趙 美, 臧建彬, 蔡 煒, 王曉東, 濮寧偉

(同濟大學 機械與能源工程學院，上海 201804)

變工況制冷壓縮機性能測試精品實驗項目建設與實踐

趙 美, 臧建彬, 蔡 煒, 王曉東, 濮寧偉

(同濟大學 機械與能源工程學院，上海 201804)

“變工況制冷壓縮機實驗性能測試”是制冷專業(yè)中一個重要的專業(yè)基礎實驗，該實驗是針對制冷系統(tǒng)在實際運行時工作狀態(tài)會大幅度變化的問題，通過實驗，讓學生對壓縮機變工況運行時的性能變化有深入的理解。該項目對這一經(jīng)典的實驗進行“精品實驗項目”建設，更新實驗裝置，對實驗裝置進行了數(shù)字化的改進，建立一套完備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提高了實驗的自動化。此外，完善實驗教學內容，改進實驗教學方法，在傳承經(jīng)典的同時有所創(chuàng)新。

變工況制冷壓縮機； 性能實驗； 精品實驗項目； 數(shù)字化實驗裝置； 創(chuàng)新實驗教學方法

0 引 言

制冷壓縮機是制冷系統(tǒng)中最主要的設備之一，是為制冷系統(tǒng)運行提供動力的裝置。制冷壓縮機作為整個系統(tǒng)的“心臟”[1]，不斷地吸入和排出氣體，把制冷劑由低壓狀態(tài)壓縮到高壓狀態(tài)，完成在蒸發(fā)器中汽化制冷和在冷凝器中液化放熱過程?！爸评鋲嚎s機”是制冷專業(yè)的一門主干專業(yè)課程，該課程與專業(yè)理論知識聯(lián)系非常緊密，同時也與工程實踐密切相關[2]，它起到了從基礎課程到專業(yè)課程的過渡橋梁作用[3]。壓縮機變工況性能測試實驗臺是高校開展制冷壓縮機教學不可或缺的實驗設備，實驗課程對于學生系統(tǒng)學習制冷壓縮機的熱力性能起到非常重要的作用。

“精品實驗項目”是對某一實驗項目進行精品化建設，對整個實驗教學起到示范作用[4]。精品實驗項目既要體現(xiàn)經(jīng)典性，又要具備先進性，設計先進的實驗教學儀器設備，豐富的教學內容，新穎的教學模式[5]。將“變工況制冷壓縮機性能測試實驗”打造成為精品實驗項目，對傳統(tǒng)經(jīng)典實驗進行創(chuàng)新改革，改善實驗教學條件，豐富教學內容，改革教學手段，增強學生主觀能動性，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生的卓越素質。

1 打造精品實驗裝置

1.1 經(jīng)典實驗系統(tǒng)的搭建

變工況制冷壓縮機實驗臺是“制冷壓縮機”課程重要的實驗臺，對于學生理解制冷壓縮機不同工況下，制冷量隨蒸發(fā)溫度變化的變化情況有非常重要的作用。當工作溫度不同時，制冷壓縮機的單位制冷量，壓縮機的軸功率和制冷效率都會發(fā)生變化，對某一具體的制冷劑來說，若冷凝溫度已經(jīng)確定，則單位容積制冷量將隨蒸發(fā)溫度的降低而變??；由于單位制冷量和壓縮機的軸功率都隨循環(huán)的工作溫度而變，冷凝溫度越高，蒸發(fā)溫度越低，則制冷系數(shù)越小。參照國家標準GB/T 5773-2004《容積式制冷劑壓縮機性能試驗方法》[6]搭建實驗系統(tǒng)，實驗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 實驗系統(tǒng)流程圖

參照標準，實驗過程中采用第二制冷劑量熱器法測量變工況下制冷壓縮機的制冷量、功率和制冷系數(shù)。第二制冷劑量熱器由一組直接蒸發(fā)盤管作蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器被懸置在一個隔熱壓力容器的上部，電加熱器安裝在容器底部并被容器中的第二制冷劑浸沒，利用電加熱產(chǎn)生的熱量來平衡量熱器中蒸發(fā)器產(chǎn)生的制冷量，見圖2。水冷冷凝量熱器是由水冷冷凝器和測量溫度、壓力和冷卻水流量儀表組成的。實驗過程中通過第二制冷劑量熱器的電加熱裝置可控制蒸發(fā)溫度，通過冷卻塔風扇變頻器控制冷卻水溫進而控制冷卻水溫度。實驗過程中維持冷凝溫度不變，分別設定3個蒸發(fā)溫度(壓力)，記錄3個工況的循環(huán)參數(shù)，分別計算3個工況下的制冷量和制冷系數(shù)，畫出lgp-H圖以及制冷劑隨蒸發(fā)溫度的變化情況。

1.2 實驗系統(tǒng)的數(shù)字化更新

將該實驗項目建設成為精品實驗項目，首先要確定教學方法改進的突破點。本精品實驗項目在傳承經(jīng)典，讓學生對制冷壓縮機在變工況下運行的性能有全面了解的同時，對原有實驗裝置進行數(shù)字化改造。結合計算機硬件、專用軟件模塊和各種測量儀器，將實驗手段更新為具有數(shù)字化數(shù)據(jù)采集和輸出的裝置[4]，讓學生學會自主學習，進行多方法處理實驗數(shù)據(jù)。

1—制冷劑進口 2—制冷劑出口 3—保溫層 4—電加熱器 5—蒸發(fā)盤管 6—第二制冷劑R12 ΔQi—漏熱量Qi—電加熱量
圖2 量熱器原理圖

實驗臺上各種實驗數(shù)據(jù)，溫度、流量、電氣參數(shù)等通過測量儀器，采用數(shù)據(jù)采集儀，專用軟件模塊進行采集，計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由一臺普通的兼容計算機、A/D卡、A/D模塊、通信模塊和鉑電阻變送器組成。采用VB語言編寫的程序進行數(shù)據(jù)采集。

2 加強實驗室建設和管理

強化實驗室建設與管理，為精品實驗開設打造良好的實驗環(huán)境。實驗環(huán)境對確保教學質量也起到不可替代的作用，營造良好的實驗環(huán)境，對提高實驗教學效果有非常重要的影響[7]。實驗教學環(huán)境表面上看起來是相對靜止的，處于教學活動的外圍[8]，但實質上實驗教學環(huán)境潛在地影響著學生的學習愿望和學習興趣，干預著學生的學習活動，影響著學生的學習效果。

2.1 營造良好的實驗室環(huán)境氛圍

近年來，隨著國家對高校實驗室建設的投入逐步加大，實驗室的硬件環(huán)境建設越來越完善[9]。為保證高質量地完成精品實驗，實驗中心在學校的專項資金支持下，對變工況制冷壓縮機實驗臺進行維護和更新，繼承該實驗項目的經(jīng)典同時有所創(chuàng)新。同時，根據(jù)本學科實驗教學的特點，實驗中心制定了一系列的規(guī)章制度，并按照規(guī)章制度進行實驗室管理和實驗教學，初步實現(xiàn)了科學、高效的實驗室管理，為實驗教學的順利進行提供了制度保障[10]。

實驗中心對精品實驗場地進行規(guī)劃和合理布置，在實驗房間的墻上張貼各種與變工況制冷壓縮機實驗相關的展板，例如實驗裝置的流程圖，儀器設備的操作步驟等，利用這種最直接的手法營造良好的實驗室氛圍[11]。學生進入到布置莊重，科研氣氛濃厚，地面干凈，設備先進的實驗室，加上安全規(guī)則方面的培訓，學生從一開始就會感受和認識到實驗室是進行實驗和科學研究的神圣場所，自發(fā)產(chǎn)生嚴謹、認真的態(tài)度。學生在做實驗時態(tài)度認真，不但達到預期的實驗教學效果，而且還能夠激發(fā)學生發(fā)現(xiàn)問題和創(chuàng)新的能力。

2.2 加強實驗人員的綜合素質培養(yǎng)

實驗教師在實驗教學過程中扮演著重要的角色，其綜合素質對于實驗教學的效果也有非常大的影響。實驗教師的認知水平、專業(yè)能力、工程實踐經(jīng)驗等素質都會直接影響到實驗教學質量，所以中心針對實驗教師制定了一系列培養(yǎng)方案。①實行青年實驗教師聽課制度，學習老教師的實驗教學經(jīng)驗，發(fā)揮老教師“傳”“幫”“帶”作用[11]；②建立實驗教師的培訓與學習制度，鼓勵實驗教師參加國內外學術會議與同行交流，組織實驗教師參加各種實驗教學改革與創(chuàng)新研討會等活動，不斷提高實驗教師的創(chuàng)新試驗能力[12]；③鼓勵青年實驗教師在職攻讀博士學位，以科學研究促進實驗教師優(yōu)化其知識結構，促進實驗教學。這些制度的實施提高了實驗教師的綜合素質，為精品實驗項目的建設提供了人才保障。

3 改革實驗教學方法和考核方式

變工況制冷壓縮機精品實驗項目在繼承經(jīng)典的同時有所創(chuàng)新，還表現(xiàn)在采用創(chuàng)新的實驗教學方法，并采用更為合理，更能激發(fā)學生自主學習的考核方式。傳統(tǒng)的實驗教學模式教學方法和手段單一，在一定程度上限制了實驗信息的共享，不利于激發(fā)學生自主學習的興趣，而且會挫傷學生的學習積極性。創(chuàng)新的實驗教學方法更傾向于研究型教學，并引入多媒體技術進行教學，開發(fā)網(wǎng)絡化實驗教學系統(tǒng)，促進對實驗教學內涵的深化和再認識。

3.1 采用創(chuàng)新的實驗教學方法

該精品實驗項目在實驗教學方法上一改傳統(tǒng)實驗教學以教師為主體，以課堂講授為中心的模式，而是借鑒“翻轉課堂”[13]的理念，實施研究型教學，學生通過自主學習，設計實驗方案，進行實驗。學生課下通過觀看視頻，書本等進行學習，并分組進行實驗方案的設計；課上在實驗教師的引導下，根據(jù)學生的學習情況，通過討論、實際操作等方式解決學生課下學習所遇到的問題；實驗結束后學生寫實驗報告，對實驗過程進行總結分析。實驗教師上課過程中少講多做，盡可能讓學生掌握實驗的主動權，培養(yǎng)學生自學能力，查閱文獻能力，歸納總結能力，表達能力，理解能力，獨立思考、分析和解決問題的能力。

3.2 采取多樣化的教學手段，實現(xiàn)網(wǎng)絡化

“變工況制冷壓縮機”精品實驗采用多樣化的實驗教學手段，引入多媒體技術進行教學。自行設計制作了實驗課件，拍攝實驗教學錄像片，采用多媒體、示范演示等多種靈活的實驗教學手段。通過圖片、視頻等多媒體方式營造出形象直觀教學場景，讓學生對實驗過程的認識由感性認識上升到理性認識，不再感到實驗枯燥無味，進而激發(fā)學生的求知欲，提高學生學習的主動性[14]，同時加強學生對知識的吸收和理解。

此外，精品實驗項目利用學校網(wǎng)絡平臺，開發(fā)了網(wǎng)絡化實驗教學系統(tǒng)，整合相關的實驗教學資源，使學生可以隨時隨地開展實驗相關知識的學習。在網(wǎng)絡實驗教學平臺上，實驗教師將各種實驗資料、實驗通知、解惑答疑等進行發(fā)布，學生在網(wǎng)絡上交流學習心得，進行提問并分享經(jīng)驗[15]。該網(wǎng)絡化實驗教學系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)實驗教學的時間和空間局限性，將師生之間的交流互動從課內延伸到課外，教師通過網(wǎng)絡平臺更全面了解學生的學習情況，同時也能夠及時對教學方法做出調整，從而更大程度地發(fā)揮教師的主導作用。利用網(wǎng)絡平臺，學生可以采用協(xié)作學習、小組討論等策略進行學習，這樣更加積極和自由的環(huán)境更有利于激發(fā)學生的學習興趣。

3.3 建立科學的實驗考核制度

科學合理的實驗考核制度，多樣靈活的實驗考核方法是素質教育必不可少的環(huán)節(jié)[16]，進行實驗教學改革，實驗考核方法也是必須要進行改革的重要環(huán)節(jié)[17]。實驗考核科學、公平，不僅能考核學生動手操作實驗的能力，學習掌握理論知識的能力，還能促進學生學習的興趣和主觀能動性。同時實驗教師在考核過程中也能不斷地對實驗手段和講授方法進行改進，更好地做好精品實驗項目的建設?！白児r制冷壓縮機”精品實驗項目采取“預習考核+實驗操作+實驗報告”的考核方式，以學生的表現(xiàn)為主要參考。

“預習考核”是指新的實驗教學模式要求學生在進行實驗課之前在網(wǎng)上進行實驗預習，確定實驗方案，實驗課上對實驗方案進行講述，根據(jù)學生設計的實驗方案，對學生的自學能力，理解分析能力和表達能力進行考查，此項考核內容占總成績的30%；“實驗操作”主要考查學生的動手能力，以及在實驗過程中解決遇到問題的能力和創(chuàng)新能力，此項考核內容占總成績的50%；“實驗報告”是指學期末學生提交一份實驗報告，教師通過考查學生對實驗總體的理解，實驗數(shù)據(jù)分析的準確與科學性給出成績，此項考核內容占總成績的20%。新的實驗考核制度從不同側面，多個層次，全方位地考查學生的各項能力，同時可避免部分學生抄襲實驗報告，臨時抱佛腳的做法，也激發(fā)了學生主動創(chuàng)新的興趣。

4 結 語

通過對經(jīng)典的“變工況制冷壓縮機實驗”進行精品實驗項目建設，讓學生對于制冷壓縮機在不同工況下運行時的運行參數(shù)，運行性能有了更為深刻的認識，旨在提升學生對于后面理論課程學習的理解，提高學生對于實際工程中制冷壓縮機運行的了解。精品實驗項目建設通過改善實驗硬件環(huán)境，包括改進實驗裝置，改善實驗場地；同時建設良好的實驗軟環(huán)境，包括加強實驗室建設，改革實驗教學手段和實驗考核制度等，在傳承經(jīng)典的同時進行創(chuàng)新，激發(fā)學生的學習興趣，促進學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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Construction and Practice on an Elaborate Experimental Project of “the Refrigeration Compressor Performance Test at Variable Conditions”

ZHAO Mei, ZANG Jianbin, CAI Wei, WANG Xiaodong, PU Ningwei

(School of Mechanical and Energy Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

“The Refrigeration Compressor Performance Test at Variable Conditions” is one of the important profession basic experiment courses of refrigeration major. By doing this experiment, students will understand deeply the refrigeration compressor performance running at variable conditions. In the construction of elaborate experiment project, the emphasis was put on both updating the experiment device and improving the experimental method. A set of data acquisition system was established in the experiment device to improve the automation of the experiment. This project improved the experimental teaching content and method. It inherited the classic experiment and innovated at the same time.

refrigeration compressor at variable; Performance test; elaborate experimental project; digital experiment device; innovative experiment teaching method

2016-10-15

趙 美(1987-)，女，山東煙臺人，碩士，助理工程師，研究方向為蓄能技術、教學模式研究，精品實驗項目建設。

Tel：18801963892； E-mail：zhaomei8766@163.com

G 642.423

A

1006-7167(2017)08-0240-03