《流体力学模拟与实验》课程教学大纲.docx

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1、流体力学模拟与实验教学大纲一、课程基本信息课程名称流体力学模拟与实验Fluid Mechanics Simulation and Experiment课程编码SPE410421020开课院部石油工程学院课程团队流体力学课程组学分2.0课内学时34讲授28实验6上机0实践0课外学时34适用专业本研一体化班（石油工程类）授课语言中文先修课程工程流体力学理论与进展（2-1）课程简介（限选）流体力学模拟与实验是石油工程、海洋石油工程、燃气工程等专业的一门专业基础拓展课程。它的主要任务是通过理论教学、上机模 拟与实验等教学坏书，使学生掌握流体运动的规律，掌握相关的方程，如：连续方程、N-S方程等，同时理

2、解湍流模型基本理论、边界层 基础、数值模拟的离散方法和分类，熟悉工程常用模拟软件Ansys Workbench、Fluent的结构与功能，学习应用软件，并通过实验来验证 软件模拟的计算结果，旨在提高学生将流体力学理论应用于流动现象模拟的能力，以及分析和解决流动模拟和实验问题的能力，为以后学 习专业拓展，从事专业技术工作和科研打下必要的流体力学模拟基础。Fluid mechanics simulation and experiment is a professional basic development course for petroleum engineering, Offshore Oi

3、l Engineering, gas engineering and other majors. Its main task is to enable students to master the laws of fluid movement and relevant equations, such as continuous equations and N-S equations, through theoretical teaching, computer simulation and experiments, at the same time, understand the basic

4、theory of turbulence model, boundary layer Foundation, discrete methods and classification of numerical simulation, be familiar with the structure and function of commonly used engineering simulation software Ansys Workbench and Fluent, learn application software, and verify the calculation results

5、of software simulation through experiments, aiming at improving students ability to apply fluid mechanics theory to the simulation of flow phenomena and their ability to analyze and solve flow simulation and experimental problems, it lays the necessary foundation of fluid mechanics simulation for le

6、arning professional development and engaging in professional and technical work and scientific research in the future.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ： 了解并认识任何流体运动的基本规律，掌握计算流体力学的湍流模型、边界层基本理论和数 值计算方法，通过计算机求解这些控制流体流动的物理方程，进而研究流体的运动规律。是2M2目标2 ：通过实验掌握与流动模拟相关的流体实验的方法，培养通过实验解决流动问题的能力。是3M3目标3

7、 ：通过课程上机的实践，培育动手模拟流体流动问题的能力和分析解决流动问题的能力是三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1第一篇第1篇计算流体 力学基础/ / / /21.11.1绪论（1）计算流体力学概述；（2）计算流体力学的发展与应用。Ml2讲授2自学31.21.2流体动力学基 本方程连续方程，动量方程，能量方程。Ml2讲授2自学41.31.3湍流模型理论湍流零方程模型，一方程模型，两方程模型及各自的应用范 围。Ml2讲授2自学51.4L 4边界层基础边界层定义与特性，边界层方程，动量积分方程，平板边界层 近似计算，边界层分离。Ml2讲授

8、2自学61.51.5数值模拟的离 散方法和分类有限差分等常用数值计算方法。Ml2讲授2作业7第二篇第2篇计算流体 力学模拟/82. 12. 1 Ansys Workbench的使用 与入门简介了解流动模拟所用的workbench、建模Design Model、网格Meshing,计算Fluent的结构与功能,几何建模练习。M32上机2作业92.22. 2圆管层流流动 模拟各行业离不开管道流动，作为基础，以圆管层流实例，初步了 解流动模拟所用的workbench、建模Design Model、网格 Meshing,计算Fluent的结构与功能。学习模拟计算的步骤，M32上机2作业完成层流圆管数值

9、解与解析解对比。102.32. 3二维有障碍空 间内的流动流体在存在障碍物的空间内流动是常见的绕流现象。通过本例 加深了解流动模拟所用的workbench、建模Design Model、网 格Meshing,计算Fluent的结构与功能。学习模拟计算的步 骤，进一步掌握软件的操作与边界条件设置方法；通过计算显 示障碍通道内流体运动特性。M32上机2作业112.42. 4二维弯头的紊 流流动弯头是工程中不可缺的管件，长久的内部流动决定了装置破 坏。本例学习结构化网格的建立，划分方法、学习Fluent紊流 的计算过程，完成分析紊流结果与理论结果的对比。M32上机2作业122.52. 5冷热水混合器

10、 内的流动与换热流动与传热结合是工程中常见的想象，在熟悉软件基础上，给 定几何模型尺寸，完成冷热水混合器建模与网格划分，完成混 合器流动与换热结合计算，并根据模拟结果完成对流动进行强 化换热的设计与计算。M32上机2作业132.62. 6容器孔口管嘴 自由出流孔口管嘴自由出流是流体力学的基本现象，掌握自由射流的非 定常流动模拟设置，学习改变孔口结构，完成不同结构孔口射 流的局部阻力对比；并与实验结果对比。M32上机2作业142.72. 7三维环空流动 的非牛顿流体流动石油工程中钻杆内泥浆流动是影响钻进过程的重要因素，本例 学习模拟环空内的牛顿流体和非牛顿流体的流动模拟的设置， 辅助线法构建网格

11、和移动（旋转）壁面条件的应用。M32上机2作业152.82.8船舶行驶阻力 特性学习多相流V0F模型，学习模型分区网格划分方法与动画模拟 显示的方法，完成船舶流动计算。M32上机2作业162.92. 9钻头井下流动 模拟学习二维钻头几何建模过程，学习研究流体井下射流中的流 场，分析水速度、压力分布等流动特性。促进学生对钻井射流 提高效率的思考与研究。M32上机2作业17第三篇第3篇流体力学 实验/183. 13.1实验1 ：伯努 利方程实验（1）验证实际流体稳定流的能量方程；（2）通过对诸多动水水 力现象的实验分析，理解能量转换特性；（3）掌握流速、流M22实验2撰写实验 报告量、压强等水力要

12、素的实验量测技能。193.23.2实验2 ：孔口 与管嘴出流实验（1）掌握孔口与管嘴出流的流速系数、流量系数、收缩系数、 局部阻力系数之间的关系以及其量测技能；（2）通过对不同管 嘴与孔口流量系数的测量分析，了解进口形状对出流能力的影 响及相关水力要素对孔口出流能力的影响。M22实验2撰写实验 报告203.33.3实验3 ：局部 阻力实验（1）掌握三点法、四点法量测局部水头损失系数的技能；（2） 通过对圆管突扩局部阻力系数的表达公式和突缩局部阻力系数 的经验公式的实验验证与分析，熟悉用理论分析法和经验法建 立函数式的途径；（3）加深对局部水头损失机理的理解。M22实验2撰写实验 报告四、考核方

13、式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1、每周布置23道题目，平均每次课1道题以上。2、成绩采用白分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3、考核学生对流动模拟基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识和软件分析问题、解决问题的能力。60%2实验1、本课程6个学时实验，共四次实验。2、成绩采用白分制，根据实验完成情况评分。3、考核学生对流体力学实验的动手能力与验证模拟结果与理论相符的能力。20%3大作业1、主要培养学生对专业前沿专业问题的调研，理解，分析和写作能力，为学生以后综合运用用所学知识和能力解决工 作中问题打基础。20%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级

14、1Ml平时作业60%A-独立思考、按时完成，作图规范，有自己对问题的分析，理解和总结。B-独立思考、按时完成，作图比 较规范，有对问题的分析。C-独立思考、按时完成，作图比较规范，答案合理。D-作业抄袭，未能按时 完成。2M2实验20%A-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结果，实验报告格式正确，步骤叙述清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得有效结论。B-实验过程中认真完成实验要求，得到正确的实验结 果，实验报告格式正确，步骤叙述比较清楚，正确分析实验数据，从技术角度优选解决方案获得比较看效 的结论。c-实验过程中认真完成实验要求，不能得到正确的实验结果，实验报告格式正确，

15、步骤叙述清 楚，没有正确分析实验数据，但是结合理论分析可以从技术角度优选解决方案获得有效的结论。D-实验过 程中不能完成实验要求，不能得到正确的实验结果，不能从技术角度优选解决方案获得有效的结论。3M3大作业20%A-结合专业背景，独立自主完成模拟题目，提交报告包含对学科前沿问题调研的体现报告，报告格式合 理。内容体现自己对研究问题的理解与总结。B-结合专业背景，独立自主完成模拟题目，提交报告包含对 学科前沿问题调研的体现报告，报告格式合理。C-结合专业背景，独立自主完成模拟题目，按要求提交简 单报告。D-非独立自主完成模拟题目，抄袭提交报告。评分等级说明：A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59;六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1流体力学模拟基础与上机指导，2020.3. （*主教材）2图书1工程流体力学，石油工业出版社，2012.7.3图书| FLUENT流体分析及仿真实用教程，朱红钧，人民邮电出版社.七、实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机1局部阻力流体力学模拟与实验工科楼B3452-32专业基础必做综合性否2伯努利方程流体力学模拟与实验工科楼B3452-32专业基础必做综合性否3孔口与管嘴出流流体力学模拟与实验工科楼B2432-32专业基础必做综合性否