热能动力工程论文范文

热能动力工程论文篇1

关键词：热能动力；热能转换与利用；教学内容

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0139-02

在能源的利用中，绝大部分是通过热能这一形态加以利用的，或由热能转换成其他形式的能量后再加以利用。在未被充分利用的余能中，绝大部分也是以余热的形式存在的。对各种余热的回收与利用，也离不开热能转换与利用的知识[1]。自热力学理论确立后，人们虽然从理论上认识到，热力学过程中能量的交换及其利用，应根据热力学第一定律和第二定律对能量的数量和品质两方面进行分析研究。但是，在实际热能工程技术的设计、管理和改进上，主要还是依据热力学第一定律，即能量守恒与转换定律。也就是说，只是单一地从能量的数量角度出发，以焓为基础的热平衡计算分析方法。然而，由于此法未考虑热力学第二定律所表明的能量品质，因为人们生活在地球表面的一定客观环境中，供给人们所需的能量有可以利用的部分（称有用能或“火用”）和受环境限制无法利用的部分（称无用能或“火无”），即相同数量的不同形式的能量所含的“火用”和“火无”的数量是不一定相同的，或者说能量还具有另一方面的问题――品质。因此，在认识所谓能量损失上就产生一定程度的混淆，由此在确定能量损失的分布及采取提高能量利用效率的技术措施时，就难免在热力学上得出错误的结论，达不到预期的效果。为此，近几十年来，国内外有关专家学者在热力学的理论领域内和工程技术的管理上大力提倡把热力学第一定律和第二定律综合起来考虑，并以第二定律为主，即从热力过程不可逆性引起可用能损失变成无用能的角度出发，以用火用为基准的火用分析方法来评价能量利用的科学性和合理性。由于此“火用分析法”中的“火用效率”更能准确地反映各热力设备或整个装置系统技术上或热力学的完善程度，可以从中明确提高能源利用效率的正确目标，并采取相应的措施。所以最近几十年来，前苏联、德、日、法、美等国家已将“火用分析法”广泛应用于能源利用及动力、低温、制冷、热泵、化工、冶金等方面。最近二三十年来，我国也在火用分析的基础理论及其实际应用方面做了大量的研究，并已引起了科技界和高等工科院校的广泛重视。许多院校的热动专业都增设了“火用分析”的相关课程[2]。

一、“热能转换与利用”课程定位

首先，从学科角度讲，认识到“热能转换与利用”课程的衔接和过渡作用。本课程向上承接“工程热力学”等前期专业基础课程，是对上述基础课程内容的扩展和深化；向下则与后续的“热力发电厂”、“燃气―蒸汽联合循环发电”、“制冷与低温技术”、“能源与节能技术”等专业课程紧密相连，为学生理解掌握相关专业知识奠定基础[3]。热能动力工程专业的学生通过本课程的学习，可掌握热能转换的基本原理，并具备一定的分析研究和解决热能利用中的具体问题的能力，为今后在实际工作中，管好、用好能源，降低企业的能源消耗，提高能源利用率打下基础。热能转换与利用内容丰富、发展迅速、学科交叉性强，涉及热力学、流体力学、传热学等诸多专业课程，是热能动力工程专业的一门重要的技术基础课程。因此开设“热能转换与利用”课程非常必要，对于学生回顾深化所学过的“热力学”等专业基础课程，深入学习掌握后续专业课程，培养锻炼学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力，都有着非常重要的作用[4]。

二、热能动力工程专业“热能转换与利用”课程设计

本课程要介绍有关热能转换与利用的基本原理、分析方法，以及实际转换设备与系统地特点和设计计算方法。给学生在“工程热力学”的基础上提供“火用分析法”的基本理论、基本知识和基本方法，培养学生分析、解决实际问题的能力，为将来合理地利用能源及从事节能工作打下必要的基础。“热能转换与利用”课程是热能动力工程专业的专业必修课，共48学时。先后介绍了能源概论、能量转换基础、热力系统分析、工业企业中的热能利用、热回收用换热设备。

第1章能量概论，在介绍有关能源的一些基本概念的基础上，认识热能的重要性，了解热能利用现状。热能是人类使用最为广泛的一种能量形式，在一次能源中，热能资源也占了绝大部分。在能源的利用中，绝大部分是通过热能这一形态加以利用的，或由热能转换成其他形式的能量后再加以利用。在未被充分利用的余能中，绝大部分也是以余热的形式存在的。

第2章能量转换的基础理论，重点介绍能量的质量分析―火用分析的方法。为了有效地利用热能，正确地指导节能工作的开展，找到能量损失所在，需要结合热力学第一定律和第二定律，从量和质两个方面全面地进行分析。本章就是要运用工程热力学理论，介绍分析能量转换过程的方法，着重介绍火用分析的方法，详细叙述了不同条件下的火用、火用损失的计算方法及其影响因素，并介绍实际热工设备的火用平衡、火用效率的分析方法。

第3章热力系统分析，是用火用分析方法具体分析热力循环和热力系统，弄清影响热力系统效率的因素和提高效率的途径。重点分析动力循环、热电联产系统和热泵系统，分析各个转换过程及系统的火用损失大小，找到减少火用损失的主攻方向，提出改进整个热力系统，提高火用效率的主要途径。

第4章工业企业中的热能利用，介绍企业中的余热资源及其利用方法，分析企业的能源平衡、能耗指标以及余热资源情况。介绍各种不同的余热资源的回收方法、回收系统对节能效果的影响。提高企业的能源利用效率，挖掘节能潜力，对企业能源系统进行分析，通过能量平衡确定其有效利用部分和各项损失的大小，寻求减少损失及有效回收利用余能的途径。

第5章热回收用换热设备，介绍余热回收用的各种换热器的工作原理、结构特点、设计计算方法、使用场合等内容，为今后进行余热回收时，能正确选择和设计计算换热器，并为研究开发高效新型换热器打下一定的基础。同时介绍热管换热器、流化床换热器等新型换热器和换热器的发展趋势及优化设计。

课程内容分为理论与实践两部分，第一章、第二章运用热力学基本理论阐述“火用”及“火用分析法”的基本概念、火用和火用损失的计算及火用分析的基本方法，即为火用和火用分析的基础理论部分。第三～五章以工程实例说明火用分析法的具体应用，分别对蒸汽动力装置、气体动力装置及制冷、热泵装置进行具体火用分析。并结合工业企业中的热能利用介绍了余热回收方法与换热设备。对于本校的“热能与动力工程专业”来说，本专业学生主要学习动力工程及工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术，训练进行动力机械与热工设备设计、运行、实验研究的基本能力。专业培养方案设置了电厂热能与动力工程、工业炉窑工程、制冷及低温工程、供热工程等方向的专业课程。从专业培养方案的设置可以看出“热能转换与利用”是热动专业的基础课程，热能转换与利用的热力学基础理论是热动专业的理论基础，热能转换与利用的热力系统分析则是热动专业的核心内容，包括蒸汽动力循环的系统分析、燃气―蒸汽联合循环系统分析、热电联产系统分析、中低温余热动力回收的热力系统分析、热泵系统分析等，是热动专业的主要专业课程及核心课程。热能转换与利用课程的学习为后续的专业课程奠定了坚实的基础，也为热动专业的学习奠定了深厚的基础。因此，我们提出将热力系统分析作为教学的主要侧重内容，热能动力工程专业的学生通过本课程的学习，可掌握热能转换的基本原理，并具备一定的分析研究和解决热能利用中的具体问题的能力，为今后在实际工作中，管好、用好能源，降低企业的能源消耗，提高能源利用率打下基础。

三、结论

“热能转换与利用”课程在热能与动力工程专业学生的学习过程中，起着承上启下的衔接作用，课程内容非常重要。由于热能转换与利用发展迅速，内容丰富，本文以我校开设“热能转换与利用”课程的实践为例，从“热能转换与利用”课程的定位、“热能转换与利用”课程教学内容的编排两个方面进行了详细的介绍。提出将热力系统分析作为教学的主要侧重内容，以培养学生分析、解决实际问题的能力，为将来合理地利用能源及从事节能工作打下必要的基础。我校“热能转换与利用”课程的内容和教学体系设计总体上思路清晰、内容充实、层次分明，很好地完成了“热能转换与利用”课程的既定目标和要求。

参考文献：

[1]汤学忠，热能转换与利用[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[2]吴存真，张诗针，孙志坚.热力过程火用分析基础[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[3]王保文，王为术，高传昌.电厂热能动力工程专业“燃烧学“教学内容设计[J].中国电力教育，2010，（30）：100-101.

热能动力工程论文篇2

【关键词】传热学 教学方法 工程能力

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）09-0031-01

一、引言

目前，我国的高等工程教育已经达到了高等教育总规模的三分之一左右，培养规模位居世界第一。尽管如此，我国的工程教育长期以来由于受到教育经费的限制等因素的影响，工科教育理科化，教育过程中重理论、轻实践。近年来，随着我国工业化、城镇化的发展，一方面对生产一线工程技术人员的需求不断增长，另一方面大学毕业生的就业率却越来越低。为适应经济社会发展的需要，教育部于2010年启动实施了“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。

传热学作为一门专业基础课，与各工程领域关系密切，是一门理论应用性极强的基础课程，是从事能量转换过程的研究、开发及设计工作过程中必不可少的理论基础。因此，国内许多讲授传热学的教师都在积极探索传热学课程的教学改革，以期改善学生学习传热学的积极性，有些学校还积极与国外高校合作，引进借鉴国外的教学经验。我校自2006年成立热能与动力工程（现能源与动力工程）专业以来，在“传热学”课程的教学上依据我省制定的高校强省战略，努力提高学生的工程素质，力争做到使学生学有所用，培养高素质的现代工程师。

二、传热学在课程体系中的地位、作用

传热学课程是能源与动力工程专业的一门重要的本科专业基础课，它是为学生学习后续相应专业课程而设置的，是基础课与专业课之间的桥梁。所以，传热学在能源与动力工程专业的课程体系中处于核心地位。并且传热学的理论与现代科学技术的各个领域都联系密切，有着十分广泛的应用。同时传热学又是一门理论性非常强的专业基础课，例如其中导热微分方程、对流传热微分方程组的推导以及相似原理的理解等都需要学生有较好的高等数学和物理基础，因此，在平时的学习中，总遇到学生抱怨传热学难懂、抽象、不好学。

三、重视实践应用，努力培养现代工程师

（一）教师自身工程素质的提高

教师是整个教学过程中的核心，要想培养出高素质的现代工程师，首先要提高教师本身的工程素质。我校非常重视对教师工程能力的提高，尤其是对青年教师在工程实践能力上的培养。

1.为了更好地实现应用型人才的培养目标，学校要求全校专业教师定期到企业生产一线开展调研活动。通过组织全校专业教师开展下厂调研工作，使教师深入工厂生产一线，对所教专业在生产实践中的新问题、新工艺、新方法等进行调查研究，并且以此指导教案、教学实例、课程设计课题和毕业设计课题等内容的修改。

2.专业教师参与实验室建设。高校的实验室基本都是由专门的实验老师管理的，理论课老师对实验设备不熟悉也不参与到实验室的建设，不能够实现理论课堂与实验课的有机结合，因此，专业教师应该参与实验课的教学工作，这样更有利于实验室的科学建设，也有利于学生对所学内容的更深刻的理解。

（二）注重学生能力培养，突出实践应用

1.教学过程应注意理论联系实际，突出应用。传热学是一门基础理论较强的专业基础课，许多学生在学习过程中感觉到其难懂、乏味，提不起兴趣。对此，我们提出了“三步走”的教学方法。

第一步，问题的提出。在讲解一个新知识点时，尽量从学生们熟悉的日常生活中引入，以此激发学生的好奇心，提高其探索新知识的兴趣;

第二步，解决问题。利用传热学的理论结合必要的推导将提出的问题加以解决;

第三部，知识的应用。将理论推导得出的结论应用到工程实际从而实现知识的应用。

例如在讲解热对流的概念时，可以从学生熟悉的家用空调出风方向开始，提问“为使房间温度快速地升高或下降，应将空调出风口的叶片往哪个方向拨？”;然后结合热对流的概念得出结论，使问题得以解决;最后，引入工程应用实例：“在青藏铁路建设中，采用碎石路基，碎石之间的空隙不填实，可有效保持路基冻土的稳定。”

采用这种“三步走”的教学方法，不仅激发了学生的学习兴趣，更实现了知识点的工程实际应用，有利于学生工程能力的培养。

2.改革实验教学方法，培养学生的工程创造力。我们传热学的实验教学是由理论课老师兼任的，这样使理论与实践更加紧密的结合，能够使学生对所学知识有更深刻的理解。例如在讲到大空间自然对流时，可以让学生自行设计测量自然对流表面传热系数的实验装置，做实验时，同学们将自己设计的实验装置与实验室的实验装置进行比较，找出自己设计装置的不足之处，这样既加深了学生对实验的理解又有助于学生工程创造力的培养。

3.改革考核方式，增加工程设计内容。对于必修课的考核方式，一般都是采取闭卷考试的方式，这是考核学生对知识点掌握情况的有效而简便的方式。但是由于传热学存在经验公式多、图表多的特点，有些内容如非稳态导热的诺谟图法、流体横掠管束对流传热等不适合闭卷考试而在工程上又经常用到的内容无法考核。虽然很多高校都采用了一种“半开卷”的考试方法，即允许学生将其准备的内容写在盖了相关印章的白纸上带入考场，但是由于考试时间的限制，试题内容也不宜过于复杂，不利于学生工程素质的培养。为此，我们采取平时与期末考试相结合的考核方式：期末考试采用闭卷考试，占总成绩的70%，对于需要用到的经验公式，在试卷上加以标注;平时成绩占30%，在平时成绩的考核中，增加一些工程设计的内容，提高了学生工程应用的能力。

四、结语

随着我国工业化的发展，对一线工程技术人员需求的不断增加，像我校这样的应用型本科院校应抓住机遇，积极改革传热学教学方法，努力提高学生的工程实践能力和创新能力，培养适应时展需要的能源动力专业工程师。

参考文献：

[1]朱泓，李志义，. 高等工程教育改革与卓越工程师培养的探索与实践[J].高等工程教育研究，2013 ，（6）：68-71

[2]李静，宋飞虎，蒲宏杰等.传热学课程中任务驱动式研究型教学方法的实践与探讨[J].考试周刊，2015 ，（5）：166

[3]蔡杰进.法国工程师培养模式本土化过程中“传热学”的教学实践[J].中国电力教育，2014 ，（30）：51-52

作者简介：

热能动力工程论文篇3

关键词：卓越工程师；传热学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0149-02

国家教育部于2009年决定实施的“卓越工程师教育计划”，是为顺应国际发展趋势，适应国家工业、企业需求，增强我国核心竞争力，建设创新型国家，走新型工业化道路，培养各类型工程师的重要决策。该计划要解决的重点问题是：企业一方面抱怨工科大学毕业生工程实践能力弱化、不适应企业要求等问题；另一方面又不愿意接受大学生实习，不愿意参与工程师培养。该计划旨在高校中培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。

传热学课程着重研究热量传递的规律和方法。[1]建筑环境与设备工程专业是土木工程专业下属学科专业，主要包含供热、供燃气、通风与空调工程、建筑给排水工程、建筑电气工程等几个方向，涉及的主要专业课程有暖通空调、制冷技术、流体输配管网系统、锅炉设备、热质交换等。从这些课程所讲授的内容看，传热学知识有着相当重要的地位，因此传热学是建筑环境与设备工程专业毕业生知识结构中的一门非常重要的基础课。随着我国高等教育教学改革的不断深化，在“重基础、宽口径” 的指导方针下，建筑环境与设备工程专业传热学的课时减少到原来的一半。如何在较少课时内培养学生用传热学的规律分析工程问题的能力，面对“卓越工程师”培养的传热学教学方法改革势在必行。[2]

下面结合笔者对建筑环境与设备工程专业学生进行传热学课堂教学的工作实践，谈谈卓越工程师背景下推进“热传学”课程改革的几点体会。

一、传热学课程教学现状及存在的问题

1.教材的内容结构

杨世铭等主编的《传热学》为比较经典的教材，该教材总体上体现了传热学这门应用性很强的基础课程的特点。教材主要包含热传导、热对流和热辐射三方面的内容。其中热传导部分相对简单，通过简化实际物理模型，运用高等数学的知识能够得到一般问题的分析解。而对流换热过程则相对复杂，该部分在实验研究的基础上总结出大量的图表和经验、半经验公式，运用时需区别不同情况带入不同的计算公式。对于此部分的学习学生感觉公式繁多、复杂，需强化记忆，且应用时经常选择错误的经验公式。辐射传热部分由于理论的抽象性以及辐射换热方程次数较高的问题，学生不仅对概念的掌握困难，辐射换热问题的求解亦有比较大的难度。总的来说，到目前为止传热学学科的发展中对于三种传热方式分析方法差别较大，连贯性不强，导致学生对课本知识的理解有些被动。且由于学时的减少，课上主要介绍三种传热方式的基本概念及方法，对综合性问题的分析、训练环节必然相应减少，导致学生分析和解决综合实际问题的能力缺乏。

2.教学方法和手段单一

传热学的教学中，目前多采用多媒体授课。多媒体授课方式相对于以前的板书授课方式虽然大大增强了学生的直观感受，通过图、文、声、像多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣，但也存在许多新的问题。例如：对于重点公式的推导不够细致，通常忽略或者先于学生的反应便给出答案，学生无法真正领会推导过程；课上信息量大，只注重讲课进度，忽视学生接受程度，到头来学生收效甚微；与学生的互动缺乏，因为内容多，上课过程多是教师一人在上边喋喋不休，学生却在下面精神恍惚，特别是难度较大的章节，学生因为理解不了干脆放弃听讲，教师在讲台上唱独角戏，课堂气氛沉闷。

根据传热学课程现状及存在的问题，以下内容分别为笔者从教学内容、教学方法、考核方式等几方面进行的一些思考及尝试。

二、面对“卓越工程师”培养的改革

1.优化教学内容

正如教材中所述，最近几年，世界范围内科学技术的发展对于传热学课程的发展产生了积极的影响，也提出了新的挑战。尽管传热学的基本规律并无变化，但是研究手段的发展和工程应用领域的扩大进一步丰富了传热学的内涵。为了适应我国相关行业的发展，体现本学科的进展，要使学生学到最新的知识，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。因此在教学内容的选择上，考虑面对卓越工程师培养的目标，笔者适当删减了一些比较繁琐的数学推导内容，如一维无限大平板非稳态导热分析解的推导过程课堂上不再推导，直接给出最后解的表达形式，要求同学了解其物理意义即可；对于传统传热学中相对陈旧的内容也可根据情况做一些删减，例如管内湍流传热的齐德-泰特公式、米海耶夫公式、流体横掠管束的格里森公式等；此外，根据情况可以增加一些有关传热学新技术的内容，如微尺度传热内容、强化单相对流换热的纵向涡方法等，通过这些前言知识的渗透使学生了解目前传热学应用的热点技术，增加学习兴趣。

2.引入工程案例的教学方法

面对“卓越工程师”培养需加强基于工程应用的教学方法。传热学学习的最终目的是解决与传热有关的工程实际问题。教材中分析的主要问题都能够在工程实际中找到原型。对建筑环境与设备工程专业来说，空调系统中最主要的部件是两个换热器：蒸发器和冷凝器。其中分别发生的是制冷工质的沸腾吸热以及凝结放热过程，这两部分换热的理论基础分别来自于传热学课本中沸腾和凝结换热一章。为了增强换热器的传热面积，肋片的应用则增加了同学们对换热器表面不同结构的理解和认识。空调中冷量的载体―制冷剂在管路中的输送过程需要保温，经济保温层厚度的确定也离不开利用传热学知识的计算。此外，空调系统设计初期，计算维护结构的冷、热负荷时，建筑维护结构的热传导环节则多可简化为无限大平壁的稳态导热问题，与课本中重点分析无限大平壁的导热问题相对应，等等。因此，在教学工作中引入与本专业密切相关的典型案例，首先会激发同学的学习兴趣，让同学带着问题去理解、去学习。此外，融入大量实际案例也可以使同学对基础知识的理解更加深入，避免了单纯课本知识的枯燥无味。

3.讲解与讨论相结合的教学方式

提高学生学习效果的重要方法是让学生的学习从被动到主动。多媒体课件作为一种辅助手段，把抽象的事物用生动的语言和画面展现在学生面前，更加形象和具体，但讲解基础理论时，以板书为主的方式效果较好。

摒弃课堂上老师一言堂的局面，在整个学习过程中教师主动设置讨论环节。目前传热学作为建筑环境与设备工程专业研究生考试的专业课之一，许多时候专业课的复试是通过综合案例的分析来考查学生对传热学知识的掌握情况。因此，在本科生教学阶段就加强这方面的练习十分必要。例如在不同学习阶段，教师可以挑选某一综合的传热问题，让学生分成小组，分别通过查阅文献、分析和制订求解方案，最后以报告或论文形式提交不同的解决方案，让学生在课堂上进行汇报和讨论，最终获得大家认为较好的方案。期间避免教师完全控制讨论，教师应注意倾听学生的发言，并进行适当引导，使所有学生都参加讨论过这个过程。这样，让学生对传热学的学习从被动到主动，深切体会运用所学传热学知识解决实际工程问题的过程，增强学习兴趣，并能培养部分学生进行科学研究的能力。

4.CFD教学方法的应用

CFD（Computer Fluid Dynamics）是应用各种离散化的数值计算方法与计算机科学相结合来解决流动与传热问题的重要方法。对于典型情况下的传热问题，传热学课本中能够推导并以公式的形式给出某一特定物体的温度场，但对于几何形状或者边界条件复杂的传热问题，运用CFD技术获得其内部的温度场之后，再对其传热量进行分析，这种方式已经必不可少。因此，结合CFD的教学方法可以更形象、生动地展示特定复杂场景下的传热过程，增强学生学习的兴趣，运用巧妙的模拟方法又可以使学生加强对传热基本规律的理解和掌握。[3]

5.增加实践教学课程

传热学是理论与应用并重的课程，目前传统的授课却往往偏重理论。为提高学生的动手与分析能力，应增加形式多样的实践课程。例如：建立教学和实习示范基地，在学习过程中带学生到这些基地进行参观。例如到散热器或空调厂家，通过让学生参观各种形式的换热器，让学生感受到传热学知识与日常生活和工业生产的重要性；利用假期可以鼓励学生到这些示范基地进行短期实习，丰富实践经验的同时也加强了锻炼。笔者所在的学校就与大金、开利等空调公司建立了合作关系，也为学生的就业提供了很好的出路。此外，可以针对重要知识点开设实验环节，让学生亲自制订实验方案、获得并整理实验数据，最后运用理论方法获得不同条件下的实验规律等等。这样通过锻炼学生的动手能力，增强了工程师素质的培养。

6.考核方式改革

考核既是对教师课堂教学效果的检验，又会促进学生学习的效果。笔者曾经对传热学的考核方式尝试多次改革。目前，期末考试环节分成开卷加闭卷两个部分，其中开卷部分针对综合传热问题进行考核，着重考查学生综合分析问题的能力；而闭卷部分则重点考查学生对基本概念、定性分析方法的理解。此外，课程过程中穿插的小论文完成情况也会在平时成绩中体现。这样避免了单一环节失误导致学生成绩不理想而造成的心理负担，充分给予学生机会，也能够清楚了解到每个学生在不同方面的特长加以针对性培养。

三、结论

面对“卓越工程师”培养的要求，结合建筑环境与设备工程专业特点，本文提出了优化教学内容，引入工程案例的教学方法，讲解与讨论相结合的教学方式，应用CFD教学方法，增加实践教学课程，改革考核方式等传热学教学改革之方法，能够使学生学习从被动到主动，并培养学生在较少课时内用传热规律分析工程问题的能力。

参考文献：

[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]林建.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案再研究[J].高等工程教育研究，2011，（4）：10-17.

热能动力工程论文篇4

关键词：工程热力学；教学研究；教学措施

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0097-02

一、前言

《工程热力学》是能源动力、化学工程、航空航天等众多工程类专业的一门重要专业基础课，是培养在涉及能源特别是与热能相关的各领域中具有创新能力人才的基础。该门课程学习的好坏将直接影响到后续专业课的学习效果，从而最终影响学生的专业综合水平。与其他课程相比较，《工程热力学》课程具有公式较多、逻辑性和理论性较强、概念多而抽象、应用条件较复杂等特点，因而很多学生反映这是一门较难学的课程。甚至有些学生在刚接触这门课时便感觉学习困难，产生了抵触情绪。

二、《工程热力学》课程的研究内容及目前教学现状

《工程热力学》主要研究与热能工程相关的热能和机械能相互转换的规律，它着重应用热力学两个基本定律分析热能过程中有关的各种热力过程及热力循环，从理论上研究提高热能和机械能转换有效程度的途径。其内容包括热力学的基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力学能等基本参数的计算、理想气体的热力过程、热力学第二定律、气体的流动、压气机的压气过程、气体动力循环、制冷循环等，其主要特点是理论分析、实验研究和工程实际应用紧密结合，分析推理的结果具有高度的可靠性，条理清楚，逻辑性强[1]。《工程热力学》课程具有的特点使得学生反映难学，教师反映难教，最终导致教学效果不佳，学生对知识点掌握不够，考试不及格率较高。传统的教学以理论传授为主，但对于一些以应用型培养为定位的新建本科院校来说，更重要的是要培养工程背景下学生利用所学理论知识去分析、解决实际工程问题的能力，因此深入开展《工程热力学》的教学研究显得十分必要。

三、《工程热力学》课程的教学措施

1.上好绪论课。很多学生误认为绪论课中没有涉及到具体的、重要的知识点，而且也不属于课程的主要考试内容，因此觉得它不重要，上课也不认真听讲和记笔记。事实上，绪论课作为《工程热力学》课程的第一课，在教学中具有特殊的教学地位和重要意义[2]。绪论课中教师可以讲授热能动力工程的重要地位，介绍一些典型的能量转换装置工作过程（例如蒸气动力装置、内燃机、燃气轮机装置以及蒸气压缩制冷装置等）、《工程热力学》的研究对象及研究方法（宏观法和微观法）等内容。通过绪论课，教师不仅可以让学生初步建立起《工程热力学》的基本概念，使学生掌握本课程的思维方式和基本理论体系，而且能使学生明白本专业为什么要开设《工程热力学》、《工程热力学》的主要学习内容、学习方法以及学好这门课的注意事项，从而激发学生学习《工程热力学》课程的兴趣和爱好，坚定学习该门课程的决心。

2.充分调动学生的主动性和积极性。由于《工程热力学》课程公式多、概念多，计算复杂，学生学习起来有一定难度，有些学生在刚开始接触这门课时就有抵触情绪，这就需要充分调动学生的主动性和积极性。首先，必须要求教师课前充分备好课，合理组织教学过程，恰当运用有效的教学方法；做到教学内容精炼充实，重难点突出，逻辑严密，使学生易于接受讲解的知识点。学生只有在听懂课的前提下才会对课程产生兴趣，从而调动他们的主动性和积极性，激发他们的潜能。其次，在上课过程中可以适当引入一些生活中常见的实例，通过对这些实例进行分析，把枯燥乏味的理论知识运用到具体的实际问题中，并采用启发式教学培养学生独立思考问题的能力，提高他们学习的主动性。第三，教师应结合当前工程热力学领域的相关热点问题[3]，如提高热机效率、节能降耗、低碳环保以及核电事故等，开展课堂讨论和专题研讨，通过这些热点问题培养他们对《工程热力学》的兴趣。

3.在知识难点上完善教学方法。以热力学第一定律为例[4]，在学习该定律时，不少同学对热力学第一定律的两套符号的掌握有困难，经常混淆教材提供的两个公式。这种情况下，教师就应在课本的基础上，进一步完善教学方法。例如授课时可以在教材提供的知识点的基础上进一步延伸，将热力学第一定律在形式上概括总结成：体系内能的增加等于体系增加的能量（Q）减去体系消耗的能量（W）。当假设体系从环境吸入热量时，公式中的Q自然就为正；而当环境从体系吸入热量时，Q自然就为负；同理，体系对环境做功，W为正，环境对体系做功，W为负。关于Q和W数值的正负号选取时只要注意下列原则即可：实际发生的情况和定义一致则取正，和定义相反则取负。例如当W定义为环境对体系做功时，若环境确实是对体系做功，则W的数值取正，否则W取负值；Q在数值上的正负号取法同W。这样一来就避免了学生对公式中Q和W的正负号以及Q和W数值的正负号不能很好把握的问题，可以帮助学生更好地掌握并运用热力学第一定律。

4.正确对待公式的记忆与推导。《工程热力学》课程的公式比较多，学生反映记不住，而且有的公式在形式上相类似，很容易记混淆。其实要让学生记住所有的公式一是不现实，二是也没必要，这就需要在教学过程中理清哪些公式需要记忆，哪些可以根据记忆的公式现场推导。例如闭口系统能量方程的四个式子可以要求记忆，一是比较简单，二是这四个式子非常重要，讲解后面的知识点时需要用到。但理想气体的各种过程（包括定容、定压、定温）中比熵的变化就不需要记忆，完全可以根据比熵的原始定义再结合闭口系统能量方程直接推导而得到，如果同学对基本概念和基本公式的掌握足够熟练，对这些推导会形成条件反射，不需要借助草稿纸直接在脑海中就可完成整个推导过程。这样无形之中就减少了很多公式的记忆，但需要用到的时候又能立刻得到。

5.采用现代化教学手段。随着现代信息技术的发展，多媒体教学越来越广泛地应用于教学领域。利用多媒体教学中图像、动画、声音等元素的优势，既进一步丰富了教学内容，又使教学过程更加形象生动，加深学生对知识点的理解，便于学生接受。例如在讲解活塞式压气机的压气过程时，如果利用板书在黑板上讲解压气过程，学生会感觉比较抽象，但如果利用flash制作的动画来演示时，学生对压气机的压气过程就会一目了然，感觉更直观，更加便于理解和接受。另外在讲解压缩过程、平衡态等一些相对抽象的过程和概念时，如果借助于多媒体技术也会起到事半功倍的效果。

6.注重学生工程意识的培养。全日制大学生一般对工程常识较缺乏[5]，针对这一特点，教师授课时可以以课程为载体，适时向学生介绍所学理论知识在实际热工设备中的应用。例如授课时可以多举一些例如锅炉、热水器、散热器、涡轮机、压气机、喷管等典型热工设备的例子，分析这些设备在实际工作工程中消耗的轴功、系统和外界交换的热量、能量转换关系等。通过分析这些实际工程设备的工作工程，能够使学生掌握不同设备的能量转换关系和特点，并了解在哪些情况下，可以将工程实际问题进行简化，从而建立他们的工程意识。

《工程热力学》作为众多工程类专业的一门重要专业基础课，学生接触较早，对他们后续学好其他专业课会产生一定的影响。如何上好这门课，是每一位《工程热力学》教师应仔细思考的问题。只有在教学实践中不断丰富和调整教学内容，不断改革和探索教学方法和教学手段，才能达到较好的教学效果。

参考文献：

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[5]秦萍，袁艳平，毕海权.工程热力学传热学教学改革及教学法研究[J].制冷与空调，2012，26（6）：614-617.

热能动力工程论文篇5

关键词：传热学；教学改革；教学方法

作者简介：齐晓霓（1974-），女，山东临淄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师；刘永启（1965-），男，山东枣庄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，教授。（山东 淄博 255049）

基金项目：本文系山东理工大学教学项目基金“传热学教学方法的研究与探索”（项目编号：112024）的研究成果。

中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0091-02

“传热学”是高等学校能源动力类、化工制药类、航空航天类、机械类、环境与安全类等专业的主要专业基础课，其与“工程热力学”、“流体力学”一起被称作热工类专业的三大支柱，[1，2]由此可以看到这些课程在上面专业中占有非常重要的地位。只有认真掌握这三门课程，才有利于后面课程的学习和相关的工作研究，所以要求教师在实际教学过程中，运用新型教学方法，采取先进教学手段，保证教与学都能达到最佳目标。本文根据“传热学”的课程特点，依据笔者自己的教学经验，从课程定位、教学方法以及培养学生的实际应用水平和创新性思维等方面，针对教与学的过程中出现的问题及解决要点进行分析和探讨。

一、明确课程定位

传热学是研究具备温度差异时发生的热量传递规律和测试的科学。因为自然界和不同生产领域普遍存在着温度差异，所以传热现象非常广泛。传热学也普遍应用在现代科学技术当中，是能源动力、化工制药、机械、航空航天等领域的必备技术课程。具有很强的实践作用，在具体学习过程中要重视基本概念和基本理论的掌握。因此在教学中要重视理论与实践相结合，使学生学会分析问题和解决问题的思路和方法，提高工程分析的能力，注重学生能力的培养，提倡节约能源，让学生灵活运用各章的经验公式和通过图表进行计算的能力。同学们在传热学的学习过程中普遍存在的问题是学习时不觉得有多难，但处理具体问题时却感觉力不从心、无从下手。究其原因，传热学的理论推导较多，而且经验公式难以理解和记忆，做习题时学生难以下手。

在教学实践中，笔者发现并归纳出中学时学过的能量守恒原理作为一条横线贯穿着传热学计算问题的始终，能将复杂的问题简单化。以导热问题的数学描写为例来说明这种方法的思路，[3]在要研究的物体中任意去除一个微元平行六面体作为该微元体能量收支平衡的分析对象。假设物体中有内热源，它代表单位时间内单位体积中产生或消耗的热量，在空间三个坐标方向上，将任一方向上的热流量分解成x、y、z坐标轴方向的分热流量，对于微元体应用能量转化和守恒定律建立起能量平衡关系式，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。将三个方向上的能量平衡关系式写出后，相加即可获得总的能量平衡关系式，然后将各项热量传递方式的表达式代入平衡关系中求解，该方程可以针对物体的边界条件用简单积分求解。无论使用导热微分方程式直接结合边界条件求解还是简单积分求解，通过上述两种方法的讲解，可以让学生思路清晰，处理实际问题时起到事半功倍之效。如果在实际问题中出现了更复杂的热传递问题，可以划分不同的单元，一个个解决。将这种能量守恒的思路融入整个教学过程中，可以使学生加深对各章节中定律的连贯理解，达到了相当好的教学效果。

二、优化教学内容，适应传热学技术发展

世界范围内科学技术的迅速发展和我国经济建设取得的显著成就都对“传热学”课程的发展产生了积极的影响。尽管传热学的基本规律并无变化，但是研究手段的发展和工程应用领域的扩大进一步丰富了传热学的内涵。与此同时，在我国加入世界贸易组织以后，关于高等教育的国际化与本土化已成为热门话题，部分国外优秀的原版教材被引进了大学讲台上。如何借鉴国外优秀教材，不断更新教学内容，让学生经常接触到本学科的前沿知识，成为“传热学”教学中的必要任务。传热学的发展日新月异，为了适应我国相关行业的发展，体现本学科的进展，要使学生学到最新的知识，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。因此在教学内容的选择上，删减了部分比较繁琐的数学推导内容，如一维无限大平板非稳态导热分析解的推导过程等；对于传统传热学中相对陈旧的内容也做了删减，包括管内湍流传热的齐德-泰特公式、米海耶夫公式、流体横掠管束的格里森公式等；增添了教材上没有涉及或涉及不深的有关传热学新技术的内容，如微纳米传热内容、强化单相对流换热的纵向涡方法。

向学生传授知识，同时也是培养学生分析问题、解决问题能力的过程。从人才培养的整体计划来看，培养能力是更为根本的任务，因此在教学过程中对这一任务做了很大的努力：在每一章节末增加了本章内容的应用部分，举例更为接近工程实际，需要学生应用更多知识进行综合分析；对例题进行讲解时更为注重较为复杂的实际问题的分析和讲授，对此类问题分层次进行剖析讲解；在每一章最后增加了小论文题目，在教学实践中组织学生撰写与课程学习内容相关的小论文，激发学生的学习兴趣，培养分析问题、解决问题的能力。

三、“传热学”教学中的教学方法分析

大部分高校教师的教学模式都已从“独角戏”式的填鸭式教学过渡到“教与学的互动阶段”，例如在课堂教学中不再是教师一人唱独角戏，而是采用提问回答式、小范围对话式、逻辑启发式等教学方式，因材施教，因人施教。随着教育改革的逐步深入，现代科技的发展对教学的影响越来越大，例如为了使教学过程信息量增大，生动形象，激发学生的学习兴趣，大学课堂中大部分课堂教学都采用多媒体教学。[4]那么，“传热学”采用多媒体教学是否能够达到预期的教学效果呢？“传热学”是以传导、对流、辐射和换热器四大内容去展开的。所以在教学中适当辅以多媒体课件有利于讲清有关现象的物理本质和基本原理。比如在介绍三种传热方式时用空调制冷过程、烧开水的过程等生动的动画，来说明热量传递的分类，就能使学生留下非常深刻的印象。肋片导热一节中，同学们对稳态下的肋片沿着热量传递方向的热量逐渐减少这一动画过程去分析问题时，很快就明白了肋片的导热实质与传统的一维稳态导热过程的差别。

但在实际教学中，运用多媒体课件教学并不是为了运用现代教学方法。那么运用多媒体课件是否可以收到良好的教学效果呢？笔者调查了很多学生，他们大多认为：“传热学”中的纯理论推导难度很大，如果仍然采用多媒体课件，很难留下较深的印象，无法真正领会推导过程，虽然多媒体课件信息量大，但不逐步推导，能接受的内容就会很少，收效甚微。所以“传热学”作为一门专业基础课程，如果在教学活动中运用多媒体，就要预先确定教学内容。在讲解基础理论时，要以板书为主。多媒体课件作为一种辅助手段，把抽象的事物用生动的语言和画面展现在学生面前，更加形象和具体，再列举一些生活当中的实际例子，可以使教学活动收到良好的效果。在讲解较为复杂的公式时，最好的办法是板书，再加上对学生的提问，可以调动学生的学习兴趣。把理论的讲解和生动形象的事物联系起来，有利于学生掌握。学生在学习过程中，对不易理解的内容要适当做些记录，不但可以调动学生的学习积极性，而且取得了良好的教学效果。

四、考试方法及成绩评定方法改革

为了考核学生解决实际问题的能力，调动学生的学习积极性，死记硬背的内容不列入考核范围。笔者在“传热学”的考核中也进行了改革。考试采用三种考核方式综合进行，这三种方式是闭卷、开卷和大作业。任课教师在进行课程考核时要出具两套试题：一套试题是开卷，主要目的是为了考核学生运用所学内容分析实际传热问题和解决实际传热问题的能力，并且在开卷试题中也要有考查学生创新能力和创造性思维的内容；另一套试题为闭卷试题，主要用于考查学生对课程的基本概念、基本理论和基本规律等基础知识的掌握程度，题目主要包括简答题、选择题、填空题、名词解释等。开卷试题和闭卷试题的考试时间和分值分别占总考试时间和分值的50%。开卷考试和闭卷考试在同一考场中先后进行。

学生的成绩评定方法由传统的考试成绩评定改为“考试成绩+实验成绩+平时成绩”综合评定。为了提高学生的学习积极性，并保证学生的大作业质量，提高学生参与课堂讨论和课堂讲授的能动性，任课老师在课程一开始就要在课堂上宣布最终成绩的评定方法：考试成绩占总成绩的60%；实验成绩占总成绩的10%；平时成绩考核根据课堂讨论情况、回答问题、大作业成绩综合评定，占总成绩的30%。

五、教学效果

1.课堂和实验课教学效果

通过一个学期的教学改革思路下的教学设计和教学实践，笔者发现学生在课堂上能够积极主动地思考和回答问题，对“传热学”的学习比往届学生兴趣更高，在任课教师的引导下能够主动思考解决传热学问题的流程，主动查阅笔者提供的参考书目并提出问题。在导热、对流及辐射换热的实验课上，大多数同学能够自发、独立、主动地完成三个基本实验，有些同学还与教师探讨更深入的实验验证分析解的问题，完成笔者布置的选做内容。

2.大作业反馈教学效果

由于学生较多，从120个学生中抽查了交上来的50份大作业，学生在选题上发挥了积极性和主观能动性，选题范围从生活实例到气候变化，再到工程实践，如天气现象谚语中蕴含的传热基理、太阳能利用，制冷系统中的传热学应用等，涉及到“传热学”各个章节的内容。大部分学生还通过查阅相关文献和主动思考，初步掌握了模型建立、数值模拟及结果分析并验证这一流程，得到了一次系统的科学分析方法训练。学生在查阅资料并完成大作业的过程中，不仅巩固了课堂上教授的基本内容，还自发引入其它课程或参考资料中的信息并将信息加工消化，例如进行传热过程分析的火用分析方法等。

总之，学生在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和创新能力。

六、结束语

总之，课程教学没有固定的模式，在实际教学中做到因人而异、因材施教是有一定难度的。作为教师，要不断应用新型教学方法，提高个人修养，制作丰富多彩的多媒体课件。要想使全部学生顺利完成学习任务，不但要适当运用多媒体课件辅助教学，还应经常和学生进行交流，有目的地指导学生，提高学生的学习兴趣，使全部学生感受到学习的乐趣，获得努力学习的动力。

参考文献：

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[2]刘晓慧.传热学课程内容分类教学法[J].建材高教理论与实践，

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[3]涂虬.热平衡法在传热学教学中的应用[J].武钢职工大学学报，

2000，（1）.

热能动力工程论文篇6

工程热力学课程的特点是理论性强、概念抽象，教学难度大。在缺少专业工程背景的情况下，学生在学习过程中普遍感觉较为困难，甚至茫然不知所云。如何使学生能够较好地掌握教学内容及热力学基本内容，是工程热力学课程教学的根本所在。在多年的教学过程中，我们发现在课堂教学中，除了需要借助优美的PPT多媒体课件来展示热力学过程，更需要激发学生学习热力学的兴趣，在引入一些工程实例的基础上，激励学生去思考，及时地与学生就教学内容进行讨论，促进学生对知识点的掌握和领悟。与常规教学方法相比，课堂教学不再是文字、公式的罗列，PPT动画的简单演示，而是把教学的核心放在启迪学生对热力学概念、原理的思考及把握上，使学生在学习课程内容的同时，熟悉热力学的系统内容、章节间的逻辑关系、基本原理等，形成对热力学的一种系统的总体的认识和把握，而不是零散地去背诵记忆一些片段。通过这种激励启发式的教学，使学生做到理论和实际工程案例的结合，从而使热力学知识很好地固化在学生的大脑中，并且达到灵活应用的目的。激励启发式教学，需要教师在课堂教学前充分准备，精心设计课堂教学内容的每个环节，围绕章节内容中的重点知识内容，设计问题及启发实例，并完成课堂互动讨论的教学组织，在此过程中需要教师饱含激情和较好的耐心，使学生在严肃活泼的氛围中掌握热力学的相关知识。

二、改进课堂教学PPT，增加工程实例

工程热力学作为一门专业基础课，与工程实际密切相关。在教学过程中，需要有很多的工程问题作为背景。以教科书为单一内容的PPT演示，并不能满足课堂学生学习的需要。为了提高学生学习热力学的兴趣及深入掌握热力学知识，迫切需要在传统课件中加入工程实例，利用多媒体技术全面展示热力学的工程应用，使学生在工程案例的演示中发现并体会工程热力学的重要性及美感。通过工程案例的学习，使课堂教学内容图文并茂，声像结合，使学生在多方位、立体化地形成认知并达到对热力学知识的理解、分析、记忆、掌握和应用。对于热力学工程案例，我们选取了真空做功、制冷循环，内燃机等工程机械作为实例，进行详细分析和讲授。工程案例的引入，将实际生活中与热力学相关的问题引入到教学中，用所学知识来解释工程问题，在讲解中让学生明白热力学知识可以解决本专业涉及的实际专业问题，从而实现“从理论中来，到实践中去”，实现对创新型人才的培养。

三、将工程热力学的学习融入大学生创新项目中

在创新型人才培养中，需要提升学生运用基础理论进行学术研究的能力和具有工程应用背景的有关开发、设计的能力。大学生创新项目的实施，有利于促进高校培养具有创新意识和能力的新型人才，促进高校探索并建立以科研活动为中心的教学模式，倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革，充分调动学生主动学习的积极性、创新思维和创新意识，同时在项目实施中使学生逐渐掌握思考问题、解决问题的能力。结合大学生创新项目，结合建筑环境与能源应用工程的专业特点，在指导学生大创项目时，将热力学第一定律、热力学第二定律和卡诺定律应用其中，使学生明白能源利用的守恒性，以及如何提高热力循环的效率，减少不可逆损失，这些都成为学生应用所学知识来解决实际问题的一种锻炼。学生在科研项目中，深化了对热力学知识的认识，同时提高了自己思考问题、解决问题的能力。同时，鼓励学生积极参加各类挑战杯、建筑节能比赛、机械创新设计大赛等，通过这些竞赛活动进一步提升自己的创新能力。

四、改进课后作业完成形式，增加分析报告

工程热力学课程是一门实践性很强的课程，其中很多理论已用于工业过程。因此，在课后作业中，需要对传统布置练习题来检验教学成果的方式进行改进，增加一些实际工业循环的实例，让学生通过分析其所应用的原理，提交分析报告，并指出该工业过程效率提高的方式和途径，以这样的方式来激发学生学习的兴趣，提高学生理论联系实际的能力。同时，精选一些课后习题，通过详解的方式，激发学生的创新意识和解决问题的能力，进一步促进创新型人才的培养。创新是实现社会持续不断向前发展的原动力，也是培养和造就一大批素质过硬、勇于创新的新世纪人才，保证国家高速发展的有力保障。创新能力的培养来自于理论和课堂，更在于理论和课堂之外的亲身体会和具体的实践操作。

本文从工程热力学教学与工程实例结合，与科研活动结合，改进课堂教学组织模式和课后作业完成形式等方面，探讨了以培养创新型人才为目标下的工程热力学教学改革与实践，希望能够进一步提高工程热力学的教学质量和效果。

作者:高蓬辉 张东海 王义江 黄 炜 单位:中国矿业大学力学与建筑工程学院建筑环境与能源应用工程系

参考文献：

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热能动力工程论文篇7

关键词：专业基础课；演示性实验；综合性实验；开发实验室；仿真实验

一、实验教学在专业基础课中的地位及重要性

实验是科学探索的先导。大学生通过基本实验教学能掌握基本的实验技能，能深入理解专业基础课中的基本理论知识。实验教学是培养大学生专业领域创新意识和探索能力不可替代的手段。实验教学已被列为实现创新人才培养目标的重要教学环节。热能工程、建筑环境与设备工程等专业的专业基础课包括工程热力学、传热学和工程流体力学。它们普遍存在概念多、理论抽象、公式繁杂等问题，有必要通过实验环节加强教学方面的理解。本文从专业基础课的基础实验出发，在原有实验教学体系的基础上，对专业课程的实验室建设和教学改革提出一些构想。

二、能源动力类专业的实验教学体系基础

《工程热力学》、《工程流体力学》和《传热学》三门课程的实验是能源动力类专业最为重要的专业基础课程，一般包括：①换热器温差传热做功能力损失测定；②水的沸腾过程及其P-T汽化曲线测定；③喷管流动特性实验；④压缩机效率测定实验；⑤制冷循环性能系数ε测定；⑥冷却塔性能测试实验；⑦CO2超临界P-V-T实验测定；⑧空气的比热容的测定；⑨管道内雷诺实验；⑩能量方程（伯努利方程）实验等。

1.基础实验的作用。河北工业大学能源与环境工程学院热能工程专业为了充分发挥实验教学的功能，在实验课上引导和培养学生的实验技能及动手能力，理清实验课教学与专业基础理论课程的关系，要求学生以严谨求实的态度、以科学创新意识积极动手完成实验，让学生理解实验课中实验现象与教学理论的关系、实验现象得出的结论在理论教学中的作用以及现象与理论的过渡过程等，以期通过实验教学环节达到理解抽象理论和概念的目标。首先是基本测量仪器仪表以及测量系统的使用，包括温度、液位、流量、湿度、流速等基本热工参数的测量，目的是使学生了解和掌握基本物性参数中测量的基本原理与方法。指导教师在定压条件下帮助学生完成空气比热的测量实验、金属热导率等基本实验教学，让学生通过这些实验过程理解物质属性的测量方法，并在理论教学上逐步进行专业基础课的其他相关实验。

2.演示性实验在教学中的重要地位。在经费条件有限的情况下，演示性和验证性实验可以填充实验教学中的部分不足。演示性实验通过直观视觉反映抽象的概念或理论，对于学生理解抽象概念，印证基本理论有较大帮助，既可以达到巩固课堂上所学内容的目的，又可以使学生初步熟悉各种仪器设备及其操作规程。比如工程热力学课程是热能工程、建筑环境与设备等专业非常重要的专业基础课之一。它对后续专业课程的学习起着至关重要的作用。这是其本身知识体系所决定的。我们知道热力学理论是从热能与机械能相互转换的实践中发展起来的，主要内容围绕热与功转换。其中动力循环部分，有较多的抽象的概念，例如热力学第二定律，开尔文说：“不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机”。该定律用实验验证非常困难，而用仿真实验则比较容易做到。水的定压加热过程实验，包括水的一点（三相点）、二线（饱和水线、饱和蒸汽线）、三区（过冷水区、汽水两相共存区、过热蒸汽区）、五态（过冷水、饱和水、湿蒸汽、饱和蒸汽和过热蒸汽），加入动画仿真，学生就很容易掌握水蒸汽的热力性质。热力过程和热力循环中一些内容也可以加入动画仿真，在教学上引导学生自主分析，从而提高其对知识的理解和对知识的感受能力。工程流体力学可以进行自然循环静压传递扬水演示实验水流流动形态及绕流演示实验、流谱演示实验、水击现象演示实验、虹吸原理演示实验、空化机理演示实验、紊动机理演示实验等。

3.仿真实验室的建设和健全。仿真实验室可以利用动画软件进行研究演示，在节约财力的基础上，能部分达到学生理解实验的目的，特别是大型复杂实验。相关的例子如《工程热力学》锅炉中工质水的定压加热过程，由过冷水加热到饱和水、到饱和蒸汽、再到过热蒸汽的过程涉及复杂烦琐的计算，若通过计算机编程技术来计算此过程，不仅可提高计算效率，还可锻炼学生把编程技术用于工程计算的能力。《水和水蒸气热力性质图表》和《空气热力性质图表》等这些传统图表，通过编写程序的方法使用，可有效降低出错的可能性。现在很多设计和科研部门已采用一些工具软件。有一些工具软件使用的项目，可以借鉴其他高校正在进行的火电机组仿真实验室的建设和健全。模拟实验项目有200MW和300MW火电机组的全过程，包括锅炉启动前的准备：制粉系统首先投入运行，锅炉给水系统相继打开，引风系统相继作用，系统点火，空气预热器配风，相应参数维持到正常运行状态，汽轮机开始正常冲转、加负荷、并网等，给水三冲量控制投入，炉膛壁温的检测等环节的实施。让学生通过仿真实验加深对锅炉机组、汽轮机机组等主辅设备系统组成和运行原理的认识和理解；通过仿真实验来理解热力发电厂中锅炉给水控制、给煤控制和蒸汽控制系统的基本功能、组成和操作方法；通过模拟实际操作，对现代大型火力发电机组的运行方式进行比较深入的认识，同时对火电机组仿真技术有了一定的了解。学生通过对不同容量火电机组的全工况仿真运行实践，不仅可以提高动手能力，而且深入理解专业知识，也增加了专业自信。

4.综合性实验教学和开放实验室。逐步建立综合性实验教学和开放实验室是实验教学的重要环节。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与之相关课程的实验。为了进一步拓展学生的实验领域和实验技能，我们以专业基础课的理论指导开拓综合性实验，在有限物力及财力的条件下，通过自行研制设计开发新的实验内容，在现有设备和热工系统的基础上改造原有设备和系统，开发研制具有新功能的系统。例如，在换热器实验台上，把原来的换热管改成热管等项目；在利用太阳能集热器加热水的系统中，改造其成为小型溴化锂制冷系统中蒸汽发生器中的热源。在条件允许的情况下，可组织学生设计和安排实验的基础平台，以激发学生在此方面学习的积极性和探索精神的热情。目前正在做不同管道（螺纹管、波纹管等）的换热器的传热性能的研发，就让学生感受到了自主学习和探索的乐趣。我们在开展创新层次实践平台的构建，培养学生独立思考和创新能力方面还需要很多设想，要不断地将其付诸实现，需要不断的探索和努力。

依据热能工程和建筑环境与设备专业基础课的特点和需求，提出专业基础课中实验教学在优化理论课程中的重要地位，并使专业基础实验教学项目和教学手段，在教学中得到一体化的建设和整合，可以通过分阶段、有重点、分项目地安排实验教学课程，将传统的把工程流体力学、工程热力学和传热学的实验教学分割开来的实验教学整合为四个阶段的实验教学环境，在不同阶段有计划系统地培养和训练学生，不断提高教学效果。高等学校的根本任务是培养人才，无论高素质的工程技术人才还是具有科学探索精神的科技人才都离不开高素质的师资队伍和科学先进的教学理念以及过硬的实验教学方法和手段。

参考文献：

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热能动力工程论文篇8

【关键词】热能；动力工程；能源

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2014）03-180-02

近年来，随着工业的快速发展，我国锅炉的种类也逐渐增多，但是在锅炉的制造和应用方面还存在不少的问题，主要是能源利用效率比较低的问题。因此，如果提高能源利用效率成为我国热能与动力工程研究的方向之一。在本文中，笔者结合自身工作实际，从我国现阶段热能与工程发展情况入手，分析了热力动力工程和能源的发展状况。

一、热力动力工程及其未来发展方向

（一）现阶段的热力动力工程研究情况

我国的热力动力工程专业是在上世纪五十年代形成的，而它的兴起则是在前苏联，这个专业下面还包括几十个小专业，主要与偶电厂热能、制冷、锅炉，以及空调空城、低温、内燃机等等。而在我国实行改革开放之后，尤其是进入新世纪之后，这些小专业逐渐压缩成为九个小专业，前不久有被合并成为一个专业。在我国的大多数高校开设了热能与动力工程专业。

热能与动力工程专业的研究内容包括两个方面，一个是热能，一个是动力，它是一门技术性和应用性均非常强的专业，涵盖的知识领域主要包括机械工程、工程热物理、热能动力工程。此外，还包括能量转换和有效利用的理论和技术等，制冷装置、动力工程、动力机械等也属于这一专业的知识领域。该专业的应用领域也比较广泛，可以说是我国科技发展的基础专业所在。随着我国社会主义市场经济体制的逐步晚上，社会需求的不断多样化，以及科学技术的应用发展，均称为其发展的挑战。

（二）热能与动力工程的发展方向

热能与动力工程的发展方向首先表现在动力控制工程的发展方向，其研究发展需要掌握动力测试技术、汽轮机原理、动力机械设计、热工自动控制，以及燃烧污染与环境、锅炉原理、传热传质数值计算等方面的知识；其次，在热力发电机与汽车工程发展方向上，则需要掌握内燃机原理、燃料和燃烧、热力发动机的排放、环境工程理论，以及内燃机电子控制、低温技术学等方面的知识。

此外，在水利水电工程发展方面还需要掌握水轮机原理、水力机组辅助设备、现代控制理论、电机学与发电厂电气设备等方面的知识。

二、工业炉的发展状况

在工业生产领域，工业炉的作用比较大，在推动工业生产方面发挥着独特的作用。工业炉是一种热能转化装置，通过燃烧来产生热量，然后用燃烧产生的热量来加工物料和工件。在工业生产当中，工业炉是比较重要的生产设备，当前，工业炉在工业生产的各个领域均有应用，而且品种比较多，有力推动了工业生产的发展。早在商周时期，我国已经制造出功能强大的锅炉，随着工业生产的发展，锅炉逐渐发展成为当前的工业炉。所以，锅炉可以说是工业炉的一种特殊形式。相关的统计结果显示，在我国的12个行业当中，工业炉装备在12万台以上，其中，机械制造行业的工业炉占到了总数的67%，而工业炉有可以分为燃烧炉和电炉。现阶段，多数行业使用的是工业炉。而这两种工业炉中，燃烧炉的使用范围最广，有力推动了我国工业生产的发展。

三、工业炉燃烧控制技术的应用

若想比较好地控制热能动力工程锅炉内的燃烧，控制炉内的温度，必须控制能量转化幅度。在过去，锅炉燃烧均是使用人力向锅炉内添加燃料，通过这种方式来保证锅炉的连续工作。但现阶段，不少企业已经采用了步进式锅炉自动控制技术来控制燃料的添加。在下文中，笔者介绍两种锅炉燃烧的控制方式。

（一）空比例连续控制系统

空比例林旭控制系统由气体分析装置、燃烧控制器等部件构成，通过检测热电偶来设定燃烧数据；利用计算机技术计算出燃烧的偏差值，保证输出结果的准确性，实现对锅炉燃烧的控制。不过相关的研究表明，通过这种方式控制燃烧，常常会会出现偏差，计算结果的准确性会大幅降低。

（二）双交叉限幅控制系统

双交叉限幅控制系统，主要由热电偶、烧嘴和流量阀等组成。但是从另一个角度来讲，即通过温度传感器，把需测量的温度转换成电信号，之后，在计算所需测量的温度是不是与预先设定的温度相同，从而实现对锅炉内燃料燃烧的有效控制。锅炉采用这种燃烧控制方式，主要有两个方面的好处，一是可以节省能源和部件，二是可以实现对锅炉内温度的精确控制。实践证明，这种控制技术的应用效果非常好，值得在热能动力工程中应用和推广。

除此之外，控制热能动力工程锅炉内的燃烧温度，还应结合工程的需要，合理选用燃料。众所周知，有些燃料的燃烧控制较容易，而有些燃料燃烧较剧烈，控制相比较难，这就要求在锅炉内填充燃料前，合理选择燃料，通过对比燃烧点、燃烧所持续的时间等确定使用哪种燃料。

四、仿真锅炉风机翼型叶片

在锅炉的内部，有着不少的叶片，这些叶片在燃料燃烧的过程中会通过自身的转动形成复杂的流畅，主要的特征便是非定长。因此，通过相关的实验来检测其性能有着比较大的困难。现阶段，也缺乏健全和完善的流体力学理论知识来解释其中发生的各种现场，比如流动分离现象、失速现象和喘振现象等。在这种情况下，就需要通过流动实验和数据模拟来探测机械内部的流动问题。

五、热力动力工程在能源发展方面

（一）能源方面存在的问题

当前，世界各主要经济体的经济复苏迹象逐渐明朗，随着世界经济的复苏和持续发展，能源供应紧张的局面将会加剧，世界各国将会更加重视本国的能源安全问题，在采取行之有效的能源战略同时，加快各种能源利用新技术和新工艺。而能源动力工业作为我国国民经济和国防建设的支柱性产业，在推动国家经济发展方面做出了突出的贡献。所以，必须提高能源利用效率，缓解能源紧张的局面。

而热电厂的风机，是一种可以产生能源的机械装置，通过轴旋转产生的气流，可产生大量的动能，在发电厂、工业生产和锅炉生产过程中具有广泛的应用。对于一些发电机组来说，随着电力需求的增加，电网的运行将会更加的安全和可靠，所以，这对于风机的应用也就提出了更高的要求。

（二）能源方面的发展前景

人类社会赖以发展的重要基础便是能源，能源在确保人类社会的可持续发展方面有着巨大的作用。在世界能源形势不容乐观的形势下，如果更加合理高效的利用能源，成为世界性的研究课题。当前，我国的能源利用主要以煤炭和电能为主，也就是在能源利用结构中，煤炭是核心，我国是以煤炭为主的能源利用结构。这种能源利用结构，一方面会对环境产生比较大的影响，造成生态环境和大气环境的严重破坏，一方面会消耗大量的能源，过度消耗煤炭资源，使我国的能源供应日益紧张。

在这样的形势下，在我国能源供应日益紧张的形势下，我国能源的主要发展方向是“新能源、核能、智能电网、常规能源、节能减排”。而热能与动力工程符合我国能源发展的大体方向，可为我国能源结构的合理优化做贡献。

六、结语