有限元分析及其应用课程教学大纲.docVIP

PAGE9

《有限元分析及其应用》教学大纲

课程英文名称

Thefiniteelementanalysisanditsapplication

开课院系

机场学院

课程类别

专业先修课

授课对象

1.学术型2.专业学位

授课方式

1.讲授类2.研讨类3.实践类4.专题类6.前沿类（不一定全覆盖）

课程总学时

36

课程总学分

2

开课学期

1

适用专业

油气储运工程

预修课程

传热学、流体力学

主讲教师1

崔静

职称

讲师

主讲教师2

杨广峰

职称

讲师

课程简介（500字以内）：

“有限元分析及其应用”是油气储运工程专业油气管道输送技术与管理方向、油气储运工程优化方向硕士研究生的专业选修课程。课程主要阐述计算流体动力学基本原理和有限元基本原理，讲授目前常用的有限元和计算流体动力学商用软件的基本原理和基本操作。通过实际案例的计算流体动力学分析，提高学生分析和解决石油石化工业以及相关领域中复杂流体系统流动问题的能力，为以后从事专业工作和科学研究打下良好的基础

课程教学目标与基本要求：

本课程的主要任务是通过课堂讲授、上机实践以及课程设计等环节，是学生理解有限元基本原理和计算流体动力学（CFD）原理，掌握目前常用的有限元商用软件的原理以及基本操作。并能独立完成简单的流场数值模拟。

基本要求如下：

（1）掌握流体流动传热控制方程，基于有限元法的方程离散方法，基于SIMPLE算法的数值求解方法。

（2）能够熟练操作CFD商业软件FLUENT及其前后处理软件GAMBIT、TECPLOT等软件。

（3）以工程应用为背景，使用CFD软件完成流场流动月换热的设计计算。

课程考核方式和成绩计算评定：

1．考核方式：考试（√）；考查（）

2．成绩评定：

总评成绩构成：平时考核（50）％；中期考核（）％；期末考核（50）％

平时成绩构成：考勤考纪（50）％；作业（50）％；读书报告（）％

实践环节（）％；其他（）％

课程内容及详细教学计划：

授课内容（细化到章、节、目）

教学目标

授课模式（指传统讲授、讨论、多媒体教学等）

1.计算流体动力学基础知识

1.1计算流体动力学概述

1.2流场流动与换热基本控制方程

1.3湍流流动基本控制控制方程

1.4计算流体动力学求解基本原理与步骤。

1.理解CFD基本原理

2.学习流动换热控制方程

课堂讲授

2.基于有限元法的控制方程离散方法

2.1数值离散的目的

2.2有限体积法

2.3常用的离散格式

2.3高阶离散格式

2.4二维与三维流动方程的离散

1.明白数值离散的目的，学习有限体积法。

2.掌握常用的离散格式，包括中心差分格式，一阶迎风差分格式，混合格式，指数格式，乘方格式等，了解高阶离散格式，包括二阶迎风差分，QUICK格式。

3.学习二维与三维流动方程的离散

课堂讲授

3.流场数值计算算法

3.1流场数值计算主要算法

3.2流场计算SIMPLE算法

3.3非稳态问题的数值算法

1.理解流场数值计算主要算法

2.掌握流场计算SIMPLE算法，包括基本思想，速度修正方程，压力修正方程，计算步骤等。

3.掌握非稳态问题的数值算法

课堂讲授

4.流场边界条件的选择与初始条件的确定

4.1边界条件的作用

4.2边界条件的使用

4.3常用边界条件

4.3初始条件的选择

1.理解边界条件的作用，

2.可以根据工况选择并使用边界条件

3.掌握常用边界条件，包括速度入口，压力入口，自由出流，压力出口，壁面，对称边界等

课堂讲授

5.FLUENT、GAMBIT、TECPLOT软件基本操作

5.2FLUENT软件操作

5.2GAMBIT软件操作

5.3TEPLOT软件操作

1.掌握FLUENT基本软件操作（功能与应用简介、安装、操作界面、速度场计算设置、温度场计算设置、多相流动计算设置、UDF与UDS操作简介）

2.掌握GAMBIT软件操作（功能与应用简介、安装、操作界面，绘制几何模型，生成网格、导出网格）

3.TEPLOT软件操作（功能与应用简介、安装、操作界面，XY曲线的绘制、2D图形的编辑、3D图形的编辑）

上机实验

6.工程应用举例

6.1自然对流流动与换热特性数值模拟

6.2风机的优化设计

6.3喷管内二维非定常流动数值模拟

6.4

机翼外部扰流数值模拟。

1.掌握工程实例的数值分析过程

上机实验

教材

序号

教材名称

编著者

出版单位

出版时间

1

计算流体动力学

王福军

清华大学出版社

2004

参考资料

序号

参考资料名称

编著者

出版单位

出版时间

1

计算流体力学

李万平

华中科技大学出版社

2004

2

有限元分析与应用

曾攀

清华大学出版社

2008

3

有限元基础教程

曾攀