应用型本科“计算流体力学”课程改革探索

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1、应用型本科“计算流体力学”课程改革探索摘要：总结分析了当前计算流体力学课程教学的弊端，在教学内容、教学方法以及考核措施上提出对于应用型本科计算流体力学课程应当以工程应用为目标，减少理论课时的观点，同时提出以工程案例启发方式实施理论教学，以项目驱动方式实施上机实践的课程教学方法；提出以课程大作业方式替代传统闭卷考试的考核方式；有利于提高学生利用计算流体力学处理实际工程问题的能力。关键词：计算流体力学；课程改革；应用型本科；项目驱动中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号:1674-9324(2017)22-0123-02计算

2、流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)是一门集成了流体力学、计算数学与计算机科学的交叉学科。计算流体力学的基本思想为[1]:通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和传热等相关物理现象做出系统的分析。随着计算机技术的发展，计算流体力学在各行各业得到了广泛的应用。《计算流体力学》课程开设的主要目的在于使学生掌握流动及传热问题数值模拟的基本理论与建模思路、掌握常用商用CFD软件的使用方法，能够利用计算流体力学方法解决实际研宄问题［2］。课程内容涉及了流体力学理论、数值计算理论、计算机程序设计以及

3、计算软件的工程应用等。课程理论内容较多，学生学习起来较为吃力，常处于被动学习状态，因此需要改进教学策略，培养学生学习兴趣，改被动学习为主动学习［2］。同时该课程还与实际应用联系紧密，如何将理论与工程实际相结合，培养学生解决实际工程问题的能力，也是本课程教学中需要探讨的问题。经过多年在教学过程中的改革和摸索，下面浅谈一下我们在《计算流体力学》课程改革方面的一些探索。一、计算流体力学课程内容计算流体力学包含内容甚广，从总体上讲，可按照不同的应用领域分为两个主要方向：1.将计算流体力学自身作为对象的课程体系。该体系的研究对象为计算流体

4、力学本身，主要以流体力学数学物理模型模型构建、数值离散方法、高性能数值计算算法开发为主要内容，侧重点为计算流体力学理论及其实现方法。2.以?算流体力学应用为主的课程体系。此体系以如何更好地将计算流体力学方法应用于工程作为研究对象，主要以应用技能为课程目标，侧重点为现实物理问题的简化建模、利用计算机程序解决物理问题以及对计算结果的科学解释等。对于应用型本科《计算流体力学》课程来讲，应当更多地关注计算流体力学在工程中的应用，将计算流体力学作为一项解决工程问题的工具，培养学生在利用该工具解决实际工程中的流体问题的能力［3］。二、原有教

5、学方法的弊端西南石油大学机械工程专业较早开设了《计算流体力学》课程，培养了多届学生，积累了一些宝贵的教学经验。然而，该课程教学方式仍不够成熟，存在一些弊端，教学效果受到影响。这些弊端主要表现为：1.教学内容偏于理论。在教学过程中，当前的教学内容还延续中传统的计算流体力学的基本内容，即:流体流动控制方程的推导、离散方法及线性方程的解法等，在课程讲解过程中，仍以有限差分法、有限体积法及这些数值算法的收敛性、稳定性、计算精度等方面作为主要的讲解对象，教授过程中涉及到大量的理论推导及数学理论的应用。在教学过程中，学生们普遍反映教学内容难

6、懂难学，枯燥乏味。同时大量的理论教学还影响了上机教学时间。2.工程实践能力转化不足。当前教学计划中虽然搭配了16个课时的上机教学，但仍显不足。经过多次的上机练习，部分学生能够掌握利用计算流体动力学方法解决工程问题的一般流程，但是大部分学生仍然不具备解决新问题的能力。在上机练习过程中，学生按照教师提供的上机指导书中的计算模型操作完成，而对于计算中非常重要的如计算区域创建、网格划分、数值计算模型选择、边界条件、初始条件及计算控制参数等缺乏自主的思考。针对上述问题，迫切需要对课程进行教学改革，提出新的教学理念，利用合理的教学方式，提高

7、教学质量。三、课程改革措施计算流体力学课程改革主要从三方面进行。1.教学内容改革。以计算流体力学的工程应用为主线，采用案例教学的方式培养学生利用计算流体力学方法解决工程实际问题的能力。具体改革内容包括:(1)减少理论推导，强化物理问题的分析。对于如流动控制方程的推导、各种数值离散方法的推导以及离散方法的敛散性证明等内容不作为重点讲授内容。强化对于物理现象的理论分析及利用计算流体力学方法解决工程问题的能力，将计算流体力学所涉及的物理现象其分为4个专题:①基本流动问题。②传热问题。③多相流问题。④组分输运问题。(2)完善上机内容。修

8、改上机实验指导书，确保指导书中的上机案例的完整性，每一个案例均包含计算流体力学方法解决工程问题的所有过程，这些过程为：①工程问题的物理表达及简化。②流体计算域创建。③计算网格划分。④计算模型选择。⑤计算后处理。2.教学方法改革。在明确了教学内容之后，剩下的问题就