CFD軟件在空氣潔凈技術教學中的應用研究

向夏楠++蒯大秋

摘 要 在分析空氣潔凈技術教學現(xiàn)狀的基礎上，結合實踐經(jīng)驗，提出將CFD技術引入空氣潔凈技術教學中，列舉不同形式的氣流組織及其產(chǎn)生的不同效果等幾個實踐教學案例，認為將CFD技術引入空氣潔凈技術的教學環(huán)節(jié)，能進一步提高教學質量，為學生學習該課程奠定堅實的基礎。

關鍵詞 CFD；空氣潔凈技術；實驗室

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）14-0036-02

Application of CFD in Air Cleaning Technology Teaching//XIANG

Xianan， KUAI Daqiu

Abstract On the base of analysis of present teaching situation in the

air cleaning technology and practical experience， author brings for-

ward the CFD technology into the teaching of the air cleaning tech-

nology. Illustrates different forms of air distribution and produce different effects， and several practical teaching case. That the CFD

technology into practice teaching， improves the quality and effective-

ness of teaching， and lays a solid foundation for the students specia-lized course learning.

Key words CFD； air cleaning technology； laborary

1 引言

空氣潔凈技術[1]是湖南城市學院建環(huán)專業(yè)一門十分重要的專業(yè)課。近年來，國家提出統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設，這對湖南城市學院教學改革也提出較高的要求，一方面需要緊扣“應用”二字進行改革，另一方面又要保證教學質量。具體而言，則是要求教師能夠壓縮理論課時，提高教學效率，增強實踐能力。 而要實現(xiàn)以上要求，存在一定困難，主要表現(xiàn)在理論教學部分較為抽象，如果減少時間，沿用傳統(tǒng)的板書式教學方法，則無法具體動態(tài)地將課程中所描述的現(xiàn)象講授給學生，易造成理論知識與實際現(xiàn)象脫節(jié)，難以保證教學質量。如何通過改革教學內(nèi)容、教學方法和教學手段解決以上問題，成為教學改革中的難點與重點[2-4]。

CFD（Computational Fluid Dynamics，即計算流體動力學）是流體力學的一個分支。CFD是近代流體力學、數(shù)值數(shù)學和計算機科學結合的產(chǎn)物。它以計算機為工具，應用各種離散化的數(shù)學方法，對流體力學的各類問題進行數(shù)值實驗、計算機模擬和分析研究，以解決各種實際問題。由于計算機技術的發(fā)展，使CFD技術已經(jīng)被廣泛應用于各種工程實踐中。本文的研究即將CFD軟件應用于空氣潔凈技術教學中，從而豐富教學內(nèi)容，提高教學質量[5-6]。

2 空氣潔凈技術教學現(xiàn)狀

隨著科學技術的不斷發(fā)展，越來越多的場所對潔凈空氣提出較高的要求，比如微電子產(chǎn)品工廠、生物醫(yī)藥生成車間、食品加工廠、醫(yī)院等，都要求微型化、精密化、高純度、高質量和高可靠性的室內(nèi)環(huán)境。空氣潔凈技術已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療和科學實驗不可缺少的基礎條件，是保證產(chǎn)品質量和環(huán)境安全的重要手段，獲得了越來越廣泛的應用。

空氣潔凈技術是建環(huán)專業(yè)工程人員的重要專業(yè)課程，許多院校開設了該課程，但是在教學過程中普遍存在一個問題，即重視理論教學而忽略實踐教學。一方面為了提高教學質量，應更多地開設實驗課程，通過實踐來驗證所學的理論知識，可以使得知識掌握更加牢固；另一方面，由于實驗室建設需要資金投入，而該課程的實驗繁多，學校的硬件支持難以到位，因此，本文提出在空氣潔凈技術教學中引進CFD技術，在計算機上進行模擬實驗，模擬部分難以在實驗室實現(xiàn)的實驗。

CFD技術在空氣潔凈技術教學中的應用十分廣泛，如應用在本課程最重要的章節(jié)——“空氣潔凈原理”的教學中。潔凈室按照氣流組織可以分為四類：單向流潔凈室；非單向流潔凈室（亂流潔凈室）；輻射式潔凈室；混合流（局部單向流）潔凈室。在教材中只使用了簡單的圖片，對這幾種不同的氣流組織形式進行描述，如果教師在課件中也使用這幾張圖片，想必會導致教學效果一般；如果利用CFD技術，將上述幾種不同的氣流組織的形式進行動畫演示，不但能吸引學生的注意，更會加深其對知識點的理解。

3 CFD技術應用于空氣潔凈技術教學的優(yōu)點

CFD技術在空氣潔凈技術領域有著適應性強、應用面廣的優(yōu)點。由于工程問題往往變量多，幾何形狀復雜，只能通過CFD方法才能找到滿足工程需要的數(shù)值解。另外，CFD方法不受物理模型和實驗條件的限制，省時省錢，可以靈活應用，且能給出詳細完整的資料。而在教學過程中，如果能針對學生的具體情況，充分利用CFD軟件的計算和分析優(yōu)勢，將空氣潔凈技術的教學與CFD的數(shù)值仿真技術結合起來，可以提高學生的學習積極性和分析創(chuàng)新能力，大大增強教學效果，減小少學時對課程教學的影響。

可以說，雖然目前本科教育中尚未將CFD技術列入必修課程，但是該技術是建環(huán)專業(yè)將來不可或缺的工具。而空氣潔凈技術中所涉及的大量現(xiàn)象都與流體力學相關，可以通過應用CFD軟件進行模擬，讓學生對枯燥的理論有較為直觀的認知，且能熟悉該方面的軟件，也能增強學生運用計算機解決實際問題的能力。通過在教學中增加最新的計算機技術的方式，擴展了學生的思維，擴大了視野。如果學生自己動手制作該方面的軟件，可以使他們將課堂知識更好地融入日后的工程實踐中去。endprint

4 CFD技術在空氣潔凈技術教學中的實踐應用

實例1：置換通風與混合通風的比較 在空氣潔凈技術教學中，置換通風與混合通風方式的比較非常適合使用CFD軟件進行模擬比較。混合通風方式是目前常用的通風方式，但是對于一些特殊場合，比如醫(yī)院，該方式會導致新風與室內(nèi)空氣混合，有可能造成交叉感染；而置換通風就能克服以上問題。相對于課本上的描述，CFD軟件可以顯示得更加全面，這兩種不同的通風方式的區(qū)別一目了然（如圖1、圖2所示）。

實例2：送排風口位置對氣流組織的影響 如圖3、圖4所示，本實例中可以看到送排風口的不同位置會對房間的氣流組織產(chǎn)生很大影響，房間內(nèi)的物品也會對氣流組織產(chǎn)生很大影響，如果需要對氣流組織進行合理設計，光靠理論知識還不足以解決這類問題，必須應用CFD技術才能更合理準確地進行。

在該課程以往的教學中難以找到合適的課后習題，導致學生下課后沒有復習的過程，也不利于增強教學效果。使用CFD軟件后，可以讓學生自己動手做相關的模擬課題，而且易于防止抄襲現(xiàn)象，因為CFD軟件的前處理軟件GAMBIT可以方便定義建筑的幾何尺寸以及邊界條件等，可以做到一人一題。通過這個環(huán)節(jié)，不但可以提高學生的知識掌握程度，更加能提高學生的創(chuàng)新能力和動手能力。

5 結論

將CFD技術與空氣潔凈技術的教學結合，充分利用CFD軟件的圖像顯示功能，將枯燥的理論知識生動地在電腦上演示出來，有利于學生對知識的理解，加深印象，能進一步提高教學質量，為學生專業(yè)課的學習奠定堅實的基礎。同時能提高學生的計算機應用能力，擴展視野，符合素質教育的根本要求。

參考文獻

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