工程熱力學(xué)概念精選(九篇)

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第1篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué);教學(xué)質(zhì)量;教學(xué)方法

工程熱力學(xué)是研究熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的一門課程，它是以熱能利用為背景而發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步已經(jīng)深入到冶金、環(huán)境、機(jī)械、交通運(yùn)輸、航空航天、電子信息、化學(xué)工程等領(lǐng)域。因此，學(xué)習(xí)能量在熱力設(shè)備中的轉(zhuǎn)換規(guī)律，對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有重要意義。然而，由于本身的特點(diǎn)，工程熱力學(xué)這門課程存在教師難教、學(xué)生難學(xué)的問(wèn)題，如何提高工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，教師需要進(jìn)行深入的思考。本文從工程熱力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，探討提高工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的方法。

一、工程熱力學(xué)的課程特點(diǎn)

在工程熱力學(xué)的基本定律和定義中出現(xiàn)了很多概念，而且這些概念學(xué)生容易混淆。如熱容的概念，有體積熱容、質(zhì)量熱容、摩爾熱容、比定壓熱容、比定容熱容等。系統(tǒng)的分類有閉口系統(tǒng)、開(kāi)口系統(tǒng)、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)、簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)等。壓力有絕對(duì)壓力、表壓力、當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?，這些概念之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，對(duì)概念的準(zhǔn)確把握是繼續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

本課程公式多，每一個(gè)公式都是為了解決某一具體問(wèn)題而推導(dǎo)出來(lái)的，所以有很大的針對(duì)性。換句話說(shuō)，公式都有相應(yīng)的使用條件，如果公式和使用條件不匹配，就會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)果。因此要求學(xué)生不僅要記公式，還要記相應(yīng)的使用條件，這就增加了學(xué)習(xí)難度。即使是同一個(gè)公式，在不同情況下，也有著不同的表達(dá)形式。比如熱力學(xué)第二定律，既克勞修斯積分不等式，又有熵方程，還有熵增原理。

二、工程熱力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

由于目前我們處于一個(gè)知識(shí)快速更新的時(shí)代，大學(xué)的教學(xué)計(jì)劃和人才培養(yǎng)方案也隨之不斷變化，越來(lái)越多的新課程加入到教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，這就使得每門課程的學(xué)時(shí)不斷減少，就以我校的過(guò)程控制與裝備專業(yè)為例，工程熱力學(xué)只有34學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)少與教學(xué)內(nèi)容多且難產(chǎn)生了巨大的矛盾，這對(duì)教師和學(xué)生都是不小的挑戰(zhàn)。

工程熱力學(xué)是一門理論性很強(qiáng)的學(xué)科，需要運(yùn)用物理和數(shù)學(xué)的知識(shí)解決工程上的問(wèn)題，所以學(xué)好這門課需要較好的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)。而目前由于高校擴(kuò)招，二本院校的學(xué)生都是經(jīng)一本院校篩選后的生源，學(xué)生基礎(chǔ)較差，物理和數(shù)學(xué)的基本功都不扎實(shí)，學(xué)生學(xué)起來(lái)很吃力，很容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，這給課程教學(xué)帶來(lái)一定困難。

工程熱力學(xué)不僅理論性強(qiáng)，而且和實(shí)踐聯(lián)系緊密，課程內(nèi)容本身就是從實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)并去指導(dǎo)實(shí)踐的，但是由于目前學(xué)時(shí)限制和學(xué)校條件限制，學(xué)校并沒(méi)有開(kāi)設(shè)工程實(shí)踐課，理論與實(shí)際脫節(jié)，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與消化，難以與實(shí)際相結(jié)合。

三、教學(xué)方法的改進(jìn)

1.多媒體與板書相結(jié)合，提高教學(xué)效果。多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的板書教學(xué)各有利弊，在教學(xué)中不能完全采用某一種教學(xué)方式，而應(yīng)該將兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)。多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是可以展示工程上常用的一些設(shè)備及其內(nèi)部構(gòu)造以及工作過(guò)程，可以適當(dāng)彌補(bǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)的缺陷。學(xué)生不僅可以看到這些設(shè)備的外觀，還可以看到設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造，以動(dòng)畫的方式演示設(shè)備的工作過(guò)程。這些內(nèi)容用傳統(tǒng)的板書是無(wú)法進(jìn)行說(shuō)明的，只能用多媒體的方式進(jìn)行教學(xué)。因此，必須采用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方式，將重要的公式推導(dǎo)和概念以及每節(jié)課的重點(diǎn)難點(diǎn)，在黑板上表達(dá)清楚。

2.注重理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。興趣是最好的老師。要想讓學(xué)生學(xué)好一門課程，首先要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而工程熱力學(xué)比較抽象，如果只講理論而不聯(lián)系實(shí)際，很容易讓學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。如果在課堂上多舉生產(chǎn)及生活中的實(shí)例，讓學(xué)生能夠用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，則會(huì)激發(fā)學(xué)生興趣，吸引學(xué)生去探索未知的知識(shí)領(lǐng)域。工程熱力學(xué)是一門從實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的學(xué)科，和實(shí)踐聯(lián)系非常緊密。比如熱力學(xué)第一、第二定律，就是人們長(zhǎng)期實(shí)踐的總結(jié);講述熱能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換時(shí)，可以舉內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、火力發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)的例子，這些是與生產(chǎn)和生活密切相關(guān)的實(shí)例，很容易引起學(xué)生的好奇心，從而提高教學(xué)效果。

3.用圖解決一些問(wèn)題，使問(wèn)題化繁為簡(jiǎn)。工程熱力學(xué)經(jīng)常用圖的方式解決問(wèn)題。工程熱力學(xué)基本的圖有兩個(gè)，分別是p-v圖和T-s圖，p-v圖為示功圖，T-s圖為示熱圖。在分析熱力過(guò)程和熱力循環(huán)時(shí)，圖是很有力工具。如在分析熱力過(guò)程時(shí)，將不同的熱力基本過(guò)程畫在圖上，很直觀地就可以分析出各個(gè)過(guò)程功與熱之間的大小關(guān)系;在分析熱力循環(huán)和制冷循環(huán)時(shí)，如果用公式分析影響循環(huán)效率的因素有哪些，以及提高循環(huán)效率的途徑是什么，將進(jìn)行大量的計(jì)算，而如果用圖進(jìn)行分析，就很直觀，省略了大量的計(jì)算，所以在教學(xué)時(shí)要灌輸給學(xué)生用圖解決問(wèn)題的思想。

針對(duì)工程熱力學(xué)特點(diǎn)，需要我們及時(shí)調(diào)整工程熱力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，改善教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能夠通過(guò)學(xué)習(xí)真正掌握工程熱力學(xué)的精髓，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，并且在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，各方面的能力也得到相應(yīng)的培養(yǎng)和提升。

第2篇：工程熱力學(xué)概念范文

工程熱力學(xué)是動(dòng)力工程、機(jī)械工程、能源工程等專業(yè)的一門傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是資源利用率最大化的一種技術(shù)，是我們國(guó)家高等教育的重要組成版塊。目前，我們國(guó)家對(duì)能源利用率的要求越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境保護(hù)質(zhì)量也相對(duì)提高，工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革對(duì)提高能源的利用效率起著至關(guān)重要的影響作用。尤其是面對(duì)未來(lái)生產(chǎn)的發(fā)展對(duì)能源動(dòng)力需求迅速增加的趨勢(shì),許多相關(guān)聯(lián)的熱力工程技術(shù)、環(huán)境保護(hù)技術(shù)都需要工程熱力學(xué)作為其研究的理論基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)是一門綜合性比較強(qiáng)的學(xué)科，并且在實(shí)際的生產(chǎn)與生活中其應(yīng)用價(jià)值極高。在課程教學(xué)與實(shí)踐過(guò)程中教師不容易清晰明了的講授清楚工程熱力學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，學(xué)生也不易掌握基本的公式、概念與相關(guān)方面的條件。不僅如此，在實(shí)踐活動(dòng)中學(xué)生不能夠靈活的運(yùn)用所學(xué)的課堂教學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這就大大降低了工程熱力學(xué)的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值，削弱了工程熱力學(xué)的課程教學(xué)質(zhì)量。工程熱力學(xué)是一門比較基礎(chǔ)的課程，也是建筑環(huán)境與設(shè)備工程等相關(guān)專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的基礎(chǔ)學(xué)科，同時(shí)也是學(xué)生進(jìn)行研究創(chuàng)新的基本前提。工程熱力學(xué)是研究動(dòng)能、機(jī)械能與熱能的基本學(xué)科，也是研究三者之間關(guān)系的重要理論知識(shí)，主要講述三者之間能量的轉(zhuǎn)換趨勢(shì)與規(guī)律。

建筑、機(jī)械與其他工業(yè)產(chǎn)業(yè)利用工程熱力學(xué)來(lái)提高生產(chǎn)效率，提高資源利用率，以此實(shí)現(xiàn)降低成本得目標(biāo)，這也是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。目前我們國(guó)家的工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量亟待提高，教學(xué)方式與課程教學(xué)內(nèi)容急需改革，并且其實(shí)踐過(guò)程中的運(yùn)用效率偏低，這就需要我們針對(duì)工程熱力學(xué)的特征與現(xiàn)狀進(jìn)行課程教學(xué)改革，提高其實(shí)踐效率。課程教學(xué)改革是指在教育體制改革的背景下，課程內(nèi)容與課程教學(xué)方式也應(yīng)當(dāng)發(fā)生相應(yīng)的變化。課程改革的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在課程實(shí)施工作之上，課程的實(shí)施依賴課程的教學(xué)質(zhì)量，因此我們必須充分重視課程教學(xué)改革的重要性。隨著我國(guó)新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的推進(jìn)，如何在新課程理念的指導(dǎo)下改革工程熱力學(xué)課堂教學(xué)，把先進(jìn)的教學(xué)理念融入到日常的教學(xué)行為之中，已日益成為工程熱力學(xué)教師和教學(xué)研究人員關(guān)注和探討的熱點(diǎn)問(wèn)題。工程熱力學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐是指教師在講授工程熱力學(xué)知識(shí)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)充分的結(jié)合其實(shí)際情況，將實(shí)踐活動(dòng)與課堂理論知識(shí)講授充分的融合，這樣才能夠提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)質(zhì)量，幫助學(xué)生掌握更加豐富的工程熱力學(xué)知識(shí)。課程教學(xué)實(shí)踐是提高學(xué)生實(shí)際操作能力的平臺(tái)，也是提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過(guò)程中應(yīng)當(dāng)將其改革的內(nèi)容付諸實(shí)踐，這有這樣才能夠檢驗(yàn)其改革的內(nèi)容是否符合教育體制改革發(fā)展的總目標(biāo)。在實(shí)際的課程教學(xué)過(guò)程中，教師、研究者與學(xué)生應(yīng)當(dāng)提高實(shí)踐活動(dòng)的強(qiáng)度，改善當(dāng)前的現(xiàn)狀，為提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐的過(guò)程中存在的主要問(wèn)題

當(dāng)前我們國(guó)家的高等院校和高職院校對(duì)工程熱力學(xué)課程教學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)不足，沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)到工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量與工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、資源利用率提高等之間的關(guān)系。工程熱力學(xué)對(duì)學(xué)生綜合能力的提高有著不可或缺的作用，因此我們必須充分的探析在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，這樣才能夠詳細(xì)的了解其改革現(xiàn)狀，為提高課程改革質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

（1）國(guó)家教育部門與高等院校、高職院校等教育機(jī)構(gòu)對(duì)工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐工作的重視程度偏低，沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)到工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教育體制改革進(jìn)程、提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量與速度之間的關(guān)系。工程熱力學(xué)是一門綜合性比較強(qiáng)的學(xué)科，并且也是建筑專業(yè)、環(huán)境保護(hù)與機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，關(guān)系到這些工程熱力學(xué)相關(guān)專業(yè)的發(fā)展前景。相關(guān)的教育部門與組織在資金投入、技術(shù)支持、人才引進(jìn)等方面相對(duì)短缺，嚴(yán)重的影響了工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐的進(jìn)程，沒(méi)有投入更多的基礎(chǔ)設(shè)備讓學(xué)生參與實(shí)踐。這樣下去就會(huì)嚴(yán)重的泯滅學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新性，不利于提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的質(zhì)量與效率。

（2）在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過(guò)程中重點(diǎn)不明確，相關(guān)方面的制度和政策不夠完善。雖然我們國(guó)家正在實(shí)行新一輪課程改革，在教育體制改革方面的力度比較大，但是仍然沒(méi)有徹底改變當(dāng)前應(yīng)試教育的局面，沒(méi)有完全的實(shí)現(xiàn)從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育過(guò)渡的目標(biāo)。在課程教學(xué)改革的過(guò)程中教師沒(méi)有積極創(chuàng)新，對(duì)課程教學(xué)改革與實(shí)踐認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)時(shí)教學(xué)方式不當(dāng)，沒(méi)能完全激發(fā)學(xué)生的潛力，這為后來(lái)的工程熱力學(xué)改革埋下隱患。不僅如此，相關(guān)的教育部門與學(xué)校在課程設(shè)置方面沒(méi)有考慮市場(chǎng)的發(fā)展需要，在課時(shí)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及考核方式等方面存在著嚴(yán)重的問(wèn)題。

（3）工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過(guò)程中的教學(xué)方法不符合實(shí)際的情況，不能夠很好的提高課程教學(xué)改革與實(shí)踐的質(zhì)量。許多教師仍然沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，在教學(xué)內(nèi)容上沒(méi)有較大的突破與創(chuàng)新，被陳舊與古板的方式與內(nèi)容所束縛。在改革的過(guò)程中，其課程改革教學(xué)目標(biāo)不夠明確，與工程熱力學(xué)相關(guān)的課程體系不夠完善與健全。不僅如此，在工程熱力學(xué)課程設(shè)置等方面沒(méi)有突出課程的專業(yè)特色與個(gè)性，不利于提高工程熱力學(xué)的地位與重要性。這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與熱情會(huì)大大降低，無(wú)益于實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)改革的目標(biāo)。

3提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐質(zhì)量的相關(guān)對(duì)策

（1）國(guó)家教育部門與高等院校、高職院校等教育機(jī)構(gòu)要不斷提高對(duì)工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐工作的重視程度，充分的認(rèn)識(shí)到工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教育體制改革進(jìn)程、提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量與速度之間的關(guān)系。相關(guān)方面的教育部門與教育組織要加強(qiáng)政策支持與資金支持，為提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革提供良好的條件，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施為開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)提供良好的平臺(tái)，從而提高學(xué)生的理論知識(shí)水平與實(shí)踐操作能力。目前人們對(duì)生活與生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)也越來(lái)越深厚，因此我們必須加強(qiáng)相關(guān)方面的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)全面型與綜合型的人才，以此來(lái)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。伴隨著社會(huì)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，社會(huì)各界對(duì)人才的素質(zhì)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高，因此教育制度改革迫在眉睫。

（2）明確工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的重點(diǎn)，逐漸完善與健全相關(guān)方面的課程教學(xué)改革體制，為高等院校和高職院校的課程教學(xué)改革與實(shí)踐提供指導(dǎo)性方案。相關(guān)的教育部門與學(xué)校在課程設(shè)置方面要充分考慮市場(chǎng)的發(fā)展需要，在課時(shí)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及考核方式等方面要積極創(chuàng)新。保持學(xué)科基本理論的嚴(yán)密性和系統(tǒng)性，逐漸強(qiáng)化工程熱力學(xué)相關(guān)專業(yè)所必須的教學(xué)內(nèi)容，不斷的優(yōu)化課程教學(xué)的內(nèi)容。在教學(xué)的時(shí)候要讓學(xué)生充分的理解相關(guān)的工程熱力學(xué)的理論知識(shí)、公式與條件等等，這樣學(xué)生才能夠有足夠的理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作。不僅如此，還要培養(yǎng)學(xué)生查圖、查表的能力，要求學(xué)生學(xué)會(huì)用抽象、簡(jiǎn)化和假設(shè)的熱力學(xué)方法去求解制冷、供暖等實(shí)際問(wèn)題。

（3）工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過(guò)程中的教學(xué)方法要不斷適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展需要，這樣才能夠逐漸提高課程教學(xué)改革與實(shí)踐的質(zhì)量。工程熱力學(xué)課程教學(xué)的相關(guān)教師和研究者應(yīng)當(dāng)積極創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，摒棄陳舊的教學(xué)方式，提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐的質(zhì)量。不僅如此，教學(xué)研究者還要積極改變教學(xué)方式，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)課堂教學(xué)情況與學(xué)生的學(xué)習(xí)情況來(lái)改進(jìn)教學(xué)方式，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因?yàn)楣こ虩崃W(xué)屬于一種理論性比較強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中容易產(chǎn)生消極情緒，這樣就會(huì)嚴(yán)重阻礙課程教學(xué)改革的進(jìn)展，不利于全面提高學(xué)生的綜合實(shí)力。教師要注重誘導(dǎo)式教學(xué)方式，提高學(xué)生的發(fā)散思維能力，貫徹創(chuàng)新意識(shí)。教師要根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的差異性來(lái)幫助學(xué)生樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀念，讓學(xué)生掌握符合自己實(shí)際情況的學(xué)習(xí)方式。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)知識(shí)的時(shí)候就會(huì)比較容易上手，在理解相關(guān)概念和理論知識(shí)的時(shí)候也會(huì)更加容易。教師在講解理論知識(shí)與進(jìn)行實(shí)踐操作教學(xué)的過(guò)程中要靈活運(yùn)用比較式指導(dǎo)方法，將相關(guān)的理論知識(shí)進(jìn)行比對(duì)，加深學(xué)生的理解程度。同時(shí)也要積極使用相關(guān)方面的圖表，讓學(xué)生快速的理解抽象理論知識(shí)。教師在教學(xué)的過(guò)程中要積極采用多媒體教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，這也是充分利用教學(xué)資源的體現(xiàn)。由于學(xué)科本身具有的特性決定了工程熱力學(xué)的理論知識(shí)、定義、概念、公式等比較復(fù)雜抽象，學(xué)生不易理解，利用多媒體能夠幫助學(xué)生理解記憶，加深對(duì)工程熱力學(xué)原理的理解。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生與教師之間的交流，提高課程教學(xué)改革的質(zhì)量。

4結(jié)論

第3篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)節(jié)能原理；課程改革；教學(xué)實(shí)踐；石化特色

作者簡(jiǎn)介：馬利敏（1978-），女，遼寧西豐人，中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，講師；姬忠禮（1963-），男，山東汶上人，中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，教授。（北京 102249）

基金項(xiàng)目：本文系“2010年中國(guó)石油大學(xué)（北京）校級(jí)重點(diǎn)教學(xué)改革項(xiàng)目”及“2012年中國(guó)石油大學(xué)（北京）青年教師專項(xiàng)培養(yǎng)基金”（項(xiàng)目編號(hào)：KYJJ20120415）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）35-0106-02

一、系統(tǒng)節(jié)能原理課程改革的背景

在強(qiáng)調(diào)節(jié)能、注重環(huán)保的今天，使從事與能源開(kāi)發(fā)、利用與轉(zhuǎn)化緊密相關(guān)工作的學(xué)生掌握系統(tǒng)節(jié)能原理的精髓并能夠?qū)W以致用有著非常重要的社會(huì)意義。系統(tǒng)節(jié)能原理是中國(guó)石油大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┠茉磁c動(dòng)力工程專業(yè)一門重要專業(yè)課，32學(xué)時(shí)。其基礎(chǔ)理論部分，以工程熱力學(xué)基本定律為基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)重點(diǎn)講授熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的熵分析法，引入分析法。在本課程中，上述內(nèi)容仍是重點(diǎn)，需重復(fù)介紹?；A(chǔ)理論是晦澀與枯燥的，如只是重復(fù)介紹，不易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，難以獲得滿意的教學(xué)效果。因此，研究如何組織教學(xué)工作，使本課程與工程熱力學(xué)做好銜接，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助其加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是十分必要的。同時(shí)，本課程還缺乏適合的教材，需要編寫課程講義。目前，缺乏能夠同時(shí)將經(jīng)典及新興能量分析法進(jìn)行全面介紹的教材，而在能量分析法的應(yīng)用部分，也需要結(jié)合我校行業(yè)特點(diǎn)、畢業(yè)生就業(yè)去向，針對(duì)石油石化領(lǐng)域工程應(yīng)用背景設(shè)置教學(xué)案例。我校于2010年批準(zhǔn)了該課程的教學(xué)改革計(jì)劃，經(jīng)過(guò)近幾年的努力，該教改計(jì)劃已經(jīng)初步完成。

二、課程教學(xué)內(nèi)容體系建設(shè)

教學(xué)內(nèi)容改革是教學(xué)改革最核心、最基本的問(wèn)題。教學(xué)內(nèi)容主要由熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律熵分析法和分析、新的能量系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)方法介紹組成。其中，根據(jù)教學(xué)目的與任務(wù)有效組織教學(xué)內(nèi)容，要與基礎(chǔ)課程工程熱力學(xué)第一定律、第二定律知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，既避免教學(xué)內(nèi)容的簡(jiǎn)單重復(fù)，又要使學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)對(duì)第一定律、第二定律有更為深刻的認(rèn)知，并使學(xué)生能夠利用兩個(gè)熱力學(xué)基本定律熟練進(jìn)行能量系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)、以及高效學(xué)習(xí)和應(yīng)用新的分析、評(píng)價(jià)與優(yōu)化方法。

1.熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律是工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)，主要講授閉口系統(tǒng)與穩(wěn)流開(kāi)口系的熱力學(xué)第一定律能量方程式的表達(dá)式及應(yīng)用。在本課程中，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式即：“進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開(kāi)系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)總儲(chǔ)存能的變化”的正確靈活應(yīng)用，重點(diǎn)介紹如何分析、列出非穩(wěn)態(tài)充、放氣熱力過(guò)程的能量方程式，幫助學(xué)生進(jìn)一步增強(qiáng)利用第一定律進(jìn)行能量分析的能力。同時(shí)，通過(guò)對(duì)節(jié)流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等熱力過(guò)程分析來(lái)幫助同學(xué)們對(duì)第一定律的局限性有更為深入的理解。

2.熱力學(xué)第二定律熵分析法

熱力學(xué)第二定律是工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)與難點(diǎn)，主要講授熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，具體包括：卡諾循環(huán)+卡諾定理、克勞修斯積分不等式、閉口系及開(kāi)口系統(tǒng)熵方程、孤立系統(tǒng)熵增原理。在本課程中，考慮到判斷一個(gè)熱力循環(huán)是否可行、可逆的數(shù)學(xué)判據(jù)容易理解而且是熱力過(guò)程的特例，故重點(diǎn)講述閉口系及開(kāi)口系熵方程、孤立系統(tǒng)熵增原理。

在該部分從以下四個(gè)方面進(jìn)行介紹：對(duì)于狀態(tài)參數(shù)熵的辨析：辨析熵是狀態(tài)參數(shù)與過(guò)程無(wú)關(guān)，強(qiáng)調(diào)判斷一個(gè)熱力過(guò)程能否進(jìn)行、可逆的參量不是過(guò)程熵變而是過(guò)程熵產(chǎn)，引出后面由熵方程及孤立系統(tǒng)熵增原理計(jì)算過(guò)程熵產(chǎn)的知識(shí)點(diǎn)；重點(diǎn)講授熵方程的一般表達(dá)式，即：“進(jìn)入系統(tǒng)的熵-離開(kāi)系統(tǒng)的熵+過(guò)程熵產(chǎn)=系統(tǒng)熵變化”，通過(guò)典型例題幫助同學(xué)能夠利用熵方程列出閉口及開(kāi)口系熵方程，并求取過(guò)程熵產(chǎn)；重點(diǎn)解析孤立系統(tǒng)熵增原理的實(shí)質(zhì)及解題特點(diǎn)，并通過(guò)典型例題幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到孤立系統(tǒng)熵增原理與熵方程的一致性：孤立系統(tǒng)熵增即熵方程中的熵產(chǎn)；作功能力損失方面除了介紹計(jì)算公式、通過(guò)計(jì)算熱力過(guò)程熵產(chǎn)及作功能力損失，還著重結(jié)合對(duì)節(jié)流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等具體熱力過(guò)程分析讓學(xué)生體會(huì)第一定律與第二定律之間的聯(lián)系及第二定律的獨(dú)有貢獻(xiàn)。

3.熱力學(xué)第二定律分析法

由于學(xué)時(shí)有限并且概念抽象難以理解，分析法在工程熱力學(xué)中屬于選講內(nèi)容，即便講授，也多是簡(jiǎn)要介紹。本課程中，分析法是授課重點(diǎn)，從以下四個(gè)方面進(jìn)行講授：第一，概念及計(jì)算公式，包括機(jī)械、熱量（冷量）、內(nèi)能、焓和化學(xué)。第二，重點(diǎn)講授方程的一般表達(dá)式“進(jìn)入系統(tǒng)的-離開(kāi)系統(tǒng)的-過(guò)程損=系統(tǒng)變化”，通過(guò)典型例題幫助同學(xué)能夠利用方程列出閉口及開(kāi)口系方程，并求取過(guò)程損。同時(shí)，在分析典型例題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生同時(shí)用熵分析法來(lái)計(jì)算過(guò)程的作功能力損失，讓學(xué)生自覺(jué)地認(rèn)識(shí)到分析法中所得到的損失即熵分析法中計(jì)算的作功能力損失、體會(huì)兩種分析法的一致性及分析法的優(yōu)勢(shì)。第三，效率、損系數(shù)的概念及公式，以及在典型熱力設(shè)備、過(guò)程及熱力循環(huán)中的計(jì)算。第四，針對(duì)本學(xué)科領(lǐng)域典型的火力發(fā)電裝置、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置和低溫制冷裝置、LNG液化裝置、天然氣凈化裝置、油田聯(lián)合站等，設(shè)置工程背景很強(qiáng)的案例，教師與同學(xué)們一起分析循環(huán)裝置及各組成設(shè)備的效率、損失及損系數(shù)等，讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到分析法在進(jìn)行系統(tǒng)能量分析時(shí)的重要性及提高利用該方法解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

4.新發(fā)展起來(lái)的能量系統(tǒng)分析與優(yōu)化方法

介紹能級(jí)分析法、經(jīng)濟(jì)學(xué)、夾點(diǎn)技術(shù)、全生命周期分析法、能值理論等新發(fā)展起來(lái)的能量系統(tǒng)分析與優(yōu)化方法的基本理論及應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲取更多知識(shí)。這部分內(nèi)容與留給學(xué)生的學(xué)習(xí)報(bào)告緊密相關(guān)，將在下文介紹。

目前還沒(méi)有適合于本專業(yè)本科教學(xué)的系統(tǒng)節(jié)能方面的教材，本課程教學(xué)內(nèi)容主要參考自沈維道等[1]主編《工程熱力學(xué)》、朱明善等[2]編著《工程熱力學(xué)》、傅秦生[3]編著《能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法》和馮霄[4]編著《化工節(jié)能原理與技術(shù)》、何雅玲[5]主編《工程熱力學(xué)精要分析典型題解》等教材及專著，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)收集整理的工程案例編寫成講義供教師及學(xué)生使用。

三、教學(xué)方式改革

教學(xué)中的主體是學(xué)生，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果是教學(xué)方式改革的目的。學(xué)生們對(duì)于國(guó)際上最新的、與未來(lái)工作緊密相關(guān)及實(shí)用性強(qiáng)的知識(shí)以及確實(shí)能提高自身素質(zhì)與能力的教學(xué)環(huán)節(jié)更感興趣。

1.采用多媒體與板書有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式

充分利用多媒體教學(xué)信息量大，圖像、視頻生動(dòng)形象的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)板書講解復(fù)雜推導(dǎo)更容易被學(xué)生掌握的優(yōu)點(diǎn)以提升教學(xué)效果。這種授課方式既可以增大授課信息量、有效吸引學(xué)生注意力，同時(shí)又能使學(xué)生通過(guò)與老師一起板書推導(dǎo)對(duì)所學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)有更為深刻的認(rèn)知。

2.提高課堂教學(xué)吸引力

通過(guò)針對(duì)每一個(gè)重要概念及知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)的系列典型例題、思考題吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)其積極參與到教學(xué)中來(lái)。而且教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)和科研積累，收集并提煉出與石化工程緊密關(guān)聯(lián)的工程案例，通過(guò)案例的討論和分析，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣，提升課堂教學(xué)的互動(dòng)效果，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析并解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.布置作業(yè)形式靈活多樣

對(duì)于重要的基本概念，以讀書筆記的作業(yè)形式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。本課程涉及眾多抽象概念和公式，追溯熱量、溫度、熵、熱力學(xué)第二定律、等重要基本概念的由來(lái)、發(fā)展歷程，可使學(xué)生在搜集資料的過(guò)程中對(duì)這些概念有一個(gè)直接的感性認(rèn)知，同時(shí)也有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)到這些知識(shí)在本學(xué)科發(fā)展中的重要作用。

要求學(xué)生組成2～3人的學(xué)習(xí)小組，除常規(guī)課下作業(yè)外，課上作業(yè)以小組為單位完成。課上作業(yè)為教師針對(duì)每次課的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的多為填空、選擇和問(wèn)答形式的練習(xí)題，課前打印好分發(fā)給每個(gè)學(xué)習(xí)小組。在講課過(guò)程中，留出適合時(shí)間讓學(xué)生及時(shí)完成。教學(xué)實(shí)踐表明課上作業(yè)非常利于學(xué)生把握住和消化吸收重難點(diǎn)知識(shí)，且能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

四、課程考核方式的教學(xué)改革

本課程考試采用閉卷+學(xué)習(xí)報(bào)告的形式。在閉卷考試中，只有一種類型題，即計(jì)算題。本課程一個(gè)重要教學(xué)目的就是使學(xué)生能夠熟練、正確應(yīng)用第一、第二定律尤其是分析法分析實(shí)際裝置的用能情況，所以考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果應(yīng)用型計(jì)算題是較為合適的。

學(xué)習(xí)報(bào)告要求每個(gè)學(xué)習(xí)小組（2～3人組成）圍繞與本學(xué)科緊密相關(guān)的實(shí)際裝置進(jìn)行國(guó)內(nèi)外能量分析與優(yōu)化方面的調(diào)研，提交1份不少于4000字、有5篇以上參考文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)報(bào)告，并根據(jù)報(bào)告內(nèi)容制作ppt，每小組選派1名學(xué)生進(jìn)行報(bào)告，匯報(bào)10分鐘，討論5分鐘。報(bào)告題目憑學(xué)生興趣自選。學(xué)習(xí)報(bào)告這種考核形式不僅促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，開(kāi)闊視野，加深認(rèn)知，而且可以鍛煉和提高學(xué)生多方面的能力。學(xué)生們自選的題目有：超臨界及超超臨界蒸汽動(dòng)力裝置；燃?xì)廨啓C(jī)裝置；燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)裝置；冷熱電三聯(lián)供裝置；地源熱泵裝置；低溫磁制冷裝置；煤制油裝置；燃料電池；低溫地?zé)岚l(fā)電裝置；天然氣壓氣站燃?xì)廨啓C(jī)余熱利用；天然氣凈化裝置；油田聯(lián)合站；LNG接收站冷能利用等等。

近4年的教學(xué)實(shí)踐也表明學(xué)生們非常接受和歡迎這種考核形式，并且每一年都會(huì)有讓教師感到驚喜的學(xué)習(xí)報(bào)告，這也說(shuō)明要想學(xué)生切實(shí)提高學(xué)習(xí)能力、扎實(shí)掌握專業(yè)知識(shí)確實(shí)也需要教師有意識(shí)地去創(chuàng)造機(jī)會(huì)及科學(xué)引導(dǎo)。

五、教學(xué)效果

經(jīng)過(guò)近4年的教學(xué)實(shí)踐，團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)歷年學(xué)生評(píng)教、學(xué)生考試成績(jī)分析以及學(xué)生在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)及成為本校研究生后所選與系統(tǒng)節(jié)能原理相關(guān)方向課題的表現(xiàn)等進(jìn)行了調(diào)研，證明該課程改革是卓有成效的。學(xué)生對(duì)工程熱力學(xué)及系統(tǒng)節(jié)能知識(shí)的接受能力增強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣明顯提高。靈活適宜的授課方式、作業(yè)形式以及考試方式受到學(xué)生的普遍歡迎。總之，通過(guò)課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)揮了主體作用，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的綜合能力，教學(xué)效果良好，達(dá)到了既定教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈維道，童鈞耕. 工程熱力學(xué)[M]. 第四版.北京：高等教育出版社，2007.

[2] 朱明善，劉穎，林兆莊，等.工程熱力學(xué)[M]. 第二版.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[3] 傅秦生. 能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

第4篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：化工熱力學(xué)；CDIO；大工程教育；教學(xué)改革；方案

中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-5727（2012）06-0159-02

化工熱力學(xué)作為化學(xué)工程的基礎(chǔ)性學(xué)科，在研究化學(xué)工程以及解決化工生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題中都起著非常重要的作用。同時(shí)，它也是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生及研究生必修的重點(diǎn)專業(yè)課程之一。然而，由于課程中的概念抽象難懂，公式數(shù)量多且推導(dǎo)復(fù)雜，歷屆本科學(xué)生都感到難以理解和掌握。雖然嘗試過(guò)各種改革，探索過(guò)新的教學(xué)方法，但收效甚微，學(xué)生掌握到的理論常常疲于應(yīng)付考試，沒(méi)有真正解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更不用說(shuō)會(huì)作“工程”了。為了迎合“大工程教育”的背景，在2009年，我校開(kāi)始嘗試將CDIO的教育理念應(yīng)用于化工熱力學(xué)課程教學(xué)中，取得了一定的成效。

CDIO教育理念是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，這種全新的教育模式將構(gòu)思（Conceiving）、設(shè)計(jì)（Designing）、實(shí)現(xiàn)（Implementing）與運(yùn)作（Operating）結(jié)合在一起，形成一個(gè)連貫而完整的流程。學(xué)生從參加產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期當(dāng)中，可以親身體驗(yàn)到“以產(chǎn)品為導(dǎo)向”CDIO教學(xué)模式所帶來(lái)的不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的參與感。這種以學(xué)生為主體，實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)”的全新教育理念，對(duì)于提高學(xué)生能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)化工熱力學(xué)課程建設(shè)等各個(gè)方面都具有非常重要的意義。

化工熱力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際脫節(jié)隨著近年來(lái)工業(yè)體系的不斷進(jìn)步和化工行業(yè)的快速發(fā)展，化工熱力學(xué)作為一門體系較為完善的課程，其教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際的化工技術(shù)相比已顯得比較滯后。這種滯后不但使教學(xué)與工程脫節(jié)，并且由于課程模式長(zhǎng)期固定，在某種意義上限制了教師的思維方式，進(jìn)而對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新及發(fā)散思維也造成影響。同時(shí)，也造成了大學(xué)與社會(huì)之間的脫離。這也是為什么學(xué)生掌握了知識(shí)，卻不能在畢業(yè)以后派上用場(chǎng)的原因。

忽略了學(xué)生作為主體的角色在從事化工熱力學(xué)教學(xué)的十余年中，如何解決教與學(xué)之間存在的矛盾，也是一直困擾著筆者的一個(gè)問(wèn)題。為何在經(jīng)歷了數(shù)次改革之后，我們的教學(xué)卻并沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)的改變？其原因在于忽略了“在教育過(guò)程中，學(xué)生才是主體”的這一事實(shí)。一直以來(lái)，無(wú)論運(yùn)用何種創(chuàng)新式的教學(xué)方法，總是離不開(kāi)以教師作為主體的講授，總是去研究如何將知識(shí)更快速準(zhǔn)確的灌輸給作為客體的學(xué)生，如何將枯燥的理論講授變得生動(dòng)有趣，讓學(xué)生在愉快的氛圍中掌握知識(shí)，在一次一次的教學(xué)改革中，教師歷練成了“優(yōu)秀的演員”，而學(xué)生充其量也就是一個(gè)“文明的觀眾”并沒(méi)有成為一名“優(yōu)秀的演員”。在這種教育方式下，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生，實(shí)際上是被剝奪了自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，其思維模式也會(huì)變得僵化，重理論，輕實(shí)踐。在具體問(wèn)題的處理上往往拘泥于唯一的“正確方案”，按照教師或書本上所講述的步驟給出解答，這就達(dá)到了我們所說(shuō)的“掌握”的基本要求。學(xué)生并不會(huì)從一個(gè)實(shí)際的工程問(wèn)題中，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的熱力學(xué)問(wèn)題和定義熱力學(xué)問(wèn)題。比如，在講授流體的 “PVT”關(guān)系時(shí)，我們會(huì)定義好兩個(gè)變量（溫度T，壓力P）讓學(xué)生去求體積（V），學(xué)生都可以很好的根據(jù)熱力學(xué)方程解出體積，但如果讓學(xué)生去求解某工藝流程中輸送流體的管徑時(shí)（生產(chǎn)能力即流體的質(zhì)量流量已知），學(xué)生就常常束手無(wú)措。他們不會(huì)根據(jù)輸送流體的工藝條件（即溫度、壓力）用學(xué)過(guò)的熱力學(xué)知識(shí)來(lái)求出流體的摩爾體積，將其換算成流體的密度后，再根據(jù)流體的質(zhì)量流量解出體積流量結(jié)合管路中的允許的流體流速去求管徑?？墒侨绻麑⑦@種求管徑的問(wèn)題放在化工原理的課程中，學(xué)生又可以很好的解決。因?yàn)?，在化工原理的課程中，流體的密度常常都是作為已知量出現(xiàn)在例題中的，而在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和計(jì)算中，這些問(wèn)題都是需要靠學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、定義并解決的。學(xué)生這種今后最需要能力，在我們多年的教學(xué)中卻被忽略了。

總之，無(wú)論是在教學(xué)內(nèi)容上，還是在教學(xué)模式上，現(xiàn)有的化工熱力學(xué)教學(xué)當(dāng)中都存在著很多問(wèn)題，已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足社會(huì)對(duì)高等人才培養(yǎng)的需要。而CDIO的教學(xué)理念則為我們解決這一問(wèn)題提供了一項(xiàng)新的可能性。通過(guò)將熱力學(xué)課程與CDIO教學(xué)理念相結(jié)合，讓學(xué)生在“做中學(xué)”的過(guò)程中更好地掌握知識(shí)，提高能力，通過(guò)一個(gè)個(gè)真實(shí)的工程案例，去研究問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。這樣，學(xué)生才能具有獲取相關(guān)知識(shí)去解決問(wèn)題的動(dòng)力。在此過(guò)程中，重要的不是解決了一個(gè)具體的問(wèn)題并由此掌握了相關(guān)的知識(shí)，而是在于學(xué)會(huì)如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、定義問(wèn)題、分析問(wèn)題并獲取相應(yīng)的知識(shí)解決問(wèn)題，總結(jié)新知識(shí)，同時(shí)，加強(qiáng)與人溝通的能力以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。那么，究竟如何進(jìn)行化工熱力學(xué)課程的改革呢？

基于CDIO理念下熱力學(xué)教學(xué)改革方案

針對(duì)化工熱力學(xué)教學(xué)上的種種問(wèn)題，我們確定了以“產(chǎn)品為導(dǎo)向”的教學(xué)模式改革。就是讓學(xué)生通過(guò)“產(chǎn)品工藝的工程設(shè)計(jì)”真正學(xué)到工程設(shè)計(jì)中的熱力學(xué)知識(shí)。熱力學(xué)是從工程中來(lái)，最終還要回到工程中去，為工程服務(wù)。因此，確定了以產(chǎn)品制造為目標(biāo)，將學(xué)生感興趣的產(chǎn)品“工業(yè)化”，學(xué)生扮演一個(gè)“工程師”主持一個(gè)“產(chǎn)品與過(guò)程”的工程設(shè)計(jì)工作。在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，學(xué)生必然會(huì)碰到相關(guān)的熱力學(xué)問(wèn)題。如工藝條件下流體密度（流體的PVT關(guān)系）、換熱器和功設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算（流體的熱力學(xué)性質(zhì)：焓、熵與PVT的關(guān)系）、分離塔的計(jì)算（流體的相平衡）等等，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)，教師加以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)并結(jié)合課堂所講授的熱力學(xué)內(nèi)容解決實(shí)際工程中的問(wèn)題，最終完成一個(gè)工程設(shè)計(jì)報(bào)告。學(xué)生只憑上課聽(tīng)講是不可能將項(xiàng)目設(shè)計(jì)好的。必須通過(guò)自己看書、查閱大量的文獻(xiàn)與資料，與同組同學(xué)研究討論，才可能將項(xiàng)目完成。在這個(gè)過(guò)程中，強(qiáng)化了化工熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生真正體會(huì)到熱力學(xué)不是虛無(wú)飄渺的理論，而是實(shí)實(shí)在在的技能。為此，我們制定的具體改革方案如下：

將學(xué)生按班級(jí)分組。原則上每班兩大組，也可根據(jù)個(gè)人興趣自成一組。選擇一個(gè)學(xué)生感興趣的化工產(chǎn)品，圍繞如何實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的工業(yè)化完成以下內(nèi)容：（1）市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告。包括：產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、市場(chǎng)前景、簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)分析及相關(guān)的工藝流程的了解（開(kāi)課后第1～4周完成）。（2）對(duì)產(chǎn)品多套工藝流程方案進(jìn)行可行性及經(jīng)濟(jì)分析，確定小組詳細(xì)的工藝流程路線及詳細(xì)的工藝條件，完成簡(jiǎn)單的工藝流程圖（開(kāi)課后第5～8周完成）。（3）根據(jù)學(xué)生選定的工藝過(guò)程，完成簡(jiǎn)單的工藝流程圖，教師指定與工藝流程相關(guān)的熱力學(xué)計(jì)算，通過(guò)計(jì)算體會(huì)熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用（開(kāi)課后第9～12周完成）。（4）將以上三部分合成一個(gè)完整的報(bào)告期末上交，報(bào)告成績(jī)占期末總成績(jī)的30%。每一小步的工作要求完成的功課都要按時(shí)上交，并按教師的批改意見(jiàn)修改完善自己的報(bào)告內(nèi)容（開(kāi)課后第13～16周完成）。（5）最后，選擇優(yōu)秀的項(xiàng)目報(bào)告作講演（第17周完成）。

由于選題是學(xué)生根據(jù)自己的興趣確定的工業(yè)產(chǎn)品，因此，項(xiàng)目類型與涉及的學(xué)科面應(yīng)該是很復(fù)雜的。教師不可能事先知道結(jié)果，這就要求教師需要具有相對(duì)扎實(shí)的工程實(shí)際和理論的背景知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生在課題初期盡快進(jìn)入課題角色，隨著課題的進(jìn)展，學(xué)生要自己獲取更多的相關(guān)知識(shí)，并進(jìn)行深入的研究，應(yīng)用知識(shí)去解決問(wèn)題。在此過(guò)程中，教師要做好“導(dǎo)演”，側(cè)重對(duì)學(xué)生的方法和能力方面進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生在整個(gè)過(guò)程中一定會(huì)投入大量的時(shí)間和精力，因?yàn)槭且孕〗M為單位，所以，最后的項(xiàng)目一定是集中了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的才智，一定會(huì)有所收獲。

通過(guò)兩年的實(shí)踐，使用以上方法取得了較好的教學(xué)效果，在加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)課程積極性的同時(shí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)期間就能受到未來(lái)職場(chǎng)環(huán)境的熏陶，只有叫他們了解自己將來(lái)的用武之地，造就他們成為合格的化工專業(yè)人才，滿足產(chǎn)業(yè)和社會(huì)的需要。

然而，在改革中還存在一些問(wèn)題，如學(xué)生的合作還存在欠缺，各組同學(xué)中都有“坐車”的現(xiàn)象，如何對(duì)這部分不積極參與的學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，使所有學(xué)生都能積極動(dòng)起來(lái)，將是我們未來(lái)改革中亟待解決的問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

化工熱力學(xué)課程從2009年開(kāi)始進(jìn)行了CDIO工程教育培養(yǎng)模式的理論與實(shí)踐探索，并取得初步成效，我們將不斷努力探索，使這一教育模式趨于科學(xué)、有效。積極推進(jìn)CDIO人才培養(yǎng)的培養(yǎng)方案改革和教學(xué)方法創(chuàng)新，開(kāi)展適應(yīng)于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的案例式、啟發(fā)式、交流式教學(xué)方法改革中推進(jìn)體驗(yàn)式、研究式、討論式教學(xué)方法，利用具體工程項(xiàng)目的實(shí)施，引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”，通過(guò)營(yíng)造工程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)師生間、學(xué)生間對(duì)話式學(xué)習(xí)和合作式學(xué)習(xí)，形成教學(xué)相長(zhǎng)的生動(dòng)學(xué)習(xí)局面。在教學(xué)過(guò)程中融入最新的化工工程技術(shù)成果和工藝方案，啟迪學(xué)生的工程意識(shí)和利用科技成果的創(chuàng)業(yè)意識(shí)，開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)精神，構(gòu)筑“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的知識(shí)新體系和課程新體系。

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作者簡(jiǎn)介：

徐新（1967—），碩士，北京石油化工學(xué)院副教授，研究方向?yàn)榛ぁ?/p>

第5篇：工程熱力學(xué)概念范文

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b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)作為一門專業(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。以教科書為單一內(nèi)容的PPT演示，并不能滿足課堂學(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，可以滿足學(xué)生課后隨時(shí)學(xué)習(xí)、探索的需要。

參考文獻(xiàn)：

第6篇：工程熱力學(xué)概念范文

摘要:

通過(guò)建立一個(gè)基于非平衡態(tài)熱力學(xué)的巖石黏G彈G塑性本構(gòu)模型,用以分析巖石的蠕變變形和蠕變失穩(wěn)問(wèn)題．該模型不同于經(jīng)典彈G塑性模型,從可逆、不可逆能量過(guò)程及能量的漲落出發(fā),推導(dǎo)得到了可統(tǒng)一描述巖石黏G彈G塑的本構(gòu)關(guān)系,無(wú)需屈服面、流動(dòng)法則等概念．它通過(guò)將應(yīng)力劃分為彈性應(yīng)力和黏滯應(yīng)力來(lái)描述巖石的黏G彈,而通過(guò)耗散流和漲落運(yùn)動(dòng)的概念來(lái)描述巖石的黏G塑．分析表明,該模型可以反映巖石在高圍壓下延性破壞、在低圍壓下脆性破壞的特征,同時(shí)也可較好地預(yù)測(cè)巖石的蠕變變形和蠕變失穩(wěn)規(guī)律,并可較好地闡述其中的物理機(jī)制．

關(guān)鍵詞:

巖石蠕變;黏G彈G塑性本構(gòu);蠕變失穩(wěn);砂巖

巖石蠕變行為對(duì)地下巷道、高邊坡等工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性有著非常重要的影響[1G2],是巖土工程中的重要研究?jī)?nèi)容．在這些工程領(lǐng)域中,巖土結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞往往與巖體尤其是巖體軟弱夾層或斷層間軟巖的蠕變息息相關(guān)．因此,建立合理的巖石蠕變本構(gòu)模型具有重要的理論價(jià)值和工程意義．目前,巖石蠕變本構(gòu)模型主要可分為如下3種類型:1)直接定義關(guān)于應(yīng)變和時(shí)間的擬合曲線,并根據(jù)實(shí)測(cè)蠕變曲線標(biāo)定擬合參數(shù)[3G4]．這種方法得到的蠕變本構(gòu)關(guān)系往往僅適應(yīng)于特定巖土體在特定路徑下的蠕變行為,不具備普適性和理論性;2)將代表巖土體不同力學(xué)性質(zhì)(如彈性、塑性和黏性)的元件進(jìn)行串并聯(lián)組合,得到相應(yīng)形式的蠕變本構(gòu)模型,如Maxwell模型、Kelvin模型、Burgers模型和Bingham模型等[5]．這些模型一般適應(yīng)于對(duì)巖石蠕變變形初期或者穩(wěn)定蠕變變形的模擬,不能反映巖石在復(fù)雜應(yīng)力路徑下的加速蠕變,即蠕變失穩(wěn)破壞行為,學(xué)者們往往通過(guò)在這些模型中引入非線性元件來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題[6G7],但這增大了模型參數(shù)數(shù)量和模型的復(fù)雜性,且相應(yīng)的元件模型和參數(shù)多直接通過(guò)實(shí)測(cè)曲線擬合,缺乏對(duì)蠕變物理機(jī)制的解釋,因而在描述巖體不同類型蠕變行為時(shí)欠缺統(tǒng)一性;3)基于內(nèi)時(shí)理論和損傷理論等建立的蠕變本構(gòu)模型[8G9],此類模型具有較為明確的理論背景,通過(guò)相應(yīng)的理論推導(dǎo)得到流變?cè)谋緲?gòu)關(guān)系,是對(duì)元件模型的有益補(bǔ)充,但實(shí)質(zhì)上仍然屬于元件模型．與上述模型不同,本文基于經(jīng)典非平衡態(tài)熱力學(xué)[10G11],通過(guò)對(duì)巖體的彈性能量和不可逆能量耗散的熱力學(xué)描述,給出了一個(gè)考慮穩(wěn)定蠕變和加速蠕變行為的統(tǒng)一本構(gòu)模型,并給出相應(yīng)的物理機(jī)制解釋．該模型所采用的理論框架已經(jīng)被成功應(yīng)用于對(duì)黏土和砂土等巖土材料的本構(gòu)建模[12G15],由此得到的本構(gòu)模型無(wú)需屈服面和塑性勢(shì)等概念,可統(tǒng)一解決巖土材料的諸多力學(xué)問(wèn)題．基于此模型,本文對(duì)巖石的蠕變變形、蠕變失穩(wěn)及長(zhǎng)期強(qiáng)度展開(kāi)了模擬和討論．

1巖石蠕變的熱力學(xué)理論框架

1．1能量的熱力學(xué)描述對(duì)于巖石材料,外部輸入的能量將轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部的彈性勢(shì)能和能量耗散,并可分別采用彈性應(yīng)變和熵作為熱力學(xué)狀態(tài)量來(lái)描述．同時(shí),巖石內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)單元(如晶格和微裂隙結(jié)構(gòu)面)之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑移、張合等運(yùn)動(dòng)．這說(shuō)明巖石內(nèi)部存在一個(gè)偏離宏觀平均運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、介于宏觀尺度和分子尺度之間的運(yùn)動(dòng)場(chǎng),也稱之為漲落[16](對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)能稱為漲落能),它具備隨機(jī)性和不規(guī)則性．此外,由于微觀結(jié)構(gòu)單元之間的非彈性相互作用,漲落能最終將隨著時(shí)間轉(zhuǎn)化為宏觀的能量耗散．因此,它即不同于能量耗散,也不同于宏觀的彈性能量．注意到漲落能與熵定義上的相似性,可通過(guò)定義一個(gè)與熵類似的變量來(lái)描述它．在顆粒固體力學(xué)中,這種“熵”通常稱為顆粒熵[12G16],并給出了定量的熱力學(xué)描述．由于熱力學(xué)理論的普適性,可認(rèn)為顆粒熵的定義和定量方法同樣也適應(yīng)于巖石材料;為方便起見(jiàn),本文也沿用顆粒熵的概念．

1．2黏G彈G塑性本構(gòu)模型式(1b)所示能量演化規(guī)律必須滿足能量守恒定律．不考慮熱傳導(dǎo)及孔隙水的作用.可見(jiàn),黏G塑性蠕變和應(yīng)力松弛在本質(zhì)上是等效的,均為巖石內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的滑移、裂隙的張合等作用的時(shí)間效應(yīng)所引起．這在本模型中,表現(xiàn)為顆粒溫度并不隨著應(yīng)力或應(yīng)變加載的停止而即刻消失,而是隨著時(shí)間發(fā)生衰減(對(duì)于應(yīng)力松弛和穩(wěn)定蠕變變形)或者持續(xù)增長(zhǎng)(對(duì)于加速蠕變或蠕變失穩(wěn)),繼而伴隨著非彈性變形(黏G塑性蠕變)或應(yīng)力值的減?。?/p>

2巖石黏G彈G塑分析

本文模型共有9個(gè)參數(shù),按照其作用分為3個(gè)類型:彈G塑性、黏G彈性和黏G塑性參數(shù)．表1為中砂巖的模型參數(shù)列表,文中模擬所用的模型參數(shù)均見(jiàn)于表1．下文將分別給出基于上述模型的巖石彈G塑性、黏G彈性和黏G塑模擬,并給出相應(yīng)的參數(shù)分析．圖3a為在p＝1MPa和不同水平剪應(yīng)力作用下中砂巖的黏G彈性蠕變響應(yīng)模擬結(jié)果,圖3b為相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)及由式(9)所確定的破壞線(彈性失穩(wěn)線)．顯見(jiàn),當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)處于破壞線以下時(shí),黏G彈性應(yīng)變最終將趨于穩(wěn)定．而當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到或超過(guò)破壞線時(shí),黏G彈性應(yīng)變的發(fā)展在經(jīng)歷所謂的初始階段、等速階段后,將進(jìn)入加速增長(zhǎng)階段,即加速蠕變．因此,巖石蠕變失穩(wěn)的物理機(jī)制是:在蠕變變形作用下,彈性失穩(wěn)被激發(fā),彈性應(yīng)力(式12a左端的第1部分)無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),促使黏滯應(yīng)力(式12b左端第2部分)繼續(xù)甚至加速增長(zhǎng)．

3結(jié)論

第7篇：工程熱力學(xué)概念范文

一、 加強(qiáng)學(xué)科的邏輯性教學(xué)

教師在教學(xué)學(xué)生時(shí)，很多學(xué)生也是很用功的，但是在學(xué)習(xí)的能力上顯得很差勁，學(xué)習(xí)效果不好。其關(guān)鍵是對(duì)于科間的溝通與銜接差，教師沒(méi)有起到科學(xué)組織教學(xué)作用。化工熱力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中涉及到熱力學(xué)基本定律和熱力學(xué)函數(shù)。如焓、熵、內(nèi)能、自由能、自由焓、流體P-V-T關(guān)系的狀態(tài)方程等等知識(shí)，對(duì)于這些知識(shí)有很強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性，而且知識(shí)又具有強(qiáng)烈的過(guò)渡性，而且這些知識(shí)大多是物理化學(xué)中所學(xué)習(xí)過(guò)的，現(xiàn)在需要在化工熱力學(xué)中進(jìn)一步深化與應(yīng)用，這就需要做好邏輯性的過(guò)渡，而往往很多教師只是單純的就課本而教書，導(dǎo)致很多學(xué)生學(xué)不好，這里就需要改革。

做好數(shù)學(xué)學(xué)科的溝通，起到穿針引線的作用，因?yàn)榛崃W(xué)課程中涉及到很多計(jì)算公式，如流體的P-V-T關(guān)系計(jì)算公式、熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算公式、化工過(guò)程能量分析計(jì)算公式、相平衡計(jì)算公式、化學(xué)反應(yīng)平衡計(jì)算公式等方面。這就要求數(shù)學(xué)知識(shí)功底的厚實(shí)了，學(xué)校在開(kāi)展化工熱力學(xué)課教學(xué)時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)與相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程的橫向聯(lián)系，使得理論聯(lián)系實(shí)際，從而放開(kāi)思路，使得學(xué)生不覺(jué)得化工熱力學(xué)理論太深，難以學(xué)習(xí)的目的。

二、 合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容

教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，根據(jù)教材的內(nèi)容合理調(diào)整教材的結(jié)構(gòu)，使之具有合理性、實(shí)用性，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合 。為了更好的制定教學(xué)大綱和選擇教學(xué)內(nèi)容，可以 將熱力學(xué)知識(shí)體系分為兩個(gè)板塊：一是流體的P-V-T性質(zhì)及計(jì)算、流體熱力學(xué)性質(zhì)以及應(yīng)用。讓學(xué)生深刻的認(rèn)識(shí)到氣體和液體的P-V-T性質(zhì)及計(jì)算、流體的熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算。并且能夠熟練掌握常用的流體狀態(tài)方程和應(yīng)用計(jì)算，還有要求學(xué)生學(xué)會(huì)計(jì)算的思路、步驟和方法；具備利用狀態(tài)方程和熱容數(shù)據(jù)計(jì)算流體的熱力學(xué)性質(zhì)的方法，繪制熱力學(xué)圖表的能力。二是溶液理論、相平衡和應(yīng)用。教師應(yīng)采取循序漸進(jìn)、先易后難的方法進(jìn)行逐步講解和學(xué)習(xí)，最后達(dá)到融會(huì)貫通。并根據(jù)超額吉布氏自由能與活度系數(shù)的關(guān)系，和結(jié)合模型方程計(jì)算混合溶液的活度系數(shù)；同時(shí)掌握相平衡理論在不同條件下的方程表達(dá)式及其應(yīng)用，和超臨界流體在分離中的應(yīng)用功能。

三、 化工熱力學(xué)方面的多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)是指教師在教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，以此通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，合理選擇和運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)媒體，并與傳統(tǒng)教學(xué)手段有機(jī)組合，共同參與教學(xué)全過(guò)程，以多種媒體信息作用于學(xué)生，形成合理的教學(xué)過(guò)程結(jié)構(gòu)，達(dá)到最優(yōu)化的教學(xué)效果。而化工熱力學(xué)抽象、難懂，而且學(xué)習(xí)也很枯燥，很多學(xué)生很厭惡學(xué)習(xí)，學(xué)校教師也感到很頭疼，不論教師在講臺(tái)上怎樣的手舞足蹈，怎樣的賣力講價(jià)，往往也收不到很大的效果。學(xué)校應(yīng)改變現(xiàn)有的教學(xué)手段，引進(jìn)多媒體教學(xué)，把這種高科技的東西應(yīng)用到學(xué)生的學(xué)習(xí)中去，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率能夠事半功倍。因?yàn)槎嗝襟w是將計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、錄音機(jī)和游戲機(jī)等技術(shù)融為一體的一種技術(shù)，能夠接收外部圖像、聲音、錄像及各種媒體信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)加工處理后以圖片、文字、聲音、動(dòng)畫等多種方式輸出，實(shí)現(xiàn)輸入輸出方式的多元化，改變了計(jì)算機(jī)只能輸入輸出文字、數(shù)據(jù)的局限。這樣形象、生動(dòng)、直觀的教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中就會(huì)感到一種有如身臨其境的感覺(jué)。從而加深學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解，并大大增加了課堂信息量，和教學(xué)效率。如教師在講解化工熱力學(xué)中混合物汽液相平衡計(jì)算和狀態(tài)方程法計(jì)算組成、溫度以及壓力時(shí)，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師要在講臺(tái)上花很多功夫，而且是非常復(fù)雜而且容易出錯(cuò)，迭代步驟繁多，計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力，最終收到的效果還很差。假設(shè)利于用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，教師就可以形象生動(dòng)地展示計(jì)算框圖，在程序中采用循環(huán)語(yǔ)句，而其中的變動(dòng)，重復(fù)演示等方面，也只需要輸入初始的條件，變能很快的得到一種結(jié)果。使學(xué)生也更能容易接受知識(shí)。同時(shí)也免除教師上課時(shí)寫板書的勞累。所以開(kāi)展多媒體教學(xué)是很有必要的一件事情。

第8篇：工程熱力學(xué)概念范文

【關(guān)鍵詞】準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程可逆過(guò)程

【中圖分類號(hào)】O414.1【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1006-9682(2009)12-0069-02

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程是熱力學(xué)中的兩個(gè)很重要的概念。目前國(guó)內(nèi)很多教材對(duì)這兩個(gè)概念并不加以明顯的區(qū)分,很多文獻(xiàn)直接冠以準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功、熱量的說(shuō)法。對(duì)這兩個(gè)熱力學(xué)過(guò)程,筆者有一些自己的看法,在這里和同行們進(jìn)行共同的探討。

一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的定義

就熱力系本身而言,熱力學(xué)僅對(duì)平衡狀態(tài)進(jìn)行描述,“平衡”就意味著宏觀是靜止的;而要實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換,熱力系又必須通過(guò)狀態(tài)的變化即過(guò)程來(lái)完成,“過(guò)程”就意味著變化,意味著平衡被破壞?！捌胶狻焙汀斑^(guò)程”這兩個(gè)矛盾的概念怎樣統(tǒng)一起來(lái)呢?這就需要引入準(zhǔn)平衡過(guò)程。[1]

《中國(guó)大百科全書》(物理卷)中這樣定義準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程:[2]準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是“熱力學(xué)系統(tǒng)在變化時(shí)經(jīng)歷的一種理想過(guò)程,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的每一個(gè)中間狀態(tài)都處于平衡態(tài)”?；蛘呖梢愿鞔_的定義:熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),經(jīng)歷的每一中間狀態(tài)都無(wú)窮接近于平衡態(tài)的熱力過(guò)程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

盡管實(shí)際的熱力過(guò)程都是在有限的溫差和壓差下進(jìn)行的,都是不平衡過(guò)程。但如果和弛豫時(shí)間相比,熱力過(guò)程進(jìn)行的足夠緩慢的話,那么系統(tǒng)在實(shí)際過(guò)程中所經(jīng)歷的狀態(tài)都十分接近于平衡態(tài),以至我們可用無(wú)窮多個(gè)勢(shì)差為無(wú)窮小,前后相繼的平衡態(tài)來(lái)描述系統(tǒng)實(shí)際經(jīng)過(guò)的熱力過(guò)程。顯然,這是一種理想化了的過(guò)程,但是這種與實(shí)際偏離、被理想化了的方法,為經(jīng)典熱力學(xué)描述系統(tǒng)經(jīng)歷的實(shí)際變化過(guò)程提供了可能,使得狀態(tài)變化能夠在熱力性質(zhì)圖上用熱力過(guò)程曲線來(lái)描述。因此,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是經(jīng)典熱力中一類極為重要的過(guò)程。[3]

二、可逆過(guò)程的定義

可逆過(guò)程是熱力學(xué)中從另一個(gè)角度定義的一類理想過(guò)程?！吨袊?guó)大百科全書》(物理卷)對(duì)其這樣定義:“一個(gè)系統(tǒng)由某個(gè)狀態(tài)出發(fā)經(jīng)過(guò)某一過(guò)程達(dá)到另一狀態(tài),如果存在另一過(guò)程,能使系統(tǒng)回到原來(lái)的狀態(tài),同時(shí)消除了原來(lái)的過(guò)程對(duì)外界所引起的一切影響,則原來(lái)的過(guò)程就稱為可逆過(guò)程”。

上述定義實(shí)際上包含了兩方面的意義。因?yàn)槎x中的初態(tài)和終態(tài)是任意的,所以定義的第一個(gè)意義是系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)可逆過(guò)程后,可以嚴(yán)格地按照原來(lái)的途徑返回到最初的狀態(tài),因此可逆過(guò)程必然是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。該定義的另外一個(gè)意義是,可逆過(guò)程中不存在任何的耗散損失,因此,在按其反過(guò)程返回初態(tài)后,沒(méi)有給外界留下任何的痕跡。

引入可逆過(guò)程這個(gè)概念后,系統(tǒng)與外界功量和熱量的交換能用系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)計(jì)算,而無(wú)需考慮不知道情況的外界參數(shù),從而使問(wèn)題簡(jiǎn)化,而只需要把注意力放在系統(tǒng),即系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)及狀態(tài)的變化描述上,這正是可逆過(guò)程的突出優(yōu)點(diǎn);可逆過(guò)程進(jìn)行的結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失,因而可逆過(guò)程可以作為實(shí)際過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換效果比較的標(biāo)準(zhǔn)和極限;實(shí)際過(guò)程或多或少地存在著各種不可逆因素,所以實(shí)際過(guò)程都是不可逆的,為簡(jiǎn)便起見(jiàn)常把實(shí)際過(guò)程當(dāng)作可逆過(guò)程進(jìn)行分析計(jì)算,然后再用一些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)加以修正,這是可逆過(guò)程引入的實(shí)際意義所在。

三、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程聯(lián)系和區(qū)別

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程既有區(qū)別又有聯(lián)系,這要從兩者的實(shí)現(xiàn)條件談起。我們說(shuō),準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中,物系要隨時(shí)具有力、熱和化學(xué)的平衡,即處于完全平衡中,這樣才能保證準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。而可逆過(guò)程的實(shí)現(xiàn)則要求過(guò)程沒(méi)有任何不可逆損失。不可逆損失可分為非平衡損失和耗散損失兩大類,非平衡損失是由物系的非平衡態(tài)所引起的,其中包括力、熱的和化學(xué)的不平衡損失。從這里可以看出,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程沒(méi)有不平衡損失。而耗散損失是因?yàn)闄C(jī)械摩擦阻力、流體粘性阻力以及電阻、磁阻等的作用產(chǎn)生的不可逆損失。對(duì)于不涉及電磁等其它現(xiàn)象的熱功轉(zhuǎn)換而言,最重要的不可逆損失是物系做宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的粘性摩擦生熱。就熱力學(xué)而言,耗散損失是一種和物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的不可逆損失。有無(wú)非平衡損失取決于系統(tǒng)的狀態(tài)是否平衡,而有無(wú)耗散損失,損失的大小則視物性而定。

綜上所述,如既無(wú)非平衡損失又無(wú)耗散損失,過(guò)程就是可逆的。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程沒(méi)有非平衡損失,因此是實(shí)現(xiàn)可逆過(guò)程的前提條件,但準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程并不一定就是可逆過(guò)程。比如化學(xué)純氣體在噴管內(nèi)做絕熱穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),垂直于流動(dòng)方向的各截面上氣體的壓力和溫度均勻一致,過(guò)程中氣體狀態(tài)隨時(shí)處于平衡,此時(shí)流動(dòng)是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,不會(huì)有非平衡損失出現(xiàn)。但同一截面上氣體的流速并不相等,流束中心的流速大于臨近管壁處的流速,因而會(huì)有流體的宏觀相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于流體的粘性作用,將使氣體的宏觀動(dòng)能一部分轉(zhuǎn)化為熱能而產(chǎn)生粘性摩擦生熱的損失。這時(shí)這個(gè)流動(dòng)過(guò)程是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,而不是可逆過(guò)程。反過(guò)來(lái)說(shuō),可逆過(guò)程則一定是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程的區(qū)別還在于,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的引入只是為了對(duì)系統(tǒng)的熱力過(guò)程進(jìn)行描述,并沒(méi)有涉及到系統(tǒng)與外界功量和熱量的交換。也就是說(shuō),盡管所有準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程都可以在熱力圖上表示出來(lái),但準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程在p-v上過(guò)程曲線下的面積∫pdv并不代表功,把它稱之為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功是沒(méi)有意義的。[4]那么,可以從理想氣體的兩種絕熱膨脹過(guò)程進(jìn)行分析。一是理想氣體經(jīng)過(guò)絕熱的準(zhǔn)靜態(tài)的膨脹,但存在耗散損失;另外一種是理想氣體經(jīng)過(guò)絕熱可逆膨脹。在這兩個(gè)過(guò)程中,理想氣體初態(tài)相同,在前一個(gè)過(guò)程中因?yàn)榇嬖诤纳?因此將有部分的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為理想氣體的內(nèi)能,因此其終態(tài)溫度要高于第二種情況,表現(xiàn)在圖上則如圖1所示,2′點(diǎn)的溫度要高于2點(diǎn)的溫度。如果準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程曲線下面的面積代表功的話,在這樣的情況下,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功要大于可逆過(guò)程的功(圖1中12′3′′31的面積大于123′31的面積),我們說(shuō),這是不符合熱力學(xué)的規(guī)律的,因此,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程曲線下面的面積∫pdv并不恒代表功,只有可逆過(guò)程曲線下面的面積∫pdv才代表功。這是因?yàn)闇?zhǔn)靜態(tài)概念的提出側(cè)重于描述過(guò)程,并沒(méi)有涉及功熱轉(zhuǎn)換,而可逆過(guò)程用于分析外部條件對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響。

圖1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程絕熱過(guò)程線

四、結(jié)束語(yǔ)

準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程是經(jīng)典熱力中兩個(gè)重要的概念,搞清楚兩者之間的真正關(guān)系,不僅有助于對(duì)熱力中兩個(gè)基本概念的準(zhǔn)確理解,澄清涉及這兩個(gè)概念的一些不正確的習(xí)慣觀點(diǎn),而且能明確揭示不平衡自發(fā)趨于平衡現(xiàn)象與熵增現(xiàn)象之間的必然聯(lián)系,對(duì)我們用熱力學(xué)理論解決實(shí)際問(wèn)題有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

1 蘇長(zhǎng)蓀.高等工程熱力學(xué)[M].高等教育出版社,1996:32

2 楊本洛.經(jīng)典熱力學(xué)中若干基本概念的探討[M].科學(xué)出版社,1996:104～105

第9篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：過(guò)程裝備與控制工程；力學(xué)課程；內(nèi)容優(yōu)化；教學(xué)方法

作者簡(jiǎn)介：孫銅生（1981-），男，安徽天長(zhǎng)人，安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，副教授。（安徽 蕪湖 241000）

基金項(xiàng)目：本文系安徽工程大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究與探索”（項(xiàng)目編號(hào)：2011xjy32）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2014）14-0110-02

我國(guó)的過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)始建于20世紀(jì)50年代，前身為化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)，由于其應(yīng)用于加工制造流程性材料產(chǎn)品即過(guò)程工業(yè)中，且隨著自動(dòng)控制技術(shù)在化工機(jī)械中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，1998年經(jīng)過(guò)教育部批準(zhǔn)更名為過(guò)程裝備與控制工程。該專業(yè)目標(biāo)是培養(yǎng)從事過(guò)程裝備與控制工程領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)、安裝、檢修與科研的應(yīng)用型高級(jí)專門人才，專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)主干課主要有：理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、電工技術(shù)、電子技術(shù)、工程流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、化工原理、流體機(jī)械、化工設(shè)備設(shè)計(jì)、化工容器設(shè)計(jì)、過(guò)程裝備控制技術(shù)、過(guò)程裝備制造與檢測(cè)、控制工程基礎(chǔ)等，可見(jiàn)力學(xué)類課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中起著重要的作用。

一、力學(xué)課程在過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)中的地位

過(guò)程裝備根據(jù)制造方法不同可分為兩類：一類以焊接為主要的制造手段，如塔器、換熱器、鍋爐等，稱為過(guò)程設(shè)備；另一類以機(jī)械加工為主要的制造手段，如壓縮機(jī)、離心機(jī)、泵等，稱為過(guò)程機(jī)器。[1]過(guò)程設(shè)備一般都承受高溫、高壓，承壓部件的設(shè)計(jì)與制造是過(guò)程設(shè)備的關(guān)鍵問(wèn)題，故過(guò)程設(shè)備又是壓力容器，壓力容器又分為低壓容器（0.1MPa≤p＜1.6MPa）、中壓容器（1.6MPa≤p＜10MPa）、高壓容器（10MPa≤p＜100MPa）、超高壓容器（p≥100MPa）。為了過(guò)程裝備能夠正常工作，需要其具有一定強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，如果裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或選材不當(dāng)，就不能保證裝備的正常及安全運(yùn)行，同時(shí)還要滿足經(jīng)濟(jì)性要求，這就對(duì)理論力學(xué)及材料力學(xué)提出了更高的要求。過(guò)程裝備中既有以流體能量為原動(dòng)力的動(dòng)力機(jī)械如蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等，又有以流體作為工作介質(zhì)的工作機(jī)械比如泵、各種塔器、換熱器、壓縮機(jī)等，這些過(guò)程裝備都是以流體靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的，故工程流體力學(xué)對(duì)過(guò)程裝備的設(shè)計(jì)尤為重要。過(guò)程裝備的主要目的是為了獲得產(chǎn)品，從原材料到產(chǎn)品要經(jīng)歷一系列物理的或化學(xué)的反應(yīng)，這些反應(yīng)伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，特別是熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，而工程熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容就是能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律、提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑及能源利用的經(jīng)濟(jì)性，故工程熱力學(xué)是過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)性課程。可見(jiàn)，力學(xué)類課程可為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和從事本專業(yè)的科研、生產(chǎn)工作奠定必備的理論基礎(chǔ)。

二、力學(xué)課程教學(xué)問(wèn)題及內(nèi)容優(yōu)化

1.課程存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)開(kāi)設(shè)過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)的部分院校走訪及對(duì)各力學(xué)教材的分析，發(fā)現(xiàn)目前專業(yè)力學(xué)課程存在的主要問(wèn)題有：

（1）基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的銜接不好。比如在工程流體力學(xué)里講述了流體動(dòng)力學(xué)方程式及管中流動(dòng)等，而在流體機(jī)械中這些基礎(chǔ)知識(shí)重復(fù)出現(xiàn)；工程熱力學(xué)中的壓氣機(jī)熱力過(guò)程及制冷循環(huán)在流體機(jī)械中也有重復(fù)；理論力學(xué)中的摩擦在機(jī)械設(shè)計(jì)中也有相關(guān)內(nèi)容，材料力學(xué)中的平板彎曲分析理論與過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)中有關(guān)內(nèi)容重復(fù)等；工程流體力學(xué)中的流體靜力學(xué)基本方程式、流體在管中流體的連續(xù)方程式和能量方程式、流體粘性和牛頓定律、層流及湍流、流體流動(dòng)的沿程阻力及局部阻力等內(nèi)容均在化工原理中出現(xiàn)。

（2）力學(xué)課程之間也存在內(nèi)容交叉。比如工程流體力學(xué)和工程熱力學(xué)中都有關(guān)于氣體和蒸汽的流動(dòng)、定熵和絕熱氣流的基本方程式的章節(jié)，工程流體力學(xué)中的流體狀態(tài)參數(shù)和工程熱力學(xué)的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)內(nèi)容重復(fù)；理論力學(xué)中的動(dòng)量矩定理在工程流體力學(xué)中重復(fù)出現(xiàn)。

綜上可見(jiàn)，目前力學(xué)基礎(chǔ)課停留于教學(xué)計(jì)劃中的自身建設(shè)，課程規(guī)劃缺乏有機(jī)協(xié)調(diào)，課程結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化，避免重復(fù)建設(shè)和教學(xué)資源的浪費(fèi)。

2.課程內(nèi)容優(yōu)化

由于理論力學(xué)是學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基礎(chǔ)，可將將理論力學(xué)和材料力學(xué)合并為工程力學(xué)，工程流體力學(xué)及工程熱力學(xué)單獨(dú)開(kāi)設(shè)，將專業(yè)課中所需要的理論知識(shí)全部歸并到力學(xué)課程中進(jìn)行講解，力學(xué)課程中的交叉內(nèi)容按照先上課程先安排的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化后的主要教學(xué)內(nèi)容有：

（1）工程力學(xué)。[2]平面匯交力系；平面力偶系；平面一般力系；空間力系；點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)及合成運(yùn)動(dòng)；鋼體的基本運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程；剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的微分方程；質(zhì)點(diǎn)及質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理；剛體的慣性力系；動(dòng)量定理與動(dòng)量矩定理；虛位移法；軸向拉伸與壓縮；剪切的計(jì)算；圓軸的扭轉(zhuǎn)；梁的彎曲內(nèi)力、彎曲應(yīng)力及彎曲變形的計(jì)算；第一、二、三、四強(qiáng)度理論；組合變形及強(qiáng)度計(jì)算；壓桿穩(wěn)定性計(jì)算。

（2）工程流體力學(xué)。[3]流體的基本參數(shù)及粘性；流體平衡的微分方程式；重力場(chǎng)中的流體平衡及流體的相對(duì)平衡；流體靜壓強(qiáng)的計(jì)算與測(cè)量；流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)方程式；流體運(yùn)動(dòng)的微分方程式；伯努利方程式；層流及湍流；管路的沿程阻力及局部阻力計(jì)算；薄壁孔出口流；厚壁孔出口流；平面縫隙流體；環(huán)形縫隙流動(dòng)。

（3）工程熱力學(xué)。[4]熱力系統(tǒng)與熱力學(xué)狀態(tài)；功和熱的概念；熱力學(xué)第一定律；開(kāi)口和閉口系統(tǒng)能量方程式；氣體和蒸汽的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵；氣體和蒸汽的基本熱力過(guò)程；熱力學(xué)第二定律；卡諾循環(huán)與卡諾定理；孤立系統(tǒng)熵增原理；壓氣機(jī)的熱力過(guò)程；制冷循環(huán)；氣體動(dòng)力循環(huán)；蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)；實(shí)際氣體性質(zhì)及熱力學(xué)表達(dá)式。

三、力學(xué)課程教學(xué)方法探索

1.理解記憶教學(xué)法

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）部分同學(xué)覺(jué)得力學(xué)課程太難，書上隨便哪一頁(yè)都可以看到公式，一本書學(xué)下來(lái)接觸的公式基本上都在幾百個(gè)，便放棄了課程學(xué)習(xí)。

（2）部分同學(xué)認(rèn)為既然力學(xué)就是公式的組合，那么平時(shí)上課不需要聽(tīng)講，考試前把公式背一遍就可以了。其實(shí)這兩種態(tài)度都是不可取的，力學(xué)課的公式雖多，但大多數(shù)公式都是基于一些基本的定理推導(dǎo)來(lái)的，只要理解這些定理的實(shí)質(zhì)就能靈活應(yīng)用，大多數(shù)的公式都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的推理得來(lái)，所以在教學(xué)中要特別注意基本定理的講解。比如工程熱力學(xué)課程內(nèi)容基本是建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行熱力學(xué)第一定律講解時(shí)，首先應(yīng)從能量守恒原理講起，能量不生不滅，熱力系統(tǒng)存儲(chǔ)能量的增量等于進(jìn)入系統(tǒng)能量與離開(kāi)系統(tǒng)能量的差值，而熱力系統(tǒng)又分為開(kāi)口系統(tǒng)和閉口系統(tǒng)，因此第一定律表達(dá)式有兩種形式，難點(diǎn)在于開(kāi)口系統(tǒng)表達(dá)式的推導(dǎo)，只要逐次分析進(jìn)入系統(tǒng)的能量的組成、離開(kāi)系統(tǒng)的能量組成及系統(tǒng)儲(chǔ)存能量組成并用表達(dá)式表示，那么開(kāi)口系統(tǒng)能量表達(dá)式就不難理解了。再如，工程力學(xué)中講解如何提高梁抗彎能力的措施時(shí)，結(jié)合梁彎曲時(shí)的正應(yīng)力強(qiáng)度條件。因此，不難理解如下措施：第一，選用合理的截面：由正應(yīng)力強(qiáng)度條件可知，梁的抗彎能力還取決于抗彎截面系數(shù)。而材料的重量又取決于梁的截面積，因此可把抗彎截面系數(shù)除梁截面積作為一個(gè)衡量指標(biāo)，以達(dá)到既提高強(qiáng)度，又節(jié)省材料的目的。第二，采用變截面梁：從正應(yīng)力強(qiáng)度條件可以看出，橫力彎曲時(shí)，梁的彎矩是隨截面位置而變化的，位置不同彎矩的大小不同，在某個(gè)截面處彎矩最大，若設(shè)計(jì)成等截面的梁，只有最大彎矩所在截面處正應(yīng)力達(dá)到許用應(yīng)力值，材料強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。為了減少材料消耗、減輕重量，可把梁制成截面隨截面位置變化的變截面梁。第三，適當(dāng)布置載荷和支座位置：從正應(yīng)力強(qiáng)度條件可以看出，在抗彎截面模量不變的情況下，最大彎矩越小，梁的承載能力越高，應(yīng)合理地安排梁的支承及加載方式以降低最大彎矩值。

2.工程實(shí)踐教學(xué)法

力學(xué)課程主要任務(wù)在于：通過(guò)對(duì)課程的學(xué)習(xí)，可提高學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)理論水平，培養(yǎng)學(xué)生分析和處理問(wèn)題的抽象能力和邏輯思維能力，為學(xué)生從事過(guò)程裝備本專業(yè)的設(shè)計(jì)工作奠定必備的理論基礎(chǔ)，同時(shí)可訓(xùn)練學(xué)生在實(shí)際工程中的理論聯(lián)系實(shí)際的能力。因此在力學(xué)課程講解過(guò)程中，要注重將力學(xué)知識(shí)和工程實(shí)例結(jié)合起來(lái)進(jìn)行講解。[5，6]一方面可以加深同學(xué)們對(duì)課程的認(rèn)識(shí)，訓(xùn)練并提高從事設(shè)備設(shè)計(jì)工作的實(shí)踐能力；另一方面可激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，從枯燥的公式推理中解脫出來(lái)，提高學(xué)習(xí)效率。例如，在進(jìn)行逆向卡諾循環(huán)講解時(shí)，逆向卡諾循環(huán)又分為制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)，通過(guò)理解記憶教學(xué)法推出制冷系數(shù)和供暖系數(shù)分別為：

（1）

（2）

這里，q1為工質(zhì)向高溫?zé)嵩吹姆艧崃?，q2為工質(zhì)從低溫?zé)嵩吹奈鼰崃?，T1為高溫?zé)嵩礈囟?，T2為低溫?zé)嵩礈囟取＿@四個(gè)參數(shù)在理解時(shí)往往會(huì)混淆，為什么會(huì)從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧幔繛槭裁丛谕粋€(gè)循環(huán)下會(huì)有制冷和供暖兩種效應(yīng)？為什么制冷系數(shù)用從低溫?zé)嵩吹奈鼰崃砍h(huán)凈功而供暖系數(shù)卻用向高溫?zé)嵩吹姆艧崃砍h(huán)凈功呢？這里就可以引入空調(diào)的實(shí)例，夏天時(shí)把模式調(diào)到制冷上，空調(diào)就會(huì)吹出涼風(fēng)，冬天時(shí)把模式調(diào)到供暖時(shí)，空調(diào)就會(huì)吹出暖風(fēng)。夏天，室外比室內(nèi)溫度高，室外就是高溫?zé)嵩矗覂?nèi)是低溫?zé)嵩?，制冷的原因就在于把室?nèi)（低溫?zé)嵩矗┑臒崃颗畔蚴彝猓ǜ邷責(zé)嵩矗?，這就實(shí)現(xiàn)了從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧?，同時(shí)室內(nèi)制冷效果就在于從室內(nèi)吸收的熱量的多少，因此制冷系數(shù)把q2作為分子。冬天，室內(nèi)比室外的溫度高，室外就是低溫?zé)嵩?，室?nèi)是高溫?zé)嵩?，供暖的原因在于把室外（低溫?zé)嵩矗┑臒崃颗畔蛄耸覂?nèi)（低溫?zé)嵩矗?，同樣?shí)現(xiàn)了從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧?，室?nèi)供暖的效果在于從室外吸收的熱量的多少，所以供暖系數(shù)把q1作為分子。

3.知識(shí)串聯(lián)教學(xué)法

過(guò)程裝備的設(shè)計(jì)過(guò)程中往往需要把所學(xué)力學(xué)課程的知識(shí)進(jìn)行綜合，在一門力學(xué)授課課程中不能與其他力學(xué)課程獨(dú)立，要注意將力學(xué)課程知識(shí)進(jìn)行銜接，使同學(xué)們對(duì)力學(xué)課程形成一個(gè)整體思維，以便在今后能靈活應(yīng)用并有機(jī)結(jié)合力學(xué)基本原理來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題。

例如，在工程流體力學(xué)中講解流體靜壓強(qiáng)的方向性時(shí)，可將其與工程力學(xué)中的空間匯交力系知識(shí)進(jìn)行串聯(lián)，先分別把作用在微元四面體上的力向三個(gè)坐標(biāo)方向進(jìn)行投影，寫出表面力方程為：

（3）

而微元體上的質(zhì)量力為：

（4）

再根據(jù)空間匯交力系的平衡方程，表面力和質(zhì)量力的合力在三個(gè)坐標(biāo)方向的投影都為零，從而可得出在三個(gè)坐標(biāo)方向的壓強(qiáng)相等，也即流體靜壓強(qiáng)無(wú)方向性的結(jié)論。

四、結(jié)束語(yǔ)

力學(xué)課程在過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)建設(shè)中要引起足夠重視，教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化可避免重復(fù)教學(xué)，使學(xué)生在有限的課堂中能學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識(shí)，在教學(xué)過(guò)程中要不斷探索教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，營(yíng)造良好的教學(xué)氣氛，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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