利用ＣＦＤ软件制作“空气调节”教学课件素材的探讨

2022-03-22 10:56:49| 来源：网友投稿

【摘要】建筑环境与设备工程专业的“空气调节”机理抽象、复杂,与工程实际现象紧密结合。学生学习时,普遍反映难以理解。目前多媒体教学课件广泛应用于教学,但采用FLASH、3DMAX等处理软件制作的“空气调节”多媒体素材缺少和实际情况结合,仅定性演示,无法做到定量数据分析的效果。本文结合建筑环境与设备工程专业特点,探讨利用CFD制作教学课件素材的方法,做到定量分析问题,让学生对教学知识产生兴趣。

【关键词】CFD 空气调节教学课件素材

【中图分类号】G622【文献标识码】A【文章编号】1009-9646(2008)08-0187-02

建筑环境与设备工程专业的《空气调节》这门专业课机理抽象、复杂,且与工程实际现象紧密结合。学生学习这门专业课程时,普遍反映理论知识比较抽象,不容易理解,且不能与具体现象相结合。由于教学条件的限制,专业课教师无法具体动态地将现象讲授给学生,使专业课的理论知识讲解与实际现象脱节[1]。

随着计算机技术的普及,课堂组织教学形式呈现出多样性发展趋势。多媒体教学课件具有直观、形象、生动等特点,目前正被广泛应用于教学,推动着教学的改革。教学课件依赖于多媒体素材的优劣。传统上采用FLASH、3DMAX等处理软件制作多媒体素材,这类素材具有动态显示、容易制作等优点,但缺少和实际模型的结合,往往仅是定性演示,无法做到定量数据现身说法的效果。

本文结合建筑环境与设备工程专业特点,利用CFD技术构思并制作了“空气调节”教学课件素材,以供大家探讨。

1 CFD简介

随着多媒体教学的改革实践和理论探索,越来越多的教学课件制作教师要求课件素材的真实性、可靠性。虽然一些企业和商家开发研制出大批多媒体教学素材,但是由于开发人员具有的专业知识面比较狭窄,使得总体情况并不令人十分乐观,能满足课堂教学要求的多媒体素材仍然占少数。

CFD是计算流体动力学(Computational fluid Dynamics)的简称,是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测。通过CFD,可以分析并且显示发生在流场中的现象,在比较短的时间内,能预测模拟对象性能。随着计算机技术的发展和数值模拟计算方法的日趋成熟,出现了基于现有流体力学理论的商用CFD软件。商用CFD软件使许多不擅长CFD的其它专业研究人员能够轻松地进行流动数值计算,为解决实际工程问题开辟了道路[2]。

CFD同FLASH、3DMAX等处理软件对比而言,具有以下优点[3]:

(1)投入低、速度快,而传统的FLASH、3DMAX等处理软件需要专业教师投入较多的时间学习非专业知识;

(2)可以相对准确地反映出流体流动的细节,如速度场、压力场、温度场或浓度场分布的时变特性;

(3)CFD模拟要比FLASH、3DMAX等处理软件更自由、更灵活,还能对结果做出定量分析;

(4)CFD数值具有很好的估计性,重复性,条件易于控制,可以重复模拟过程,更容易得到某些规律性的素材。

鉴于CFD技术的优点,利用商用CFD软件开发多媒体教学课件素材可以创设逼真的情境,帮助学生掌握和理解难懂的内容。同时由于参数设置比较贴近实际,可以做到定量分析问题,让学生对教学环节产生兴趣。

2 制作素材过程

以“某实验室房间室内污染物浓度分布”为例,具体阐述一下制作过程。

已知条件:采用8m*6m*4m的房间模型,在三维模拟中,房间布置四个回风口和八个送风口,尺寸均为0.5m*0.5m。房间有七个实验台,实验台顶面各有一个CO污染源,散发速度为0.1m/s。X方向为房间长度8m,Z方向为房间宽度6m,Y方向为房间高度4m。三维图形及尺寸见图1。

要使用CFD软件,首先明确研究对象性质,建立研究对象物理模型,并在此基础上建立研究对象数学模型;然后将流体流动的物理特性应用到模拟计算模型;最后通过CFD软件输出所需的流体性质。

(1)根据已知条件,建立空调房间室内污染物浓度分布模型,划分网格,给出边界条件,并导出网格和边界条件数据文件。