趙麗娟 賈培英 楊賀緒

摘??要：能源與動力工程專業(yè)課理論性強、難度大、學(xué)生學(xué)習(xí)起來困難。本文將Fluent軟件引入能源與動力工程專業(yè)課教學(xué)中，分析了Fluent軟件與專業(yè)課結(jié)合的現(xiàn)狀，提出了Fluent軟件在專業(yè)課中應(yīng)用的步驟，并結(jié)合案例說明了Fluent軟件在專業(yè)課中應(yīng)用的可行性。將Fluent軟件引入能源與動力工程專業(yè)課的教學(xué)中，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還可以培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力，為我們推進教學(xué)改革提供了一定的思路。

關(guān)鍵詞：Fluent軟件;專業(yè)課;教學(xué)

隨著高等教育教學(xué)應(yīng)用型改革和發(fā)展的需要，我校能源與動力工程專業(yè)開始致力于培養(yǎng)立足于社會，服務(wù)于地方經(jīng)濟，面向全國的應(yīng)用型人才，要求學(xué)生不僅要有非常扎實的基本知識，還要具備利用自己所學(xué)知識解決實際工程問題的能力。傳熱學(xué)、流體力學(xué)、汽輪機原理、鍋爐原理與構(gòu)造、泵與風(fēng)機等課程是能源與動力工程專業(yè)學(xué)生必修的課程，這些課程理論性較強，內(nèi)容難度較大，集理論性、抽象性和實踐性為一體，具有理論抽象、實踐操作技能性強的特點。在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生缺乏實踐經(jīng)歷，僅僅停留在理論理解層面上，難以與工程實際結(jié)合起來，學(xué)生普遍學(xué)習(xí)興趣不高。另外有些實踐環(huán)節(jié)流于形式，學(xué)生走馬觀花，未能真正掌握和理解實踐課的內(nèi)容，不利于學(xué)生實踐應(yīng)用能力的提高。

近年來，隨著計算機水平的不斷提高，將計算機模擬與傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式結(jié)合起來，將Fluent軟件數(shù)值模擬仿真運用在能源與動力工程多門課程的教學(xué)中，將能源與動力工程各專業(yè)課程緊密結(jié)合起來，通過這樣的教學(xué)改革，調(diào)動學(xué)生積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提升學(xué)生解決工程實際問題的能力。

1?Fluent軟件與專業(yè)課教學(xué)結(jié)合的現(xiàn)狀分析

Fluent軟件用來模擬求解具有復(fù)雜外形的流體流動、熱傳導(dǎo)、熱傳遞、化學(xué)反應(yīng)等相關(guān)問題。Fluent軟件以其在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上提供豐富的物理模型而著稱，提供了豐富的湍流模型;一系列對流、熱傳導(dǎo)及輻射的模型;與其他傳熱緊密聯(lián)系的汽蝕模型、可壓縮流體模型、熱交換器模型、濕蒸汽模型;復(fù)雜的多項流模型及化學(xué)反應(yīng)模型等，應(yīng)用范圍及其廣泛。

由于能源與動力工程專業(yè)課難度較大，專業(yè)性較強，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果不理想。將Fluent軟件引入專業(yè)課教學(xué)中，能夠生動、形象的展示各種數(shù)值方法的計算結(jié)果，將抽象的概念、理論變成形象的畫面，并結(jié)合基礎(chǔ)理論進行對比講解，加深學(xué)生對相應(yīng)知識的理解，從而達到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果的目的。于萍等[1]將Fluent軟件引入到工程流體力學(xué)教學(xué)中，更直觀的顯示流體的粘性效應(yīng)，教學(xué)效果較好。向夏楠[2]將Fluent軟件引入傳熱學(xué)的教學(xué)中，引入案例，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。劉競之[3]將Fluent軟件引入水利機械課程教學(xué)中，展示水利機械內(nèi)部工作狀態(tài)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。陳善群等[4]將Fluent軟件引入土建類流體力學(xué)課程中，對一些典型流動問題進行數(shù)值模擬，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。黃茜等[5]將Fluent軟件引入油氣儲運工程專業(yè)課程教學(xué)中，借助圖形顯示功能，使學(xué)生直觀的觀察管道和設(shè)備內(nèi)的流動情況，提升教學(xué)效果。楊秀萍等[6]將Fluent軟件引入液壓傳動教學(xué)中，直觀展示了流體在元件內(nèi)部的流動情況，加強了教學(xué)與工程應(yīng)用之間的有機結(jié)合。

近年來，F(xiàn)luent軟件廣泛的應(yīng)用于本科教學(xué)中，直觀的反應(yīng)流場流動的情況，清晰的展示流體機械內(nèi)部的流體流動，達到提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果的目的。能源與動力工程各門專業(yè)課緊密相連，引入Fluent軟件，不僅可以模擬單一知識點，還可以將各門課程知識串聯(lián)起來，使學(xué)生更深層次的掌握所學(xué)內(nèi)容。

2?Fluent軟件與能動專業(yè)課結(jié)合的步驟

能源與動力工程專業(yè)課程聯(lián)系密切，從熱力學(xué)、流體力學(xué)，傳熱學(xué)這些專業(yè)基礎(chǔ)課到汽輪機原理、鍋爐原理與構(gòu)造、泵與風(fēng)機、換熱器原理與設(shè)計等專業(yè)課、環(huán)環(huán)相扣、息息相關(guān)，在專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)時，學(xué)生對整個專業(yè)知識比較缺乏，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容可以采用教師上課展示或者可以指導(dǎo)學(xué)生進行初步的模擬。沈冬梅等[7]在教學(xué)中講解流場等基本概念時，引入Fluent軟件，讓學(xué)生清晰的觀察到流場的速度場，教學(xué)效果較好。在專業(yè)課的教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)有了一定的積累，對軟件也有了一定的熟悉，教師可以引導(dǎo)，讓學(xué)生獨立完成。劉競之[3]等運用Fluent軟件模擬流體機械內(nèi)部流場，加深學(xué)生對流體機械的認識，教學(xué)效果較好。

在教學(xué)過程中引入Fluent軟件，教師在教學(xué)過程中，給學(xué)生布置模塊任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)，圖1呈現(xiàn)了采用Fluent軟件進行數(shù)值模擬時的步驟。將數(shù)值模擬過程分為前處理和后處理，前處理過程需要學(xué)生在課下完成。學(xué)生根據(jù)教師提供的教學(xué)任務(wù)，明確所涉及的知識點，初步確定幾何模型，確定模擬過程中需要哪些邊界條件，并采用相關(guān)軟件建模及劃分網(wǎng)格。后處理過程需要教師和學(xué)生共同在課上完成，課上經(jīng)過教師的分析講解，學(xué)生在課上設(shè)置邊界條件，設(shè)置求解參數(shù)，運行處理，分析結(jié)果，學(xué)生課下完成分析報告。

將Fluent軟件引入到教學(xué)過程中，存在的最大問題是學(xué)生對軟件學(xué)習(xí)困難，不熟練，模擬時間長，占用課堂時間。為了方便在教學(xué)過程中學(xué)生能盡快熟悉軟件，學(xué)會初步的使用，我們編寫了仿真實例指導(dǎo)書，并將操作過程錄制視頻，供學(xué)生課下學(xué)習(xí)。同時，

由于時間限制，教師發(fā)布教學(xué)任務(wù)時要考慮模擬求解所用的時間，盡量都采用二維簡單的模型，網(wǎng)格數(shù)量少，盡量在課堂完成。對于不同工況的模擬，教師可以將學(xué)生分組，分項目進行模擬，最終匯總對比結(jié)果。

3?案例分析

Fluent軟件在能源與動力工程多門專業(yè)課中都得到了應(yīng)用，本文以泵與風(fēng)機課程為例，講解關(guān)于離心泵內(nèi)部的流場速度壓力的變化情況。

在上課之前，布置教學(xué)任務(wù)。需要模擬離心泵內(nèi)部的流場變化情況，需要分析離心泵工作時內(nèi)部流場速度和壓力的變化規(guī)律。已知離心泵的流量、轉(zhuǎn)速、葉輪直徑、輪轂直徑、葉片數(shù)，通過計算得到幾何模型，并完成建模，并導(dǎo)入Fluent軟件，課前將學(xué)生進行分組，學(xué)生通過小組合作，共同完成作業(yè)，每組學(xué)生的數(shù)據(jù)都不一樣，學(xué)生根據(jù)自己小組的參數(shù)進行計算，教師將提前關(guān)于離心泵建模的相關(guān)視頻錄制好，發(fā)給學(xué)生提前學(xué)習(xí)。學(xué)生課下完成的作業(yè)如圖2所示。