CFD軟件在空氣潔凈技術教學中的應用研究

向夏楠++蒯大秋

摘 要 在分析空氣潔凈技術教學現狀的基礎上，結合實踐經驗，提出將CFD技術引入空氣潔凈技術教學中，列舉不同形式的氣流組織及其產生的不同效果等幾個實踐教學案例，認為將CFD技術引入空氣潔凈技術的教學環節，能進一步提高教學質量，為學生學習該課程奠定堅實的基礎。

關鍵詞 CFD；空氣潔凈技術；實驗室

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：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

空氣潔凈技術[1]是湖南城市學院建環專業一門十分重要的專業課。近年來，國家提出統籌推進世界一流大學和一流學科建設，這對湖南城市學院教學改革也提出較高的要求，一方面需要緊扣“應用”二字進行改革，另一方面又要保證教學質量。具體而言，則是要求教師能夠壓縮理論課時，提高教學效率，增強實踐能力。 而要實現以上要求，存在一定困難，主要表現在理論教學部分較為抽象，如果減少時間，沿用傳統的板書式教學方法，則無法具體動態地將課程中所描述的現象講授給學生，易造成理論知識與實際現象脫節，難以保證教學質量。如何通過改革教學內容、教學方法和教學手段解決以上問題，成為教學改革中的難點與重點[2-4]。

CFD（Computational Fluid Dynamics，即計算流體動力學）是流體力學的一個分支。CFD是近代流體力學、數值數學和計算機科學結合的產物。它以計算機為工具，應用各種離散化的數學方法，對流體力學的各類問題進行數值實驗、計算機模擬和分析研究，以解決各種實際問題。由于計算機技術的發展，使CFD技術已經被廣泛應用于各種工程實踐中。本文的研究即將CFD軟件應用于空氣潔凈技術教學中，從而豐富教學內容，提高教學質量[5-6]。

2 空氣潔凈技術教學現狀

隨著科學技術的不斷發展，越來越多的場所對潔凈空氣提出較高的要求，比如微電子產品工廠、生物醫藥生成車間、食品加工廠、醫院等，都要求微型化、精密化、高純度、高質量和高可靠性的室內環境?？諝鉂崈艏夹g已成為現代工業生產、醫療和科學實驗不可缺少的基礎條件，是保證產品質量和環境安全的重要手段，獲得了越來越廣泛的應用。

空氣潔凈技術是建環專業工程人員的重要專業課程，許多院校開設了該課程，但是在教學過程中普遍存在一個問題，即重視理論教學而忽略實踐教學。一方面為了提高教學質量，應更多地開設實驗課程，通過實踐來驗證所學的理論知識，可以使得知識掌握更加牢固；另一方面，由于實驗室建設需要資金投入，而該課程的實驗繁多，學校的硬件支持難以到位，因此，本文提出在空氣潔凈技術教學中引進CFD技術，在計算機上進行模擬實驗，模擬部分難以在實驗室實現的實驗。

CFD技術在空氣潔凈技術教學中的應用十分廣泛，如應用在本課程最重要的章節——“空氣潔凈原理”的教學中。潔凈室按照氣流組織可以分為四類：單向流潔凈室；非單向流潔凈室（亂流潔凈室）；輻射式潔凈室；混合流（局部單向流）潔凈室。在教材中只使用了簡單的圖片，對這幾種不同的氣流組織形式進行描述，如果教師在課件中也使用這幾張圖片，想必會導致教學效果一般；如果利用CFD技術，將上述幾種不同的氣流組織的形式進行動畫演示，不但能吸引學生的注意，更會加深其對知識點的理解。

3 CFD技術應用于空氣潔凈技術教學的優點

CFD技術在空氣潔凈技術領域有著適應性強、應用面廣的優點。由于工程問題往往變量多，幾何形狀復雜，只能通過CFD方法才能找到滿足工程需要的數值解。另外，CFD方法不受物理模型和實驗條件的限制，省時省錢，可以靈活應用，且能給出詳細完整的資料。而在教學過程中，如果能針對學生的具體情況，充分利用CFD軟件的計算和分析優勢，將空氣潔凈技術的教學與CFD的數值仿真技術結合起來，可以提高學生的學習積極性和分析創新能力，大大增強教學效果，減小少學時對課程教學的影響。

可以說，雖然目前本科教育中尚未將CFD技術列入必修課程，但是該技術是建環專業將來不可或缺的工具。而空氣潔凈技術中所涉及的大量現象都與流體力學相關，可以通過應用CFD軟件進行模擬，讓學生對枯燥的理論有較為直觀的認知，且能熟悉該方面的軟件，也能增強學生運用計算機解決實際問題的能力。通過在教學中增加最新的計算機技術的方式，擴展了學生的思維，擴大了視野。如果學生自己動手制作該方面的軟件，可以使他們將課堂知識更好地融入日后的工程實踐中去。endprint

4 CFD技術在空氣潔凈技術教學中的實踐應用

實例1：置換通風與混合通風的比較 在空氣潔凈技術教學中，置換通風與混合通風方式的比較非常適合使用CFD軟件進行模擬比較?；旌贤L方式是目前常用的通風方式，但是對于一些特殊場合，比如醫院，該方式會導致新風與室內空氣混合，有可能造成交叉感染；而置換通風就能克服以上問題。相對于課本上的描述，CFD軟件可以顯示得更加全面，這兩種不同的通風方式的區別一目了然（如圖1、圖2所示）。

實例2：送排風口位置對氣流組織的影響 如圖3、圖4所示，本實例中可以看到送排風口的不同位置會對房間的氣流組織產生很大影響，房間內的物品也會對氣流組織產生很大影響，如果需要對氣流組織進行合理設計，光靠理論知識還不足以解決這類問題，必須應用CFD技術才能更合理準確地進行。

在該課程以往的教學中難以找到合適的課后習題，導致學生下課后沒有復習的過程，也不利于增強教學效果。使用CFD軟件后，可以讓學生自己動手做相關的模擬課題，而且易于防止抄襲現象，因為CFD軟件的前處理軟件GAMBIT可以方便定義建筑的幾何尺寸以及邊界條件等，可以做到一人一題。通過這個環節，不但可以提高學生的知識掌握程度，更加能提高學生的創新能力和動手能力。

5 結論

將CFD技術與空氣潔凈技術的教學結合，充分利用CFD軟件的圖像顯示功能，將枯燥的理論知識生動地在電腦上演示出來，有利于學生對知識的理解，加深印象，能進一步提高教學質量，為學生專業課的學習奠定堅實的基礎。同時能提高學生的計算機應用能力，擴展視野，符合素質教育的根本要求。

參考文獻

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