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        制冷技術(shù)基礎(chǔ)理論課程教學(xué)大綱編寫思路

        2018-10-23 09:09:56王鑫特
        職業(yè)技術(shù) 2018年10期
        關(guān)鍵詞:課程教學(xué)學(xué)生

        王鑫特

        (北京市工貿(mào)技師學(xué)院機(jī)電分院,北京 102206)

        0 引言

        隨著制冷技術(shù)的蓬勃發(fā)展,制冷專業(yè)各層次學(xué)生日益增多,如何做好制冷專業(yè)的基礎(chǔ)課教學(xué),使學(xué)生在就業(yè)崗位得心應(yīng)手、游刃有余,顯得尤其重要。筆者結(jié)合目前各級院校實際情況和制冷技術(shù)發(fā)展水平,對如何制定編寫《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》這門課的教學(xué)大綱進(jìn)行了探討,同時也對如何有效地開展該課程的教學(xué)提出了一些合理化建議。

        1 課程性質(zhì)

        制冷技術(shù)基礎(chǔ)理論課程大綱的制定應(yīng)該結(jié)合各級學(xué)校學(xué)科教學(xué)實際和學(xué)生接受水平,即立足專業(yè)基礎(chǔ),又結(jié)合具體實際。作為制冷學(xué)科一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課程,《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》這門課,學(xué)生應(yīng)理解制冷專業(yè)基本概念,各種制冷方法的基本原理和主要結(jié)構(gòu),制冷劑的相關(guān)常識;著重掌握目前應(yīng)用較廣泛的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)基本原理和熱力計算,多級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)的基本知識,以及典型吸收式制冷機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)。

        2 課程目標(biāo)

        本課程的目標(biāo)針對不同級別的院校側(cè)重點不同。職業(yè)院校制冷技術(shù)基礎(chǔ)的授課目標(biāo)首先要熟知制冷專業(yè)的基本概念,能夠區(qū)分和運用制冷術(shù)語進(jìn)行簡單必要的溝通和交流?;靖拍钍侵评涑鯇W(xué)者入門所需必須掌握的,這對于學(xué)生正確掌握和理解制冷學(xué)科的知識至關(guān)重要。其次,要理解各種制冷方法的基本原理和主要結(jié)構(gòu),學(xué)會應(yīng)用各種制冷方法,以至可以進(jìn)行簡單設(shè)計。理論和實踐初結(jié)合,如何運用制冷基本原理和方法進(jìn)行簡單分析和研發(fā),學(xué)生應(yīng)知應(yīng)會。再次,要熟悉兩種主要的制冷方法,分別是蒸汽壓縮式制冷循環(huán)和溴化鋰吸收式制冷機(jī)。第一,能夠運用蒸汽壓縮式制冷循環(huán)(單級、多級、復(fù)疊、熱泵)原理對實際制冷裝置進(jìn)行定性分析和定量熱力計算,這是對蒸汽壓縮式制冷循環(huán)最關(guān)鍵、最核心的要求。另外,應(yīng)該了解制冷劑的相關(guān)常識,能夠選擇并正確使用制冷劑,我國目前普冷領(lǐng)域使用較多的仍然是蒸汽壓縮式制冷循環(huán),而工質(zhì)即時我們這里所說的制冷劑。因此,熟知各種制冷劑的性質(zhì)和操作注意事項對于各位即將步入職場的職業(yè)院校學(xué)生尤為重要。第二,明白溴化鋰吸收式制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)原理,可以運用其理論知識正確操作和使用吸收式制冷機(jī)。溴化鋰吸收式制冷機(jī)廣泛應(yīng)用于各大型中央空調(diào)中,比較符合各級職業(yè)院校的就業(yè)定位,所以學(xué)生應(yīng)該熟練掌握此部分知識。

        3 課程內(nèi)容

        本課程內(nèi)容主要分為九個部分,分別是:(1)熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù);(2)熱力學(xué)定律;(3)熱力過程和熱力循環(huán);(4)傳熱學(xué);(5)濕空氣的物理性質(zhì);(6)蒸汽壓縮式制冷循環(huán);(7)吸收式制冷機(jī);(8)制冷劑;(9)制冷方法。

        3.1 熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)

        熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)主要應(yīng)該講解集態(tài)和狀態(tài)、熱力學(xué)參數(shù)的分類、狀態(tài)參數(shù)的分類及各主要參數(shù)的概念。這部分內(nèi)容設(shè)置的目的主要是讓學(xué)生學(xué)會區(qū)分和描述集態(tài)和狀態(tài),從而為后續(xù)制冷原理的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。而熱力學(xué)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)概念的講解對于理解制冷過程及其計算必不可少。

        3.2 熱力學(xué)定律

        熱力學(xué)定律是工程熱力學(xué)中的經(jīng)典內(nèi)容,對于同屬于動力工程及工程熱物理的制冷專業(yè)來講,這部分內(nèi)容也是進(jìn)行制冷系統(tǒng)計算的基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容主要包括三個熱力學(xué)定律:分別是熱力學(xué)第零定律,熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第零定律是溫度測量的原理;熱力學(xué)第一定律向我們詮釋了能量“量”之間的關(guān)系;而第二定律則向我們解釋了能量“品質(zhì)”的問題。簡而言之,“量”保持守恒,“質(zhì)”可能出現(xiàn)貶值。而這恰恰明晰了蒸汽壓縮式制冷的循環(huán)過程,是進(jìn)行制冷系統(tǒng)分析和計算的依據(jù)。量的守恒和質(zhì)的變化構(gòu)成了熱力學(xué)定律的基礎(chǔ),揭示了熱、功轉(zhuǎn)換的本質(zhì)規(guī)律。

        3.3 熱力過程和熱力循環(huán)

        熱力過程和熱力循環(huán)可以作為高職院校選講的內(nèi)容。熱力過程中可逆過程及其實質(zhì)是學(xué)生應(yīng)該理解的重點。熱力循環(huán)應(yīng)該學(xué)會區(qū)分熱機(jī)循環(huán)和制冷循環(huán),分別掌握其典型循環(huán)。而最典型理論循環(huán)—卡諾循環(huán)更應(yīng)該是教學(xué)重點??ㄖZ循環(huán)是最典型的熱機(jī)循環(huán),逆卡諾循環(huán)是最典型的制冷循環(huán)。兩種循環(huán)都是理想循環(huán),是不可能實現(xiàn)的??ㄖZ定理是針對卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)的定性判斷,可以作為定性分析制冷循環(huán)和熱機(jī)循環(huán)的理論依據(jù)和判據(jù)。

        3.4 傳熱學(xué)

        傳熱學(xué)部分,學(xué)生首先要了解熱傳遞三種基本方式及其機(jī)理,這是掌握這部分內(nèi)容的基礎(chǔ)。其次要掌握各換熱方式的計算方法:導(dǎo)熱、對流換熱和熱輻射。導(dǎo)熱部分的計算主要清楚一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計算公式(平板、圓管),理解各參數(shù)的物理意義和影響因素。制冷設(shè)備多以圓管為基本結(jié)構(gòu),而用冷場合的冷負(fù)荷計算過程中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)多以平壁為主。所以這兩種結(jié)構(gòu)形式的導(dǎo)熱公式對于制冷系統(tǒng)的定性分析和定量計算更為基礎(chǔ)。對流換熱部分主要掌握牛頓冷卻公式,了解相似準(zhǔn)則數(shù)。牛頓冷卻公式是進(jìn)行對流換熱計算的關(guān)鍵公式,而確定對流換熱系數(shù)則需要用到相似準(zhǔn)則數(shù),這都是制冷系統(tǒng)進(jìn)行對流換熱計算的關(guān)鍵。熱輻射這部分內(nèi)容我們需要掌握黑體的四次方定律,這是熱輻射計算公式中最簡單的一個,也是用得最多的。另外,基爾霍夫定律是連接黑體和灰體及發(fā)射和吸收的關(guān)鍵橋梁,教學(xué)過程應(yīng)該有所提及。同樣,熱輻射部分可以作為選講。再次,應(yīng)該掌握換熱器,會進(jìn)行傳熱系數(shù)和熱阻的簡單計算,明白傳熱系數(shù)和熱阻的關(guān)系,可以對簡單傳熱過程做分析;重點掌握制冷系統(tǒng)(蒸汽壓縮制冷循環(huán))常用換熱器典型結(jié)構(gòu)。要求較高的中等職業(yè)院校和高等職業(yè)院校還應(yīng)該會對換熱器進(jìn)行簡單計算。

        3.5 濕空氣的物理性質(zhì)

        濕空氣的物理性質(zhì)部分學(xué)生應(yīng)該主要掌握三個溫度,三個濕度和焓濕圖及其軟件的使用。第一,理解干球溫度、濕球溫度和露點溫度的基本概念和原理,這是進(jìn)行空氣側(cè)調(diào)節(jié)的理論基礎(chǔ);第二,理解絕對濕度、相對濕度和含濕量的基本概念及其影響因素;這是空氣側(cè)調(diào)節(jié)的方法基礎(chǔ);第三,學(xué)會根據(jù)已知條件查詢相關(guān)參數(shù),可以在焓濕圖上比較干球溫度、濕球溫度和露點溫度,會使用焓濕圖軟件,這是進(jìn)行生產(chǎn)實際的必要技能基礎(chǔ)。

        3.6 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)

        蒸汽壓縮式制冷循環(huán)主要包括單級、多級、復(fù)疊和熱泵循環(huán),這部分理論知識緊密貼合當(dāng)今我國生產(chǎn)實際,需要學(xué)生務(wù)必重視。其中單級制冷循環(huán)需要學(xué)生掌握理論循環(huán)和實際循環(huán),會畫lgP-h圖,可以進(jìn)行定性分析,會進(jìn)行簡單計算。這些內(nèi)容是學(xué)習(xí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的紐帶,承上啟下,根據(jù)熱力學(xué)基礎(chǔ),分析蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán),又可以為分析實際和雙級、復(fù)疊式制冷循環(huán)乃至熱泵循環(huán)奠定理論根基,是目前制冷技術(shù)基礎(chǔ)這門學(xué)科學(xué)習(xí)的核心所在。

        3.7 吸收式制冷機(jī)

        吸收式制冷機(jī)需要掌握吸收式制冷機(jī)的原理、常用工質(zhì)對及常用的溴化鋰吸收式制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)原理。吸收式制冷機(jī)用溶液的正循環(huán)實現(xiàn)了制冷劑的逆循環(huán),滿足熱力學(xué)第二定律,以消耗熱能為代價,能量交換滿足熱力學(xué)第一定律。單效和雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)原理歷來是本課程教學(xué)中的重點和難點,學(xué)生應(yīng)該會畫出單效和雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程示意圖,其中單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)流程圖是重中之重。

        3.8 制冷劑

        制冷劑部分學(xué)生主要應(yīng)該掌握制冷劑基本要求及其替代,并熟知一些常用制冷劑及其性質(zhì)和操作方法。此外,載冷劑和冷凍油的作用及選用也應(yīng)該作為基礎(chǔ)知識有所了解。

        3.9 制冷方法

        盡管目前市場上主要應(yīng)用的制冷方法是蒸氣壓縮式制冷循環(huán),但是諸如空氣壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、熱電制冷、熱聲制冷和磁制冷技術(shù)也日趨成熟,尤其是空氣壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷已經(jīng)非常完善,學(xué)生應(yīng)該重點理解并掌握。針對其他方法學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣自主選學(xué)部分內(nèi)容。

        4 課時安排

        制冷技術(shù)基礎(chǔ)課程具體的課時建議安排參見表1。

        表1 制冷技術(shù)基礎(chǔ)課程具體課時安排

        序號 《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容與要求參考學(xué)時8制冷劑制冷劑基本要求及替代了解制冷劑基本要求及其替代2常用制冷劑掌握常用制冷劑2載冷劑掌握載冷劑要求及常用載冷劑2冷凍機(jī)油掌握冷凍機(jī)油的作用及選用29制冷方法空氣壓縮式制冷了解空氣壓縮式制冷循環(huán)原理2蒸汽噴射式制冷了解空氣噴射式制冷循環(huán)原理2熱電制冷了解熱電制冷原理2熱聲制冷了解熱聲制冷原理2磁制冷了解磁制冷原理210復(fù)習(xí)和習(xí)題課本書主要內(nèi)容復(fù)習(xí)題2總計72

        5 教學(xué)實施建議

        (1)教材應(yīng)配備彩色lgP-h圖,焓濕圖,供教學(xué)過程中學(xué)生查詢。專業(yè)理論教師和教室應(yīng)該配備上述教學(xué)用圖,供教學(xué)使用。

        (2)教材盡量配備圖片和模型軸測圖,方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教師應(yīng)該廣泛搜集資料,備課供教學(xué)使用。教材盡量配有電子課件,方便教師教學(xué)和學(xué)生自學(xué)。

        (3)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)教師主導(dǎo),學(xué)生為主體的教學(xué)意識,積極開展反轉(zhuǎn)課堂和學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)模式,教材應(yīng)配有選學(xué)內(nèi)容,學(xué)生可以自學(xué)。

        (4)學(xué)校如果不開設(shè)流體力學(xué)專門課程,應(yīng)該適當(dāng)增加課時將流體力學(xué)課程中與制冷相關(guān)的主要內(nèi)容并入本課程授課。

        6 結(jié)語

        總之,《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》 是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課,它對于深化學(xué)生工學(xué)理論基礎(chǔ),更好地貫徹理工科學(xué)生的學(xué)習(xí)思想和思維能力起到很好的促進(jìn)作用。通過這門理論課的學(xué)習(xí),也可以為各層級學(xué)生的制冷專業(yè)學(xué)習(xí)和從業(yè)之路建立堅實的知識基礎(chǔ)和能力本源,為本專業(yè)學(xué)生今后進(jìn)一步深造和鉆研指明了方向和研究方法。本課程大綱的制定正是在基于以上課程教學(xué)目的編寫的,對于各層級的學(xué)生知識和能力水平具有很好的提升作用,也為本專業(yè)教師的教科研和教學(xué)材料的撰寫起到了拋磚引玉的示范作用。

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