换热器课程设计总结范文

换热器课程设计总结篇1

传感器应用课程是高职院校自动化、物联网、机电等专业的专业基础课，主要涉及传感器的原理、特性参数、使用方法以及测量电路等重要知识内容。学习传感器课程后，学生掌握常见传感器特点和使用方法，能解决实际测量所遇到的问题。传感器应用是实践性非常强的课程，因此在授课过程中，采用传统的课堂教学方法很难取得较好的教学效果。

项目教学法能够让学生在老师的指导下以小组为单位完成项目方案设计、实施最终完成项目任务[1]。在整个教学过程中教师只是引导、辅助作用，学生才是项目的真正完成者。通过完成项目，实现理论与实践相结合，既实现知识理解和运用，又能提高技能，是一个合理的教学方法。因此，项目教学法是提高学生传感器技能水平的有效的方法[2]。

二、项目教学方法实施

人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医疗卫生等等各个领域都与温度密切相关，因此，在传感器课程中温度传感器是必须要掌握的部分[3]。怎样在温度传感器课程中实施项目教学方法呢？需要明确以下几个步骤：确定项目、知识准备、方案确立、任务实施、实验调试、项目报告撰写、检查评估等。

2.1 确定项目

项目的内容确定是项目教学中最重要的一个环节，主要根据学生的培养计划、教学大纲的相关资料确定[4]。项目设计要将理论知识与实践内容有机结合，要让学生在项目中学习到传感器相关知识，同时又具有工程实践的可操作性。在温度传感器的章节中，学生应重点掌握几种温度传感器的工作原理和使用方法，了解其工作特性和重要参数和测量电路，重点掌握热电偶、热敏电阻的典型应用，同时在实际的运用中集成电路芯片的使用方法也同样需要学生能够掌握。为了实现这一教学目标，我们以制作简易温度计作为课程的项目课题，让学生亲自选择温度传感器，完成测量电路的搭接和系统整体设计。

项目确定好后，对项目任务进行分配：将学生分成4人一组，各小组内成员共同合作完成项目要求。采用课堂知识讲授2学时，项目任务布置0.5学时，学生方案确立1学时，项目任务实施与调试4学时，项目成果展示1学时，项目总结与评价1.5学时的课时分配。项目完成后，各组完成一个项目产品，每人提交1份项目总结。

2.2 知识准备

温度传感器是随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化。温度传感器就是利用物质的不同物理性质制成的。温度传感器的测量方法可以分为接触式和非接触式两大类。常用的测量方法是接触式测温方法，该类温度传感器有热电偶、热电阻、集成温度传感器（例如AD590、DS18B20）等。在温度传感器选型时，教师向学生介绍热电偶、热电阻、集成温度传感器等的相关知识，主要包括各类温度传感器的测温原理及各自特点。由学生们选择合适的传感器作为自己的温度计所需的温度传感器，通过选型，巩固课堂所了解的知识内容。

根据前期的调研、相关资料查阅，学生讨论等过程，了解每种传感器测温的典型电路。其中，热电偶输出信号非常小，输出信号为0-10.356mV的微弱信号，其A/D转换器所需电压在0-5V范围内，因此对放大器要求很高。工业中热电阻测量范围一般在-200～500，热电阻放大调理电路一般采用增益高、含有内部频率补偿的双运算放大器配合恒流源电路来驱动热电阻，将温度信号转换成电压信号，并进行相关输出。集成温度传感器是把半导体温度传感器与后续的放大电路、信号处理电路等，用集成电路工艺技术制作在同一芯片上的集成功能器件。经过教师和小组讨论，资料比较，确定传感器芯片型号。

2.3方案确立

传感器型号确定好后，由小组组长对各成员进行任务分配，确定系统方案设计、可行性分析、硬件搭建、系统调试、质量评估等工作安排。通过分析讨论，完成温度计控制电路设计方案，由老师和学生共同讨论方案的可行性，最终确立温度计控制电路方案。图1中是温度计控制系统框图。

2.4任务实施

温度计的设计方案确定好后，小组成员开始着手设计控制方案中各个模块所选择的器件，基本的控制器选择AT89C52型号的单片机，电源模块由外部USB电源接口供电，温度传感器选择集成电路芯片DS18B20作为感温元件，显示模块由四个数码管构成。整个过程由学生自行选择完成，教师给予相应的指导。各个模块确定好后，通过对比选择性价比最优的元器件作为方案的实施元件。小组成员记录采购的元件性价分析，作为项目整体评价的一部分。各组学生通过电路的搭建，电路设计和焊接完成温度计电路。图2-4为温度计控制电路中的电源、传感器和控制器电路。

2.5实验调试

经过前期的知识讲授、资料查询整理、方案确立、项目实施等过程后，温度计的制作实物已经完成，通过将程序下载，各个小组成员开始进行电路的装调与测试，完成项目最后的实验记录。在整个调试过程，出现如下问题：

1）温度传感器的引脚接线错误；

2）电源供电开关接线问题；

3）显示电路中出现紊乱；

4）温度计记录有偏差。

针对以上问题，指导老师及时纠正、适时指导，与学生共同完成故障排除。对于温度传感器引脚接线问题，进行单独指导，让学生真正明白温度传感器的原理。对于线路接线不仔细问题，要求学生认真检查和互查，完成错误纠正。另外，温度测量过程中产生误差，通过查阅温度传感器的特性，分析误差产生原因，利用温度补偿电路或更换误差小的温度传感器来加以比较解决。通过亲自制作调试，各小组最终完成温度计的制作。

2.6 项目总结与评估

学生完成项目后，项目检查评估尤为重要，教师要对各个小组所做项目进行检查与评价。通过教师、小组之间以及小组内部之间打分，最终给小组及每位小组成员确定成绩。对优秀作品加以表扬，并进行展示。由师生共同对整个项目进行总结，对项目中所涉及的知识进一步归纳，提出项目中出现的问题，给出解决办法。

2.7 项目报告撰写

温度计制作好后，对项目的知识准备、元件清单、工具型号、实验数据等进行记录。对测量中产生的误差加以分析、总结改进措施，做好项目总结。最后，学生提交一份项目总结报告，作为项目成绩的一部分。

三、项目教学方法总结

通过简单的温度计制作，让学生对传感器课程产生更浓厚的兴趣，便于以后教学工作的展开。在项目实施过程中，学生自己主动查阅资料、互助合作，提高了实践能力、自主学习能力和与人沟通合作能力。同时，教师在项目实施过程中，从项目立项、实施过程到最终项目总结，都要精心查阅资料、调研，并及时参与项目中来。通过指导、引领、监督、与学生共同合作等工作，改变以往教学思路，提高教学质量和教学效果。

四、结论

换热器课程设计总结篇2

关键词：超超临界；火力发电厂；烟气余热

1 大唐国际吕四港电厂基本情况

江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司一期4×660MW超超临界燃煤发电机组，配置哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产制造，由三菱重工业株式会社提供技术支持的超超临界参数变压运行直流锅炉。锅炉型号：HG-2000/26.15-YM3。设计煤种为神府东胜煤，锅炉设计排烟温度为127.5℃，锅炉设计效率93.8%，本炉长期以来排烟温度偏高，夏季运行最高达到145℃。超出排烟温度设计值20℃。炉内通过空气预热器换热元件更换、省煤器延伸、制粉系统优化、设备消缺等措施，可将空气预热器出口温度降低到130℃左右，继续降低排烟温度单靠炉内的措施（已达极限）已不可能。因此决定采取炉外加装低温换热器，以期达到深度回收烟气余热、节省脱硫水耗、保护烟囱的目的。

2 课题目前国内、外研究概况和发展趋势

2.1 课题在国内研究及发展情况

余热回收技术，是余热利用产业链中的核心环节，是国家鼓励扶持的环保项目。“十一五”期间，我国对余热利用产业实施的专项扶持，促进了我国余热利用技术进步和发展。“十二五”期间我国对余热再利用扶持政策力度将进一步的加大，将继续推动余热利用产业及余热回收迈向一个新的阶段，它的市场前景会更加广阔。国内已有600-1000MW机组大部分采用湿式烟气脱硫系统，要求进入脱硫塔的烟气温度在80度，因此锅炉排烟中部分热量未被充分利用，通过使用喷水降温，造成热量的浪费。排烟余热回收利用可以把这部分的热量用于加热水。

近十年来，通过创新，国内高参数、大容量为主导的现代化大型火力发电厂建设取得了快速的发展。这些新机组及新技术的应用大大提高了我国在火力发电技术应用上的技术水平。目前，华能国际玉环电厂已实现45.5%的全厂指标。在通过主辅机容量及参数的改进从而取得循环效率大幅进步之后，如何提高电厂的热力循环效率，是个新的课题。本文以锅炉的烟气余热回收利用为题，进一步探讨如何通过新技术、新工艺的应用来实现对烟气余热的充分利用，进一步提高全厂的热力循环效率。根据现代超超临界锅炉技术的发展，锅炉出口蒸汽的初参数已发展到30MPa/605℃/605℃这一水平，锅炉效率已达到并超过了95%的水平，通过对锅炉本身的燃烧控制以及改进汽轮机的设计来提高效率似乎已达到了工程应用的极限范围。因此，我们不妨换个角度，考虑如何从全厂综合利用的角度进一步挖潜改造，提高火力发电厂全厂净效率。

在国内，已经有电厂在进行低温换热器的改造工作，如上海外高桥电厂2×1000MW机组就进行了低温换热器改造工作，低温换热器布置在引风机后脱硫装置前，已经完成了安装调试，并投入运行，根据性能考核报告，其节能效果明显。

2.2 课题在国外研究及发展情况

在国外发达国家，烟气余热回收早就得到了应用。最初，前苏联为减少排烟损失而改装锅炉，在锅炉竖井下部装低温换热器供加热热水。对于发展起来的超超临界发电机组，也能找到低温换热器改造的痕迹，德国电厂2×800MW褐煤发电机组在电除尘器和烟气脱硫塔之间加装了冷却器，利用烟气余热加热锅炉凝结水，其原理同低温换热器一致。德国的科隆1000MW级褐煤发电机组采用分隔烟道系统充分降低排烟温度，把低温换热器装在空气预热器的烟道中，引入部分烟气到烟道内加热锅炉给水。日本常陆那珂电厂采用了水媒方式的管式。烟气放热段布置在除尘器上游，烟气被冷却后进入低温除尘器，烟气加热段的布置烟囱入口，循环水加热烟气。

3 课题目标、主要内容以及需解决的关键问题

3.1 课题研究的目标和主要内容

为了降低排烟温度，减少排烟损失，提高吕四港电厂的运行经济性，考虑利用烟气余热回收系统加热凝结水的方案可行性。本工程以大唐吕四港660MW超超临界燃煤发电机组为例，考虑在锅炉下游某适当位置加装低温换热器吸收排烟余热，将排烟温度降低，以回收热量，对低加出口凝结水进行加热。

低温换热器余热回收系统的具体节能原理为：凝结水在低温换热器内吸收排烟热量，降低排烟温度，自身被加热、升高温度后再返回汽轮机低压加热器系统，代替部分低压加热器的作用。在发电量不变的情况下，可节约机组的能耗。同时，由于进入脱硫塔的烟温下降，还可以节约脱硫工艺水的消耗量。

3.2 课题需解决的关键问题

低温换热器的安装位置。由于低温换热器的传热温差低，因此换热面积大，占地空间也较大，所以在加装低温换热器时，需合理考虑其在锅炉现场的布置位置。防止磨损采取的技术措施。换热器的磨损问题是国内外各电厂锅炉普遍存在的问题，也是本次改造要考虑的技术要点之一。防止低温腐蚀采取的技术措施。由于降低了排烟温度，为防止低温腐蚀，本设计方案应考虑到本厂燃用煤的特点，结合运行煤种平均硫份较高，收到基全水分较高的情况，在设计过程中慎重考虑受热面的结露腐蚀问题。防止积灰采取的技术措施。关于防止受热面积灰，影响换热效果，也是本设计重点考虑的因素。

4 课题的设计方案

可靠性的原则。所有设计参数的选定必须首先考虑机组运行可靠。经济性的原则。在运行可靠的前提下，尽可能增大换热温差，减少换热面的体积和量，减少设备投资。优化的原则。争取回收热量的能级最高。通过锅炉系统与汽轮机系统合理耦合，优化低压省煤器取水、回水点的位置达到。安全的原则。合理控制受热面金属壁温，避开烟气露点。这是保证受热面不泄漏的前提条件，所有方案必须首先满足这一条件。

由于低温换热器安装位置不同将对余热利用系统带来不同问题，本文重点讨论以下两种安装方案，并进行对比，分析其各自的优缺点，来确定最终选择。

本文烟气余热利用系统的位置布置方案有两种选择：方案一，布置在空预器后、电除尘器前；方案二，布置在引风机后、脱硫装置前。

5 课题的研究计算方法

采用等效热降法进行热经济性计算。将低压省煤器回收的热量作为烟气余热送入汽轮机回热系统，而锅炉的有效热量不变。低压省煤器回收的热量将排挤低加的抽汽，它们将各自返回汽轮机做功，从而使机组的发电功率增加，热耗降低。

6 结束语

根据上述设计指导思想，锅炉回收烟气热量仅用于汽轮机的回热系统。在这种情况下，排挤部分抽汽而导致冷源损失增加，使得所回收的热量产生的节能量降低。由于回收的余热作为外部热量输入回热系统，所以汽轮机只要增发，就会使循环效率提高，给发电系统带来的效益：在保证总功率不变的条件下，汽轮机汽耗率降低、热耗率降低，标准煤耗减少。

实施本方案，可为发电厂带来如下经济、环境效益：利用了排烟余热，可以提高循环热效率，降低煤耗率；创造了锅炉脱硫系统长期连续安全运行的烟气温度条件；在节水的同时降低了净烟气中的含湿量，保护烟囱。节省燃煤的同时，减少了粉尘，SO2，NOx等污染物的排放，环保效益显著。

参考文献

换热器课程设计总结篇3

关键词：传热学；多媒体教学；实验教学；英文教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-06-000-02

传热学是一门研究热量传递规律的科学，它所涉及的领域非常广泛。特别是在能源动力、航空航天、建筑节能、材料冶金、机械制造、交通运输、化工制药、生物工程等领域更是蕴藏着大量的传热问题，形成了如相变与多相流传热、微尺度传热、生物传热、超常传热等传热学的多个学科分支[1-3]。

传热学课程是我校飞行器动力工程专业设置的专业基础课程，飞行器动力工程是动力工程与航空院校的结合，通过专业课程的学习，该专业学生要求可以对发动机的总体性能分析、总体与部件设计、故障分析等。传热学本身也是一门与各工程领域关系密切、应用性极强的专业课程。它植根于大量的工程实际之中，也必须服务于工程实际。本论文结合该专业工程实际情况，结合在传热学的教学过程中的几点讲课体会，把传热学比较枯燥的理论与学生的已有知识和感兴趣的实践联系起来，在实际教学中取得了令人满意的效果。

一、精心授课，提高教学质量

当前科技发展的速度日新月异，传热学方面的理论更加如此。但是我们的教学内容与这些新理论严重脱节，这在传热学实验方面尤为严重。同时部分同学认为传热学的实用性不强，对掌握专业技术帮助不大。因此导致大学传热学教学的受重视程度大大降低。这就需要把传热学知识与学生具体的专业应用及日常生活应用结合起来，提高同学们对该专业课程的学习兴趣。

在讲课时，我们要做到以下几点：第一，重点突出。根据教学要求，结合学生的专业需要，抓住重点，讲透概念，不断深化；第二，理论联系实际。在理论学习的同时，列举实际生活与生产中的应用实例，加深学生的印象，提高学生的学习兴趣。积极地引导学生对传热学、传热现象进行深人的思考。进行现代传热学的重要实验，大提高学生学习的积极性。

充分利用网络资源，结合飞行器动力工程专业，详细讲解传热学在飞行器发动机方面的应用。例如，在讲到三种换热方式及计算方式的环节，加入目前飞机发动机用到的几种冷却方式：辐射冷却，烧蚀冷却，膜冷却，再生冷却及发汗冷却等。同时着重讲解目前研究的前沿领域：再生冷却技术[4]。该过程同时涵盖了三种换热方式，如图1，包括燃油与壁面的对流换热，壁面的热传导，由于发动机温度较高，换热方式同时还包括辐射换热。收集相关实物图片，如图2所示，让同学对其冷却过程及相关的计算方法有直观而深刻的认识和掌握。

把日常生活中的应用实例代入的传热学的教学课堂里，让同学们了解到传热学应用的广泛性。例如，引入CPU芯片中的散热过程[5]，图3是一典型的台式计算机中的CPU散热器的图。在芯片内核内，电能转换成热能，发热升温，热量通过内核与金属外壳接触导热，传到金属外壳，热量通过金属外壳与散热器上的导热板的接触导热传到导热板，在导热板内热量以导热方式扩散传播到导热板上的肋片根处，在肋片内，热量以导热方式传播到肋片表面，风扇驱动空气流经肋片表面，热量最后以对流传热方式从肋片表面传到空气中。整个过程包括有：导热过程（其中多数是接触导热），空气对流传热过程。

图4所示的是采用有热管的笔记本计算机中CPU散热器，热量从导热板传到肋片，是通过热管传输，中间还有两处接触导热，在热管内，有蒸发传热和冷凝传热过程。

另外还有水冷式CPU散热器，热量从导热板传输到肋片，经由两处管内液体强迫对流传热，还有肋片与水管之间的接触传热。将CPU散热过程分解成若干个传热过程，分别分析研究每个传热过程的机理，目的是将传热学知识与实际日常生活及工程应用相结合，使同学们认识到传热学的实际应用，提高同学们学习传热学的兴趣，加深对传热学知识的掌握。

此外，利用多媒体教学时，为避免产生视觉疲劳，可以增加幻灯片的生动活泼性，适当设置一些动画效果。在放映多媒体课件时，要注意恰当控制好教学节奏，使得课件播放进程与学生的思维节奏同步合拍。

二、增加英文教学内容

培养具有全球化视野和国际交流能力的高素质专业人才是我国经济社会发展融入世界的需要。而传热学的基本概念很多来源于一些英文原著的翻译，在教学过程中，适当添加一些英文原文，一方面加深同学们对概念的理解，调节学生学习的紧张氛围，另一方面，增加同学们对专业词汇的掌握。同时，有利于学生在课外查找一些相关的外文文献，拓宽学生学习思路。对于提高教学质量、培养高素质的复合型人才具有很重要的意义。例如，引入传热的概念的英文介绍：Heat transfer：Thermal energy (heat): refers to the energy transported from one system to another as a result of difference temperature (%=T)。引入对流换热英文：Convective heat transfer。层流和湍流边界层：Laminar and turbulent boundary layers等。

三、注重课内教学与课外教学的有机结合

（一）建立教学信息中心。在教学信息中心，介绍传热学的历史与发展前景、最新理论的跟踪以及传热学的科普知识，让学生对传热学有充分的认识。

（二）采取设立选修课的手段，开辟“传热象探索园地”，让有兴趣的学生进行传热现象的深入探讨和研究。

（三）开设课外专题讲座。课外专题讲座也是提高学生兴趣的有效途径。它不仅让学生有机会接触传热学的前沿，更深人地了解传热学的发展动向，激发他们的兴趣及投身传热学研究的志向。

（四）要求学生通过各种方式收集信息，撰写传热学原理的应用论文，作为平时作业。通过这个途径拓宽学生的知识面。

四、理论与实验相结合，构建先进的传热学实验教学体系

传热学是一门实验学科，传热学的一切原理和定律都是从生产的实践和科学实验中总结出来的，反之又经受生产的检验并推动其发展。因此，必须注重传热教学中理论学习与实验探索的结合。在传热实验教学方面，在预备性实验、基础性实验、设计性实验和综合性实验的基础上可以引入模拟演示实验。

通过预备性实验为理论的学习打好基础，通过基础性实验来验证一些传热规律，从而使学生对这些传热学原理和规律有一个感性的认识。但由行器换热实验设备价格及操作条件的限制，发动机换热实验作为动手实验实行比较困难，考虑到该专业的性质要求，可以在课堂上增加演示实验，例如，模拟涡轮旋转叶片冷却通道换热实验，模拟气流平行于旋转轴方向的流动和气流垂直于旋转轴方向向外流及向内流等三种情况，基本概括冷却系统的全貌。通过演示实验，让学生直观认识到发动机涡轮叶片冷却过程。

此外，实验室应该建设成为自主型、开放式的实验室，让学生能够根据自己的兴趣爱好去进行传热现象的探索，充分培养学生对传热学的兴趣。

五、加强中青年教师实践锻炼

目前大批高学历的青年教师正在成为各高校讲台上的主力军，他们正在成为我国高教战线的栋梁。但也不可否认，长期的学校学习，严重缺乏工程实践。同时，青年教师工作后，忙于应付各种日常工作，实践环节进修的机会非常少，因而也不可能向学生传播工程实践知识。部分教师、特别是面临职称评聘的中青年教师对上课采取应付的态度，课余不钻研教学法，上课时拿本教科书照本宣科，不能激发学生的学习热情，使教学质量下降[6]。

为改变这种状况，可以采用青年教师下工程现场或实验室工作半年到一年、青年教师与老教师结对、定期进行教学法研究活动等。同时对教师的考核制度应作相应的变动，使青年教师愿在提高教学质量和增加实践经历上花费较多的精力。

六、结论

综上所述，随着传热学学科的不断发展，教学内容的不断增多，“传热学”教学改革势在必行。只有全方位的教学改革，教师综合素质的不断提高，教材和教学方法的不断创新，才能巩固大学传热学的基础地位，使学生学完大学传热学之后，思维能力和解决实际问题的能力有显著的提高，为今后的专业课程和社会实践活动奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]杨世铭,陶文铨.传热学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]戴锅生.传热学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[3]王厚华.传热学[M].重庆:重庆大学出版社,2006.

[4]蒋劲.超燃冲压发动机燃烧室再生冷却研究[D].西北工业大学,2006,(6).

[5]秦彪.CPU散热中的传热学和空气动力学[M].深圳市秦博核芯科技开发有限公司,2008,(8).

换热器课程设计总结篇4

关键词：电水壶；维修；热效率；测量

一、问题提出

泡咖啡、泡茶、泡面、喝刚烧好的新鲜开水，这些都是现代都市人的生活习惯。快速电水壶能在最短的时间内提供沸水，这正好与现代人的生活节奏合拍。电水壶随时可以用热水泡出一杯清香的茶水。

有一次电水壶突然出现故障，不能正常烧水了。我决定利用物理课上所学的电路知识解决此问题。通过做实验的方法，深刻理解电能转化为热能的有关问题，利用此电水壶测量了它加热的效率，并巩固了课上所学的万用表的使用、电能―热能转换等相关的知识。

二、实验目的

1．掌握实物（电水壶）简易电路图的绘制方法

2．掌握数字万用表的测量原理，正确使用数字万用表测量电阻、电流和电压

3．掌握电能―热能转换的原理，学会测量电器的热效率

4．学会多次测量的结果表示方法，分析单次测量和多次测量对实验结果的影响

5．培养利用课本所学的知识解决实际问题的能力

三、实验原理

1．电水壶的工作原理

当水壶放在底座上时，压下压键开关，接通了电路。如果三相插头插入插线板后，就接通了电源，电源指示灯亮，反之就断开。

该电水壶有手动和自动两种工作状态。当按钮开关拨到手动挡时，加热电阻连入，开始加热，水沸腾以后再手动将按钮开关拨回。当按钮开关拨到自动挡时，此时通过ST温控器将加热电阻连入，并开始加热；当水沸腾后，ST温控器的触点断开，进入非加热状态，指示为可以饮用的开水的灯亮；当水的温度低于某温度后，ST温控器又重新接通，再次进入加热状态。

通过分析讨论电水壶的工作原理，画出电路图，在此基础上利用数字万用表查找问题，进行维修。

2．电能―热能转换

通过电动机可以将电能转换为机械能，电灯将电能转换为热能和光能，电热器、电水壶可以将电能转换为热能等等。电流做功的过程，实际上是电能转化为其他形式的能的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。

本文以电水壶为例，推导电能―热能转换过程中的有关计算，并以此为原理设计实验，测量电水壶工作的效率。对于其他电器可以同理进行研究。

计算电水壶加热器的电阻R

计算水所吸收的热量Q吸

水的质量：m=V・ρ

式中，V――水的体积，ρ――水的密度。

Q吸=C水・m・ΔT=C水・m・（T2-T1）

式中，C水――水的比热容，ΔT――水加热后的温T2度与水初温T1之差。

计算电水壶工作的效率η

利用数字万用表测得电源的实际电压U实，计算电水壶的实际功率P实

则，电水壶工作的效率为

η=Q/W=Q/（P实t）

四、实验仪器设备

WSJ-60型电水壶（额定电压：220 V，50 Hz，额定功率：600 W，容量：1.2 L），插线板，UT51数字万用表，导线，温度计，量筒（500mL）。

五、实验内容及原始数据

1．绘制电水壶的电路图

按照电水壶正常使用的工作原理，画出电水壶的电路图，如图1。其中，L1为电源指示灯、L2为非加热指示灯、L3为加热指示灯，R1、R2、R3分别为各指示灯的保护电阻；R为加热器；S1、S2为压键开关；ST温控器是一个双金属片温控开关，当温度较低时，其处于闭合状态，当温度升高到一定值后，会自动断开，从而实现了自动温度开关控制。

用数字万用表测量R1、R2、R3，其大小约为340 kΩ；加热器R的电阻约为90 Ω。

2．电水壶故障诊断维修

故障：通电后不加热，但指示灯亮。

诊断与维修：通电后电源指示灯亮，说明电源已加入指示灯电路；通电后不加热，说明故障在加热器或其连接部分，常见加热器损坏或者某连接处断路。

拆下加热器，用数字万用表测量其阻值可以判断加热器是否损坏；断路的问题也可以用数字万用表来解决，通过测量电流来检查断路的位置。

首先切断电源，取下水壶，将电水壶底座翻过来，拧下壶底的两颗固定螺钉，将底座拆开。然后使用数字万用表测量加热器的阻值来判断加热器是否损坏，经过测量加热器未损坏，其电阻值约90 Ω。最后，沿着电路，用万用表逐段测量电流，结果发现一段电路电流为零，发生了断路。仔细检查这一段电路，发现金属片旁边的塑料断裂，金属片不能被卡紧，导致金属片与其两端的连接发生问题，引起断路。找了两段导线将此金属片两端分别与连接的部件连接良好。维修完毕重新装配时，必须保持各零部件安装位置准确。

电水壶通电后使用正常。

3．测量电水壶加热的效率

记录电水壶铭牌：额定电压220 V，50 Hz，额定功率600 W，容量：1.2 L。

使用数字万用表测量加热器的阻值为：R测=90 Ω

每次实验前，用万用表测量电源的实际电压U实，每次实验时，用500 mL量筒定量量取1 L水加入到电水壶中，用温度计测量水的初始温度T1；接通电源开始加热；水沸腾后，ST温控器的触点断开，停止加热，试验结束，此时水的温度T2=100℃，记录所用的时间t。

六、数据处理及结论

根据P额=U额2/R，得：R计算=U额2/P额=80.67 Ω

实测电阻值与理论计算值之间有一定的误差。以下数据处理过程中均采用R计算=80.67 Ω。

每次试验水的质量为：m=V・ρ=2×500×10-3×1.0=1.0 kg

水的比热容C水=4.2×103J/（kg・℃）

5次测量电水壶热效率的平均值为：

七、实验结果的分析与讨论

1．电水壶热量损失的原因

电水壶可以将电能转换为热能，本实验测量电水壶烧水过程中实际的能量转化效率，结果只有85.75%左右，说明电水壶产生的热量没有全部被水吸收，分析热量损失的原因有以下几个方面。

（1）电水壶壶体材质是合金，导热效果好，易吸收热量并使热量散失，对电水壶的实际加热效果产生影响，导致热效率测量的结果偏低；

（2）周围空气吸收了一部分热量；

（3）汽化带走了一部分热量；

（4）电水壶内水垢阻碍热传递，致使热效率测量的结果偏低；

（5）用电高峰时家庭电路的实际电压低于220 V，电水壶实际工作电压小于额定电压。

2．测量结果的表示方法

水的温度不同，造成量取1 L体积的水的质量有误差，因此，各次测量结果之间有误差。方法的精密度可以5次测量结果的相对标准偏差来表示，RSD为0.5%。

用多次测量的平均值及其置信区间表示结果，比用单次测量值表示结果更准确。

3．电水壶是我们熟悉的家用电器，根据电水壶的结构和使用情况，可以联想到以下几方面物理知识

（1）壶身和壶嘴上部开口，下部相连，构成连通器；

（2）壶盖开有小孔，在大气压的作用下，水容易倒出；

（3）电水壶使用三相电源插头的理由是防触电；

（4）壶把加装胶木，是因为胶木具有良好的隔热、绝缘性能。

4.结论

根据P实=U2实/R计算电能做的总功W时，如果利用万用表测定的电阻值R测=90 Ω，这种情况下电水壶工作效率（95.68%）比采用R计算=80.67 Ω时计算的效率（85.75%）高。

当然，电能做的总功W还可以采用电表读数的方法，读出在水烧开的时间内所耗的电量是多少度，再转换成“焦耳”为单位的量，从而计算电水壶的工作效率。

换热器课程设计总结篇5

Abstract Heat transfer is a very important professional basic course in Energy and Environmental Systems Engineering professional direction， but also a comprehensive interdisciplinary curriculum. From the characteristics of the course， combined heat transfer teaching experience， analyzes some problems existing in the teaching on how to mobilize the enthusiasm of students， improve teaching quality is discussed. Hope to provide some reference for other similar courses or professional education.

Key words heat transfer； teaching； Energy and Environmental Systems Engineering

0 引言

传热学主要研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法等基础理论知识。传热现象与过程广泛存在于自然界和工农业生产、高新科技及交叉学科前沿的各个领域，在能源（包括常规能源、核能、可再生能源）、动力、制冷、化工、建筑环境、微电子、航空航天、微机电系统、新材料、纳米技术、军事科学与技术、生命科学与生物技术等领域中大量存在热质传递过程与热控技术问题。传热学是当今科学技术发展的最重要的技术基础之一。

目前，国内外高等学校都对该类课程给予了高度重视。传热学课程已经成为能源动力类、机械类与建工类等院系重要的平台课。传热学课程中除了介绍国内外成熟的定论以外，还要大量介绍国内外最新的有关研究成果。通过各环节的教学，应使学生获得热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力，掌握计算工程传热问题的基本方法及一定的实验技能，不仅为学生学习有关的专业课提供基本的理论知识，而且也为以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计等方面的工作打下必要的基础。

1 传热学课程的特点

“传热学”课程从热量传递的三种基本方式入手，主要介绍热量传递的基本规律，为学习后续“供热工程”、“空气调节”、“制冷原理及设备”、“热源设备”、 “热泵技术”和“建筑节能技术”等课程提供必要的理论基础。“传热学”作为学科基础理论课，其牵扯的概念颇多，理论性很强。其中一些新的理论和新的概念对学生来说不易理解和掌握，增加了课程学习的难度。该课程（能源与环境系统工程专业）的知识模块顺序及对应的学时如下：热能传递基本方式及传热过程，4学时；导热基本定律，2学时；一维和多维稳态导热求解，2学时；非稳态导热，4学时；导热问题的数值解法，4学时；对流传热的理论基础，4学时；单相对流传热的实验关联式，4学时；相变对流传热，4学时；热辐射基本定律及物体的辐射特性，4学时；辐射换热的计算，4学时；传热过程分析与换热器热计算，4学时。

2 “传热学”教学中存在的问题

在教学过程中，学生普遍会反映“传热学”学习难度大。根据调查笔者认为难学的原因主要有以下几点：

（1）传热学本身内容涉及到的高等数学基础知识深而广，而且对传热的研究历史较长，前人总结了大量的概念、公式。例如在传热学的理论推导中经常用到微积分、泰勒展开、偏微分方程组的求解方法等。而且刚接触传热学的低年级学生在与高年级学生的交流中就会得到类似传热学特别难的印象，增加了畏难情绪。同时传热学内容分散，各主要部分相对独立。由于课时安排和教学大纲的限制，以学生为主体的研究性学习内容较少，以锻炼学生工程实践能力为目的的实验教学内容较少，使得学生缺乏分析和解决实际问题的能力。

（2）在对流传热内容的学习过程中，由于其牵扯到流体力学的纳维斯托克斯方程，而N-S方程本身就是流体力学学习的难点，所以大大增加了对流传热的复杂性。特别是关于湍流流态的对流传热和相变对流传热，目前还不能从理论上推导出实际情况下的努赛尔数计算公式，大部分都是使用经验关联式的状态。学生会感到难以理解。

（3）在传统的单向灌输式教学中，教师与学生之间的互动较少，很难激发学生的学习兴趣和独立分析解决问题的意愿。同时部分学生学习态度不够好，怕吃苦不努力，对新的课程未作预习，课后也没有独立完成作业和复习。学生对传热学的基本原理未能深刻理解，而是停留在机械记忆的层面上。

（4）期终考试采用传统的闭卷考核方法不够合理。为了应对考试，学生复习时认真推导公式，多做习题，但传热学这门课程的概念多、方程多、经验公式多，学生无法全部背出。对考试的命题范围有很大的限制。同时也不利于培养学生的独立思考能力，更无法对学生是否达到卓越工程师的要求进行考查。

3 教学方法的探讨

3.1 调动学生学习的积极性

兴趣是最好的老师，如果学生缺乏学习的兴趣，必将只能为了应付考试而机械记忆，更不可能做到运用学习的知识来解决实际中的问题。而调动学生的积极性，要从第一节课始，到最后一节课终。在一开始给学生介绍传热学这门课程时，可以通过图片展示传热学知识在传统工业、高新技术、节能环保和日常生活中的应用。在授课过程中，将授课内容与日常生活中的现象以及在建筑、冶金、化工、航天等行业的广泛应用结合起来。比如在讲授临界热绝缘直径内容时，先以生活中的现象为例，提问是不是冬天带上手套就一定能起到保暖的作用。再引申到在工业管道外部附加保温层是否就一定能达到保温的效果。学生通常都会想当然地认为是。这时以电线散热等实例说明附加保温层后散热量并不一定减少，甚至有时会起到增强散热的效果，这会大大激发学生的好奇心和探求原因的欲望。在明白了机理后，学生会深刻地理解和记忆能否保温还得看绝热层外径的大小，当绝热层外径小于临界热绝缘直径时起不到保温的作用，相反可以增强换热。再如对于能源与环境系统工程专业来说，空调系统中最重要的两个部件是蒸发器和冷凝器，都为相变对流换热器。其中蒸发器中制冷工质沸腾吸热，冷凝器中制冷工质凝结放热。其换热的机理都来自教材中相变对流传热章节。在该章节讲述之前，可以从学生们日常中经常接触的空调系统为引入点，提起学生的学习兴趣。这样能够激发学生的学习主动性与积极性，加深他们对知识的理解和掌握程度，增强他们分析问题和解决问题的能力，有利于他们学习能力的提高和创造性思维的培养。

3.2 优化组合教学方法和手段

教学方法是多种多样的，如发现式、启发式、提问式和讨论式等。不同课程采用的教学方法不同，即使是同一节课，也往往需要采用多种教学方法。同时在教学过程中采用现代化的电子技术和信息手段，包括光学媒体、音响媒体、计算机教学系统和各种教学软件的应用。这样可以使课堂教学包含更大的信息量，同时对实践教学的不足给予一定的补充。但要避免出现杨叔子院士列举的多媒体教学中多种错误形式和问题，如 ：“照屏宣科”、“人幕分离”、“对屏讲解”、“快速浏览”等。更不能将PPT变成“骗骗他”。

3.3 教学内容和实际实践相联系

在教材的选择上，本课程选用杨世铭、陶文铨所编的高等教育出版社的《传热学》（第四版），该书在内容上由浅入深，循序渐进，在介绍基础知识的同时，也积极反映了传热学发展的前沿知识，如纳米传热学的基本知识等。该教材包含典型的例题与习题，对较为复杂的实际问题进行了详尽的分析，十分接近工程实际。但随着传热技术的发展和其他学科之间的交叉程度大大提高，许多新的研究手段得以出现。传热技术的工程应用领域进一步扩大，也因此使得传热学的内涵得以丰富。随着能源学科和相关行业的发展，需要不断更新教学内容，使学生接收到最新的知识内容。因此在教学内容的选择上，适当删减了一些比较繁琐的数学推导内容，如非稳态导热中一维无限大平板分析解的推导过程。此外也增加了一些传热技术新发展的内容，如微尺度的传热等内容。同时在教学中要注重培养学生的工程观点以及工程实践能力。工科院校的教学必须注重学生工程实践意识的培养和工程设计能力的训练。

3.4 改进实验教学

传热学的实践性很强，像一些复杂的传热问题的规律都是通过实验总结提出。当前，我校传热学的实验教学上对学生的实践创新能力的锻炼还有所欠缺，比如课时安排较少，实验教学内容不够丰富，大部分内容依然是基于课堂所讲知识而进行的验证性实验。再如实验教学设备和仪器数量不多，往往多人一机，不少想体验实验过程提高动手能力的学生未能得偿所愿。因此，对于传热学教学十分重要的实验教学需要加以改进，除了巩固课堂授课的内容以外，还应该注意培养学生的实际动手能力、综合设计能力和总结归纳能力。传热学的课内实验可不仅仅局限于验证性实验，同时应增加开放性、综合性的实验内容。以期提高学生的综合分析能力和解决问题的能力。

3.5 改进考核模式，注重考查学生能力

针对闭卷考核方式的不足，同时避免开卷考试带来学生的惰性和依赖性，我们尝试在考核成绩的最终评定时，采用平时成绩加考试成绩的形式。平时的课堂表现、互动参与情况、作业占总成绩的30%，考试成绩占总成绩的70%。提高课堂互动讨论中的表现占平时成绩的比重，以促进学生的参与度。同时对试卷的命题范围可以尝试参考大学英语四、六级考试，即将试卷分为A、B两部分。其中A部分主要考核学生对基本概念、基本方程、基本原理的掌握情况，采用闭卷的方式要求学生在一定的时间内完成并上交；B部分主要考核学生应用传热规律解决实际问题的能力，主要是实验关联式的应用，采用开卷形式。

4 结语

如今的大学正处于一个快速变革和飞速发展的时期，在发展变化中搞好教学仍然是教师们的主要任务。传热学作为能源与环境系统工程专业重要的学科基础理论课程，其教学效果十分重要。在课堂教学仍然是培养大学生的主要途径的前提下，我们应激发学生的学习兴趣，以培养学生分析问题、解决问题的实际能力为主导思想，探索有效的教学方式和方法，提高教学质量和效率，顺利实现教学目标，使学生取得更好的学习效果。

换热器课程设计总结篇6

关键词：教学改革；实验教学；虚拟实验

一、引言

随着科技的不断发展，特别是计算机网络的普及，大学生的知识体系在广度上有了很大提升。为了进一步拓展大学生知识结构的深度，在理论教学构建了完整知识体系的基础上，实验教学显得尤为重要。但是由于各方面条件的限制，实验室的设备和规模都难以满足广大学生的实验需求，目前很多还是以小组或者演示的形式让学生熟悉具体实验过程，学生能独立参与实验的机会非常少，特别是很难接触到国际前沿的实验技术和方法。

虚拟实验是以虚拟仪器为基础，采用计算机数字化实验仪器编程来实现，通过接口设备，完成传统实验设备的功能，因此在教学活动中应用日益广泛。常用的虚拟仪器的开发软件包括美国国家仪器公司的Labview和LabWindows/CVI，美国Tektronis公司的Tek-TNS软件等，其中Labview和LabWindows/CVI软件采用图形化编程，学习操作简单，应用最为广泛，非常适合于本科生教学。目前虚拟实验系统已经在国内外高校的机械、电子、生物、物理等教学科研领域中发挥了重要作用。国外麻省理工学院微电子系的Alamo教授开发的Weblab虚拟实验系统较早投入教学使用，取得了很大成功。国内包括清华大学、上海交通大学等院校都开设了相关讨论课程。

通过虚拟实验教学，在有限的教学资源条件下，最大限度地发挥学生的创造力和能动性，培养科学研究兴趣。课题组结合热物性测量实验，探索了虚拟实验技术和应用，从而为今后的教学改革积累了一定的经验。

二、实验系统的主要内容

1.传统测量系统

图1（a）显示了该套系统的主要组成，包括样品、信号发生器、数字万用表、锁相放大器等仪器。传统实验条件下，学生操作顺序见图2所示。先调整信号发生器发生频率，等数值稳定以后，读取数字万用表的电压读数，同时设置锁相放大器时间常数，读取幅值和相位信息。其中数字万用表精度为八位半，即每次要读9位数字，锁相放大器为微伏精度，通常为6位数字。为了保证测量精度，一般要求万用表读5～10次取平均，锁相放大器也是5～10次读数取平均。每组实验信号发生器改变30个频率。因此记录一组实验大概需要2小时左右。学生要时刻关注仪表读数的变化，迅速记录仪表数值，然后录入Excell表格中，再绘制图表进行数据处理。

2.虚拟实验第一个阶段改进

利用虚拟仪器控制信号发生器、锁相放大器以及数字万用表，实现各个仪表自动参数设定、数据读取、存储和数据处理功能。用GPIB线将三台主要设备连接，然后通过GPIB-USB数据转换接口接入计算机中，编写仪器控制程序，用于设定三台设备的主要参数，例如改变信号发生器频率，读取锁相放大器幅值和相位，读取数字万用表电压。学生通过程序可以直接将数据保存到指定文档中，并进行数据处理。同样测量30个频率，时间大概为半个小时，因此大大提高了测量效率，同时可防止人为因素引入的测量误差。

3.虚拟实验第二个阶段改进

第一个阶段只是利用虚拟仪器控制原有设备，而这个阶段则用虚拟仪器代替仪表，此时实验系统如图1（b）所示。为了实现虚拟实验，需要在计算机中置入数字/模拟转换器，在程序中编制虚拟信号发生器，用数字/模拟转换器转换为模拟信号输出到样品中，同时读取样品两端的电压信号，有数字/模拟转换器转换为数字信号，并在计算机中编写虚拟锁相放大器程序，处理得到对应的幅值和相位。读取固定电阻的电压，同样用数字/模拟转换器转换为数字信号，用计算机编写虚拟数字万用表程序，处理得到电压。将频率，幅值和相位，电压信号存储到固定文件中（原始数据），并用Labview中的信号处理模块，处理得到最后样品的热物性参数（最终测量结果）。

■

图1（a）传统实验系统；（b）虚拟实验系统 图2传统实验过程

三、虚拟实验教学中的经验总结

通过以上教学实践活动可以看出，虚拟实验在学习科研过程中，与传统实验教学相比，在实现数字化教学，提高教学质量和水平，提高学生综合素质等方面都有重要意义。同时课题组也发现虚拟实验存在的一些容易被忽视的问题。

1.虚拟实验的积极作用

（1）理论与实验相结合。让学生在实验前推导了样品平均温度随电阻变化曲线，得到线性变化关系。通过学生动手实验，验证了推导的准确性，并进而计算得到了样品热物性参数。通过这个过程，加深了学生对电阻温度计的理解。同时在实验过程中，遇到了很多感兴趣的问题，通过不断提问，让学生对整个实验系统如何设计和实施有了全新的认识。通过这些互动，无论对教学和科研都具有重要促进作用。

换热器课程设计总结篇7

［关键词］独立院校；案例教学；毕业设计；互补作用

化工原理是化工及相关专业的核心专业基础课，具有由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，在培养学生专业素质和工程能力方面有着不可或缺的地位，是考研和职业资格考试的必考科目。因此，化工原理的教学改革至关重要。

一、案例教学法在化工原理教学中的重要性

化工原理课程具有很强的工程性和实践性，要求学生对化工生产过程及设备有感性认识与了解。教学内容包括流体输送、沉降、过滤、搅拌、传热、蒸发、精馏、吸收、萃取、干燥、结晶等单元操作过程，它们相互独立，遵循的原理和法则各不相同。生活中常见与之相关的例子，如送水送气（动量传递）、吹风干燥（热量、质量传递）等［1］。考虑到学生的生活和实践经验较少，教学过程中如能适当引入工程案例，对提高授课质量、激发学生学习兴趣及培养学生的创新能力，将会具有十分显著的效果。工程案例教学法起源于20世纪20年代，是指在具有较强工程背景的课程教学中，教师通过精心组织，引入工程实际案例与学生进行分析和讨论，旨在培养学生的工程观念，提高学生综合分析和解决实际问题的能力，以期达到激励学生主动参与教学活动、提高教学效果、知行合一的目的［2］。化工原理案例教学能弥补教材内容相对固定与教学内容更新慢等不足，同时作为基本原理的稳定性与其应用不断发展之间的有效衔接，能较好地反映化学工程学科的发展与化工技术的进步［1］。经过多年的实践和探索，案例教学法的运用已日趋规范，工程案例教学法在高等院校日益受到重视，对我国高等教育的改革和发展起到了积极的促进作用。常见的化工原理案例教学包括开篇案例法、问题案例法和综合案例法。其中，综合案例法最为重要，即在每个单元操作的结尾，列举出该单元操作的工程设计（或工程改造）实例，提出需要解决的工程问题，引导学生综合利用本单元操作相关知识，解决该工程设计（或工程改造）中存在的问题［2］。综合案例法涉及的知识点较多，实践性较强，需要教师将多年教学经验、参与各项工程实践的收获与科研研究积累三者进行有机结合。三本院校在化工原理教学中更需要转变教育思想，根据应用型人才的培养定位，在保证基础知识传授的前提下，降低理论要求，多引入案例教学，突出实践技能的训练。笔者作为年轻教师，毕业后即从事大学教育工作，缺乏相对集中的企业实践经历和科研锻炼，缺少教学案例素材的积累，因此在化工原理教学中，一直探索如何能就地取材，把案例教学和本科毕业设计课题相结合，在毕业设计指导过程中收集案例来丰富自己的教学内容，使两者互为补充。

二、案例教学法和毕业设计相结合的可行性

在化工专业本科教学过程中，毕业设计是培养学生综合运用多种理论知识分析与解决实际工程问题的重要教学环节，也是最能体现学生工程实践能力和创新能力的环节［3］。毕业设计涉及化工原理、物理化学、化工分离工程、化学反应工程和过程装备设计等课程的知识，其中化工原理知识是学生使用最多的［4］。下面列举三个实例来说明如何将化工原理与毕业设计课题相结合，在化工原理教学过程中有的放矢地引入案例。

（一）农产品的热风干燥研究课题

这是一个实验型的研究课题，目的是对农产品在热风条件下的干燥特性进行研究。实际的生产加工过程中采用变动的干燥条件，而该实验采用洞道式干燥设备，用大量热空气对少量物料进行间歇干燥，并维持空气速度及与物料的接触方式不变，将变动干燥过程近似简化为恒定干燥过程，实验所得结论可用于指导实际生产。该课题涉及化工原理干燥单元操作的许多内容，如空气干燥的基本参数的意义和湿焓图、恒定干燥条件下等焓干燥的相关知识等。研究过程中要先根据实验数据绘出干燥曲线和干燥速率曲线，选择适宜干燥条件；再利用热量衡算进行节能优化，选择最佳能耗条件和废气循环比；另外为了深入考察影响因素，还需找到恒速段和降速段对流传热系数的不同计算方法，分析干燥过程对流传热系数的变化规律。因此在开题阶段，指导教师就会要求学生认真学习化工原理干燥一章的内容，牢固掌握基础知识，然后才能开始下一步的实验研究工作。该课题将复杂的工程问题进行了合理简化，体现了工程方法论的思想，并为讲授化工原理干燥单元操作提供了实例。讲授恒定条件下的干燥特性一节时引入农产品热风干燥数据、干燥曲线和干燥速率曲线图，有助于学生直观理解干燥的过程和分析方法，加深对干燥原理的理解。另外，实验能耗优化部分和废气循环讨论可用于干燥物料衡算、热量衡算及过程优化的教学。

（二）一硝基氯化苯生产车间硝化工段的设计课题

这是一个综合性比较强的经典题目，来源于实际工业生产。目前，生产工艺已比较成熟，一般用混酸作为硝化介质，以氯苯为原料，运用三釜串联在常压等温环境下进行连续硝化。该课题主要研究一硝基氯化苯的提纯精制，废酸与一硝基氯化苯的分离和循环利用，生产产生的废气、废液处理和硝化工段的生产装置。在课题研究过程中，学生首先根据题目搜集所需的资料和数据，进行工艺流程设计，然后对生产中各个设备进行物料衡算和热量衡算，对主要的设备进行工艺计算和选择，最终完成一个车间工段的设计工作。该课题涉及的专业内容比较全面，包括化工工艺设计、公用工程设计、外管设计、自动控制设计、环境安全评价及经济核算等。整个设计过程需要进行大量的计算，单纯的手工计算费时且准确度差，使用计算机辅助软件可让设计过程事半功倍，如使用Aspen　plus、ChemCAD等进行物料衡算、热量衡算和工艺流程图绘制。工艺流程中除硝化反应外，其余均为物理过程，涉及流体输送、搅拌、传热、非均相分离等单元操作，还涉及安全环保、仪表控制、分析检测等。设备的计算和选型是设计的重点，包括配混酸工段的换热器设计、硝化反应釜的夹套换热器和蛇管换热器的选型、萃取釜和萃取分离器设计及附属流体输送设备的选型。化工原理教材中对换热器的讲解以列管式换热器为主，而该课题中多种换热器的设计和选型很好地补充了特殊间壁式换热器的知识；同时附属流体设备的选型可以作为日后教学中离心泵选型的案例，尤其是书本中谈及较少的耐腐蚀泵的选型案例。

（三）间壁精馏塔的流程模拟优化与水力学冷模实验研究课题

本课题是对三元物系分离的创新型设备———间壁式精馏塔的设计和研究。常规精馏操作需要用两个塔顺序分离才能得到三种不同的纯组分，而分壁塔中只需要一个单塔就可以同时得到所有组分，并能达到指定的精密分离要求。因此，间壁塔可以显著提高精馏的热力学效率，降低能耗，节省设备购置费用，且适用于传统旧式精馏塔的改造。为了较好地实现塔内分隔板两侧的气液分配，现在工业上使用的间壁塔一般会通过设计使用特殊的内构件来改变塔内压降，从而达到调节气液分配的目的；或者是将分隔板在塔内偏心放置，通过改变分隔板两侧的横截面积，来改变分隔板两侧气液分配。为了探究分壁的气液分布规律，掌握其运行控制的关键技术，毕业设计中会通过冷模实验、经验关联公式计算和数值模拟的方法对其气液分布规律进行研究。因研究内容较多，故该课题可拆分为三个子课题，分别是：1．设计间壁精馏塔冷模实验装置并观察气液负荷在设计范围内变化对气液流量控制效果的影响；2．验证新型气体分配控制专利技术的特性和改进空间，分析总结气相分配规律及变化机理；3．运用Mathcad软件进行塔板设计、水力学计算和核算，采用Aspen　Plus、ProcessⅡ软件进行精馏塔的简捷计算，并进一步对流程做静态和动态模拟，针对产品的质量和能耗，进行可调节的自由度优化分析。该课题主要涉及化工原理的精馏单元操作和塔设备设计，这部分的教学中如能适当融入一些本领域的最新发展动向和创新成果，进一步拓宽教学内容，会取得更好的效果。将间壁塔课题作为新型结构塔的实例引入精馏塔设计教学中，可以极大地提高学生的学习兴趣，帮助学生了解最新的前沿分离技术，还可以作为化工原理课程设计中精馏塔设计任务的扩展，进一步锻炼学生的设计能力。

三、结语

以上是笔者结合化工原理教学和毕业设计指导工作，对加强案例教学的一点心得。通过加强案例教学法，化工原理课的教学质量有了明显改善，学生的工程思想得到了充分锻炼，这为学生将来从事毕业设计工作打下了良好基础。同时毕业设计又为化工原理案例教学提供了大量素材，指明了化工原理的工程应用和创新方向。两者可谓相辅相成，相得益彰。经过几年的实践，我系学生的专业水平有了质的飞跃。在“三井杯”全国大学生化工设计大赛中，学生取得累累硕果，多次获得全国一、二、三等奖等优异名次。一些优秀毕业生由于工作能力强，短时间内就能担起重任，已成为企事业单位相关部门的业务骨干。

换热器课程设计总结篇8

[关键词]化工原理；类比教学法；换热器；吸收塔；操作型计算

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）02-0078-02

化工原理是一门重要的工程技术基础课程，是我院应用化学、环境工程、制药工程、材料科学等专业必修的一门主干课，主要讲述化工生产过程中单元操作的基本原理、特点和典型设备的结构、操作性能及设计计算。[1][2]该课程具有公式多、概念多、计算量大、系统性差、知识面广、内容抽象、应用性强等特点，给学生的学习带来了很大困难。[3][4]面对这些问题，许多教师在化工原理教学过程中进行了积极的探索，取得了良好的效果。本文以换热器与吸收塔操作型计算为例，探讨类比法在化工原理教学中的应用。

一、类比教学法的含义

类比教学法是以建构主义理论为基础，对事物之间的异同进行对照分析的一种思维过程，是把相似或相近的事物进行比较归纳，更好地认识事物之间的个性和共性的一种教学方法。该法强调在学生已有知识的基础上探究新知识，促进对新知识的迁移、认识，建立知识之间的相互联系，深化学生对新知识的理解、掌握。

二、换热器与吸收塔操作型计算的类比

化工原理的计算一般分为两类，一类是设计型计算，即根据要求的生产任务计算合适的过程及设备；另一类是操作型计算，即对某个过程或已有设备在一定条件下完成的任务进行计算或者核定某些操作参数。操作型计算变量多，变量之间的关系往往又是非线性的，知识应用灵活、计算复杂。[5]操作型计算的关键有三点：一是无论原工况还是新工况，物料衡算和热量衡算总是要满足的；二是要明确比较、计算的标准；三是计算得到的数值要与给定的条件相符合。[6]传热是一个重要的化工单元操作，换热器的操作型计算是化工原理教学中的重点也是难点。在实际化工生产过程中，换热器的操作型计算问题是经常遇到的。例如判断一个现有换热器对指定的生产任务是否适用；或者预测某些参数的变化对换热器传热能力的影响等。根据具体条件的不同，换热器操作型计算分为两种（以热流体冷却为例）：第一种是已知qm1、Cp1、T1、流向、qm2、Cp2、t1、A，求T2、t2；第二种是已知qm1、Cp1、T1、T2、t1、Cp2、流向、A，求qm2、t2。以第一种换热器操作型计算为例，解决问题的方法是热量衡算方程和传热过程的特征方程，即：

Q=qm1Cp1（T1-T2）=qm2Cp2（t2-t1） （1）

Q=KAΔtm （2）

理论上来说，联立求解方程组（1）、（2），便可得到T2、t2。关键是方程（2）为非线性方程，不能直接求解，只能用迭代法。即先假设冷流体出口温度t2，由式（1）计算T2，再由式（2）计算A*，如果计算值A*与已知的A相符，则计算结果正确。否则，应修正设定值t2，重新计算，直到A*与已知的A相符为止。为了避免繁琐的迭代，必须通过适当的数学变换，使方程（2）转变为线性方程。这样便出现了消元法和假设Δt1

表1 换热器与吸收塔操作型计算的比较

■

另外，必须强调吸收塔的操作和调节的有效性。一般吸收塔的气体入口条件是由上一工段决定的，不能随意改变。因此，吸收塔在操作时的调节方法只能是改变吸收剂的进塔条件，即吸收剂的流量L、温度t、浓度x2等三大因素。增大吸收剂的用量，操作线的斜率增大，出口气体的浓度变小；降低吸收剂温度，气体的溶解度增大，平衡常数减小，平衡线下移，平均推动力增加；降低吸收剂进塔浓度，液相入口推动力增加，全塔平均推动力也随之增大。适当调节上述三个参数可以强化传质过程，亩提高吸收效果。提高吸收剂的流量固然可以增大吸收的推动力，但应同时考虑再生设备的能力。如果吸收剂的循环量增大使解吸操作恶化，则吸收塔的液相进口含量将上升，得不偿失。当然，采用增大吸收剂循环量的方法调节气体出口含量y2是有一定限度的。如有一足够高的吸收塔（H∞），操作时必然在塔底或塔顶达到平衡。当（L/G）m时，气液两相在塔底达到平衡，增大吸收剂用量可以有效地降低y2；当（L/G）m时，气液两相在塔顶达到平衡，增大吸收剂用量不能有效地降低y2，此时只有降低吸收剂入塔浓度或入塔温度才能使y2下降。

三、体会

（一）激发学生学习化工原理的兴趣

类比教学法可以弥补“填鸭式”教学等传统方法的不足，通过对照、推理、联想、归纳，克服单纯的记忆和僵化的死记硬背，将新旧知识有机地串联起来，极大地激发学生的学习兴趣。

（二）培养学生的创新意识

在进行类比教学过程中，学生全程参与，调动了学生的创造性思维，训练了学生的分析归纳能力。类比教学法对于锻炼学生的发散性思维、创新性思想和看问题的方式、方法都有很大的帮助。

（三）提高学生解决实际问题的能力

类比教学法有利于学生掌握知识点之间的内在联系、使用条件、具体差别和使用范围等，既提高了学生解决实际问题的能力，又进行了科学方法的示范。

四、结语

热量传递和质量传递之间具有许多相似性，因此，在教学过程中，通过类比可将学生易混淆的知识变得明晰，难理解的知识变得易理解，难记忆的知识变得易记忆，最大限度地激发学生学习化工原理的热情，达到素质教学、快乐教学的效果，值得大家进一步去探索研究。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王志祥，黄德春.制药化工原理（第三版）[M].北京：化学工业出版社，2014：2.

[2] 冯尚华，何国芳，赵仁高，等.化工原理的案例教学[J].化工高等教育，2010（6）：79-81.

[3] 李梅.化工原理学习方法及教学经验初探[J].广州化工，2015（5）：224-225.

[4] 史德青，王万里.浅谈开放式习题在化工原理教学中的作用[J].化工高等教育，2015（5）：92-94.

[5] 高俊，贺文智.加强操作型计算 提高综合应用能力[J].化工高等教育，1997（4）：54-55.