连铸结晶器卷渣过程的实验设计及数值模拟

连铸过程结晶器内卷渣过程是冶金流体力学课程教学中的重点和难点,在课堂讲授过程中学生难以掌握复杂的流体理论知识。结合四川省钒钛资源重点实验室现有的冶金过程结晶器模拟装置,通过在冶金流体力学课教学中引入结晶器内卷渣实验和数值模拟,让学生观察到结晶器内钢液流动,激发学生学习兴趣,改善教学效果。通过实验过程、理论知识及数值模拟分析,满足冶金流体力学课程的教学需求。     

数值实验在流体力学实验教学中的应用探讨

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的"参与感",有效地提高了教学水平和教学质量。     

DISCUSSION ON THE APPLICATION OF NUMERICAL EXPERIMENT IN EXPERIMENTAL TEACHING OF FLUID MECHANICS

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的“参与感”,有效地提高了教学水平和教学质量。     

在工程流体力学教学中引入CFD工程案例的探讨

在长期的工程流体力学教学过程中,发现学生对这门课普遍存在畏难情绪,对复杂的理论知识掌握困难.考虑到工程流体力学的研究方法分为理论分析方法,实验方法和数值方法,而其中数值方法在传统教学中应用的较少,所以试图通过适当增加数值方法的应用来改善教学效果.随着本科生对计算机应用能力的增强以及知识面的逐渐扩展,本文提出增加结合专业背景,理论知识及软件应用的综合案例以满足当前课程及学生发展的需求.     

计算流体力学在炼钢中的应用和发展

介绍了计算流体力学应用到炼钢过程中所面临的边界条件和材料物性数据等问题．并着重评述了钢包精炼和连铸结晶器过程中流动及相关现象研究概况,指出炼钢过程中数值模拟的目标不是获得描述某给定过程的精确数值,而是获取过程知识,特别是获取实验无法得到的信息．数值模拟不能代替实验,相反是扩大实验的内容．将来的炼钢过程数值模拟工作将面临更复杂的三维、时间相关的多相反应系统或气金渣等自由表面问题的挑战．      

数值模拟软件在振动力学教学中的应用

振动力学课程教学过程偏重理论知识的讲解,教学中涉及大量的公式推导,学生理解起来有一定难度。本文将数值模拟软件引入振动力学教学过程,首先分析了振动力学教学过程中存在的主要问题,然后列举了多个典型振动力学数值模拟实例,将振动力学中的现象、概念等通过软件直观地模拟出来。通过问卷调查及应用前后成绩分布分析发现,振动力学教学结合数值模拟可提高学生对振动力学问题的直观认识,有效激发学生的学习热情,提高自主学习能力,培养学生的数值建模及利用数值手段分析并解决实际问题的能力。     

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流体力学的教学不仅仅是传授理论知识,更需要提高学生的创造性和综合素质。本文讨论了“四个”统一：静力学和动力学教学的统一;流体作用在平面上的力和曲面上的力的统一;理论和实践的统一;课程与专业的统一;提出了流体力学课程教学中哲学思维观建立、计算机解决实际问题能力培养、专业知识前瞻性的教育至关重要。     

关于流体力学方法论问题

 力学是以实验为基础的科学. 流体力学中绝大多数重要的概念和原理都源于实验. 对 于流体力学问题，数值模拟与物理实验的本质区别并未消失；数值模拟不能代替物理实验， 大规模数值模拟的结果仍需由巧妙设计的物理实验来检验其正确性.     

基于误差马尾图量化爆轰数值模拟结果的置信度

针对爆轰流体力学数值模拟过程中输入参数的不确定性, 通过抽样技术, 形成确定性爆轰流体力学程序的各种输入和数值求解, 建立输入参数与输出响应量的样本, 再通过概率框架下的误差累积分布函数与马尾图, 给出了爆轰数值模拟过程中输入参数不确定度对模拟结果影响的置信度量化方法。通过一维黎曼问题、平面爆轰问题计算了误差马尾图, 给出了二维爆轰拉氏自适应流体动力学LAD2D程序计算网格与模拟结果置信度的关系, 对多物理爆轰过程发展高置信度数值模拟软件有很好的借鉴作用。     

一种新的工程流体力学课程教学方法探讨

针对工程流体力学课程的教学特点,提出了"理论推演—实验研究—数值模拟—互动式案例"的教学模式。该模式将相关的知识点联系起来,以点带面,由浅入深,采用多种方式讲解。以边界层分离现象为例,使用理论推演分析其机理,采用实验方法展示分离现象,引入数值模拟方法,提升教学效果,扩展知识面,使用网络互动方法,提高学习兴趣,加深理解。该模式将传统技术与新兴的技术相结合,可以为该课程的教学提供有益的帮助。     

A NEW TEACHING METHOD OF ENGINEERING FLUID MECHANICS COURSE1)

针对工程流体力学课程的教学特点,提出了"理论推演-实验研究-数值模拟-互动式案例"的教学模式。该模式将相关的知识点联系起来,以点带面,由浅入深,采用多种方式讲解。以边界层分离现象为例,使用理论推演分析其机理,采用实验方法展示分离现象,引入数值模拟方法,提升教学效果,扩展知识面,使用网络互动方法,提高学习兴趣,加深理解。该模式将传统技术与新兴的技术相结合,可以为该课程的教学提供有益的帮助。     

《工程流体力学》本科课程引入CFD教学的探讨

 工程流体力学作为一门本科专业基础课程,它基础性强,应用性很广,概念多且抽象不易理解,偏微分方程多,要使学生能够很好理解、掌握其中的知识对教学手段有较高的要求. 随着数学的发展,计算机的不断进步,目前各种商业CFD (computational fluid dynamics)通用性软件包性能日趋完善,应用范围不断扩大,已为工业界广泛接受和应用. 针对本科《工程流体力学》课程缺少计算流体力学(CFD)数值模拟部分的内容,本文提出了将CFD 理念引入本科工程流体力学课堂的意义、目的和实施方法,以便能促进学生对《工程流体力学》课程内容的理解掌握和应用能力的加强,培养学生对现代工业的设计和研究工作的适应力和创造力.     

大类招生背景下能源动力类本科生流体力学跨专业教学的探索与实践

在大类招生的背景下,为了使学生进一步熟悉学科大类下的专业方向,避免专业分流时学生专业选择的盲目性和功利性,本文在能源动力类大学二年级本科生流体力学的课程教学中开展了跨专业教育教学的探索与实践,探索了新的课程教学体系和教学模式,保证流体力学学科知识的系统性和基础性,满足专业分流后学生在后续学习时对流体力学知识的需求。同时,通过流体力学课程的教学体系和教学模式的创新,加强了学科大类下本科生在基础教育阶段的专业教育,期望能够对学生在专业分流时起到一定的引导作用,帮助他们提高对专业的正确认识。课程评价调查问卷的反馈结果和专业分流情况的统计分析,进一步证实了本文的教学实践对于学生了解能源动力类的各专业方向、提高学习兴趣和学习效率具有一定帮助作用。     

基于计算流体力学的“虚拟飞行”技术及初步应用

以动态混合网格技术为基础, 通过耦合求解刚体动力学方程、流体力学控制方程以及飞行控制律, 建立了适用于飞行器"虚拟飞行" 过程研究的一体化数值模拟技术. 通过典型的外挂物投放算例对流体力学控制方程/动力学方程的耦合算法进行了测试, 并对某导弹的姿态角控制过程、过载控制过程以及变马赫数条件下的控制过程进行了数值模拟, 得到了与实验非常一致的结果. 这些算例证明该一体化算法已经初步具备了针对复杂飞行器"数值虚拟飞行" 的应用能力.      

流体力学课程互动式教学的探讨与实践

流体力学是力学专业的核心课程,具有理论性强、应用面广的特点。针对学生学习积极性不高、参与度不够的问题,本课程对互动式教学方法进行了思考和实践。首先,对互动式教学的要素和条件进行了分析,结合流体力学应用性广、可演示可验证的特点,设计了贴合流体力学课程的互动式教学方法,同时制定了适用于互动式教学的评价方法。在互动式教学中,设计了两类互动内容,一类是调研分析互动,一类是探究性实验互动。从教学效果看,互动式教学提高了学生的积极性和参与度,显著提升了互动的频次和质量,带动了学生的知识理解和能力培养。     

薄板坯连铸结晶器中钢液三维流动的数值模拟

采用高 Re数的紊流 K- ε两方程模型 ,且结合壁面函数法对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动进行了有限元数值模拟。在数值模拟中 ,考虑了凝固壳厚度分布对流场的影响。在掌握了结晶器内紊流粘性系数分布规律的基础上 ,将流动域在空间进行了分区 ,采用分区选定有效粘性系数的当量层流模型数值模拟了三维紊流流动 ,结果表明 ,当量层流模型可有效的获得与原紊流时均场基本一致的结果 ,但计算效率显著提高 ,为今后工程上计算薄板坯结晶器中的三维流动和考虑流动影响的凝固过程分析提供了实用的方法 ,计算结果也有助于人们对薄板坯连铸结晶器中钢液三维紊流流动特点和与流动有关的板坯质量等问题的理解     

TO PROMOTE STUDENTS' INNOVATIVE ABILITY BY USING CLASSROOM DEMONSTRATION EXPERIMENTS1)

如何激发学生的创新意识、培养创新能力是当前教学的中心任务之一。本文笔者根据在流体力学课程教学中将简单易行、灵活多样的演示实验带进课堂,引发学生兴趣,启发创新思维方面的教学实践,总结了几点经验和体会。     

多层次互动教学模式的探索与实践

结合流体力学课程教学改革实践,探讨了流体力学理论与生活实例互动、课堂与实验及课外活动互动,教学与科研互动的多层次互动教学模式. 多层次教学模式改进了传统灌输式教学的不足,有利于激发学生的积极性、主动性和创新意识,深刻理解并应用流体力学知识,培养学生初步的科研能力.     

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。     

薄板坯连铸结晶器中铸坯凝固壳应力发展的有限元分析

对薄板坯连铸结晶中铸坯凝固壳应力的发展过程建立了有限元分析模型。在计算铸坯温度场和凝壳厚度分布的基础上用热弹粘性模型数值模拟了凝固壳中的应力发展过程，同时得到了凝壳断面从结晶器液池顶面到结晶器出口处的移支过程中各部位裂纹产生倾向的大小。模型中考虑了钢水静压力的作用和结晶器锥度，计算结果合理。