热能与动力工程论文范文第1篇

关键词：热能动力；热能转换与利用；教学内容

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0139-02

在能源的利用中，绝大部分是通过热能这一形态加以利用的，或由热能转换成其他形式的能量后再加以利用。在未被充分利用的余能中，绝大部分也是以余热的形式存在的。对各种余热的回收与利用，也离不开热能转换与利用的知识[1]。自热力学理论确立后，人们虽然从理论上认识到，热力学过程中能量的交换及其利用，应根据热力学第一定律和第二定律对能量的数量和品质两方面进行分析研究。但是，在实际热能工程技术的设计、管理和改进上，主要还是依据热力学第一定律，即能量守恒与转换定律。也就是说，只是单一地从能量的数量角度出发，以焓为基础的热平衡计算分析方法。然而，由于此法未考虑热力学第二定律所表明的能量品质，因为人们生活在地球表面的一定客观环境中，供给人们所需的能量有可以利用的部分（称有用能或“火用”）和受环境限制无法利用的部分（称无用能或“火无”），即相同数量的不同形式的能量所含的“火用”和“火无”的数量是不一定相同的，或者说能量还具有另一方面的问题――品质。因此，在认识所谓能量损失上就产生一定程度的混淆，由此在确定能量损失的分布及采取提高能量利用效率的技术措施时，就难免在热力学上得出错误的结论，达不到预期的效果。为此，近几十年来，国内外有关专家学者在热力学的理论领域内和工程技术的管理上大力提倡把热力学第一定律和第二定律综合起来考虑，并以第二定律为主，即从热力过程不可逆性引起可用能损失变成无用能的角度出发，以用火用为基准的火用分析方法来评价能量利用的科学性和合理性。由于此“火用分析法”中的“火用效率”更能准确地反映各热力设备或整个装置系统技术上或热力学的完善程度，可以从中明确提高能源利用效率的正确目标，并采取相应的措施。所以最近几十年来，前苏联、德、日、法、美等国家已将“火用分析法”广泛应用于能源利用及动力、低温、制冷、热泵、化工、冶金等方面。最近二三十年来，我国也在火用分析的基础理论及其实际应用方面做了大量的研究，并已引起了科技界和高等工科院校的广泛重视。许多院校的热动专业都增设了“火用分析”的相关课程[2]。

一、“热能转换与利用”课程定位

首先，从学科角度讲，认识到“热能转换与利用”课程的衔接和过渡作用。本课程向上承接“工程热力学”等前期专业基础课程，是对上述基础课程内容的扩展和深化；向下则与后续的“热力发电厂”、“燃气―蒸汽联合循环发电”、“制冷与低温技术”、“能源与节能技术”等专业课程紧密相连，为学生理解掌握相关专业知识奠定基础[3]。热能动力工程专业的学生通过本课程的学习，可掌握热能转换的基本原理，并具备一定的分析研究和解决热能利用中的具体问题的能力，为今后在实际工作中，管好、用好能源，降低企业的能源消耗，提高能源利用率打下基础。热能转换与利用内容丰富、发展迅速、学科交叉性强，涉及热力学、流体力学、传热学等诸多专业课程，是热能动力工程专业的一门重要的技术基础课程。因此开设“热能转换与利用”课程非常必要，对于学生回顾深化所学过的“热力学”等专业基础课程，深入学习掌握后续专业课程，培养锻炼学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力，都有着非常重要的作用[4]。

二、热能动力工程专业“热能转换与利用”课程设计

本课程要介绍有关热能转换与利用的基本原理、分析方法，以及实际转换设备与系统地特点和设计计算方法。给学生在“工程热力学”的基础上提供“火用分析法”的基本理论、基本知识和基本方法，培养学生分析、解决实际问题的能力，为将来合理地利用能源及从事节能工作打下必要的基础。“热能转换与利用”课程是热能动力工程专业的专业必修课，共48学时。先后介绍了能源概论、能量转换基础、热力系统分析、工业企业中的热能利用、热回收用换热设备。

第1章能量概论，在介绍有关能源的一些基本概念的基础上，认识热能的重要性，了解热能利用现状。热能是人类使用最为广泛的一种能量形式，在一次能源中，热能资源也占了绝大部分。在能源的利用中，绝大部分是通过热能这一形态加以利用的，或由热能转换成其他形式的能量后再加以利用。在未被充分利用的余能中，绝大部分也是以余热的形式存在的。

第2章能量转换的基础理论，重点介绍能量的质量分析―火用分析的方法。为了有效地利用热能，正确地指导节能工作的开展，找到能量损失所在，需要结合热力学第一定律和第二定律，从量和质两个方面全面地进行分析。本章就是要运用工程热力学理论，介绍分析能量转换过程的方法，着重介绍火用分析的方法，详细叙述了不同条件下的火用、火用损失的计算方法及其影响因素，并介绍实际热工设备的火用平衡、火用效率的分析方法。

第3章热力系统分析，是用火用分析方法具体分析热力循环和热力系统，弄清影响热力系统效率的因素和提高效率的途径。重点分析动力循环、热电联产系统和热泵系统，分析各个转换过程及系统的火用损失大小，找到减少火用损失的主攻方向，提出改进整个热力系统，提高火用效率的主要途径。

第4章工业企业中的热能利用，介绍企业中的余热资源及其利用方法，分析企业的能源平衡、能耗指标以及余热资源情况。介绍各种不同的余热资源的回收方法、回收系统对节能效果的影响。提高企业的能源利用效率，挖掘节能潜力，对企业能源系统进行分析，通过能量平衡确定其有效利用部分和各项损失的大小，寻求减少损失及有效回收利用余能的途径。

第5章热回收用换热设备，介绍余热回收用的各种换热器的工作原理、结构特点、设计计算方法、使用场合等内容，为今后进行余热回收时，能正确选择和设计计算换热器，并为研究开发高效新型换热器打下一定的基础。同时介绍热管换热器、流化床换热器等新型换热器和换热器的发展趋势及优化设计。

课程内容分为理论与实践两部分，第一章、第二章运用热力学基本理论阐述“火用”及“火用分析法”的基本概念、火用和火用损失的计算及火用分析的基本方法，即为火用和火用分析的基础理论部分。第三～五章以工程实例说明火用分析法的具体应用，分别对蒸汽动力装置、气体动力装置及制冷、热泵装置进行具体火用分析。并结合工业企业中的热能利用介绍了余热回收方法与换热设备。对于本校的“热能与动力工程专业”来说，本专业学生主要学习动力工程及工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术，训练进行动力机械与热工设备设计、运行、实验研究的基本能力。专业培养方案设置了电厂热能与动力工程、工业炉窑工程、制冷及低温工程、供热工程等方向的专业课程。从专业培养方案的设置可以看出“热能转换与利用”是热动专业的基础课程，热能转换与利用的热力学基础理论是热动专业的理论基础，热能转换与利用的热力系统分析则是热动专业的核心内容，包括蒸汽动力循环的系统分析、燃气―蒸汽联合循环系统分析、热电联产系统分析、中低温余热动力回收的热力系统分析、热泵系统分析等，是热动专业的主要专业课程及核心课程。热能转换与利用课程的学习为后续的专业课程奠定了坚实的基础，也为热动专业的学习奠定了深厚的基础。因此，我们提出将热力系统分析作为教学的主要侧重内容，热能动力工程专业的学生通过本课程的学习，可掌握热能转换的基本原理，并具备一定的分析研究和解决热能利用中的具体问题的能力，为今后在实际工作中，管好、用好能源，降低企业的能源消耗，提高能源利用率打下基础。

三、结论

“热能转换与利用”课程在热能与动力工程专业学生的学习过程中，起着承上启下的衔接作用，课程内容非常重要。由于热能转换与利用发展迅速，内容丰富，本文以我校开设“热能转换与利用”课程的实践为例，从“热能转换与利用”课程的定位、“热能转换与利用”课程教学内容的编排两个方面进行了详细的介绍。提出将热力系统分析作为教学的主要侧重内容，以培养学生分析、解决实际问题的能力，为将来合理地利用能源及从事节能工作打下必要的基础。我校“热能转换与利用”课程的内容和教学体系设计总体上思路清晰、内容充实、层次分明，很好地完成了“热能转换与利用”课程的既定目标和要求。

参考文献：

[1]汤学忠，热能转换与利用[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[2]吴存真，张诗针，孙志坚.热力过程火用分析基础[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

热能与动力工程论文范文第2篇

过程装备与控制工程工程热力学教学改革过程装备与控制工程（文中均简称“过控专业”）学科是机械类学科的一个重要分支，其自身属于机械领域，但同时其又服务于过程工业。因此其主要以过程工业为专业背景。过程工业是以流程性物料（如气体、液体、粉体等）为主要对象，以改变物料的状态和性质为主要目的。其包括冶金、化工、化学、炼油、制药、食品、环保、能源、动力等诸多行业与部门。过程工业所涉及的一些物理、化学过程，主要有传质过程、传热过程、流动过程、反应过程、机械过程、热力学过程等。正是这些物理、化学过程，构成了过程工业的生产过程。过程工业所涉及的对象是流程性物料，从原料到产品需经过复杂的工艺过程，因而整个过程需要由为数众多的单元构成，而每一个单元又需要由能实现这一功能的设备来完成，而将这些单元设备连在一起便构成了过程装备。

工业过程中的物理、化学过程无不涉及能量的转换和传递问题，而热力过程又是实现能量转换和传递的必要途径。以热力过程为研究对象的工程热力学课程在专业学习中起到重要的作用。结合这几年热力学教学改革实践以及我校实际，本文将分析过控专业所开设的工程热力学课程教学中存在的问题，并就其改革的方向和方法进行探索和思考。

一、工程热力学在过程装备与控制工程专业中的地位

过控专业的总体框架为以“过程设备”为主体，以“过程工程”和“过程控制”为两翼的“一体两翼”。其中，过程设备主要是以焊接为主要制造手段的（诸如换热器和锅炉等）过程设备和以机械加工为主要的制造手段的（诸如压缩机、离心机、泵、内燃机和汽轮机等）过程设备。这些过程设备的共性在于，其目的是要通过一系列过程来获得产品，这些过程伴随着流体工质的运动和能量的转换。而工程热力学的研究内容就是通过工质的状态变化实现能量的转换、通过掌握能量的转换规律获得提高能量转化效率的途径。同时，过程装备与控制工程专业的知识结构有三个层次：专业理论基础知识、专业技术基础知识和专业知识。在专业理论基础知识中，热力学基础就是其中重要的内容之一。因此工程热力学是过程装备与控制工程专业的一门重要的专业理论基础课。查阅相关文献，不难发现目前在工程热力学教学方法的探讨和改进方面有许多有效的措施，但其中绝大部分都集中在能源动力类专业工程热力学教学上。虽然这些方式方法大多也可借鉴到过控专业工程热力学的教学改革中。但由于专业发展方向的不同，使得课程改革相应的侧重点也难免会有所差异。具体针对过控专业工程热力学教学改革还少有文献发表。为此本文仅针对内蒙古科技大学的实际情况，提出过控专业工程热力学教学改革的一些建议和思考。

二、工程热力学在过控专业存在的问题

1.我校过控专业设在机械工程学院。学院在制定培养方案和在学生培养过程当中均主要偏向于机械装备方面。因此，过控专业学生的能源应用意识和对能源转换的理解上要滞后于能源动力类专业的学生。但正如本文前面所分析的，过控专业实际上又是与能源应用和转换密不可分的。

2.工程热力学课程内容知识点非常多，而且各个知识点之间又相互紧密联系。同时课程中的概念十分抽象，具有较强的理论性。这在一定程度上增加了学生学习的难度和积极性。而这在过控专业更为突出，在教学中学生普遍反映热力学课程太难，书中公式太多，内容抽象，从一开始就产生了厌学情绪。

3.不同专业方向对工程热力学知识需求的侧重点不同，而针对不同专业安排教学内容、教学课时以及教材的选取还有待进一步完善。

三、工程热力学在过控专业教学中的探索与思考

1.结合过控专业特色和专业方向，整合工程热力学教学内容

我校除了过控专业，还有建筑环境与能源应用工程专业、热能与能源应用工程专业均开设有工程热力学课程。对于后两个专业而言，其工程热力学课程学时数较多，并且它们的能源应用的方向性和技术性与工程热力学要更加紧密。而过控专业相对来说热力学学时数偏少，其专业方向性与工程热力学就不是那么紧密。因此，在过控专业中所讲授的热力学课程内容就不能像能源动力类专业中那样面面俱到。那么只能根据过控专业的专业特点和专业方向对热力学内容进行取舍。优化后的工程热力学主要教学内容为：热力学第一定律及由其而展开的开口、闭口系统能量方程式；热力学第二定律及由其而展开的卡诺循环与逆卡诺循环到孤立系统熵增原理；压气机的热力过程；制冷循环、动力循环；以及系统工质（如水蒸气）的热力性质；其中一些基本概念（如热力系统、功、热、焓、熵、理想气体、状态方程等）贯穿在以上内容的讲解当中。

2.选定适用于过控专业的教材

目前出版的绝大部分工程热力学教材都是根据能源动力类专业的特点和发展方向来编写的。而能源动力类相应的热力学教材，不论是在教学内容上，还是在知识结构的编排，以及工程实例的选取上，都不能满足过控专业的实际要求。以内蒙古科技大学为例，学校开设有多个能源动力类专业，相关热力学教学师资力量较强。因此，基本是都是由能源动力类的专业老师来担任过控专业的教学任务。同时，由于过控专业与能源动力类专业分属不同的学院，在教学、培养方案、教材以及教学人员等方面无法实现有效的统筹规划。此外，一些热力学任课老师为了自己上课方便，在担任过控专业工程热力学教学时，往往就直接采用能源动力类热力学教材和讲义。这些在一定程度影响到因材施教，同时也加大了过控专业学生的学习难度，从而影响学生学习积极性。因此，选定与过控专业相匹配的热力学教材，并编写相应的讲义对提高过控专业工程热力学教学水平具有重要作用。

3.提高知识点讲解的通俗易懂性

工程热力学是一门理论性较强、知识点繁琐、公式多、内容抽象的专业基础课。因此，如何对各个知识点的讲解做到通俗易懂是非常考验任课老师大智慧的。例如，任何一本教材都有它的局限性。例如同样一个知识点，就出现在适用于过控专业教材的陈述和解释上没有能源动力类教材解释的清晰易懂的情况。因此，在讲义的编写过程中，在课堂的讲授中，不能局限与所选用的教材。作为热力学任课教师要广读相关热力学书籍和教材，平时留意日常生活的点点滴滴，这样有利于例举出与日常生活紧密相关的实例进行讲解，从促进学生对知识点的理解。根据学生实际水平因材施教。热力学的一个特点就是公式形式多、公式推导多。基础差的学生听起来会十分枯燥而且不好理解。那么我们可以明确就告诉学生不用去深究其如何推导得到的，只要熟悉几个重要公式如何使用就可以了，但这就需要在教学中通过举例或实践来加强这些公式的应用。在实践中引出并讲解公式的应用，比直接生硬的推导出一堆公式要更容易让学生理解和接受。

4.加强以过控专业过程工程为背景的情景教学

过控专业突出工业过程的控制，而热力过程又是工业中最为常见的过程之一。热力学课程的主要任务是通过对课程

的学习，提高学生热力学基础理论水平，培养学生分析和处理问题的抽象能力和逻辑思维能力，为学生从事工业过程尤其是热力过程的设计与控制工作奠定必备的理论基础。但同时，通过课程的学习来培养学生对实际热力过程的分析，做到实际工程于理论相结合显得更为重要。因为这一方面可以培养学生的工程意识，另一方面可以加深学生对课程知识的认识，提高学习兴趣。因此在工程热力学的教学上，要注重工程实践的融入。构建实际的工程情景。将热力学知识点融入到情景中去讲授。例如，将空调实际制冷、供热过程引入逆卡诺循环的讲解中。让学生理解逆卡诺循环为什么能够实现制冷和供热功能。理解制冷系数和供热系数的实际意义和价值；将机械领域常见的压缩机、内燃机等实际压缩、膨胀等热力过程引入到闭口系统、开口系统能量方程知识点上。以加强学生对能量方程的工程应用价值的理解，培养学生工程意识。

5.增加热力学基础实验学时，提高实践能力

相对于能源动力类专业，我校过控专业学时数较少。再加上专业方向偏重于机械类。因此早期该课程教学大纲制定上就没有安排基础实验学时。但是从多年教师授课和学生学习情况来看，增加一定学时的热力学基础实验是非常有必要的。在课程安排上，可以精简一部分理论知识的讲授来满足实验学时。实验内容不在多，而在于精，具有一定代表性。其中要有必要的热力过程演示实验，以提高学生对热力过程的深入认识；此外还需补充一到两个综合性实验。如制冷循环、动力循环实验等。这些都可以和内蒙古科技大学能源动力类专业相关实验相结合来开展。但需要注意的是，在讲解及实验的设计中要突出“过程”这个专业特点。

四、结束语

工程热力学课程在过程装备与控制工程专业中具有重要的地位，需要引起足够的重视。针对专业特点和学生接受能力适时调整优化教学内容，因材施教，探索有效的教学方法，提高教学质量。教学中有意识的构建实践情景，注重知识的工程应用，在工程应用中学知识，以培养学生的工程过程分析和应用能力，提高学生工程应用素质。

参考文献：

[1]陶秀祥，孙凤杰，何京敏.过程装备与控制工程专业的知识体系与人才培养模式[J].煤炭高等教育，2005，23（3）：91-93.

[2]王元文，龙登云.过程装备与控制工程专业知识结构和课程体系[J].广东化工，2007，34（2）：85-87.

[3]吴t，金光，高靖芳，王丽芳，何丽娟.工程热力学教学方法改革[J].中国冶金教育，2014，（4）：24-25.

热能与动力工程论文范文第3篇

关键词：卓越工程师；传热学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0149-02

国家教育部于2009年决定实施的“卓越工程师教育计划”，是为顺应国际发展趋势，适应国家工业、企业需求，增强我国核心竞争力，建设创新型国家，走新型工业化道路，培养各类型工程师的重要决策。该计划要解决的重点问题是：企业一方面抱怨工科大学毕业生工程实践能力弱化、不适应企业要求等问题；另一方面又不愿意接受大学生实习，不愿意参与工程师培养。该计划旨在高校中培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。

传热学课程着重研究热量传递的规律和方法。[1]建筑环境与设备工程专业是土木工程专业下属学科专业，主要包含供热、供燃气、通风与空调工程、建筑给排水工程、建筑电气工程等几个方向，涉及的主要专业课程有暖通空调、制冷技术、流体输配管网系统、锅炉设备、热质交换等。从这些课程所讲授的内容看，传热学知识有着相当重要的地位，因此传热学是建筑环境与设备工程专业毕业生知识结构中的一门非常重要的基础课。随着我国高等教育教学改革的不断深化，在“重基础、宽口径” 的指导方针下，建筑环境与设备工程专业传热学的课时减少到原来的一半。如何在较少课时内培养学生用传热学的规律分析工程问题的能力，面对“卓越工程师”培养的传热学教学方法改革势在必行。[2]

下面结合笔者对建筑环境与设备工程专业学生进行传热学课堂教学的工作实践，谈谈卓越工程师背景下推进“热传学”课程改革的几点体会。

一、传热学课程教学现状及存在的问题

1.教材的内容结构

杨世铭等主编的《传热学》为比较经典的教材，该教材总体上体现了传热学这门应用性很强的基础课程的特点。教材主要包含热传导、热对流和热辐射三方面的内容。其中热传导部分相对简单，通过简化实际物理模型，运用高等数学的知识能够得到一般问题的分析解。而对流换热过程则相对复杂，该部分在实验研究的基础上总结出大量的图表和经验、半经验公式，运用时需区别不同情况带入不同的计算公式。对于此部分的学习学生感觉公式繁多、复杂，需强化记忆，且应用时经常选择错误的经验公式。辐射传热部分由于理论的抽象性以及辐射换热方程次数较高的问题，学生不仅对概念的掌握困难，辐射换热问题的求解亦有比较大的难度。总的来说，到目前为止传热学学科的发展中对于三种传热方式分析方法差别较大，连贯性不强，导致学生对课本知识的理解有些被动。且由于学时的减少，课上主要介绍三种传热方式的基本概念及方法，对综合性问题的分析、训练环节必然相应减少，导致学生分析和解决综合实际问题的能力缺乏。

2.教学方法和手段单一

传热学的教学中，目前多采用多媒体授课。多媒体授课方式相对于以前的板书授课方式虽然大大增强了学生的直观感受，通过图、文、声、像多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣，但也存在许多新的问题。例如：对于重点公式的推导不够细致，通常忽略或者先于学生的反应便给出答案，学生无法真正领会推导过程；课上信息量大，只注重讲课进度，忽视学生接受程度，到头来学生收效甚微；与学生的互动缺乏，因为内容多，上课过程多是教师一人在上边喋喋不休，学生却在下面精神恍惚，特别是难度较大的章节，学生因为理解不了干脆放弃听讲，教师在讲台上唱独角戏，课堂气氛沉闷。

根据传热学课程现状及存在的问题，以下内容分别为笔者从教学内容、教学方法、考核方式等几方面进行的一些思考及尝试。

二、面对“卓越工程师”培养的改革

1.优化教学内容

正如教材中所述，最近几年，世界范围内科学技术的发展对于传热学课程的发展产生了积极的影响，也提出了新的挑战。尽管传热学的基本规律并无变化，但是研究手段的发展和工程应用领域的扩大进一步丰富了传热学的内涵。为了适应我国相关行业的发展，体现本学科的进展，要使学生学到最新的知识，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。因此在教学内容的选择上，考虑面对卓越工程师培养的目标，笔者适当删减了一些比较繁琐的数学推导内容，如一维无限大平板非稳态导热分析解的推导过程课堂上不再推导，直接给出最后解的表达形式，要求同学了解其物理意义即可；对于传统传热学中相对陈旧的内容也可根据情况做一些删减，例如管内湍流传热的齐德-泰特公式、米海耶夫公式、流体横掠管束的格里森公式等；此外，根据情况可以增加一些有关传热学新技术的内容，如微尺度传热内容、强化单相对流换热的纵向涡方法等，通过这些前言知识的渗透使学生了解目前传热学应用的热点技术，增加学习兴趣。

2.引入工程案例的教学方法

面对“卓越工程师”培养需加强基于工程应用的教学方法。传热学学习的最终目的是解决与传热有关的工程实际问题。教材中分析的主要问题都能够在工程实际中找到原型。对建筑环境与设备工程专业来说，空调系统中最主要的部件是两个换热器：蒸发器和冷凝器。其中分别发生的是制冷工质的沸腾吸热以及凝结放热过程，这两部分换热的理论基础分别来自于传热学课本中沸腾和凝结换热一章。为了增强换热器的传热面积，肋片的应用则增加了同学们对换热器表面不同结构的理解和认识。空调中冷量的载体―制冷剂在管路中的输送过程需要保温，经济保温层厚度的确定也离不开利用传热学知识的计算。此外，空调系统设计初期，计算维护结构的冷、热负荷时，建筑维护结构的热传导环节则多可简化为无限大平壁的稳态导热问题，与课本中重点分析无限大平壁的导热问题相对应，等等。因此，在教学工作中引入与本专业密切相关的典型案例，首先会激发同学的学习兴趣，让同学带着问题去理解、去学习。此外，融入大量实际案例也可以使同学对基础知识的理解更加深入，避免了单纯课本知识的枯燥无味。

3.讲解与讨论相结合的教学方式

提高学生学习效果的重要方法是让学生的学习从被动到主动。多媒体课件作为一种辅助手段，把抽象的事物用生动的语言和画面展现在学生面前，更加形象和具体，但讲解基础理论时，以板书为主的方式效果较好。

摒弃课堂上老师一言堂的局面，在整个学习过程中教师主动设置讨论环节。目前传热学作为建筑环境与设备工程专业研究生考试的专业课之一，许多时候专业课的复试是通过综合案例的分析来考查学生对传热学知识的掌握情况。因此，在本科生教学阶段就加强这方面的练习十分必要。例如在不同学习阶段，教师可以挑选某一综合的传热问题，让学生分成小组，分别通过查阅文献、分析和制订求解方案，最后以报告或论文形式提交不同的解决方案，让学生在课堂上进行汇报和讨论，最终获得大家认为较好的方案。期间避免教师完全控制讨论，教师应注意倾听学生的发言，并进行适当引导，使所有学生都参加讨论过这个过程。这样，让学生对传热学的学习从被动到主动，深切体会运用所学传热学知识解决实际工程问题的过程，增强学习兴趣，并能培养部分学生进行科学研究的能力。

4.CFD教学方法的应用

CFD（Computer Fluid Dynamics）是应用各种离散化的数值计算方法与计算机科学相结合来解决流动与传热问题的重要方法。对于典型情况下的传热问题，传热学课本中能够推导并以公式的形式给出某一特定物体的温度场，但对于几何形状或者边界条件复杂的传热问题，运用CFD技术获得其内部的温度场之后，再对其传热量进行分析，这种方式已经必不可少。因此，结合CFD的教学方法可以更形象、生动地展示特定复杂场景下的传热过程，增强学生学习的兴趣，运用巧妙的模拟方法又可以使学生加强对传热基本规律的理解和掌握。[3]

5.增加实践教学课程

传热学是理论与应用并重的课程，目前传统的授课却往往偏重理论。为提高学生的动手与分析能力，应增加形式多样的实践课程。例如：建立教学和实习示范基地，在学习过程中带学生到这些基地进行参观。例如到散热器或空调厂家，通过让学生参观各种形式的换热器，让学生感受到传热学知识与日常生活和工业生产的重要性；利用假期可以鼓励学生到这些示范基地进行短期实习，丰富实践经验的同时也加强了锻炼。笔者所在的学校就与大金、开利等空调公司建立了合作关系，也为学生的就业提供了很好的出路。此外，可以针对重要知识点开设实验环节，让学生亲自制订实验方案、获得并整理实验数据，最后运用理论方法获得不同条件下的实验规律等等。这样通过锻炼学生的动手能力，增强了工程师素质的培养。

6.考核方式改革

考核既是对教师课堂教学效果的检验，又会促进学生学习的效果。笔者曾经对传热学的考核方式尝试多次改革。目前，期末考试环节分成开卷加闭卷两个部分，其中开卷部分针对综合传热问题进行考核，着重考查学生综合分析问题的能力；而闭卷部分则重点考查学生对基本概念、定性分析方法的理解。此外，课程过程中穿插的小论文完成情况也会在平时成绩中体现。这样避免了单一环节失误导致学生成绩不理想而造成的心理负担，充分给予学生机会，也能够清楚了解到每个学生在不同方面的特长加以针对性培养。

三、结论

面对“卓越工程师”培养的要求，结合建筑环境与设备工程专业特点，本文提出了优化教学内容，引入工程案例的教学方法，讲解与讨论相结合的教学方式，应用CFD教学方法，增加实践教学课程，改革考核方式等传热学教学改革之方法，能够使学生学习从被动到主动，并培养学生在较少课时内用传热规律分析工程问题的能力。

参考文献：

[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.

热能与动力工程论文范文第4篇

动力工程及工程热物理学科是与能源转换和利用紧密相关的一级学科，下设工程热物理、热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷与低温工程、化工过程机械6个二级学科。是国民生产生活和科学、文化活动的动力之源，也是社会日常生活的必要保证。能源动力科学与材料科学、信息科学一起，构成了现代社会发展的三大基本要素。

动力工程及工程热物理的理论与技术应用于交通、工业、农业、国防等领域，与此相适应，如何培养21世纪社会需要的能源动力类及相关专业人才，是每个大学相关专业以及每位从事该专业教育的工作者亟需解决的重要问题，尤其是代表本专业高水平人才培养的博士研究生的培养更是重中之重。

全国优秀博士学位论文是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》，提高研究生培养质量，鼓励创新，促进高层次创新人才脱颖而出的重要措施。因此，衡量博士研究生培养质量的指标之一就是全国优秀博士学位论文。下面以1999年至2013年动力工程及工程热物理全国优秀博士学位论文为基本素材，[1]分析讨论本学科的研究生培养的发展现状及趋势。

一、授予单位比重分析

从1999年到2013年，共有28篇动力工程及工程热物理学科的博士论文入选全国优秀博士学位论文，他们来自西安交通大学、浙江大学、清华大学、哈尔滨工业大学、东南大学、上海交通大学、江苏大学和海军工程大学等8所高校，各高校所占百分比如图1所示。

从图1中可以看到，占比由高到低依次是：西安交通大学29%，浙江大学25%，清华大学、哈尔滨工业大学和东南大学各占11%，上海交通大学7%，江苏大学和海军工程大学各占3%。除江苏大学和海军工程大学之外的其余6所高校都被列为国家“985”和“211工程”高校，占75%。据此可以看出“985”和“211工程”高校具有很强的竞争力。

西安交通大学、浙江大学、清华大学、上海交通大学和哈尔滨工业大学的动力工程及工程热物理都是一级学科国家重点学科，东南大学的热能工程和江苏大学的流体机械及工程是二级学科国家重点学科。依托“985”工程建设及国家重点学科优势，上述学校及学科几乎囊括了所有入选动力工程及工程热物理学科的全国优秀博士学位论文。由此可见，“985”工程建设及国家重点学科建设对提高博士生培养质量，促进高层次创新人才脱颖而出方面的重大意义和作用。

此外，北京是国家政治经济文化中心，上海、江苏和浙江是经济发达地区，汇聚了大量的相关人才。优秀生源充足，这一优势也是对提高研究生培养质量方面起到促进作用。

二、学科比重分析

表1 工学及动力工程及工程热物理占比

全国优秀博士论文在学科门类分布上主要集中在工学、理学、医学三个门类，其中工学包含动力工程及工程热物理在内的21个学科类，共79个专业。历年工学入选全国优秀博士论文的具体数据如表1所示，平均每年入选论文占入选总数的37.9%，同时，全国优秀博士学位论文获奖总数在所有大学科中排名第一。

图2是本一级学科优秀博士论文在所有学科优秀博士论文中所占比重的柱状图。从图2中可以看到，1999～2001年动力工程及工程热物理占比出现较大下降，2001～2003年占比又逐年上升，2004年到2006年占比回落到1%左右，2007年到2009年期间波动比较大，2009～2012年则稳定在2%附近，2013年占比达到3%。

参考本学科优秀博士论文在工学学科中所占比重及工学在全部学科中占比的柱状图（图3）。可以看出，工学占比虽然略有波动，但大体而言比较平稳，维持在38%左右，本学科在工学中的占比在3.8%左右波动。

通过分析可以发现西安交通大学和浙江大学对本学科全国优秀博士学位论文的占比影响较大，本学科在工学中占比较高的1999年、2003年、2007年及2013年上述两高校均有入选论文，而本学科在工学中占比较低的2001年、2002年和2008年则上述两高校均没有入选论文。

由此可以看出，相对而言，两校是本学科研究生培养质量和水平的领头羊，在学科内具有重要的地位和影响力。

三、论文影响因子分析

影响因子是测度期刊有用性和显示度的指标之一，同时也是测度期刊的学术水平，乃至论文质量的重要指标之一，所以对于论文影响因子的分析就显得非常必要。

图4是动力工程及工程热物理学科全国优秀博士学位论文获得者在攻博期间发表的论文（注：这里只统计优博获得者作为第一作者的论文）的影响因子的分布图。

从图中可以看到，本学科高影响因子的论文数量偏少，在统计分析的105篇论文中，影响因子超过3.5的有8篇，占总数的7.62%；影响因子在3.0～3.5之间的论文有7篇，占总篇数的6.67%；影响因子在2.5～3.0之间的论文5篇，占总篇数的4.76%；影响因子在2.0～2.5之间的论文有30篇，占总篇数的28.57%；影响因子在1.5～2.0之间的论文有7篇，占总篇数的6.67%；影响因子在1.0～1.5之间的论文3篇，占总篇数的2.86%；而影响因子低于1.0的论文数量为45，占总篇数的42.86%，占比还是比较大的。

本学科的高影响因子论文偏少与本学科领域的研究特点有关，由于本学科是传统的工科学科，研究的新兴热点相对理学学科不会太多。因此与大多数工学学科一样，整体学术刊物的影响因子不会太高。因此，大多数全国优秀博士论文的研究发表在影响因子低于1.0的学术刊物上。同时，由于全国优秀博士学位论文评审强调创新性，这可以通过在高水平高影响引因子的学术刊物上有若干代表性的工作发表来体现，这样的代表性论文不会太多。因此，本学科优秀博士论文在影响因子3以上的学术刊物上发表的论文并不多。

四、二级学科及作者性别分析

1999年至2013年，获全国优秀博士学位论文的动力工程及工程热物理学科的28位作者中，有14人在博士期间攻读工程热物理，占到优博论文作者的一半；攻读热能工程的有6人，占比为21%；4人攻读制冷及低温工程，占比是14%；2人攻读流体机械及工程，占比7%；能源环境工程和动力机械及工程的各一人，分别占比4%。各专业所占比例如图5所示。

同时在这28人中，男性人数25，占总人数的89%。女性人数3人，仅占总人数的11%，男女比例差距较大。

由此可以发现，若假设所有优秀博士论文作者具有相当的智力水平和勤奋程度，其导师的指导水平也相当，则可说明工程热物理二级学科最有可能产生创新性的研究。或者说，该二级学科由于涉及学科的基础理论问题较多，研究偏基础，产生创新性突破的可能性相对其他二级学科较大。此外，男性优秀博士作者数远较女性作者大，则说明了本学科男性在开展创新性研究工作中的普遍表现高于女性。

五、指导教师分析

本学科28篇动力工程及工程热物理学科的全国优秀博士学位论文是在22位博士生导师的指导下完成的。这22位指导教师中，有17人指导出1 篇全国优秀博士学位论文，4人指导出2篇全国优秀博士学位论文，1人指导出3篇全国优秀博士学位论文。

表2是历年指导教师的平均年龄。这22位导师指导的博士学位论文第一次被评为全国优秀博士学位论文时的平均年龄是57.5岁。50～59岁和60～69岁这两个年龄段的人数最多，分别是5人和10人，其次是40～49岁的有3人，70～79岁的有2人，40岁以下的有1人。

由此可见，从全国优秀博士指导教师所指导优秀博士数可以看出其在本学科领域内的学术水平和指导研究生的能力；同时，大多数年份的指导教师平均年龄在60～66岁，可以看出一般这个年龄段的研究学者其学术水平和造诣容易达到最高点。

热能与动力工程论文范文第5篇

关键词：热能系统分析；最优化；课程建设；教学改革

作者简介：张艾萍（1968-），男，内蒙古兴和人，东北电力大学能源与动力工程学院，教授；张炳文（1953-），男，天津人，东北电力大学能源与动力工程学院，教授。（吉林 吉林 132012）

基金项目：本文系东北电力大学教学改革研究项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0083-02

教育部2003年发出了《关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知》，力图通过精品课程建设，推进高校课程建设，提高整体教学水平。[1]具有较高综合素质基础的应用型、复合型人才的培养，体现了东北电力大学（以下简称“我校”）办学的基本特色，这是我校课程建设工作的出发点。我校根据社会人才需求，依托学校原有优势着力在相关学科的交叉结合部开拓新专业方向，培养社会急需的复合型人才。[2]

当前我国火电厂每年烟尘排放量约360万吨，占全国工业烟尘排放量的35%，火力发电厂又是二氧化硫等有害气体的主要排放源，排放的有害气体进入大气，形成酸雨等有害物质，造成大气污染，使大气环境日益恶化。热能与动力工程专业作为火电厂生产的主要专业，深知自己的使命“在满足供电供热的前提下，尽量减少煤炭消耗、降低环境污染”，选择了自己的发展方向“应用基础研究不断深化，描述愈来愈定量化、精确化，节能减排成为电力规划建设和电站运行的努力目标”。基于此并为满足“一实两创”人才培养的需要，我校从2002年开始，为热能与动力工程专业本科生开设了“热能系统分析与优化”课程。该课程的设置主要为了使学生掌握火力发电厂节能减排的理论基础，同时也为具有综合素质的复合型技术人才的培养提供理论支撑。本文针对“热能系统分析与优化”课程的建设和教学改革进行了初步探索。

一、“热能系统分析与优化”课程建设和教学方法改革的必要性

“热能系统分析与优化”课程综合了热能与动力工程专业多门专业课程（工程流体力学、工程热力学、传热学、汽轮机原理、锅炉原理、泵与风机、热力发电厂）的知识点，以及现代运筹学理论和微机编程技巧，以火力发电厂节能减排、减少消耗的若干决策问题为训练科目，培养本科生解决本专业决策问题的实际动手能力。

“热能系统分析与优化”课程的内容和人才培养目标符合国家节能减排、减少消耗的总方针，符合热力发电厂“以安全发电供热为条件，以降低消耗减少污染为目标”的设计、运行基本原则。所以，将“热能系统分析与优化”课程建设成为精品课程，对该课程的教学方法和手段进行改革，使其更适合学生对知识的掌握，有利于学生深入认识本专业各门课程相互关联的实质内涵，有利于学生早日完成从理论学习到实际应用的跨越，有利于学生上岗后早日成为节能减排工程师，是培养“一实两创”人才的需要，是国家节能减排事业的需要。

人才培养目标主要是通过课程教学实现的。课程建设水平的高低及课程体系的合理性、科学性是实现人才培养目标的基本保证。[3]为了更好地实现人才培养目标，达到课程设置的目的，对“热能系统分析与优化”课程进行精品化建设和进行必要的教学方法、手段改革是非常必要的。

二、“热能系统分析与优化”课程建设

课程是由一个或几个学科的若干内容按一定的体系与结构组成的教学基本单位。课程建设包括形成和决定课程质量的各种条件和内涵建没：教学文件建设、教材建设、实验室建设及师资队伍建设等。精品课程是具有一流师资队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。[4，5]

1.切实加强教师队伍建设

教师在课程建设中起着关键的作用，学生获取知识的主要来源是教师。从长远来看，教学团队在未来的课程建设中将扮演极其重要的角色，随着远程网络技术、多媒体技术的发展以及教学联合体、学分互认的发展，学生选课时可选择各学校精品课程，通过网络学习最适合他的课程，因此各学校教学团队的激烈竞争将不可避免。

有了明确的教学目标和良好的教学条件，能否实现教学目标，教师起着决定性的作用，这是课程建设的关键。因此要建设一支结构合理、水平高、素质好，团结合作，并有学术带头人的师资队伍。这支队伍应该是由治学严谨、知识渊博、德高望重的老教师把关，由经验丰富、思想成熟、学有专长、教有成效的中年教师作中流砥柱，由年轻力壮具有教学科研良好素质的青年教师冲锋陷阵的合理匹配的有机整体。其职称和年龄结构，主讲教师的高、中职比和任课率，教学和科研工作量比，科研成果率等均能达到结构合理，既能满足教学的要求，又具有相当的科研能力和水平。

2.重视教学内容和课程体系改革

融合多门课程知识，提高综合应用能力，关联节能减排。在热力发电领域，无论是设备制造、工程设计还是电站运行，到处存在着“以安全发电供热为条件，以降低能耗为目标”的决策问题，直接关联着国家的节能减排目标。在多年的教学过程中，本课程组一直为将“热能系统分析与优化”课程建设成为培养节能减排工程师的培养平台而努力。结合火电厂在节能减排中的基本任务，精心编排了教学内容，融合了包括汽轮机原理、锅炉原理、泵与风机、集控运行、工程流体力学、工程热力学、传热学、高等数学、运筹学在内的多门课程的知识点，引导学生对热能系统或设备进行深入分析，指导学生针对火电工程实际决策问题建立数学优化模型，并编制微机程序求解，提高学生解决实际决策问题的能力。

3.重视教材建设

国内已经有一些关于火电厂热能系统综合分析与节能减排技术方面的教材，但是，都存在着某方面的不足：主要介绍其他行业的热能系统，火电厂的内容很少；主要针对小机组介绍，不能满足当前超临界600MW及1000MW机组的需要；原则多，应用少，只能作为一般的概念了解，不便于使用操作；由于峰谷差别日益加大，600MW机组也参加调峰调频，给定功率是多数机组的运行方式，例如有些教材中假设“余下的排挤抽汽（1-α1-2）将直达凝汽器”，在给定功率的运行方式下，必然引起发电功率的变化，调节汽门将关小，以改变蒸汽量，维持给定的功率。

本课程组编写的教材将克服上述同类教材的不足和缺点，达到教材建设目标。本教材的特色是“融合多门课程知识，提高学生综合应用能力”，创新点是“学生作业内容关联节能减排”。

本教材建成后，将成为：融合了汽轮机原理、锅炉原理、泵与风机、集控运行、热力发电厂、工程流体力学、工程热力学、传热学、高等数学、运筹学、微机编程等多门知识点的综合性教材用书；火电厂热能系统分析工具书和节能减排工作手册，其内容包括火电厂和热电厂的各种装机方案。

本教材将在人才培养中起到如下作用：各门课程知识点得到多次强化和应用训练；提高学生对复杂系统的综合分析能力和建立数学优化模型的能力；提高学生使用电脑编程求解的水平；提高学生参加热力发电节能减排工作的技能和意识。

4.理论教学与实践教学并重

采用的练习题都是每个火电工程实际存在的优化决策问题，以下举两个编程练习的例子：

编程练习一：以优化运行减少消耗为题材，与学生林志峰共同发表了论文《给定出力660MW机组最佳真空确定方法》（《汽轮机技术》2008年第5期）。该论文介绍了功率控制方式下单元机组最佳循环水量的寻找方法。传统的最佳循环水量寻找方法，也是目前教材中介绍的方法，是在汽轮机入口参数和调节门开度不变的前提下，寻找使供电功率达到最大的循环水量。这种方法不适合于功率控制方式下的单元机组。为此，本练习建立了全面的单元机组资源消耗数学模型，其C程序可以在1～2秒钟内求解得出给定发电功率下使资源消耗最低的最佳循环水量，能够为机组的在线优化运行提出合理建议。这里，资源消耗包括燃料费、水费和排污费。编程练习一的资源消耗数学模型符合汽轮机原理的有关定性结论，其微机程序给出的优化结果符合运行常识，学生得到了达到或接近实用水平的训练。

编程练：考虑更多因素的单元机组冷端优化设计参数。《火力发电厂水工设计技术规定》指出，新建火力发电机组，要根据当地气象条件变化规律和循环水管道系统布置方案，对于冷端设计参数（凝汽器换热面积、循环水量、冷却塔淋水面积、凝汽器管材规格、凝汽器管长度、循环水管道规格、循环水泵扬程、循环水温度）在一定的变化范围内进行多方案的优化计算。但是，目前火力发电设计单位没有包含上述多变化因素的优化计算方法和微机程序，手工进行优化计算又难以达到要求。为此，本练习建立了全面的单元机组冷端优化设计数学模型，考虑到有离散变量，采用枚举法求解，编制调试了Auto Lisp实用程序，计算结果符合正常规律，优化计算时间为1.5～2小时，为火力发电设计单位提出一个合理可行的优化设计工具。

三、“热能系统分析与优化”课程教学改革

教学方法和教学手段是实现教学目标，落实人才培养模式，提高教学质量的直接、具体实施环节，也是“热能系统分析与优化”课程教学改革的重头戏。

第一，开展研究性学习，提高工科学生素质。课程组在指导学生完成编程作业的教学过程中，鼓励学生探究解决实际问题的思维过程，鼓励学生进行研究性学习，提高学生独立深入思考的能力和习惯。

第二，建设课程教学网站。在“热能系统分析与优化”课程现有QQ群的窗口内扩建成课程教学网站，内容包括教学大纲、授课计划、教案、推荐教材、参考教材、参考文献、动态习题集、QQ在线答疑。教学网站内容与课程组教师授课内容一致，课程组教师也使用相同的授课计划和教案，于是，教学网站的投入使用，不但方便了学生，也扩大了课程组的教学容量。

第三，将培养学生思维能力和应用能力放在教学目标的第一位。对主要方法，要讲清思维本质、应用原则与其他方法的联系，要强调方法的科学性和灵活性等。教学中要特别注意引导学生抓住对所学知识的阅读、理解、分析和总结环节，勤于动脑和动手，提高计算的准确性，推理的逻辑性和表达的数学性。

第四，开发应用CAI课件，迈出教学手段现代化的步伐。

第五，通过教学改革，使学生受益。根据个体学生的不同类型，学生受益可以从以下两个方面分析：其一，综合性实用性的规划教材、随时可用的教学网站、老师实时在线的亲切感觉，为积极向上、勤奋好学的学生创建了良好的、温馨的自主学习环境；其二，对于死记硬背、不习惯于研究学习的学生，动态习题集是通过考试的捷径。

四、结论

通过对“热能系统分析与优化”课程设置的目的、师资队伍的建设、教学内容和教材的改革和建设以及教学方法和手段的改革等进行分析，得到如下结论：

“热能系统分析与优化”课程的设置主要为了使学生掌握火力发电厂节能减排的理论基础，同时也为具有综合素质的复合型技术人才的培养提供理论支撑，对该课程建设和教学改革是非常必要的。

“热能系统分析与优化”课程建设的内容包括师资队伍建设、教材建设、理论教学与实践训练并重，注重理论联系实际，培养学生的实践能力。

在教学方法改革方面采取了研究性教学、网络辅助教学等方法，并引进了多媒体、QQ群答疑等现代化教学手段，取得了良好的效果。

“热能系统分析与优化”课程的建设和改革为热能与动力工程专业的发展和其他类似课程的建设提供了思路。

参考文献：

[1]黄德群.高校精品课程建设研究特点、问题与趋势[J].中国电化教育，2010，（5）：64-68.

[2]范宝忠.加强课程建设，深化教学改革[J].辽宁高等教育研究，1998，（2）：89-90.

[3]雷炜.高校课程建设现状分析与对策研究[J].高等工程教育研究，2008，（1）：103-106.

[4]夏晓烨，段相林.课程建设的内涵、目标及相互关联[J].中国大学教学，2007，（9）：59-60.