主頁 > 新聞動態(tài) > 熱工實驗教學(xué)體系的完善及實施建設(shè)方向 2021-11-18

熱工實驗教學(xué)體系的完善及實施建設(shè)方向

熱工是工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的簡稱。其中工程熱力學(xué)主要是研究熱力學(xué)機械的效率和熱力學(xué)工質(zhì)參與的能量轉(zhuǎn)換在工程上的應(yīng)用，如將熱力學(xué)能轉(zhuǎn)化成機械能推動動力機械做功以及其效率的學(xué)科，再如，空調(diào)將機械能轉(zhuǎn)化成熱力學(xué)能等；而傳熱學(xué)是研究熱量傳遞的一門學(xué)科，如反應(yīng)堆的導(dǎo)熱，對流換熱，輻射能的傳遞等。熱工主要應(yīng)用于熱能與動力工程，核能科學(xué)與工程,熱加工工程等方面，還應(yīng)用于非工程方面。以《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》指出的創(chuàng)新人才培養(yǎng)的“三個注重”：注重學(xué)思結(jié)合，注重知行統(tǒng)一，注重因材施教，為理論指導(dǎo)，遵循實踐教學(xué)規(guī)律，進行了熱工實驗課程建設(shè)研究與探索。
一、梳理實驗項目，完善實驗教學(xué)體系
通過調(diào)研清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等知名院校能源動力類國家級實驗教學(xué)示范中心及熱工實驗課程建設(shè)現(xiàn)狀，對比我校熱工實驗建設(shè)，梳理實驗項目，完善熱工實驗教學(xué)體系。結(jié)合調(diào)研及新的人才培養(yǎng)方案修訂，對熱工實驗應(yīng)開設(shè)的實驗項目進行梳理，將實驗項目分為基礎(chǔ)實驗和綜合性設(shè)計性實驗，其中基礎(chǔ)實驗分別必做8學(xué)時（2個工程熱力學(xué)實驗項目4學(xué)時、2個傳熱學(xué)實驗項目4學(xué)時），選作計劃內(nèi)8學(xué)時，綜合性設(shè)計性實驗8學(xué)時（引進國外實驗臺），課外選作4學(xué)時（引進國外實驗臺），形成了新版熱工實驗教學(xué)大綱。通過以上梳理，豐富了實驗內(nèi)容，增加了學(xué)生選擇實驗的余地，滿足不同學(xué)生的需求。
二、引進國外的先進的實驗平臺，更新陳舊實驗設(shè)備
從英國和美國引進了先的熱交換實驗平臺、傳熱基礎(chǔ)實驗平臺，內(nèi)燃機動力實驗系統(tǒng)、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)等綜合實驗教學(xué)設(shè)備。
1.熱量交換基礎(chǔ)實驗平臺。該實驗平臺主要由通用換熱器實驗平臺、10種換熱器選件及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。
多種形式的換熱器選件可共用一個實驗平臺。測量儀表能檢測多達12個溫度測點和冷熱流體流量，可以進行所有相關(guān)的傳熱計算；學(xué)生可以在無人監(jiān)督的情況下進行實驗。
2.傳熱基礎(chǔ)實驗平臺。包括通用傳熱實驗臺，15種實驗?zāi)K，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。可進行傳導(dǎo)、對流、輻射實驗，穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱實驗，液體和氣體傳熱實驗，自由對流和強迫對流情況下，平板、針板、翅板傳熱實驗等。
3.內(nèi)燃機動力實驗系統(tǒng)。內(nèi)燃機實驗臺在不同燃料噴射量的情況下，可研究內(nèi)燃機的扭矩和轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)速、熱效率等性能參數(shù)；各內(nèi)燃機模塊化設(shè)計，可快速拆卸和安裝；可選配件包括計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
可進行在不同的燃料噴射量的情況下，測量并繪制內(nèi)燃機輸出扭矩和轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)速曲線；在轉(zhuǎn)速不變時，測量在不同輸出功率時的燃料消耗率；在不同的燃料噴射量的情況下，測量燃料空氣配比和內(nèi)燃機的熱效率；研究在不同轉(zhuǎn)速時內(nèi)燃機的摩擦損失等4項實驗。
4.蒸汽輪機動力發(fā)電試驗系統(tǒng)。該套設(shè)備可進行熱力學(xué)第一定律及能量轉(zhuǎn)換關(guān)系研究；熱力學(xué)第二定律及熱力循環(huán)分析研究；控制量大小分析研究；熵分析研究；等熵分析及透平/噴嘴效率研究；傳熱分析及鍋爐效率研究等實驗，使學(xué)生掌握蒸汽動力系統(tǒng)燃燒過程，蒸汽能源系統(tǒng)基本原理，發(fā)電基本原理，實驗與數(shù)據(jù)采集技術(shù)等。以上實驗設(shè)備可以開發(fā)出新的實驗項目，如熱交換器換熱性能實驗、熱平衡實驗、輻射強度實驗、反射強度實驗、斯特林發(fā)動機原理實驗、內(nèi)燃機性能實驗、朗肯循環(huán)原理實驗、蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)性能實驗等發(fā)綜合性、設(shè)計性實驗項目，該實驗設(shè)備做成模塊化設(shè)計，學(xué)生可根據(jù)不同的實驗選擇不同的通用設(shè)備、采集系統(tǒng)及實驗?zāi)K進行實驗，充分發(fā)揮學(xué)生的自主能力，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。引進國外先進的教學(xué)試驗設(shè)備后，學(xué)生對新的實驗設(shè)備及實驗項目產(chǎn)生濃厚的興趣，爭相選做新的實驗，取得良好的教學(xué)效果。
三、熱工設(shè)備的基本介紹

MYR-53 熱工自動化儀表實訓(xùn)平臺

一、熱工自動化儀表實訓(xùn)平臺,熱工自動化儀表實訓(xùn)裝置,熱工自動化儀表實訓(xùn)設(shè)備概述：
本裝置的設(shè)計結(jié)合了目前大中專院�！痘y量及儀表》、《檢測技術(shù)及儀表》、《熱工自動化及儀表》、《非電量測量與控制技術(shù)》、《過程控制》等課程實訓(xùn)大綱的要求。通過該實訓(xùn)裝置的使用和學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握有關(guān)化工儀表及自動化的基本知識，對有關(guān)儀表的安裝、調(diào)試及使用有一定的了解，并對化工生產(chǎn)中如何進行液位、溫度、壓力和流量等參數(shù)的自動化控制有基本的認(rèn)識。
二、熱工自動化儀表實訓(xùn)平臺,熱工自動化儀表實訓(xùn)裝置,熱工自動化儀表實訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)特點：
1、對象系統(tǒng)為不銹鋼框架，所有器件均為不銹鋼和鋁合金設(shè)計,傳感器的二次測量儀表安裝在對象上，方便學(xué)生在現(xiàn)場進行各項操作,可實現(xiàn)對化工行業(yè)的四大常用熱工參數(shù)的檢測，而且每種變量的檢測傳感器類型均為兩種以上，以及每種類型傳感器、變送器的測量精度也不相同，可以進行相關(guān)的校驗,控制箱中所有的儀表均可以通過RS485通訊線與計算機建立通訊關(guān)系，可以更加直觀的看出兩種不同檢測機構(gòu)精度等各方面的區(qū)別,對象系統(tǒng)設(shè)計美觀，開放性好，為學(xué)生實訓(xùn)提供了一個較好的實訓(xùn)對象
2、軟件介紹:MCGS工控組態(tài)軟件能夠?qū)υO(shè)定值、輸出值、P、I、D及各類可寫參數(shù)進行操作，還可修改程序算法，觀看動態(tài)變化棒圖顯示、測量值實時曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)報表等,上位機監(jiān)控軟件及OPC服務(wù)器軟件通過上位機監(jiān)控軟件，可實現(xiàn)四通道檢測數(shù)據(jù)實時曲線的繪制，另通過OPC服務(wù)器軟件可直接掛接到MCGS組態(tài)軟件OPC服務(wù)器上，可直接將本無紙記錄儀通道數(shù)據(jù)在組態(tài)軟件中組態(tài)開發(fā)。
三、熱工自動化儀表實訓(xùn)平臺,熱工自動化儀表實訓(xùn)裝置,熱工自動化儀表實訓(xùn)設(shè)備技術(shù)性能：
1、輸入電壓：單相三線～220V±10% 50HZ
2、工作環(huán)境：環(huán)境溫度范圍為-5℃～+40℃ 相對濕度＜85%（25℃）海拔＜4000m
3、整體尺寸：2000×800×1750MM
4、裝置容量：＜3Kva
四、熱工自動化儀表實訓(xùn)平臺,熱工自動化儀表實訓(xùn)裝置,熱工自動化儀表實訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)組成：
1、被控對象（鋁框架）：
2、動力系統(tǒng)：1套
3、有機玻璃水箱：2套
4、儲水箱：1套
5、液位檢測三路：擴散硅壓力變送器、電容式壓力變送器和擴散硅差壓變送器
6、流量檢測三路：電磁流量計、渦輪流量計和孔板流量計
7、壓力檢測兩路：電容式差壓變送器和管道靜壓變送器
8、溫度檢測三路：2路PT100熱電阻和Cu50熱電阻
9、電動調(diào)節(jié)閥：1套
10、閥門：若干
控制系統(tǒng)
11、對象控制箱:1套
12、智能調(diào)節(jié)儀：2個
13、流量積算儀：1個
14、無紙紀(jì)錄儀：1個
15、開關(guān)電源：1個
16、漏電保護器：1個
17、控制開關(guān)：2個
五、基本實訓(xùn)項目：
1、實訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)組成和系統(tǒng)認(rèn)識
實訓(xùn)系統(tǒng)認(rèn)識
實訓(xùn)裝置硬件組成
實訓(xùn)系統(tǒng)軟件介紹
離心泵的工作原理及特性認(rèn)識
離心泵的工作原理和主要部件
離心泵的性能參數(shù)和特性曲線
電動調(diào)節(jié)閥的工作原理及特性認(rèn)識
電動調(diào)節(jié)閥工作原理概述
調(diào)節(jié)閥的流量特性測試
電動調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)
電動調(diào)節(jié)閥的主要技術(shù)指標(biāo)
2、儀表的認(rèn)識及使用
智能調(diào)節(jié)儀的認(rèn)識和使用
流量積算儀的認(rèn)識和使用
無紙記錄儀的認(rèn)識和使用
傳感器工作原理認(rèn)識及使用
渦輪流量計的工作原理認(rèn)識和校驗
電磁流量計的工作原理認(rèn)識和校驗
孔板流量計的工作原理認(rèn)識和校驗
電容式液位傳感器的工作原理認(rèn)識和校驗
擴散硅液位傳感器的工作原理認(rèn)識和校驗
差壓液位傳感器的工作原理認(rèn)識和校驗
電容式差壓變送器的工作原理認(rèn)識和使用
擴散硅壓力變送器的工作原理認(rèn)識和使用
Pt100鉑熱電阻的工作原理認(rèn)識和使用
Cu50銅熱電阻的工作原理認(rèn)識和使用
傳感器的零點和遷移
智能調(diào)節(jié)儀表的認(rèn)識和操作
流量積算儀的認(rèn)識和操作
無紙記錄儀的認(rèn)識和操作
3、自動控制
單回路與串級控制系統(tǒng)概述
水箱液位定值控制
管道壓力定值控制
管道流量定值控制
孔板流量定值控制
管道批量流量控制
加熱水箱溫度定值控制
無紙記錄儀現(xiàn)場實時曲線察看
MCGS工控組態(tài)軟件組態(tài)和控制
四、多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)
開發(fā)了熱工實驗教學(xué)管理系統(tǒng)，建設(shè)實驗教學(xué)網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡(luò)進行教學(xué)和管理。同時開發(fā)了實驗教學(xué)資源，如開發(fā)了熱電偶綜合訓(xùn)練、噴管實驗、沸騰換熱實驗等虛擬仿真實驗軟件，錄制了相關(guān)教學(xué)視頻、開發(fā)了熱工實驗多媒體教學(xué)課件等，豐富了網(wǎng)上教學(xué)資源，使學(xué)生在做實驗之前在網(wǎng)上進行實驗原理學(xué)習(xí)，設(shè)備儀器使用，虛擬實驗操作等，完成預(yù)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生在做實驗之前掌握了實驗內(nèi)容及儀器設(shè)備使用方法，能夠獨立快速完成實驗，并獲得準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。
五、加強過程監(jiān)控、注重自主實驗
通過教學(xué)管理系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)站教學(xué)資源，通過過程監(jiān)控強化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)。注重實驗過程，突出學(xué)生主體，變教師輔導(dǎo)為教師巡查監(jiān)督，幫助解決主要問題，實現(xiàn)自主實驗。開發(fā)實驗數(shù)據(jù)處理軟件，注重實驗結(jié)果考評，現(xiàn)場評定實驗結(jié)果的對錯、實驗結(jié)果誤差。對于必做的熱工實驗的4個實驗項目先后開發(fā)了實驗數(shù)據(jù)處理軟件，可對學(xué)生測試的實驗結(jié)果進行現(xiàn)場處理，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗中的問題，直至全部解決為止。
六、改革熱工實驗教學(xué)模式與考核方式
采用學(xué)生自主選擇實驗項目，自主預(yù)習(xí)，自主進行實驗的教學(xué)模式。學(xué)生充分利用教學(xué)課件、虛擬實驗、教學(xué)視頻等網(wǎng)絡(luò)資源進行課前預(yù)習(xí)，然后預(yù)約實驗，自行組成實驗小組，到實驗室相互協(xié)作共同完成現(xiàn)場實驗，分發(fā)揮學(xué)生積極性、主動性，重點培養(yǎng)學(xué)生實際操作、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。改變以往單一的只以實驗報告定成績的考核方式，采用1+5+4考核方式，注重實驗過程的考核，其中預(yù)習(xí)占總成績的10%，現(xiàn)場操作占總成績的50%，實驗報告占總成績的40%。
七、結(jié)論
通過不斷地進行熱工實驗課程建設(shè)研究與實踐，逐步形成了加強過程監(jiān)控強化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)；注重實驗過程，突出學(xué)生主體，實現(xiàn)自主實驗；注重實驗結(jié)果考評，現(xiàn)場評定實驗結(jié)果的熱工實驗教學(xué)特色。研究成果已應(yīng)用于熱工實驗教學(xué)中，每年使得我校四個學(xué)院相關(guān)專業(yè)二十多個本科生班受益，經(jīng)過實踐，教學(xué)效果良好。

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