高蓬輝　張東?！⊥趿x江　黃煒

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)中的重要環(huán)節(jié)，是連接理論學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用的重要紐帶。通過(guò)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有助于學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)知識(shí)的掌握和領(lǐng)會(huì)，達(dá)到學(xué)生向?qū)I(yè)工程應(yīng)用的逐漸過(guò)渡。本文以工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的制冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)為例，介紹了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，將書(shū)本知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐，在實(shí)踐中提升對(duì)知識(shí)的掌握，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；工程熱力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）17-0263-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基本內(nèi)容，是培養(yǎng)基礎(chǔ)實(shí)、知識(shí)寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的創(chuàng)新型人才的主陣地，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力具有重要的作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，使學(xué)生獲得一定的綜合分析能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。工程熱力學(xué)是研究熱能有效利用以及熱能和機(jī)械能等其他能量轉(zhuǎn)換規(guī)律及其應(yīng)用的工程技術(shù)學(xué)科。工程熱力學(xué)概念多、內(nèi)容抽象難懂、系統(tǒng)性和工程性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生普遍學(xué)習(xí)感覺(jué)較難。為了促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高課堂教學(xué)質(zhì)量，需要重視工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在工程熱力學(xué)教學(xué)中過(guò)程中的重要性。筆者以工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的制冷循環(huán)為例，探討了實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)工程熱力學(xué)的脾補(bǔ)助益。

一、制冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)

1.基本熱力過(guò)程。在工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常開(kāi)展蒸汽壓縮制冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要目的為：掌握蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)的工作過(guò)程及原理；了解制冷壓縮機(jī)、節(jié)流膨脹裝置、蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)和組成；掌握蒸汽壓縮制冷循環(huán)制冷系數(shù)的計(jì)算方法及提高制冷系數(shù)可采用的方法。該制冷循環(huán)中采用F12制冷劑，以毛細(xì)管為節(jié)流膨脹裝置，冷凝器為自然對(duì)流式，蒸發(fā)器亦為自然對(duì)流式。在制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)和節(jié)流膨脹裝置是制冷系統(tǒng)必不可少的四大件，其中蒸發(fā)器是輸送冷量的設(shè)備，制冷劑在其中吸收被冷卻的熱量實(shí)現(xiàn)制冷。壓縮機(jī)是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放熱設(shè)備，節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用。

其工作過(guò)程為：首先制冷工質(zhì)經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮至高溫高壓狀態(tài)，即1—2；高溫高壓的工質(zhì)在冷凝器中將熱量釋放出去，即2—4；制冷工質(zhì)經(jīng)毛細(xì)管膨脹，壓力溫度降低，即4—5；低溫低壓的工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收熱量，即5—1。由此完成一個(gè)完整的制冷循環(huán)，見(jiàn)圖1。對(duì)應(yīng)于熱力學(xué)壓焓圖見(jiàn)圖2，1—2在壓縮機(jī)中的壓縮過(guò)程，為等熵壓縮；2—4在冷凝器中的放熱過(guò)程，為定壓放熱；4—5在毛細(xì)管中的膨脹過(guò)程，為節(jié)流過(guò)程（節(jié)流前后焓相等）；5—1在蒸發(fā)器中的吸熱過(guò)程，為定壓吸熱。

2.實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)測(cè)定。主要完成制冷系數(shù)和制冷量的計(jì)算。

二、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與課堂教學(xué)的統(tǒng)一

通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生認(rèn)識(shí)了制冷系統(tǒng)的基本組成和運(yùn)行過(guò)程，了解了制冷系統(tǒng)部件在工作過(guò)程中的基本特點(diǎn)，能夠領(lǐng)會(huì)教師在課堂教學(xué)中對(duì)制冷系統(tǒng)的敘述和描繪。同時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生能夠主動(dòng)對(duì)制冷循環(huán)的工作過(guò)程提出自己的看法，尋找提高系統(tǒng)制冷效果的途徑。例如：教師以前在課堂上介紹完制冷循環(huán)后，提到如何改進(jìn)或提高系統(tǒng)制冷量，夏天在高溫時(shí)，不要將室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)定過(guò)低。學(xué)生在理解時(shí)，總是先去回想制冷系數(shù)的計(jì)算公式，然后才去認(rèn)可，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，學(xué)生能夠較好地理解這一原因。同時(shí)對(duì)制冷循環(huán)熱力過(guò)程圖中的定熵壓縮、定壓吸放熱以及節(jié)流過(guò)程有了更好的理解和體會(huì)。在此基礎(chǔ)上，教師將前面可逆過(guò)程、平衡態(tài)以及理想過(guò)程回串，學(xué)生將會(huì)對(duì)熱力學(xué)中的相關(guān)概念有著更深入的認(rèn)識(shí)，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方式進(jìn)行合理組織，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組裝、調(diào)試試驗(yàn)臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，與學(xué)生討論確定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)測(cè)定參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)后的自我評(píng)議，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，提升學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。同時(shí)在課堂教學(xué)中注意與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的統(tǒng)一、銜接，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和體系

工程熱力學(xué)作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，與工程實(shí)際密切相關(guān)。在教學(xué)過(guò)程中，需要有很多的工程問(wèn)題作為背景。以教科書(shū)為單一內(nèi)容的PPT演示，并不能滿(mǎn)足課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。筆者根據(jù)多年的教學(xué)心得，主要建議如下：（1）根據(jù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的需要，制定一些具有典型性的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如制冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)、工質(zhì)熱物性測(cè)定、絕熱節(jié)流效應(yīng)測(cè)定等。（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)組織模式。鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手開(kāi)展目標(biāo)性實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)自我評(píng)議，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（3）更新教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增添新的測(cè)試儀器和設(shè)備，不斷滿(mǎn)足學(xué)生對(duì)熱力學(xué)學(xué)習(xí)的要求。（4）構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)中心，隨著計(jì)算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)為了解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備少，實(shí)驗(yàn)時(shí)間受限的問(wèn)題，建立遠(yuǎn)程與虛擬實(shí)驗(yàn)中心，可以滿(mǎn)足學(xué)生課后隨時(shí)學(xué)習(xí)、探索的需要。

參考文獻(xiàn)：

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