访问量:
虚拟仿真实验教学中心

中心简介


中心简介

虚拟仿真实验教学中心名称

热工流体虚拟仿真实验教学中心

依托的实验教学示范中心名称/级别(校级或省级)

热与流体教学实验中心(校级)

热流科学与工程教育部重点实验室(省部级)

批准

时间

2008

2012

1. 虚拟仿真实验教学中心的发展历程、建设概况

流动传热过程是能源与环境领域的关键过程。流动传热过程的虚拟仿真及其强化控制是新时期我国经济社会可持续发展、国防安全的重要保证。热流虚拟仿真实践教学中心依托单位是国内高校最早开展流动与传热的数值仿真教学的单位,中心的发展也见证了我国在热工流体虚拟仿真方面的进步。

虚拟仿真中心的重要发展历程如下:

11985年,西安交通大学和浙江大学共同创办了全国计算传热学学术会议。会议每两年一次,从1985-2005年共进行了十届。会议主题包含流动传热问题的数值仿真及工程应用。在此基础上,200710月,中心陶文铨教授发起了亚洲计算传热学学术会议ASCHTAsian Symposium on Computational Heat Transfer   and Fluid Flow),与会代表来自美国、英国、日本、印度、韩国、新加坡、台湾七个国家和地区。国际计算传热学泰斗、英国帝国理工的D.B. Spalding在大会上做了特邀报告。ASCHT每两年举行一次,迄今已举办6次,会议举办地分别为中国西安、韩国济州、日本京都、中国香港、韩国釜山和印度。20199月将第其七次会议将在日本东京举行。ASCHT提高了我国在国际计算传热学领域的国际知名度、加强国内和国际知名大学的合作交流提供了一个宽广的平台。ASCHT也促进了虚拟仿真实验教学中心的深度和广度发展。

21986年,中心陶文铨教授在西安交通大学主办了我国第一个计算传热学讲习班,首次将传热强化与流动传热问题的数值仿真等领域的研究引入国内,为我国有关高校开展流动与传热的数值仿真培养了一批师资。这标志着虚拟仿真实验教学中心初具雏形。

31988年,中心陶文铨教授撰写了《数值传热学》《西安交通大学出版社》教材,该教材引入和阐述了国内外流动传热数值仿真的有关科研成果和资料,重点介绍了椭圆型议程数值求解方法理论及在工程流动与传热问题中的应用。该教材是我国热能动力类专业教学中使用最广的教材,截止20196月已经被国内外文献引用12000次。1991年,陶文铨教授编写了《计算传热学与流体力学》;2001,陶文铨教授撰写了《计算传热学近代进展》,获教育部优秀教材1等奖,被引1285次;2009年,陶文铨教授编写了首部多尺度仿真专著《传热与流动问题的多尺度数值模拟:方法与应用》;2009年,中心何雅玲教授编写了介尺度仿真方法《格子Boltzmann方法的理论及应用》。上述以虚拟仿真数值方法为核心内容的教材(专著)被国内相关行业学者广泛使用,促进了我国虚拟仿真技术的发展和人才的培养。依托上述教材,虚拟仿真教学中心形成了兼顾数值理论基础和实践教育的特色。

4)三十余年来,中心在国家自然科学基金委重点基金、国际合作基金、面上及青年基金,973863项目,国家重点研发等60余项项目支持下,在虚拟仿真数值方法方便取得了重要成果。构建了世界上首个速度与压力耦合的全隐稳定的宏观算法体系,攻克了对流项离散格式稳定性与高精度不能兼具的仿真国际难题;率先开展了流动传热问题的多尺度研究,首次构建了多尺度传热问题的数值仿真框架体系及耦合算子。相关工作先后获2004年和2012年国家自然科学二等奖(2004:《传热工流动过程数值预测原理及高效算法的研究》;2012:《多尺度多物理场耦合的复杂系统中流动与传热传质机理研究》)。虚拟仿真中心积极将上述科研成果转化到教学之中,积极推进培养创新型人才。

52004年,中心教学团队被评为全国首届优秀教学团队;2008年,依托单位的热与流体教学实验中心通过西安交通大学认证,被遴选为校级教学实验中心。

6)三十余年来,中心所开出的有关热工流体仿真方法的课程培养了6000余名学生,许多毕业生在我国高效能源领域任教,为在我国开展热工流体虚拟仿真教学培养了师资队伍

经过三十余年的发展,虚拟仿真中心目前的建设情况如下:

1)师资力量。虚拟仿真中心依托单位热流科学与工程教育部重点实验室现有62名高级职称人员,其中含中国科学院院士2名(陶文铨院士、何雅玲院士)、国家级有突出贡献专家1名、长江学者特聘教授2名、长江学者讲座教授2名、国家杰出青年科学基金获得者5名(其中A4名、B1名)、青年千人计划人才3名、国家优秀青年基金获得者2名、全国百篇优秀博士论文获得者3名、西安交通大学"腾飞人才计划"特聘教授6名以及西安交通大学青年拔尖人才5名。特别地,中心有国家级教学名师2名、陕西省教学名师2名。中心有国际期刊主编或副主编10名,国际制冷学会热力学与传热分会副主席1名,国际传热大会常务理事1名、国际传热传质中心理事3名。研究队伍还包括100余名博士、硕士研究生以及博士后人员,是一支年龄结构合理、科研能力强的研究队伍。

2)平台建设。中心依托学科西安交通大学动力工程及工程热物理为全国A+学科。依托单位西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,是教育部能源动力学科教学指导委员会主任单位、中国高校工程热物理学会理事长单位、以及中国机械工业教育协会能源与动力工程学科教学委员会主任单位。依托单位先后获批“111引智基地、教育部热科学与工程国际合作联合实验室、陕西省能源与环境中的热质传递国际联合研究中心以及科技部能源与环境工程中的热质传递国际联合研究中心。依托单位所开展的研究工作突出基础性、综合性、国际性特色,注重能源学科与其它学科综合交叉。中心是我国能源利用与转换过程中热流科学与技术领域跨学科、跨专业的综合交叉型、原始创新型的研究基地,热力学、传热学、流体力学等专业基础课教学基地以及能源与动力类专业人才的培养基地。

3)科研实力。最近5年中,中心依托单位主持重点研发项目2项、国家“973计划项目1项;承担重点研发课题6项、 “973计划课题7项、863计划课题5项;主持国家自然科学基金重点、国际合作重点、杰青、优青及面上项目60余项。2000年以来,先后获得国家自然科学二等奖3项、国家技术发明奖二等奖2项、国家科技进步奖创新团队奖1项、国家科技进步奖二等奖3项、何梁何利科技进步奖2项;从2014年到2018年每年发表论文250余篇,平均每年申报发明专利26个。中心注重科教融合,注意将最新科研成果融入课堂教学之中,获国家级教学成果1等奖2项、二等奖3项。

4)硬件条件。中心依托单位占地5360 m2,用于虚拟仿真教学实验的面积200 m2。拥有多套先进的流动与传热、可再生能源等分析测试仪器与装备,拥有50万元以上大中型实验设备及仪器30余台套。这些实验台为中心开展虚拟仿真研究及教学提供了坚实的实验基础。特别的,中心拥有可用于大规模的仿真高性能计算集群平台并建有数值仿真实验工作站,为进行虚拟仿真实验教学提供了硬件保障。

在上述条件支持下,中心利用现代计算机技术,面向能源与动力工程、化工、环境工程、核工程与核技术等专业开设大面积热工流体虚拟仿真实验课程。虚拟仿真教学中心特别注重仿真基础理论的教学。中心依托单位在流动传热领域数值仿真的基础理论研究处于国际领先地位,中心长期来重视科教融合,将上述先进科研成果转化为本科教学内容,在本科《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》和《热工基础》教学中穿插仿真基础理论的教学。同时专门开设《计算传热学基础》以及《热流问题数值计算》两门本科生课程,加强学生仿真基础理论的学习。使得学生在学习和使用虚拟仿真工具过程中知其然也知其所以然

总之,中心依托一流高校和一流学科,充分利用教育部重点实验室等高水平教学研究平台,以提高本科生创新精神和实践能力为宗旨,以信息化教学为手段,注重科教融合,构建多层次的虚拟仿真教学体系,致力于培养适应现代能源动力及相关学科高素质的创新型人才。

2. 虚拟仿真实验教学中心特色与创新

流动传热虚拟仿真实验教学中心具有如下特色:

1)平台雄厚。依托学科西安交通大学动力工程及工程热物理为全国A+学科。依托平台包括教育部热流科学与工程重点实验室、教育部国际合作实验室、 111 引智基地、科技部国际联合研究中心;与国外 10 余所大学建立合作培养协议,并与 LG 等知名企业签署实习基地协议;与三花、蔚来等知名企业建立联合研究中心。依托的热与流体教学实验中心为西安交通大学校级教学实验中心。这些平台为虚拟仿真教学提供了良好保障。

2)师资力量雄厚。虚拟仿真中心依托单位热流科学与工程教育部重点实验室现有62名高级职称人员,其中含中国科学院院士2名(陶文铨院士、何雅玲院士)、国家级教学名师2名、陕西省教学名师2名、国家级有突出贡献专家1名、长江学者特聘教授2名、长江学者讲座教授2名、国家杰出青年科学基金获得者5名(其中A3名、B1名)、青年千人计划人才3名、国家优秀青年基金获得者2名、全国百篇优秀博士论文获得者3名、西安交通大学"腾飞人才计划"特聘教授6名以及西安交通大学青年拔尖人才5名。

3)教学资源丰富。西安交通大学热流课程教学团队实践教学,研究经验丰富,教学团队教学质量全国名列前茅。目前已有三门国家级精品课程、精品资源共享课《传热学》, 《工程热力学》和《热工基础》。 《传热学》MOOC已上线开课两次, 《工程热力学》MOOC也将于近期上线开课。通过这些基础课程的学习,学生为进行流动传热问题数值仿真奠定了坚实的专业知识基础。《计算传热学基础》与《热流问题数值计算》两门本科生教程为学生进行数值仿真奠定了数值方法的理论基础。
   4
)重视科教融合。以授课教师为主要完成人获国家自然科学二等奖3项、国家技术发明奖二等奖2项、国家科技进步奖创新团队奖1项、国家科技进步奖二等奖3项、省部级奖 8 项、获授权发明专利 60 余项。目前任国际期刊副主编 10 人次、编委 20 人次,国际组织任职 6 人,同时构建了以 4 位欧美院士为首的国外导师队伍。不断将先进数值仿真方法的科研成果融入中心的仿真实验教学之中,使得学生及时了解学科前沿。

5)自主研发虚拟仿真软件。基于自1983年开始的研究生课程数值传热学的教学,本实验室具备具有强大的自主开发软件的能力, 已经自主开发了VOSET气液两相流动程序、压力与速度耦合算法IDEAL 并集成于MHT软件平台,这为虚拟仿真实验教学提供了具有自主知识产权的平台基础。

6)教学体系多层次全方位。构建了基础理论知识、数值仿真方法以及前沿研究的多层次仿真教学体系。特别的是,针对我国缺乏自主知识产权CFD软件的现状,特别注重虚拟仿真数值方法理论基础的教学,为研发自主知识产权的CFD软件储备人才。

总之,基于实验室教师多年来对流动与传递过程大量的科学实验及工程应用研究,本仿真中心既有雄厚的科学与工程背景,又有强大的自主开发热工与流体课程有关的各种实验过程的数值仿真软件的能力,形成了鲜明的教学特色。






版权所有:西安交通大学CFD-NHT-EHT研究中心      通讯地址:西安交通大学能动学院热流科学与工程教育部重点实验室 邮政编码:710049