主页 > 新闻动态 > 热工实验教学体系的完善及实施建设方向 2021-11-18

热工实验教学体系的完善及实施建设方向

热工是工程热力学与传热学的简称。其中工程热力学主要是研究热力学机械的效率和热力学工质参与的能量转换在工程上的应用，如将热力学能转化成机械能推动动力机械做功以及其效率的学科，再如，空调将机械能转化成热力学能等；而传热学是研究热量传递的一门学科，如反应堆的导热，对流换热，辐射能的传递等。热工主要应用于热能与动力工程，核能科学与工程,热加工工程等方面，还应用于非工程方面。以《国家中长期教育改革和发展规划纲要》指出的创新人才培养的“三个注重”：注重学思结合，注重知行统一，注重因材施教，为理论指导，遵循实践教学规律，进行了热工实验课程建设研究与探索。
一、梳理实验项目，完善实验教学体系
通过调研清华大学、浙江大学、上海理工大学、哈尔滨工业大学等知名院校能源动力类国家级实验教学示范中心及热工实验课程建设现状，对比我校热工实验建设，梳理实验项目，完善热工实验教学体系。结合调研及新的人才培养方案修订，对热工实验应开设的实验项目进行梳理，将实验项目分为基础实验和综合性设计性实验，其中基础实验分别必做8学时（2个工程热力学实验项目4学时、2个传热学实验项目4学时），选作计划内8学时，综合性设计性实验8学时（引进国外实验台），课外选作4学时（引进国外实验台），形成了新版热工实验教学大纲。通过以上梳理，丰富了实验内容，增加了学生选择实验的余地，满足不同学生的需求。
二、引进国外的先进的实验平台，更新陈旧实验设备
从英国和美国引进了先的热交换实验平台、传热基础实验平台，内燃机动力实验系统、蒸汽轮机发电系统等综合实验教学设备。
1.热量交换基础实验平台。该实验平台主要由通用换热器实验平台、10种换热器选件及数据采集系统组成。
多种形式的换热器选件可共用一个实验平台。测量仪表能检测多达12个温度测点和冷热流体流量，可以进行所有相关的传热计算；学生可以在无人监督的情况下进行实验。
2.传热基础实验平台。包括通用传热实验台，15种实验模块，数据采集系统等。可进行传导、对流、辐射实验，稳态和非稳态传热实验，液体和气体传热实验，自由对流和强迫对流情况下，平板、针板、翅板传热实验等。
3.内燃机动力实验系统。内燃机实验台在不同燃料喷射量的情况下，可研究内燃机的扭矩和转速、功率和转速、热效率等性能参数；各内燃机模块化设计，可快速拆卸和安装；可选配件包括计算机数据采集系统。
可进行在不同的燃料喷射量的情况下，测量并绘制内燃机输出扭矩和转速、功率和转速曲线；在转速不变时，测量在不同输出功率时的燃料消耗率；在不同的燃料喷射量的情况下，测量燃料空气配比和内燃机的热效率；研究在不同转速时内燃机的摩擦损失等4项实验。
4.蒸汽轮机动力发电试验系统。该套设备可进行热力学第一定律及能量转换关系研究；热力学第二定律及热力循环分析研究；控制量大小分析研究；熵分析研究；等熵分析及透平/喷嘴效率研究；传热分析及锅炉效率研究等实验，使学生掌握蒸汽动力系统燃烧过程，蒸汽能源系统基本原理，发电基本原理，实验与数据采集技术等。以上实验设备可以开发出新的实验项目，如热交换器换热性能实验、热平衡实验、辐射强度实验、反射强度实验、斯特林发动机原理实验、内燃机性能实验、朗肯循环原理实验、蒸汽轮机发电系统性能实验等发综合性、设计性实验项目，该实验设备做成模块化设计，学生可根据不同的实验选择不同的通用设备、采集系统及实验模块进行实验，充分发挥学生的自主能力，培养了学生的动手能力和创新能力。引进国外先进的教学试验设备后，学生对新的实验设备及实验项目产生浓厚的兴趣，争相选做新的实验，取得良好的教学效果。
三、热工设备的基本介绍

MYR-53 热工自动化仪表实训平台

一、热工自动化仪表实训平台,热工自动化仪表实训装置,热工自动化仪表实训设备概述：
本装置的设计结合了目前大中专院校《化工测量及仪表》、《检测技术及仪表》、《热工自动化及仪表》、《非电量测量与控制技术》、《过程控制》等课程实训大纲的要求。通过该实训装置的使用和学习，学生能够掌握有关化工仪表及自动化的基本知识，对有关仪表的安装、调试及使用有一定的了解，并对化工生产中如何进行液位、温度、压力和流量等参数的自动化控制有基本的认识。
二、热工自动化仪表实训平台,热工自动化仪表实训装置,热工自动化仪表实训设备系统特点：
1、对象系统为不锈钢框架，所有器件均为不锈钢和铝合金设计,传感器的二次测量仪表安装在对象上，方便学生在现场进行各项操作,可实现对化工行业的四大常用热工参数的检测，而且每种变量的检测传感器类型均为两种以上，以及每种类型传感器、变送器的测量精度也不相同，可以进行相关的校验,控制箱中所有的仪表均可以通过RS485通讯线与计算机建立通讯关系，可以更加直观的看出两种不同检测机构精度等各方面的区别,对象系统设计美观，开放性好，为学生实训提供了一个较好的实训对象
2、软件介绍:MCGS工控组态软件能够对设定值、输出值、P、I、D及各类可写参数进行操作，还可修改程序算法，观看动态变化棒图显示、测量值实时曲线、历史曲线、数据报表等,上位机监控软件及OPC服务器软件通过上位机监控软件，可实现四通道检测数据实时曲线的绘制，另通过OPC服务器软件可直接挂接到MCGS组态软件OPC服务器上，可直接将本无纸记录仪通道数据在组态软件中组态开发。
三、热工自动化仪表实训平台,热工自动化仪表实训装置,热工自动化仪表实训设备技术性能：
1、输入电压：单相三线～220V±10% 50HZ
2、工作环境：环境温度范围为-5℃～+40℃ 相对湿度＜85%（25℃）海拔＜4000m
3、整体尺寸：2000×800×1750MM
4、装置容量：＜3Kva
四、热工自动化仪表实训平台,热工自动化仪表实训装置,热工自动化仪表实训设备系统组成：
1、被控对象（铝框架）：
2、动力系统：1套
3、有机玻璃水箱：2套
4、储水箱：1套
5、液位检测三路：扩散硅压力变送器、电容式压力变送器和扩散硅差压变送器
6、流量检测三路：电磁流量计、涡轮流量计和孔板流量计
7、压力检测两路：电容式差压变送器和管道静压变送器
8、温度检测三路：2路PT100热电阻和Cu50热电阻
9、电动调节阀：1套
10、阀门：若干
控制系统
11、对象控制箱:1套
12、智能调节仪：2个
13、流量积算仪：1个
14、无纸纪录仪：1个
15、开关电源：1个
16、漏电保护器：1个
17、控制开关：2个
五、基本实训项目：
1、实训装置的结构组成和系统认识
实训系统认识
实训装置硬件组成
实训系统软件介绍
离心泵的工作原理及特性认识
离心泵的工作原理和主要部件
离心泵的性能参数和特性曲线
电动调节阀的工作原理及特性认识
电动调节阀工作原理概述
调节阀的流量特性测试
电动调节阀的流量系数
电动调节阀的主要技术指标
2、仪表的认识及使用
智能调节仪的认识和使用
流量积算仪的认识和使用
无纸记录仪的认识和使用
传感器工作原理认识及使用
涡轮流量计的工作原理认识和校验
电磁流量计的工作原理认识和校验
孔板流量计的工作原理认识和校验
电容式液位传感器的工作原理认识和校验
扩散硅液位传感器的工作原理认识和校验
差压液位传感器的工作原理认识和校验
电容式差压变送器的工作原理认识和使用
扩散硅压力变送器的工作原理认识和使用
Pt100铂热电阻的工作原理认识和使用
Cu50铜热电阻的工作原理认识和使用
传感器的零点和迁移
智能调节仪表的认识和操作
流量积算仪的认识和操作
无纸记录仪的认识和操作
3、自动控制
单回路与串级控制系统概述
水箱液位定值控制
管道压力定值控制
管道流量定值控制
孔板流量定值控制
管道批量流量控制
加热水箱温度定值控制
无纸记录仪现场实时曲线察看
MCGS工控组态软件组态和控制
四、多媒体与网络技术应用于实验教学
开发了热工实验教学管理系统，建设实验教学网站，通过网络进行教学和管理。同时开发了实验教学资源，如开发了热电偶综合训练、喷管实验、沸腾换热实验等虚拟仿真实验软件，录制了相关教学视频、开发了热工实验多媒体教学课件等，丰富了网上教学资源，使学生在做实验之前在网上进行实验原理学习，设备仪器使用，虚拟实验操作等，完成预习任务，使学生在做实验之前掌握了实验内容及仪器设备使用方法，能够独立快速完成实验，并获得准确的实验结果。
五、加强过程监控、注重自主实验
通过教学管理系统结合网站教学资源，通过过程监控强化预习环节。注重实验过程，突出学生主体，变教师辅导为教师巡查监督，帮助解决主要问题，实现自主实验。开发实验数据处理软件，注重实验结果考评，现场评定实验结果的对错、实验结果误差。对于必做的热工实验的4个实验项目先后开发了实验数据处理软件，可对学生测试的实验结果进行现场处理，及时发现学生实验中的问题，直至全部解决为止。
六、改革热工实验教学模式与考核方式
采用学生自主选择实验项目，自主预习，自主进行实验的教学模式。学生充分利用教学课件、虚拟实验、教学视频等网络资源进行课前预习，然后预约实验，自行组成实验小组，到实验室相互协作共同完成现场实验，分发挥学生积极性、主动性，重点培养学生实际操作、发现问题、解决问题的能力。改变以往单一的只以实验报告定成绩的考核方式，采用1+5+4考核方式，注重实验过程的考核，其中预习占总成绩的10%，现场操作占总成绩的50%，实验报告占总成绩的40%。
七、结论
通过不断地进行热工实验课程建设研究与实践，逐步形成了加强过程监控强化预习环节；注重实验过程，突出学生主体，实现自主实验；注重实验结果考评，现场评定实验结果的热工实验教学特色。研究成果已应用于热工实验教学中，每年使得我校四个学院相关专业二十多个本科生班受益，经过实践，教学效果良好。

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