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熱能與動力工程所研究的內容主要是指熱能與動力之間的合理轉化。在實際應用的過程中,可以依賴于多種不同的方式,實現熱能動力或熱能電能的合理轉換,以促進能源的高效率利用,發揮其在提升經濟效應水平方面的重要價值。結合實踐經驗來看,熱能與動力工程的應用在解決能源利用問題方面有著非常重要的價值,直接關系到電力企業的經濟效益水平。當前實踐中,熱能與動力工程涉及多個學科,且各個學科相互關系非常復雜與系統,后期應用中還可以支持電能與機械能的相互轉換,為社會經濟的高速發展奠定了非常良好的基礎。從專業構成的角度來說,熱能與動力工程的研究內容可以劃分為以下幾個專業模塊:第一是建立在熱能轉換與利用基礎上的熱能動力及其控制工程(包括新能源的開發、能源環境利用工程在內);第二是建立在內燃機及其驅動系統基礎之上的熱力發電機及汽車工程;第三是建立在電能轉化為機械功基礎上的流體機械與制冷低溫工程;第四是建立在機械功轉化為電能基礎上的火力火電與水利水電動力工程。
2.熱能與動力工程對經濟環境的影響
1)從經濟角度來說,熱能與動力工程在我國的經濟發展體系中有著非常普遍的應用,涉及多個相關的行業與領域。包括電力、鋼鐵、金屬、石油,以及建筑在內的多個行業領域在自身發展過程中均對熱能有著相當大的需求。當前已形成的風力發電技術以及動力發電技術能夠通過一定的技術手段,將動力能轉化為電力,從而為電力事業的發展提供源源不斷的動力支持,為社會大眾創造更加良好的生活環境。結合我國的實際情況來看,電能是整個經濟發展體系中的基礎與支柱,熱能與動力工程的應用勢必會為電能的發展營造一個更加良好的環境氛圍,以促進社會經濟的良性發展。當然,在這一過程中,新能源的有效利用是實現社會健康可持續性發展的主要動力,因此必須充分結合社會發展的現狀,最大限度地利用并促進新能源的開發,以創造出更加豐富的社會經濟價值。2)從環境角度來說,結合我國各個行業領域對能源的利用現狀,發電功能的實現主要是通過煤炭或石油等常規能源來實現。然而,傳統意義上的生產方式無法控制污染物的排放。在此類常規能源轉化為電能的過程中,勢必會排出大量的有毒有害物質,所產生的物質不但會造成環境污染,同時也會對大眾的健康造成危害。為了促進經濟水平的高速發展,很多時候會忽略環境保護的重要性,最終對整個生態環境造成非常不良的影響,當然也給人們的生活帶來了很大的不變。而在電力生產中通過對熱能與動力工程的應用,能夠很好地緩解生產中存在的困境,通過對各類清潔能源的綜合應用,減少生產過程中排放的污染物質,減輕環境污染,不但符合社會發展需求,還能夠為社會大眾提供優良的生活環境,促進社會和諧可持續發展。
3.熱能與動力工程的創新應用
3.1熱能與動力工程在鍋爐及熱電廠中的應用現狀
1)熱能與動力工程得益于科學技術的不斷進步以及信息技術的應用使得其能夠被應用在鍋爐中。鍋爐是由外殼以及鍋爐使用過程中的電器控制系統組成,鍋爐在使用過程中主要是燃燒的過程,鑒于燃燒使得鍋爐產生極大的熱能,在爐底安裝控制器就是為了能夠隨時監控鍋爐的運行情況,這也是保護鍋爐安全的重要手段之一。在鍋爐實際運行過程中,其自身就會形成一個自我保護系統,它會將一定的機械熱能轉化為其他能量以達到保護自身的目的,但是,意外在所難免,往往或因為這部分轉化的能量而燒壞鍋爐,因此,必須要對鍋爐的運行進行智能化的管理與控制,從而能夠有效地使鍋爐的運行精密度得到提高。2)熱能與動力工程的應用主要表現在兩個方面:第一,在節流調節中改變工作狀況可能會造成不小的節流損失,但在溫度恒定的條件下,截流調節的負載適應性明顯高于噴管調節,因此節流調節多適用于容量較小的機組;第二,噴管調節是在滿足負荷適應性的基礎上,為了能夠提高汽輪機的工作效率,達到平衡各種不同汽輪機的調節以及變化。
3.2熱能與動力工程在鍋爐與熱電廠中的技術創新
1)在熱能與動力工程研究領域中,如何實現對鍋爐在燃燒過程中熱能的轉化工作是非常重要的問題之一。在本領域技術創新的發展過程中,鍋爐的作業方式轉變為了智能式,可促進鍋爐穩定性以及安全性的提升。同時,考慮到燃燒期間的空氣、燃料與鍋爐溫度之間有非常密切的關系,因此可以通過對預設值的綜合比較實現對鍋爐性能的合理檢測。同時,工作人員也可以通過開展模擬實驗的方式,準確地評估鍋爐內部的氣體流動情況,預先設置模擬數值,評估不同速度下所形成的矢量圖,以此為邊界層分離關系的研究提供參考依據。2)在熱能與動力工程的研究領域中,可以通過合理利用重熱現象的方式,根據熱電廠的實際運行情況,科學確定重熱系數,以達到減少能量損失的目的。與此同時,從調頻角度上來說,相較于一次調頻模式而言,二次調頻的精確性更高。在電網頻率保持恒定的條件下,可以通過智能調節的方式對二次調頻預先設置對應的方程式,以實現對機組的重分配與組合,滿足控制功能的要求。
4.結語
1.熱能與動力工程存在的問題分析
早在商周時期,我們國家就已經開始了工業爐的生產工作,那時主要是通過加熱來提煉銅器。鑄鐵工藝最早出現于春秋戰國時期。與此同時熔煉鑄鐵相關高爐出現于十八世紀九十年代,且馬丁于十九世紀六十年代有機改造同氣體燃料相關的那些加熱平爐。此時的熱能項目在鍋爐中應用中獲取了一些成績,不過還是有不利點。熱能與動力工程中工業爐的應用發展分析對于工業生產來講,工業爐的地位非常關鍵。在早些時候,工業爐一般是經由燃燒材料的方法來提供熱能。在這種過程中,人們發現此種方法雖然能夠帶來熱能,但是也會對我們的環境產生非常惡劣的影響。隨著技術的不斷發展,人們發現可以通過工業爐來實現電和熱的有效轉化。目前熱能相關的研究工作在不斷開展,而且鍋爐的管理能力也得到了很大的提升,目前已經可以使用電腦控制鍋爐,這就在無形中將能量的利用率顯著的提升了。當前鍋爐有兩大類型,分別是推鋼型的和步進型。這兩者的差別是它們的輸送材料方法不一樣。
2.熱能項目中風機面對的問題
鍋爐設計風機的目的是為了壓縮并且運輸氣體,也就是說把機械能合理的變化為動能。當設備運行的時候,風機能夠將有關的氣體運輸到特定的設備中,它的功效比較顯著。最近幾年,我們國家的經濟和社會獲取了非常顯著的成就,人們對于能源也更為需求,有關能源生產單位若想在激烈的競爭中獲取發展,實現效益最大化,就應該切實的提升鍋爐的工作總量。正是因為不斷的增加其活動量導致風機因為長久的運轉而發生破損,一旦破壞就會影響到設備的正常運行。所以必須變換風機的工作模式。除此之外我們還需要注意一個事項,葉輪本身結構非常復雜,在其測量溫度的時候外在要素會對它的工作產生一定干擾。對于這個問題當前還沒有合理的解決方法。雖然如此,然而值得一提的是為采取熱能與動力工程已研發出的相關軟件可從多種方向對風機葉片燃燒的速度進行有效測定,且可對數值進行二維模型的模擬,通過此創建來對網格進行有效劃分,之后采取求解器對網格輸出、所需結果進行有效求取,最終獲取較為準確的一些模擬結果。
二、熱能與動力工程的廣泛運用了所取得的科技創新
1.燃燒控制
對于設備的燃燒控制來講,其中非常重要的一個部分是怎樣調節能量。我們國家的設備大多數使用的是人力模式,通過手工將燃料放到爐中,這樣能夠保證運轉穩定,不過非常的耗費人力。最近幾年大部分的單位都開始使用自動化模式。當前的燃燒方式有以下類型:第一是持續控制體系,它是由控制器和有關分析部件組合得到的,利用熱電來測定數值,進而使用電腦分析存在的偏差數值,只有這種方法可以確保結果是精確的,進而對設備燃燒合理控制。通過不斷的實踐我們發現上述這種設備在開工時存在一定的偏差,所以需要進行合理的研究以此來保證數值的精確性。交叉式燃燒控制系統。鍋爐由燃燒的控制器、燒嘴、流量閥、熱電偶等相關部分構成,其對所需測量的溫度進行轉換是經過溫度進行計算測量,分析設備能否和設定好的數值保持一致,進而起到控制燃燒的意義。這種燃燒方法的優點非常多,不但能夠節省零件,還能夠更為精準的控制溫度,所以在當前的工業生產中被大范圍的應用。
2.仿真類鍋爐風機的翼型
關鍵詞:熱電廠;動力工程;變工況;重熱現象
在電廠中,首先將熱能轉為動能,后利用汽輪發電機設備后,其中一部分轉為電能,另一部分則通過汽輪機轉出,這一系統中,產生蒸汽的熱損耗及焓降,并對電廠的熱能消耗降低有所幫助,同時可以提高操作技能。這個過程,是電廠熱能與電廠動力工程的主要工作原理。
一、重熱現象中存在的問題
重熱現象:前級的損失被下級有效利用,使下級理想焓降在相同壓差下比在前級無損失時的理想焓降有較大的增加,這樣產生的想象被叫做多級汽輪機的重熱現象。
1.一次調頻中存在的問題
一次調頻:意思是并網運行機組,遭遇外界負荷發生變化而引起電網的頻率變動,并網各機組中的調速系統會根據各自不同的靜態特性,啟東自動增減負荷,維持電網周波,這一完整過程便是一次調頻。
汽輪機發生變工況時各級焓降發生的變化(最末級、調節級中間級):調節級是指在第一閥全開時,工況的流量增加時壓會增大,調節級將比焓降減小,相反的,流量減小時會比焓降增大,而在第一閥進行全開第二閥沒有開時,調節級相對焓降可達到最大的中間級,在出現工況變動的時候,各中間級壓力比不變,各中間級比焓降亦不會變。最未級的流量增加,壓比相對減小,未級相對焓降增加,反之噴管調節特點以及適用場合:
(1)各調節閥允許通過最大的流量不一定是相等的;
(2)有的調節級,e
(3)部分發生負荷時,會比節流調節的效率高;
(4)工況發生變化時,調節級汽室的溫度變化較大,負荷適應性差;
(5)適用于各種類型的汽輪機能平移調節系統靜態特性線的裝置稱為同步器,
主要作用有:單機進行運行時,啟動的過程中間提升機組轉速到額定值;帶負荷運行時可以保證機組在任何穩態負荷下轉速維持在額定值;并列運行時,用同步器可以改變汽輪機的功率,并且可在各機組致之間進行負荷的重新分配,并保持電網頻率基本不變,這個過程叫做二次調頻。
2.節流調節中存在的問題
節流調節特點及節流調節適用場合:①首先無調節級,第一級的全周進汽;②變工況時各級溫度變化比較小,負荷的適應性也比較好;③變工況存在一定的節流損失,經濟性能較差;④適用于較小容量的機組與帶基本負荷大機組級組臨界的壓力就是指當級組中任一級是處于臨界的狀態時級組最高背壓,那么級組所包含的級數也就越多,機組的數值也就越小,也就是臨界壓力比數值越小,弗留格爾公式應用條件:工作級組中的各級數不應小于3~4級;在同一種工況下,通過各級級組的流量是相同的;而在不同工況下,各級組中的通流亞面積同時是保持不變的,屬于恒定公式。弗留格爾公式的實際應用效果:可用來推算不同流量下的各級級前的壓力以求得各級之間的壓差、比焓降。從而可以確定相應功率效率以及零部件之間的受力情況;同時在監視汽輪機通流的部分是否是正常的,基石在已知流量條件下,可以根據運行時各級組前顯示壓力是否符合弗留格爾公式,來進行判斷通流部分面積是否發生改變。
3.調壓調節中存在的問題
調壓調節的特點是:①增加機組運行過程中的可靠性和對負荷的較強適應性;②提高機組在承受部分負荷下的經濟性;③高負荷區域滑壓調節的不經濟性;④適用在單元大機組蒸汽在進行動葉柵中做功后,以余速動能進行離開動葉柵的操作,它是不能在動葉柵中進行轉換為機械功的一部分動能消耗,統稱它為這一級余速損失,工作噴管所占用的弧段的長度和整個圓周長派的比率值表示部分進汽的程度。在部分產生進汽的級中,噴管的分組布置,可進行分為工作弧段與非工作弧段,鼓風的損失發生在非工作弧段。旋轉的動葉片每一個瞬間都會使處于噴管工作弧段或者非工作弧段,尤其在非工作弧段中,動靜軸向間隙中間充滿了停滯而產生的大量蒸汽,所以當動葉片轉到非工作弧段時,會出現像鼓風機一樣,導致這些停滯的蒸汽迅速從葉輪的一側鼓到另一側,這都需要消耗部分的有用功,這部分能量損失稱為鼓風損失。與鼓風損失相反的是,斥汽損失常發生在噴管的工作弧段,剛從非工作弧段轉到工作弧段的動葉柵內充滿了停滯的蒸汽,噴管中流出的蒸汽需要首先排斥并加速這些停滯蒸汽,便要消耗部分動能,稱為斥汽損失。
4.濕氣損失中存在的問題
產生濕汽損失的主要原因:①濕蒸汽在進行膨脹的過程中,一部分蒸汽會凝結成水滴促使做功的蒸汽量大幅度減少;②一些水珠的流速大大低于蒸汽流速,高速汽流便會被低速水珠牽制,消耗大部分部分動能造成損失;③水珠應為撞擊噴管背弧而擾亂主流造成的損失,撞擊動葉背弧阻礙動葉旋轉而消耗葉輪有用功;④濕蒸汽變得過冷現象也是其中一種造成濕汽損失的原因。危害便是:損傷動葉進汽的邊緣,特別葉頂背弧處沖蝕最嚴重。減少濕汽損失的方法:①使用中間再熱循環;②使用去濕裝置;③使用具有吸水縫的空心噴管;④提高抗沖蝕能力。汽輪機運行時,要克服支持軸承和推力軸承的摩擦阻力,還要帶動主油泵、調速器,這都將消耗一部分有用功而造成損失,為機械損失。在軸流式汽輪機中,經常是高壓蒸汽由一端進入,低壓蒸汽由另一端流出,從整齊觀察,蒸汽對汽輪機轉子施加了一個由高壓端指向低壓的軸向力,使汽輪機轉子存在一個向低壓端移動的趨勢,這個力便叫轉子的軸向推力。
二、極組的變工況特性
1.級組中的變工況特性
(1)當變工況的前后級組沒有達臨界狀態時,各級組的流量和級組前后產生壓力平方差的平方根是正比;
(2)當變工況前后級組全部顯示為臨界狀態,就可通過級組中的流量與級前壓力成為正比,同時與級后參數沒有關系。
2.軸向推力變化的規律
(1)新蒸汽溫度相對降低;
(2)汽輪機產生水沖擊時;
(3)負荷突然增大時;
(4)甩負荷時;
(5)葉片結成垢時,軸向推力會全部增大。
三、小結
以上這些在電廠熱能及動力工程中存在的問題,是以在工作中刻苦的鉆研理論知識作為依據,通過數十年的實踐經驗,總結而得到的電廠熱能與動力工程之間關系及其變化情況,能夠熟悉掌握變工況時有可能發生的各種情況,了解這些情況的產生原因,對于在工作中可以正確判斷和處理各種異常情況起到不小的幫助;它可以使技術工人的操作技術更加精湛,同時提高技能;并可以通過了解降低焓降的變化情況從而降低熱的損失知識體系,同時可以使熱能利用率得到顯著的提高。
參考文獻:
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論文關鍵詞:特色專業;熱能與動力工程;能源動力;質量工程
為適應國家經濟、科技、社會發展對高素質人才的需求,引導不同類型高校根據自己辦學定位和發展目標,發揮自身優勢,辦出專業特色,“十一五”期間教育部、財政部將擇優重點建設一批高等學校特色專業,通過優化專業結構,提高人才培養質量,辦出專業水平和特色,為同類型高校相關專業建設和改革起到示范和帶動作用。
華北電力大學熱能與動力工程專業創辦于1958年,原名為電廠熱能專業,歷經五十多年的建設和發展,現已成為本校師資力量最強、就業形勢較好、招生人數較多和學生成才率較高的專業之一,本專業累計畢業生人數已達10616人,在校生人數2647人。尤其最近幾年,在兩大電網公司和五大發電集團共同組成的校理事會的支持和幫助下,學科實力得到了質的飛躍,畢業生就業形勢一直保持在全國各專業的前列。華北電力大學能源與動力工程學院已經成為我國發電領域最重要的人才培養基地,得到了發電行業的充分肯定,在我國發電領域具有重要的影響。
華北電力大學熱能與動力工程專業緊密結合國家經濟和社會發展需求,以培養“厚基礎、重實踐、強能力”的熱動專業技術人才和管理人才為目標,改革人才培養方案,加強課程體系和教材建設,優化師資隊伍,強化實踐教學,具有鮮明的“熱能與動力工程”專業特色和“電力行業”特色,取得了一系列顯著效果。
一、建設思路與改革措施
1.建立并形成熱動專業人才培養調研機制
通過校理事會定期開展能源動力、發電(火電、氣電、風電和核電等)、環保等相關行業的人才需求形勢調研和畢業生就業狀況研討與分析,根據國家的人才需求,制定適應不同專業方向的模塊化、層次化人才培養方案。
2.以本科教學水平評估所形成的規范性課堂教學、實踐教學和教學管理模式為建設起點,加強精品教材的培育和建設
課程教學體現相關領域的最新發展,普遍采用國內外高水平的新版教材,繼續組織編寫高質量的適用教材,形成深入開展教學研究的有效機制。
3.加強師資隊伍建設,改革教師培養和使用機制
有計劃地選派青年教師到企業進行鍛煉,到國內外高水平大學或研究機構做訪問學者或短期合作研究;鼓勵和支持教師參加企業的短期高級技術培訓、生產一線觀摩、調研和相關會議;聘請一定數量的具有企業生產和管理經驗的人員兼職授課,形成學校和企業、學校和國內外大學及研究機構的定期人員交流機制。
4.改革實踐教學,推進人才培養與生產實踐相結合
為了適應我國能源與電力發展對全新實踐型、創新型人才的需求,熱能與動力工程實驗教學中心整合相關實驗室資源,依托電站設備狀態監測與控制教育部重點實驗室為本科生設立的“能動之光”科技創新項目,建成了包含電廠實踐教學模塊、動力工程基礎實驗模塊、熱能動力工程實驗模塊、創新實驗模塊的集知識學習、技能拓展、工程訓練、創新能力培養為一體的實驗教學示范中心。涵蓋專業基礎實驗、專業實驗、綜合實驗、創新實驗,能夠滿足不同專業、不同層次學生的需要,實現理論與實踐、校內與校外的無縫鏈接,體現“厚基礎、重實踐、強能力”的人才培養特色。
二、建設成果
熱能與動力工程專業是一門跨學科、綜合性強、重實踐的學科,著重培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高,德、智、體全面發展的,集現代信息技術與熱能動力工程知識為一體的高級專門技術人才和管理人才,要求學生通過四年的學習不僅要掌握全面的理論知識,而且必須具備較強的實際操作能力,以適應現代能源、電力行業相關領域對高級人才的需求。華北電力大學熱能與動力工程專業以國家能源電力需求為建設導向,從方向凝練、人才培養、教學體系構建、師資建設、教材建設、實驗室建設等方面進行全方位探索和實踐,取得了豐碩的成果。
1.專業建設別具特色,人才培養模式靈活多樣
為適應國家能源電力行業發展的需要,熱能與動力工程專業依托一級學科“動力工程及工程熱物理”博士點,在熱能與動力工程和電廠集控運行方向的基礎上,拓展專業方向,開設燃氣輪機聯合循環、核工程與核技術、制冷與空調工程、新能源等專業方向,覆蓋主要發電形式,具有鮮明的電力特色。通過與國家大型企業合作,采用“訂單+聯合”的培養模式,使專業教育符合社會的發展需求,滿足了國家對社會緊缺的復合型拔尖創新人才和應用人才的需要,進一步提高高等教育教學質量,推進人才培養模式改革。
2.加強基礎、突出能力、注重創新,構建高質量人才培養體系
按照“夯實基礎、突出能力、注重創新、全面發展”的指導思想制定熱能與動力工程專業人才培養方案,既加強培養學生厚重的基礎,又注重培養學生的創新精神和實踐能力。近年來熱能與動力工程及相關專業方向畢業生的一次簽約率超過98%,畢業生因“作風扎實、動手能力強、有較強的創新精神”深得能源電力行業及其他用人單位的廣泛贊譽。
3.優化師資隊伍結構、積極打造優秀教學團隊
高水平教師隊伍是專業建設的有力保障。近年來,熱能與動力工程專業按“博士化、工程化、國際化”要求進行師資隊伍建設,引進急需人才、培養未來人才、用好現有人才,新引進的教師均為名牌高校的博士或博士后,有數名教師在華北電力科學研究院進行為期半年的工程化訓練,有計劃、分年度派教師赴美國、法國、英國、丹麥、日本等能源和電力較發達國家的高?;蜓芯繖C構做訪問學者。目前熱能與動力工程專業教學團隊教師隊伍職稱結構、年齡結構、學位結構合理,2007年被評為北京市優秀教學團隊。
4.以精品課程建設為核心打造課程體系,帶動教材建設
根據熱能與動力工程專業課程建設計劃,以創建精品課程為課程體系建設重點,核心課程全部建成精品課程,同時帶動熱能與動力工程專業的教材建設,有力推動了熱能與動力工程專業的建設水平。到目前為止,已建成1門國家級精品課程、7門省市級精品課程、3門學校精品課程;國家“十一五”規劃教材3門及其他教材12門。
5.建設特色實驗中心,構建分層次、模塊化的實驗教學體系
熱能與動力工程實驗教學中心構建了“專業基礎-專業-綜合-創新”分層次、模塊化的實驗教學體系,進一步豐富了華北電力大學“四模塊”(基礎實驗模塊、校內實踐模塊、仿真實驗模塊、校外實踐模塊)實踐教學體系的內涵。2007年8月熱能與動力實驗教學中心順利通過北京市教委組織的專家組評審,榮獲北京市高等學校實驗教學示范中心稱號。
三、鮮明特色
華北電力大學熱能與動力工程特色專業時刻以國家能源電力需求為建設導向,以其包容并蓄、均衡有道的精神,不斷派生出一批新專業和學科方向,并將繼續不斷強化內涵、擴展外延,滿足國家對能源電力不斷發展的新需求,具有鮮明的專業特色。
1.突出專業特色和行業特色
華北電力大學熱能與動力工程專業以為國家能源與電力工業培養熱動專業技術人才和管理人才為主要目標,專業建設緊密結合國家經濟和社會發展需求,具有鮮明的“熱能與動力工程”專業特色和“電力行業”特色。
2.支撐學校的大電力學科體系
近年來,熱能與動力工程專業針對國家能源結構調整和節能減排工作所形成的新的人才需求,調整和優化了專業方向的設置,從熱能與動力工程專業孵化出來的風能與動力工程、核科學與核技術等專業成為華北電力大學大電力學科體系的重要組成部分,進一步提升學校服務于我國能源電力發展的能力和水平。
3.理論與實踐教學體系完備,特色鮮明
從復合型人才培養角度出發,建立了以能力培養為主線,分層次、多模塊相互銜接的理論與實驗教學體系,課程設置實現了系列化、層次化、模塊化、厚基礎、寬口徑,增加學生學習的選擇性、自主性,體現“重實踐、強能力”的人才培養特色。
4.探索創新人才培養的新模式
積極進行人才培養模式、課程體系、教學內容和教學方法的改革,通過設立“創新人才培養實驗班”,采用校企聯合“訂單式”人才培養模式,為全校本科創新人才培養起到推動和示范作用。
熱能與動力工程專業創新人才培養實驗班從2007年開始試辦,選派優秀博士生導師做班主任,因材施教,2007級實驗班學生在大一第二學期末一次性全部順利通過國家四級英語考試。實踐證明創新人才培養實驗班是成功的。
關鍵詞熱能與動力機械基礎;課堂教學;考核方式
中國分類號:G642.421
基金項目:上海市高職院校085重點學科建設,項目編號:B-5107-11-0001。
“熱能與動力機械基礎”是熱能與動力工程的一門專業必修課,總共40學時。本課程是熱能與動力機械專業本科生的重要技術基礎課,其任務是使學生基本認識和系統了解能源動力工程中主要機械、設備、裝置的組成、結構、工作原理和性能,同時對新能源和可再生能源的利用有所了解,獲得熱能與動力機械方面的技術基礎以及新發展的技術基礎知識,為繼續深入學習專業知識和適應畢業后工作的需要奠定基礎[1]。
上海海洋大學食品學院的熱能與動力工程專業是以制冷與空調工程為基礎、以食品冷凍冷藏為特色的學科。該專業的畢業生有的進入制冷與空調行業進行設備的研發,空調系統的設計和其它相關行業,有的進入食品冷凍冷藏行業進行研究或應用方面的工作。該課程的開設為本科生奠定了熱力機械方面的基礎,學生畢業后無論是向熱能類的專業轉行或者是進一步深造,都具備了一定的基礎。
作者自2008年開始教授本課程,已經有近四年的教學實踐和體會,結合學生學習過程中的接受情況,對本課程的問題有較深的認識。具體而言,針對本校的專業特點和學生的學習情況,主要有以下幾點體會。
一、 教材的選用和教學內容的選擇
《熱能與動力機械基礎》主要內容包括熱能的基礎知識、鍋爐結構及原理、渦輪機及噴氣發動機、熱力發電與核電、內燃機動力系統與裝置、制冷與空調、新能源與可再生能源利用(含太陽能、風能、生物質能、地熱能、水能、氫能與燃料電池)、換熱與蓄熱裝置、熱能與動力系統輔助機械等。
如果單純采用一本教材,則教學內容過于寬泛,每章的內容相對比較獨立,關聯度不大,深度不夠。目前本課程選用王中錚編著的《熱能與動力機械基礎》(機械工業出版社,2008年2月第2版)作為教材,以及蔡兆麟主編的《能源與動力裝置基礎》(中國電力出版社,2004年6月第1版)、翁史烈主編的《熱能與動力工程基礎》(北京:高等理工出版社,2004年第1版)、蔣德明主編的《內燃機原理》(機械工業出版社,1994第1版)作為輔助教材。然而以上教材均存在教學內容上不合理的問題:王中錚版的教材內容過于寬泛,面面俱到,深度上不夠;蔡兆麟版教材內容過于深,不適合我校的熱能專業學生,翁版和蔣版的教材是專門針對內燃機專業的學生所編著,也不適合我們制冷專業。綜合考慮后,選用王中錚編的教材作為教學的主要教材,其它教材作為有機的補充,在需要深入的地方,采用補充講義的方式。
二、 教學活動的組織
1) 多媒體教學與黑板板書相結合
隨著國家對教育經費的投入越來越大,高校的教育條件也逐步在改善。目前,大部分高校已經可以實現多媒體教室的普及化。然而,并不是所有的課程都適合多媒體教學。本課程對于第一章熱能的基礎知識部分和鍋爐的燃燒部分采用以板書為主的講解方法,而對于鍋爐的結構、內燃機的工作原理的演示以及發電系統的講解,則利用多媒體結合FLASH來進行講解。
教學結果表明,原理的部分采用板書,可以讓學生有時間對所講內容進行消化吸收,還可以激發學生思考的積極性。多媒體教學則容易激發學生的學習熱情,讓學生有更直觀的感受,同時,采用多媒體教學時,還應該做黑板上提綱挈領的對說講的主要內容、重點、難點等進行強調,讓學生建立起比較好的全局觀和條理性[2]。
2) 書本理論知識與實物模型相結合
對于比較復雜的設備和系統,即使采用多媒體教學,學生還是很難有實際的體會。而本課程以講授主要設備和系統為主,如果對所學的系統能有機會進行實際操作和觀摩則對于學生的學習和理解具有很大意義。為此,實驗室采購了鍋爐、發電系統、蒸汽輪機等教學模具,在授課過程中,在先講解完理論部分后,會把學生帶到實驗室,一邊演示一邊講授,讓學生獲得更直觀的感受,大大提高和講課效果和效率。學生均能達到一講就透,一操作就明白。
3) 教師課堂講授與學生興趣小組相結合
為了進一步激發學生學習的能動性和參與性,采用教師課堂教授與學生興趣小組結合的方式。本課程講授采用課時內以教師講授為主,課下以學生討論和講解為輔的教學手段。由于學時的限制,課堂上教師對所講課程的主要內容進行講解,課下會組織和鼓勵學生對自己感興趣的內容進一步進行深入和展開。學生可以通過查資料、文獻對自己想了解的內容進一步進行深化,并以PPT的形式在興趣小組內進行報告和討論,教師也參與其中??疾鞂W生的學習情況,并對學生的表現酌情計入平時成績。
實踐表明,學生積極性很高,參與度也很高。
三、 考核方式靈活多樣
課程的考核采用期末閉卷考試和其中PPT和小論文相結合的手段,發揮學生的能動性和課堂上的參與性,給學生選擇的空間,提升其學習的積極性。
期末考核方式打分如下:
結果證明,較單純的閉卷考試考核方式相比較,學生更具有學習的動力和積極性,同時,對所學的內容印象深刻,也培養了學生初步的查閱科技文獻、做報告和寫科研小論文的能力。
參考文獻
關鍵詞:卓越計劃;實踐能力;師資隊伍;人才培養
作者簡介:胡鵬飛(1985-),男,河北邯鄲人,東北電力大學能源與動力工程學院,助教;曹麗華(1973-),女,山東單縣人,東北電力大學能源與動力工程學院,教授。(吉林 吉林 132012)
基金項目:本文系東北電力大學教學改革基金項目“研究性學習在卓越工程師人才培養中的應用”、東北電力大學教學改革基金項目“研究性學習和創新能力培養在《單元機組集控運行》課程中的研究與實踐”、東北電力大學教學改革基金項目“《汽輪機原理》實驗自主學習網絡教學平臺建設”的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)14-0028-02
東北電力大學熱能與動力工程專業已經有60多年的辦學歷史,該專業于2010年入選教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業,2013年入選教育部“本科教學工程”地方高校第一批本科專業綜合改革試點專業。畢業生主要分布在五大發電集團,通過調研用人單位對畢業生就業后發展的反饋,發現東北電力大學熱能動力工程專業的畢業生在電廠工程實踐中存在一些問題,不能很好地適應現場環境,不能解決現場出現的一些簡單問題。這反映出現有的教學體系已經不能滿足電廠工程生產的需要,與教育部“卓越工程師教育培養計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)的要求預期有一定差距。
“卓越計劃”是為貫徹落實黨的十七大提出的走中國特色新型工業化道路、建設創新型國家、建設人力資源強國等戰略部署,貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》實施的高等教育重大計劃?!白吭接媱潯睂Ω叩冉逃嫦蛏鐣枨笈囵B人才、調整人才培養結構、提高人才培養質量、推動教育教學改革、增強畢業生就業能力具有十分重要的示范和引導作用?!白吭接媱潯钡淖谥际桥囵B具有較強工程實踐技能、創新精神的國際化工程技術和管理人才,為國家走新型工業化發展道路和建設創新型國家提供保障。[1,2]東北電力大學熱能與動力工程專業是“卓越計劃”試點專業,結合筆者在該專業任教的經歷對熱能動力工程專業卓越工程師教育培養進行了探討。
一、熱能動力工程專業教學存在的問題
1.師資隊伍存在的問題
電廠熱能動力工程專業卓越工程師培養的關鍵在于擁有一支具有電廠現場經驗的教師。由于學生人數越來越多,師生比例嚴重失衡,很多青年教師沒有進行電廠實踐就開始給學生講授專業課的知識。[3]這樣學生只能從書本上學習到電廠系統和電力生產的流程,從圖片上看到現場的重要設備,所學知識太過書本化、理論化,而對現場設備沒有概念,不知道設備的內部構造和實際作用,甚至到現場都不知道該設備的位置,這樣的畢業生不能勝任電廠工程實際的要求。
由于現在大學對教師的考核重心從教學向科研傾斜,造成現在青年教師的精力也都放在了科研上,本科生的教學質量嚴重下降,目前的師資隊伍已不能滿足“卓越計劃”對教師的要求。
2.學生培養方案存在的問題
目前學生培養方案只是注重書本知識,而對今后工作中起重要作用的工程實踐技能、科研與工程創新及管理能力的培養卻是少之又少,學生只是考試的機器、應試教育的犧牲品。這種只注重傳授學生顯性知識,而對學生隱性知識置之不理的培養方案是不健全的。[4]只有增加實踐能力、創新能力等綜合能力在學生培養方案中所占的比重,才能使學生在學習電力生產理論知識的同時,培養和訓練觀察分析能力、解決工程實際問題的能力,最終使學生既具有良好的素質和專業的基礎知識又能夠解決電廠生產過程中簡單的事故,從而全面提高學生在電力領域的綜合素質。
二、熱能動力工程專業師資隊伍建設
1.提高學校專業教師的工程實踐能力
一方面可以通過加強學校和電廠之間的研究合作,比如工程項目合作、共同完成技術開發、技術服務等,讓青年教師到電廠進行中長期培訓,熟悉電力生產過程、機組的運行方式、了解電廠主要生產設備的結構和電廠運行管理制度,提高學校青年教師的電廠工程實踐能力。
另一方面可以在校內聘請具有豐富電廠生產經驗的老教師,對青年教師進行“一對一”的傳、幫、帶培訓指導。老教師可以帶領青年教師到生產現場進行指導,幫助青年教師盡快成長,提高青年教師的工程實踐能力,使教師隊伍的整體水平有顯著提高。
2.企業教師的聘用
根據“卓越計劃”的需要,可以從電廠聘用技術人員參加本科生的教學。
(1)聘請電廠顧問。聘請電廠技術人員擔任教學顧問。電廠顧問可以和校方共同制定熱能動力工程專業的培養計劃,對學生現場實習進行指導;還可以參與汽輪機、鍋爐、熱力發電廠和單元機組集控運行等專業課的大綱和教材的編寫。
(2)聘請電廠兼職教師。對實踐性和應用性較強的專業課,可以從電廠聘請技術人員作為兼職教師,以現場的實際運行情況為主體給學生授課;也可以聘請相關電廠技術人員進行專題講座,對電廠某一生產環節進行專題授課。
3.制定各項配套政策
制定各項激勵政策,提高教師參與工作實踐能力培訓的熱情。對于去現場進行工程實踐能力培訓的教師給予一定的工程量補貼。對于參與“一對一”傳、幫、帶培訓指導的老教師,當青年教師通過培訓考核后,給予一定的獎勵。
三、熱能動力工程專業學生培養方案改革
1.培養目標
東北電力大學熱能動力工程專業主要學習發電廠生產過程,發電廠主要設備運行和維護。著重培養學生的電廠運行實踐能力、解決電廠突發事故的能力和進行電廠運行節能降耗研究的能力,使學生成為具有一定的觀察分析能力、解決現場實際問題的能力,能夠從事電廠生產過程的設計、生產過程的控制以及生產過程技術改革,并且有較強的工程實踐能力和創新精神的新一代電力行業人才。
2.培養標準
(1)掌握電力生產過程的操作技能,能夠對國內主力機型進行啟停操作,對生產過程中出現的簡單故障能夠進行調試和處理。這樣,學生到今后的工作崗位上就可以很快上手,通過考核。
(2)具有分析和解決現有電力生產過程中問題的能力。由于能源和環境問題已經成為制約我國發展的主要瓶頸,節能減排尤為重要。如果學生能夠對電力生產過程中存在的問題進行分析和解決,就能夠在今后的工作中對現有電力生產提出自己的看法和方案,這對學生的發展是十分有利的。
(3)具備有效的溝通和交流能力,具備一定的外語交流能力,具有強大的人際交流及工程表達能力;具備協調、管理、競爭和合作的能力,領導團隊運行、成長的基本能力;具有良好的社會適應性,自我調整能力強,能快速適應社會環境的復雜變化;具有應對危機與突發事故的基本能力。
(4)具有良好的職業道德,掌握一定的職業健康安全的法律法規、標準知識,以及應遵守的職業道德規范;掌握自我提升身體素質的基本技能。
3.培養標準的實現
(1)校內實踐教學。校內實踐教學由兩個部分構成:一部分是在課內教學統一安排的集中實踐教學;另一部分是學生在課外通過自主性學習與實踐。
課內實踐教學包括以下幾個環節:一是英語聽說訓練,包括聽力理解能力、口語表達能力和交談中使用基本的會話策略,通過此訓練能使學生具備一定的外語交流能力。二是課程設計,包括汽輪機課程設計、鍋爐課程設計、熱力發電廠課程設計和單元機組集控運行課程設計。通過課程設計可以使學生了解電廠最基本的設備和流程,為以后的工作學習奠定基礎。三是畢業設計。通過給學生布置研究性課題,讓學生具有一定的創新能力和科研能力,使學生具備終身學習的能力。四是仿真學習。學習300MW、600MW國內主力機型啟停和故障消除等操作,考核合格后,頒發相應證書。
課外實踐包括以下幾個環節:一是參與科研課題。學生在教師的指導下利用課余時間參與科研課題的研究,驗收時提供相應的報告和論文,通過后給予獎勵。二是能力拓展訓練。學生自主選擇設計能力、表達能力和管理能力等方面的訓練項目,并通過相應考核。三是參加全國大學生創新競賽、大學生節能減排競賽、大學生數學建模競賽等競賽活動。
(2)校外實踐教學。主要是電廠生產實習,學生通過實習教學環節,可以在一定程度上融入電廠生產活動,要求學生帶著問題進現場,使學生在短時間內盡量貼近生產、貼近技術、貼近工藝,激發學生的主觀能動性,使學生變成學習的“主體”。通過校外實習的教學環節,使學生能加深理論知識的理解,提高自身的工程實踐能力,達到“卓越計劃”的培養要求。
四、結束語
卓越工程師培養計劃是我國提出的重大教育改革項目,是進一步完善我國工程教育質量的重要舉措。建設具有工程實踐能力的師資隊伍是卓越工程師計劃順利實施的保證,而健全良好的學生培養方案是卓越工程師計劃的基石。本文針對東北電力大學熱能與動力工程專業在卓越工程師計劃培養中存在的問題,提出了一些改革措施和方案,目的在于把學生培養成符合“卓越計劃”要求的合格畢業生,但學生的工程實踐能力和創新能力的培養是一個循序漸進的過程,需要學校、企業和社會的共同努力才能完成。因此,培養造就一大批創新能力強、適應我國電力工業發展需要的高質量工程技術人才任重而道遠。
參考文獻:
[1]吳江,鄭莆燕,任建興,等.關于熱能與動力工程專業卓越工程師培養的探索與實踐[J].中國電力教育,2011,(24):3-4.
[2]吳江,何平,任建興,等.能源動力卓越計劃學生工程實踐能力評價體系研究[J].中國電力教育,2012,(36):43-44.
關鍵詞:計算機,傳熱學,教學改革
1 引言
21世紀是科技高速發展的時代,新知識、新方法的不斷涌現為高等教學事業的發展提供了良好的手段和機遇?!秱鳠釋W》課程作為建筑環境與設備工程專業和熱能動力工程專業的重要專業基礎課程,它的課程體系和教學內容都相對成熟和固定,即使如此,我們也必須與時俱進,不斷用現代科技手段改進課程教學的各個方面,使得它成為教學手段先進、充滿吸引力的優秀課程。近年來,我們在計算機技術應用于《傳熱學》課程方面進行了探索和實踐,取得了良好的效果。
2充分發揮多媒體教學課件的功能
在當今信息時代,知識更新的周期越來越短,大量的新知識、新思想不斷涌現,為適應這種情況,新的多媒體技術應用于《傳熱學》課堂教學是大勢所趨。因此我們必須將傳統的教育思想轉變為現代教育思想。免費論文參考網。為了培養厚基礎、寬專業、強能力、高綜合素質的人才,必須由傳統的以教師、課堂、書本為中心轉變為以學生學習、個體實踐、信息交流為中心,要實現這一巨大轉變是靠傳統教學模式無法完成,只有采用基于多媒體先進技術的新教學模式、方法和手段才能得以實現。免費論文參考網。
2.1 加大教學信息量,突破教學難點
《傳熱學》課程是建筑環境與設備工程專業和熱能動力工程專業的主要專業基礎課程之一,該課程的教學內容分為導熱、對流和輻射三大模塊,各部分相對獨立,每一部分都有自己的知識體系與核心內容,理論概念較多,計算公式推導復雜、公式數量龐大,這使得教師的講課時間緊張,形成了授課進度快、略去內容多時易造成學生跟不上教師思路,對基本概念、基本方法未很好理解其實質內容,而講課進度慢時又不能完成預定教學任務的矛盾。應用多媒體教學可很好地解決這一問題。
多媒體教學具有信息量大,屏幕投影顯示清晰、圖文并茂、表達方便快捷的特點,我們在教學中充分利用了這一優勢。例如對于非穩態導熱中無限大平壁在第三類邊界條件下導熱問題,過去一直是傳熱課程重點和難點之一,應用多媒體教學時,講授過程中我們將分離變量法的具體求解方法、溫度通解中每一積分常數的具體求解過程都講得很全面清楚,教師從寫黑板的重復性勞動中解脫出來,著重在于講清思路,講清問題的重點和難點。用兩小時輕松地完成了過去傳統粉筆加黑板教學時三個小時都難以完成的教學任務。近兩年來,在學校課堂教學時數總體精簡的大背景下,我們用60學時仍然完成了教學大綱上規定的68學時才能完成的教學任務。
《傳熱學》課程中例題、習題的講解也是教學的一個重要方面,我們應用多媒體教學可以在較短的時間內完成多個高難度、高綜合性的習題的講解工作,整個課程中課堂習題講解數量有較大提高,拓展了學生的思路,也很好地提高了課堂教學的信息量和教學效率。
多媒體教學可有效突破教學難點,例如對于二維、三維非穩態導熱過程,如何表達物體內的溫度場讓學生建立起溫度分布空間的概念一直使師生感到棘手,我們利用多媒體課件信息容量大、表達形象具體、切換快捷的特點,用多幅類似于圖1的立體圖形來反復說明這個
問題,授課中與學生展開互動,啟發課堂討論,對此學生感到效果很好。教學中難題迎刃而解。