计算流体力学软件在流体力学专业教学中的应用分析

毛明明 山东理工大学交通与车辆工程学院

流体力学是一门重要课程，在教学中融合计算流体力学软件可以提升教学质量，践行课程改革要求。通过软件教学可以通过让学生自己进行软件操作的方式分析数值信息，理解理论与实践知识的目的。对此，在实践中要深入分析计算流体力学软件在流体力学教学中的具体应用。

一、计算流体力学软件在流体力学专业教学应用准备

编制指导手册，模拟建模流程可以为学生学习操作提供有效的参考与支持，也为流体力学专业教学中计算流体力学软件的应用提供了规范参考。

（一）编制指导手册。FLUENT软件简单便捷，在应用中为了使学生快速的了解，熟悉应用软件，可以通过软件进行简单的模拟处理，要根据实际状况以及要求编制模拟手册，通过手册描述案例，让学生了解模拟过程，根据具体的步骤要求进行建模处理，划分网格，计算以及后处理等等。通过对基本方程、差分格式以及湍流模型等因素的介绍，让学生了解所有的流动。在FLUENT中对求解质量以及动量守恒方程进行了分析，针对传热以及可压性的流动要适当的增加能量守恒方程，而针对组分混合或者其化学反应流动的问题则要通过添加组分守恒方程的方式进行处理等等。

（二）模拟流程。为了让学生快速的掌握前处理、核心求解以及数据生成、后处理等相关流程操作，通过设置二维障碍通道中流动的方式，让学生充分的了解集合建模、网格构造、边界条件设定等相关过程，让学生了解流体在流动中的速度矢量分布。

学生通过流程，模拟的方式可以充分的了解流动状态，分析理解了伯努利方程的基本原理，了解重点知识内容。在模拟中学生通过尝试增加障碍物尺寸、调整位置等方式观察扰动影响，充分的了解其重点知识内容。

二、计算流体力学软件在流体力学专业教学应用实践

通过CFD软件进行仿真教学，根据由简单到难的顺序进行内容编排。在教学中根据流体力学理论以及传热学习理论为基础，融合二维流动的案例，让学生了解掌握建模与计算机的框架以及操作步骤；拓展问题，在三维流动数值模拟角度进行分析，引导学生进行实践操作，在巩固数值仿真操作流程基础之上，加强对后处理方法的介绍，让学生在操作中掌握CFD软件的模拟方法与手段。

（一）建立计算模型。传热学以及流体力学均属于实验科学，就是通过总结前人的实验结果，基于规律性了基础之上，利用CFD数值模拟，通过计算机进行仿真实验，解决在工程中存在的流体力学以及传热学的问题。在解决问题的中必须要具有扎实的数学以及物力基本知识，可以将实际的抽象的问题转变为数学模型，要根据实际的流体以及传热物理场进行建模处理，根据后续计算机数值进行求解，分析结果。例如，可以通过流体力学基本物理现象演示。CFD软件通过分析获得不同初、边值条件直线流体控制方程进行求解，通过控制方程达到控制物流运动特征的目的，可以真实反映流体运动的物理规律特征。对此，在流体力学教学中一些关键的物理现象可以利用CFD技术进行分析处理，通过可视化的方式展示。在流体粘性作用之下，绕流物体他表面一般都会紧贴在物面较薄的区域，此层区域则称之为边界层。通过这种建模的方式，可以让学生了解各种关键的物理现象。

在建模中通过GAMBIT模拟建立，通过软件建模的方式让学生熟练了解各个环节的面板操作，可以掌握建模关键技术。

（二）通过求解器进行求解处理。进行基础理论知识处理，对研究的对象通过微分方程的方式进行描述，通过将高阶方程转化为可以求解的线性方程组方可进行计算。在推导过程中设计的工程量较大，在推导中根据假设进行简化处理，整体上来说，理论求解过程过于复杂，学生缺乏主观的积极性。而通过FLUENT进行软件方程求解处理，通过计算机的方式进行过程处理，学生通过软件进行处理，确定流体材料、物理属性以及具体的边界条件，选择符合流体的方程、确定求解器，对其进行简单直观的处理，进而便于理解以及操作。

（三）计算结果后处理。FLUENT软件具有较为强大的后处理功能，可以实现数据可视化处理，具有直观的功能，可以根据定义显示面直接给出计算结果，通过不同颜色可以表示速度矢量图、压力场以及温度场的具体流动参数。通过软件可以实现对某一时刻的稳态场进行直观的显示分析，通过流线进行动画显示，进而充分的了解在问题中流体流动的具体状况。

通过计算流体力学软件在流体力学专业教学中的应用，通过计算机进行数值模拟你分析，有效的提升了学生的实践能力以及应用能力。利用直观的方式开展教学有效的增强了学生的积极性。在课堂教学中合理利用计算流体力学软件可以有效的拓展教学模式与手段，在多媒体等技术手段的支持之下实现了教学内容的模拟，通过可视化的方式为学生的学习研究提供了参考与支持。学生在实践中根据实际问题进行物理模型的提取，确定流体传动以及传热的方程，分析了解流动以及传热的各项流动性参数，利用数值模拟的方式可以掌握理论知识解决实际工程的方式。利用分析、建模以及数值模拟的方式可以有效的发现问题，在实践探究中通过物理模型修改的方式可以完善解决方案，这样可以有效的加深理论知识，达到提升教学质量的目的。

结束语：通过计算流体力学软件在流体力学专业教学中的应用可以有效的提升学生的实践操作能力，有利于培养学生的综合素养。在教学中，教师要根据实际状况以及需求，整合现有教学资源，通过现代化的方式开展，这样才可以达到提升教学质量的目的。