導(dǎo)語：如何才能寫好一篇流體動力學(xué)原理及應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；研究生教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；軟件平臺

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）31-0038-02

一、歷史與現(xiàn)狀

《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》是能源動力方向碩士和博士研究生的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程。自上世紀(jì)90年代開設(shè)以來，前后經(jīng)歷了三次大的變革。在1995—2000年期間，課程名為《葉輪機(jī)械的數(shù)值模擬計(jì)算》，只針對能源動力學(xué)院流體機(jī)械專業(yè)方向的研究生開設(shè)；自2001年起，課程改名為《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》，面向能源動力一級學(xué)科及其下屬各二級學(xué)科的研究生，并成為能源動力學(xué)科方向研究生的一門基礎(chǔ)課程；2006年以前，課程授課內(nèi)容以計(jì)算流體動力學(xué)方面的原理和方法為主，選課學(xué)生主要為能源動力學(xué)科方向的研究生；從2006年開始，為適應(yīng)廣大研究生的選課需要，我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，輔以CFD商用軟件的實(shí)例和應(yīng)用，以期實(shí)現(xiàn)理論性與實(shí)踐性并重的教學(xué)理念，并將課程面向全校研究生開放。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算流體動力學(xué)的應(yīng)用日益廣泛。眾所周知，計(jì)算機(jī)硬件水平的提升，將相應(yīng)地促進(jìn)CFD商用軟件功能更加強(qiáng)大，應(yīng)用更加廣泛，最終使得CFD商用軟件得到了前所未有的發(fā)展。同時，隨著研究生招生規(guī)模的擴(kuò)大，使得選修《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》課程的研究生人數(shù)大增，從上個世紀(jì)90年代的十幾個學(xué)生，到現(xiàn)在的一百多個學(xué)生，而且涉及眾多學(xué)科，比如船海、化工、建筑、電氣、交通、材料、光電等?！队?jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》課程的歷史與現(xiàn)狀在一定程度上給我們將要進(jìn)行的教學(xué)改革提出了新的要求，同時也為我們指明了課程建設(shè)的新方向，值得我們深入思考，并付之于實(shí)踐。

二、課程定位

《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》作為一門研究生的學(xué)科基礎(chǔ)課程，我們在進(jìn)行改革之前，應(yīng)該首先考慮它的定位。華中科技大學(xué)作為一所教育部的“985”和“211”的高校，一直以“研究型”大學(xué)著稱。學(xué)校對于研究生的培養(yǎng)非常重視，導(dǎo)師為每一位研究生制定了詳細(xì)的培養(yǎng)計(jì)劃，課程的選修均有所考量?；谶x修《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》課程的研究生人數(shù)眾多，涉及的院系廣泛，經(jīng)任課教師討論，申請學(xué)校研究生院同意，決定將該課程定位為高水平研究生課程。所謂高水平研究生課程，初步確立的含義為，高水平的學(xué)者，采用高水平的教材，以先進(jìn)靈活的形式教授課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)實(shí)寬廣的理論基礎(chǔ)和系統(tǒng)深入的專門知識。高水平課程在內(nèi)容上應(yīng)該具有基礎(chǔ)性、專業(yè)性和前沿性，前沿性可以體現(xiàn)在任課教師結(jié)合自己的科研實(shí)踐，在講授中融入一些與課程相關(guān)的前沿內(nèi)容。

三、教改實(shí)踐

基于高水平研究生課程這樣一個定位，我們開始著手進(jìn)行課程的教學(xué)改革，具體內(nèi)容包括：組建教學(xué)團(tuán)隊(duì)、改革教學(xué)內(nèi)容、建設(shè)實(shí)踐教學(xué)平臺。首先，組建一支高水平、高素質(zhì)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)由三位教師組成，他們均具有博士學(xué)位，高級職稱。其中，課程負(fù)責(zé)人張師帥副教授，長期從事計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用方面的教學(xué)及研究工作，自2006年起，一直擔(dān)任該課程的主講教師；任課教師郭照立教授，是目前國內(nèi)計(jì)算流體動力學(xué)方面的頂尖學(xué)者，國家杰出青年基金獲得者，并具有較高的國際知名度。郭教授團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)外權(quán)威學(xué)術(shù)刊物和會議上發(fā)表科學(xué)論文100余篇，SCI收錄90余篇，SCI引用1200余次；任課教師陳勝副教授是一位青年學(xué)者，在格子Boltzmann算法研究方面頗有建樹。將《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》課程建設(shè)成一門高水平研究生課程，得到了教學(xué)團(tuán)隊(duì)中每一位教師的支持，大家一致贊同經(jīng)常開展教學(xué)交流，學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)手段，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。其次，我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革。教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)選課研究生人數(shù)眾多，涉及的學(xué)科方向廣泛，重新制定了《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》課程的教學(xué)大綱，確保講授內(nèi)容的基礎(chǔ)性、專業(yè)性和前沿性。課程主要內(nèi)容包括：控制方程的離散化方法、流場的求解計(jì)算方法、湍流模型及其應(yīng)用、網(wǎng)格生成與計(jì)算技術(shù)、復(fù)雜流動的介觀模型和數(shù)值方法、格子Boltzmann算法及其應(yīng)用、經(jīng)典CFD軟件的基本用法等。而對于控制方程的離散化方法，將重點(diǎn)介紹有限差分法和有限體積法；對于流場的求解計(jì)算方法，將重點(diǎn)介紹SIMPLE及其系列算法；對于湍流模型及其應(yīng)用，將重點(diǎn)介紹k-ε模型及其應(yīng)用；對于網(wǎng)格生成與計(jì)算技術(shù)，將重點(diǎn)介紹結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成方法以及并行計(jì)算方法。同時，還將邀請國內(nèi)外計(jì)算流體動力學(xué)方面的專家學(xué)者前來開展專題講座。對《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》課程進(jìn)行教學(xué)改革是全體任課教師的共同愿望，大家積極討論，并提出在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上，編寫具有自己特色的教材等建議。在改革教學(xué)內(nèi)容的同時，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還利用學(xué)院現(xiàn)有的條件，建立“計(jì)算流體動力學(xué)”軟件平臺，該平臺擁有高性能的計(jì)算工作站，可以開展并行計(jì)算、直接數(shù)值模擬等大型計(jì)算研究，為研究生開展離散方法、網(wǎng)格生成方法、計(jì)算方法以及復(fù)雜流動模型等研究工作創(chuàng)造了良好條件，同時也為對計(jì)算流體動力學(xué)方面的前沿研究課題感興趣的大學(xué)本科生開展創(chuàng)新性研究工作提供了良好條件。與此同時，該平臺還擁有多種商用CFD軟件，比如FLUENT、CFX、STAR-CD、PHOENICS、Flo-EFD等，成為廣大研究生開展自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐、相互交流的優(yōu)良場所。還可以根據(jù)研究生的需求，安排任課教師不定期地通過軟件平臺為學(xué)生解惑答疑，引導(dǎo)研究生探索創(chuàng)新，提高學(xué)術(shù)水平。

眾所周知，研究生學(xué)術(shù)水平的高低是一所大學(xué)學(xué)術(shù)水平的反映，更是一個國家科技創(chuàng)新能力的反映。研究生不僅需要扎實(shí)掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識，更需要具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。目前，高等學(xué)校在培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力、提高研究生學(xué)術(shù)水平方面還有待加強(qiáng)。為此，本文提出了通過對《計(jì)算流體動力學(xué)及其應(yīng)用》課程進(jìn)行教學(xué)改革，并將之建設(shè)成具有基礎(chǔ)性、專業(yè)性和前沿性的高水平課程，進(jìn)一步培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力，提高研究生的學(xué)術(shù)水平。同時，本文對實(shí)踐過程中的一些具體措施和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了探討。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：油氣成藏動力，學(xué)油氣運(yùn)移油，油氣成藏機(jī)理

 

1.油氣成藏動力學(xué)研究方法

成藏動力學(xué)研究是在綜合分析區(qū)域鉆探、地球物理、分析測試和地質(zhì)地化等資料的基礎(chǔ)上, 采用靜態(tài)描述和動態(tài)模擬相結(jié)合的方法, 其中計(jì)算機(jī)模擬方法可以定量地、動態(tài)地刻劃各種因素相互作用的歷史過程, 從而更深刻地揭示其內(nèi)在規(guī)律性, 因此是成藏動力學(xué)過程研究的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。成藏動力學(xué)模擬實(shí)質(zhì)上是成藏動力學(xué)過程模擬, 是一項(xiàng)高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程, 它需要以當(dāng)代最先進(jìn)的地質(zhì)學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)理論為基礎(chǔ), 全面利用各種地質(zhì)、物探資料, 采用最先進(jìn)的盆地描述和盆地模擬技術(shù)方可進(jìn)行[1]。，油氣成藏機(jī)理。盆地描述部分用于刻劃盆地現(xiàn)今的構(gòu)造、沉積巖性和各種地質(zhì)參數(shù)的空間展布特征, 為盆地模擬奠定基礎(chǔ)。盆地模擬方面包括構(gòu)造、沉積、儲層、古水動力場、古地溫、生烴、排烴、圈閉演化和油氣運(yùn)移聚集等各個部分。其中, 從生烴到運(yùn)移的模擬構(gòu)成成藏動力學(xué)過程模擬的主體, 而其他的描述和模擬則是成藏動力學(xué)過程模擬必不可少的重要基礎(chǔ)。成藏動力學(xué)過程模擬的最終結(jié)果體現(xiàn)在油氣資源量計(jì)算部分上, 包括計(jì)算出盆地的生烴量、排烴量、烴碳轉(zhuǎn)換量、油氣損失量, 最后要計(jì)算出盆地中聚集的油氣資源量[2]。，油氣成藏機(jī)理。

2.油氣成藏動力學(xué)系統(tǒng)的劃分及類型

田世澄(1996) 提出將受地球深部動力學(xué)控制的盆地構(gòu)造2沉積旋回作為一個成藏動力學(xué)系統(tǒng), 把改變地下成藏動力學(xué)條件, 影響成藏動力學(xué)過程的區(qū)域不整合和區(qū)域分布的異?？紫读黧w壓力界面作為不同成藏動力學(xué)系統(tǒng)的界面。并據(jù)動力學(xué)特征將成藏動力學(xué)系統(tǒng)分為開放型、封閉型、半封閉型3 種類型, 據(jù)油源特征又區(qū)分為自源成藏動力學(xué)系統(tǒng)和他源成藏動力學(xué)系統(tǒng)。因此共可劃分出6 種油氣成藏動力學(xué)系統(tǒng)[3-6]。康永尚(1999) 根據(jù)系統(tǒng)動力的來源、去向和系統(tǒng)的演化方式將油氣成藏流體動力系統(tǒng)分為重力驅(qū)動型、壓實(shí)驅(qū)動型、封存型和滯留4 種。，油氣成藏機(jī)理。實(shí)際上重力驅(qū)動型對應(yīng)開放型, 壓實(shí)驅(qū)動型對應(yīng)半開放型, 封存型和滯留型則對應(yīng)封閉型。，油氣成藏機(jī)理。，油氣成藏機(jī)理。因此二者是一致的。這種以油氣成藏的動力因素來劃分油氣系統(tǒng)的方法比經(jīng)典的含油氣系統(tǒng)的一套源巖對應(yīng)一個油氣系統(tǒng)的粗略劃分方法更深入, 更能體現(xiàn)油氣作為一種流體的運(yùn)動分布規(guī)律, 從而有效指導(dǎo)我國陸相含油氣盆地的勘探[7]。

3.油氣成藏主要動力因素的研究

沉積盆地實(shí)際上是一個低溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)器, 油氣的富集是由溫度、力和有效受熱時間控制的化學(xué)動力學(xué)過程, 及由壓力、地應(yīng)力、浮力和流體勢控制的流體動力學(xué)過程的綜合結(jié)果, 也是盆地中各個成藏動力學(xué)系統(tǒng)中的油、氣、水三相滲流過程的結(jié)果。張厚福(1998) 認(rèn)為: 地溫場、地壓場、地應(yīng)力場等“三場”系受地球內(nèi)能控制, 是地球內(nèi)部能量在地殼上的不同表現(xiàn)表現(xiàn)形式。“三場”相互之間彼此影響與聯(lián)系。“三場”的作用使地殼上形成海盆、湖盆等各種水域, 才衍生出水動力場, 有了水體才能出現(xiàn)化學(xué)場與生物場, 后二者也相互聯(lián)系與相互制約。綜合這些場的作用, 在含油氣盆地內(nèi)才出現(xiàn)油氣成藏動力系統(tǒng)與流體壓力封存箱等地質(zhì)實(shí)體, 后二者之間互有聯(lián)系和影響。油氣從烴源巖生成并排出到相鄰的輸導(dǎo)層經(jīng)運(yùn)移聚集而成藏及成藏后發(fā)生的物理化學(xué)變化這一系列過程都始終貫穿“三場”的作用[8-10]。

4.含油氣系統(tǒng)和油氣成藏動力學(xué)的關(guān)系探討

目前對含油氣系統(tǒng)和油氣成藏動力系統(tǒng)之間的關(guān)系眾說紛紜。主要有3 種說法。(1) 含油氣系統(tǒng)研究是油氣成藏動力學(xué)研究的起點(diǎn)。(2) 油氣成藏動力學(xué)研究是含油氣系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。王英民(1998) 認(rèn)為含油氣系統(tǒng)劃分是成藏動力學(xué)研究的結(jié)果。，油氣成藏機(jī)理。(3) 含油氣系統(tǒng)和油氣成藏動力學(xué)系統(tǒng)是交叉關(guān)系。筆者認(rèn)為由油氣運(yùn)聚的物質(zhì)空間和動力因素控制的流體輸導(dǎo)系統(tǒng)的研究是油氣成藏動力學(xué)研究的核心內(nèi)容, 油氣成藏動力學(xué)研究應(yīng)按照從源巖到圈閉這一歷史主線, 側(cè)重于油氣成藏的動力學(xué)與運(yùn)動學(xué)機(jī)制的研究。但油氣成藏動力系統(tǒng)對應(yīng)的狀態(tài)空間是油氣藏。而含油氣系統(tǒng)是從油氣顯示開始, 而不考慮其是否具有工業(yè)價(jià)值。因此油氣成藏動力系統(tǒng)是在大的合油氣系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步按油氣運(yùn)聚動力學(xué)條件而追蹤油氣分布規(guī)律。因此筆者傾向于第一種說法, 認(rèn)為在含油氣系統(tǒng)宏觀研究思路基礎(chǔ)上進(jìn)行油氣成藏動力學(xué)過程的系統(tǒng)研究, 并根據(jù)成藏動力源泉進(jìn)一步劃分油氣成藏動力系統(tǒng), 才能弄清我國陸相盆地的成藏機(jī)理和油氣分布規(guī)律并建立當(dāng)代高等石油地質(zhì)理論, 從而更好地指導(dǎo)21 世紀(jì)的油氣勘探[11]。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：區(qū)域成礦 內(nèi)容 意義 趨勢 問題

一、區(qū)域成礦學(xué)研究的內(nèi)容與意義

（一）區(qū)域成礦學(xué)的基本研究內(nèi)容

近幾十年來，地質(zhì)專家、學(xué)者們提出來了一系列區(qū)域成礦理論和觀點(diǎn)。隨著區(qū)域成礦學(xué)理論的不斷深入發(fā)展，它在地質(zhì)礦產(chǎn)找礦過程中發(fā)揮的作用也越來越大。區(qū)域成礦學(xué)的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：區(qū)域地層、構(gòu)造、巖漿和變質(zhì)作用及地質(zhì)發(fā)展；含礦巖石建造的種類、形成與分布；區(qū)域地球化學(xué)特征；區(qū)域地質(zhì)流體；已知礦種、礦床類型和成礦條件，成礦模式及成礦特征；區(qū)域地質(zhì)異常；區(qū)內(nèi)的成礦系統(tǒng)；礦產(chǎn)信息庫的建立，區(qū)域成礦規(guī)律和成礦預(yù)測圖的編制；總結(jié)區(qū)域成礦規(guī)律與特征，明確進(jìn)一步研究的問題與方法；區(qū)域礦產(chǎn)資源潛力評價(jià)。通過以上研究工作獲取對地質(zhì)作用過程的基本認(rèn)識，最后進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造綜合研究工作，分析有利于成礦的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，編制綜合地質(zhì)構(gòu)造圖件，進(jìn)一步說明地質(zhì)構(gòu)造特征，分析有利于成礦的地質(zhì)構(gòu)造。

（二）地質(zhì)構(gòu)造特征的研究工作是礦產(chǎn)預(yù)測工作的基礎(chǔ)

成礦作用是地質(zhì)作用的組成部分，也是地質(zhì)作用的產(chǎn)物。區(qū)域成礦學(xué)主要研究：成礦作用與地質(zhì)作用的關(guān)系，最終把成礦作用的研究有效地融合到地質(zhì)作用研究過程中去?，F(xiàn)代成礦學(xué)研究表明，成礦作用在空間上經(jīng)常產(chǎn)生于各類地質(zhì)構(gòu)造的邊緣部位以及變異部位。重要的礦產(chǎn)主要分布在板塊與板塊不同組成部位的結(jié)合帶或者邊界地帶。在時間上一般與地質(zhì)構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段密切相關(guān)，礦產(chǎn)地一般成群、成帶分布，成礦帶的規(guī)模和地質(zhì)構(gòu)造邊緣帶和變異帶相當(dāng)。因此地質(zhì)構(gòu)造特征的研究工作是礦產(chǎn)預(yù)測工作的基礎(chǔ)，也是必需的途徑。

二、區(qū)域成礦學(xué)研究發(fā)展趨勢

隨著對礦產(chǎn)資源需求規(guī)模和種類的擴(kuò)大，成礦預(yù)測和找礦工作將繼續(xù)受到重視。同時，由于地球科學(xué)整體進(jìn)步、前沿領(lǐng)域研究取得突破性成就，成礦學(xué)研究也必將取得較快進(jìn)展，我國區(qū)域成礦研究發(fā)展中，以下兩方面最受關(guān)注。

（一） 成礦動力學(xué)研究

在地質(zhì)科學(xué)的許多研究領(lǐng)域中動力學(xué)研究是一個大方向，而成礦學(xué)與動力學(xué)的結(jié)合使區(qū)域成礦研究達(dá)到一個新的水平。它主要從以下兩方面展開：

1、開展單一礦床成礦過程的動力學(xué)機(jī)制研究。即對構(gòu)造成礦流體運(yùn)移及產(chǎn)生物質(zhì)之間反應(yīng)和交換的動力學(xué)研究。主要集中在對構(gòu)造成礦流體運(yùn)移中地球化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)模型的建立，成礦物質(zhì)形成和分布規(guī)律的反演和預(yù)測，把整個構(gòu)造成礦流體動力學(xué)變量的變化特征進(jìn)行研究。

2、開展區(qū)域成礦動力學(xué)的數(shù)值模擬研究

研究形成礦床集中區(qū)的地球動力學(xué)背景，目前仍以造山帶和盆地為突破口。它以巖石圈變形研究為基礎(chǔ)，要求深入研究巖漿作用發(fā)生及發(fā)展的動力機(jī)制，加強(qiáng)研究構(gòu)造演化過程中流體的遷移和分布，探索大規(guī)模成礦作用的動力環(huán)境合成礦規(guī)律。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，區(qū)域成礦動力學(xué)機(jī)制的研究已由定性變?yōu)槎?，靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，進(jìn)行數(shù)值模擬成礦過程中的構(gòu)造作用過程，完全數(shù)值模擬整個構(gòu)造成礦的形成過程和動力學(xué)的過程成為可能。這久突破了構(gòu)造地質(zhì)作用過程中時空背景及環(huán)境條件復(fù)雜性的約束，對成礦的預(yù)測和礦產(chǎn)資源的勘查有十分重要的意義！成礦動力學(xué)機(jī)制的研究最終體現(xiàn)的是地球各圈層相互之間作用的過程，也是今后成礦流體動力學(xué)所要反映的核心問題。

（二）區(qū)域成礦構(gòu)造研究

陳國達(dá)提出了“多因復(fù)成礦床”成礦學(xué)理論，而區(qū)域成礦的研究正是在此基礎(chǔ)上開展。區(qū)域上成礦主要進(jìn)行以下兩方面的研究：

1、對礦床成礦類型的研究。在成礦構(gòu)造研究中，以構(gòu)造為主要線索，劃分礦床的成礦類型，這些類型反映成礦物質(zhì)來源的多樣性和成礦過程的長期性及復(fù)雜性。2、對區(qū)域成礦作用過程研究。開展區(qū)域構(gòu)造一熱動力條件、主成礦期、礦床類型等研究，強(qiáng)調(diào)多成礦階段、多控礦因素、多物質(zhì)來源的研究，特別是構(gòu)造巖漿作用的研究。3、對不同級別的大地構(gòu)造單元控制著不同級別的成礦構(gòu)造域、成礦構(gòu)造區(qū)的劃分、成礦專屬性的研究。同時注重對不同構(gòu)造系進(jìn)行不同級別的劃分，以利于正確劃分成礦構(gòu)造域、成礦區(qū)，順利開展礦產(chǎn)資源預(yù)測和評估。

三、區(qū)域成礦不可忽視的問題

區(qū)域地質(zhì)成礦是地質(zhì)作用的一部分，其研究受到中外地質(zhì)學(xué)家、礦床學(xué)家高度重視。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地質(zhì)找礦工作也逐漸向定量方面展開。但目前此項(xiàng)工作依舊還很薄弱。當(dāng)前地質(zhì)找礦工作中，針對不同礦種形成于不同的地質(zhì)條件并受物理化學(xué)條件制約形成于不同深度，分門別類在同一地區(qū)不同深度上尋找不同礦種就成為一個不可忽視的問題。因?yàn)橐酝牡刭|(zhì)找礦深度研究只注意從微量元素含量、元素共生組合進(jìn)行研究，或使用礦物溫度計(jì)、礦物壓力計(jì)及氫、氧穩(wěn)定同位素等研究成礦深度，卻忽視了同一礦種或緊密伴生礦種在成礦深度上的上限深度和下限深度的研究，以及同一地區(qū)乃至全球垂直方向的上限深度和下限深度的研究和對比。這樣就使得地質(zhì)找礦缺少針對性和有效性，并造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，乃至對環(huán)境的嚴(yán)重破壞，盲目施工、盲目開采。

因?yàn)榈刭|(zhì)成礦在水平方向上和垂直方向上是有規(guī)律性的。舉例來說河北淶源縣王安鎮(zhèn)雜巖體多金屬，它的成礦規(guī)律：水平方向上，由巖體接觸帶向圍巖，成礦由含銅磁鐵礦礦化向鉛鋅礦化轉(zhuǎn)變，礦床類型由接觸交代型熱液型；垂直方向上，成礦也表現(xiàn)為有序性：早期形成溫壓較高的含銅磁鐵礦礦化，晚期形成溫壓較低的鉛鋅礦化。這說明鉛鋅礦化無論在水平方向還是垂直方向上均表現(xiàn)為一定的差異性，尤其是在垂直方向上的成礦深度表現(xiàn)為一定的深度范圍。然而，在地質(zhì)成礦過程中，其它金屬成礦同樣具有這種現(xiàn)象和規(guī)律。這就要求我們在當(dāng)前地質(zhì)成礦中，除注重研究有關(guān)礦種的成礦系列、成礦規(guī)律、成礦條件、成礦構(gòu)造環(huán)境，更要注重研究有關(guān)礦種形成的區(qū)域成礦深度及相關(guān)地質(zhì)體剝蝕深度。只有這樣才能使地質(zhì)找礦具有針對性、可比性，減少盲目性，提高找礦效率，并將取得較大的或重大的經(jīng)濟(jì)效益，同時保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

關(guān)鍵詞：空調(diào)進(jìn)氣格柵 水管理 氣管理

中圖分類號：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0112-02

乘用車空調(diào)進(jìn)氣格柵是前擋風(fēng)玻璃、發(fā)動機(jī)艙蓋、翼子板之間的外飾覆蓋件，縱向連接前風(fēng)擋玻璃以及發(fā)動機(jī)艙蓋，橫向連接左右翼子板，一般為黑色塑料件，實(shí)物外觀以及整車位置如圖1所示。

空調(diào)進(jìn)氣格柵與車身鈑金共同圍成一個空腔，在這個空腔里布置有前雨刮系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)氣口，空調(diào)進(jìn)氣格柵是空調(diào)系統(tǒng)新鮮空氣的入口，同時保護(hù)雨刮系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)免受雨水侵蝕，空腔是水流及氣流的通道，該文重點(diǎn)介紹空調(diào)進(jìn)氣格柵的水、氣等功能設(shè)計(jì)的開發(fā)。

1 氣管理

空氣通過發(fā)動機(jī)艙蓋與空調(diào)進(jìn)氣格柵之間間隙進(jìn)入，通過空調(diào)進(jìn)氣格柵開口到達(dá)車身空調(diào)進(jìn)氣腔，在腔內(nèi)流動并通過位于腔內(nèi)的空調(diào)進(jìn)氣口最終進(jìn)入空調(diào)箱，實(shí)現(xiàn)冷熱調(diào)節(jié)后按客戶設(shè)置經(jīng)由吹面風(fēng)道、除霜風(fēng)道送達(dá)至目標(biāo)區(qū)域，如圖2進(jìn)氣流路斷面示意圖。

氣體在管道內(nèi)流動實(shí)質(zhì)是通過犧牲自身能量以克服流動阻力的過程，空調(diào)鼓風(fēng)功能本質(zhì)上是鼓風(fēng)機(jī)模塊所產(chǎn)生的壓力克服氣流流路上流動阻力的結(jié)果，進(jìn)氣氣路上壓降的大小直接影響鼓風(fēng)模塊功耗，該文主要涉及空調(diào)箱進(jìn)氣口上游進(jìn)氣通道，確保其在一定空氣流量情況下流阻處于合理水平?？傋枇p失主要由摩擦阻力和局部阻力構(gòu)成。摩擦阻力損失是指氣體沿管道流動時由于質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)摩擦力及與管壁之間的外摩擦而引起的能量損失，壓力降參考范寧公式：

局部阻力損失：當(dāng)氣體流過的管道發(fā)生局部變化時，就在管道的局部化地區(qū)發(fā)生氣體與管壁的沖擊，因而造成一部分能量損失。

工程上常見的流體流速范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)λ近似等于常數(shù)。當(dāng)管路及輸送的流體一定時，l、d、Σζ、ρ均為定值，故R等于常數(shù)，稱之為阻力系數(shù)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)上，用阻力系數(shù)（R值）來表征進(jìn)氣流道的流阻大小：R=P/Q2（其中P為流道靜壓降Pa；Q為空氣流量l/s），阻力系數(shù)（R值）表征的是流道順暢程度。理論上，流道結(jié)構(gòu)不變的情況下，R值也唯一。

空調(diào)進(jìn)氣壓降設(shè)計(jì)工作中通常借助計(jì)算流體商業(yè)軟件進(jìn)行虛擬分析實(shí)現(xiàn)，其分析原理基于流體力學(xué)理論，計(jì)算過程涉及流體力學(xué)連續(xù)性方程，即運(yùn)動流體物質(zhì)守恒方程以及動量方程，及流體流動過程中受各種力作用下的平衡方程[1，2]。分析步驟從數(shù)據(jù)的收集到前處理劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，到計(jì)算輸出結(jié)果，其中網(wǎng)格生成采用四面體畫法，最后通過生成的網(wǎng)格導(dǎo)人Fluent軟件進(jìn)行計(jì)算。

通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用以及經(jīng)驗(yàn)積累發(fā)現(xiàn)，空調(diào)進(jìn)氣格柵開口面積、位置，空調(diào)進(jìn)氣格柵與發(fā)動機(jī)艙蓋之間的間隙大小，車身空調(diào)進(jìn)氣腔結(jié)構(gòu)形式等都是影響阻力系數(shù)的關(guān)鍵因素?？照{(diào)進(jìn)氣格柵開口面積越大，進(jìn)氣阻力越小，但是過大的開口面積，會導(dǎo)致車身空調(diào)進(jìn)氣腔排水負(fù)擔(dān)過重，排水不及時等問題，因此開口面積的大小需要根據(jù)整車空氣流量的大小并結(jié)合車身空調(diào)進(jìn)氣腔的排水能力綜合制定。為確保整車開發(fā)過程中空調(diào)進(jìn)氣壓降設(shè)計(jì)上處于合理水平，空調(diào)進(jìn)氣格柵進(jìn)氣面必須布置在正壓區(qū)，為保證空調(diào)進(jìn)氣口的水汽分離，空調(diào)進(jìn)氣格柵上的開口距離空調(diào)進(jìn)氣口距離至少大于250 mm。車身空調(diào)進(jìn)氣腔結(jié)構(gòu)受前艙區(qū)域總布置得影響，在保證前艙布置的前提下，截面面積盡可能大并且均勻一致，車身空調(diào)進(jìn)氣腔寬深比大于3，腔內(nèi)支架的設(shè)計(jì)也要考慮對氣流的阻力影響。

2 水管理

乘用車空調(diào)進(jìn)氣格柵是前擋風(fēng)玻璃，發(fā)動機(jī)艙蓋，翼子板之間的外飾覆蓋件，下雨或洗車時，大部分的水會從車頂沿前擋風(fēng)玻璃流下，積水從進(jìn)氣格柵上的孔狀結(jié)構(gòu)流入車身腔體內(nèi)，從圖2可以看出，乘用車空調(diào)進(jìn)氣格柵區(qū)域有雨刮系統(tǒng)，空調(diào)進(jìn)氣口等需要防水的部件，雨刮電機(jī)水侵入會導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，影響行車安全，空調(diào)系統(tǒng)水侵入會影響鼓風(fēng)機(jī)性能，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)水侵入乘客艙，影響車輛最基本的擋風(fēng)遮雨功能，因此該區(qū)域需要考慮安全有效的水管理。前期設(shè)計(jì)時，要充分考慮空調(diào)進(jìn)氣格柵對外界水流的導(dǎo)向以及車身空腔結(jié)構(gòu)的排水能力，車身空調(diào)進(jìn)氣腔內(nèi)的積水高度不能超過雨刮電機(jī)以及空調(diào)進(jìn)氣口的布置高度，并要有足夠的設(shè)計(jì)余量。

為提升前期設(shè)計(jì)的精確度，同樣借助計(jì)算機(jī)流體動力學(xué)軟件來模擬水流狀況，積水高度等，計(jì)算采用VOF多相流模型的瞬態(tài)模擬，通過定義VOF界面，進(jìn)行數(shù)值模擬，顯示在既定的邊界條件下水的容積，積水的高度以及水流速度等，為空調(diào)系統(tǒng)以及雨刮系統(tǒng)的布置提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)[3]。首先對空調(diào)進(jìn)氣格柵、車身空調(diào)進(jìn)氣腔、雨刮系統(tǒng)、空調(diào)內(nèi)循環(huán)進(jìn)氣口，前擋風(fēng)玻璃等關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，從以上子系統(tǒng)三維幾何模型中提取VOF分析的邊界條件，邊界條件設(shè)置完成后，有計(jì)算機(jī)分析并輸出分析結(jié)果，具體結(jié)果分析實(shí)例如下。

（1）水流高度跟空調(diào)內(nèi)循環(huán)進(jìn)氣口之間的關(guān)系，根據(jù)計(jì)算結(jié)果給工程設(shè)計(jì)提供輸入，如果水流高度超過內(nèi)循環(huán)進(jìn)氣口高度，需要修改設(shè)計(jì)降低水流高度或者增加水流擋板防止水侵入。

（2）水流高度跟雨刮電機(jī)及連桿機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系：根據(jù)計(jì)算結(jié)果給工程設(shè)計(jì)提供輸入，如果水流高度高于雨刮電機(jī)的高度，需要修改設(shè)計(jì)降低水流高度或抬高雨刮電機(jī)，防止電機(jī)進(jìn)水影響性能。

車身空調(diào)進(jìn)氣腔是水流和氣流的通道，通常設(shè)計(jì)時考慮足夠的坡度設(shè)計(jì)并保證開口面積來加速水流的速度，根據(jù)水往低處走的物理常識，中間位置是最高點(diǎn)，將排水口設(shè)計(jì)在兩側(cè)位置低點(diǎn)，從而將水導(dǎo)向兩側(cè)安全區(qū)域。

3 結(jié)語

該文從空調(diào)進(jìn)氣格柵的功能要求著手，從水、氣管理兩方面介紹了關(guān)鍵影響因素及其原理，影響因素間存在著相互的制約關(guān)系，在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮其對水、氣的影響，該文借助計(jì)算機(jī)流體軟件模擬該區(qū)域的氣流受阻狀況、水流狀況以及積水高度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)就可以調(diào)整設(shè)計(jì)找到最優(yōu)匹配方案，改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析、缺少定量數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法，有助于設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而提高設(shè)計(jì)開發(fā)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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篇5

論文摘要：根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，分析了該專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課“工程流體力學(xué)”和主干專業(yè)課“水污染控制工程”在教學(xué)中存在的問題，文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個方面提出了“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)改革思路。

論文關(guān)鍵詞：環(huán)境工程專業(yè)；工程流體力學(xué)；水污染控制工程；教學(xué)改革

“工程流體力學(xué)”是研究流體（液體、氣體）處于平衡狀態(tài)和流動狀態(tài)時的力學(xué)規(guī)律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術(shù)中應(yīng)用的一門科學(xué)，是力學(xué)的一個獨(dú)立分支，有其自身的理論體系，其基礎(chǔ)理論主要由三部分組成：流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動學(xué)和流體動力學(xué)?！八廴究刂乒こ獭笔顷P(guān)于控制水體污染途徑以及各種廢水處理方法（包括物理處理方法、化學(xué)處理方法、生物處理方法等）的基本理論、工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算的一門科學(xué)。“工程流體力學(xué)”是環(huán)境工程專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，“水污染控制工程”是環(huán)境工程專業(yè)的核心專業(yè)課，這兩門課程在環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)中有著舉足輕重的作用，同時兩者之間也存在著重要的相互理論關(guān)系。

“工程流體力學(xué)”是水利、環(huán)境、能源、土木、機(jī)械、動力等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)內(nèi)容紛繁豐富，其特點(diǎn)是理論性和綜合性比較強(qiáng)，概念抽象，難于理解。“水污染控制工程”課程內(nèi)容與“工程流體力學(xué)”內(nèi)容結(jié)合相對比較緊密，如城市排水溝道系統(tǒng)、各種污水處理構(gòu)筑物等的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及在構(gòu)筑物中的生化反應(yīng)、化學(xué)絮凝反應(yīng)中水力條件的控制等均是工程流體力學(xué)理論知識在水污染控制工程中的實(shí)際應(yīng)用。目前，在環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)方面，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”課程正面臨著比較尷尬的局面：一方面課程內(nèi)容趨于復(fù)雜和廣泛；另一方面在課時量逐漸壓縮的情況下，“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容沒有起到應(yīng)有的相互銜接，教學(xué)內(nèi)容彼此脫離。由此形成環(huán)境工程專業(yè)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)課銜接不夠，在教學(xué)過程中學(xué)生感到內(nèi)容枯燥，概念抽象；而在“水污染控制工程”教學(xué)過程中，學(xué)生感到工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論知識不扎實(shí)，不能夠熟練應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論解決水污染控制工程方面的實(shí)際問題。

針對目前環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容的狀況，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個方面提出“工程流體力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。

一、改革教學(xué)內(nèi)容

對“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，重構(gòu)環(huán)境工程專業(yè)的“工程流體力學(xué)”課程，對該課程中的主要內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合后續(xù)專業(yè)課“水污染控制工程”的內(nèi)容進(jìn)行改編，為“水污染控制工程”的講授奠定基礎(chǔ)理論知識?！肮こ塘黧w力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容主要包括理論教學(xué)和實(shí)踐性教學(xué)兩部分，其中在理論教學(xué)內(nèi)容部分，如“工程流體力學(xué)”中涉及到的流體粘滯性、流體內(nèi)摩擦定律等內(nèi)容，結(jié)合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流態(tài)所需要的雷諾數(shù)內(nèi)容為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體靜力學(xué)”中絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)、真空度等概念、理論在水污染控制工程中虹吸濾池、脈沖澄清池以及沉淀池、污泥濃縮池重力式排泥所需要的靜水頭壓力等實(shí)際工程中的應(yīng)用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；流體運(yùn)動學(xué)中基本理論對“水污染控制工程”中的數(shù)學(xué)模式的建立為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革；“流體動力學(xué)”中壓力損失理論在水污染控制工程中的水力計(jì)算，水射器理論在水污染控制工程中的計(jì)量作用、加藥作用、射流曝氣作用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革等。其次，“工程流體力學(xué)”實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容部分，改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，除驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外，增加工程應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，如文丘里流量計(jì)、三角堰流量計(jì)、巴氏計(jì)量槽、畢托管測速儀、虹吸管、孔口與管嘴的工程應(yīng)用等內(nèi)容，既加強(qiáng)了動手操作能力，也培養(yǎng)了學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的綜合分析與應(yīng)用能力，不僅使教學(xué)內(nèi)容豐富，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

對“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革包括理論教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容改革，強(qiáng)調(diào)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識在水污染控制工程中的應(yīng)用。在理論教學(xué)內(nèi)容方面，“水污染控制工程”中的污水溝道系統(tǒng)水力計(jì)算、水處理構(gòu)筑物中水力參數(shù)的確定、污水在構(gòu)筑物中的最佳流態(tài)、各水處理構(gòu)筑物之間高程布置、混合反應(yīng)池中攪拌強(qiáng)度的確定、過濾池中配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其濾速確定等一系列涉及工程流體力學(xué)問題的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行必要教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)生對“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識在水污染控制工程中的工程應(yīng)用有一個更清晰的認(rèn)識，理解“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識在水污染控制工程中的重要性，使學(xué)生既掌握了“水污染控制工程”應(yīng)用設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法等知識，也加強(qiáng)了學(xué)生對“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)知識在水污染控制實(shí)際工程的應(yīng)用。在實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容方面，加強(qiáng)工程性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從不同的工業(yè)企業(yè)和居民生活區(qū)采集不同的廢水水樣，根據(jù)化驗(yàn)所得廢水水質(zhì)，確定所采用的處理技術(shù)和處理工藝，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在各種廢水處理工藝中所選擇的工程流體力學(xué)水力參數(shù)，基于“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識分析廢水處理工藝水力參數(shù)的合理性。

二、改革教學(xué)模式

“工程流體力學(xué)”特點(diǎn)是理論性、綜合性、系統(tǒng)性較強(qiáng)，概念抽象、邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上是教師講、學(xué)生聽，“授—受”型單一模式，盡管在學(xué)的過程中采用了多種形式的多媒體教學(xué)方式，但仍沒有改變學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的被動地位，學(xué)生缺乏主動性和實(shí)踐性。改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的創(chuàng)新教學(xué)模式，結(jié)合水污染控制工程中的實(shí)際問題，以工程實(shí)例為背景，應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識解決實(shí)際工程問題，誘導(dǎo)學(xué)生積極思考，在教學(xué)過程中形成教學(xué)互動，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和參與性。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容性質(zhì)，“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容可以分為基礎(chǔ)理論和實(shí)際工程應(yīng)用兩個部分。在流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動學(xué)和流體動力學(xué)三個基礎(chǔ)理論部分，采用形象化的多媒體演示、軟件模擬、小型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合探究式、啟發(fā)式教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生課堂討論；在實(shí)際工程應(yīng)用教學(xué)部分，如孔口管嘴、有壓管流和明渠流部分，以水污染控制工程中的工程實(shí)例為背景，采用適量的實(shí)際工程圖片，豐富教學(xué)信息量，刺激學(xué)生的感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的思路，開闊學(xué)生的視野，可以使枯燥、乏味的內(nèi)容變得趣味盎然，使抽象、晦澀的內(nèi)容變得直觀生動。

“水污染控制工程”特點(diǎn)是實(shí)踐性、工程應(yīng)用性強(qiáng)，因?yàn)椴煌膹U水水質(zhì)達(dá)到處理要求所采用的處理技術(shù)、處理工藝不同；即便相同的廢水水質(zhì)，如果污水量不同，所采用的處理工藝也不同；一個廢水處理工程，即廢水水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)相同，也可以采用不同的處理技術(shù)和處理工藝，工程流體力學(xué)參數(shù)的選擇是確定不同廢水處理技術(shù)、工藝的主要影響因素之一。因此，在“水污染控制工程”的教學(xué)過程中，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開放式的實(shí)踐教學(xué)模式，以工程實(shí)例為背景，通過開放性的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)正確選擇工程流體力學(xué)參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)研究對參數(shù)的選擇、廢水處理效果等進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。通過工程實(shí)例和實(shí)踐性教學(xué)改革，使學(xué)生既對廢水處理工程設(shè)計(jì)過程有一個清晰的思路，又能達(dá)到舉一反三的效果。

三、優(yōu)化師資配置

師資隊(duì)伍優(yōu)化，一靠資源，二靠制度，師資隊(duì)伍優(yōu)化也是一個相對的漸進(jìn)過程，優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)和措施與所處時代、社會背景及其自身所處發(fā)展階段和學(xué)科特色有關(guān)。環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)要求師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量可靠。“工程流體力學(xué)”與“水污染控制工程”是本專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課和主干專業(yè)課，兩門課程在講授過程中存在著千絲萬縷的必然聯(lián)系，這就對師資配置和師資隊(duì)伍建設(shè)提出了更高的要求。首先，建立高質(zhì)量的師資隊(duì)伍，定期或不定期對教師進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和實(shí)踐工程訓(xùn)練，要求講授“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”兩門課程的教師對兩個學(xué)科均有一定的研究，或者承擔(dān)一定量研究科研工作，洞悉當(dāng)前“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”發(fā)展的最新前沿理論和技術(shù)；其次，在師資配置方面，要求講授“工程流體力學(xué)”的教師對“水污染控制工程”有一定的研究或承擔(dān)相關(guān)科研項(xiàng)目，講授“水污染控制工程”的教師對“工程流體力學(xué)”有扎實(shí)的理論研究或承擔(dān)相關(guān)的科研項(xiàng)目；第三，建立教師研討會制度，講授“工程流體力學(xué)”的和講授“水污染控制工程”的教師定期或不定期舉行教學(xué)研討會，避免兩門課程的講授內(nèi)容出現(xiàn)彼此分裂現(xiàn)象。如果在師資配置中，講授“工程流體力學(xué)”的教師畢業(yè)于力學(xué)專業(yè)，即使講授“工程流體力學(xué)”的教師對力學(xué)有很高的造詣，對該門課程的講授有聲有色，但如果該教師對環(huán)境工程專業(yè)“水污染控制工程”專業(yè)理論知識或?qū)嵺`工程知之甚少，那么在教學(xué)過程中，必然不能夠?qū)ⅰ肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，對環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生來說，這樣的師資配置，必定不是最優(yōu)化的師資配置。

四、改革考核方式

篇6

關(guān)鍵詞：熱能與動力工程；節(jié)能減排；改革；創(chuàng)新；CFD課程

作者簡介：張光學(xué)（1982-），男，浙江湖州人，中國計(jì)量學(xué)院能源工程研究所，副教授；王進(jìn)卿（1985- ），男，浙江義烏人，中國計(jì)量學(xué)院能源工程研究所，實(shí)驗(yàn)師。（浙江 杭州 310018）

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0037-02

目前，世界能源消耗量巨大，主要耗能方式仍是來自于煤、石油和天然氣的燃燒，這些化石燃料在利用過程中產(chǎn)生了大量的污染物，如煙塵、二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物，[1-2]嚴(yán)重影響了人們的正常生活，甚至威脅著人類的生存與發(fā)展。為應(yīng)對日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，我國大力推廣節(jié)能減排政策。作為高校，為培養(yǎng)適合新形勢下的專業(yè)型技術(shù)人才，在教學(xué)環(huán)節(jié)中也要對教學(xué)方法和內(nèi)容有所調(diào)整。

現(xiàn)今傳統(tǒng)的能源消耗形式已逐步向清潔能源（風(fēng)能、太陽能、潮汐能、水能等）方向發(fā)展，[3]雖然所占比例還比較低，不過對于緩解嚴(yán)重的環(huán)境壓力而言將發(fā)揮積極性的作用。熱能專業(yè)與能源的綜合利用息息相關(guān)，在教學(xué)環(huán)節(jié)中，應(yīng)對已有的教材內(nèi)容加以篩選，對于一些落后于時展的方法與技術(shù)，不再重點(diǎn)講解，而對于一些新技術(shù)與新方法在教學(xué)中要重點(diǎn)闡述。把當(dāng)前的熱點(diǎn)技術(shù)提升到理論高度，使學(xué)生在未來的科學(xué)研究或是工作中找準(zhǔn)方向。

在教學(xué)改革實(shí)施過程中，我們將新型能源的發(fā)展趨勢及特點(diǎn)加到教學(xué)任務(wù)當(dāng)中，并對CFD軟件在本專業(yè)的應(yīng)用價(jià)值及前景進(jìn)行了探討，開設(shè)了CFD相關(guān)課程。本文中，筆者分析了現(xiàn)行課程教學(xué)中存在的問題，并對教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和系統(tǒng)介紹。

一 、現(xiàn)行教學(xué)工作存在的問題

1.教材內(nèi)容與時代背景互不銜接

熱能與動力工程專業(yè)的教材種類繁多，且現(xiàn)行教材內(nèi)容中所涵蓋的方法及技術(shù)大多是已有的陳舊理論，同時教材中的相關(guān)章節(jié)落后于時代背景，沒有對當(dāng)前的新技術(shù)、新方法加以系統(tǒng)性的介紹。這樣的后果是，學(xué)生的思維方式還停留在陳舊的方法體系當(dāng)中，不能對本專業(yè)的發(fā)展趨勢有明確的判斷，學(xué)生今后的研究及工作產(chǎn)生知識脫節(jié)，進(jìn)而也對本專業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

2.缺乏對新型教學(xué)方法的探索

目前的教學(xué)方式還基本以課堂講授為主，并結(jié)合一定課時的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)也是以仿真平臺實(shí)現(xiàn)及外加一定的動手環(huán)節(jié)。但該過程避免不了存在著課時上的沖突，以致課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間不能統(tǒng)調(diào)，造成了理論知識與實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合時的不契合，且教學(xué)過程中師生間缺乏互動。

3.教學(xué)內(nèi)容與節(jié)能減排政策相脫離

當(dāng)今環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)提上了人們的日事議程，然而在教學(xué)內(nèi)容上，還是圍繞著以如何產(chǎn)能及能效問題為主，雖然在部分章節(jié)上對污染物控制策略加以闡述，但內(nèi)容片面，所涵蓋的信息量有限，也未能把教學(xué)內(nèi)容與節(jié)能減排政策相結(jié)合；且教學(xué)時也沒有在充分保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，探討如何節(jié)約授課成本。

4.對新型清潔能源的教學(xué)內(nèi)容不足

現(xiàn)在所教授的熱能專業(yè)課程主要是以煤、石油、天然氣為主的利用方式。而這些燃料在燃燒過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，不符合當(dāng)前節(jié)能減排形勢。授課時也沒有對新型清潔能源加以系統(tǒng)的講解。且現(xiàn)今為止，對新型能源課程的側(cè)重點(diǎn)不夠，據(jù)調(diào)查其他很多高校也沒有開設(shè)相關(guān)課程。

二、教學(xué)工作的改革與創(chuàng)新

針對上述存在的教學(xué)問題，筆者從教材內(nèi)容的選取、實(shí)踐環(huán)節(jié)的完善及如何培養(yǎng)學(xué)生自主研究能力等相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行了以下探索。

1.明確教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為應(yīng)對當(dāng)前教材內(nèi)容的固化，在教學(xué)過程中，對于一些需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容不斷深化，不但要讓廣大學(xué)生從根本上了解其基本原理及相應(yīng)機(jī)制，還通過制作物理模型，或是制作相應(yīng)的動畫、短片來模擬其工作進(jìn)程，使學(xué)生從固定形式的書本內(nèi)容過渡到生動鮮明的動態(tài)模型中，從而加深對理論知識的理解，同時對這些理論知識的應(yīng)用范圍進(jìn)行闡述，如卡諾循環(huán)在熱機(jī)上應(yīng)用等。在每課時后都會布置相應(yīng)的課后內(nèi)容，這其中包括課后習(xí)題的計(jì)算，對書本上存在的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，通過網(wǎng)上搜索、到圖書館查閱資料等方式進(jìn)行知識的梳理，使學(xué)生的知識體系得到全面的升華。

科技是不斷進(jìn)步的，本專業(yè)的發(fā)展也應(yīng)與時俱進(jìn)。為彌補(bǔ)書本中存在的知識點(diǎn)不完善問題，在其中加入時代背景下的新技術(shù)。例如，現(xiàn)行的熱能教材中，所講解產(chǎn)能方式都以燃煤、燃?xì)鉃橹?，其中沒有或是很少涉及到新型能源的相關(guān)方面。然而，隨著國家節(jié)能減排政策的不斷深化，在建設(shè)節(jié)約型社會的引領(lǐng)下，為適應(yīng)時代的發(fā)展趨勢，也本著更好地建設(shè)熱能與動力工程專業(yè)的發(fā)展要求，教學(xué)時增加對風(fēng)能及太陽能等清潔能源的利用及特點(diǎn)的系統(tǒng)性講解，并結(jié)合相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例。

2.教學(xué)手段

在教學(xué)過程中，無論是課堂教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)，在原有的教學(xué)模式上進(jìn)行改進(jìn)工作。授課過程不再是教師獨(dú)自完成教學(xué)任務(wù)，而是采用啟發(fā)互動式的教學(xué)方法。旨在使學(xué)生間、教師與學(xué)生間產(chǎn)生良性互動，形成一種探討式的教學(xué)理念，使彼此的觀點(diǎn)相互碰撞，產(chǎn)生共鳴，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

本著培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，同時也為了擴(kuò)寬學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，在“能源與環(huán)境系統(tǒng)工程概論”授課中期，安排學(xué)生對本專業(yè)的相關(guān)理論在工程實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行案例介紹，實(shí)施過程主要是通過制作PPT的形式，在課堂上每位學(xué)生進(jìn)行10分鐘的講解。講解結(jié)束，臺下學(xué)生可根據(jù)自己的想法提出相應(yīng)問題，之后講解者進(jìn)行解答。通過這樣的方式，每個學(xué)生都可以參與其中，如此也進(jìn)一步彌補(bǔ)了實(shí)踐課程不足所造成的知識體系不全面。

3.CFD課程的開設(shè)

CFD技術(shù)是建立在經(jīng)典流體動力學(xué)與數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)上的一門新型的獨(dú)立學(xué)科，[4]它兼有理論性和實(shí)踐性的雙重特點(diǎn)，是與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相連的。

通過實(shí)驗(yàn)的方法所測得的數(shù)據(jù)真實(shí)可信。然而實(shí)驗(yàn)時，往往會受到模型尺寸、流場擾動、人身安全和測量精確度等方面的限制，有時很難通過實(shí)驗(yàn)的方法得到滿意的結(jié)果。此外，實(shí)驗(yàn)時還會有經(jīng)費(fèi)的投入、人力和物力的消耗及實(shí)驗(yàn)周期長的問題，定會造成能源的浪費(fèi)現(xiàn)象。而CFD技術(shù)在一臺計(jì)算機(jī)上完成相關(guān)運(yùn)算，是用模擬的方法完成相同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過數(shù)值模擬再現(xiàn)實(shí)際場景。

在教學(xué)改革中，正是考慮到CFD計(jì)算精確、能耗小、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在本專業(yè)開設(shè)了“CFD工程軟件及應(yīng)用”課程。選取的教材為王福軍編著的《計(jì)算流體動力學(xué)分析—CFD軟件原理與應(yīng)用》（清華大學(xué)出版社），該教材實(shí)用性強(qiáng)、重點(diǎn)突出、易學(xué)易懂。本課程在教學(xué)任務(wù)共計(jì)32個學(xué)時，每講授1個課時，預(yù)留給學(xué)生1個計(jì)算實(shí)例，培養(yǎng)其動手能力。為防止互相抄襲現(xiàn)象，每位學(xué)生的計(jì)算案例皆不相同。由于本軟件具有理論性與實(shí)踐性的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生不僅對理論知識進(jìn)行了梳理，實(shí)踐能力也得到了加強(qiáng)，補(bǔ)充了實(shí)驗(yàn)課程少所帶來的不利影響。

CFD課程的開設(shè)在一定方面也與我國所提出的節(jié)能減排政策相契合，這樣的授課特點(diǎn)既減少了課程開支，也保證了教學(xué)質(zhì)量。

4.污染物控制教學(xué)與節(jié)能減排形勢相結(jié)合

在世界范圍內(nèi)，環(huán)境保護(hù)已成為熱點(diǎn)話題，而電站燃煤是造成環(huán)境問題的罪魁禍?zhǔn)?。圍繞著環(huán)保，產(chǎn)生了各種燃煙型控制技術(shù)，這其中包括煤的凈化技術(shù)、煤的先進(jìn)燃燒技術(shù)、燃煤煙氣凈化技術(shù)及潔凈煤發(fā)電新技術(shù)。

在過去的一段時間內(nèi)大氣污染的重點(diǎn)控制對象為硫氧化物及碳氧化物，而現(xiàn)今的重點(diǎn)控制對象已變?yōu)榈趸铩榇?，在對學(xué)生授課時，對污染物控制技術(shù)應(yīng)深入介紹，同時也要對我國排放標(biāo)準(zhǔn)與國際排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，讓學(xué)生對相關(guān)政策有一定的了解。例如，授課時對脫硝裝置進(jìn)行系統(tǒng)的介紹，使學(xué)生知道當(dāng)前的脫硝技術(shù)有哪些、國際上的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)如何。

5.社會實(shí)踐環(huán)節(jié)

熱能與動力工程專業(yè)是一個實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，很多的理論知識都需要通過實(shí)踐的方式去領(lǐng)會與消化。因此，實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生對知識全面掌握程度的必備環(huán)節(jié)。

實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是以當(dāng)前污染物控制相關(guān)內(nèi)容為主，在提前與電廠溝通的前提下，且在電廠檢修期間，帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場教學(xué)，同時要充分注意學(xué)生安全問題。由于時間限制，主要對除塵系統(tǒng)、煙氣排放系統(tǒng)、脫硫島及脫硝島進(jìn)行參觀及學(xué)習(xí)。在現(xiàn)場時，學(xué)生對于不懂的問題，由教師或電廠的運(yùn)行人員進(jìn)行答疑解惑。

同時，鼓勵學(xué)生參加相關(guān)的節(jié)能減排大賽。充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力與想象力，在其過程中，教師給予一定的指導(dǎo)工作。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，使每個學(xué)生對本專業(yè)有整體上的認(rèn)識，為今后的研究與工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

在節(jié)能減排的時代背景下，針對熱能專業(yè)的特點(diǎn)，對有利于本學(xué)科發(fā)展的教學(xué)工作完善問題進(jìn)行了有益的探討。具體內(nèi)容包括：教學(xué)內(nèi)容上對清潔新型能源的重點(diǎn)介紹、理論性與實(shí)踐性完備的CFD課程的開設(shè)、為應(yīng)對污染物控制問題的控制策略。通過這些改革與創(chuàng)新方法的嘗試，在教學(xué)上取得了令人滿意的成績。學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性有所提高，對知識的理解得以深入，且本專業(yè)就業(yè)趨勢明朗，就業(yè)單位對學(xué)生評價(jià)較高，從而證實(shí)了該教學(xué)改革與創(chuàng)新工作的實(shí)施是成功的，達(dá)到了最初的教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝吉明，王書肖.燃煤SO2控制技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]牛云翥，牛叔文，張馨，趙春升.家庭能源消費(fèi)與節(jié)能減排的政策選擇[J].中國軟科學(xué)，2013，（5）.

篇7

關(guān)鍵詞：潔凈室計(jì)算流體動力學(xué)風(fēng)機(jī)過濾器單元滿布率節(jié)能

1引言

潔凈室空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)典的方案是采用中央空調(diào)和三級過濾器集中送風(fēng)，通過大型風(fēng)道將已經(jīng)處理的空氣送至過濾器的接聯(lián)管道，然后經(jīng)高效空氣過濾器（HEPAFilter）或者超高效空氣過濾器（ULPAFilter）送到潔凈室。而另一種方案是采用室內(nèi)循環(huán)風(fēng)就地冷卻，利用干冷卻盤管解決新風(fēng)不能提供全部冷負(fù)荷的問題，同時利用風(fēng)機(jī)過濾器單元來進(jìn)行空氣循環(huán)。每種方式各有一定的適用范圍，風(fēng)機(jī)過濾器單元（FFU）因其靈活性大,即可通過置換盲板來提高局部區(qū)域的潔凈度、占用空間較少等優(yōu)點(diǎn)得到越來越多的應(yīng)用，尤其適合于舊廠房的改造及技術(shù)更新較快的工程。雖然FFU系統(tǒng)成本較高，而從綜合投資角度，分析認(rèn)為采用FFU方式在末端過濾器鋪設(shè)率為25%－30%時較為有利【1】。

ISO5級（百級）潔凈室屬于潔凈室用暖通空調(diào)系統(tǒng)耗能大戶，通常采用吊頂滿布高效過濾器的送風(fēng)方式，運(yùn)行能耗較大。有關(guān)潔凈室運(yùn)行費(fèi)用的文獻(xiàn)指出，在某些歐洲國家，能源消耗的費(fèi)用已占潔凈室運(yùn)行、維護(hù)年度總費(fèi)用的65%～75%【2】，其主要影響因素是潔凈室的空氣流量和采暖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)如何有效地向潔凈室分布經(jīng)過凈化和溫濕度調(diào)節(jié)的空氣，所以在保證潔凈污染控制的條件下，合理選擇送風(fēng)速度，布置末端過濾器、回風(fēng)口、減少送風(fēng)量以便節(jié)能是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

另外國外對一些ISO5級潔凈室實(shí)測數(shù)據(jù)表明，大部分換氣次數(shù)遠(yuǎn)低于建議的下限值【2】，而在設(shè)計(jì)中存在系統(tǒng)風(fēng)量過大的傾向，這可能與對氣流缺乏了解，擔(dān)心系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的保守思想有關(guān)，說明提高節(jié)省能源的機(jī)會確實(shí)存在。隨著計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)自身的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)和潔凈室等工程領(lǐng)域，通過計(jì)算機(jī)求解流體所遵循的控制方程，可以獲得流動區(qū)域的流速、溫度、濃度等物理量的詳細(xì)分布情況，是一種較好的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具。其優(yōu)勢在于利用CFD技術(shù)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬可以在施工前發(fā)現(xiàn)失誤并及時更正，避免經(jīng)濟(jì)損失；可以迅速發(fā)現(xiàn)提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的可能性；另外，通過模擬可以得到一系列運(yùn)行的備選方案，以便在尋找最經(jīng)濟(jì)方案時有所依據(jù)。

本文利用CFD軟件，對擬采用FFU凈化空調(diào)系統(tǒng)的某微電子潔凈廠房的ISO5級潔凈室進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，通過幾個設(shè)計(jì)方案相比較，利用所得到的速度場，分析評價(jià)其性能，利用理論計(jì)算驗(yàn)證其平衡態(tài)的潔凈度，并提出一些應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。

2數(shù)值模擬及分析

2.1數(shù)學(xué)模型

從流動的雷諾數(shù)Re來考慮，潔凈室的氣流均為紊流【3】，空氣的流動滿足連續(xù)性方程，動量方程和能量方程。對于工程問題，我們不需要關(guān)心紊流的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其瞬時變化，而只關(guān)心紊流隨機(jī)變量的有關(guān)平均值，因此，本文采用數(shù)值計(jì)算三類方法中雷諾時均方程中的紊流粘性系數(shù)法，流動模型采用暖通空調(diào)廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)k-ε二方程模型，k-ε模型通過求解紊流動能與紊流動能耗散率的輸運(yùn)方程得到紊流粘性系數(shù)。

控制方程的通用形式為【4】：

式中：ρ為空氣密度(kg/m3)，V為氣流速度矢量(m/s)，Γφ，eff為有效擴(kuò)散系數(shù)(kg/ms)，Sφ是源項(xiàng)，Φ代表1，u,v,w,k,ε中的一項(xiàng)，u,v,w為三個方向的速度分量(m/s)，k為紊流動能(m2/s2)，ε為紊流動能耗散率(m2/s3)，Φ=1時通用方程變?yōu)檫B續(xù)性方程。

邊界條件：墻體邊界設(shè)為無滑移邊界條件。送風(fēng)邊界條件，送風(fēng)速度取過濾器面風(fēng)速平均值，速度方向豎直向下?；仫L(fēng)邊界條件，回風(fēng)口滿足充分發(fā)展段紊流出口模型。由于室內(nèi)熱負(fù)荷較小，不考慮溫度浮升效應(yīng)對氣流的影響。采用混合迎風(fēng)差分格式對偏微分方程進(jìn)行離散，基于有限容積法的SIMPLEST算法進(jìn)行求解。

2.2物理模型及計(jì)算結(jié)果分析

方案一將風(fēng)機(jī)過濾器單元（規(guī)格為1.2m×1.2m）成條型居中布置于天花板，滿布比在25%，回風(fēng)采用全地面均勻散布穿孔板作為回風(fēng)口。物理模型平面圖如圖1。經(jīng)模擬計(jì)算得到氣流流場示于圖3，由于送風(fēng)口在Y方向呈對稱布置，圖中只給出一半流場。從圖中可見，在送風(fēng)口下方流線垂直向下，流線平行較好，而在送風(fēng)口至墻體范圍內(nèi)有較大的渦流區(qū)，則主流區(qū)范圍減少，不能使全室工作區(qū)達(dá)到較高級別。同時粒子也會被卷吸進(jìn)入主流區(qū)，排除污染物的路徑增長，增加污染的可能性。

圖1FFU布置平面示意圖（條型）圖2FFU布置平面示意圖（均勻）

圖3FFU條型布置YZ截面流場圖

圖4FFU均勻布置YZ截面流場圖

方案二將FFU（規(guī)格為1.2m×1.2m）散布于天花板，滿布比仍為25%，過濾器面風(fēng)速在0.45m/s，回風(fēng)采用全地面均勻散布高架格柵地板作為回風(fēng)口。物理模型平面示意圖如圖2，氣流流場分布如圖4。模擬計(jì)算顯示，對于均勻布置FFU方案，工作區(qū)1.2m及0.8m高度斷面平均風(fēng)速分別為0.1545m/s、0.1516m/s，可見散布末端過濾器送風(fēng)口可以減小速度的衰減。雖然在送風(fēng)口之間上部存在反向氣流，形成小的渦流區(qū)，但在工作區(qū)0.8m－1.2m范圍內(nèi)已形成豎直向下的流線，時均流線平行較好，由于此潔凈室產(chǎn)熱量較小，熱氣流對流線影響可忽略，不會產(chǎn)生逆向污染，因此上部的渦流不會對主流區(qū)產(chǎn)生影響?？諝庵械奈⒘Ｔ谥亓ΑT性和擴(kuò)散三種作用力下運(yùn)動速度和位移是微小的，直徑在1μm時，微粒跟隨氣流運(yùn)動的速度和氣流速度相差不會大于10－3【3】。此設(shè)計(jì)中新風(fēng)處理機(jī)組設(shè)三級過濾器，F(xiàn)FU中過濾器為U15≥99.9995%＠MPPS，直徑＞1μm的微?？梢暈榱悖虼?，工作區(qū)產(chǎn)生的微粒能完全跟隨氣流一起運(yùn)動，直接排出潔凈室。

當(dāng)進(jìn)一步減小滿布比時模擬計(jì)算可知，除送風(fēng)口正下方—定區(qū)域外，其余部分已根本不能保證氣流接近垂直向下，過濾器之間存在一個從天花板到地面貫通的巨大渦流區(qū)，污染物極易被卷吸進(jìn)入渦流區(qū)內(nèi)而不易排出。

經(jīng)過模擬計(jì)算及分析，我們認(rèn)為在送風(fēng)口滿布比為25%，均勻分布FFU，采用全地面均勻散布穿孔板回風(fēng)，過濾器面風(fēng)速在0.45m/s，相應(yīng)換氣次數(shù)為147次/小時，由于FFU可達(dá)到較大的送風(fēng)面風(fēng)速，以及均勻散布穿孔地板回風(fēng)口的均流作用，因?yàn)槿绻捎脗?cè)墻下側(cè)回風(fēng)，就會在潔凈室中間下部區(qū)域形成較大的渦流三角區(qū)【5】，因此，潔凈室內(nèi)能夠形成比較合理的氣流流形，在主流區(qū)內(nèi)能形成基本垂直向下的流線，但在靠近四周墻壁處，由于形成受限射流，出現(xiàn)渦旋，因此在布置設(shè)備時，應(yīng)避免將設(shè)備靠墻壁布置，而應(yīng)留有一定距離，這是潔凈室施工完畢，開始投入使用時應(yīng)加以注意的。另外，此設(shè)計(jì)中雖然不能形成如傳統(tǒng)滿布高效過濾器送風(fēng)口而形成的全室平行氣流，但美國標(biāo)準(zhǔn)IES－RP－CC012.1【6】中已認(rèn)為ISO5級潔凈室也可采用非單向流流型或混合流型。

3理論計(jì)算潔凈度

潔凈室的潔凈度級別由通風(fēng)系統(tǒng)和室內(nèi)污染源所決定?？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)公式對其進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)粒子平衡理論，進(jìn)入潔凈室的粒子有室外新風(fēng)帶入、循環(huán)空氣帶入及室內(nèi)污染源。對于電子廠房室內(nèi)污染源主要是工作人員的產(chǎn)塵，而設(shè)備產(chǎn)塵很小可忽略不計(jì)。從潔凈室排出的粒子有回風(fēng)帶出及由于室內(nèi)正壓而滲出的粒子?？傻萌缦路匠獭?】：

達(dá)到平衡狀態(tài)時，濃度方程變?yōu)椋?/p>

其中

以上式中：Q，送風(fēng)量，m3/sq，滲出的空氣量，m3/s；V，潔凈室的容積，m3；x，循環(huán)風(fēng)的比例，此處為1；c，潔凈室的濃度，粒/m3；c0，潔凈室的初始濃度，粒/m3；c∞，潔凈室的平衡濃度，粒/m3；c1，滲出空氣的濃度，粒/m3；cout，室外新風(fēng)的濃度，粒/m3；t，時間；ηout，新風(fēng)過濾器效率；ηrec，回風(fēng)過濾器效率；S，室內(nèi)污染源，粒/秒；ε,通風(fēng)效率。

新風(fēng)預(yù)過濾器為F5（η＝55%），中效過濾器為F9（η＝95%），高效過濾器為H12（η＝99.5%），F(xiàn)FU中過濾器為U15（η≥99.9995%＠MPPS）；新風(fēng)含塵濃度天津地區(qū)取為3×107粒/m3(≥0.5μm)；身著潔凈服的工作人員走動時的產(chǎn)塵量為1×104粒/秒·人(≥0.5μm)；設(shè)同時有3人在工作；通風(fēng)效率取為90%；新風(fēng)比為4.42%。計(jì)算得出此設(shè)計(jì)的潔凈室穩(wěn)定含塵濃度為2857粒/m3（即81粒/ft3），達(dá)到ISO5級100粒/ft3的設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)論

通過本文的研究可得到如下結(jié)論：

1）針對電子廠房潔凈室發(fā)塵量較低，室內(nèi)人員較少，熱負(fù)荷較小的情況，通過選擇級別較高的過濾器，合理布置末端高效過濾器的位置，回風(fēng)方式后，即使設(shè)計(jì)的室內(nèi)換氣次數(shù)、斷面平均風(fēng)速低于規(guī)范建議的下限值，仍可有效地濾除粒子，滿足空氣潔凈度要求。

2）CFD是一種較好的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具，結(jié)合工程實(shí)際情況，借助模擬工具進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)是必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

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3.許鐘麟.空氣潔凈技術(shù)原理.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1998

4.陶文銓.數(shù)值傳熱學(xué)（第二版）.西安:西安交通大學(xué)出版社,2001

5.樊洪明,何鐘怡，李先庭.空氣動力學(xué)學(xué)報(bào)，2001，19（3）：302～309

篇8

一、引言

近年來我國水泥工業(yè)取得了較大的發(fā)展，但在熱耗、電耗、污染物排放等方面同國際先進(jìn)水平仍存在一定差距，有很大的潛力可挖。預(yù)分解系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、減少污染物排放的關(guān)鍵設(shè)備，因此開展預(yù)分解系統(tǒng)的研究不僅能促進(jìn)我國水泥技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)我國水泥技術(shù)的國際競爭力，而且對實(shí)現(xiàn)我國水泥工業(yè)節(jié)能、降耗、清潔生產(chǎn)發(fā)展目標(biāo)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文的項(xiàng)目以5 000t/d預(yù)分解系統(tǒng)為研究對象，來源于國家科技部“十一五”科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目：“綠色制造工藝與裝備”的“高性能水泥綠色制造工藝和裝備”課題及后續(xù)研究。結(jié)合流體動力學(xué)基本原理，采用Fluent軟件模擬旋風(fēng)筒、分解爐內(nèi)的氣流速度場、溫度場、顆粒濃度場及氣體組分場等分布狀況，對了解和掌握煤粉在分解爐爐內(nèi)燃燒過程及其規(guī)律，為水泥工業(yè)熱工設(shè)備的設(shè)計(jì)、燃燒裝置的正常運(yùn)行和控制燃燒過程提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)意義。由于篇幅限制，本文僅以分解爐（含鵝頸管）部分為代表介紹數(shù)值模擬在設(shè)備開發(fā)研究中的應(yīng)用，對項(xiàng)目研究成果――HF5000高能效預(yù)分解系統(tǒng)在示范線上的使用情況做以闡述。

二、5 000t/d分解爐的數(shù)值模擬

分解爐是預(yù)分解窯的關(guān)鍵設(shè)備，具有燃料燃燒、氣固換熱和碳酸鹽分解等多種功能，是一個非常復(fù)雜的氣固反應(yīng)器、換熱器和輸送器，必須使風(fēng)、煤、料在爐內(nèi)混合分布均勻，煤粉才能迅速燃燒，從而使放出的熱量及時被生料吸收用于CaCO3分解。所以清楚地了解和分析爐內(nèi)物料運(yùn)動、煤粉燃燒與碳酸鈣分解，對優(yōu)化分解爐內(nèi)燃燒過程、提高生料分解率，進(jìn)而研究其結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要的理論價(jià)值與實(shí)際意義。

1.分解爐的模型建立

該部分由爐體、爐腔及上下錐體、鵝頸管組成。在下錐體左側(cè)部三次風(fēng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入分解爐，三次風(fēng)管邊部及對面各設(shè)有一個燃料噴嘴，在下錐體上部兩側(cè)設(shè)有物料喂入裝置。其幾何模型與實(shí)體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其幾何尺寸如表1。

2.計(jì)算區(qū)域與網(wǎng)格的生成

網(wǎng)格的生成在流場數(shù)值模擬中屬于前處理過程。模型的網(wǎng)格劃分是進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的前提，也是關(guān)鍵的一步。網(wǎng)格質(zhì)量的好壞，不僅會影響計(jì)算結(jié)果的精度，對模擬結(jié)果與真實(shí)情況的吻合程度也有較大影響。針對預(yù)分解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文在研究過程中劃分網(wǎng)格時，采用T-Grid網(wǎng)格技術(shù)方法生成網(wǎng)格，如圖2所示。

3.數(shù)學(xué)模型

假設(shè)分解爐內(nèi)流體的流動為穩(wěn)態(tài)湍流流動，窯尾煙氣入口處與三次風(fēng)進(jìn)口處初始速度皆為均勻分布，顆粒間相互碰撞僅考慮重力和阻力。氣體流動采用重整化群（RNG）的κ-ε模型，燃料燃燒及碳酸鈣分解采用有限速率/渦耗散模型，輻射傳熱模型采用DO模型。其三維流動的控制方程可寫成如下統(tǒng)一形式：

（1）

當(dāng)φ=1時為連續(xù)性方程，S φ是由氣相引起的源項(xiàng)或匯項(xiàng)，S ρφ是由固體顆粒引起的源項(xiàng)。

燃料顆粒作為離散相，在拉格朗日（Lagrangian）坐標(biāo)系中描述，同時考慮它與氣相之間的質(zhì)量、動量和能量交換作用。顆粒的運(yùn)動方程可表示為：

（2）

方程2的右邊依次為氣相阻力、重力（包括浮力）和其他作用力。

燃燒顆粒的能量方程為：

（3）

式中，右邊依次為對流傳熱、輻射傳熱、熱解揮發(fā)分析出熱和反應(yīng)放熱；其中m ρ為顆粒的質(zhì)量，C ρ為顆粒的比熱，T ρ為顆粒的溫度，h 為對流換熱系數(shù)，A ρ為顆粒表面積，T ∞為氣相溫度，ε ρ為顆粒的發(fā)射率，σ 為波爾茲曼常數(shù)，θ R為輻射溫度，I 是輻射強(qiáng)度，h f為汽化潛熱，?h份額常數(shù)，H reac為表面反應(yīng)釋放的熱量。

4.初始、邊界條件及計(jì)算方法

為了使流動過程與方程組能夠用數(shù)值方法求解，必須給定相應(yīng)的邊界條件和初始條件，并且

初始條件和邊界條件給定合理與否將直接影響方程組解的收斂性和正確性。

分解爐各入口邊界與出口邊界條件如表2，固體壁面邊界采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，無滑移邊界，壁面粗糙度為0.5。煤粉（取自示范線）的成分分析如表3。

對于所有相的控制方程采用控制容積法進(jìn)行離散，離散方程組的速度與壓力的耦合采用SIMPLE（Semi-Impilict Method for Pressure-Linked Equation即半隱式壓力相關(guān)方程解法）算法，該方法優(yōu)點(diǎn)是可以直接求出壓力場和速度場，收斂性好。所有方程都采用二階迎風(fēng)差分格式，低松馳算法聯(lián)合求解。收斂標(biāo)準(zhǔn)能量耗散項(xiàng)為10-6，其他各項(xiàng)為10-3。

5.數(shù)值模擬結(jié)果分析

通過上面的建模、網(wǎng)格劃分、定義邊界條件和計(jì)算，可以得出分解爐內(nèi)的速度場、溫度場、氣體組分布和顆粒運(yùn)動軌跡等信息。如圖3～圖5為分解爐Y =0的截面上速度分布填充圖、溫度填充圖及氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布圖，圖6給出了分解爐內(nèi)顆粒運(yùn)動軌跡圖。

通過對分解爐數(shù)值模擬的研究應(yīng)用，全面分析了分解爐內(nèi)部的氣固兩相流場，對模擬結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析計(jì)算，為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。從數(shù)值計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)如下結(jié)論。

（1）從速度分布可以看出，窯氣從窯內(nèi)噴騰而入，具有明顯的噴射流特征，三次風(fēng)切向而入與噴射而入的窯氣在窯爐錐體部形成疊加的強(qiáng)流場。在三次風(fēng)入口處有強(qiáng)的旋流運(yùn)動，且靠近三次風(fēng)管一面比另一面有強(qiáng)的速度場。由于三次風(fēng)的作用在靠近分解爐的錐體處出現(xiàn)負(fù)的速度分布，說明有下降氣流出現(xiàn)，即有環(huán)狀立渦，這些速度的變化都將有利于增加物料停留時間、提高換熱效率和碳酸鹽的分解率，增加分解爐容積利用率。

（2）從運(yùn)動軌跡模擬看出符合旋流噴騰的設(shè)計(jì)要求。

（3）通過溫度分布看出分解爐內(nèi)溫度區(qū)域分布均勻合理，在下錐體部分有局部高溫利于燃料的及時燃燒，爐膛溫度分布符合噴旋分解爐燃燒的規(guī)律。

（4）通過氣體組分模擬結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，三次風(fēng)、煤粉的進(jìn)入點(diǎn)的布置合理，三次風(fēng)進(jìn)入方式符合要求，分解爐內(nèi)的燃燒非常完全。

三、示范線運(yùn)行情況

通過數(shù)值模擬與實(shí)際相結(jié)合的方法，圓滿完成設(shè)計(jì)要求，取得了豐碩成果――HF5000高能效預(yù)分解系統(tǒng)經(jīng)在寶雞市眾喜金陵河水泥有限公司使用，運(yùn)行良好。

經(jīng)國家建筑材料工業(yè)水泥能效環(huán)保評價(jià)檢驗(yàn)檢測中心標(biāo)定，主要運(yùn)行指標(biāo)如下：燒成系統(tǒng)熟料產(chǎn)量5 816t/d，燒成熱耗2 939.77k j/k g-c l，1#筒出口溫度280℃；三次風(fēng)溫度1080℃，出冷卻機(jī)熟料溫度93℃，冷卻機(jī)熱回收效率76.18%，單位熟料冷卻風(fēng)量1.8238N?m3/k g-c l；燃燒器一次風(fēng)量7%，火焰熱力強(qiáng)度高，調(diào)節(jié)靈活，對煤質(zhì)的適應(yīng)能力強(qiáng)。表4和表5分別給出了國內(nèi)5 000t/d生產(chǎn)線運(yùn)行指標(biāo)（平均）、新型干法生產(chǎn)線生產(chǎn)水平比較。通過以上參數(shù)比較可以看出該系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均居國內(nèi)同類型生產(chǎn)線領(lǐng)先水平。圖7為示范線中央控制系統(tǒng)。

四、總結(jié)與展望

篇9

【關(guān)鍵詞】離心壓縮機(jī)；設(shè)計(jì)方法；開發(fā)

0.前言

在石油、天然氣和煤化工等行業(yè)的工藝流程中，離心壓縮機(jī)起著核心、關(guān)鍵設(shè)各的作用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能耗和環(huán)保問題日益尖銳，對離心壓縮機(jī)性能的要求也愈加苛刻，這一問題己經(jīng)受到汽輪機(jī)機(jī)械行業(yè)工作者的普遍關(guān)注。

隨著計(jì)算方法的不斷改進(jìn)和計(jì)算流體動力學(xué)軟件的迅速發(fā)展和應(yīng)用，離心壓縮機(jī)專業(yè)領(lǐng)域取得了許多可喜的成果，然而由于氣體流動的復(fù)雜性，在這一領(lǐng)域仍有許多難題需要專業(yè)工作者進(jìn)行長期的探索。就離心壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)而言，需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撝С趾同F(xiàn)金的計(jì)算手段，更重要的是需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和時間經(jīng)驗(yàn)的支持，更重要的是需要大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的支持。本文將結(jié)合作者多年來的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)資料，對離心壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單地總結(jié)，并提出一些設(shè)想。

1.離心壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)方法

離心式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是離心壓縮機(jī)基本原理和設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。在工程應(yīng)用中其主要的設(shè)計(jì)方法有三種：效率法、?；ê土鞯婪?。

效率發(fā)是根據(jù)已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和類似的壓縮機(jī)產(chǎn)品，預(yù)先給定級效率，然后按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取級的主要幾何參數(shù)和各個單元件的形式，設(shè)計(jì)出壓縮機(jī)的流道幾何尺寸，其缺點(diǎn)是用級的平均多變效率代替各部件的效率，不能反映各部件的真實(shí)情況。

流道法則是以級中各元件的試驗(yàn)為基礎(chǔ)，用已有基本元件性能經(jīng)過換算去匹配新的元件來設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的流道。這種方法需要大量的元件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前由于缺乏完整的各種典型級和元件匹配性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)而較少采用。

模化設(shè)計(jì)方法包括整機(jī)?；O(shè)計(jì)和按照基本級匹配的設(shè)計(jì)，它們都是以相似理論為基礎(chǔ)的幾何形狀和流體動力方面的相似?；Ｓ捎诓捎玫哪Ｐ蜋C(jī)器或基本級是經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證的，所以?；O(shè)計(jì)的新機(jī)器性能是最可靠的。在?；O(shè)計(jì)中，按基本級匹配的方法可組合出各種性能的機(jī)器，具有很大的靈活性，因此所有的離心壓縮機(jī)公司大多采用這種方法并且都擁有相當(dāng)規(guī)模的基本級供設(shè)計(jì)選用，同時也促進(jìn)了系列化設(shè)計(jì)的產(chǎn)生。由于系列化的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的制造周期明顯縮短，節(jié)約了成本，保證了質(zhì)量，得到了所有壓縮機(jī)成產(chǎn)廠家的普遍推崇。

1.1效率法設(shè)計(jì)

盡管效率法由于太隨機(jī)而逐漸被淘汰，但是它卻是級設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)的方法，特別是在基本級比較缺乏時仍在采用。

利用效率法設(shè)計(jì)產(chǎn)品，不僅要正確選擇主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣流參數(shù)，而且要合理設(shè)計(jì)葉片型線。同時考慮葉輪作為離心壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)同諸多因素有關(guān)。

1.2?；O(shè)計(jì)

壓縮機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，下面就對以基本級為基礎(chǔ)的?；O(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。利用基本級進(jìn)行模化設(shè)計(jì)的前提必須擁有性能可靠，適用流量范圍寬的系列基本級。

2.離心壓縮機(jī)和離心鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的區(qū)別

離心鼓風(fēng)機(jī)由于壓力較低，可壓縮性，附面層等的影響沒有離心壓縮機(jī)那么顯著，所以其基本級的設(shè)計(jì)比壓縮機(jī)要簡單，特別是在出口壓力較低時，可只改變?nèi)~片的型線而不改變?nèi)~輪的出口寬度來達(dá)到要求。

目前我公司同海巴公司合作開發(fā)的低速風(fēng)機(jī)就是如此，當(dāng)Qj=380～750時，風(fēng)機(jī)可用相同的b2， 所以其系列化較壓縮機(jī)要容易些. 而離心壓縮機(jī)中流動復(fù)雜， 各種損失多， 各級的流動狀況差異大， 所以需要不同的基本級進(jìn)行匹配才能滿足要求。

3.開發(fā)離心基本級，提高離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)水平

基本級性能的優(yōu)劣直接影響壓縮機(jī)的性能?？v觀系列化程度較高的各壓縮機(jī)公司，無不在基本級的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)上進(jìn)行大量的投入。再者隨著競爭的不斷激烈，用戶對產(chǎn)品可靠的性能和較短的供貨周期更加關(guān)注。這樣就更促使了設(shè)計(jì)廠家進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)，利用基本級進(jìn)行?；O(shè)計(jì)就成為必然。所以，離心壓縮機(jī)企業(yè)的設(shè)計(jì)水平很大程度上取決于基本級的設(shè)計(jì)水平。

在基本級的開發(fā)上，氣動設(shè)計(jì)應(yīng)注重每個元件的基本氣動過程，其中包括：氣體蝸室、葉輪、葉輪與擴(kuò)壓器無葉空間、擴(kuò)壓器回流室、密封等并考慮各元件中基本流動現(xiàn)象；基本核流效應(yīng)；二次流現(xiàn)象；間隙效應(yīng)；盤摩擦效應(yīng)；混合過程等。同時，注重各種修正數(shù)據(jù)的積累，并運(yùn)用CFD這種先進(jìn)的技術(shù)工具進(jìn)行分析，盡量縮短開發(fā)的周期。

目前石化行業(yè)需要大量的技術(shù)含量較高的所謂高端產(chǎn)品，這些產(chǎn)品設(shè)計(jì)難度大，性能指標(biāo)要求高，這就需要設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)有非常高的可靠性，就必須借助于可靠的基本級來設(shè)計(jì)。隨著基本級的不斷積累和試驗(yàn)研究的深入進(jìn)行，離心壓縮機(jī)的系列化設(shè)計(jì)水平將有一個很大的提高?！?/p>

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篇10

關(guān)鍵詞：建筑風(fēng)環(huán)境 CFD技術(shù)

中圖分類號：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

Abstract

In recent years, more and more people pay attention to building wind environment. Wind is one of the important factors constituting the outdoor environment, wind and the urban environment, the built environment has a close relationship, and urban planning, architectural design and structural design field plays a big impact. However, it is very difficult to master the wind environment, The traditional analog means consuming and laborious. In recent years, more and more of the technical staff of the various industries used CFD technology as a means of digitized analog, its irreplaceable advantages will make the building simulation technology to achieve a new leap.

Keywords: Building wind environmentCFD technology

0.引言

人、自然、建筑、城市一直是緊密相關(guān)的概念，而風(fēng)與他們都有關(guān)系。近年來，“建筑的風(fēng)環(huán)境”已經(jīng)和“熱環(huán)境”、“聲環(huán)境”、“光環(huán)境”一樣，越來越多地引起人們的重視。風(fēng)是構(gòu)成環(huán)境，尤其是室外環(huán)境的重要因素之一，風(fēng)和城市環(huán)境、建筑環(huán)境有著密不可分的關(guān)系，并對城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域起著很大的影響。

在城市中，風(fēng)環(huán)境的特性非常復(fù)雜，它不僅依賴于建筑本身的外形、尺寸和某些建筑物的特征（如開口、通道、架空等），而且依賴于周圍建筑物的相對位置、外形及四周地形的粗糙程度。隨著建筑物的增高、布局的密集，建筑物對氣流的影響越來越難于掌握。例如高層建筑狹道內(nèi)過高的風(fēng)速、過急的渦流將對行人造成不舒適，甚至帶來危險(xiǎn)；不當(dāng)?shù)慕ㄖ季只蝮w型易使氣流在建筑群之間形成“渦流死區(qū)”，不利空氣的流動及廢氣、熱氣的排散。

因此，在建筑設(shè)計(jì)階段就對建筑風(fēng)環(huán)境作出預(yù)測和評價(jià)，以指導(dǎo)、優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)已顯得十分必要。而目前人們對建筑的風(fēng)環(huán)境大多停留在感性認(rèn)識階段。我國地域遼闊，各地區(qū)間氣候差異顯著，對建筑風(fēng)環(huán)境的要求也大不相同，怎樣的建筑風(fēng)環(huán)境適應(yīng)何種氣候類型，需要我們做進(jìn)一步的細(xì)致研究。

1.CFD介紹

目前，建筑風(fēng)環(huán)境研究的主要手段是邊界層風(fēng)洞試驗(yàn)，當(dāng)風(fēng)特性的精度對建筑結(jié)構(gòu)至關(guān)重要時，風(fēng)洞試驗(yàn)已成為必要手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)(CFD)已經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域被用于學(xué)術(shù)研究和工業(yè)實(shí)踐。與風(fēng)洞試驗(yàn)相比，數(shù)值模擬技術(shù)具有省時及省費(fèi)用的明顯優(yōu)勢，過去的幾十年中，一些研究者對單體建筑的繞流進(jìn)行了數(shù)值模擬。他們的研究成果表明，采用合適的數(shù)值方法，一些復(fù)雜的流動現(xiàn)象是能夠較準(zhǔn)確地被預(yù)測到的。圖1為對同一建筑模型分別做風(fēng)洞模擬和數(shù)字模擬。

圖1對同一建筑模型分別做風(fēng)洞和數(shù)字模擬

CFD 技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。CFD相當(dāng)于“虛擬”地在計(jì)算機(jī)做實(shí)驗(yàn)，用以模擬仿真實(shí)際的流體流動情況。而其基本原理則是數(shù)值求解控制流體流動的微分方程，得出流體流動的流場在連續(xù)區(qū)域上的離散分布，從而近似模擬流體流動情況?？梢哉J(rèn)為CFD是現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)的一種。CFD具有成本低、周期短、速度快、資料完備且可模擬各種不同的工況等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，故備受青睞。

目前，CFD技術(shù)在國際上尤其是在美國等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用。常用的風(fēng)環(huán)境模擬的軟件都是基于計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）原理，使用FLUENT、PHOENICS等軟件系統(tǒng)為平臺，并進(jìn)行專項(xiàng)開發(fā)的計(jì)算軟件來完成。如基于FLUENT開發(fā)的氣流模擬軟件Airpak，使用它可以方便而準(zhǔn)確地建立通風(fēng)系統(tǒng)的氣流、熱傳遞、污染物遷移以及熱舒適性的計(jì)算模型，可方便地進(jìn)行多方案的比較模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果尋找出最佳的設(shè)計(jì)方案。

Fluent公司是享譽(yù)全球的CFD軟件供應(yīng)商和技術(shù)服務(wù)商。公司總部設(shè)在美國新漢普郡州(NewHampshire)的利巴嫩(Lebanon)，下屬機(jī)構(gòu)遍及全球。自FLUENT 軟件面世以來, 以其豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法及技術(shù)人員高質(zhì)量的技術(shù)支持和服務(wù), FLUENT 軟件很快成為CFD市場的領(lǐng)先者。1988年Fluent公司正式成立。Fluent公司的銷售及技術(shù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)遍及世界各地。公司的客戶涉及航空航天、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、航海、石油化工、汽車、能源、計(jì)算機(jī)/ 電子、材料、冶金、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域。Fluent公司與許多具有領(lǐng)先地位的硬件和軟件廠商保持著密切的合作伙伴關(guān)系。這些合作關(guān)系可以保證Fluent軟件及時地應(yīng)用最新的研究成果。Fluent公司在其發(fā)展歷程中，始終領(lǐng)導(dǎo)著商用CFD軟件的發(fā)展方向，不斷推出面向客戶工程需求的軟件工具。其產(chǎn)品作為世界公認(rèn)的CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，獲得了包括ISO9001和Ticket 等諸多權(quán)威質(zhì)量認(rèn)證。

除了上述軟件外，進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬的軟件還有：英國AEA Technology公司的CFX軟件、Computational Dynamics Ltd.公司的Star-CD軟件等等。運(yùn)用CFD（流體動力學(xué)）方法還可以模擬比較街區(qū)建筑物表面不同附著物如綠化種植，對相關(guān)物理環(huán)境要素的影響。如對環(huán)境風(fēng)向、風(fēng)速、相對濕度、平均輻射溫度（MRT）等的空間分布進(jìn)行數(shù)值模擬。由模擬結(jié)果可以得出，不同的綠化方式會明顯的影響街區(qū)內(nèi)的風(fēng)流分布。雖然建筑物表面綠化可以降低建筑外表面、室外空氣和平均輻射的溫度等有利影響，但同時也會產(chǎn)生降低室外風(fēng)速、增加空氣相對濕度等不利影響，而這些因素綜合形成的環(huán)境舒適度定量指標(biāo)是建筑師的一般想象所無法得出的。

2.應(yīng)用原理

CFD模擬大體包含三個主要環(huán)節(jié)：建立數(shù)學(xué)物理模型、數(shù)值算法求解、結(jié)果的可視圖像化。

（1）建立數(shù)學(xué)物理模型

建立數(shù)學(xué)物理模型是對所研究的流動問題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。各種CFD通用軟件的數(shù)學(xué)模型的組成是以納維――斯托克斯方程組與各種湍流模型為主體，再加上多相流模型、燃燒與化學(xué)反應(yīng)流模型、自由面模型以及非牛頓流體模型等。大多數(shù)附加的模型是在主體方程組上補(bǔ)充一些附加源項(xiàng)、附加輸送方程與關(guān)系式。

（2）數(shù)值算法求解

描述流動的各微分方程相互耦合，具有很強(qiáng)的非線性特征，目前只能利用數(shù)值方法，例如有限差分法、有限元法、邊界元法以及有限分析法等方法求解，其中以有限元法和有限差分法為主。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)對于邊界形狀較規(guī)則的研究區(qū)域如矩形區(qū)域，二者模擬效果相同，但有限差分法的計(jì)算較簡潔；而對于邊界形狀較復(fù)雜的區(qū)域，有限元法模擬效果更好。目前大多數(shù)的商用CFD軟件都采用的是有限元法。

（3）計(jì)算結(jié)果的可視化

上述代數(shù)方程求解后的結(jié)果是離散后的各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值，這樣的結(jié)果不直觀，難以為一般工程人員或其他相關(guān)人員所理解。因此將求解結(jié)果的速度場、溫度場或濃度場等表示出來就成了CFD技術(shù)應(yīng)用的必要組成部分。通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)，就可以將我們所求解的速度場和溫度場等形象直觀地表示出來，甚至便于非專業(yè)人員理解，如圖2。如今，CFD的后處理不僅能顯示靜態(tài)的速度、溫度場圖片，而且能顯示流場的流線和跡線動畫，非常形象生動。

圖2可視化的風(fēng)速場圖像

3.實(shí)例

2004年, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)秦偉基于Fluent6.0平臺, 通過20多個鈍體繞流算例計(jì)算結(jié)果與相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，以工程上關(guān)心的風(fēng)荷載宏觀量為考察對象，探討Fluent6.0用于結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載統(tǒng)計(jì)平均量預(yù)測的可靠性。2006年孫曉穎、武岳等以大跨度平屋面為例，采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)對屋蓋表面的風(fēng)壓分布進(jìn)行了數(shù)值模擬。采用了雷諾應(yīng)力湍流模型(RSM)和SIMPLE壓力校正算法，并將計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析，兩者吻合較好。2007年深圳建筑科學(xué)研究院劉俊躍利用CFD對某小區(qū)的自然通風(fēng)進(jìn)行模擬，與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果互相印證。

4.結(jié)論

CFD技術(shù)的飛速發(fā)展為建筑風(fēng)環(huán)境的研究手段帶來了巨大的變革，CFD對流場平均特性的計(jì)算結(jié)果已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化程度，建筑風(fēng)工程領(lǐng)域存在許多可以用CFD和試驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行研究的課題。CFD的發(fā)展和應(yīng)用程度與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。由此我們可以期待未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展必將為CFD在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用帶來一個新紀(jì)元。

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