谈冶金过程仿真程序设计教学【论文】
冶金过程检测与控制教学方法论文
冶金过程检测与控制教学方法论文冶金过程检测与控制教学方法论文冶金过程检测与控制教学方法论文【1】摘要：冶金过程检测与控制是冶金技术专业的一门专业课程。
课程具有实践性强，内容繁杂，名词概念多，教师教学过程容易单调，学生学习遇到枯燥乏味、抽象难懂问题容易失去兴趣。
在教学改革实践中，本文从教学模式、教学方法和能力培养等方面结合创造轻松愉快教学氛围实现教学目标作一些尝试和探索。
关键词：检测与控制因材施教教学方法兴趣教学冶金过程检测与控制是实践性很强的学科。
教师要通过以实践为导向进行教学，把枯燥而深奥的书本理论知识转化为丰富多彩的教学活动，打破学生厌学的心理，并充分调动学生学习的积极性与主动性，激发学生学习的兴趣，鼓励学生在实践中解决问题，发现问题，从而提高学生的创造能力和解决检测实际问题的能力，为走向工作岗位打下坚实的基础。
教师必须深入研究，积极探讨教学方法，根据学生特点和教学内容灵活多变，因材施教，提高教学效果。
一、问题式教学问题式教学，即问题具体化，用提问引导学生的思考，培养思维能力。
古希腊学者普罗塔戈说过：“头脑不是一个要被填满的容器，而是一束需要被点燃的火把。
”为了达到教学目标、突出重点、突破难点、解决疑点，根据中职教育和创新教育的精神，结合本课程内容的实际特点，确定本课程教法的指导思想是：想方设法引起学生注意，引导他们积极思维，热情参与，独立自主地解决问题。
具体做法如下：组织教学内容以问题开始，教师在解答的过程中将一个个知识点讲清、讲透。
比如教师在讲授温度测量课程内容之前，首先向学生提出问题，请两个同学回答测量概念，在搞清楚测量的概念之后，再进入新课的教学内容，以提问方式引导学生的思维。
二、举例式教学举例式教学，即结合生活物品，讲解教材，吸引学生注意力。
举例教学是贴近学生生活经验的教学方法。
检测与生活是密切相关的，只要注意观察，在日常生活中有很多现象可以与教学内容相联系。
教师首先列举生活中的例子，然后逐渐引入教学内容，这样有利于学生掌握和记忆课本上的相关知识。
钢铁冶金学的过程模拟与优化分析
钢铁冶金学的过程模拟与优化分析钢铁和冶金工业是现代工业的重要组成部分，它们生产的产品广泛应用于汽车制造、建筑、电子和环保等领域。
钢铁和冶金工业的重要性不言而喻，但是在制造过程中，存在一定的困难和挑战。
为了解决这些问题，钢铁和冶金工业使用过程模拟和优化分析方法。
过程模拟是一种使用计算机和数学算法来模拟真实工艺过程的方法。
通过模拟，我们可以预测钢铁和冶金加工过程中的参数和物体的性质。
例如，钢的化学结构，物理性能和形状。
这种预测可以帮助钢铁和冶金工业优化他们的生产过程和控制成本。
同时，过程模拟还可以减少试验的成本和时间。
因此，过程模拟是非常重要的技术，已经广泛应用到钢铁和冶金工业领域。
过程模拟的方法会根据具体的过程进一步分化。
例如，在钢铁制造过程中，我们可以使用有限元方法（FEM）和计算流体力学（CFD）等方法进行过程模拟。
这些方法可以帮助我们理解加工过程中热传递，能量分布和物质的流动。
其它方法还包括分子动力学模拟和离散元素法等等。
过程模拟的目的是优化成分和参数。
很多时候，我们可以使用过程模拟来优化铁矿石、焦炭和渣的比例和温度等参数。
这些优化可以帮助我们在生产过程中减少浪费并提高效率。
在某些情况下，过程模拟还可以帮助我们设计新的加工工艺。
钢铁冶金学的优化分析方法是研究如何最大限度地利用原材料和优化加工工艺的一系列方法。
这些方法包括多目标优化，感官处理，反向工程等。
通过这些优化分析方法，我们可以得出最佳的生产方案，减少开发成本和时间，提高产品质量和满足市场需求。
钢铁冶金学的多目标优化是一种求解生产过程中存在多个目标的最佳工艺参数的方法。
例如，产品成本和质量都是目标，我们需要找到一个平衡点来优化这些目标。
感官处理是一种基于人类感官的数据收集和分析技术。
这种技术可以帮助我们评估产品的感观效果，例如光泽度和表面光洁度。
通过反向工程，我们可以获取材料和构件的特征，从而了解其加工方法。
这种技术也可以用来进行产品设计优化和故障分析等。
冶金工程中的冶金过程模拟
冶金工程中的冶金过程模拟冶金过程模拟是冶金工程领域的重要分支，它通过数学模型和计算机仿真技术来研究冶金过程中各种物理、化学和流体力学现象，以求掌握冶金工艺的基本原理、优化加工工艺、提高生产效率和优化产品质量。
本文将从模拟方法、模拟对象以及模拟应用等方面来介绍当前冶金过程模拟的研究现状和发展趋势。
一、冶金过程模拟的方法1. 有限元方法有限元方法是一种广泛应用于模拟材料和结构的数值分析方法。
它将材料或结构分割成许多小的元素，每个元素都有自己的特性和物理参数。
通过对每个元素的特性进行分析和计算，就能得出整个模型的性质和行为。
在冶金过程模拟中，有限元方法主要应用于金属加热、变形、冷却等过程的研究。
例如，有限元模拟可以通过计算金属加热和冷却的速度、温度分布、应力和应变分布等参数，来研究金属的热机械加工过程、热处理过程等。
2. 离散元方法离散元方法是将物体分解为一些小的离散元素，通过定义元素间相互作用力的规律，来模拟物体的动态行为。
离散元方法主要应用于粉末冶金、矿冶等领域的研究。
在冶金过程中，离散元方法可以用于模拟在粉末冶金制备过程中粉末颗粒的流动、挤压、压缩等变形行为，也可以用于模拟金属的流动、变形等行为。
3. 相场模拟方法相场模拟方法是一种基于自由能原理的数值计算方法，它将每个空间点的自由能作为控制该点的物理状态和物质相的参数。
通过计算物理场和动态过程的变化，可以预测物质相变、成分变化、微观组织演化等。
在冶金过程模拟中，相场模拟方法可以用于预测材料的针状晶、板条状晶、球状晶等复杂组织的形成机制及其演化规律。
二、冶金过程模拟的对象1. 粉末冶金过程粉末冶金是通过将微米级或纳米级的粉末加工成所需形状的金属制品的一种非常重要的制备方法。
粉末冶金过程中，细粉末的制备、混合、压制和热处理工艺对最终产品的质量和性能具有非常大的影响。
通过粉末冶金过程模拟，可以预测不同的制备工艺对产品性能的影响，优化冶金工艺参数，减少成本和能源消耗，提高粉末冶金的生产效率和产品质量。
冶金工程中的冶金反应数值模拟方法研究
冶金工程中的冶金反应数值模拟方法研究冶金工程是指对金属和非金属矿石进行加工、提纯和合金化的工程领域。
在冶金工程过程中，冶金反应是不可或缺的环节。
为了更好地理解和优化冶金过程，研究人员一直致力于发展冶金反应数值模拟方法。
本文将介绍冶金工程中常用的冶金反应数值模拟方法，分析其原理和应用。
1. 热力学模拟方法热力学模拟方法是基于热力学原理，通过计算反应体系的热力学平衡状态，预测反应过程的变化趋势和最终结果。
该方法通常使用热力学软件，例如FactSage、Thermo-Calc等。
热力学模拟方法能够准确地确定反应物质的热力学性质、平衡温度和反应生成物的组成。
它在冶金工程中广泛应用于矿石还原、熔炼和合金化等过程的优化设计和操作控制。
2. 流体动力学模拟方法流体动力学模拟方法是通过求解流体动力学方程组，模拟冶金过程中液相流动、气泡运动和物质传输等现象。
该方法常用的数值模拟软件有FLUENT、ANSYS CFX等。
流体动力学模拟方法能够模拟冶金反应体系中的流体流动和传热过程，帮助优化冶金反应器的设计和操作条件。
3. 结构力学模拟方法结构力学模拟方法是通过求解结构力学方程，模拟冶金反应过程中的应力和变形现象。
该方法常用的数值模拟软件有ABAQUS、ANSYS等。
结构力学模拟方法能够模拟冶金反应器中的力学性能和损伤行为，帮助改善冶金反应器的结构设计和材料选择。
4. 多物理场耦合模拟方法多物理场耦合模拟方法是综合运用热力学、流体动力学和结构力学等方法，模拟冶金反应过程中的多种物理现象的相互影响。
该方法常用的数值模拟软件有COMSOL Multiphysics、ANSYS Workbench等。
多物理场耦合模拟方法能够更全面地揭示冶金反应过程中的物理规律和相互关系，为优化冶金工程提供全面的参考。
5. 人工智能模拟方法人工智能模拟方法是近年来发展起来的一种新型模拟方法，它基于机器学习和深度学习等技术，通过训练模型来模拟冶金反应过程。
冶金工程--冶金过程强化论文[5篇范例][修改版]
![冶金工程--冶金过程强化论文[5篇范例][修改版]](https://img.taocdn.com/s3/m/70d57fd7915f804d2a16c112.png)
第一篇：冶金工程--冶金过程强化论文冶金过程强化论文学院：冶金科学与工程学院专业班级：冶金工程姓名：学号：铜冶炼及过程强化（中南大学冶金科学与工程学院内容摘要:目前国内的铜冶炼技术有了很大的提高，厂房的建设规模扩大，生产设备也逐渐走向机械化、自动化、大型化，在铜锍熔炼、冰铜吹炼、火法精炼、电解以及含硫烟气的回收制酸等生产工艺方面都有了很大的提高，再加上引进国外的设备使得我国目前铜的产量和生产技术都处于世界前列。
国内现在主要还是以火法炼铜为主，湿法近几年也有了很大的进步。
相比起国外我国的铜产业还有许多要改进和完善的地方，如各个流程的过程的强化以及废物、低品位资源的利用，虽然有差距但是我相信我国的铜业将来会有很好的发展前景走向世界顶尖行列。
关键词：铜铜冶炼铜冶炼过程强化一、铜矿的选取及精矿的制备世界上存在的铜矿石主要分为硫化铜矿和氧化铜矿二种，矿石中铜的品味都比较低，需要经过处理。
一般矿石从矿山采出要经过颚式破碎机破碎成大小不一的的矿石，首先经过重力选矿分出较小的矿石，把小的矿石经过浮选工艺选出，再经过洗涤过滤得到湿的精矿，然后把湿矿经过回转窑干燥即可得到颗粒较小铜品位较高的精矿了。
若硫化铜矿，回收率可达90%以上；若氧化铜矿，回收率一般只有60%~70%左右。
二、铜的造锍熔炼把得到的铜精矿和石英以及燃料一起加入炼铜的炉子中，现在大多数为闪速炉或奥斯迈特炉，燃料用来补充炉内的热量一般硫化矿的反应产生的热量足够了，此时矿料会在高温下熔化散落在已经融化的矿料上，炉底会有鼓风装置，风从风帽强力吹入熔融的矿料中，新矿被卷入熔体中形成气—固—液三相完成一系列反应，主要目的是使矿中的铁氧化并与熔剂二氧化硅造渣除去，这一过程会除去脉石并生产出铜锍，国内称作冰铜，即（Cu2SFeS），在炉内铜锍层密度大在下而渣层密度小在上，铜锍从相应的口倒出。
CuFeS2Cu2S2FeS SCu2O FeS CuS FeO2FeS3O2SiO22FeO*SiO2SO22FeO SiO2 2FeO*SiO2三、铜锍的吹炼吹炼分为两个过程：一个是造渣期，另一个是造铜期。
冶金过程模型与仿真
上海大学2013～2014学年春季学期研究生课程考试小论文课程名称：冶金过程模型与仿真课程编号： 10SAU9016论文题目: 泡生法高质量蓝宝石生长模拟研究生姓名: 邓先亮学号: 13721636论文评语:成绩: 任课教师:评阅日期:泡生法高质量蓝宝石生长模拟邓先亮摘要：介绍一种先进的数值模型用来分析泡生法蓝宝石生长过程中的传热和流动。
这种方法考虑晶体中辐射热交换和熔体内的对流，并预测晶体结晶形状。
模型允许不同生长设计和选择一个最优的配置设置。
利用CGSim软件()的数值预测与首次报道的晶体生长过程中获得的实验数据拟合。
关键词：计算模拟；传质；泡生法；蓝宝石。
Globle modelling for growing high-quality sapphire crystalsby the Kyropoulos methodXianliang DengAbstract：An advanced numerical model is suggested to analyze heat transfer and flow pattern in sapphire crystal growth by the Kyropoulos technique. The new approach accounts for radiative heat exchange in the crystal and convection in the melt, and provides prediction of the crystallization front shape. The model allowed the analysisof several growth setup designs and selection of an optimal configuration. The numerical predictions performed with the CGSim software () agree well with availableexperimental data obtained in optimized crystal growth process reported for the first time.Keywords：Computer simulation；Mass transfer；Kyropoulos method；Sapphire1、引言最近大功率发光二极管的进展需要生产高质量、大尺寸和重量蓝宝石晶体和增加蓝宝石生长效率的技术。
仿真实践教学在冶金专业的应用
仿真实践教学在冶金专业的应用潘 峰（安徽金寨职业学校，安徽 六安 ２３７３００）摘 要：仿真技术逐渐深入到实践教学模型中，成为实践教学必不可少的组成部分之一，发挥着他的作用。
同时，各种类型的专业课学习也引进了仿真实践教学方式，仿真实践教学模式可以改善学生的学习效率，提高学生学习积极性。
本文首先分析仿真实践教学在冶金专业的应用可行性和重要性，其次分析并且总结了仿真实践教学在应用时的社会难点和技术问题，最后针对这些问题提出切实可行的解决方法，希望能给相关人士提供借鉴。
关键词：仿真教学；冶金专业；实践；应用中图分类号：Ｇ７１２．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）０５－０２３２－２Application of simulation practice teaching in metallurgy majorPAN Feng（Ａｎｈｕｉ Ｊｉｎｚｈａｉ ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ｓｃｈｏｏｌ，Ｌｕ＇ａｎ ２３７３００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｐｅｎｅｔｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ， ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ， ｐｌａｙｉｎｇ ｉｔｓ ｒｏｌｅ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｖａｒｉｏｕｓ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ ｃｏｕｒｓｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ＇ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｅｎｔｈｕｓｉａｓｍ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｍａｊｏｒ， ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｓｏｃｉａｌ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ， ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｈｏｐｉｎｇ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｐｅｏｐｌｅ．Keywords: ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ； ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｍａｊｏｒ； ｐｒａｃｔｉｃｅ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ各地高校研发建立起创新型仿真实践教学模式，并有突出成就。
冶金生产工艺流程的数学建模及其应用研究
分别为未使用数学模型的冶金生产结果和应用传统建模方
法的冶金生产结果，在实验过程中保证初始矿石原料和使用
的冶金生产工艺相同，保证实验变量的唯一性。初始冶金的
原料配入量设置情况，如表 1 所示。
表 1 冶金生产初始原料设置表
原料名称
废钢 铁水 生铁 渣钢
第一次
配入量（t） 比例（%）
22~30
36.7~47.6
从表 2 中可以看出，为应用数学模型的冶金工艺的平均
杂质含量和能量消耗分别为 0.0286mg 和 10.2kJ。应用传统
数学模型和设计数学模型的平均杂质含量分别为 0.0136mg
和 0.0026mg，另外两种情况下的平均能0kJ。综上所述，将设计的数学模型应用到实际的冶
18
28.6~30.5
8~12
12.9~20.0
5~10
7.9~16.7
第二次
配入量（t） 比例（%）
18~61
30.0~100.0
0~32
0~50.8
0~10
0~17.2
0~10
0~17.2
实验分别从冶金质量和成本消耗两个方面进行应用性
能检测，其中冶金质量的测试指标为杂质含量，杂质含量越
高证明冶金质量越差。另外成本消耗主要指的是冶金过程中
Mathematical modeling of metallurgical production process and its application
XIA Bing-xin
（Ｇａｎｓｕ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔｉａｎｓｈｕｉ ７４１０２５，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ａｎｄ ｕｓｅ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｈａｒｄｗａｒｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄａｔａ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｄａｔａ， ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ． Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｃｏｓｔ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｓ ｌｅｓｓ． Keywords: ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ； ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ； Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ； Ｍｏｄｅｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
谈冶金过程仿真程序设计教学
摘要：作为博士生选修课，冶金过程仿真程序设计课程不仅需要对本科和研究生课程进行串讲，还需要突出课程的实用性。
目前，采用钉钉软件教学，课程内容分为数学模型、计算方法和数值模拟三大部分。
数学模型涉及冶金传输原理、物理化学、冶金反应工程学，计算方法涉及高等数学、线性代数、概率与统计、数值分析、常微分方程解法，数值模拟涉及钢铁冶金学等。
为了适应学科的发展，课程增加了分形、并行计算等内容。
课程教学采用漫谈方式，帮助学生了解相关学科发展趋势，为今后研究工作进行多学科交叉溶合奠定理论基础。
关键词：教学；多学科交叉；线上教学；教学方法；教学内容
随着计算机硬件和软件的发展，数值计算已经在冶金设备设计、操作工艺优化中起到了重要的作用[1-5]，国内冶金工程80%以上硕士和博士毕业论文涉及数值仿真内容。
在这个大背景下，东北大学从2020年开始针对冶金工程博士生开设一门崭新的选修课：冶金过程仿真程序设计。
与其它课程不同，冶金过程仿真程序设计课程具有多学科交叉等鲜明
特色。
针对选课的学生背景和兴趣确定了教学内容，进行了有益的探索和尝试。
一、学生层次参差不齐
这门课程是博士生选修课，也是本硕博连读生和直接攻博生的选修课。
在这些学生中，冶金工程专业本硕博连读生有的选修冶金反应工程，有的选修化工原理，但都没有学过数值分析课程。
部分博士生的学士和硕士学位是热能工程、材料学等相关学科，对冶金理论知之甚少，如何安排教学内容是关键。
为了不与其它课程重复，并且兼具实用性，采用漫谈方式，将相关课程重点内容进行穿插，重点讲述知识点之间的关联。
既拓宽学生知识面，也要将重点问题讲深说透。
例如，首先复习高等数学中的泰勒展开，然后讲授数值分析中中心差分、向前差分、向后差分的精度阶数确定方式[1]，最后介绍向前差分和向后差分的数学含义和物理意义[6]。
又如，首先复习线性代数中的对角占优，然后分析Patankar控制体积法中保证计算收敛的四大法则的数学基础[3]。
二、内容新颖丰富
冶金过程仿真程序设计包含3个层次，数学模型、计算
方法和数值计算，这是课程讲授的主要线索。
数学模型是最经典的部分，其理论来源于冶金传输原理、物理化学、冶金反应工程学。
计算方法与高等数学、线性代数、概率与统计、数值分析、常微分方程解法等密切相关。
数值计算则是针对实际的模拟对象进行模拟，与钢铁冶金学、有色冶金学等传统冶金工艺学课程相关。
这门课程是一门博士生的选修课，其内容必须紧跟学术前沿。
因此，增加了分形理论在夹杂物模型中的应用、并行计算方法、中间包停留时间曲线处理方法辨析等内容，帮助学生了解相关学科发展趋势，拓宽研究思路，为后续研究工作进行多学科交叉溶合奠定理论基础。
三、自主选择的编程实践
实践是课程的重要环节。
冶金过程仿真包括计算物理化学和传输过程模拟。
计算物理化学相关商业软件有FactSage、Thermo-Calc、Pandat、JMatPro和MaterialsStudio等，相关开源软件有Lammps和VASP等。
传输过程模拟商业软件有ProCAST、ANSYS、FLUENT、CFX、StarCD等，开源软件有OpenFOAM和DealII等；编程语言有Python、Java、MatLab、C/C++、Fortran、Basic等。
并行计算方法有共享内存并行（OpenMP），消息传递并行（MPI和PVM），数据并行（HPF 和并行函数库），异构计算（CUDA、OpenCL、OpenACC和
OpenMP）等[7]。
不同软件有不同的操作特点，学生各自的课题内容存在较大差异，不同课题组使用的工具软件也各不相同，强行要求使用同一种软件进行教学显然是不合适的。
因此，介绍不同软件特点，具体选择由学生根据课题需要自行选择。
同时，为了加深学生对数值计算的感性认识，以结晶器电磁搅拌为例，较为详细地介绍了目前流行的商业软件ANSYS和FLUENT的使用方法。
四、理论高度概括和实用性结合
冶金过程仿真的最终求解对象是方程。
不同冶金问题具有不同形式的方程，对冶金方程进行分类求解是本课程的精髓。
大多数冶金方程是微分方程。
通常，常微分方程可采用四阶Runge-Kutta方法求解[8]；而冶金经常会遇见的是钢液流场和温度场、电磁场、氧枪内超音速流动等偏微分方程问题，建议采用有限体积、有限元、有限差分等方法求解。
常微分方程计算量相对较小，并且没有通用的商业软件和开源软件进行求解，建议采用C/C++进行编程开发，并利用OpenMP进行多核并行，减少计算耗时。
对于钢液的流场、温度场和等氧枪内超音速流动等问题，建议采用开源软件OpenFoam进行开发，并利用MPI进行多线程并行加速。
对于电磁场的计算，建议采用商业软件ANSYS，并可利用GPU
进行异构并行加速。
五、线上教学和自学相结合
2020年初，中国面临新冠肺炎带来的严峻挑战。
为了有效抵抗疫情，教育部做出了春季学期延期开学的决定。
在此背景下，东北大学积极开展线上授课和线上学习等在线教学探索，采取了线上授课和疫情结束后线下课堂教学两种模式并行的方式。
本课程内容丰富，以广泛涉猎各学科重点内容和最新进展为主，采用PPT教学方式比较适宜。
基于此，不仅采取钉钉软件进行线上教学扩展知识面，而且在线下发给学生相关文献作为补充材料，满足学生深度学习的需要。
同时，在教学过程中，针对学生反馈的难点进行重点讲解，并通过email对个别学生的非典型问题进行单独指导，保障学生能准确和深层次地掌握课程要点。
六、灵活的作业和考试形式
博士课程教学与本科生课程教学存在较大差别。
本科生课程是通用知识教育，同一专业的知识结构是相似的，采用相同内容的作业和考试是适宜的。
博士生选修课程偏重于专业方向教育。
博士生的本科和硕士可能来自于不同专业，所
从事的专业课题存在明显差异，作业和考试应符合专业背景和将来从事的课题，采用灵活的作业内容和考试内容比较合适。
基于此，“简述分形理论在你的课题或专业课程中的应用”这类弹性作业内容的引入，可以充分激发学生的学习热情。
作业内容可多可少，不会成为学生的负担，并具有鲜明的个性。
考试内容也采用大作业形式，如“针对你的课题或课程中的问题，采取自编程序、商业软件或开源软件进行数学模型的建立、求解和结果分析”。
学生可以根据自身情况，合理选择合适的作业和考试内容，有利于课题的前期研究，做到有的放矢。
七、结语
针对博士课题数值模拟工作的需要，新增设了冶金过程仿真程序设计课程。
实际课程教学以数学模型、计算方法和数值模拟为线索，采用串讲方式，将本科和研究生期间学生的数学、专业基础课和专业课联系起来，并补充了分形、并行计算等最新研究成果。
本课程开阔了学生的视野，紧密围绕从事的课题，有针对性地布置相应作业，并采用线上教学和线下自学相结合的模式，保证了教学质量。
参考文献：
[1]赫冀成，雷洪，王强，等.计算冶金学[M].北京：科学出版社.2019：29-315
[2]萧泽强，朱苗勇.冶金过程数值模拟分析技术的应用[M].北京：冶金工业出版社，2006：139-255
[3]雷洪，张红伟.结晶器冶金过程模拟[M].北京：冶金工业出版社，2014：45-285
[4]张立峰.轴承钢中非金属夹杂物和元素偏析[M].北京：冶金工业出版社，2017：226-286
[5]李宝宽，刘中秋.炼钢中的计算流体力学[M].北京：冶金工业出版社，2016：85-236
[7]雷洪.多核异构并行计算OpenMP4.5C/C++篇[M].北京：冶金工业出版社.2018：7-14
[8]徐士良.Fortran常用算法程序集[M].北京：清华大学出版社，1995：267-274。