CFD软件在传热学教学中的应用.docx

CFD 软件在传热学教学中的应用摘 要：在分析传热学教学现状的基础上，结合实践 经验，提出将 CFD 技术引入传热学教学中， 列举了网格划分、 外掠管束和换热器等几个实践教学案例。 将 CFD 技术引入实 践教学环节，能进一步提高教学质量和效果，能为学生专业 课的学习奠定坚实的基础。 关键词： CFD ；传热学；教学 The application of the CFD in heat transfer theory teaching Xiang Xianan Hunan City University ， Yiyang ， 413000， China Abstract ： On the base of analysis of present teaching situation in the heat transfer theory and practical experience ， the author brings forward the CFD technology into the teaching of the heat transfer theory. Illustrates the meshing ， flow across tube banks and heat exchangers， and several practical teaching case. That the CFD technology into practice teaching ， improve the quality and effectiveness of teaching ， and lay a solid foundation for the students specialized course learning. Key words ： CFD ； heat transfer theory； teaching 传热学 [1] 是我校建筑环境与能源应用工程专业一门 分重要的专业基础课。随着我校教学改革的不断深化，作为 门重点建设课程，传热学的教学改革工作成为一项重要任 务。教学改革提倡“压缩课时，提高效率” ，但在教学过程 中也遇到了一些困难，主要问题是部分内容较为抽象，教学 课时少，教学质量要求高，而目前常用的计算机辅助手段没 有被引入教学中。教师如何通过有限学时的教学，使学生真 正掌握专业所需要的传热学基础知识，为后续专业课程的学 习奠定坚实的基础，并传授与传热学密切相关且应用广泛的 计算机技术，是当前我校传热学教学改革与建设面临的主要 问题。因此，对传热学课程改革进行认真的探索，对现行传 热学课程的教学内容、教学方法和教学手段等进行改革势在 必行 [2-4] 。 计算流体动力学 CFD[5] 技术是利用数值方法通过计算 机求解传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应等 领域的数学方程，获得空间和时间离散位置处的数值解，揭 示其物理规律和特性的学科，目前已成为十分热门的研究领 域，且广泛应用于航天设计、汽车设计、通风空调设计、生 物医学工业、化工处理工业等诸多工程领域 [6] 。 随着计算机技术的不断发展与进步，在 PC 上运行 CFD 软件已不存在任何技术难题， 目前比较著名的 CFD 软件包括 FLUENT ，PHOENICS ，CD-STAR ，FLOW3D ，CFX 等，而 尤以 FLUENT 最为成熟， 使用较为广泛。 教学工作者将 CFD 技术应用到传热学教学中，能够生动、形象地展示各种数值 方法的计算结果，将抽象的概念、理论变成形象的画面，并 结合基础理论进行对比讲解，加深学生对相应知识的理解， 从而达到激发学生的学习兴趣，改善教学效果的目的 [7 ，8] 。 CFD 软件与教学相结合的优势 相比传统课堂上使用 PPT 进行多媒体演示教学， 直接使 用 FLUENT 软件进行现场模拟及演示， 并在此过程中讲解课 本中相关知识点的教学方法，有以下几点优势。 1）传热学的内容，都是前人经过长时间的研究，进 行试验总结出来的知识，如果利用事先已经制作完成的多媒 体课件在课堂上播放讲解，给学生留下的思考空间较小，学 生课堂上学习知识，课下做课后应用题，是典型的应试教育 模式。 而直接使用 FLUENT 软件进行现场模拟及演示， 并在 此过程中讲解课本中相关的知识点，能比使用多媒体课件更 加生动形象地展示各种传热现象，激发学生的学习兴趣，让 学生举一反三自己动手，给学生更大的思考空间，也更能调 动学生的主动性。同时，要熟练运用该软件，需要有流体力 学、传热学的理论为基础，因此必然促使他们主动地汲取课 本上深奥的知识，将所学知识进行整合。 2）应用 FLUENT 求解传热学问题的过程，也是将所 学知识运用到实践