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基于CFD的工程流体力学本科课程教学改革实践研究
作者：刘爽 王世明 宋秋红 兰雅梅 饶勇 来源：《中国教育技术装备》2015年第22期
摘 要 以工程流体力学本科实践实验教学课程为对象，为提升教学质量，提出利用CFD仿真与实验结合的方式方法，结合实例给出流程步骤，以提升学生对课程的理解与应用，并促进学生创新能力的培养。
关键词 工程流体力学；实验；教学改革 中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2015）22-0148-02
Research of Undergraduate Engineering Fluid Mechanics Practice
Teaching System based on CFD//LIU Shuang， WAN Shiming， SONG Qiuhong， LAN Yamei， RAO Yong
Abstract Based on the engineering practice of the experimental tea-ching courses in fluid
mechanics as the object， in order to promote the teaching quality， the method of combining CFD simulation and test methods， process steps is presented with examples， in order to enhance students understanding of the course and application， and promote the cultivation of students’ innovative ability.
Key words engineering fluid mechanics； experiment； teaching re-form 1 前言
工程流体力学是海洋类专业核心课程，目前本科工程流体力学课程中涵盖的实践教学内容以仪器实验为主，讲授内容包括流体的物理特性、流体静力学、流体运动学、流体动力学、相似原理与量纲分析、不可压缩流体的内部流动、不可压缩粘性流体的外部流动、可压缩流体的一维流动、流体的测量等。伴随着课程理论内容的讲授，还包括几次实验实践课程[1]。 理论课程讲授内容数学公式很多、较难理解，要求具备高等数学知识基础；而配合理论讲授内容的实验课程，不能全面使得学生充分理解，并且与实际应用的结合较难把握。近年来随着计算机技术的发展，许多计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）的软件技术手段开始被采用在课程教学中，而大部分高校的计算流体力学方面的知识都是面向硕士研究
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生，缺乏针对本科工程流体力学讲授过程中的思考、学习以及使用。通过调整CFD的讲授内容与方法，能够为本科相关力学的讲授提供更好的手段，为学生理解与实际应用提供更好的平台[2-3]。
2 基于CFD的教学改革实践需要解决的问题
前期准备工作中对海洋特色流体力学系列课程群建设研究与分析，便于课程方法的推广关联，实现了海洋特色高校本科教育教学课程群关联模型的构建，完成基于工程流体力学而开展的海洋类课程群建设关联性分析。同时针对基于创新能力培养的实验实践教学优化管理进行研究，在教授课程过程中，对以工程流体力学为基础的重点案例进行梳理，建立实验案例库。实验室具备正版计算流体力学仿真软件，具备容纳80人以上的软件教学环境。 针对目前本科教学中引入CFD的方法，需要解决如下问题： 1）构建工程流体力学几个重点实验案例；
2）对课程开设加入仿真软件的学习，初步实现学生的自主建模与分析能力；
3）在进行实验之前，利用仿真软件对案例进行模拟分析，获得相关的性能指标以及模拟流场状态；
4）借助实验仪器，调整参数环境，进行现场实验室实验，将获得的数据、观察结果与仿真结果进行研究、对比与分析；
5）整理形成完善的思路方法，分析与工程流体学课程群相关的课程，在此基础上将该方式方法推广到其他与之相关的课程群与课程中。 3 方法实施流程步骤
目前学校流体力学综合实验台为多用途实验装置，可进行的实验包括：雷诺实验；能量方程实验；沿程阻力实
验；局部阻力实验（包括突扩、突缩及阀门局部阻力）；流量系数测定实验（孔板流量计流量系数测定；文丘里流量系数测定）；皮托管测流速和流量实验。
针对上述实验，在实验前可以结合CFD仿真获得模拟的试验效果，并结合实际动手实验相对比分析，具体方法实施步骤包括：
1）整理分析以工程流体力学为基础的课程群关联关系，建立关联模型； 2）工程流体力学典型案例库的完善，建立符合实验现场的仿真案例；
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3）针对工程流体力学本科教学任务，融入计算流体力学仿真软件的教学步骤与计划，实现符合本科教育范畴的教学目的，同时与案例相结合匹配；
4）结合仿真结果，构建重点案例的现场实验环境，指导学生独立完成现场实验验证过程，并分析对比实验结果与效果；
5）完善模式方法，分析群内、群外其他理论课程、实验实践课程的关系，将该方法推广到其他课程中，比如海洋能源开发利用、海洋工程装备等相关课程中。 4 结语
基于前期工程流体力学课程群的研究成果，以工程流体力学本科教学课程为对象，通过利用仿真与实验结合的手段方式方法，旨在推动课程群建设、实践教学的实施与完善。同时，项目成果案例能够为工程流体力学课程群与课程建设提供较好的综合性、设计类实验，促进学生创新能力的培养。通过仿真与实验相结合的手段方式，增强学生对工程流体力学理论与实验实践课程的理解，丰富实际效果，提升学生的学习兴趣，培养创新能力。 参考文献
[1]赵汉中.工程流体力学[M].武汉：华中科技大学，2011.
[2]谢翠丽，倪玲英.《工程流体力学》本科课程引入CFD教学的探讨[J].力学与实践，2013（35）：91-93.
[3]徐文娟，赵存友，候清泉.工程流体力学精品课程创新人才培养模式设计与实践[J].高教论坛，2009，2（2）：50-52.