流体力学与热工学基础范文1
关键词：传热学；教学改革；教学方法
作者简介：齐晓霓（1974-），女，山东淄博人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师。（山东 淄博 255049）魏丽霞（1976-），女，山东潍坊人，中国石油大学（华东）理学院，助理实验师。（山东 青岛 266555）
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：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0123-02
热工基础课程是一门专门研究探讨如何提高功热转换效率、热能转换及传递基本规律的工科课程。在工科领域，热工基础课程占有举足轻重的地位，为培养专业化综合型人才起到了重要作用。在前几年，高等院校为了适应社会需要和时展，许多院校提出了要培养具有跨学科知识、渊博学识、基础扎实、专业技能过硬的高级人才目标。在这样的目标指引下，众多高等院校在工科类以机械大类进行招生，[1]在大类下面进行专业细分，比如清华大学、哈尔滨理工大学、西北工业大学、上海交通大学、东南大学等国内知名高校。在西方国家的高等工程教育中，对热工基础课程很重视，基本都开设了“热力学”与“传热学”。陶文铨与何雅玲教授为了探索热工基础课程教学方案，对开设了热工基础课程的国外二十多所大学进行了调查研究。[2，3]笔者从调查结果中发现，材料学院、核能工程系、化工学院以及机械学院等工科类院系都开设了热工基础课程。还有不少大学将“传热传质学”和“热力学”设置为机械类学院的重要课程，比如普渡大学、麻省理工大学等世界知名大学。也有些大学将热工基础课程设置为工科学院的公共课程，比如美国依阿华州立大学工学院将“传热学”、“热力学I”、“热力学II”和“热流系统设计”这四门热学设置为他们的公共课程。山东理工大学（以下简称“我校”）机械学院在2006年时进行了专业设置改革，开始实行机械大类招生，但作为热工基础的核心课程——传热学仅在机械创新实验班被设置为专业基础课（44教学学时+4实验学时），而没在机械大类全部专业中进行开设。笔者基于考虑“传热学”课程的重要性以及机械大类综合型人才的培养目标，有必要对传热学的教学范围、内容、方法、教材选用和实验进行深入研究和改善。
一、机械大类所有专业设置热工基础课程的必要性
在我国高等教育中，主要将热力学与传热学归类为热工基础，也有不少学校将流体力学的基础部分添加了进来。热工基础课程是工程学科的基础学科，其主要研究的内容是能量传递与转换的基本规律、提高能量利用率。机械大类中的热能工程专业、制冷与空调、内燃机方向将热工基础课程设为基础课程，其中主要包括了传热学与热力学，同时都设置了较多的教学学时。不过随着我校开始实行机械大类招生后，大部分机械类专业都开始了热工基础课程，不过学时量不大。机械大类设置热工课程的有其时代背景，即机械工程专业人才所从事的工作内容基本都会遇到能量传递与转换问题，具有扎实热工基础知识才能良好应对。比如动力机械设备、家庭供暖、家用电器、汽车等各种机械产品的研究设计阶段，以及生产运输等各领域环节都需要热工基础知识来解决相关热能问题。
二、机械大类专业热工基础课程教学现状
在课程教学规划中，机械大类尚未以学科平台课的方式设置热工基础课程，仅有机械创新实验班开设了短学时的热工基础课，课程安排在大三上学期。由于学院领导和学科骨干在进行编写教学大纲、制订教学计划与教学实践上有不少分歧和不同见解，导致该校遭遇了不少新问题和障碍。
1.课程教学时数设置
我校能源动力类方向的专业对热工基础课程的设置比较合适，课时安排了不少。例如，热力学有60课时，传热学50课时以及流体力学的40课时。目前，机械大类的机械创新实验班开设了48课时的传热学，对于教学实践环节，课时稍微过多。如果将传热学、热力学和流体力学三门热工基础课结合为一门课程，即整合成学科平台课，机械大类的全部专业都需要学习，这将会是机械大类知识面的极大拓宽。当然这个学科整合，不是单纯的将这三门课程所有课时进行叠加，整合后的学科平台应该设置多少个课时比较科学？是否应该根据各个方向的不同需求而进行个性化课时设置？这些都是需要进一步思考和研究的问题。
2.教学内容方面
传热学的主要内容是研究热量宏观传递规律和现象。传热学主要研究了导热传热、对流传热以及辐射传热三种传热方式，这三种传热方式由受制于不同的物理原理，所以到目前还没有统一的理论将此三种传热方式整合，所以对传热现象研究的方式一般采用单个研究，而后进行综合。导热传热、对流传热以及辐射传热三种传热方式相互独立，各自构成一个知识体系。[4]非能源动力类的机械大类学生由于热工基础的知识并未系统化，学习起来比较吃力，教师授课要讲透彻也不是那么简单，所以，可以基于热工课程在他们将来知识需求上的低层次，将比较难的内容讲表面化即可，或适当略过。但是对于能源动力类的学生，热工基础课程知识的掌握要求要高很多，必须熟练甚至精通，在教学课程规划时，怎么进行内容的增减、知识点的侧重，这些问题均还需要笔者更深刻的研讨。
所以，在进行“传热学”教学的起始阶段，首先应该本书的基本内容进行串联，注重知识的系统性，让学生能够在一开始就能清楚学科轮廓，能理解这三种传热方式。
3.实验教学方面
当前，我校传热学的教学实践上过于注重知识的灌输，而很少关注学生的实践创新能力的锻炼。而有效锻炼学生这方面能力的实验教学方面又存在较多欠合理之处，主要表现在如下几方面：第一，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。第二，实验教学是课堂教学的重要补充，但是对于实验教学质量的考评，尚未有可靠的考核标准，导致实验教学比较散漫。第三，学校可用的实验教学设备和仪器数量不多，且机械大类的每期学生都较多，只能多人一机，不少想体验实验过程提高动手能力的同学最终也未能实现想法。
4.教学方法和教学手段方面
热工基础课程也是实行双语教学的工程技术类课程，[5]但是受学生专业外语水平的限制，并未实现双语教学。因为即使采用了，双语教学也无法受到实际教学效果。
三、机械大类专业热工基础课程教学改革建议
笔者针对上文给出的几个问题，提出了如下几个解决方案。
1.科学设置教学学时数
由于以大类专业的方式进行的招生，导致大类教学的课程较大，但所有课程的总学时是一定的，所以考虑了诸如教学内容、大纲、教学对象等因素后，设计了AB两套“传热学”课程设置方案，不同专业根据需要可以对其进行分类选修。
2.进行实验教学改革
传统的热工教学模式采用填鸭式教学，注重知识的灌输，在进行实验教学改革上，有必要摆脱传统教学模式，以培养实用型科技人才为教学目标。加快完善现代化实验室建设，提高学生实践创新能力，锻炼学生在实际问题中应用理论知识的能力。
（1）科学设置实验项目。在规划实验教学大纲时，对实验项目的安排上进行了科学分配，降低验证性实验与演示性实验比重，其比重分别为30%与10%，提高综合性实验项目比重，使其达到总项目的60%。演示性与验证性实验是属于传统实验教学项目，是教学任务的基础，通过它有益于学生更好的理解抽象概念，帮助他们更好解释热工现象，证实热工基本规律与理论，并强化课堂所学知识，同时熟练掌握实验流程及相关仪器设备。而通过大量的综合性实验，可以提高学生解决热工基础问题的综合能力，培养学生思维的深度和广度，激发他们的创造性。这种递进式的实验教学过程，可以有效的实现实验教学任务，并培养学生应用基本技能的能力。
（2）合理组织实验。根据实验项目的不同，实验教学也应该有针对性，有些实验应让学生进行预习，然后在实验快开始时考察学生预习程度，并给出相关预习成绩。有些实验不能通过一人完成，需要团队的配合，则进行实验分组，让他们根据实验要求和目的以及设备说明书，通过合作完成实验台的组装和实验任务，完成后进行统一评比，公开评比优劣，并当场给予成绩评定。而在综合性实验中则应该避开固化的实验指导书，让学生通过实验任务和要求以及实验仪器说明书为指导，自行拟定实验方案，锻炼学生解决问题的能力，并锻炼其创新能力。
（3）装配现代化实验设备，及时更新实验内容。当代科技正处于日新月异的快速发展中，陈旧的实验仪器已无法满足当代热工实验教学的要求，而内容上也显得过于保守，缺乏新意。但是，由于我校机械类人力、物力资源有限，实现完全现代化设备的更新换代是不现实的，所以该校热工教师团队通过自行研究，将旧设备进行改造，并开发新的实验台。例如，该校教师将“水平管空气自然对流传热实验”中所用的人工手调测温的实验装置改造成计算机自动测温系统；再比如，改良了“准稳态法测定材料的导热系数实验”所用双热电偶测温度与温差环节，实验中将热工测量技术知识与传热学知识相结合，提升了实验项目的综合性价值。而且，该校在教学实验中引入了计算机技术，比如在“流体沿程与局部阻力实验”这一基础实验中，使用计算机进行实验数据的采集和处理。
3.提高中青年热工课程教师学术水平
提升热工教师队伍自身专业素质，强化与一流学校的学术交流与项目合作。充分利用各种渠道，加强学校之间的学术交流，让教师队伍在专业知识上相互学习，相互提高，定期开展学术研讨会，以强化学校之间的联系。国外高等工程学校具有丰富的热工基础教学理念，可以尽可能多地利用各种机会与他们建立联系，并形成学术互访机制，随时了解国外教学改革动态，学习他们科学的教学模式。
四、结语
传热学作为机械大类专业的一门重要学科课程，必须对各个专业方向设置合适的教学课时，科学规划教学内容，全面改进课堂教学模式、优化实验教学方法，并着力改善热工教师队伍的专业水平，并重新选用合适的热工基础教材。笔者对于机械大类设置热工基础课程也仅是一次积极的探讨，还需要实践来检验，需要教师们的共同努力，将热工课程更科学地进行施教。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部高等教育司.中国普通高等学校专业设置大全[M].北京：高等教育出版社，2003.
[2]何雅玲，陶文铨.对我国热工基础课程发展的一些思考[J].中国大学教学，2007，（3）.
[3]陶文铨，何雅玲，王秋旺.境外大学工科热工类课程的设置[J].高等工程教育，2000，（S1）.
流体力学与热工学基础范文2
关键词：热能；培养体系；修订
作者简介：孙文卓（1983-），女，辽宁抚顺人，辽宁石油化工大学教务处，研究实习员；李焱斌（1981-），男，湖北黄冈人，辽宁石油化工大学教务处，助理研究员。（辽宁 抚顺 113001）
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）30-0037-02
近年来，高等教育在不断地改革与发展，以求适应我国快速发展的经济建设，努力实现人才培养模式的多样化、专业化，满足市场人才需求。因此，辽宁石油化工大学（以下简称“我校”）从热能专业实际需求及专业面临的行业特色，以培养高级应用型人才为培养目标，要求学生具有创新精神和实践能力。基于此，制定了体现我校办学特色和石油行业企业对人才需求定位的热能专业人才培养体系。鉴于此，本文将对本校热能专业培养体系进行探讨分析，并对现有培养方案进行了优化修订，以便完善和促进该专业培养体系的健康发展，制订符合行业特色和我校高级应用型人才培养目标的需求。
一、热能工程专业人才培养体系
1.基本思想和基本原则
热能专业培养体系是以落实学校的专业办学特色，实现专业高级应用型人才的培养目标，适应市场经济快速发展和高级技术人才需求为基本指导思想。基本原则包括专业教育的基础性原则；课程体系整体优化的原则；加强专业技能训练、注重理论与实践相结合的原则；培育学生创新思维和创新能力的原则；优化培养体系、加强专业特色建设的原则；培养学生综合能力的原则。热能专业的培养要求学生是在能源、石油、化工等行业从事设计、制造、生产、研究、运行、维护等方面的应用型高级工程技术人才，并能在其他行业从事动力机械与热能设备的设计、运行、产品开发及实验研究等科研工作。
2.基本要求
该校热能专业培养体系的基本要求是要求学生应获得以下几方面的知识和能力：具有一定的人文科学和自然科学基础理论知识；整体掌握该专业所需要的专业基础课程，例如流体力学、工程热力学、传热学、理论力学、材料力学、燃烧学、锅炉原理等专业基础课程；掌握本专业领域的专业课理论知识和专业技术，例如内燃机原理与设计、设备换热设计与计算，石油行业所需专业技术；具备本专业实践动手能力，充分利用实验教学、金工实习、毕业实习、课程设计、毕业设计等为依托积极开展生产实践活动；具备本专业所必需的研究、计算、科研开发、调研、查阅文献等科研技能；建立学校与用人单位相结合的培养体系，使教学计划与用人单位需求相适应，以求学生所学能与当前就业环境和经济发展相适应，培养目标与就业相结合，以达到学校培养高级应用型人才的目标要求。
二、培养体系存在的问题
21世纪的工程技术人才应该对某一学科深入了解的同时能够对该学科领域科学也有所了解，从而能适应当今社会多学科、多技术交叉的社会发展特点。因此，高校人才培养应该实行增强学生专业素养、增强学生动手实践能力的现代化培养模式。传统的热能专业培养方案包括素质教育课程、基础课程、专业课程、集中实践教学环节四个模块。其中素质教育课程77学分，基础课程33学分，专业课程28.5学分，实践性教学环节40学分，这种传统的培养方案显然与当今市场所需求的人才不适应。[1]现有培养体系所存在问题主要体现在五个方面。
1.知识体系不健全
以往学校按专业统一招生，且按照统一的教学计划上课，所有方向的学生一起上课，并接受一样的专业课技术，学生不能自主选择专业课，造成热能专业的人才培养只有一个方向。因此，所培养出来的学生涉及到的业务知识太窄、与石油化工类院校教学的要求相冲突，使得学校教学特色形如虚设，不能满足石油化工类企业对多元化人才的需求。
2.专业课教学计划安排不合理
在课程课时分配上存在非常不合理现象，基础课程所占比重较大，其中政治、英语、数学比重非常大，虽然这三门课程是基本的基础课程，但是却别于之前的高中教育。大学是以培养高级应用型人才为目标，在基础课程的基础上实现学生专业化、技术化，而真正培养学生专业技能的专业课程寥寥无几。在学分硬性要求下，被削减课时的只能是专业课，这样容易导致学生理论基础扎实，但不会实践，只适合考试，这都远远与大学培养目标相违背。
3.教学内容笼统化
在课程设置和课程内容取舍时，不能做到取舍恰当。对于不必要的公式推导和经验公式，可简单介绍即可，对于专业核心理论基础一定做到详细讲解，使学生能充分理解，而不是按照教材系统的讲解，不区分重点，没有针对性地对学生进行灌输。对于辅助知识，可作为重点部分参考资料简单概括或让学生自学。
4.教学方法单一
多采取“灌输”式教学，同时在教学过程中忽视学生的综合素质和实践能力的培养，使学生在实际生产中难以发挥所学，难以适应社会发展需求，存在高分低能现象，这种传统教学方法是失败的。
5.教学与实践不能结合
根据本校该专业行业背景特点要求，学生的实习基地需要选择石油化工类行业，而这类企业最注重的是要求生产过程安全。由于学生实习会影响企业正常的生产秩序，对企业的管理也带来了许多不便。因此，企业往往会把学生的实习当做是额外负担，不愿意接受实习生，即使勉强接收，由于现场繁重的工作量，也很少有师傅会单独抽出时间和精力向学生讲解，再加上学校也不太重视，导致学生的实践教学形同虚设。
三、培养体系修订研究
为了落实学校的办学指导思想，实现学生培养目标。笔者根据热能专业培养体系所存在的问题，结合本校该专业就业特点，对热能专业培养体系进行了整体优化，加强了专业技能训练、注重理论联系实践的原则，培育学生实践能力和专业技能，为加强专业培养体系建设奠定基础。
1.基础知识体系和教学内容优化
基础知识体系包括素质教育类课程和专业所需基础类课程。素质教育类课程可包括思想道德修养与法律基础、马克思主义基本理论、思想概论、邓小平理论和“三个代表”重要思想概论、中国近代史纲要、高等数学、线性代数、大学英语、大学计算机基础、形势与政策等教育课程，共75学分。基础类专业课程应包括大学计算机语言、大学物理、工程制图、工程力学、工程热力学、传热学、电子技术基础，传热学、工程流体力学、自动控制原理、电机学和专业英语等，共54学分。专业基础课程强调扩宽学生专业领域教学，以满足不同专业方向教学培养的需要。
从这几年的课程教学安排中可以看出，热能专业课程在内容设置和前后衔接、互补等方面亟需完善。课程内容可从以下几个方面进行优化：课程的安排时间具有一定的递进关系，专业课程应安排在素质教育课程和专业基础课程后，这样使课程教学的内容具有层递关系；不同专业课程内容在相互联系的基础上应该有所轻重取舍。例如热工基础中流体力学、工程热力学、传热学之间有非常大的关联性，某些内容在三门课程中都是重点，有些内容只是其中一门课程的重点。因此，这样处理的目的是可以使课程相关内容融会贯通，以加深学生对知识的理解掌握；应该使各课程在专业人才培养中安排合理到位，并突出重点，分清内容主次。因为专业课程的设置是围绕学校对热能专业的培养目标而安排的。
2.专业课程体系优化
如何在有限的课程计划中完成学生专业技能的培养是课程设置的难点。所开课程除了基础课程外，主干专业课程有锅炉原理、锅炉结构设计与计算、汽轮机原理、热力发动机构造、热力发动机原理、热力发动机动力学、热力发动机设计、热力涡轮机原理、热能与动力机械测试技术、制冷与低温技术等。工程热力学、流体力学、传热学是本专业最重要的专业基础课程，即所有专业课程的掌握都是建立在对这三门课程熟练掌握的基础上。锅炉是工业生产中主要的热动力设备，主要用于热动力企业，这些企业通常都离不开锅炉设备的运用。汽轮机是一种原动力机，是锅炉设备配套使用的主要热动力设备，主要用于火力发电、驱动风机、水泵、船舶等。热力发动机详细介绍了发动机原理、构造、设计等。制冷与低温技术主要介绍了制冷的基本原理。随着科学技术的快速发展，计算机普遍应用于各行业中，因此，热能专业还开设了计算机应用等课程。其中，考虑企业对专业人才的实际需要，对专业课程的设置进行优化、整合和充实，根据方向不同分别对专业课程进行整合，有所侧重。[2]
3.教学实践
为了使培养的学生具有扎实的专业基础和良好的动手实践能力，对培养体系的修订应对原有培养体系实践环节进行改观，注重对专业课程设计、实验、实习、专业认识和工程实训等实践环节的加强，以解决热能专业多方向领域专业人才培养与我国企业对专业人才技术需求专门化之间的矛盾。[3]在培养方案中可设计校内与校外实践相结合的培养方式，充分利用校内外教学资源，营造良好的培养环境，形成热能专业高级应用型人才培养的新模式。对学生专业技能、实践能力的培养主要通过实践性教学环节来完成。实践性教学环节分布在各个学期中，所占学分比例可为20%～30%。设计性实验和综合性实验贯穿于主要专业基础课和专业课程中，在专业基础课程中开设了热能基础实验。该课程综合了流体力学、传热学、工程热力学课程的实验内容，将其中的几个相关实验可进行适当的组合，专业课实验主要以加强学生专业技能为目的。
四、结论
在对原有热能专业培养体系认真剖析的基础上，根据在学生日常教学中所反映出的问题，提出了新的学生培养修订措施。新的培养体系体现了重基础、宽专业的基本思想，将会使热能专业教学更加完善，同时注重学生实践能力的培养，有机地将教学内容与生产实践相结合起来，实施多元化热能专业人才培养。这种改进后的培养体系将会更好地培养出适应社会发展并与现代科学技术相适应的热能专业技术人才。
参考文献：
[1]战洪仁，张建伟，等.热能与动力工程专业人才培养模式及课程体系探讨[J].化工高等教育，2008，（1）：19-21.
流体力学与热工学基础范文3
【关键词】矿井通风；基本概念；理论基础；分析
一、矿井通风基础理论概念问题分析
对矿井通风基础理论概念进行分析的过程中，会涉及到以下几方面的理解难点：
第一，理想气体的性质是属于理想流体还是完全气体。在矿井通风、热力学与物理化学等方面所理解的完全气体与理想流体、气体差异。
第二，在特定条件下，能量方程和动量方程的共性问题。微分型运动方程的成为与积分型动量方程为何存在差异[1]。
第三，利用热力学的第一定律和流体力学能量方程来描述流体流动的特性具有哪些共性。
二、完全气体、理想流体与理想气体关系
（一）理想流体和真实流体
理想流体就是无粘性流体，而真实的流体都具有粘性。但是，因为利用数学描述并处理粘性流体的难度较大，所以，针对像空气和水等粘性比较小的流体，在实际的过程中是将其当作理想流体来研究的，这样可以更好地体现出流体主要的运动特性，再根据所需来对粘性影响因素进行考虑。所以，理想流体只是为了方便研究现实问题而将真实流体简化并抽象后存在的[2]。
（二）完全气体和真实气体
完全气体所满足的热力学参数关系为：
（1）
其中，P是气体压力，R是气体常数，d为气体的密度，T则是气体的温度，而e代表的是单位质量气体的比内能，cv是气体比定容热容。
在公式（1）中的前一公式表示的是完全气体状态，而后一公式表示的则是完全气体热量状态，不符合公式（1）热力学参数关系的气体就是真实气体。
（三）完全气体、理想流体与理想气体区别
现阶段，矿井通风的相关技术与研究工作人员在理想气体的界定方面存在较多疑问，满足公式（1）的参数关系就是理想气体，还是符合无粘性流体理想流体是理想气体？
在各个领域中，理想气体的界定都存在差异，所以，很容易导致完全气体、理想流体与理想气体在概念上混淆[3]。在矿井通风与热力学等著作中将理想气体定义为符合公式（1）的完全气体，主要原因就是热力学的研究范围就是以气体的状态变化特性为重点。但是，在大部分的国外矿井通风以及流体力学的著作中是把符合公式（1）的气体定义成完全气体，并将理想气体当作理想流体中的一部分，所以，理想流体的特性就是无粘性气体。主要的原因就是在流体力学的领域中，经常使用理想流体作为总称，并不会将理想气体独立出来介绍。
三、数学描述矿井风流流动规律
流体是物质运动状态中的一种，所以同样遵循物质运动的规律，并且物质运动的规律还可以对流体运动的规律进行描述。
（一）系统与控制体
系统，主要是涵盖确定不变的物质集合，而在流体力学中，主要指的就是确定流体质点所组成的流体团。与此同时，系统的边界会随着流体的运动而运动，通常情况下利用拉格朗日法来对流体团形成的系统流动规律进行分析[4]。然而流体质点的运动比较复杂，所以进行数学分析比较困难。
控制体，就是相对于某一固定不变的坐标系，物体所流过的体积，并且其边界也是始终固定不变的。
（二）欧拉型基本方程
1.微分型运动方程
流体流动过程中的时变加速度与位变加速度的数学公式可以表示成：
（2）
公式（2）是利用牛顿第二定律来描述流体流动规律的。
2.积分型动量方程
积分型动量方程的单位就是动量对于时间的变化率，也就是控制体内的动量对时间变化率是作用于控制体内流体上合外力和单位时间经过控制面流入流体动量的和，具体的方程关系式为：
（3）
3.微分型运动方程和积分型动量方程共性分析
将公式（1）与（2）进行对比，公式（2）主要是对流体运动特性进行描述的微分型，也就是分析描述单位质量的流体，其动量对于时间变化率和单位质量流体内部受力关系。L、T、M分别代表距离、时间与质量量纲，则公式（2）中的右边量纲就是 ，也就是加速度量纲，因此被叫作运动方程。而公式（3）所描述的则是流体运动特性的积分型，可以将公式右边量纲表示为 ，所以被称作动量方程。
四、热力学第一定律和能量方程关系
流体在实际的流动过程中，会产生热能与机械能的转换现象，同时由于流体温度的变化会使流体的密度与阻力等发生变化[5]。因此，流体流动的规律需要使用热力学第一定律或者是流体力学的能量方程来表示与分析，因为它们的理论基础相同，也就是能量守恒定律。在单位时间内传入控制体内的热量、经过控制面流入流体总能量与外界对控制体内的流体所作功的总和与控制体内的流体总能量相对时间变化率是一致的。所以，热力学中的第一定律与能量方程都可以描述涉及热现象流体的宏观流动过程。
结束语：
综上所述，在热力学与流体力学等基础理论的发展过程中，积极地推动了矿井通风动力学的发展与进步，然而，在实际的矿井通风安全工作中，技术工作人员始终很难把矿井通风的动力学与热力学以及流体力学等基础理论相互联系起来，并且在实际的应用过程中，会混淆不同领域基础理论的公式。并且，流体流动基础理论和矿井通风理论的严重脱节也会导致其他基础理论在矿井通风动力学中的实际应用效果。但是，通过文章对各基础理论的分析与矿井通风基本理论的联系，强化了两者间的理论联系。
参考文献：
[1]陈宁，陆愈实.基于GIS的矿井通风预警信息系统研究[J].中国矿业，2012，21（3）：111-113.
[2]黄俊歆，王李管，熊书敏等.矿井通风系统三维联通巷道建模算法及其应用[J].中南大学学报（自然科学版），2012，43（8）：3173-3179.
[3]杨茹馨，谢贤平，韩孟微等.应用层次分析法确定矿井通风系统评价指标的权值[J].河南科学，2012，30（10）：1525-1529.
流体力学与热工学基础范文4
【关键词】热工基础 应用型 教学质量
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）33-0057-03
《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》指出：以培养高等技术应用型专业人才为根本任务；以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线，毕业生应具有基础理论知识适度，技术应用能力强等特点；以“应用”为主旨和特征构建课程教学体系显得尤为重要。热工基础作为电厂热能动力装置专业的一门技术基础课，要实现应用型人才的培养，课程的教学内容及方法就不能再延续传统的方法来进行了。本文就如何提高热工基础课堂教学谈一点体会。
一 围绕实践生产，优化教学内容
热工基础课程理论教学安排了40学时，在为数不多的教学时间内，要使学生掌握热工知识并能够服务于专业，教师对教学内容的选择及改造是非常重要的。
1.简化公式推导，突出工程应用
优化教学内容过程中，简化公式推导是比较重要的。繁杂的公式推导使一些数学基础不太扎实的学生学起来吃力。公式适用条件各异，往往使初学者眼花缭乱，尤其那些历来喜欢依靠公式解决问题的学生，经常因公式使用不当而出错。教师为了让学生理解得透彻，在课堂上不得不花费大量的时间不厌其烦地进行讲解，故而用于其他教学内容的时间就缩短了，整体教学效果变差。经过多次教师交流、现场调研、毕业生反馈等，对我校热动专业所开设的热工基础课程做了如下简化：工程热力学部分，略去定比热容导出公式的推导，通过比热容概念直接引入定比热容概念。教材中涉及定比热容的计算方法比较多，很多教师在讲课时都会一一将计算方法讲解，通过多次讲解这门课程，作者发现实际上学生对此类计算的掌握是不理想的，特别是多种类的比热容的计算，学生更是摸不着头脑，容易混淆，因此教师在讲解时可以适当选择几种常用的比热容进行计算，学生就能掌握了，也不会影响学生后面的应用。学生对于较难掌握的热二定律，略去热力学第二定律数学表达式的推导，重点讲授各物理量的实质及工程应用。传热学部分，略去导热微分方程推导过程，直接引入结论分析。导热部分重点介绍一维稳态无内热源的热传递，如单、多层平壁，筒壁及球壁的导热量计算，这些内容在工程上应用比较广泛。对于非稳态导热只介绍基本概念及特点。对流部分略去对流换热微分方程的推导，重点对对流换热所用到的准则方程及方程式进行分析，流体无相变的对流换热系数的计算和有相变对流换热系数及特点也要涉及。
2.根据工作需要，适当补充知识
火电行业新型技术不断出现，为了满足学生对新技术认识的需要，教师也要不断地更新补充知识。比如热力循环这部分，除了传统教学中必讲的朗肯循环、再热循环等，增加一些其他的循环，如整体煤气化联合循环（IGCC）、磁流体联合发电循环及整体煤气化燃料电池联合循环等。学生加深对基本循环的理解的同时也拓宽了知识面，为后续更深层次的学习提供了思路。我校每年都有一些学生应聘到与制冷相关的企业工作，而我校没有开设制冷方面的课程，为了避免学生初到工作岗位无从入手影响工作，特增加了一章制冷的讲解。
3.采用实例教学，加强理论与实践的联系
为了加深学生对公式的理解，教师常辅以例题。课后学生按照老师教的思路套用相应的公式，用解决数学问题的方式去解决有关的计算题。从效果上看，大部分学
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* 银川能源学院教改项目
生都能解出正确答案来，但到了专业课程设计以及毕业工作时，同样的问题只不过换了对象，大部分学生就无从下手了。经过教研室老师讨论，大家认为学生对于公式的物理意义、适用条件等实质性的内容没理解透彻，涉及工程应用时和所学理论脱节了，学生的这种学习成果于当今社会来说价值太小。因此在教学过程中引入现场实践教学，不仅将理论和实践联系起来还可以提前让学生接触到专业方面的知识，等到学习专业知识的时候，学生接受就比较快了。例如，理论上分析了绝热节流各参数变化后，可列举这部分知识在工程上的应用，如利用节流测定蒸汽流量，利用节流调节汽轮机的功率等。
通过实例教学还可以激发学生的学习兴趣。很多学生都喜欢有目的的学习，即学的知识要在工作中用到，“不相干”的知识拒绝学习，举实例就很好地解决了学生的这个问题。
二 改进教学方法，提高教学质量
1.改进教学方法，突出学生的主体地位
以往教学中，都是以老师为主，不管学生是否能接受，都以“填鸭式”的方法授完，教学效果一般。为适应教学的发展，以及现在学生的特点，老师在教学中要不断地摸索方法，把学生置于学习的主体地位上。就拿我的课堂教学为例，一部分课堂教学是和学生共同完成。每节课上课前给学生布置预习范围，上课时教师将本节授课内容分成几个小部分，每部分选出一名同学到讲台上讲解，教师在旁边观察，找出学生理解有误的部分及学生不能理解的部分，最后这些内容及本节重点由教师统一讲解。这样学生参与教学，提高学生学习积极性的同时也加深了知识的掌握，更是让学生课后预习也有了动力。这是我在教学过程中的一点感受。
2.充分利用实验仪器
热工基础课程不论是概念还是理论都比较抽象，而学生平时也很难获得实践学习的机会，因此，实验作为理论与工程联系的桥梁，在课程教学中就显得尤为重要了。实验教学直观性强，可以与课堂内容紧密联系，如二氧化碳P-V-T关系测定实验在操作过程中可以看到现象，具体数据通过仪表也能直接测量，加深了学生对概念的理解。学生通过实验准备、过程操作等过程锻炼了学生的动手能力、协作能力和解决问题的能力。热工基础课程实验多是一些测定性的实验，学生获得实验数据只完成了其中的一小部分工作，大量的工作主要集中在数据的计算上，因为学生对实验比较感兴趣，会自己想办法查找公式计算结果，这个过程实际上就是一个很好的学习过程，学生要使用公式解决问题，必定要把公式的意义和适用条件搞清楚，下次碰到类似问题，他们就能很轻松解决了。此外，通过实验数据的分析还可以加深学生对基本概念的理解，例如比热容的应用和计算在理论学习时，学生掌握比较吃力，可以带学生去做“空气定压比热容的测定”实验，学生在操作过程中每一步都有实际意义，学生就能明白比热容的应用，利用实验数据计算比热容要比教材上利用公式计算比热容要容易理解，学生也容易掌握了。
三 引导学生有效利用网络资源
除了图书馆的实体资料外，网络上优秀的教学资源也非常多，如例题讲解、热力过程分析、自测练习等，采用声、图、文并茂的多媒体课件等，特别是各个高校的慕课、微课视频对学生课后的学习很有帮助，堪称课后辅导老师。由教师精心设计的精品课程内容丰富，设计板块多，如章节要求、教师讲课视频、直观的动画、章节练习题等，也是学生学习的资源。
四 制定合理有效的考评方法
高职院校的热工基础考试不同于高考的限时笔试，它的目的不是为了选拔人才，而是切实地评价学生的学习质量和教师的教学质量。故考核应该与学生平时成绩相结合，进行综合评定。为了督促学生平时的学习，评定成绩应包括学生的出勤、课堂表现、创新意识、作业、实验、期末考试等方面，实验主要以出勤、实验项目的动手能力及实验报告的撰写等方面进行考核。
期末考占总成绩的50%，试卷的试题可以将三块内容结合在一起，即：实用模块理论部分、技能鉴定考试知识点部分、后续专业引入点部分。在期末试卷中，增加两道结合实践的综合分析题，提倡学生把实验心得、学结、科技小论文作为加分依据。这种考核方法可以杜绝学生平时不努力，考前搞突击的学习习惯，也可加强学生动手能力的培养，综合评定学生学习成绩的方法比较公平、公正合理，既能反映学生的真实成绩，也能调动学生的学习积极性，对学生素质教育和能力培养是比较实用的方法。
五 结束语
随着电力行业的不断发展，培养应用型人才已成为高职学校教学的一个重要目标，尤其是作为重要专业技术基础课的热工基础，其教学改革势在必行。通过教学
内容及方法的适当改变，以求达到够用、实用，而杜绝一些多费力少成果的情况，比如教师觉得自己付出了很多，也讲了很多内容，足够学生将来在工作岗位上使用；而学生，觉得内容学了很多，可是什么都不大懂，什么内容都不能自如地应用等。故本人在前面叙述了一些教学过程中的经验，希望能对热工基础的教学起到一些作用。
参考文献
[1]徐艳萍、柯选玉主编.热工基础[M].北京：中国电力出版社，2012
[2]李诚主编.热工基础[M].北京：中国电力出版社，2006
[3]陈礼.热工基础[M].北京：高等教育出版社，2005
流体力学与热工学基础范文5
关键词：工程流体力学；教学改革；探索与实践
Research and practice of teaching reform mode of engineering fluid mechanics
Li Xiaochuan， Huang Xiangyong
Yangzhou university， Yangzhou， 225127， China
Abstract： Engineering fluid mechanics is the specialized fundamental course of thermal energy and power engineering （TEPE） specialty. According to present situation in engineering fluid mechanics teaching， the new ways of teaching reform about this curriculum are put forward in this paper on the basis of in—depth research and analysis of the main problems existing in the teaching practice.
Key words： engineering fluid mechanics； teaching reform mode ； research and practice
工程流体力学是热能与动力工程专业重要的专业基础课，主要研究流体静止和运动的力学规律及其在工程技术中应用的学科。作为一门重要的专业基础课，本课程不仅为学生学习后续专业课提供必备的基础理论知识，也为从事热能利用的有关专业技术人员从事专业技术工作和科学研究工作提供重要的理论基础。工程流体力学课程在理工科教学体系中具有重要地位，由于多方面的原因导致课程的教学效果不是很理想，教师难“教”、学生难“学”已经成为师生的共识。因此，当前新形势下积极思考和探索工程流体力学教学改革方法对改善课程的教学效果、提高学生的培养质量具有重要意义。根据本学院学生的教学现状，从工程流体力学课程教学中“教”与“学”方面的改革进行一些思考和探索。
1 教学中存在的主要问题分析
为了有针对性地提出工程流体力学课程的改革思路，笔者对本学院热能与动力工程专业和建筑环境与设备工程专业本科二年级的学生进行了调研，主要从课程本身的特点、教师“教”和学生“学”方面对教学质量的影响进行了调查、分析和总结。
1.1 工程流体力学课程本身特点
工程流体力学课程包括理论教学和实验教学两方面的内容，课程涉及的知识面比较广泛，高等数学、大学物理、工程热力学等，尤其对学生掌握经典力学和高等数学的要求较高。此外，工程流体力学课程本身研究对象是流体，研究对象不具有固定的形状、研究理论比较抽象、经验公式繁多且推导过程复杂不易理解。以上特点导致了本课程教师难教、学生难学，教学效果不理想[1]。
1.2 教师“教”的方面
从教师“教”的方法和手段来看，不能根据当今大学生的特点进行教学、调动学生的学习热情、激发学生的学习兴趣是造成教学效果不理想的主要原因，主要表现在以下几个方面：（1）教学方法单一、教学手段落后，教师上课自己沉浸于“讲”课的过程，单方面向学生“传授”知识，而不顾及学生“听”课的感受，忽视了教学过程中“教”与“学”之间的互动性。这种教学方式造成的危害是逐渐使学生丧失了学习的主动性和与教师交流的动力，在这种情况下，教师无法得到学生的反馈信息，从而影响教学水平的提高。（2）教学内容老旧，讲课内容局限于教材本身，没有或很少对课本知识进行扩展、结合现实生活中的实际现象进行举例说明，理论与实际脱节，导致学生不知道学习本门课程能够解决什么问题、如何解决问题的疑问。（3）过于依赖多媒体课件授课，板书很少或者摒弃板书。学生反映这种授课方式速度偏快，不利于对基础知识、公式等内容的理解和消化。此外，某些教师的课件仅仅是对板书的复制，课件的制作质量不高，无法体现多媒体教学的特点[2]。（4）学生课业繁重以及新校区位置偏远带来的交通不便，导致教师在课后几乎没有时间对学生进行指导。
1.3 学生“学”的方面
通过调查发现，在学生“学”的方面存在以下问题：（1）学生普遍存在学习上怕吃苦、自制力较差、学习态度浮躁的现象。（2）在上课前不提前预习本次课程所讲述的内容。（3）课堂上不能集中思想认真听课，课下提不起兴趣认真复习、做作业。
2 教学改革模式的探索与实践
流体力学与热工学基础范文6
关键词：计算流体力学；求解；基本原理；化学工程；应用
化学工程在我国具有较长的研究与应用历程，并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效，不仅能够供给正常的生活需求，同时根据新材料的开发，能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中，较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的，具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析，能够优化工程设计和工艺改进，提高化学工程的生产效率。
1计算流体力学在化学工程中的基本原理
计算流体力学简称CFD，是通过数值计算方法来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程，从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律，其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下，计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法，其也是一门多门学科交叉的科目，计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识，也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识，其涉及面广。针对计算流体力学的真实模拟，其主要目的是对流体流动进行预测，以获得流体流动的信息，从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展，市场上也出现了计算流体力学软件，其具有对流场进行分析、计算、预测的功能，计算流体力学软件操作简单，界面直观形象，有利于化学工程师对流体进行准确的计算。
2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用
2.1在搅拌中的应用分析
在搅拌的化学反应中，反映介质之间的流动性比较复杂，依据传统的计算形式根本无法解决，并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点，在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律，其得出的结构往往存在较差时效性，实验骗差加大。通过对二维计算流体力学的应用，能够对搅拌中流体的形式进行模拟，并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化，不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关，还与时间、容器的形状等有着之间的联系，需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高，在通过借助多普勒激光测速仪后，已经对三维计算形式有了较大的突破，这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用，但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不断的完善。
2.2CFD在化学工程换热器中的应用分析
换热器是化学工程中主要的应用设备，通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用，能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同，计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变，增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积，提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中，热量交换的形式更为复杂，但是却群在重复性换热的特点，增加了换热的时间，提高了换热的效果。从总体上分析，计算流量力学中，需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用，能够计算出不同设备的热交换效果，并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。
2.3在精馏塔中的应用
CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。
2.4CFD在化学反应工程中的应用研究
在化学反应工程中，反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系，在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制，当反应中温度过大，就会造成分子的剧烈运动，其运动轨迹的变化规律就会异常，在利用计算流体力学的模型计算中，计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取，在计算流体力学的实际计算中，就要借助FLUENT进行三维建型，并利用测速反应器进行速度的测量，通过综合的比较分析，利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场，可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程，详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。
3结束语
计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义，并在经济效益的提高上具有重要的价值，在近几年，化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究，以二维空间计算和模拟为基础，不断的完善三维空间的流量计算，并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用，在今后的化学工程发展中，应加强此类学科的教学与延伸，提供出更有效的反应设备和工艺操作。
参考文献
[1]余金伟,冯晓锋.计算流体力学发展综述[J].现代制造技术与装备,2013(06).
