主頁 > 新聞動(dòng)態(tài) > 熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的完善及實(shí)施建設(shè)方向 2021-11-18

熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的完善及實(shí)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(jī)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(jī)械能推動(dòng)動(dòng)力機(jī)械做功以及其效率的學(xué)科，再如，空調(diào)將機(jī)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(duì)流換熱，輻射能的傳遞等。熱工主要應(yīng)用于熱能與動(dòng)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(gè)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(shí)踐教學(xué)規(guī)律，進(jìn)行了熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究與探索。
一、梳理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完善實(shí)驗(yàn)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(dòng)力類國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心及熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)現(xiàn)狀，對(duì)比我校熱工實(shí)驗(yàn)建設(shè)，梳理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完善熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。結(jié)合調(diào)研及新的人才培養(yǎng)方案修訂，對(duì)熱工實(shí)驗(yàn)應(yīng)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行梳理，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)分別必做8學(xué)時(shí)（2個(gè)工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4學(xué)時(shí)、2個(gè)傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4學(xué)時(shí)），選作計(jì)劃內(nèi)8學(xué)時(shí)，綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)（引進(jìn)國外實(shí)驗(yàn)臺(tái)），課外選作4學(xué)時(shí)（引進(jìn)國外實(shí)驗(yàn)臺(tái)），形成了新版熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。通過以上梳理，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加了學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)的余地，滿足不同學(xué)生的需求。
二、引進(jìn)國外的先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，更新陳舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備
從英國和美國引進(jìn)了先的熱交換實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、傳熱基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)等綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。
1.熱量交換基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由通用換熱器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、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(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。測量儀表能檢測多達(dá)12個(gè)溫度測點(diǎn)和冷熱流體流量，可以進(jìn)行所有相關(guān)的傳熱計(jì)算；學(xué)生可以在無人監(jiān)督的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
2.傳熱基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。包括通用傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)，15種實(shí)驗(yàn)?zāi)K，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等�？蛇M(jìn)行傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)傳熱實(shí)驗(yàn)，液體和氣體傳熱實(shí)驗(yàn)，自由對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流情況下，平板、針板、翅板傳熱實(shí)驗(yàn)等。
3.內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)在不同燃料噴射量的情況下，可研究內(nèi)燃機(jī)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(jī)模塊化設(shè)計(jì)，可快速拆卸和安裝；可選配件包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
可進(jìn)行在不同的燃料噴射量的情況下，測量并繪制內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)速曲線；在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，測量在不同輸出功率時(shí)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(jī)的熱效率；研究在不同轉(zhuǎn)速時(shí)內(nèi)燃機(jī)的摩擦損失等4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。
4.蒸汽輪機(jī)動(dòng)力發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)。該套設(shè)備可進(jìn)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(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握蒸汽動(dòng)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(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)等。以上實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以開發(fā)出新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如熱交換器換熱性能實(shí)驗(yàn)、熱平衡實(shí)驗(yàn)、輻射強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、反射強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)原理實(shí)驗(yàn)、內(nèi)燃機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、朗肯循環(huán)原理實(shí)驗(yàn)、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)等發(fā)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備做成模塊化設(shè)計(jì)，學(xué)生可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)選擇不同的通用設(shè)備、采集系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主能力，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。引進(jìn)國外先進(jìn)的教學(xué)試驗(yàn)設(shè)備后，學(xué)生對(duì)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目產(chǎn)生濃厚的興趣，爭相選做新的實(shí)驗(yàn)，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(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

一、熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)平臺(tái),熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)裝置,熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)設(shè)備概述：
本裝置的設(shè)計(jì)結(jié)合了目前大中專院校《化工測量及儀表》、《檢測技術(shù)及儀表》、《熱工自動(dòng)化及儀表》、《非電量測量與控制技術(shù)》、《過程控制》等課程實(shí)訓(xùn)大綱的要求。通過該實(shí)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(dòng)化的基本知識(shí)，對(duì)有關(guān)儀表的安裝、調(diào)試及使用有一定的了解，并對(duì)化工生產(chǎn)中如何進(jìn)行液位、溫度、壓力和流量等參數(shù)的自動(dòng)化控制有基本的認(rèn)識(shí)。
二、熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)平臺(tái),熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)裝置,熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)特點(diǎn)：
1、對(duì)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(jì),傳感器的二次測量儀表安裝在對(duì)象上，方便學(xué)生在現(xiàn)場進(jìn)行各項(xiàng)操作,可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行相關(guān)的校驗(yàn),控制箱中所有的儀表均可以通過RS485通訊線與計(jì)算機(jī)建立通訊關(guān)系，可以更加直觀的看出兩種不同檢測機(jī)構(gòu)精度等各方面的區(qū)別,對(duì)象系統(tǒng)設(shè)計(jì)美觀，開放性好，為學(xué)生實(shí)訓(xùn)提供了一個(gè)較好的實(shí)訓(xùn)對(duì)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(jìn)行操作，還可修改程序算法，觀看動(dòng)態(tài)變化棒圖顯示、測量值實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表等,上位機(jī)監(jiān)控軟件及OPC服務(wù)器軟件通過上位機(jī)監(jiān)控軟件，可實(shí)現(xiàn)四通道檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)平臺(tái),熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)裝置,熱工自動(dòng)化儀表實(shí)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(duì)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(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)平臺(tái),熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)裝置,熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)組成：
1、被控對(duì)象（鋁框架）：
2、動(dòng)力系統(tǒng)：1套
3、有機(jī)玻璃水箱：2套
4、儲(chǔ)水箱：1套
5、液位檢測三路：擴(kuò)散硅壓力變送器、電容式壓力變送器和擴(kuò)散硅差壓變送器
6、流量檢測三路：電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和孔板流量計(jì)
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(dòng)調(diào)節(jié)閥：1套
10、閥門：若干
控制系統(tǒng)
11、對(duì)象控制箱:1套
12、智能調(diào)節(jié)儀：2個(gè)
13、流量積算儀：1個(gè)
14、無紙紀(jì)錄儀：1個(gè)
15、開關(guān)電源：1個(gè)
16、漏電保護(hù)器：1個(gè)
17、控制開關(guān)：2個(gè)
五、基本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：
1、實(shí)訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)組成和系統(tǒng)認(rèn)識(shí)
實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)
實(shí)訓(xùn)裝置硬件組成
實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)軟件介紹
離心泵的工作原理及特性認(rèn)識(shí)
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(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理及特性認(rèn)識(shí)
電動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主要技術(shù)指標(biāo)
2、儀表的認(rèn)識(shí)及使用
智能調(diào)節(jié)儀的認(rèn)識(shí)和使用
流量積算儀的認(rèn)識(shí)和使用
無紙記錄儀的認(rèn)識(shí)和使用
傳感器工作原理認(rèn)識(shí)及使用
渦輪流量計(jì)的工作原理認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)
電磁流量計(jì)的工作原理認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)
孔板流量計(jì)的工作原理認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)
電容式液位傳感器的工作原理認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)
擴(kuò)散硅液位傳感器的工作原理認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)
差壓液位傳感器的工作原理認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)
電容式差壓變送器的工作原理認(rèn)識(shí)和使用
擴(kuò)散硅壓力變送器的工作原理認(rèn)識(shí)和使用
Pt100鉑熱電阻的工作原理認(rèn)識(shí)和使用
Cu50銅熱電阻的工作原理認(rèn)識(shí)和使用
傳感器的零點(diǎn)和遷移
智能調(diào)節(jié)儀表的認(rèn)識(shí)和操作
流量積算儀的認(rèn)識(shí)和操作
無紙記錄儀的認(rèn)識(shí)和操作
3、自動(dòng)控制
單回路與串級(jí)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(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)
開發(fā)了熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)，建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)和管理。同時(shí)開發(fā)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，如開發(fā)了熱電偶綜合訓(xùn)練、噴管實(shí)驗(yàn)、沸騰換熱實(shí)驗(yàn)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，錄制了相關(guān)教學(xué)視頻、開發(fā)了熱工實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)之前在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理學(xué)習(xí)，設(shè)備儀器使用，虛擬實(shí)驗(yàn)操作等，完成預(yù)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前掌握了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及儀器設(shè)備使用方法，能夠獨(dú)立快速完成實(shí)驗(yàn)，并獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
五、加強(qiáng)過程監(jiān)控、注重自主實(shí)驗(yàn)
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(qiáng)化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)。注重實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)自主實(shí)驗(yàn)。開發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件，注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果考評(píng)，現(xiàn)場評(píng)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)錯(cuò)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差。對(duì)于必做的熱工實(shí)驗(yàn)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目先后開發(fā)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件，可對(duì)學(xué)生測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的問題，直至全部解決為止。
六、改革熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與考核方式
采用學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，自主預(yù)習(xí)，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。學(xué)生充分利用教學(xué)課件、虛擬實(shí)驗(yàn)、教學(xué)視頻等網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，然后預(yù)約實(shí)驗(yàn)，自行組成實(shí)驗(yàn)小組，到實(shí)驗(yàn)室相互協(xié)作共同完成現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，分發(fā)揮學(xué)生積極性、主動(dòng)性，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(shí)驗(yàn)報(bào)告定成績的考核方式，采用1+5+4考核方式，注重實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)報(bào)告占總成績的40%。
七、結(jié)論
通過不斷地進(jìn)行熱工實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)研究與實(shí)踐，逐步形成了加強(qiáng)過程監(jiān)控強(qiáng)化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)；注重實(shí)驗(yàn)過程，突出學(xué)生主體，實(shí)現(xiàn)自主實(shí)驗(yàn)；注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果考評(píng)，現(xiàn)場評(píng)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色。研究成果已應(yīng)用于熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每年使得我校四個(gè)學(xué)院相關(guān)專業(yè)二十多個(gè)本科生班受益，經(jīng)過實(shí)踐，教學(xué)效果良好。

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熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的完善及實(shí)施建設(shè)方向

MYR-53 熱工自動(dòng)化儀表實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

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