用 MATLAB 教学生解决复杂的传热和传质问题

学生学习解决真实工程挑战的基本原则

“MATLAB 可用来自动执行复杂的数学计算,这使学生有更多时间学习解决工程问题的技能,并将这些技能推广到更复杂的真实应用中,而不仅限于传热和传质。”

关键成果

  • MATLAB 使学生能够在执行数学运算时准确无误地掌握工程概念
  • 功能强大的可视化帮助学生在求解传热和传质问题时验证其假设
  • 使用 MATLAB,学生获得了应对现实工程挑战所必备的问题解决能力
描述管道内热剖面问题的解析解的方程以及该解的图形可视化。

热剖面管道流量数值解的开发。

新泽西理工学院 (NJIT) 的化学工程课程旨在培养能够应对专业挑战的毕业生。新泽西州理工学院化学工程教授 Donald Sebastian 是新泽西创新学院的前创始院长兼首席执行官。他尝试在传热和传质课程中强化这些技能的同时,避免让学生的数学能力成为障碍。为此,他决定借助 MATLAB® 中的符号数学功能,帮助学生不仅获得相应的数学能力,同时还掌握设计更复杂工程系统的基本原理。

Sebastian 博士通过《MATLAB 入门之旅》等自定进度在线培训课程掌握了 MATLAB 基础知识。这些课程包括结果的分步验证、有用的提示和可行解,为 MATLAB 融入他的教学奠定了坚实的基础。Sebastian 博士还学习了如何使用 Symbolic Math Toolbox™ 和 Partial Differential Equation Toolbox™。

在课堂上,Sebastian 博士用实例来说明复杂的概念。他从传统的纸笔方法转向使用 Symbolic Math Toolbox 和 Partial Differential Equation Toolbox,这使他能够向学生说明如何通过简化假设来解决复杂的工艺工程问题,以及如何通过三维可视化来验证这些假设。通过这种方法,学生可以掌握传热和传质的基本原理,如传导、平流和生成,而不是机械地记忆解决方案力学。

经过 Sebastian 博士改造的方法得到学生的积极反馈,一些学生甚至向他发送个人电子邮件表示感谢。在接下来的学期,有些人告诉他,他们发现与课程中介绍的手动求解方法相比,符号数学在新课程中更容易使用。展望将来,Sebastian 博士计划使用 MATLAB Grader™ 对学生作业提供实时反馈。