CFD软件在空气洁净技术教学中的应用研究

向夏楠++蒯大秋

摘 要 在分析空气洁净技术教学现状的基础上，结合实践经验，提出将CFD技术引入空气洁净技术教学中，列举不同形式的气流组织及其产生的不同效果等几个实践教学案例，认为将CFD技术引入空气洁净技术的教学环节，能进一步提高教学质量，为学生学习该课程奠定坚实的基础。

关键词 CFD；空气洁净技术；实验室

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）14-0036-02

Application of CFD in Air Cleaning Technology Teaching//XIANG

Xianan， KUAI Daqiu

Abstract On the base of analysis of present teaching situation in the

air cleaning technology and practical experience， author brings for-

ward the CFD technology into the teaching of the air cleaning tech-

nology. Illustrates different forms of air distribution and produce different effects， and several practical teaching case. That the CFD

technology into practice teaching， improves the quality and effective-

ness of teaching， and lays a solid foundation for the students specia-lized course learning.

Key words CFD； air cleaning technology； laborary

1 引言

空气洁净技术[1]是湖南城市学院建环专业一门十分重要的专业课。近年来，国家提出统筹推进世界一流大学和一流学科建设，这对湖南城市学院教学改革也提出较高的要求，一方面需要紧扣“应用”二字进行改革，另一方面又要保证教学质量。具体而言，则是要求教师能够压缩理论课时，提高教学效率，增强实践能力。 而要实现以上要求，存在一定困难，主要表现在理论教学部分较为抽象，如果减少时间，沿用传统的板书式教学方法，则无法具体动态地将课程中所描述的现象讲授给学生，易造成理论知识与实际现象脱节，难以保证教学质量。如何通过改革教学内容、教学方法和教学手段解决以上问题，成为教学改革中的难点与重点[2-4]。

CFD（Computational Fluid Dynamics，即计算流体动力学）是流体力学的一个分支。CFD是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物。它以计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。由于计算机技术的发展，使CFD技术已经被广泛应用于各种工程实践中。本文的研究即将CFD软件应用于空气洁净技术教学中，从而丰富教学内容，提高教学质量[5-6]。

2 空气洁净技术教学现状

随着科学技术的不断发展，越来越多的场所对洁净空气提出较高的要求，比如微电子产品工厂、生物医药生成车间、食品加工厂、医院等，都要求微型化、精密化、高纯度、高质量和高可靠性的室内环境。空气洁净技术已成为现代工业生产、医疗和科学实验不可缺少的基础条件，是保证产品质量和环境安全的重要手段，获得了越来越广泛的应用。

空气洁净技术是建环专业工程人员的重要专业课程，許多院校开设了该课程，但是在教学过程中普遍存在一个问题，即重视理论教学而忽略实践教学。一方面为了提高教学质量，应更多地开设实验课程，通过实践来验证所学的理论知识，可以使得知识掌握更加牢固；另一方面，由于实验室建设需要资金投入，而该课程的实验繁多，学校的硬件支持难以到位，因此，本文提出在空气洁净技术教学中引进CFD技术，在计算机上进行模拟实验，模拟部分难以在实验室实现的实验。

CFD技术在空气洁净技术教学中的应用十分广泛，如应用在本课程最重要的章节——“空气洁净原理”的教学中。洁净室按照气流组织可以分为四类：单向流洁净室；非单向流洁净室（乱流洁净室）；辐射式洁净室；混合流（局部单向流）洁净室。在教材中只使用了简单的图片，对这几种不同的气流组织形式进行描述，如果教师在课件中也使用这几张图片，想必会导致教学效果一般；如果利用CFD技术，将上述几种不同的气流组织的形式进行动画演示，不但能吸引学生的注意，更会加深其对知识点的理解。

3 CFD技术应用于空气洁净技术教学的优点

CFD技术在空气洁净技术领域有着适应性强、应用面广的优点。由于工程问题往往变量多，几何形状复杂，只能通过CFD方法才能找到满足工程需要的数值解。另外，CFD方法不受物理模型和实验条件的限制，省时省钱，可以灵活应用，且能给出详细完整的资料。而在教学过程中，如果能针对学生的具体情况，充分利用CFD软件的计算和分析优势，将空气洁净技术的教学与CFD的数值仿真技术结合起来，可以提高学生的学习积极性和分析创新能力，大大增强教学效果，减小少学时对课程教学的影响。

可以说，虽然目前本科教育中尚未将CFD技术列入必修课程，但是该技术是建环专业将来不可或缺的工具。而空气洁净技术中所涉及的大量现象都与流体力学相关，可以通过应用CFD软件进行模拟，让学生对枯燥的理论有较为直观的认知，且能熟悉该方面的软件，也能增强学生运用计算机解决实际问题的能力。通过在教学中增加最新的计算机技术的方式，扩展了学生的思维，扩大了视野。如果学生自己动手制作该方面的软件，可以使他们将课堂知识更好地融入日后的工程实践中去。endprint

4 CFD技術在空气洁净技术教学中的实践应用

实例1：置换通风与混合通风的比较 在空气洁净技术教学中，置换通风与混合通风方式的比较非常适合使用CFD软件进行模拟比较。混合通风方式是目前常用的通风方式，但是对于一些特殊场合，比如医院，该方式会导致新风与室内空气混合，有可能造成交叉感染；而置换通风就能克服以上问题。相对于课本上的描述，CFD软件可以显示得更加全面，这两种不同的通风方式的区别一目了然（如图1、图2所示）。

实例2：送排风口位置对气流组织的影响 如图3、图4所示，本实例中可以看到送排风口的不同位置会对房间的气流组织产生很大影响，房间内的物品也会对气流组织产生很大影响，如果需要对气流组织进行合理设计，光靠理论知识还不足以解决这类问题，必须应用CFD技术才能更合理准确地进行。

在该课程以往的教学中难以找到合适的课后习题，导致学生下课后没有复习的过程，也不利于增强教学效果。使用CFD软件后，可以让学生自己动手做相关的模拟课题，而且易于防止抄袭现象，因为CFD软件的前处理软件GAMBIT可以方便定义建筑的几何尺寸以及边界条件等，可以做到一人一题。通过这个环节，不但可以提高学生的知识掌握程度，更加能提高学生的创新能力和动手能力。

5 结论

将CFD技术与空气洁净技术的教学结合，充分利用CFD软件的图像显示功能，将枯燥的理论知识生动地在电脑上演示出来，有利于学生对知识的理解，加深印象，能进一步提高教学质量，为学生专业课的学习奠定坚实的基础。同时能提高学生的计算机应用能力，扩展视野，符合素质教育的根本要求。

参考文献

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