计算流体动力学方法篇1
关键词：计算流体力学；课程改革；应用型本科；项目驱动
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2017）22-0123-02
计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）是一门集成了流体力学、计算数学与计算机科学的交叉学科。计算流体力学的基本思想为[1]：通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和传热等相关物理现象做出系统的分析。随着计算机技术的发展，计算流体力学在各行各业得到了广泛的应用。
《计算流体力学》课程开设的主要目的在于使学生掌握流动及传热问题数值模拟的基本理论与建模思路、掌握常用商用CFD软件的使用方法，能够利用计算流体力学方法解决实际研究问题[2]。课程内容涉及了流体力学理论、数值计算理论、计算机程序设计以及计算软件的工程应用等。课程理论内容较多，学生学习起来较为吃力，常处于被动学习状态，因此需要改进教学策略，培养学生学习兴趣，改被动学习为主动学习[2]。同时该课程还与实际应用联系紧密，如何将理论与工程实际相结合，培养学生解决实际工程问题的能力，也是本课程教学中需要探讨的问题。经过多年在教学过程中的改革和摸索，下面浅谈一下我们在《计算流体力学》课程改革方面的一些探索。
一、计算流体力学课程内容
计算流体力学包含内容甚广，从总体上讲，可按照不同的应用领域分为两个主要方向：
1.将计算流体力学自身作为对象的课程体系。该体系的研究对象为计算流体力学本身，主要以流体力学数学物理模型模型构建、数值离散方法、高性能数值计算算法开发为主要内容，侧重点为计算流体力学理论及其实现方法。
2.以算流体力学应用为主的课程体系。此体系以如何更好地将计算流体力学方法应用于工程作为研究对象，主要以应用技能为课程目标，侧重点为现实物理问题的简化建模、利用计算机程序解决物理问题以及对计算结果的科学解释等。
对于应用型本科《计算流体力学》课程来讲，应当更多地关注计算流体力学在工程中的应用，将计算流体力学作为一项解决工程问题的工具，培养学生在利用该工具解决实际工程中的流体问题的能力[3]。
二、原有教学方法的弊端
西南石油大学机械工程专业较早开设了《计算流体力学》课程，培养了多届学生，积累了一些宝贵的教学经验。然而，该课程教学方式仍不够成熟，存在一些弊端，教学效果受到影响。这些弊端主要表现为：
1.教学内容偏于理论。在教学过程中，当前的教学内容还延续中传统的计算流体力学的基本内容，即：流体流动控制方程的推导、离散方法及线性方程的解法等，在课程讲解过程中，仍以有限差分法、有限体积法及这些数值算法的收敛性、稳定性、计算精度等方面作为主要的讲解对象，教授过程中涉及到大量的理论推导及数学理论的应用。在教学过程中，学生们普遍反映教学内容难懂难学，枯燥乏味。同时大量的理论教学还影响了上机教学时间。
2.工程实践能力转化不足。当前教学计划中虽然搭配了16个课时的上机教学，但仍显不足。经过多次的上机练习，部分学生能够掌握利用计算流体动力学方法解决工程问题的一般流程，但是大部分学生仍然不具备解决新问题的能力。在上机练习过程中，学生按照教师提供的上机指导书中的计算模型操作完成，而对于计算中非常重要的如计算区域创建、网格划分、数值计算模型选择、边界条件、初始条件及计算控制参数等缺乏自主的思考。针对上述问题，迫切需要对课程进行教学改革，提出新的教学理念，利用合理的教学方式，提高教学质量。
三、课程改革措施
计算流体力学课程改革主要从三方面进行。
计算流体动力学方法篇2
关键词：湍流；不可压缩；流场；气动力
1概述
计算流体力学的历史虽然不长，但已广泛深入到流体力学的各个领域，相应地也形成了多种不同的数值解法。就目前情况看，主要是有限差分方法和有限元法。有限差分方法在流体力学中已得到比较广泛应用。而有限元法是从求解固体力学问题发展而来的。近年来在处理低速流动问题中，已有相当多的应用。
早在20世纪初，有人就已经提出用数值方法来求解流体力学问题的思想。但是由于问题本身的复杂性和计算工具的落后，这一思想并未得到重视。自从电子计算机问世以来，用计算机进行数值仿真和计算才成为现实。1963年美国的哈洛和弗罗姆用计算机成功地模拟了二维长方形柱体的绕流问题并给出尾流涡街的形成以及演变过程，受到普遍重视。1965年，哈洛和弗罗姆在发表的关于流场计算的论文中介绍了计算机技术在流体力学中的作用。从此以后，计算机技术与流体力学的关系被人们普遍重视起来形成了计算流体力学（ComputationalFluidDynamics），简称CFD。
2流体运动理论
2.1流体运动的基本方程
在流体力学中可以将流体视为B续介质。
2.2湍流流动的模拟
人们对于湍流的研究已经有很长的历史，虽然经过很多科学家的研究取得了一定成果，但是对于湍流运动其本原理仍未完全掌握。
到目前为止，还没有一个湍流模型能对所有的湍流运动给出满意的结果。一种比较常用的模型只能对某一类湍流运动给出满意的结果。为了求解能够比较准确，选择湍流模型的时候要注意以下几点：流体的物理现象，模拟的精度要求，可用计算资源等。选择湍流模型的时候，还要了解不同条件的适用范围。湍流流动的模拟目前主要有三种方法：Reynolds（雷诺）时均方程方法，直接数值模拟，大涡模拟方法。
3算例
3.1建立模型
飞行器尺寸如图1所示，流体域的长度为12m，宽度，高度均为3m。飞行器模型如图2所示，流体域的模型如图3所示，其中飞行器尾部距离流体域的最右段为7m，距离流体域的最左端距离为5m。图4为模型的网格图。
3.2边界条件的设置
对于低马赫数的流动可以视为不可压缩流动，所以采用速度进口边界条件就可以满足计算要求，FLUent软件稳态计算的相关设置如表1所示，瞬态计算的相关设置如表2所示。
3.3流场的计算结果
先进行稳态计算，进行若干次循环后，流场稳定，开始进行瞬态计算。如图5所示为飞行器表面静压分布图，飞行器最大的静压分布在飞行器头部，值大约为9.05×104mpa。飞行器表面流体流速分布如图6所示，最大流速也位行器头部，值大约为115m/s。
4结束语
本文运用FLUent软件提供的压力基-隐式解法来求解低马赫数的不可压缩流动问题，得到了0.3马赫时的流场分布。压力基求解器是从原来的分离式求解器发展而来，它是按照顺序求解动量方程，压力基础修正方程，能量方程和组分方程及其他标量方程。本文的研究对低速流动，比如汽车，高速列车等流场问题具有一定的工程意义。
参考文献
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计算流体动力学方法篇3
关键词：计算流体动力学；消声量；传递矩阵；空滤器；流场
中图分类号：o351.2；tb535文献标识码：a文章编号：10044523（2013）02029805
引言
发动机的进、排气系统除了有提供清洁空气和排出废气的作用，还能分别降低进、排气噪声。进、排气系统由管道和消声元件组成，整个系统往往非常复杂。通常将系统分解成一些简单的单元，并用一个二维矩阵表示单元内的声波传播特性，该矩阵即为四极子矩阵（4polematrix）。将各个单元的四极子矩阵综合，即可得到整个系统的声学特性[1～3]。无论消声元件内部介质的稳态流场和瞬态波动如何复杂，只要进、出口处声波可用一维平面波表示，该消声元件就可以用四极子矩阵表示。
四极子矩阵一般有两种形式：一种是散射矩阵，反映了消声元件声学上、下游端正向声波和反向声波的关系；另一种是传递矩阵，也叫阻抗矩阵，反映了消声元件上、下游端声压和介质声学质量速度的关系[4]。两种形式的四极子矩阵可以互相转换。
对于一些由简单的膨胀腔、旁支消声器和管道组成的消声器，可用一维线性平面波法和一维有限体积法分别从频域和时域的角度计算其声学特性。其中一维有限体积法将三维实体简化成一维管道模型，通过求解非稳态时域的一维流场，求得频域上的消声性能。该方法在低频区域比较准确，在高频区域不理想[5]。三维有限元法和三维边界元法相比，一维方法能在更宽的频率范围内有效地计算复杂腔体的声学性能[6，7]，但很难考虑介质的粘性及稳态流场的影响。
三维计算流体动力学法（computationalfluiddynamics，简写为cfd）相比一维有限体积法，可以直接计算三维复杂消声元件的质量、动量和能量方程，得到进、出口处压力波动的时域结果，进而得到频域上的消声元件的声学特性。middleberg等人对几种几何形状简单的消声器进行了二维cfd建模[8]，得到了不同网格大小对应下的传递损失结果，与测量结果对比发现，在2khz以下，8mm的单元网格即能达到精度要求，但文中并未对复杂腔体进行分析。文献[9，10]用三维cfd方法计算了消声器在无流和有流条件下的传递损失，分析了稳态流场对消声器声学特性的影响。abroatch等运用fluent中的远场压力边界作为声学无反射边界取代出口的长管模型，计算了几种消声器无流和有流条件下的传递损失，与实验结果吻合良好[11]。无反射边界的使用极大地简化了模型，缩短了计算时间。
本文在文献[8～11]的基础上，通过合理设置三维cfd方法中的边界条件，以某内燃机进气空滤器的腔体（不带滤芯）为例，计算了无平均流时复杂腔体的四极子矩阵的两种形式，即散射矩阵和传递矩阵。结合管道声学理论，进一步计算了复杂腔体的消声量。将消声量计算结果和实验测量结果对比，间接验证了cfd方法的有效性；并发现根据传递矩阵得到的消声量计算值相比根据散射矩阵得到的计算值，与测量值更加吻合。进一步计算了有流条件下空滤器腔体的传递矩阵和消声量，分析了稳态流场对该复杂腔体声学特性的影响。文中运用三维cfd方法计算复杂腔体的四极子矩阵，考虑了稳态流场和介质粘性对声波的影响，为进一步用三维cfd方法进行内燃机进、排气系统中的消声器设计提供了理论依据。
第2期刘联鋆，等：复杂腔体四极子矩阵的三维cfd计算方法振动工程学报第26卷1cfd方法计算原理〖2〗11散射矩阵在消声器的入口和出口管道内，声波可视为平面波。入射声波传到消声元件后，产生了反射波和透射波，如图1所示。
用cfd方法计算消声元件散射矩阵的原理为：分别在消声器的上、下游施加压力脉冲，记录两种情况下的消声器上、下游管道内的压力随时间的变化历程，此过程须保证声波出口端无反射或者不受反射信号的干扰。为了分离
声波入口端的入射波和反射波，使用和消声元件上游或下游截面一样的直管，在直管入口施加与计算消声器时一样的压力脉冲，且保证入口与压力测点的距离和计算消声器时一样，记录测点的入射波信号，结合之前消声器的声波入口端的信号，即可分离出入射波和反射波[11]。
12传递矩阵
对空滤器腔体建模，网格大小为8mm。用层流模型求解瞬态流场，采用理想气体作为介质。选择分离隐式非定常求解器，时间积分为二阶隐式方案，时间步长取为10μs，对应采样频率为100khz。分析的最高频率取到2khz，小于空滤器进、出口管道的平面波截止频率。
21求解散射矩阵的模型
求解散射矩阵时建立的cfd模型如图2所示。空滤器实际工作时，内燃机节气门处的压力脉动噪声是从空滤器出气口传播到进气口的，所以空滤器出气口为声波上游，进气口为声波下游。首先在声波上游施加压力脉冲，其边界条件设置如下：
（1）上游端口：设为无反射边界条件[11，12]，通过设置随时间微弱变化的马赫数，产生压力脉冲；此边界条件基于黎曼不变量来计算边界处压力、流速和声速，其计算方式和时域计算一维波动传播的过程一致；根据黎曼不变量值计算的从边界入射的流速和压力脉冲值为零，所以当压力脉冲传播到该边界时，不会发生反射；
（2）壁面：设壁面为绝热无滑移边界；
（3）下游端口：设为无反射边界条件。
按以上边界条件，空滤器进气口测压截面的压力信号为透射声波p+2，同时p-2=0，此时可根据式（1）和（2）得到s11和s21。为了得到空滤器散射矩阵的另外2个元素，须在声波下游端口也施加压力脉冲，其边界条件设置和在上游端口施加压力脉冲时类似。
22求解传递矩阵的模型
建立cfd模型如图3所示，其边界条件设置如下：
（1）上游端口：设为无反射边界条件，通过设置随时间微弱变化的马赫数，产生压力脉冲；
（2）空滤器进气口：（a）设为压力出口边界，相对静压值设为0，此时可得到传递矩阵中的t12和t22；（b）设为无滑移壁面边界，其质量流量为0，此时可得到t11和t21。
3计算结果及分析
将计算结果与实验测量结果进行对比，以间接验证cfd法计算的四极子矩阵的准确性。实验测量方法如图4所示，将声源置于半消声室外，用管道将声源引入到消声室内，将空滤器腔体的出气口端与消声室内的管道连接。测量出气口与进气口两处的声压级，二者相减，即为空滤器腔体的消声量。实验所在的消声室背景噪声为20db，下限截止频率为100hz。实验采用的设备包括：丹麦b&k—hp1001声功率源，丹麦b&k3560c多通道声学振动测试前端和北京声望公司mpa201传声器。
由于传声器的有效测量频率范围为20hz～20khz，计算结果和实验结果都取在50hz～2khz之间。图5为计算结果和实验结果的对比。在500hz内，基于散射矩阵的计算值与实验值相差较大，可能是因为这种方法计算过程复杂，累积误差变大，且其需要模拟直管，以分离入射波和反射波，而无反射边界仍会反射极小部分的声波，这些因素都导致了误差的存在；相比基于散射矩阵的计算值，基于传递矩阵的计算值在500hz内与测量值更加吻合，只是频率上有一定的偏移，偏移的原因是cfd法中没有考虑壳体本身的振动对声波传播的影响。在500hz以后，两种计算结果几乎一致，且都与实验结果吻合良好。
计算得到进气口平均流为马赫数ma=02时的空滤器腔体的传递矩阵，并结合进气口的声学末端边界[13]，得到有流条件下空滤器的消声量，如图6所示。结果显示：有平均流时，其消声量曲线向低频区域移动，但不明显，因为空滤器腔体内部气流速度不大；同时，有流条件下空滤器的消声量有所增大，在15khz后尤为显著。有流时cfd法计算值的准确性仍需进一步通过实验进行验证。
4结论
复杂的消声器可分解为多个独立的简单消声元件，并用四极子矩阵来描述消声元件的声学特性，结合声源和末端声学边界，即可计算声波在消声器内的传播特性。四极子矩阵是决定以上方法准确性的关键因素。本文应用三维cfd时域方法，计算了无流时和有流时空滤器腔体的四极子矩阵，得到以下结论：
（1）通过合理设置cfd模型中的边界条件，计算了无流条件下空滤器腔体四极子矩阵的两种形式：传递矩阵和散射矩阵。基于这两种形式的矩阵，计算了空滤器的消
量。用实验测量值间接验证了四极子矩阵的准确性，发现传递矩阵更加准确，而且其计算方法更加简单；
（2）计算了存在与声波传播方向相反的平均流时空滤器腔体的传递矩阵和消声量。发现在平均流（ma=02）影响下，空滤器腔体的消声量有所增加，而且其频谱曲线有向低频移动的趋势。
参考文献：
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计算流体动力学方法篇4
关键词：小学数学；合作交流；计算教学
小学数学课程教学应该体现义务教育的普及性、基础性和发展性，培养学生基本的数学能力和数学素养。计算在小学数学中占据重要地位，是小学数学教学内容的重要组成部分。培养学生准确、快速、灵活的计算能力成为小学教师数学教学的重中之重。可见，在小学数学教学中计算占据着重要的地位。然而，在实际教学中，计算也成为不少教师头疼不已的难题。我们都知道，由于小学生的年龄特点，他们活泼好动、粗枝大叶、逻辑性不强，在计算过程中常常有这样、那样的小毛病。即便教师反复讲解、反复强调、反复练习，效果仍然不甚理想。那么，在教学过程中，我们要怎么帮助学生，怎样提高他们的计算能力呢？在反复思考与实践中，我终于寻得一条通幽曲径，那便是发挥同伴力量，开展合作交流活动。在计算过程中，我们可以借助同伴的力量，引导学生互相监督，互相帮助，以合作交流为利剑，带领学生在课前交流、课堂探讨、课后互评，从而一起走出小学数学计算桎梏，取得计算学习的真经。
一、课前交流，共同揣摩计算原理
课前交流是一节课程的重要组成部分，如果教师能够善于运用课前教学环节，那么就能为这节课做好铺垫，打下扎实的基础。在计算教学课中，教师如果能在正式进行计算新课教学之前，通过问题导入引导学生思考计算原理，就自己的思考成果互相交流，共同分析，取长补短，揣摩计算原理，那么就能帮助学生更加容易且深入地理解计算原理。
例如，在苏教版小学数学五年级上册第四单元“小数的加法和减法”教学中，学生要了解小数的计算方法，这一个过程应该由学生自己去探索，学生经历了探索的过程，再和同伴相互交流，这样能比较容易地自己揣摩出小数加减法的计算原理，从而更好地掌握计算方法。
师：上个单元，我们认识了小数，那么这个单元，我们要来学习小数的简单计算――小数的加法和减法。你们知道小数是如何计算的吗？
生：不知道。
师：小数加减法的计算其实和整数加减法的计算在原理上是一样的，你们想不想自己探究一下小数的计算原理？
生：想。
师：好的，现在老师给大家出示两个题目，你们尝试进行计算，在计算过程中可以以小组为单位交流讨论，一起去探索小数加减法的奥秘。给大家5分钟时间。
师板书：22+25=？2.2+2.5=
生进行讨论探究。
师：时间到，你们在这两个算式中发现什么奥秘了吗？我请一位代表进行汇报。
生：第一个是整数加法，我们用个位和个位相加，十位和十位相加的方式很容易算出了答案。22+25=47。第二个算式，看起来和第一个算式很相似，于是我们经过讨论，参考整数加减法的方法尝试计算。将两个小数十分位的数字相加，放在十分位，个位的数字相加放在个位，小数点照抄下来，所以我们交流讨论得出的结论是2.2+2.5=4.7。
……
在小数加减法计算方法教学之前，教师先引导学生通过课前交流来揣摩计算原理，尝试计算，这样学生能更好理解计算方法，有利于提高学生计算能力。其实，在很多计算教学中，我们都要善于寻找不同计算方式之间的联系或差异，以现象或问题情境引发学生主动思考，引导学生进行以学为主的发现学习，让他们通过观察、讨论、交流，主动发现问题、找出联系或者进行对比。这样不仅能有效调动学生学习的主动性，而且能让他们对新知识的学习有一定的心理准备，以先学的热身运动促进后教的动态生成。我想，这样的课前学习，对于计算教学的开展，尤其是算理的讲解与分析大有帮助。
二、课堂探讨，深入计算方法分析
课堂讨论是一种非常有效的合作学习方式，通过课堂讨论可以激发学生的学习积极性，培养独立的思维能力和语言能力，提高学生交流与合作能力，更重要的是在讨论过程中能加强学生对于课堂知识的理解。在小学数学计算教学中，教师可以通过引导学生开展课堂讨论，深入进行计算方法分析，从而使学生深层次理解计算原理在实践中的运用。需要强调的是，开展课堂讨论，并非将课堂完全交给学生，让学生任意展开讨论，而是充分发挥教师的主导作用，循循善诱地引导学生，进行师生之间平等对话，在师生互动与思维碰撞中，促进计算方法的动态生成。在这个过程中，学生更容易集中注意力，而且计算方法有自己地理解与体会，识记与应用起来，也就更加顺手。
三、课后互评，互相学习共同进步
数学课程中计算能力的培养是基础，更是重中之重。计算能力的提高离不开日常练习。在小学数学教学中，教师常常布置给学生不同的计算题目，锻炼学生的计算能力。但是因为教师时间有限，并不能逐题进行讲解，学生弄不清楚也就只能不了了之，不会还是不会，这样的练习就是无效的。在课后练习中，教师可以利用合作的力量，针对课后学习，课后互评，互相学习，共同进步。
四、组建团队，集思广益拓宽思路
小组内不同的成员，对同一个问题的思考角度不同，往往就会有不同的解题思路，因而对同一道数学计算题，不同的学生就会有不同的解题策略，解题方法得丰富也能提升学生的计算能力，记得在我的教学过程中有这样一道计算题：利用加减乘除算“24”，每个数字只能用一次，而且每个数字必须用到，这4个数字分别是“4、5、7、8”，我原本以为这道题非常简单，只要会用加法就能算出来，因为4+5+7+8=24，我当时也没有从其他角度去思考这道题的其他解法可是当学生用这种方法解题后，我随口的一句“还有其他方法吗？”却引来了另外几种解法，总之，课前交流，共同揣摩计算原理；课堂探讨，深入计算方法分析；课后互评，互相学习，共同进步。这样的合作交流形式，有利于调动学生计算的主动性，帮助学生理清并理解算理，有助于他们计算能力地提高与计算思维地养成。我们都知道，小学数学计算是小学数学教师教学的重点，更是难点。正因如此，一线教师更要在计算教学过程中发挥教育智慧，巧妙利用学生的力量，以合作交流为利剑，将计算原理地揣摩，计算方法地分析，计算练习地评价交给学生，学生之间互相学习，共同进步，提高效率，共同走出数学计算的桎梏！
参考文献：
[1]郭世杰.谈在小学数学教学中如何提高学生的计算能力[J].学周刊，2014（3）.
计算流体动力学方法篇5
关键词：CFD；数值模拟；石油化工；应用
1概述
计算流体力学（ComputationalfluidDynamics简称CFD）是20世纪60年代起伴随着计算机技术迅速崛起的学科，如今这门学科已相当成熟，应用于的范围也早已超越了传统的流体力学和流体工程的范畴，如航空、航天、动力、水利等，而扩展到化工、核能、冶金、建筑、环境等许多相关领域。文章就着重介绍与总结其现在石油工业方面的应用以及所带来的成效。
2计算流体力学（CFD）简介
2.1CFD软件的发展历程
经过几十年的发展，现代CFD技术已经能够对从简单的层流流动到复杂的湍流，燃烧，爆炸，激波等流体运动进行精细的数值模拟。而后，为了解决工程问题，世界上一些大的软件公司把那些已经经过实践检验的成熟而稳定的计算方法集合起来，形成了数值软件包，专门用于CFD数值计算。目前被广泛采用的主流商用软件包括：CFX、FiDap、FLUent、pHoeniCS、StaR-aD。
2.2CFD的工作步骤
2.2.1首先要建立反映问题（工程问题、物理问题等）本质的数学模型。具体说就是要建立反映问题各量之间的微分方程及相应的定解条件。这是数值模拟的出发点。没有正确完善的数学模型，数值模拟就无从谈起。
2.2.2数学模型建立之后，需要解决的问题是寻求高效率、高准确度的计算方法。由于人们的努力，如今已发展了许多数值计算方法。计算方法不仅包括微分方程的离散化方法及求解方法，还包括贴体坐标的建立，边界条件的处理等。
2.2.3在确定了计算方法和坐标系后，就可以开始编制程序和进行计算。由于求解的问题比较复杂，比如navier-Stokes方程就是一个非线性的十分复杂的方程，它的数值求解方法在理论上不够完善，所以需要通过实验来加以验证。正是在这个意义上讲，数值模拟又叫数值试验。
2.2.4在计算工作完成后，大量数据只能通过图像形象地显示出来。因此数值的图像显示也是一项十分重要的工作。
3CFD在石油工程方面的应用
由于CFD技术可以帮助人们完成与流动相关的全部的设计计算过程，从最初的基本设计到最后的参数优化选择，又可使人们能够洞察设备的复杂流动状况，使得CFD技术在石油工业上的应用十分广泛，文章作者通过下载大量文献，并通过对其中的几十篇具有典型代表的文章进行研读，总结出CFD技术在石油中的应用主要包括以下几个方面。
3.1在油品输送管道中的应用
3.1.1在传统的热油管道中的应用，针对埋地热油管道停输温降的过程，建立物理和数学模型，并应用FLUent软件模拟不同土壤的导热系数，不同大气下的温度分布，并且在稳态的基础上模拟非稳态过程，得到停输后温度场在不同条件影响下的分布规律，对于优化管道建设和制定科学合理的热油输送工艺起到了重要作用。
3.1.2在成品油管道中，应用FLUent软件，对顺序输送混油进行CFD模拟，并将数值模拟结果与理论分析相比较，结果基本吻合，证明了混油管道数值模拟的可靠性，也为多种油品的输送顺序的先后提供了有力的验证方法，为实现管道的最优化提供了可能。
3.1.3在多相流管道中应用。例如在气液两相流管道中，利用FLUent对管道内的两相流流型进行数值模拟，验证了VoF模型对模拟两相流流型中的气泡流，活塞流，分层流，段塞流以及波浪流的可靠性。并且对长直圆管内气液两相流流型随气液流量的变化进行了较为详细的研究。
3.1.4在其他流型管道中的应用。利用pHoeniCS的功能建立同心和偏心环空流动的物理模型，采用K-S湍流模型和壁面函数法，对牛顿流体，幂律流体，宾汉流体的偏心环空流动进行数值计算，并利用Sci，origin，photoshop等后处理软件对数据、图片做了处理，得到了偏心环空流动的速度、压力、湍动能等流动参数的分布情况，进而分析得出了不同流速、偏心度、流性指数、屈服值、塑性粘度等条件对偏心环空流场特征的影响。
3.1.5在另类管道中的使用。在油田生产中，输油管道频繁发生重大的盗油破坏事件，严重影响了油田正常的生产秩序，给国家财产造成了巨大的损失。通过分析地下盗油管道的敷设特点，展开传热分析，利用CFD软件建立数学、物理模型，便可对管道问题进行有效的数值模拟，而且模拟结果与实际红外像温度场分布基本一致，证明了此方法的可信度。
3.1.6也可以利用CFD对实验数据进行修正。例如在管道局部摩阻损失的研究中，由于实验研究的局限性、离散型以及不准确性，导致了实验所测定的各种局部摩阻的有关数据与工程实际数据有很大的误差，利用FLUent通用流体计算软件对管中的流动进行数值模拟，使得许多原来无法进行实验测定以及无法通过分析求解的局部摩阻等流体问题有了求的数值解的可能。而且模拟的计算值可以在一定程度上修订工程实际中采用的经验值。
3.2在石油勘探开发中的应用
随着石油勘探开发的发展，在复杂地质情况下的深井，超深井的数量越来越多，对钻井技术，钻井质量以及钻井的平均机械转速的要求越来越高。为了保证钻井质量，提高井下破岩效率，使用先进的井下工具、新材料、先进的技术和计算机辅助已成为重要的研究方向。
3.2.1应用CFD软件模拟涡轮钻具的机械特性。在传统的涡轮设计过程主要包括涡轮的结构设计、叶片造型设计、水力计算、内流场分析以及性能预测等部分，它们是相互独立的模块，操作困难，设计周期长，不利于探讨涡轮几何参数对其水动力性能的影响。应用VisualBasic编程软件与FLUent流体动力分析、GamBit等软件相结合，将涡轮设计的各个模块集成于一体，建立集设计、造型、分析一体化的、高效率的轴流涡轮水力模型设计方案，提高了井下轴流涡轮水动力的转化效率，也为改进涡轮机械性能指明了途径。
3.2.2利用CFD做井喷风险分析。在油气勘探和开发工程中，不可控的井喷是最危险的事故之一，而其他的一些商业软件，如“HSe软件包”往往分析不够详细而且很容易低估井喷的后果。而CFD却能全面分析并能对“HSe软件包”不欲与考虑的特殊几何边界下的井喷分析，呈现出更高准确性，表现了CFD在做井喷风险分析方面的优越性。
3.3在炼油化工行业的应用
CFD在炼油化工行业的应用可谓数不胜数。填料床、生化反应器、干燥器、流化床、换热器等这些常见的生产设备，其内部流场流动规律较为复杂，传统实验的方法往往会受到模型尺寸、人身安全、测量精度的限制，而CFD方法却能克服上述弱点，不但节省了人力、财力，而且结果也更加可靠。
4结束语
文章主要汇总了该软件在石油行业某些领域中应用的典型事例，虽只是冰山一角，但随着计算机运行速度的加快，石油行业中很多在现实中很难通过理论分析或者实验研究得到有效解决的问题，如普遍存在的油气水多相流问题，这些问题都是CFD软件的强项，故CFD软件在石油领域应用的前景会更加广泛，值得进行深入研究。
参考文献
[1]姚征，陈康民.CFD通用软件综述[J].上海理工大学学报，2002，24（2）：142.
计算流体动力学方法篇6
要】本文主要介绍了国内现有的几种典型的热力系统分析方法及在该领域的发展过程，评价了这几种较典型的热经济性分析方法的优缺点。
【关键字】热力系统；分析方法；热经济性
1.前沿
热力系统热经济性分析是电厂节能降耗的理论分析的基础，它既是电厂热力系统设计、改造的理论依据，又是热力设备经济运行在线分析、监测的实用技术，其分析和研究具有十分重要的理论和现实意义。
2.热力系统热经济性分析方法的概况
电厂热力系统热经济性分析方法大都建立在热力学第一和第二定律的基础上，种类较多，广泛的应用于实际生产领域。分析方法分为两类：一类是以手工计算为主，评价其他分析方法的精确性通常以此方法作为校验基准，经常为减少繁重的计算而对实际热力系统做近似处理，工作量小，但却以牺牲一定的精确性为代价；另一类是以计算机计算为主，大多采用矩阵形式，属于并联解法。
3.热力系统分析法的认识和分析
3.1常规热平衡法。常规热平衡法是随着热力发电工程的出现而采用的最基本的热力系统分析方法，是一种单纯的汽水流量平衡和能量平衡方法，是发电厂设计、热力系统分析、汽轮机设计最基本的方法。它以单个的加热器为研究对象计算出各级加热器抽汽系数，并利用系统的功率方程和吸热量方程最终求得系统的热经济指标。该方法概念清晰、计算精确度高，但由于其在定量分析计算中工作量很大，特别是当热系统较复杂或者是进行热力系统不同方案比较时，直接应用该方法会非常繁琐。
3.2循环函数法。循环函数法首次用循环不可逆性来定性分析、用循环函数式来定量计算蒸汽循环的经济性，既简化了热力系统整体计算，又解决了辅助用汽水的单项热经济指标。它用串联解法先对整个热力系统进行计算，得到回热抽汽量和循环效率，然后把热力系统分为回热循环和辅助循环的相互叠加。该方法采用“单元”为基本模块计算，非常符合计算机模块化计算的要求，并将矩阵思想引入单元的计算，简化了使用者对概念的理解。但是循环函数法在推导中认为不可逆损失只有汽轮机末级的排汽，忽略了末级单元内加热器疏水入冷凝器所带来冷源损失等，故该方法具有一定的近似性。
3.3等效热降法。等效热降是基于热力学的热功转换原理，考虑到设备的质量、热力系统结构和参数的特点，经过严密的数学推导，求出几个热力分析参量Hj和ηj等，以新蒸汽流量不变，循环的初终参数不变和汽态线不变为前提，以等效热降Hj来分析热力系统的热经济性。该方法既可以用于整体的热力系统计算，也可以用于热力系统局部定量分析。节省大量的繁杂计算，同时该方法局部运算的热工概念清晰，与一般热力学分析完全一致，易于理解，基本满足了现场分析需要。
3.4矩阵分析法。矩阵分析是联立各级回热加热器的热平衡方程式，通过求解一组包含各级抽汽量的线性方程组完成对热力系统的计算。矩阵结构与热力系统结构一一对应，矩阵中知阵元素数值与热力系统中相关热力参数一一对应。当热力系统结构或参数发生改变时，只需调整矩阵的结构和矩阵元素数值即可，使系统的计算通用性更佳，非常适合于编制通用计算程序。
3.5自由路径法。自由路径法是建立在热力系统中虚拟化流动基础之上，包括辅助流量进出热力系统的位置，沿其流动的路径可以任意移动。为保证热力系统热经济性不变，在流量移动前和移动后所扫过的加热器上需增加相应量的外热量，只要符合虚拟流动的规则，辅助流量在热力系统中的流动路径是任意的。该方法可以在热力系统中任意流动组成封闭的循环，沿着任意封闭循环都可以对辅助流量进行热经济计算，而且能够计算该流量对整个热力系统热耗量的影响，使计算工作得到简化，对热力系统的分析更容易，也可以根据虚拟变换后的网络结构设计新的模块化方法。
3.6网络力学方法。网络力学方法基于线性无源系统普遍理论的非平衡态热力学理论，主要根据一套相互作用的已知参数的实际物理过程的或是假定参数的虚拟物理过程推断其动态行为。网络热力学所建立的电网络模型必须时刻伴随着热力学第一定律和第二定律的约束条件，从而保证了模型的精确性，而且它以矩阵形式进行处理的电网络模型，方便计算机程序化求解。因此，网络热力学方法顺应了目前热力系统分析精确性与通用性兼顾的目标要求。
3.7联合分析方法。联合分析法-热耗变换系数和抽汽系数相结合的方法，具有以下特点：1、它将热力学第一定律实用化，将热力系统划分为主、辅系统的叠加，划分主、辅系统的优点在于可将原本混成一团的能耗偏差分成几个分指标偏差之和，给出各个影响因素都对煤耗降低做了什么贡献。2、可用于局部定量分析，但摒弃了常规计算的缺点，不需要全盘重新计算就能查明系统变化后的热经济性，即可用简捷的局部计算代替整个系统的繁杂计算。3、当系统局部改变后，机组实际循环热效率可用以公式方便地求出。
4.热力系统分析方法的发展趋势
在手工计算时期，衡量热经济性计算方法的优劣的一个标准就是计算量的大小。为了减少计算工作量往往对复杂的热力系统进行一定程度的假设或简化，使之尽量简单，便于手工计算，但却以牺牲一定的精确性为代价。在当前重视节能工作的大环境下 ，常规分析方法的通用性和精确度低的不足表现得也日益明显。随着计算数学和计算机技术的飞速发展，机组热力系统分析计算方法中计算工作量的大小已不能再作为衡量某一种方法优劣的尺度。相反，在计算机计算时，我们使热力系统尽量的复杂，以保证计算的精确性。因此通用性、智能化、精确度高，适于计算机编程计算成为热力系统分析计算方法发展的新趋势：（1）通用性：通用性主要体现在两个方面，一是要求分析方法能够适应火电机组各种类型的热力系统定量分析；二是要求分析方法的计算形式具有普适性，以利于开发计算机通用程序。（2）智能化：智能化主要体现在热力系统的定量分析上，使用者不需要具有很深的专业理论知识，只需要根据分析方法所确定的规则，对计算形式做简单修改即可完成热经济性的定量分析，即傻瓜化。（3）精确度：火电机组单机容量和总装机容量的日益增大客观上要求提高分析方法的精确性，而计算数学和计算机技术的发展使这种要求成为可能。（4）适于计算机编程计算：分析方法中计算手段可以复杂，但是要适合于计算机编程。近年来适于计算机计算和编程的热力系统分析方法（主要是矩阵分析法）研究较为活跃，也取得了一定的成果。
5.结语
综上所述，随着计算数学和计算机技术的发展，在广大科研技术人员的不断努力下，电厂热力系统热经济性分析方法一定会朝着通用性更广、智能化和精确度更高、更易于计算机编程计算的方向发展，并臻于完善。随着发电厂热力系统分析方法的不断完善，其在指导电厂经济运行方面的作用也越来越重要。
参考文献
[1]于淑梅，张文宝.电厂热力系统分析方法的研究现状及发展趋势[J].节能技术，2006，06；
计算流体动力学方法篇7
[关键词]通液管道；振动；噪声；方法
中图分类号：U661.44文献标识码：a文章编号：1009-914X（2015）06-0107-01
由于船舶管道系统结构比较复杂，致使船舶通液管道的振动噪声问题至今尚无实用的计算、评估和有效控制方法。解决船舶通液管道的振动噪声问题主要有以下两个难点：（1）管道系统的水动力载荷难以确定，如果通过对流体力学进行计算获得载荷数据，会因此产生过高的成本而很难实现。比如，湍振载荷和水锤效应等。（2）至今为止，船舶行业尚无关于管道声振数值计算的实用性研究成果作为参考，对建立全频域的振动噪声模型存在很大困难。
1.船舶通液管道的载荷及流体计算
1.1主要噪声源及外部载荷
噪声源主要分为机械和水动力两种，其中机械振源产生的原因主要是由于机器失衡、轴线偏差、轴角偏差、底座松动、轴承间隙、管带偏差、支撑框架破坏等问题造成的；而水动力振源的产生原因主要是由于流场的压力脉动及瞬态效应造成的，其中包括围绕流场的正弦脉动等[1]。此外，在对管道系统的振动噪声进行耦合计算时，还需要考虑到外部载荷因素，具体包括流体载荷、动力设备产生的扰动载荷和由振动产生的载荷等。
1.2流体瞬态变化效应
流体瞬态变化是指由于流场速度以及压力突然发生变化时，引起较大的压力致使管道发出很大的噪声，甚至会使管道发生变形、泄露、破损的现象。为节省管道流体力学的计算成本，可将以下公式计算得出的水动力载荷值直接输入到管道振动噪声的计算模型中进行计算。
由流场的瞬态效应所产生的辐射噪声共振频率可以根据Blevins的公式进行计算：
上式中，为辐射噪声的共振频率，单位是Hz；n是整数1，2，3…；a表示声音在液体条件下的传播速度，单位是m/s；L表示管道长度，单位是m。
对于另一端的流通管道，辐射噪声的共振频率可以根据以下公式进行计算：
压力扰动的传播时间可以根据以下公式进行计算：
上式中，L是阀门至管道的空腔端部距离，单位是m。
假设为压力扰动的产生时间（比如开关阀门时所用的时间）。当与满足的条件不同时，产生的流体瞬态效应也不同。比如，水锤效应，水锤效应使管道受到的破坏性最大。此外，阀门的快速关闭开启，也会在管道内引起液压冲击从而产生振动噪声[2]。
当流场速度出现突变时，比如快关水泵时，
式中，p为突然关闭水泵时造成的压力变化值，单位是pa；表示在干扰条件下的流体速度变化值，单位是m/s。
相反的情况，比如快开水泵时，压力产生的降幅可以根据下列公式进行计算：
上式中，表示压力降幅，单位是m；表示由水锤效应造成的最大压力的升值，单位是m；H是管道系统在停滞时的水头压力，单位是m。
2.船舶通液管道振动噪声问题的计算方法
管道的振动噪声分析的频率范围分为高、中、低三个频域，在船舶行业中，80Hz以下的频段范围属于低频域；100Hz至250Hz频段属于中频域；250Hz以上的范围属于高频域，不同的频域所使用的计算方法也不一样[3]。一般情况下，低频域使用声学有限元法进行计算，中频域使用混合法进行计算，高频域使用统计能量法进行计算。全频域的计算结果则通过各频段模型的计算结果处理相关数据，最终作出声压频响曲线。
3.船舶通液管道振动噪声的算例分析
3.1管道振动噪声计算的模型
由于全统计能量模型在管道振动噪声问题上并不适用，因此，管道的振动噪声计算只要建立有限元模型、混和模型即可，但是要注意的是二者需要联合应用，才能得出有效的计算数据。
3.2管道振动分析与模型试验的结果对比
对上述模型加载不同方向的三个载荷在管道端口的流体及管道上，其中X轴、Y轴、Z轴分别代表管道轴向、管道水平、管道垂直方向。X轴的激励源于流体瞬态效应，以压力进行模拟；Y轴、Z轴的激励来源于自动力设备的振源，以单位力进行模拟。通过本文第1.2节中的公式计算如下：
管道端口到弯曲处的长度为5.8m，a值是1480m/s，压力扰动的传播时间根据公式（3）计算，=7.84ms。假设关闭阀门的时间为0.5ms[21]，则
将上述计算出的载荷数据值代入计算模型进行计算，本文主要计算有限元和混合模型在不同方向的单位力激振下的弯曲和振动速度等级。本文将管道振动分析的结果和模型试验的结果经过对比发现，二者规律相符。因此，本文使用全频域模型对管道振动噪声的分析具有可靠性。
4.结束语
近年来，管道被应用到能源、化工及石油开采等多个领域。因此，进行管道振动噪声分析意义重大。由于以往的研究并未对管道的振动和噪声建立全频域模型进行深入的分析，本文参考文献中关于水锤效应和湍流诱导振动的计算公式，对管道的振动和噪声数值了分析，使用Vaone软件创建出管道振动噪声的分析模型，通过对此模型的振动和噪声数值预报、计算和试验对比，发现本文使用的计算法具备可行性，希望对管道的减振降噪控制有所帮助。
参考文献
[1]蒋亚礼.船舶通液管线振动噪声分析与复合阻尼材料优化设计研究[J].上海交通大学，2013，01（01）：12-15.
计算流体动力学方法篇8
关键词：流体网络理论实验教学课程内容教学方法
中图分类号：tp39文献标识码：a文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0000-00
1引言
《流体网络理论》是矿井通风仿真系统的基础，为矿井通风与安全专业的必修课。而矿井通风与安全专业开设《流体网络理论》后，将直接进入《矿井通风仿真理论与实践》的学习，该课程以学习矿井通风仿真系统为主，重点掌握矿井通风仿真应用，导致学生缺乏开发矿井通风仿真软件的能力。通过作者的教学经验发现，课程大多以算法为主（例如搜素独立通路、网络解算算法、平衡图绘制及角联结构自动识别算法等），学生很少动手实践。课程学完后，学生编程水平和分析、解决实际问题的能力都没有得到提高。因此，为更好的学习课程，应重视和鼓励学生勤于动手和上机训练，养成良好的编程习惯，因此，开设实验教学环节也是必然的，同时，学生也已修习过《计算机基础》、《C语言程序设计》、《C++程序设计基础》等计算机语言课程，实验课程的开设也是水到渠成的。
2实验课程内容设计
从流体网络的矩形表示开始，到灵敏度的求解[1]，整个课程涉及的内容较多，算法也较多，如何筛选实验课程内容，最后能形成一套简单的通风仿真系统是重点研究内容。课程中的核心内容为极值流、网络解算、流体网络的平衡图及角联结构的算法。极值流和网络解算可以作为两条主线，流体网络的平衡图及角联结构的算法作为辅助，考虑时间及工作量的情况下，实验课程应以极值流和网络解算为主要内容。
2.1极值流算法
城市自来水管的最大输送能力问题，最大供热能力问题，矿井最大供风能力问题以及最小供风量限制问题，矿井通风网络、城市供热、供水、供气网络的最小功率问题，矿井救避灾路线问题等等，都与极值流的计算有关。极值流算法有节点标号法、edmonds-karp修正算法、独立通路法及通路法，独立通路法在最大复杂程度上占有优势。
图1极值流算法涉及内容
2.2网络分流算法
矿井通风网络分流是流体网络理论的重要组成部分，该功能的开发可保障煤矿通风安全，防止矿井瓦斯、煤尘爆炸及煤层自燃火灾，提高现代化管理手段[2]。网络分流的研究极具一功多能的基础性应用价值，一套合理、规范、方便、专业的网络分流程序，可以使计算简单易行，大大节省人力物力[3]。因此，实验课程中实现网络分流算法的重要性是显而易见的，也是更需要学生的共同努力。
网络分流方法主要有四种：解析法、图解法、物理近似模拟法及数值方法。数值方法为现代研究网络分流的主流手段。从计算数学的角度看，数值方法又分为斜量法、迭代法和直接代入法。迭代法中的Cross算法虽然解算的精度和速度较Barczyk法差，但是算法简易，计算步骤也最简便。
Cross法的程序流程如图2所示，计算过程中除流量计算外，还涉及图的连通性判断、生成树的选择及基本回路的确定。
图2Cross算法程序流程框图
3实验课程教学探索
针对矿业类学生的特点，针对学校的软硬件条件，合理选用不同的教学方法，才能达到较好的实验教学效果。经过不断的探索总结发现，大多学生并非缺少学习主动性，也并非不想学，而是很多时候，实验课上多有盲从，方法不得当，学生的学习兴趣在几次实验劳而无功的情况下会慢慢丧失，因此针对《流体网络理论》课程的特点及教学大纲的要求，教学方法主要掌握以下两个方面：
（1）实验课程内容应由浅入深
实验课程内容顺应极值流和网络解算两条主线，同时涉及图的连通性判断、排序、深度优先搜索法确定通路、生成树选择、基本回路确定算法，因此实验课程应从最基本的排序开始，循序渐进，最终能将前期所做工作加入到主线中去。
（2）提供学生与学生、学生与教师之间的交流平台
网络技术的成熟及普及，极大地延伸了教学空间，程序类实验课程不能仅仅依靠实验学时安排，还需占用学生更多的课余时间，而实验教学的课后辅导至关重要，可以通过网络平台来实现，现在选择较为广泛的方式主要有[4，5]：①通过QQ群可以达到讨论目的；②建设教师个人网站；③通过电子邮件[6]；④internet上的留言板，例如作者跟学生通讯的主要方式为网站，该网站可以进行资料的共享，也有留言板功能，可进行讨论相关问题。
4结论
在《流体网络理论》的实验课程教学中，重点在于培养学生的编程能力和理论与实际结合能力，实验课程的加入将使学生可以深入掌握流体网络理论的知识，激发学生学习这门课程的兴趣。
参考文献
[1]刘剑，贾进章，郑丹.流体网络理论[m].北京：煤炭工业出版社，2002.
[2]李艳昌，刘剑.《流体网络理论》课程教学实践探讨[J].中国科教创新导刊，2010，（19）：40+42.
[3]郭晓芳.通风系统网络分流的计算机模拟与应用[D].青岛理工大学，2005.
[4]余威一，范玉风，岑岗.微课教学交流平台的设计与构建[J].浙江科技学院学报，2014，（05）：363-367.
计算流体动力学方法篇9
论文关键词：课程教学，流程再造，流程优化，再造
《政府预算与预算会计》课程是财政学专业的核心课程，国内拥有财政学专业的综合类大学都设置这项课程。在当前情况下，本课程显示出非常突出的实践性特点,在构建公共财政体系的时代背景下,其实际教学与现实情况面临诸多冲突和矛盾。基于此，以安徽财经大学《政府预算与预算会计》课程教学为研究对象，优化课程教学流程。
一、当前《政府预算与预算会计》课程教学存在的主要问题
随着我国政府预算与预算会计制度改革的不断推进,传统的课程教学内容与方法存在一定的滞后现象，必须进行教学改革，首先着眼于建立学生主体意识和实践能力产生最大化的流程的建立。归纳而言，在当前的教学过程中，存在以下几个问题：
首先，教学效果不佳。传统的教学方法上仍以注入式为主，单一、刻板的教学方法把学生当做一个被动接受书本的容器，重“教”轻“学”,忽视调动学生的学习积极性和学生能力的培养。在这种方法教育下，学生学习被动,由于缺乏自学能力和分析、解决问题的能力,再加上知识陈旧的周期相对缩短,学生一遇到实际问题就不知所措，这些都使学生很难适应社会，与实践衔接脱节。
其次，教学中过于注重教师与学生的分工，忽视课堂教学的目标。课堂教学的方向是要要站在改变以智力发展为主导的高度来立意，将课堂教学目标主要指向培养主体意识、创新精神和实践能力。而在当前的教学形式下，在设计我们的课堂教学时流程优化，过于着眼于教师与学生的分工，忽略在传承既有的课堂改革成果的基础上“再造”。教师在新课之前，未与学生充分交流，明确教学目标，忽视学生主体的反馈作用。
最后，教学方法不灵活，没有摆脱以教师讲课为主的教学模式。《政府预算与预算会计》是一门实践性很强的课程，重视的是实践能力，这样的教学方式会导致重知识轻能力、重理论轻实践，不利于培养应用型人才。在课程教学过程中，讲课方法单调，师生交流会减弱，效果不佳。且忽视了学生的认知主体作用，不利于具有创新思维和创新能力的创造型人才的成长。
二、《政府预算与预算会计》课程教学流程再造的内涵与本质
流程再造是从管理思想和技术方法相结合基础上演绎而来，在教育领域中进行流程再造，就是采用再造的观点重新反思和审视整个教育过程，进而适应经济社会发展，满足学生需求。从流程管理的思想来看课程的教学过程，它仍然是一个教学流程，假如只是仅围绕某一个教学活动进行局部改进，而忽视教学流程的整体优化，这样的课程改革是有欠缺的。将流程再造理论引入课程教学之中，其实质是教学过程在面临巨大压力下主动求变行为和流程设计，实现教学的过程性、发展性和变动性。以流程再造理论为基础，将教学过程作为一个系统，同时这个系统又具有一定的开放性，且不断与外界环境之间进行信息和能量交换，经系统各要素间活动有序分工和有效性转化所构成不间断过程，完成产品(学生)的输出。从流程理论视角而言，这种在时间和空间上表现为一种动态，具有从信息输入到加工再到输出整个过程的流程性。
当然，《政府预算与预算会计》课程的流程再造是为了正确对待目前教学与实践相脱离的问题，在此基础上，将这些改革整合后提升教学效果，并阐述教学流程设计原则、设计方案等等。研究的目标是为例锻炼学生独立创新的能力，能够培养学生将来适应社会的能力，而且能够拓宽专业口径，促进课程结构体系整体的优化流程优化，并进一步就完善政府预算课程的教学模式与人才培养模式中面临的相关瓶颈问题提出了诸多建设性意见，注重提高教学质量的同时探索“立足课堂教师发展的可能”。
三、《政府预算与预算会计》课程教学流程再造的创新设计
教学流程创新过程（虚框中显示）中，教学创新的动机来自于教、学两方面的冲击，当两者对制度本身产生足够创新的作用力时，同时外部和内部的环境又存在合理和协调的创新机制时，教学模式会实现从起点模式（a0）到目标模式（a1）的转变和均衡点1到均衡点2的转变。图1是教学创新路径分析图。新的均衡形成后又会对老师和学生作对应的反馈，以保持在此状态下的长期稳定直至存在老师或学生或两者共同形成新的创新冲击。
教学流程优化模型是把流程优化的思想运用到课程教学实践中，总结提炼的一种均衡教学流程（如图2所示）。其中，每一个教学活动都是动态的，在教学流程创新的过程中，每一个环节都是老师与学生均衡点所在，当其中一个环节收到了两方面不同的冲击时，都会自动的带来教学的创新。第一，教学前期准备中，要根据教学要求，选择合适的教材；第二，教学案例与案例交流阶段是指在每个教学项目的教学过程中，围绕一个覆盖典型知识点及技能点的案例来展开，加深学生对理论知识的理解，获得对相关项目操作方法的认识，反过来，在老师提供案例的基础上，使用SwiF课堂案例教学方法，与学生之间产生案例教学互动过程；第三，辅助理论教学与任务设计阶段。这个过程是在案例教学后，将知识点与实践问题相结合，充分地发挥学生共同协作精神。同时对学生在理论教学中未深入理解的知识点和技能情况，有针对性集中指导、解答。第四，考核与评价，包括学习中和学习后的终结性评价，注重综合运用知识技能的掌握以及思考能力的培养。第五，对教学效果做出评价，并最终实现课程的教学目标。
四、《政府预算与预算会计》课程教学流程再造的原则与实施建议
随着理论研究和管理实践的深入，同时结合自己理论研究和用理论指导实践的体会在课程教学流程再造的过程中，主要应遵循合适、适应、绩效的原则。
（一）《政府预算与预算会计》课程教学流程再造的原则
1．合适的原则。任何流程再造都来自双方的供需冲击，因此，它必须与真实的需要相对应，过少或过多都可能带来教学效果和目标的偏离即流程再造的风险性不容忽视。根据教学管理的基础条件、现实状况和双方面的承受能力流程优化，科学确定进度。
2．适应原则。流程再造并没有固定的模式，不同阶段的再造重点不同，流程再造应该因教学对象的情况制宜，因人而宜。在推行流程再造的初期，应该选择那些难度相对较小、周期相对较短的有重要影响的关键流程。在深入调研科学筹划反复论证的基础上，不断矫正再造方向。
3．绩效原则。流程再造推行后，如果没有及时建立健全以流程为导向的绩效评估机制，原有的绩效评估机制就会与新的流程发生冲突。如果新绩效评估机制的推出时机过于滞后，学生追寻新流程的信心和激情就会弱化。在流程再造之后，必须尽快出台，并逐步完善以流程为导向。
（二）《政府预算与预算会计》课程教学流程再造的实施建议
建构教学流程是建构《政府预算与预算会计》教学新型模式的根本途径，教学过程中．教师根据教学需要，优化课堂教学。促使学生主动发现式学习提高学生创造力。
1．教学内容体系的完善是教学流程再造的前提
近年来，我国进行了较大力度的政府预算制度改革，与此同时，我国的预算会计制度产生了很大的影响，这些都将进一步充实《政府预算与预算会计》课程体系摘要求的具有相关性的财务信息；国库单一账户制度的实；政府采购制度的展开等等，必须将预算管理改革的成果体现在教学之中，完善教学内容体系。
2．信息化创新是实现流程再造的物质保证
随着信息技术的飞速发展，给传统的教与学带来了深刻变革。信息化建设加快为《《政府预算与预算会计》》课程教学流程再造提供了基础和手段，它可以解决了信息不对称问题，为流程再造创造了良好的技术条件，直接关系到信息技术在课堂整合中的效果，通过多媒体教学模式的数学课堂教学流程的构建，促进教师教育理念的转变和更新，逐步提高教师和学生对信息技术的应用水平。
3．重视学生实践能力的培养是关键
在实际教学过程中，教育主要方式放在了基础理论教学，忽视了学生实践能力的培养，“重知识传授，轻能力培养”的现象比较严重，导致了学生的实践动手能力弱化，不利于学生综合素质的培养，应灵活使用多种教学方法，合理安排实践性教学计划。教学流程优化后，所有的教学活动都围绕着理论与实践并重的教学目标展开，提高了学生对于基础知识和实践能力的掌握程度，从而取得良好的教学效果。
4．保持师生之间交流通畅是流程优化的保证
流程不能忽视学生的感受，不能缺乏交流流程优化，盲目采取一些流程，这就难以得到认同和支持，学生对此也会产业厌烦，就无法达到预想的目标。因此，从决定实施流程再造开始，师生之间就要不断进行交流。要建立通畅的交流渠道，当然，要不断取得学生的理解和支持，积极引导并帮助他们顺利完成流程的转换，有效提高教学效果。
5．建立与流程相应的新型师生关系
教学是教师与学生互动的过程，是师生共同参与、共同创造的双向活动，它要求与之相应的新型师生关系。教师备课是侧重于师生共同商讨“为什么要学”、“如何学”、“目标如何”、“如何评价”等问题。这是发展学生元认知能力的重要途径，也是学生自主学习、自主创造的基础。在教学流程需要中教和学，而不是为某项分工服务，这可以说是新课堂教学在“流程再造”中的基本原则。
总之，《政府预算与预算会计》课程教学以“流程再造”管理理念来寻找课堂教学改革的有效途径。因此，对《政府预算与预算会计》课程及教学进行改革不仅是财政学专业教育工作的中心，也是链接社会经济和教育的桥梁，实现财政学专业人才培养的目标，对于学生将来就业也是大有益处的，对其适应就业。
参考文献:
[1]王晟.《政府预算》课程教学方法改革探讨——以浙江财经学院为例[J].湖北经济学院学报(人文社会科学版)，2010（09）。
[2]金志云.从教学价值视角看教学模式的流程再造[J].南京财经大学学报，2008(02).
[3]郑文发.教育信息化与教学管理流程再[J].漳州师范学院学报(哲学社会科学版),2005(01)
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[5]张勤.浅析教学计划管理流程再造与优化[J].中国校外教育，2007（03）。
计算流体动力学方法篇10
关键词：教学方法；多媒体教学；“倒叙式”教学方法；现代计算技术；综合设计性实验
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2014）11-0081-02
20世纪末我国高等教育进入大众化阶段，培养具有创新能力的应用型高级技术人才，为经济和社会发展提供知识、技术支持成为高等教育的主要任务。《水力学》是具有特殊性的专业技术基础课程，在培养学生专业素质、动手能力、创新能力等方面起着举足轻重的作用。因此，教师如何在《水力学》课程的教学过程中以专业为基础，利用先进的教学手段，结合实际工程提高教学质量、学习兴趣和工程意识成为需要不断思考和实践的问题。
一、《水力学》课程的特点
《水力学》是水利、土木、给水排水、环境等诸多工程专业的专业技术基础课程，具有综合性强、基本概念多、经验公式多和工程实践性强的特点。《水力学》是学习基础课过渡到学习专业课的桥梁，是学好后续专业课的关键，所学知识可以解决实际工程中泄流、消能、有压管道非恒定流，明渠过流能力等大量的水力计算问题，具有较强的理论性和工程实际意义。
二、《水力学》教学方法
《水力学》以其特殊的课程地位，在学生学习专业知识和培养专业素质过程中的作用不可忽视。教学过程中采用多种教学手段相结合的教学方法，提高教学质量、学习兴趣，培养工程意识，在帮助学生学习、巩固理论知识，提高实践能力等方面收到了较好的效果。
1.板书与多媒体的结合。板书是传统的教学方法，是教师根据教学的需要在教学用具（黑板）上以书面语言或符号的形式，给予学生视觉上的书面信息或符号信息，进行表情达意、教书育人的活动。[1]在教学过程中，板书更易于交流，教师推导和演算的过程是学术思想和解题思路的具体呈现。由于书写的过程较慢，产生了学生与教师一起思考和交流的过程，将知识融会贯通，变直观思维为抽象思维。例如推导连续性方程、伯努利方程、动量方程以及例题讲解的过程就充分体现了这一点，学生紧跟教师理清自己的思路，把握总体结构和知识点。对于不同基础的学生和不同难易程度的知识点，利用板书的教学手段就更加灵活。但是板书有花费时间长、上课效率低的局限性。多媒体课件教学模式是以计算机为媒介，通过计算机与学生之间的交互作用达到教学的目的。计算机多媒体是集文字、图形、声音、动画等多种元素为一体的媒体，为教学提供了丰富的视听环境。[2]通过大量的信息和素材在多媒体课件中图文并茂地展示，化静态教学为动态教学，学生能够直观地理解和学习相关知识，激发学习兴趣，提高学习效率。例如，层流向紊流的演化过程，挑流消能等水力现象以及水利工程图片等等，这些都能够吸引学生的注意力，提高授课效率。但是在教学过程中过度依赖多媒体系统，或者只是将板书的内容完全搬到多媒体课件上，课堂将变得枯燥乏味，教师成为阅读课件的机器。采用板书为主，多媒体为辅的教学方法能够弥补二者的局限。用板书呈现大部分的教学内容，多媒体课件展示教学辅助材料，总结章节重难点，有利于学生建立知识框架，将抽象的问题直观化，有利于学生感受教师鲜活灵动的思想、智慧和丰富的情感。使用多媒体辅助教学对教师有更高的要求：提高多媒体制作水平；在教学设计过程中根据知识点收集相关素材，合理安排板书和多媒体课件的内容，严密组织教学。只有对每个环节和细节都做到高要求和精心的准备，才能真正发挥多媒体辅助教学的效果，提高教学质量。
2.理论与实践的结合。《水力学》课程的内容有很强的工程背景，而且不同的专业对课程内容的侧重点不同，采用经过基于工程实例的“倒序式”教学方法，即学生根据精心选定的相关专业的实际工程案例，在教师的引导下通过案例分析，确定需要解决的问题，分析问题的实质，与课本内容对照，学生能够自上而下地学习，变被动为主动。这种基于建构主义教学理论的教学方法在培养学生工程意识，提高分析能力、学习能力和计算能力等方面有非常显著的优势。在大学里，学生会接触到许多计算机的知识，但也仅限于应付计算机等级考试或凭个人兴趣爱好做一些编程尝试，不能与所学专业课程结合，学以致用。将复杂的水力学问题和计算机技术结合起来是学生非常感兴趣的学习方式。有压管道的管径计算，正常水深、临界水深和水面线计算等等都是非线性高次方程求根的水力学复杂计算问题，而在普通教材中只介绍查图法、试算法等等，这些方法过时而且过程烦琐、计算量大。利用eXCeL、matLaB、matHCaD和一些工程计算机软件解决复杂的水力计算问题，促使学生深入学习数值计算方法，形成科学的思维方式，提高编程能力，全面提高学生综合素质。实验教学是水力学教学的重要组成部分，在理论知识的验证和理解方面有着理论课程无法替代的作用，是实现知识与能力，理论与实践相结合的关键环节。发挥学生在实验中的主动性和创造性是实验教学的关键问题。实验教学的设计是从基础实验到设计性、综合性实验的分层次、多样化培养学生的主动性和创新能力。基础性的实验教学是验证性的，从中学习基本的实验方法，数据采集和处理，误差分析，培养动手能力。设计性实验培养缜密的思维和创新能力，如空化空蚀实验、明渠水流测糙率实验等等。
法国数学家彭家勒曾经说过：“科学家研究自然，并非因为这样做有好处，是因为他们从中得到乐趣，而他们之所以能够从中得到乐趣，那是因为它美。”水力学的研究对象是静止或运动的液体，它们本身就很美。教师精心组织教学，完成一堂师生和谐，用自己充沛的精力、饱满的情绪、昂扬的激情感染学生，激励学生的课也是美。在教学过程中，能够将这些美带到课堂上，与专业知识相结合，与现代计算技术相结合必会激起学习热情，提高学习积极性。
参考文献：
[1]司春，韩会玲，齐清兰，等.水力学教学中多媒体课件与板书的使用模式优化研究[J].河北农业大学学报（农林教育版），2009，11（3）：351-357.
[2]杨艳.在《水力学》教学中培养学生的工程意识[J].长江工程职业技术学院学报，2008，6（2）：73-74.
[3]史文海，李校兵.水力学综合设计性实验教学改革探索研究[J].温州大学学报（自然科学版），2007，28（5）：57-60.
[4]杨艳.excel在《水力学》教学过程中的应用[J].长江工程职业技术学院学报，2011，2（3）：68-71.