行駛還是與頭車分流行駛；當(dāng)頭車從微循環(huán)支道進(jìn)入主（次）干道十字路口紅綠燈時(shí)，啟動(dòng)微循環(huán)隨機(jī)控制變量R，決定是跟隨頭車直行通過紅綠燈路口還是與頭車分流并入主（次）干道行駛；當(dāng)與頭車在微循環(huán)車道跟馳行駛時(shí)，啟動(dòng)微循環(huán)隨機(jī)控制變量R，將車速控制在微循環(huán)支道所允許的安全行車速度范圍內(nèi)。于是，由模型（1）得到如下的微循環(huán)線性跟馳模型

v（x，t）=（1+δ（R，x，t））v（x+Δx，t），Δx（x，t）＞Δc（1-δ（R，x，t））v（x+Δx，t），Δx（x，t）Δc（2）

模型（2）就是所建立的含隨機(jī)擾動(dòng)因素的城市交通流線性模型。

2模型分析

城市交通流系統(tǒng)中存在著主干道與次干道，次干道與次干道，次干道與微循環(huán)支道，微循環(huán)支道與微循環(huán)支道等彼此之間的分流和并道等復(fù)雜的車輛跟馳行為。應(yīng)用微循環(huán)可以解決以下兩方面重要的交通問題：

2.1 應(yīng)用微循環(huán)解決主干道上的“左轉(zhuǎn)”問題。如（圖1）所示的辦法，通過三次微循環(huán)支道“右轉(zhuǎn)”來解決車輛主干道上的“左轉(zhuǎn)”問題．在該“左轉(zhuǎn)”過程包括兩次通過主干道紅綠燈交叉路口，一次主干道分流，一次次干道并流與分流以及兩段微循環(huán)支道跟馳行駛。

2.2 應(yīng)用微循環(huán)解決主干道上的“分流”問題。如（圖2）所示，該“分流”的交通行為包括一次主干道分流，一次微循環(huán)支道與次干道紅綠燈十字路口，一次三段微循環(huán)支道跟馳行駛并入次干道。

下面來分析影響微循環(huán)隨機(jī)控制變量R的相關(guān)因素。首先，經(jīng)過主、次干道上紅綠燈十字路口時(shí)，微循環(huán)隨機(jī)控制變量R的選擇與綠燈放行的時(shí)間τ密切相關(guān)。其次，當(dāng)頭車經(jīng)過主、次干道分流或并流時(shí)，不論跟車與頭車是同向行駛還是分流行駛，跟車的微循環(huán)隨機(jī)控制變量R都與該車道車流密度ρ的變化密切相關(guān)，若分流行駛，那么主、次干道車流密度ρ減小，跟車微循環(huán)隨機(jī)控制變量R隨之正向變化；若并流行駛，那么主、干道車流密度ρ增大，跟車微循環(huán)隨機(jī)控制變量R隨之反向變化。再次，若車輛在微循環(huán)支道上跟馳行駛，則主要考慮頭車速度的變化對(duì)跟車的擾動(dòng)，此時(shí)跟車的微循環(huán)隨機(jī)控制變量R完全退化。

綜合上述的分析，可以將跟車的微循環(huán)隨機(jī)控制變量R表示為R=R（τ，ρ）。于是，模型（2）就表示為

v（x，t）=（1+δ（R（τ，ρ），x，t））v（x+Δx，t），Δx（x，t）＞Δc（1-δ（R（τ，ρ），x，t））v（x+Δx，t），Δx（x，t）Δc（3）

的形式。

3模型在交通流微循環(huán)中的應(yīng)用

【實(shí)例模擬】“跟車行駛”的交通流微循環(huán)動(dòng)力學(xué)行為模擬。

城市交通流微循環(huán)中，不論是主干道上的“左轉(zhuǎn)”還是“分流”問題，都離不開主、次干道以及微循環(huán)支道上的“跟車行駛”行為。而“跟車行駛”所考慮的相關(guān)因素主要涉及到路段的車流密度ρ，路段的限速要求vf，某一時(shí)刻通過該路段頭車的初始速度v0（x，t）以及該路段上的隨機(jī)時(shí)空擾動(dòng)因素等。應(yīng)用模型（3），可以模擬車輛在主、次、支道上城市交通流微循環(huán)的“跟車行駛”動(dòng)力學(xué)行為，模擬結(jié)果如（圖3）所示（程序genchexing1.m）：

該結(jié)果表明，路段上各輛車的速度變化規(guī)律，即隨著時(shí)間的變化，路段上各車輛的速度跟隨頭車速度隨機(jī)波動(dòng)。在該交通行為中，若對(duì)車速不加限制或車速控制不當(dāng)，很容易發(fā)現(xiàn)交通流中“激波”的產(chǎn)生，從而有發(fā)生交通事故的危險(xiǎn)．所以，應(yīng)用城市交通微循環(huán)支道來解決主干道上的“左轉(zhuǎn)”和“分流”問題，可以有效地降低主干道上的車流密度，減小主干道上的交通壓力，提高主干道上的行車速度，從而避免或減少交通流中“激波”的產(chǎn)生，有效地控制城市交通“擁堵”的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王殿海，嚴(yán)寶杰.交通流理論[M].北京：人民交通出版社，2002，11：47，56，20.

[2]李進(jìn)平.交通流的流體力學(xué)模型與數(shù)值模擬.武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003，2：5.

[3]吳正.低速混合型城市交通流的流體力學(xué)模型[J].力學(xué)學(xué)報(bào)，1994，3，26（2）：149-157.

[4]吳清松，姜銳，李曉白等.微觀宏觀方法相結(jié)合推進(jìn)交通流理論新發(fā)展[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2005，6，5（3）：108-115.

篇9

關(guān)鍵詞：CFD技術(shù)；教學(xué)改革；創(chuàng)新實(shí)踐；能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）12-0064-02

一、現(xiàn)狀及存在的問題

隨著制造技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)產(chǎn)品的性能提出了更高的要求。一方面，要求產(chǎn)品品質(zhì)高、價(jià)格低，且具有創(chuàng)新性；另一方面要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)及生產(chǎn)周期短，以節(jié)約人力、物力和財(cái)力。國內(nèi)外研究表明：CFD技術(shù)是解決這一要求的最好途徑。實(shí)際上，CFD技術(shù)是解決工程中復(fù)雜流動(dòng)和傳熱問題的一種有效手段，同時(shí)也是一門新型的獨(dú)立學(xué)科。讓廣大設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)掌握CFD技術(shù)，是提高其設(shè)計(jì)水平的具體途徑。目前，國內(nèi)有多所高校為本科生開設(shè)CFD技術(shù)課程，集中講授20世紀(jì)直至本世紀(jì)CFD技術(shù)方面的最新成就，具有理論性和實(shí)踐性的雙重特點(diǎn)。我們?cè)诮迥甑慕虒W(xué)過程中深深體會(huì)到：學(xué)生要學(xué)習(xí)掌握CFD技術(shù)，一方面要學(xué)好CFD技術(shù)的基本原理，另一方面還要進(jìn)行大量的自主實(shí)踐。更重要的是，要在自主實(shí)踐過程中培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力。而在目前的教學(xué)中，大多強(qiáng)化基本原理的講授，缺少對(duì)實(shí)際問題的分析和處理，從而造成大學(xué)生解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的欠缺。針對(duì)這種現(xiàn)象，我們認(rèn)為構(gòu)建CFD技術(shù)平臺(tái)，提高大學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、構(gòu)建CFD技術(shù)平臺(tái)

基于CFD技術(shù)課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，我們提出構(gòu)建CFD技術(shù)平臺(tái)。具體內(nèi)容包括：組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，組織教師編寫教材、建設(shè)軟件平臺(tái)以及引導(dǎo)學(xué)生參與科研實(shí)踐等四個(gè)方面。對(duì)于組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)，這是構(gòu)建CFD技術(shù)平臺(tái)最為重要的一件事情。通過各學(xué)科方向教師自愿報(bào)名，教研室推薦，學(xué)院公開選拔的方式，組建一支高水平、高素質(zhì)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。這樣就可以確保承當(dāng)CFD技術(shù)課程的教學(xué)工作的各位教師是學(xué)院各個(gè)學(xué)科專業(yè)方向的優(yōu)秀教師。因?yàn)榇蠹抑?，只有高水平高素質(zhì)的教師，才能更好地引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。對(duì)于教材的編寫，現(xiàn)有的關(guān)于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方面的教材有很多種，但大多以介紹基本原理和計(jì)算理論為主，缺乏相關(guān)軟件的應(yīng)用及實(shí)例的介紹，不能滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需要，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。對(duì)此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)需要重新制定CFD技術(shù)課程大綱，廣泛收集國內(nèi)外CFD技術(shù)的最新科技成果，編寫反映科研與教學(xué)相結(jié)合的特色，重點(diǎn)、難點(diǎn)突出，并具有自身特色的教材。對(duì)于軟件平臺(tái)的建設(shè)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)根據(jù)能源動(dòng)力類各專業(yè)方向所使用的CFD軟件情況，從眾多商用CFD軟件中挑選出適合能源動(dòng)力類本科生學(xué)習(xí)和使用的軟件，同時(shí)建設(shè)一個(gè)可容納30人以上的計(jì)算機(jī)機(jī)房，并通過局域網(wǎng)絡(luò)連接建立一個(gè)交互式的軟件平臺(tái)，供廣大學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和自主實(shí)踐。軟件平臺(tái)由學(xué)生實(shí)行自主維護(hù)、自主管理，教學(xué)團(tuán)隊(duì)只需安排任課教師不定期通過軟件平臺(tái)引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新。對(duì)于科研實(shí)踐，教學(xué)團(tuán)隊(duì)需要安排任課教師組織優(yōu)秀學(xué)生參與到科研實(shí)踐中來，讓學(xué)生通過科研實(shí)踐的鍛煉，提高自身的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。讓學(xué)生參與基礎(chǔ)研究，可以從深度方面提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解能力，為培養(yǎng)學(xué)生的原始創(chuàng)新能力作鋪墊、打基礎(chǔ)；讓學(xué)生參與應(yīng)用研究，則可以從廣度方面提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，為今后在實(shí)踐中進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

三、利用CFD技術(shù)平臺(tái)培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力

目前，教學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成立，分別由來自五個(gè)學(xué)科方向的、具有一定教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀教師組成，他們集中代表能源動(dòng)力各學(xué)科的發(fā)展動(dòng)向。教學(xué)團(tuán)隊(duì)定期召開教學(xué)會(huì)議，對(duì)構(gòu)建CFD技術(shù)平臺(tái)和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力過程中出現(xiàn)的各方面問題進(jìn)行研討，大家共同協(xié)商，尋找解決方案。與此同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)編寫了一本適用于能源動(dòng)力類本科生的教材《計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用》，該教材最大的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐并重。該教材不但講述CFD技術(shù)的基本理論，而且還提供了大量的CFD技術(shù)應(yīng)用實(shí)例，幫助學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)踐。該教材已于2011年1月由華中科技大學(xué)出版社正式出版發(fā)行。在編寫教材的同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還利用學(xué)院現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)機(jī)房（擁有50臺(tái)電腦），建立了一個(gè)CFD技術(shù)軟件平臺(tái)，該平臺(tái)擁有多種CFD軟件，如FLUENT、CFX、STAR-CD、PHOENICS、Flo-EFD等，現(xiàn)已成為廣大學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主實(shí)踐CFD技術(shù)的優(yōu)良場(chǎng)所。教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)學(xué)生的需求，安排任課教師不定期地通過軟件平臺(tái)為學(xué)生解惑答疑，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新。與此同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還組織優(yōu)秀學(xué)生參與到科研實(shí)踐中來，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。比如，引導(dǎo)學(xué)生將CFD技術(shù)應(yīng)用到大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目中，優(yōu)化設(shè)計(jì)葉片翼型，模擬計(jì)算小型垂直軸風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能，使得風(fēng)力機(jī)輸出功率和效率大為提升。同時(shí)，該項(xiàng)目榮獲2010年第三屆全國大學(xué)生節(jié)能減排科技創(chuàng)新作品一等獎(jiǎng)。再比如，學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行自主創(chuàng)新，應(yīng)用CFD軟件對(duì)水力渦輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使原來的水輪機(jī)組效率提高1%，每年增加的直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)數(shù)百萬元之多。還有，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下研究格子Boltzmann算法，將之與IP算法、DSMC算法對(duì)比，分析不同算法之間的優(yōu)劣，對(duì)格子Boltzmann算法進(jìn)行改進(jìn)。具體成果體現(xiàn)在，學(xué)生以第一作者在能源動(dòng)力學(xué)科領(lǐng)域國際頂級(jí)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇。

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。大學(xué)生不僅需要扎實(shí)掌握專業(yè)知識(shí)，更要具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。目前，高等學(xué)校在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面還有待加強(qiáng)，為此，本文提出了通過構(gòu)建CFD技術(shù)平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力，并給出了實(shí)施過程中的一些具體措施和經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

關(guān)鍵詞CDIO；流體力學(xué)；能力培養(yǎng)；教學(xué)改革

1引言

“流體力學(xué)”作為理工科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，它的重要性是眾所周知的，作為力學(xué)分支，其在安全工程專業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，與泄漏、火災(zāi)、爆炸、通風(fēng)等有著密切的關(guān)系，是后續(xù)工業(yè)通風(fēng)、消防工程等專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。近年來流體力學(xué)學(xué)科發(fā)生深刻變化，對(duì)流體運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)加深，測(cè)量手段更為先進(jìn)，對(duì)流體運(yùn)動(dòng)分析和處理的能力空前強(qiáng)大，與工程應(yīng)用結(jié)合更加緊密。然而“流體力學(xué)”這門課程概念抽象、數(shù)學(xué)公式多，在以往課程教學(xué)過程中更多重視理論知識(shí)的傳授，人才培養(yǎng)過程中存在著過分偏重理論知識(shí)學(xué)習(xí)，缺乏對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)等不足之處。因此，本文借鑒國際流行的CDIO工程教育理念，擬對(duì)安全工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程進(jìn)行教學(xué)改革，使理論知識(shí)服務(wù)于后續(xù)的安全知識(shí)學(xué)習(xí)及工作實(shí)際，將知識(shí)教育和能力培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)真正地更好地融入之后的安全工作中。

2CDIO工程教育理念

CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Imple-ment）和運(yùn)行（Operate）的簡稱?！癈”構(gòu)思指系統(tǒng)性的構(gòu)想、思考，明確產(chǎn)業(yè)需求?！癉”設(shè)計(jì)是把將要被實(shí)現(xiàn)的計(jì)劃通過視覺的形式描述出來的活動(dòng)過程；“I”實(shí)施是執(zhí)行、施行實(shí)際的行為，指把設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程；“O”運(yùn)行是指產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)之后（即實(shí)施之后）使用其來達(dá)到想要的價(jià)值的過程。從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施到運(yùn)行的全過程就是產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，用它來代表工程的范疇[1]。CDIO教育模式提倡培養(yǎng)具有較高專業(yè)理論水平和符合產(chǎn)業(yè)需求的綜合性應(yīng)用能力并重的高等工程教育專業(yè)學(xué)生，這種模式在安全工程專業(yè)領(lǐng)域具有一定的借鑒意義[2]。CDIO強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)和產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行的真實(shí)工程實(shí)踐環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，通過引導(dǎo)學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、知識(shí)之間有機(jī)聯(lián)系的方式培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，使學(xué)生在創(chuàng)新思維能力、終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程實(shí)踐能力等方面得到全面的訓(xùn)練和提高。

3基于CDIO理念的流體力學(xué)課程實(shí)施

3.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)時(shí)，教材的選取是非常重要的，首先要選擇一本好的教材，然后圍繞教材的內(nèi)容，進(jìn)行全方位的內(nèi)容設(shè)計(jì)。湖南工學(xué)院安全工程專業(yè)選用的教材為蔡增基、龍?zhí)煊逯骶幍摹读黧w力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)》，該教材詳細(xì)介紹了流體力學(xué)及泵與風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，并配有豐富的習(xí)題供學(xué)生課后練習(xí)鞏固，另圍繞教學(xué)大綱，每章設(shè)置了思考題。但教材內(nèi)容多是從供熱通風(fēng)空調(diào)類專業(yè)角度出發(fā)，內(nèi)容較多。按照安全專業(yè)職業(yè)能力與素質(zhì)需求為導(dǎo)向，結(jié)合我校安全工程專業(yè)對(duì)該課程課時(shí)安排較少，學(xué)生文科生多，理科基礎(chǔ)薄弱的特點(diǎn)、安全工程專業(yè)需求及其與后續(xù)專業(yè)課程之間的關(guān)系，課程教學(xué)內(nèi)容分為四部分：（1）流體靜力學(xué)。掌握流體平衡的規(guī)律，對(duì)其中與安全工程關(guān)系不大的小節(jié)進(jìn)行刪除。（2）流體動(dòng)力學(xué)。研究流體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，作用于流體上的力與運(yùn)動(dòng)要素之間的關(guān)系，以及流體的運(yùn)動(dòng)特征與能量轉(zhuǎn)換等。（3）有關(guān)流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，如孔口與管嘴恒定流、管道恒定流等。注重與工業(yè)通風(fēng)、消防、安全工程中常見的泄漏等問題相結(jié)合。（4）泵與風(fēng)機(jī)工作原理及運(yùn)行知識(shí)，重點(diǎn)掌握如何選擇泵與風(fēng)機(jī)。由于課時(shí)有限，其他知識(shí)可通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)來完成。內(nèi)容設(shè)置注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力和分析解決問題的能力，不因課時(shí)少而刪除其物理背景、力學(xué)建模和求解過程等方面的學(xué)習(xí)，只講授結(jié)果、計(jì)算公式、圖表等這種短視的做法培養(yǎng)出來的學(xué)生只是現(xiàn)成公式的計(jì)算機(jī)器，面對(duì)新的問題將束手無策，學(xué)生沒有創(chuàng)新能力，沒有利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。只有掌握正確的基本概念和流體運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律，才能認(rèn)識(shí)特殊規(guī)律，才能有分析實(shí)際問題的能力，才能正確應(yīng)用和處理流體力學(xué)商業(yè)軟件。

3.2轉(zhuǎn)變教學(xué)方法

在課堂教學(xué)中注重學(xué)生綜合思維、系統(tǒng)思維和工程能力的培養(yǎng)。結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法，采用以問題學(xué)習(xí)的形式，要求學(xué)生基于問題學(xué)習(xí)。（1）首先要講授該門課程的性質(zhì)及作用，讓學(xué)生掌握該課程在整個(gè)專業(yè)培養(yǎng)中的作用以及工程實(shí)踐中的具體應(yīng)用價(jià)值，以及該課程與其他課程之間的關(guān)系，從而在學(xué)生的整體知識(shí)架構(gòu)中建立起清晰的課程邏輯聯(lián)系[3]，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維能力。（2）各知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)過程采用啟發(fā)式教學(xué)法，先由老師設(shè)置問題，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)；學(xué)完之后讓學(xué)生思考學(xué)了什么，有什么用；除了基本的教學(xué)過程外，在課程中設(shè)置一些小專題討論，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。（3）傳統(tǒng)的教學(xué)模式由于缺乏對(duì)知識(shí)的應(yīng)用，學(xué)生通常將通過考試作為學(xué)習(xí)目標(biāo)而專注于記憶考試內(nèi)容。因此在教學(xué)中注重相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的講解的同時(shí)，注重對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和拓展，各知識(shí)點(diǎn)多方面地與安全工程專業(yè)相結(jié)合（如在講述孔口管嘴出留時(shí)與危險(xiǎn)化學(xué)品物質(zhì)泄漏進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒事故相結(jié)合；講述流動(dòng)阻力時(shí)與工業(yè)通風(fēng)管道設(shè)計(jì)、消防水管道設(shè)計(jì)相結(jié)合），強(qiáng)調(diào)其對(duì)專業(yè)的支撐作用，要求理論知識(shí)必須服務(wù)于安全工作實(shí)際，將知識(shí)教育和工程能力培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來。

3.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是CDIO模式下教學(xué)環(huán)節(jié)的非常重要的組成部分，學(xué)生工程能力的培養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力的提高，有賴于此環(huán)節(jié)[4]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面通過建設(shè)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，將實(shí)踐教學(xué)貫穿于學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、技術(shù)應(yīng)用能力、研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)K分為基礎(chǔ)驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)?zāi)K、綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K和開放性實(shí)驗(yàn)?zāi)K?；A(chǔ)驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)主要包括雷諾實(shí)驗(yàn)、能量守恒驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、沿程阻力實(shí)驗(yàn)、局部阻力實(shí)驗(yàn)、文丘里管實(shí)驗(yàn)、流量計(jì)實(shí)驗(yàn)、離心泵實(shí)驗(yàn)等[5]。這些實(shí)驗(yàn)過程簡單，能幫助學(xué)生更好地理解流體力學(xué)的基本原理和定律，但缺乏創(chuàng)造性，沒有與安全工程專業(yè)實(shí)際相結(jié)合。綜合性實(shí)驗(yàn)如與工業(yè)通風(fēng)課程相結(jié)合，設(shè)計(jì)一個(gè)通風(fēng)除塵管道模型，學(xué)生通過流體力學(xué)知識(shí)制定實(shí)驗(yàn)方案，使用儀器測(cè)量風(fēng)速、壓強(qiáng)等相關(guān)參數(shù)計(jì)算通風(fēng)阻力。讓學(xué)生把流體力學(xué)知識(shí)更好地與安全工程專業(yè)相結(jié)合，解決專業(yè)實(shí)際問題。綜合類型的實(shí)驗(yàn)相對(duì)較復(fù)雜，采用團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式，通過互相交流討論解決實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，發(fā)散思維，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行匯報(bào)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力。開放性實(shí)驗(yàn)?zāi)K通過建設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽、科技創(chuàng)新活動(dòng)、自主實(shí)驗(yàn)、參與大學(xué)生研究性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、參與教師科研項(xiàng)目提供實(shí)踐平臺(tái)。如學(xué)生可進(jìn)行計(jì)算機(jī)虛擬流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、利用flunet軟件模擬火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣流動(dòng)過程。開放性實(shí)驗(yàn)可鍛煉學(xué)生創(chuàng)新能力。

4結(jié)論

1）安全工程專業(yè)“流體力學(xué)”課程作為一門學(xué)科基礎(chǔ)課，其教學(xué)改革應(yīng)以專業(yè)能力需求為導(dǎo)向、學(xué)生能力培養(yǎng)為目標(biāo)，引入CDIO理念進(jìn)行教學(xué)改革，可提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力、系統(tǒng)思維能力、和工程能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的工程意識(shí)及大工程觀。2）基于CDIO理念的“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革應(yīng)注重學(xué)生主體作用的發(fā)揮，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，采用問題學(xué)習(xí)的形式進(jìn)行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生用基礎(chǔ)理論分析、解決實(shí)際問題的能力。3）在“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革中，應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了基本的基礎(chǔ)驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)外，組織學(xué)生做一些綜合性、設(shè)計(jì)性、開放性實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，人際交往能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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