流體力學工程案例

前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇流體力學工程案例范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

流體力學工程案例范文第1篇

【關鍵詞】專業認證流體力學教學改革考核方式

1.教學現狀及分析

流體力學是一門專業基礎課，其主要的先修課程有高等數學、大學物理、理論力學、材料力學等。由于流體力學對知識儲備要求高，研究對象又是不具固定形狀的流體，其理論教學比較抽象，因此教學現狀有以下幾個特點。課堂教學盡管采用多媒體方式，但流體力學的理論性太強，使得現有的多媒體教學課件形式單一，內容不夠豐富，導致教學仍以口授與板書為主，課堂互動性明顯不足，學生學習缺乏主動性、積極性；缺乏實踐性教學環節；缺少有效的師生溝通平臺。由于師生交流少，容易造成“教”、“學”分離，給課程的教學效果大打折扣。

2.考核現狀及分析

現階段流體力學的考核方式，大部分仍然采取30%的平時成績和70%期末考試成績。本課程包含大量的經驗公式及公式推導過程，對比近兩年的學生成績，目前該課程的考核方式并不理想。

3.改革措施

3.1教學改革措施

流體力學課程需要掌握的概念多、公式多，學生學習積極性不高，需要教師對課程不斷開展改革探索。為解決目前流體力學課堂教學中存在的問題，針對教學環節提出以下幾個改革方案。

3.1.1完善教學大綱

根據工程教育認證標準，應進一步修訂和完善教學大綱和教學計劃，優化學時分配。在保證《流體力學》基本概念、基本原理以及基本理論授課時間的基礎上對課程設計進行改革。比如，適當增加數學知識基礎；導入課程最好用動畫或者試驗吸引學生的注意力，提高學生學習的興趣；適當增加學生課后的作業，以討論性的分析和推導公式為主。

3.1.2增設案例及課堂討論環節

增加相關內容的案例，設置科學問題，然后分組討論，引導學生分析問題。以流體靜力學的基本公式為例，通過電視節目中模擬的桶裂實驗為引導，提出問題，留有懸念。然后通過公式推導理論驗證，最后給同學們討論的時間。另外，有條件的還可以專門設置一堂實驗課，課上分組展示并講解學生在課下自行設計的桶裂實驗。

3.2考核評價改革措施

增加平時考核的占比是課程改革的趨勢。根據專業認證的要求，增加平時的教學工作量，為學生準備與重點知識相關的小課題，增加課堂討論環節是一個新思路。根據課堂表現進行部分考核，提高學生平時考核成績。從而去除純記憶類題目，只考核綜合理解類和綜合應用類試題，適當增加期末考核難度，以督促學生平時注意積累。

3.3自編應用型教材

教材是學習的依據，作為機械類流體力學教材要體現理論與實際相結合，突出應用性。對于有經驗的教師，可以在總結多年知識積累和教學、科研成果的基礎上，結合相關流體力學書籍，撰寫屬于自己的機械類教材《流體力學》。自編教材對學生而言更實用，體現在以下幾點。一是自編教材主要以教學大綱為依據，整體上與課堂教學具備較高的統一性。內容編排按課堂教學節次循序漸進，學生自學時，邏輯和思路清晰，課上課下的自然銜接，更具有啟發性；二是可以根據課上學生的反應精簡方程式數學推導內容和過程，盡量將抽象概念形象化、簡單化和透徹化，使之通俗易懂?；蛘咴谡n堂上減少推導過程，而在書中將推導過程編寫的更加詳細，甚至添加多種推導方法，便于自學；三是理論聯系實際，集教學與科研成果于一體，使得課堂內容具有較高的客觀性、有效性和科學性，如此更有利于解決實際問題，指導工程實踐和生產活動；四是豐富例題和習題，除計算題外還設有簡答題、選擇題等多種題型，并給出參考答案。

流體力學工程案例范文第2篇

關鍵詞：生化工程；生物技術；計算機技術；過程控制；反應器

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）51-0136-02

自上世紀50年代初在國內高校首開發酵工程專業以來，《生化工程》課程一直作為江南大學生物工程專業重點建設的專業基礎課程。圍繞培養實踐型、應用型發酵工程人才，我們在教學中，堅持理論與實踐結合，在教學方法上進行了有益的嘗試。在生化工程的教學過程中，除了圍繞《生化工程》的相關教材講述生化反應動力學與反應器方面的基礎理論外，重點還介紹了最新技術在發酵過程優化與控制以及生化反應器放大中的應用。

一、基于代謝工程和智能工程的集約型發酵過程控制

發酵過程控制技術是利用過程自動控制和系統工程的手段，通過動態調控諸如底物流加速度、通風量、攪拌速度、溫度、pH、操作時間和方式等外部環境因子對發酵過程的性能指標實施優化。發酵過程控制技術可以稱得上是發酵工程的核心關鍵技術。近年來，以人工神經網絡為代表的智能工程技術和以代謝工程為代表的現代生物技術已經逐步、大量地滲入到發酵過程的建模、過程故障診斷和早期預警乃至過程控制與優化等諸多領域。先進的過程控制技術、智能工程技術、代謝工程技術與發酵工程的融合才是現酵過程控制的發展方向和大趨勢。人工神經網絡（artificial neural network，ANN）作為人工智能技術的核心，其固有的學習特性和模擬非線性的能力非常適合發酵過程，目前在發酵工程中的應用相當普遍，在系統辨識、建模、優化、控制等各方面都有廣泛的應用和顯著的效果[1]。神經網絡能由已知的過程輸入得到過程的輸出，從而建立過程模型。

人工神經網絡的廣泛應用主要是由于它具有以下特點：（1）神經網絡具有典型黑箱模型的特性。（2）對于復雜系統，網絡內部各接點間的連接權值包含著對過程輸入、輸出關系的描述，通過選擇一定的網絡拓撲結構和較為方便的學習過程，多層前饋神經網絡能以任意精度逼近任意非線性映射，帶來了一種有效的、智能的表達工具。（3）模型一般為多輸入和多輸出的并行信息存儲與處理結構，從而具有獨特的容錯性和并行計算特點，大量復雜的控制算法能夠得以快速實現，因此可方便地用于多變量控制系統。（4）固有的學習能力降低了系統的不確定性，適應環境變化的泛化能力得到了增加。在估計預測過程中，網絡內部的連接權值的綜合作用即是模型的具體表達，使模型充當了一個逼近真實過程模型的角色。用于網絡的訓練樣本和檢驗樣本能否達到令人滿意的精度或可信度是衡量神經網絡建模效果好壞的主要依據。ANNPR控制策略在控制和優化畢赤酵母生產外源蛋白的控制中起到了很好的效果。例如該控制策略在甘油流加培養階段維持較高的重組畢赤酵母比生長速率，同時避免誘導前甘油的積累，最終提高pIFN-α的產率。除了pIFN-α發酵生產過程，這一新的控制方法還能用于其他畢赤酵母表達外源蛋白的過程。

二、發酵過程在線故障診斷和早期預警技術

在實際的發酵生產過程中，僅僅依靠發酵過程的控制和優化并不能確保生產過程中每一批次的高效和穩定。而且一些在線參數測量電極在工業上的應用還不夠成熟。一旦過程參數偏離最優的控制水平，發酵產量就會大大下降，甚至導致發酵徹底失敗。甲醇營養型畢赤酵母是目前應用效果好且用途最廣泛的一種外源蛋白表達系統。它具有許多明顯的優勢，蛋白分泌表達的啟動子受到誘導劑甲醇的嚴格調控，誘導表達的大部分目標蛋白可以分泌到胞外，有利于降低下游的分離和純化的成本等。在發酵生產過程中，基于OUR變化模式的故障診斷方法是一種常用的方法，但運用單一過程參數進行過程控制和分析不具有代表性。通過選取多個在線參數，針對不同的畢赤酵母發酵過程，建立通用的診斷模型具有廣泛的意義。在畢赤酵母表達重組融合蛋白過程中，在誘導期如何準確有效地控制甲醇的濃度并保持pH值的穩定是發酵過程控制的關鍵。以前的各種基于神經網絡的故障診斷方法大都基于復雜的數據分析和各種網絡的構建，沒有具體結合發酵過程的特性，菌體的代謝以及生理狀態分析，參數的選擇也沒有針對不同階段的發酵特性，識別的效果相對較差。但是通過對所有的在線數據進行評價篩選，基于對誘導期菌體生理狀態和發酵過程參數的深入研究，提出的基于自聯想神經網絡的故障診斷系統能起到很好的效果[2]。

建立具有故障診斷和早期預警功能的自我聯想型神經網絡AANN大致包括五個主要步驟。首先在正常發酵條件下，對一些關鍵過程參數進行在線的監測和存儲，建立具有系統生成、實時數據庫生成等功能的軟件和數據庫。然后建立上述狀態變量的數值以及相應的誤測數據與“正常”和“非正?！卑l酵的性能指標（以產物濃度、生產強度、糖酸轉化率等為基準）間的簡單、定性關系表，從而為實現早期預警后、反推故障原因、及時采取補救措施提供依據和可能的信息。接著建立具有故障診斷和早期預警功能的自我聯想型神經網絡AANN。通過對已知正常發酵樣本數據中未參與訓練、學習的數據進行驗證計算，確認所建立的AANN模型的通用性和精確度可以達到和滿足規定要求。然后建立基于AANN模型的在線故障診斷和早期預警。最后一旦AANN模型檢測到發酵處于“異常”狀態，則可以反推可能造成發酵處于“異?！睜顟B的原因。比如說，檢查一下溫度、pH、溶氧電極和尾氣分析儀是否出現故障，氣路和水路（冷卻水）有無堵塞，等等。如果能夠找到原因，則采取相應的補救措施，促使發酵盡快恢復正常；如果確實找不到原因，則可繼續等待一段時間、觀察發酵能否自動恢復正常。如果仍然不行，則應當機立斷、及時放罐。總之，應用自我聯想型神經網絡的目的在于建立以人工智能工程為基礎的、簡易、通用和集約型發酵過程控制系統，并實現發酵過程中的故障診斷和早期預警。

三、計算流體動力學在生化反應器設計和放大中的應用

計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）模擬是21世紀流體力學領域的重要技術之一，該模擬技術的基本原理是利用離散化的數值算法求解控制流體流動的微分方程，得出連續流場在一定區域上的離散分布規律，從而“模擬”流體流動情況。FLUENT是目前世界應用范圍最廣的商業CFD軟件包之一，該軟件在對流態進行數值仿真模擬計算方面有著廣泛應用。帶攪拌的生物反應器在發酵工業有著廣泛應用，攪拌和混合是化學工業中重要的單元操作，體系混合過程和效果往往成為影響反應產率等的重要因素。為評估和研究攪拌系統的傳氧效率和功率消耗，優化反應器的整體結構，采用計算流體力學技術對所設計的新型反應器進行了計算機模擬，采用FLUENT？作為計算平臺，采用基于Euler-Euler方法的Mixture模型處理氣液兩相流問題，氣泡聚并和破裂過程通過群落平衡方程計算，最后將計算結果與實驗測量數據進行比較[3]。計算表明CFD計算的各參數預測值與測量值偏差均在±10%以內，能夠較準確地再現設備內流體的運動狀態。這為利用數值模擬技術優化反應器設計和生物反應器工程放大奠定了基礎。在前期工作中，通過中試生產和80立方生產規模下的結冷膠發酵過程試驗，新型通風發酵罐表現出優良的傳質性能和節能效果，不僅是結冷膠的發酵產率從18g/L提高到22g/L，而且單批發酵過程的電耗節省20%，顯示出技術良好的應用前景。由于這種新型的通風發酵設備在發酵領域具有普遍意義和寬廣應用范圍，對于通風發酵領域的產品都有參考意義，所建立的設計和制造方法對于大型發酵罐的放大方法具有重要的現實參考意義。

采用以CFD數值模擬為主結合實驗測量驗證的方法研究了三層組合槳對黃原膠溶液的氣液分散及混合的效果。根據發酵罐下部通氣的特點，底層攪拌槳選擇徑向流攪拌槳，中層和上層槳設置了軸向流攪拌槳。具體槳型選擇為徑向流槳為SPT槳，軸向流槳為四葉旋槳式攪拌器（KSX）。

四、結束語

生化工程課程具有知識點多，學科交叉性和應用性強的特點。課程項目在實施過程中，教學團隊應該結合最新科研轉化成果，提煉生化工程的典型案例，將生化工程的理論學習與工程學習緊密結合起來。新增案例庫、例題庫等，以典型發酵工程案例為引子，結合生化工程的理論知識，注重培養學生的自學能力和科學的思維方法。注重在課堂上引入最新科研成果，對開拓學生視野、了解生化工程領域最新科學前沿技術的發展具有重要作用。

參考文獻：

[1]史仲平，潘豐.發酵過程解析、控制與檢測技術[M].北京：化學工業出版社，2010.

流體力學工程案例范文第3篇

對高爐鼓風脫濕系統除霧器的除霧機理進行了詳細分析，在此基礎上參考實際運行參數，采用計算流體力學（CFD）方法對除霧器擋板結構內的氣液兩相流動進行了數值模擬，得到了液滴的運動軌跡以及液滴質量濃度、壓力、速度和旋渦分布情況，并對除霧器擋板結構內部兩相流場進行了深入分析.結果表明：鼓風脫濕系統除霧器能夠對攜霧氣流中的液滴進行有效的分離，從而保證鼓風脫濕系統連續可靠地運行.研究對除霧器的優化設計和運行具有指導意義.

關鍵詞：

除霧器； 鼓風脫濕； 兩相流； 壓降； 流場

中圖分類號： TQ 051.8文獻標志碼： A

Abstract：

Based on the analysis of the demisting mechanism of the demister in the blower dehumidification system of a blast furnace，the computational fluid dynamics（CFD） method was used to simulate numerically the twophase flow of the gas and liquid in the baffle structure of a demister with the actual operation conditions as a reference.The detailed distributions of the pressure，velocity，vortex，and droplet concentration were provided.The simulation also showed the tracks of the droplets.In addition，an indepth analysis and research on the twophase flow were conducted.The results showed that the demister could separate the droplets from the airflow effectively，so as to ensure that the blower dehumidification system could run continuously and reliably.This study is helpful to the optimization and operation of the demister.

Keywords：

demister； blast dehumidification； two phase flow； pressure drop； flow field

鋼鐵企業高爐鼓風站的電能消耗十分巨大，其中，鼓風脫濕系統中除霧器阻損對鼓風機的電能消耗影響較大[1].高爐鼓風系統設置的除霧器主要用于清除由鼓風冷凝時產生的游離霧滴，提高鼓風質量.

本文擬對鼓風脫濕系統中絲網與擋板組合式除霧器的分離機理進行詳細分析，在此基礎上對除霧器擋板結構內部氣液兩相流動進行數值模擬，得到流道內液滴的運動軌跡及壓力、速度、旋渦分布，為除霧器的進一步優化設計提供指導.

1除霧器的結構及工作原理

在脫濕除霧器中，擋板主要起導流作用，究其原因在于多層絲網結構的除霧效率很高（根據現場測試數據，對于粒徑大于1 μm的粒子，分離效率高達99%；對于粒徑大于2 μm的粒子，分離效率高達99.6%）.攜霧氣流流過絲網結構后，其中所夾帶的液滴幾乎全部被捕集除去.液滴在重力作用下沿絲網的絲徑向向下運動，同時繼續吸附氣體中夾帶的霧滴，凝聚變大的霧滴滴落在擋板上，沿擋板流入水槽中，進而排出除霧器外，實現除霧.

本文所研究的鼓風脫濕系統中除霧器布置在脫濕器內二級冷卻器之后，為壓板固定的框架式8層×8塊鋼絲網結構（7塊斜擋板）.除霧器除霧構件如圖1所示.在除霧器中，攜霧氣流流過鋼絲網層實現氣液分離，而被絲網捕集分離和與擋板撞擊分離的液滴則經擋板導流引入水槽中，進而被排出除霧器外.

攜霧氣流在除霧構件內流動，由于流線偏折，在慣性作用下，液滴不能隨氣流偏轉而撞擊到擋板上，其中：動量較小的液滴粘附在擋板表面被捕獲；動量較大的大液滴撞擊擋板表面發生濺射，產生多個小液滴.聚集在擋板表面的水滴受三種力的作用，即拉力、重力和表面張力.當重力占主導地位時，液滴在重力作用下沿擋板表面流入集液槽排出.氣流沖刷擋板表面的液膜，將其卷起、帶走.撞擊在擋板表面的液滴由于自身的動量過大而破裂、飛濺，均可能導致霧沫的二次夾帶.

2模型建立及網格劃分

攜霧氣流在除霧器內的流動實際上是一種可壓縮的黏性流體的三維、非定常的復雜流動.對這一實際流動情況無法采用數學形式精確描述.本文從既能較好反映實際情況又力求模型構造簡單角度出發，在合理誤差范圍內對流場作簡化：

（1） 由于氣流速度較小，馬赫數遠小于0.1，故可把氣體視為不可壓縮氣體處理[2]；

（2） 考慮在實際的穩定工作條件下，流動參數與時間的關系及氣流的振蕩對流場的影響可忽略，故將流動視為定常流動；

（3） 采用冷態條件，過程中不考慮溫度的影響，不考慮氣液傳熱和液體蒸發等現象；

（4） 由于液滴粒徑很小，故可作球形處理，考慮流動中其重力和氣相對液滴的曳力；同時假定其在運動中直徑不變，不考慮液滴之間的碰撞、聚合等現象，且忽略蒸發、摩擦、撕裂及熱效應的影響，不考慮氣液兩相之間的任何能量交換；

（5） 液滴無濺射，不考慮壁面反彈、液膜形成與撕裂，忽略二次帶水的影響；

（6） 液滴接觸擋板，即認為被捕集；液滴到達除霧器出口時，即認為液滴逃逸.

本文采用計算流體力學（CFD）應用軟件Fluent進行數值計算，應用其前處理軟件Gambit生成網格，并參考以往的數值計算結果和經驗[3]，整個計算區域采用非均勻的網格布置方式.為了提高整體網格質量，網格劃分時先對除霧器部分進行網格加密，采用內部面將除霧器所在體與其他體分離.

將模型分割為四個計算區域：方管段、除霧器、漸縮段和圓管段.先劃分除霧器的相關網格，在擋板結構上生成線網格，采用相似邊界軟連接，再采用混合結構網格從已有邊界網格生成擋板結構體網格，最后生成除霧器的體網格.除霧器簡化三維模型如圖2所示.其四個計算區域的網格劃分均采用混合結構網格，共生成75 965個節點，353 251個混合形式網格.除霧器網格劃分如圖3所示.

3數值計算方法及邊界條件

在除霧器內流場的數值模擬中，通道內包括互相之間交換質與能的三相――氣相、氣流夾帶的液滴相和擋板表面的液膜相.本文采用兩相流模型，只考慮氣相和液滴相.

對于連續相（氣相），由雷諾數可知流動為湍流.本文采用SIMPLE算法進行壓力-速度耦合，采用有限體積法對算例進行離散處理.壓力采用Standard離散格式，動量、湍流動能、湍流耗散率均采用二階迎風離散格式，以獲得較準確的解.

對于離散相（液滴相），由于除霧器中氣流內液滴的體積分數小于10%，故可忽略顆粒之間的相互作用、顆粒對氣相的影響、顆粒的運動軌跡[3-5].本文選用基于LagraianEulerian法的DPM（discrete phase model）模型，按拉格朗日方法對各個顆粒方程進行積分求解.

交替求解離散相與連續相的控制方程，直到兩者均收斂從而實現離散相與連續相雙向耦合.

攜霧氣流中液滴流動軌跡計算時只需考慮阻力和重力的影響[6].

氣相作為連續相在歐拉坐標系中描述；液滴相作為離散相在拉格朗日坐標系中描述[7].初始條件及邊界條件分別為：

（1） 連續相（氣相）

介質：空氣，密度為1.205 kg?m-3，動力黏度（20℃）為18.1 μPa?s.

進口條件：給定氣流速度uy=1.2 m?s-1，ux=0，假設其在進口截面為均勻分布，湍流度為0.05[8].

出口條件：自由出流.

壁面條件：無滑移，絕熱.

（2） 離散相（液滴相）：

介質：水，呈細小液滴狀，密度為1.0×103 kg?m-3，平均液滴直徑為5 μm，鼓風含濕量為10 g?Nm-3.

進口條件：設定液滴速度與氣流速度相同[9]，噴射類型選為表面，使液滴在進口截面均勻分布.

壁面條件：選擇捕集類型，即不考慮反彈，液滴觸及壁面即認為被捕集，不考慮二次夾帶效應.

當計算連續性殘差、速度殘差、湍流動能殘差、湍流耗散率殘差均降至10-3，且入口與出口氣相流量相差小于3%時認為計算收斂[10].

4流場分布及分析

4.1液滴質量濃度分布

圖4為計算得到的液滴質量濃度c的分布.由圖可知：在捕集液滴的除霧構件區域及起導流作用的擋板附近液滴質量濃度明顯較高，而在整個除霧構件中第四至第六塊斜擋板之間區域的液滴質量離效果已足以保證系統連續、可靠地運行.

4.2液滴顆粒的運動軌跡

采用Fluent軟件對除霧器進行模擬，得到的連續相和離散相的運動軌跡如圖5所示，其中圖5（b）為計算得到的除霧器內液滴的隨機運動軌跡.由圖5（b）可知，液滴運動軌道主要集中在除霧器除霧構件中的中間五塊擋板部分區域，這對于除霧器的工程優化設計有著重要的指導意義.此外，液滴主要在除霧器中被捕集，小部分進入漸縮段與壁面發生碰撞而被分離.被捕集的液滴主要源自攜霧氣流的主流兩側，由于受到氣流速度梯度影響，其在流線偏折時所受離心慣性作用較大，容易發生偏轉，撞擊在壁面上而被捕集.故除霧器入口處液滴參數的設計對除霧效率的提高具有較大影響.

由圖5（b）亦可知，鼓風脫濕系統中的絲網與擋板組合式除霧器可有效地實現氣液分離.

4.3壓力及速度場分析

除霧器中壓力和速度分布云圖如圖6所示.由圖可知，方管段和圓管段壓力、速度分布較為均勻.攜霧氣流流過除霧器擋板結構的過程中未出現顯著的壓降，而流過除霧器出口處的漸縮段時發生了明顯的壓降，降幅達142 Pa左右.其產生的主要原因是流體的流通面積減小，并且截面形狀突然改變，流體流線被迫發生改變[11].由于旋流作用較強，在漸縮段方圓突變截面后出現了明顯的低壓區，在漸縮段后方圓突變截面處及其后一段距離內亦出現了顯著的壓降.

4.4旋渦分布

脫濕除霧器內的湍流動能和湍流耗散率分布如圖7所示.在整個脫濕除霧器中，湍流耗散最強烈的區域為漸縮段后一段距離.在除霧器除霧構件中，中間五塊擋板部分區域的湍流動能最大，湍流耗散強烈，是除霧器內實現氣液分離的關鍵區域，攜霧氣流流過除霧器通道時，氣流主要流道在該區域.由于慣性力的作用，氣流中液滴的跟隨性變差，速度遲豫時間延長，所以易于碰到壁面而被捕集[12].在第三、四塊擋板下部區域的高壓低速區是除霧器擋板結構中湍流動能最大、湍流耗散最強烈的區域.該區域除霧效率較高.氣體流過除霧器后在最上及最下處豎直擋板后易形成回流區，此處亦可能產生角渦，加劇了流場的擾動，增大了系統壓力損失.上部豎直擋板附近流域局部放大圖如圖8所示.

5結論

本文運用兩相流模型對鼓風脫濕系統除霧器擋板結構的主要性能進行了數值模擬，得到了液滴質量濃度、壓力、速度及旋渦分布情況，展示了其三維內部流場，揭示了實驗手段難以獲得的數據和現象.計算結果表明：鼓風脫濕系統除霧器能夠有效實現攜霧氣流中液滴的分離.模擬結果對除霧器結構設計、降低除霧器內流動阻力具有一定的參考性意義.

參考文獻：

[1]張永紅，袁熙志，羅冬梅，等.我國鋼鐵行業節能降耗現狀與發展[J].工業爐，2013，35（3）：12-17.

[2]周光炯，嚴宗毅，許世雄，等.流體力學[M].2版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]飛，徐敏義，王飛飛.精通CFD工程仿真與案例實戰[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[4]孫秀君，孫海鷗，姜任秋.油氣分離器內油滴軌跡的數值模擬[J].應用科技，2006，33（10）：69-72.

[5]李文艷，徐妍，申林艷.數值模擬技術在濕法脫硫除霧器優化設計上的應用[J].熱力發電，2007，29（5）：10-15.

[6]韓占忠，王敬，蘭小平.FLUENT――流體工程仿真計算實例與應用[M].2版.北京：北京理工大學出版社，2010.

[7]郭鵬宇，楊震.除霧器通道內二維兩相流場的數值模擬[J].電力科學與工程，2005（2）：31-33.

[8]王福軍.計算流體動力學分析[M].北京：清華大學出版社，2004.

[9]趙毅，華偉，王亞君，等.濕式煙氣脫硫塔中折線型擋板除霧器分離效率的數值模擬[J].動力工程學報，2005，25（2）：293-297.

[10]陳凱華，宋存義，李強，等.濕法煙氣脫硫系統中折板式除霧器性能的數值模擬[J].環境工程學報，2007，1（7）：91-96.

流體力學工程案例范文第4篇

1.專業課程設置概況

目前全國高校設置的安全工程專業方向覆蓋了礦業、化工、核工業、交通、能源、土木、經濟等各個領域，專業培養方向一般都與高校的行業背景緊密相關。經過多年的摸索和發展，當前一個相對成熟的安全工程專業課程體系在各高校之間被廣泛采用，即把專業課程分為專業基礎課和特色專業課。前者通常包括“工程力學”“流體力學”“工程熱力學與傳熱學”“電子電工學”“可靠性工程”“燃燒爆炸學”“安全學原理”“安全系統工程”“安全管理學”“安全檢測與監控技術”“安全人機工程學”“安全法規”等課程；后者一般以該校所依托的行業背景、學科優勢和就業方向為依據，設置以應用為主的特色課程。如南華大學以核安全為特色開設了“核電安全工程”“核與輻射防護”“原子核物理”等課程；以建筑安全為特色開設了“建筑安全”“建筑消防技術”“基坑與土力學”“建筑材料”等課程；同時考慮學生就業，還開設了“起重機械安全”“壓力容器安全”“電氣安全”“職業衛生與安全”等課程。

2.實驗課程設置概況

通過調研、文獻查閱以及結合筆者所在學校的實際情況，發現目前安全工程本科專業實驗課程主要由四種類型構成，即公共基礎實驗課（大學物理實驗、大學化學實驗）、專業基礎實驗課（工程力學實驗、流體力學實驗、工程熱力學與傳熱學實驗、電子電工實驗）、專業通用實驗課（安全監測與監控實驗、安全人機實驗、防火防爆實驗、電氣安全實驗、機械安全實驗）以及專業特色實驗課（礦井通風實驗、巖石力學實驗、土力學實驗、化工原理實驗、化工工藝實驗、人因失誤實驗、建筑消防實驗、輻射劑量測量實驗、交通事故調查與案例分析實驗）。

二、專業特色實驗課程教學中存在的問題

通過對國內部分高校的調查以及結合本校實際情況，發現安全工程專業實驗教學中的公共基礎實驗課和專業基礎實驗課的教學都已形成規范化的體系，有系統性的教學方案、教材、考核體系等，但是專業特色實驗教學普遍存在不足，主要體現在以下幾個方面：

1.實驗教材不規范

目前由于各個高校所依托的行業背景以及優勢學科不同，還沒有一本真正意義上的公開出版的且系統性較強的安全工程專業實驗教材，各高校安全工程專業使用的實驗教材大部分是由理論課教師自行編寫，主要存在以下兩個問題：

（1）實驗項目受限

安全工程專業一般牽涉到燃燒爆炸、有毒有害等方面的實驗項目，這些實驗項目的開設往往受制于實驗室的場地條件，同時也具有較大的破壞性和危險性，從學生安全方面考慮，很多高校也都刻意避免開設以上實驗項目。為滿足必要的實驗課時，多以模型參觀和演示性實驗代替。

（2）實驗內容過于簡單，缺乏探索性

實驗項目大多是采用相關儀器直接進行系統中物理化學參數的檢測，如可燃液體閃點燃點的測定、粉塵含量的測定等，綜合性、探索性實驗偏少，導致學生用理論知識解決實際問題的能力以及創新能力得不到有效鍛煉。除此之外，驗證性實驗步驟的編寫過于詳細，類似于儀器設備使用說明書，學生可以按照實驗教材上的步驟機械地完成實驗。這種實驗不能激發學生的創造性和探索性，抑制了其對實驗課的興趣，導致學生心理上抵觸實驗課。

2.實驗教學開展效果不佳

（1）實驗教學計劃不科學

理論課教師根據自己的教學計劃來安排本門課程的實驗教學計劃和實驗內容，沒有同其他專業教師從專業培養計劃的層面上去共同商討實驗項目的設置問題，使得各個實驗項目在實驗內容上缺乏連續性和系統性。

（2）實驗教學考核標準不合理

在安全工程專業的實驗教學中，大部分高校都沒有設置獨立的實驗課程，實驗課都是與理論課共同組成一門專業課程的教學。例如：一門2個學分的專業課程總計32個課時，一般理論課占28個課時，而實驗課只占4個課時，實驗課沒有獨立的考核機制，其成績以作業的形式作為專業課程的平時成績折算計入總分，導致學生主觀上不重視。教師對學生實驗能力的考核，完全依據學生上交的實驗報告。而實驗報告的參考性比考試顯然要低很多，學生相互之間存在抄報告的現象。

3.實驗室建設管理不當

（1）實驗室建設定位不清晰

很多高校對于實驗室的建設沒有合理的規劃，實驗室的建設不是一朝一夕的事情，特別是對于經費一般的非重點高校，實驗設備的配置是一個“添磚加瓦”的過程。實驗室建設若沒有長遠規劃，沒有統一的思路，勢必造成采購實驗設備時沒有針對性，所購置的儀器設備不成體系。導致很多綜合設計性實驗沒有辦法開展，而只能做一些簡單的驗證性實驗。

（2）實驗室管理體制不合理，管理機制不健全

同時，很多實驗室課程由理論課教師和實驗室教師共同完成，兩者之間的職責劃分不明確，導致實驗管理存在盲區。

（3）儀器設備管理不當

隨著國家對高校資金投入的不斷增加，高校的實驗室建設經費也在逐年增加，很多高校只管購買儀器，而不管儀器的維護，對儀器設備也沒有實行檔案化管理，導致設備重復購置，保修期內的設備得不到及時有效的維修。同時大部分高校對大型儀器設備沒有設置共享平臺，導致其利用率較低，造成設備閑置浪費。

4.實驗隊伍結構配置不合理

很多高校對實驗技術人員存在偏見，主觀上認為專業教師比實驗技術人員重要，造成實驗技術人員在高校中的地位低，在實驗室工作缺少榮譽感，這主要體現在晉升職稱以及人才配置方面。在很多高校，實驗技術人員允許晉升的最高職稱是高級實驗師，類似于副教授，同時在人員配置方面，往往將年齡較大、學歷較低或者職稱較低的人員安排在實驗室，從而導致實驗室師資隊伍不穩定，實驗技術人員的工作積極性降低，同時導致實驗隊伍整體素質偏低。

5.實驗儀器設備不能滿足教學要求

安全工程專業作為一門“年輕”學科，在很多高校得不到應有的重視，學科建設經費少，導致沒有足夠的資金購買實驗儀器設備。一方面，安全工程作為一門工程應用性強的交叉學科，很多實驗的開展需要比較先進的進口儀器，比如便攜式α、β氣溶膠監測儀，測氡儀等，這類儀器一般價格較高，若沒有資金購買儀器則相應的實驗課沒有辦法開展；另一方面，由于資金不足，很多實驗儀器的臺套數不夠，因此實驗時，分組數少，每一組學生的人數過多，而學生的實踐能力和學習能力因個體而異，有些學生根本不動手實驗，等到同組同學的實驗做完以后，直接照抄實驗結果，其實驗能力沒有得到任何提高，大大降低了實驗教學效果。

三、專業特色實驗課程教學的思考及建議

1.加強實驗課題體系建設

實驗項目是實驗教學的載體，所開設的實驗項目應由驗證性實驗、演示性實驗以及綜合設計性實驗有機構成，其中以驗證性實驗和綜合設計性實驗為主，以演示性實驗為輔。綜合設計性實驗是由學生自己動手完成的一種開放式教學實驗，有利于培養學生的自學能力、創新能力、科學的創造性思維能力。考慮到目前國內高校安全工程專業實驗課程體系的現狀，綜合設計性實驗數的比重應適當提高。在開發設計實驗項目時，可以由教研室牽頭，集合各門理論課的師資力量，充分考慮相關專業課之間的聯系，在整個專業的層面上進行宏觀設計，盡量讓實驗題目能夠涉及幾門課程的知識，增強其綜合性。

2.加強實驗教學管理

無論是理論課程還是實驗課程，要想提高教學質量，就必須制訂科學合理的成績評價體系。目前很多高校都把實驗當做理論課的一部分，實驗成績類似于課堂作業成績，直接作為理論課平時成績的一部分計入理論課總分，且所占比例很少。這不僅降低了教師對實驗教學的重視程度，也在很大程度上制約了學生對實驗課的積極性。鑒于此，針對專業特色實驗，各高校應該設置獨立的實驗課時和實驗學分，結合自身的實際情況制定一套包括考勤、實驗操作、實驗報告、實驗態度、實驗創新等全方面考核的成績考核體系。

3.加強實驗隊伍的建設

實驗技術人員的配置，應該根據實驗室的層次、實驗教學工作量、實驗室的規劃發展進行統籌考慮，科學定編，采用公開招聘、平等競爭等措施，建設一支人員性別、年齡、學歷、職稱以及知識結構合理的實驗隊伍。此外，學校人事部門還必須根據實驗室的發展制定實驗技術人員的培訓規劃，建立健全內部自我提升與外出培訓相結合的能力提高機制，實驗技術人員的科研獎勵制度和年度績效考評標準以及職稱晉升制度等隊伍建設管理制度，最大程度地激發實驗技術和管理人員的工作積極性。

4.加強實驗室的硬件建設

實驗室建設主要是硬件和軟件兩方面的建設。實驗室的硬件建設就是資金投入問題，只有保證了足夠的資金投入，才能保障實驗項目所需的儀器設備。近年來，教育部通過“特色專業”“卓越計劃”“綜合試點改革”等項目向高校投入了大量的經費，各高校應根據本校實際情況，將國家下撥的專項經費科學合理地用于實驗室建設；另外，高校應該采取“走出去，引進來”的措施，加強同企業的合作，利用企業資金充足、理論水平相對缺乏的特點，采取“企業出錢，高校出力”的方式，與企業共建實驗室，以此提高實驗室的硬件水平。部分高校已在這方面進行了實踐，如重慶大學與美國利寶集團共建重慶大學利寶互助職業安全研究生中心，中國礦業大學與神華集團、中煤科工集團等單位共同建設實驗室、研發及現場實踐基地。

四、結論

流體力學工程案例范文第5篇

關鍵詞：CFD教學；本科教學；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0037-02

一、開展CFD教學的必要性

CFD技術，是解決工程中復雜流動和傳熱問題的一種有效手段，同時也是一門新型的獨立學科。它以經典理論和數值計算為基礎，通過計算機的數值計算和圖像顯示，從空間和時間上定量描述各種場變量，從而達到對流動和傳熱問題進行研究的目的。CFD技術集中應用了20世紀直至本世紀科學技術方面的最新成就，并具有理論性和實踐性的雙重特點。CFD技術不僅可以作為研究工具，而且還可以作為設計工具廣泛應用于能源動力工程、機械工程、材料工程、交通工程、建筑工程、環境工程、化學工程等領域。另外，CFD與CAD、CAE聯合，還可以進行各種結構優化設計。CFD教學主要程針對高年級本科生開展，強調學生的應用能力和學術能力的培養，教學的宗旨是讓學生在了解數值計算基本概念和原理的基礎上，通過對一些經典商用CFD軟件使用和掌握，增強學生分析和解決問題的能力。在國內，目前在能源動力類本科生中開展CFD教學的學校有近20所，大部分為重點本科院校，除我校外，還有如西安交大、清華大學、上海交大等高校。但隨著CFD技術在工業界的進一步推廣應用，個人電腦的性價比提升，可以預計未來5年，將會有更多的工科院校為能源動力類本科生開展CFD教學。在國外，早在上世紀80年代，就已有針對能源動力類本科生開展的CFD教學，比如英國的帝國理工學院，美國的加州理工學院，日本的九州大學等。尤其以美國的加州理工學院做得最為突出，它非常重視學生的實踐與創新。由于國外學生人數比國內少，實驗設施完備，CFD技術課程被安排在實驗教學中心進行，學生在進行CFD技術學習應用的同時，還可以采用實驗方法對CFD的結果進行驗證，非常有利于培養學生的主動實踐與創新能力。實際上，開展CFD教學還有利于拓寬實驗教學內容。由于CFD技術具有成本低、速度快、可視化等特點，因此在能源動力類專業的實驗教學中，可以利用CFD技術加強設計性實驗和探索性實驗的構建，將以往學生的被動性實驗轉變為學生為主教師為輔的一種主動性實驗，有利于培養學生的獨立思考和解決問題的能力。由此可見，開展CFD教學符合能源動力類的專業發展和人才需求，有利于激發學生的學習興趣，同時還有利于拓寬實驗教學內容，培養學生的實踐與創新能力。

二、開展CFD教學的可行性

對于在能源動力類本科生中開展CFD教學的可行性，下面將從三個方面來進行分析。

1.教學內容的選擇。對于能源動力類的大四本科生，CFD教學的重點將放在CFD技術的基本理論和軟件應用上。具體內容包括：控制方程的離散化方法，流場的求解計算方法，湍流模型，以及商用CFD軟件的基本用法。同時，授課內容中還將包含復雜流動模型以及數值模擬的最新研究進展等，以便開拓學生的視野，激發學生的學習興趣。由于課時有限，在商用CFD軟件基本用法的講授中，將選擇能源動力領域常見案例的CFD過程，比如建模、劃分網格、設置邊界條件、設置求解器參數、后處理等內容，進行有針對性地講解和實踐，以獲得舉一反三的效果。

2.基本理念的貫徹。在開展CFD教學中，需要貫徹正確的CFD技術理念。雖然目前商用CFD軟件快速普及，似乎許多問題都可以通過CFD技術來解決。但必須強調，CFD技術不是萬能的，在很多方面還有局限性。試驗研究、理論分析和CFD技術的有機結合，才是解決實際問題的有效手段。另外，對模擬計算結果的準確性的認識和判斷，也需要一個正確的理念。數值模擬計算結果的準確性首先取決于數學模型是否正確，如果數學模型不正確，即使數值計算方法先進，仍然不能保證數值解的準確性。其次，模擬計算過程中流動介質物性參數是否正確，也是影響模擬計算結果準確性的一個重要因素。最后，教學過程中還要注意培養學生的工程意識，在講授CFD實際應用時要引導學生把握工程問題的整體觀念，增強學生的工程意識，培養學生基本理論與工程實踐相結合的能力。

3.經典軟件的應用。從我校能源動力本科專業現有的課程設置來看，大四本科生已經具備流體力學、傳熱學、數值分析方法等方面的基礎知識，對于CFD技術中所涉及的方程離散，網格劃分、流場求解等方面知識的理解不會有太大難度，而且目前商用CFD軟件智能化程度較高，基本使用方法和技巧易于掌握。因此，選用經典CFD軟件開展教學，在老師的指導下完全可以使學生在短時間內初步掌握CFD軟件的使用方法。在此基礎上，隨著學生知識面以及工程實踐經驗和CFD軟件使用技巧的增加，對CFD技術的理解會進一步加深。另外，目前計算機硬件水平迅猛發展，學生擁有個人電腦的比例逐年增加。從我們能源與動力工程學院學生工作組統計的數據來看，目前學生擁有個人電腦的比例已達80%以上，學生可以在自己的電腦上方便地進行CFD軟件的學習和實踐，這為開展CFD教學提供了良好的條件。

從2007年開始，華中科技大學能源與動力工程學院就已經在本科生中開展了CFD教學。課程的名稱為CFD技術，以選修課的形式開設，學院每年都有近300名學生選修這門課程，這門課程實際上已經成為一門受眾面極廣的公共選修課程。由此可見，在能源動力本科生中開展CFD教學具有較好的必要性和可行性，值得深入推廣應用。

參考文獻：

[1]張師帥，郭照立，彭玉成，張曉青，明廷臻.構建CFD技術平臺培養能源動力類本科生的實踐與創新能力[J].教育教學論壇，2012，（12）：64-65.

[2]王永生，屈波，劉拓，等.構建本科生科研訓練與創新實踐的長效機制[J].中國高等教育，2010，（6）：21-25.

[3]張師帥.計算流體動力學及其應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2011.

[4]潘云霞.培養大學生創新精神與實踐能力的幾點思考[J].中國科教創新導刊，2009，（11）：17-18.

[5]李俊梅，李炎鋒，樊洪明，孫育英.CFD模擬課程在建環專業本科生中的教學實踐[J].高等建筑教育，2012，（3）：101-103.

[6]夏玉顏，王責成.高校工科專業人才創新素質現狀調查與思考[J].高校教育管理，2010，（2）：79-83.