計算流體力學軟件在流體力學專業教學中的應用分析

毛明明 山東理工大學交通與車輛工程學院

流體力學是一門重要課程，在教學中融合計算流體力學軟件可以提升教學質量，踐行課程改革要求。通過軟件教學可以通過讓學生自己進行軟件操作的方式分析數值信息，理解理論與實踐知識的目的。對此，在實踐中要深入分析計算流體力學軟件在流體力學教學中的具體應用。

一、計算流體力學軟件在流體力學專業教學應用準備

編制指導手冊，模擬建模流程可以為學生學習操作提供有效的參考與支持，也為流體力學專業教學中計算流體力學軟件的應用提供了規范參考。

（一）編制指導手冊。FLUENT軟件簡單便捷，在應用中為了使學生快速的了解，熟悉應用軟件，可以通過軟件進行簡單的模擬處理，要根據實際狀況以及要求編制模擬手冊，通過手冊描述案例，讓學生了解模擬過程，根據具體的步驟要求進行建模處理，劃分網格，計算以及后處理等等。通過對基本方程、差分格式以及湍流模型等因素的介紹，讓學生了解所有的流動。在FLUENT中對求解質量以及動量守恒方程進行了分析，針對傳熱以及可壓性的流動要適當的增加能量守恒方程，而針對組分混合或者其化學反應流動的問題則要通過添加組分守恒方程的方式進行處理等等。

（二）模擬流程。為了讓學生快速的掌握前處理、核心求解以及數據生成、后處理等相關流程操作，通過設置二維障礙通道中流動的方式，讓學生充分的了解集合建模、網格構造、邊界條件設定等相關過程，讓學生了解流體在流動中的速度矢量分布。

學生通過流程，模擬的方式可以充分的了解流動狀態，分析理解了伯努利方程的基本原理，了解重點知識內容。在模擬中學生通過嘗試增加障礙物尺寸、調整位置等方式觀察擾動影響，充分的了解其重點知識內容。

二、計算流體力學軟件在流體力學專業教學應用實踐

通過CFD軟件進行仿真教學，根據由簡單到難的順序進行內容編排。在教學中根據流體力學理論以及傳熱學習理論為基礎，融合二維流動的案例，讓學生了解掌握建模與計算機的框架以及操作步驟；拓展問題，在三維流動數值模擬角度進行分析，引導學生進行實踐操作，在鞏固數值仿真操作流程基礎之上，加強對后處理方法的介紹，讓學生在操作中掌握CFD軟件的模擬方法與手段。

（一）建立計算模型。傳熱學以及流體力學均屬于實驗科學，就是通過總結前人的實驗結果，基于規律性了基礎之上，利用CFD數值模擬，通過計算機進行仿真實驗，解決在工程中存在的流體力學以及傳熱學的問題。在解決問題的中必須要具有扎實的數學以及物力基本知識，可以將實際的抽象的問題轉變為數學模型，要根據實際的流體以及傳熱物理場進行建模處理，根據后續計算機數值進行求解，分析結果。例如，可以通過流體力學基本物理現象演示。CFD軟件通過分析獲得不同初、邊值條件直線流體控制方程進行求解，通過控制方程達到控制物流運動特征的目的，可以真實反映流體運動的物理規律特征。對此，在流體力學教學中一些關鍵的物理現象可以利用CFD技術進行分析處理，通過可視化的方式展示。在流體粘性作用之下，繞流物體他表面一般都會緊貼在物面較薄的區域，此層區域則稱之為邊界層。通過這種建模的方式，可以讓學生了解各種關鍵的物理現象。

在建模中通過GAMBIT模擬建立，通過軟件建模的方式讓學生熟練了解各個環節的面板操作，可以掌握建模關鍵技術。

（二）通過求解器進行求解處理。進行基礎理論知識處理，對研究的對象通過微分方程的方式進行描述，通過將高階方程轉化為可以求解的線性方程組方可進行計算。在推導過程中設計的工程量較大，在推導中根據假設進行簡化處理，整體上來說，理論求解過程過于復雜，學生缺乏主觀的積極性。而通過FLUENT進行軟件方程求解處理，通過計算機的方式進行過程處理，學生通過軟件進行處理，確定流體材料、物理屬性以及具體的邊界條件，選擇符合流體的方程、確定求解器，對其進行簡單直觀的處理，進而便于理解以及操作。

（三）計算結果后處理。FLUENT軟件具有較為強大的后處理功能，可以實現數據可視化處理，具有直觀的功能，可以根據定義顯示面直接給出計算結果，通過不同顏色可以表示速度矢量圖、壓力場以及溫度場的具體流動參數。通過軟件可以實現對某一時刻的穩態場進行直觀的顯示分析，通過流線進行動畫顯示，進而充分的了解在問題中流體流動的具體狀況。

通過計算流體力學軟件在流體力學專業教學中的應用，通過計算機進行數值模擬你分析，有效的提升了學生的實踐能力以及應用能力。利用直觀的方式開展教學有效的增強了學生的積極性。在課堂教學中合理利用計算流體力學軟件可以有效的拓展教學模式與手段，在多媒體等技術手段的支持之下實現了教學內容的模擬，通過可視化的方式為學生的學習研究提供了參考與支持。學生在實踐中根據實際問題進行物理模型的提取，確定流體傳動以及傳熱的方程，分析了解流動以及傳熱的各項流動性參數，利用數值模擬的方式可以掌握理論知識解決實際工程的方式。利用分析、建模以及數值模擬的方式可以有效的發現問題，在實踐探究中通過物理模型修改的方式可以完善解決方案，這樣可以有效的加深理論知識，達到提升教學質量的目的。

結束語：通過計算流體力學軟件在流體力學專業教學中的應用可以有效的提升學生的實踐操作能力，有利于培養學生的綜合素養。在教學中，教師要根據實際狀況以及需求，整合現有教學資源，通過現代化的方式開展，這樣才可以達到提升教學質量的目的。