关于传热学的论文

2022-05-17

今天小编为大家精心挑选了关于《关于传热学的论文(精选3篇)》仅供参考,大家一起来看看吧。摘要:针对当前大学生普遍存在理论脱离实际的问题,结合课程教学内容,将案例教学法引入到“传热学”课程的教学课堂中。文中从案例选择的原则、案例的制作、案例的运用和教学过程中的体会等多个方面阐述了将“案例”嵌入到电力行业类高校“传热学”课程教学中的实践过程。

第一篇:关于传热学的论文

关于回转窑内物料传热的综合述评

摘要:阐述了当前回转窑传热、仿真的模型分析以及应用的技术总结,提出部分物料本身、装置、环境间的传热模型,并结合热能利用进行了分析,实验分析部分阐述了当前回转窑实验分析的现状及方法,说明了基于DEM,c++,Fluent的模型仿真,应用分析总结了不同工况下回转窑技术参数、操作参数对化工生产的影响,并对回转窑传热分析进行了展望。

关键词:传热模型、仿真分析、技术应用

Key words: heat transfer model, simulation analysis, technology application

引言

回转窑是一种常用的颗粒物质处理设备,普遍用于多个领域,如冶金行业用于对物料进行焙烧的回转窑,农业行业用于干燥粮食的滚筒干燥器,制药行业的药品混合器等[1-4]。诸多技术参数和操作参数将影响回转窑对物料处理的质量及效率,低质的处理成品也会造成资源浪费,因此研究回转窑内部传热过程具有广泛的应用意义和经济价值。

对于目前行业内回转窑传热方面存在的普遍问题有:温度分布情况、物料运动及填充情况、不同操作参数下回转窑工作效率等问题。对于温度分布情况,目前国内外学者普遍采用Fluent等软件模拟出整个装置内温度场的分布情况,姚心等[5]应用Fluent软件,得到窑内不同位置的温度分布情况;同样对于物料运动及填充情况可用EDEM等软件进行仿真分析,乔斌[6]通过EDEM软件研究了石灰石在回转窑内停留的时间;而目前对于不同操作参数下回转窑工作效率问题,行业内学者普遍通过模型建立、实验分析、形成优化方案的一系列过程对工作问题进行改善。

本文将着重总结前辈学者对模型建立、实验分析、对于不同生产条件下最适应的回转窑及装置的技术参数和操作参数、并加以对目前回转窑传热问题的展望性分析。

1传热模型的建立

1.1 颗粒与颗粒间传热模型

响导热面积和温度梯度的参数很多,例如物料的尺寸参数等会对物料本身导热面积造成影响,而回转窑填充率、环境及操作参数等则会对窑体内的温度梯度造成影响,由此合理的根据工业生产设计颗粒的参数及回转窑的操作参数是提升生产质量降低能源消耗的重要前提。

李金晶[7]等对滚筒冷渣器进行了研究,通过正交实验测量了排渣粒径尺寸、灰渣填充度、滚筒转速对综合性的传热影响,实验结果表明:对综合传热系数,排渣粒径的影响最大,填充率与转速的影响大小相近,转速的影响最小,见图1[7]。

在研究颗粒-颗粒间传热模型时,物料运动将对传热条件产生影响,例如:滑落,塌落,泻落,抛落的四种不同运动状态将使得物料之间有不同的接触面积;物料本身的物理性质如:杨氏模量(E)、剪切模量(G)、泊松比(μ)、动摩擦因数(μ)等物理性质将影响物料运动的过程。因此回转窑的温度分布、填充率、转速、倾角、反应时间以及部分物料的材料性质便是在构建物料传热模型时的关键因素。

1.2 物料与回转窑及装置间传热模型

颗粒与回转窑间传热方式主要有接触传热和热辐射传热,颗粒与回转窑间接触传热将主要受到接触面积、温度梯度的影响,在回转窑以不同速度运转时,物料与回转窑将产生不同的接触面积,见表1[8]。

随着弗劳德数向1趋近,物料与滚筒间的接触面积逐渐增大,接触面积增大意味着物料与回转窑间的导热效率将大大提高。同样提高回转窑填充率也可以适当增加物料与回转窑间的接触面积,但是高填充量在中低转速的工况下会导致大量物料的淤积。调整回转窑及装置与物料的温度差,改变温度梯度亦可对导热速率产生影响,但工业生产中的部分物料的性質对生产环境有着较高的要求,较高的温度差会使生产物料发生化学反应而适得其反,同样较高的温度会消耗更多的能源,因此具体导热要求需视生产实验要求而定。

李海鹏[9]等对干燥滚筒进行了模拟分析,提出在设计干燥滚筒时,应充分考虑流场分布、火焰喷射形状、燃烧器效率等参数进行设计,在提高热交换率的同时减少不必要的能量损失。

对于物料与窑壁间的传热计算,可通过引入各种传热系数进行计算,如覆盖窑壁与物料的接触传热系数,见式1[10]。

由此,烟气对物料、回转窑间的传热影响,受到窑体内化学反应、物料物理性质、回转窑技术参数等影响。

雷先明[10]等分析物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应,在其具体实验中提及,在特定区段内,熟料温度会高于烟气温度,热量由熟料传给烟气,导致烟气温度升高,反而熟料温度降低。因此,在考虑设计回转窑及装置时,烟气同样是不可忽略的因素。

1.4 能源再利用与颗粒、回转窑及装置、烟气、环境间传热的综合传热模型

在工业生中,上文提及的三种传热影响仅是实际生产过程中较为主要的影响因素,除此以外还有回转窑及装置与烟气、回转窑与环境、烟气排放,以及不同设计参数、型号的回转窑在不同操作参数下衍生出的传热现象。对于能源利用方面,而国内对于回转窑的余热利用方面研究依然尚浅。

王春华[12]等,将在回转窑中产生的废热进行余热利用,发电并网。Q. Yin[11]等,通过研究一种新型热回收散热器,建立多目标优化模型,经过数值模拟证明该方法可以减少燃料消耗,见图2[11]。

目前对于集物料、回转窑及装置、烟气、环境间传热的综合实验分析较少,对其整体过程的研究可以作为未来研究的方向。

3不同领域回转窑的应用

3.1滚筒冷渣器应用

在国内煤炭应用的工业领域中,现生产过程中使用的大型循环流化床锅炉,冷渣器堵塞、结焦现象时有发生,成为导致锅炉被迫停运和减负荷运行的主要原因,对其进行相应传热特性的研究,以便于后期设备的改进。李金晶[7]等实验中选用滚筒冷渣器配套于大型CFB锅炉,如图3[7]所示,冷渣机由进渣排风装置、风水冷滚筒和机架等组成。工作时,低速旋转的滚筒会循环流化床锅炉排出的灰渣,灰渣经落渣管进入冷渣机渣斗,之后在风水冷滚筒内由膜式水冷螺旋管排向前推进,滚筒内会不断通过冷却风,灰渣在不断地翻滚流动中与冷风和冷却水管进行热交换。当灰渣冷却后,从风水冷滚筒的另一端向下排出。选择滚筒式冷渣器配套于大型CFB锅炉,能解决主机受制于辅机的瓶颈问题,有助于实现大型CFB锅炉的长期、安全、稳定运行;同时会给产、供、用多方带来可观的经济效益。

3.2 干燥滚筒及搅拌设备应用

在石油工业领域,沥青搅拌设备依然存在不足,干燥滚筒设计理念和依据还不成熟,例如筒体各区段的长度确定,料帘设计的热力学计算,如何形成最佳料帘分布以达到最高的热效率等。李海鹏[9]等在文中提出了一种干燥滚筒的三维仿真模型,并对其进行fluent模拟。干燥滚筒的三维仿真模型见图4[9]。干燥滚筒不但要保证所生产的热骨料满足质量要求,还要能用最低的热量消耗来获取最大的热骨料生产能力。干燥滚筒的加热采用燃烧火焰和燃烧热气直接与骨料接触加热的方式,逆流方式加热在实验中较多采用,而逆流方式加热多受结构参数的影响,所以在干燥滚筒的设计中,其结构参数如滚筒直径、长度、转速、倾角、叶片结构和位置等都直接影响其内部流场的分布和干燥效率。在模拟完成后,得到了结构参数对滚筒干燥效率的影响关系,有利于后期进行设备的选择及制造。

3.3 喷雾冷却机应用

在冶金工业领域,喷雾冷却机用于对热轧钢材进行的在线控制冷却,这种方法冷却相对均匀,因而应用广泛。郑桂东[13]在文中使用喷雾冷却机,筒式喷雾冷却机结构见图5[13],包括传动部分、支撑部分、回转筒体部分、进出料口和冷却系统。为保证物料可以在回转筒体中不断向出料口前进,所以要使筒式喷雾冷却机传动部分和前后支撑部分与水平面存在 1.5%的斜度,使筒体倾斜。进料口由进料箱、进料溜槽、前端密封和进料箱支架组成;出料口由出料箱、尾端密封、出料斗和出料箱支架组成;回转筒体部分主要包括首尾端外筒体、内筒体以及筒体上的附件;回转筒体由两个托轮支撑,在出料端安装一对挡轮,可以使筒体稳固,避免出现窜动的情况。喷雾冷却机的核心部分为冷却系统,包含雾化喷嘴、水箱、供水管、泵、冷却罩和检修平台等。

传动系统由变频调速电机、减速机和底座等组成。球团在转底炉进行煅烧还原,之后温度高达 1100℃球团通过进料口进入筒式冷却机的内部,进行冷却,在冷却过程中,冷却系统内布设的雾化喷嘴,可以对高温筒体表面进行降温,从而间接使物料温度降至300℃以下。同时回转筒体的前后两端采用双层筒体结构,以增大换热面积。在冷却机底部设置蓄水池,附近设置冷却塔,蓄水池的热水经冷却塔冷却后再供给筒体降温,这样就可以在冷却材料的同时实现水资源的循环利用。

3.4 回转窑应用

在冶金、化工生产领域,回转窑是热工核心设备之一。姚心[5]等在文中给出了回转窑的结构示意图,回转窑结构见图6[5]。回转窑由燃烧器喷人窑内的燃料和磁铁矿排出的挥发分燃烧后产生高温,在回转窑的长方向形成3个温度带,即预热带、烧成带和冷却带。烧成带为回转窑的核心部分,烧成带的温度既与燃料的喷入量及其热值相关,也与喷人燃料和挥发分是否充分燃烧有关。燃料和挥发分的充分燃烧与空气量密切相关,空气量不足,燃烧不充分,无法达到指定温度,空气过量又会引起烟气量增加。所以空气量的设置是工厂操作的关键环节。通过仿真技术,以钒钛磁铁矿和铅锌矿为例,通过对回转窑全面的仿真计算,为提高回转窑热效率、降低能耗、优化设计提供理论支撑和技术指导。

总结

传热模型的建立是传热分析中重要的环节,本文根据不同的传热类型建立了颗粒与颗粒间传热模型,物料与回转窑及装置间传热模型,烟气与颗粒、回转窑间传热模型,能源再利用与颗粒、回转窑及装置、烟气环境间传热的综合传热模型,共四种类型。物料运动、温度场分布是影响传热模型建立的关键因素,不同的实验模拟,需要根据其运动特性以及装置结构参数具体分析,选择合适的模型。现阶段对于能源再利用的传热研究成果较少,可以成为未来重点的研究方向。随着数学模拟的方式的多元化,DEM、CFD计算的发展,模拟过程不断地简化。引入的耦合可以精确地分析复杂的过程,随着研究的深入,模擬的方法将更加简化有效。从滚筒本身来看,影响滚筒传热效率的因素有滚筒的转速、滚筒的结构、有无抄板等因素,实验者也会根据不同的实验要求选择、研发新型结构的滚筒,以达到实验目的。滚筒应用的领域十分广泛,如食品、化工、冶金、炼油等,尽管有的滚筒设备存在如传热效率低等缺点,但是在国内外学者不断地研究改进之下,滚筒领域正在迅速的发展,有的设备从三维模型发展成为了大规模应用的工业设备;有的设备由最初的高能耗低效到现在的节能高效;还有不少的对滚筒有影响的未知影响因素被不断的发掘,使新生产的仪器更加复杂精密。

参考文献

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[4]Soni R K, Mohanty S, et al. Numerical analysisof mixing of particles in drum mixers using DEM[J]. Advanced Powder Technology, 2016, 27( 2): 531 - 540.

[5]姚心等.回轉窑内传热及燃烧过程模拟和工艺优化研究[B].有色设备,2019(2):10-15

[6]乔斌等.基于EDEM软件的石灰石在回转窑内停留时间的模拟研究[A].矿山机械,2010(19):0083-03

[7]李金晶等.滚筒冷渣器传热特性的实验研究[A].电站系统工程,2009(01):11-13

[8]王昆等.滚筒装备内颗粒混合与粉磨研究进展[A].中国粉体技术,2020(04):38-45

[9]李海鹏,孔德勇,王鹏.干燥滚筒内流场和传热过程的数值模拟[J].工程机械,2011,42(06):20-23+2.

[fir4 10]雷先明等.物料与窑壁间歇接触对回转窑传热过程的强化效应[A].中国工程科学,2006(08):39-44

[11]Q. Yin et al.Optimization design and economic analyses of heat recovery exchangers on rotary kilns.Applied Energy 180 (2016) 743–756

[12]王春华等.炭素回转窑模型的热态实验测试[A].工业加热,2008(03):44-46

[13]郑桂东. 基于DEM的回转筒体传热研究[D].武汉理工大学,2017.

作者:韦文杰 鹿仡 赵禹泽 张立栋

第二篇:案例教学在行业类高校“传热学”中的实践

摘要:针对当前大学生普遍存在理论脱离实际的问题,结合课程教学内容,将案例教学法引入到“传热学”课程的教学课堂中。文中从案例选择的原则、案例的制作、案例的运用和教学过程中的体会等多个方面阐述了将“案例”嵌入到电力行业类高校“传热学”课程教学中的实践过程。

关键词:行业高校;传热学;案例教学;探讨与实践

传热学是工程科学的重要领域之一,是理论与实践结合十分密切的专业基础课,课程修完后要求学生能够运用传热学理论分析计算实际的热量传递过程,在大机械类专业本科生的培养中占有重要的地位。

上海电力学院是一所电力行业类高校,培养的“能源与动力工程”专业学生主要面对发电企业,而电力产生过程中的传热现象可以说无处不在,这就要求所培养的学生不仅要掌握传热学的基础知识,而且要能将传热学知识电厂的实际现象相结合。

但是,作者在多年的实际教学过程中发现,学生在该课程的学习过程中比较迷茫,究其原因,是因为教材讲授知识的思路多是先讲述基本定律或方程,再描述从工程实践中抽象出来的数学模型,然后运用数学知识或引用经验公式加以求解。而该阶段的学生还缺少对电力生产过程的感性知识,缺少对电力生产过程中涉及到的传热现象和传热设备的认识和了解,因此普遍感觉“传热学”的理论知识和计算方法抽象,不易理解,较难将“传热学”课程与自己所学的专业切实地联系起来。

近几年,有些教育工作者结合自己的工作经验分享了授课中案例式教学的应用心得[1-5],这让作者深受启发,由此萌发出结合实际问题讲授理论知识,围绕日常生活案例以及与电厂联系紧密的工程案例来组织教学的想法。为此作者所在的课程组结合多年的“传热学”教学经验,设计与编写相关教学案例,将其运用于课堂教学,取得了较好的课堂授课效果,为行业类高校课程教学的有效开展提供了有益的参考。

一、教学案例的制作

教学案例的搜集与制作是案例教学实施首当其冲的第一个环节。案例准备得恰當、充分与否关系着案例教学的成败。

1.教学案例的选择原则:课程组通过深入研究教学内容与教学目标,结合我校“能源与动力工程”专业主要培养“电力工程师”的人才培养目标,首先确立了教学案例的选择原则。

①教学案例要贴切、恰当。案例教学法是一种教学方法,本质上还是要服务于教学的。因此所选的案例要能反映教学内容,不能“离题千里”,以免给学生造成知识体系的混乱。

②教学案例要生动、具有吸引力。所选的教学案例不能过于刻板,要具有一定的趣味性,这样才能提起学生的兴趣,调动学生的积极性,吸引他们参与和思考,让学生真正掌握所学内容。

③教学案例还要难易适度。所选的教学案例要充分考虑学生知识面和学习能力的差异,尽量不要选择分析难度大的教学案例,不要让学生产生畏难心理而达不到预期的教学效果。

④教学案例要贴近生活和电厂实际。讲解知识点用到的案例应尽可能是学生们耳熟能详的例子以增加案例与学生的亲近感,帮助学生消化、理解枯燥的知识;而在知识点应用阶段的案例应尽可能的源于电力生产中的传热知识应用,凸显我们教学中的电力特色,让学生明白如何“学以致用”。

2.教学案例的模块化。“传热学”课程内容以能量守恒为基础、以三种不同的热量传递规律为主线,教学内容主要包含热传导、对流换热、辐射换热和传热过程及换热器四大模块。依照上述原则,紧紧围绕这四大模块的知识点,分别制作了“传热现象”、“热传导”、“对流换热”、“辐射换热”、“换热器”五个案例库。而且每个案例库又都是针对模块中的各个知识点来建立的。另外,每个知识点都尽量寻找两个以上的案例,每个案例都表明所对应的知识点。建立起的模块化案例库清晰、明了,便于教师后期使用的便利化,便于加强学生对知识的巩固。

3.教学案例的形式多样化。根据课程知识点的特点不同,教学案例的组织还设计了多种形式。对于理解起来相对容易的知识点,采用“讲授型”的形式;对于需要有一定应用拓展的知识点,采用“讨论型”的形式;而对于需要亲自实践才能较好掌握的知识点,则采用“参与完成型”的形式。各种形式的教学案例根据教学内容和教学时间适度组织。

二、案例教学的实施

案例教学是对常规教学方法的改进,是一种以日常和工程案例为导向的教学方法。在案例教学的过程中,我们注意了与案例相配合的授课方法。

1.“点明式”教学方法。对于课程内容中比较明朗的知识点,配合以“讲授型”案例,采用直接明了的“点明式”教学方法,通过直接的描述将案例与知识点相结合。比如在讲到多层圆管壁面导热时,我们配合以凝汽器冷却管污垢的清洗案例,让同学们知道污垢积结就好比多了一层圆管壁,增加了一层圆管壁热阻,不利于热量的传递,制作的案例如下:

案例名称:凝汽器冷却管的污垢清洗案例(圆管壁导热)

凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起到冷源的作用。凝汽器真空过低会严重影响电厂机组的安全经济运行,而造成凝汽器真空过低其中一个重要原因就是凝汽器冷却水管结垢。凝汽器的结垢对凝集器的性能影响较大,它不仅使汽机端差增大,而且使汽机真空度降低,排气温度升高,影响汽轮机的经济性和安全性。……

2.“提问式”教学方法。对于课程内容中需要拓展的知识点,配合以“讨论型”案例,通过“有的放矢”的提问,让学生的认知有一定的顺序性和层次性,从而达到掌握所学知识的目的。比如在讲到等截面直肋片在温度计套管上的应用时,设计启发式的提问,逐步将问题深入化,引导学生将知识点拓展到应用实例。制作的案例如下。

案例名称:温度计套管的热分析(等截面直肋片导热分析)(参考答案略)

提问1:温度计套管如何使用?

提问2:温度计套管的作用?

提问3:温度计的读数能否准确地代表被测点处的温度?

提问4:既然存在测量误差,那误差的原因是什么?

提问5:根据上面的分析,温度计测量高温流体和低温流体时测得结果有什么不同?

3.“指导式”教学方法。对于课程内容中需要切身实践才能较好掌握的知识点,配合以“参与完成型”案例,教学活动采用老师指导、学生课外完成和课堂报告的形式完成。比如为了帮助学生初步掌握计算机求解传热问题的技能,提高学生应用计算机解决工程实际问题的能力,课程组由易到难设计了一维稳态导热、二维稳态导热和一维非稳态导热三种题型供学生选作练习。教学活动中,教师首先在课堂上将导热问题数值计算的问题分析、方程列出和离散、计算流程设计、计算程序编写等步骤进行讲解和指导,并将计算任务布置给学生;然后同学自由结合,各自组成小组,再利用课外时间完成计算任务;最后每一小组派出一位代表上台讲解计算思路,逐句分析计算程序,展示计算结果。

三、案例教学的效果与体会

本课程的案例工作从设想、组织到实施,历经两年有余的时间。案例教学通过在我校的“热能与动力工程”专业“卓越工程师”班的试点实施,取得了较好的效果,同学们普遍反映书本中的知识与日常生活和电厂实际联系起来了,也学会了用“传热学”的眼光来发现周围的世界,尤其在导热问题的数值求解的案例教学中,同学们反映收获最大,通过对活动的参加,同学们巩固了编程语言的熟练度,训练了编程的设计能力,加深了对导热问题的理解,增强了团队协作意识,锻炼了口头表达能力,受益匪浅。

在工作开展的过程中我们也深刻体会到案例教学是一项系统工程,它涉及到案例库的制作、教学方法的设计、教学过程的实施、教学效果的总结等环节,每一个环节的工作状况都会影响到案例教学的效果。与此同时,案例教学过程中除了涉及案例这一主要要素外,还涉及到其他两个要素:教师、学生。这两個要素也关乎着案例教学效果的好坏。对于教师来说,案例教学对教师提出了更高的要求,不仅要求教师对课程知识和专业知识具有很好的掌握,而且要求教师要具备组织、驾驭和协调的能力。对于学生来说,要求学生能够给予积极的配合,从被动学习转变成勤于思考、主动参与。此外,案例教学中的案例还应在教学反馈中根据真实的教学不断地进行完善和更新。

四、结束语

案例教学法是现今大学教育中比较先进的教学方法之一,其优势在于密切联系实际,具有较强的针对性、目的性和实效性。案例教学法在电力行业类高校的“传热学”课程教学中的实施让学生在学专业基础知识的同时也接触到了电厂中的传热现象,理论联系实际,促进了学生学业成绩的提高,有利于高素质人才的培养。但同时我们也认识到案例也不是万能的,如何将案例教学与传统教学方法相融合,取得更好的教学效果,值得我们继续深入研究与探索下去。

参考文献:

[1]郝俊才,赵春香,于月民,盖芳芳.材料力学案例教学方式研究[J].经济师,2015,(1):259,261.

[2]吕悦晶,周兴林,张海霞.案例教学在道路施工组织与概预算教学中的实践[J].黑龙江教育学院学报,2011,30(2):82-84.

[3]王学仁,艾春安,宁超.高等院校“传热学”案例式教学法探讨[J].中国电力教育,2010,(12):74-76.

[4]范培珍,何其宝.基于案例教学的数控编程与操作课程教学改革[J].滁州学院学报,2014,16(5):132-133,136.

[5]许璐.软件工程案例教学法探讨[J].中国管理信息化,2011,14(15):120.

作者:张莉 姜未汀 任洪波 裘薇

第三篇:对“工程热力学及传热学”课程教学的几点思考

摘 要 文章分析了“工程热力学及传热学”课程的特点和教学现状。针对课程教学中存在的一些问题,提出了一些改革方法,如改革教学内容、改善教学手段、理论与实验的相互结合、设计创新、课程答辩等。

关键词 工程热力学 传热学 教学改革 教学方法

Reflections on Curriculum Teaching of the Course

"Engineering Thermodynamics and Heat Transfer"

WU Hequan, YAO Yongten

(College of Automotive and Mechanical Engineering,

Changsha University of Science and Technology, Changsha, Hu‘nan 410114)

Key words Engineering Thermodynamics; heat transfer; teaching reform; teaching methods

0 引言

“工程热力学及传热学”是研究热能与机械能相互转换及热量传递规律的一门课程,有的地方也把该课程称为热工基础。当今能源、环境、航空航天、微电子、信息工程、生物和医学工程、军事等领域内的许多进展都直接或间接建立在热工研究的基础之上,热工研究在高新科技发展中占有重要地位。因此提高“工程热力学及传热学”课程的教学质量对培养适应现代化建设需要的工程技术人才具有重要意义。然而长期以来,由于“工程热力学及传热学”课程存在概念多、内容广、公式计算复杂多等特点使得师生都有难教难学的体会。特别是对一些非动力类专业(比如工程机械专业),该课程往往是选修课,课时少,学生重视不够,教学难度大。本文从“工程热力学及传热学”课程教学现状出发探讨课程教学改革的方法。

1 课程特点及教学现状

“工程热力学及传热学”主要是讲述了热量的产生、传递以及转换,它是工程热力学与传热学两个研究方向的综合。其涉及面广,包含热力学第一定律、热力学第二定律、热力过程计算、传热学的基本概念、换热器热计算等。目前课程教学主要存在以下几个问题:

1.1 课程学时少

在这个知识爆炸的年代,教学计划的不断更新,使得越来越多的课程加入到教学进程之中,这样每门课程的平均学时大大减少。以工程机械专业的“工程热力学及传热学”课程为例,总共只有24课时。教学内容多与课时少的矛盾非常突出。在这种情况下,既要保证足够的教学内容又要保证教学质量,对授课教师来说是不小的挑战。同时学生的学习难度也加大了。由于“工程热力学与传热学”本身理论性就强与“数理化”联系紧密,学生需要花大量的时间来消化理解。

1.2 上课不够重视、课前课后缺少自主学习

大学生并非高中生,相对自由很多,许多大学生对于上课不够重视,导致缺课现象时有发生,而学生的缺课也影响了教师授课的积极性,导致课程教学质量下降。虽然针对学生缺课现象,大部分学校已经采取了相应的考勤措施,但是由于后续工作不彻底,许多考勤成绩最终并没有计入到学生成绩中,不少学生存在侥幸心理,对课程教学没有足够的重视。此外,“工程热力学及传热学”作为一门选修课程,学生对此的认识是觉得这样的课程无所谓,不重要。在课前,很少有学生提前预习课程内容,而一些复杂的计算公式或理论,在没有数学物理预备知识的情况下,教师需要花大量的时间来进行公式理论推导,影响了教学进度。课后缺少复习又使得课程上学到的知识没有得到巩固。由于对选修课不够重视,很少有学生能在课前课后进行自主学习。

1.3 缺少实践

由于“工程热力学与传热学”的知识涵盖面广,一些需要用实验来表达的知识点,教师很难通过讲授的方式直观表现出来。而很多学校工程机械专业的“工程热力学与传热学”课程是没有开始实验的。理论与实际脱节不利于学生对知识的理解与消化,难以与实际相结合,例如气体流经喷管的流速和流量,绝热节流过程、发动机动力循环等等。这些都很难用于普通的PPT来表达,也不利于学生的理解。由于学时以及学校教学资源有限的原因,所以通常对于需要实践的课程并没有相关的实验设备供学生操作。这对于部分验证性以及需要实验才能直观表达的教学内容,学生很难理解消化,也不利于学生去记忆其中的重要知识点。

1.4 学生积极性不高,缺乏学习兴趣

“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”这句名言就提到了学习某个东西最重要的是对于它的兴趣,倘若我们有极大的兴趣,那么将事半功倍。而现在的学生普遍地缺乏学习“工程热力学及传热学”课程的兴趣。以前一直是学生排队等老师讲解问题,而现在则是老师请学生提问题,而就算是这样,还是很少人去提问,这有可能是学生根本就没有问题,这并不是说学生学得很好,反而是学得不透彻,根本就没有发现问题;也有可能是学生有问题,但是懒得去问,缺乏对于知识的渴望。这些都说明学生缺少学习“工程热力学与传热学”的兴趣。

“工程热力学及传热学”课程具有很强的综合性、实践性和应用性。同时社会在不断发展进步,对于高素质人才的需求也越来越严格,所以为适应社会市场需求,培养出一批掌握最新技术的高素质人才,校方和教师都应该共同反思,一起探索,建立起一份属于专业特色的教学体系,就必须结合目前的就业动向,对“工程热力学及传热学”课程教学改革进行研究。

2 课程教学改革及教学方法探索

2.1 改革教学内容

“工程热力学及传热学”是一门传统课程,知识体系正在不断发展,不断更新,所以会存在不少过时的观点,这在教学中,会严重影响到新型高素质高技能人才的培养,甚至会让学生对此门课程产生怀疑,失去学习的信心。那么教师在教学过程中要以够用为原则对其删繁就简,还要随时了解最新最前沿的学科知识并讲给同学们听,培养学生们的学习兴趣,降低该课程的学习难度。

2.2 改善教学手段

上课是学生掌握知识的重要途径,教师的教学方式十分重要,应该杜绝“复读机”这种现象。现在社会进步了,多媒体等教学手段是必不可少也是不可避免的,既然不能没有多媒体,那可以改变多媒体上展示的内容,比如PPT里不再只是书本上的翻版,更多的是教师自己的理解和自己提出的问题,而且PPT上不能有解答,这样交给学生自己去思考,而后教师再把正确的解答写在黑板上,这样就加深了学生对于一些题目的印象。此外,既然此门课程理论性强,那么课程上教师可通过多媒体搜索一些自然界中热力现象,通过多媒体展示给学生,并给学生讲解这种现象。而且教师还可以布置一些课程小练习,让学生说出自己想到的自然界中的热学现象并试着解释。同时,教师也要注重提问,多提问,这对于集中学生们的注意力还是很有作用的。等等这些,都能消除学生的厌学情绪,并集中精力上课,保证了课程的效率。

2.3 开设实验实践课程

现代社会进步,相应的教学设备也齐全了,学校应该逐步完善“工程热力学与传热学”的课程安排,应该相应地对应每一章上的内容增添新的实验实践课程,尤其比较繁杂难懂的内容,更要多地设置一些实验课程,学生通过动手实验,教师在一旁教导,这样教师既能检验学生的学习效果和进度,也能加强学生对于课本知识的理解和记忆。学校也可以考虑安排学生到与热力有关的工厂实习,让学生通过对工厂机器工作的了解,强化课程的学习效果,最后还可以让学生写一篇关于该工厂机器的研究论文,以检验学生的实习效果。实践加理论才能更好地加深学生对学习到的知识的理解。

2.4 设计创新,激发学生兴趣

创新是发展之根本,科技的发展离不开创新,“工程热力学与传热学”作为一门实用性强的课程,在学生学完之后,教师可以给学生分组,让每组自主设计一个有关热力学的小部件,配上元件说明,并有计算分析过程,然后安排一节课程来让学生自行讲解自己设计的小部件,最后教师再评比,排出名次,给予奖励,并计入课程成绩。同时这也会激发学生对于此门课程的学习兴趣,更深刻地理解“工程热力学与传热学”这门课程。

2.5 课程答辩

教师给学生时间来进行答辩,通过对某一个概念、公式、定律或者现象的理解进行答辩,每个学生要说出自己的理解,而后教师进行纠正,给出正确的答案,然后教师可以自行提出一个论题,让学生自己分组,在课下找资料学习,然后上课的时候让各组学生辩论,得胜者记入成绩。最后让学生把自己的问题提给教师,教师一一解答。这样,加强了学生与教师的互动交流,培养了学生的学习兴趣,加深了学生对于该门课程的认识。

3 结束语

“工程热力学及传热学”课程教学改革是适应新时期高等教育发展的必由之路。教学的进行应该建立在师生愉快教学,帮助学生顺利发展的前提下,努力让学生掌握自主学习、独立思考的能力。以加强学生创新思维和实际创新能力的培养为目标,通过对教学内容的更新、多媒体的合理应用、课程氛围的调动、理论与实验的相互结合、设计创新、课程答辩等手段的有机结合,探索出一套更适合本课程的教学方法,使得“工程热力学及传热学”的课程达到一个新的水平,为培养出掌握学科最前沿技术的实用性人才发挥应有的作用。

基金项目:长沙理工大学教改课题项目

参考文献

[1] 李岳林,刘志强,武和全.工程热力学与传热学[M].北京:人民交通出版社,2013.

作者:武和全 姚永腾

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