以制冷循环为例突出实验在工程热力学教学中的重要性
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摘要：实验教学是工程热力学学习中的重要环节，是连接理论学习和工程应用的重要纽带。通过强化实验教学，有助于学生对课堂学习知识的掌握和领会，达到学生向专业工程应用的逐渐过渡。本文以工程热力学实验教学中的制冷循环实验为例，介绍了实验教学过程中，将书本知识应用于工程实践，在实践中提升对知识的掌握，从而达到提高教学质量和实现培养创新型人才的目的。
关键词：实验教学；工程热力学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）17-0263-02
实验教学是高等学校实践教学环节的基本内容，是培养基础实、知识宽、能力强、素质高的创新型人才的主阵地，实验教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有重要的作用。通过实验，增强学生的感性认识，使学生获得一定的综合分析能力，培养学生分析问题解决问题的能力。工程热力学是研究热能有效利用以及热能和机械能等其他能量转换规律及其应用的工程技术学科。工程热力学概念多、内容抽象难懂、系统性和工程性强等特点，学生普遍学习感觉较难。为了促进学生的学习兴趣和提高课堂教学质量，需要重视工程热力学实验教学在工程热力学教学中过程中的重要性。笔者以工程热力学实验教学中的制冷循环为例，探讨了实验教学对工程热力学的脾补助益。
一、制冷循环实验
1.基本热力过程。在工程热力学实验教学中，通常开展蒸汽压缩制冷循环实验。这个实验的主要目的为：掌握蒸汽压缩制冷循环系统的工作过程及原理；了解制冷压缩机、节流膨胀装置、蒸发器和冷凝器的结构和组成；掌握蒸汽压缩制冷循环制冷系数的计算方法及提高制冷系数可采用的方法。该制冷循环中采用F12制冷剂，以毛细管为节流膨胀b置，冷凝器为自然对流式，蒸发器亦为自然对流式。在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流膨胀装置是制冷系统必不可少的四大件，其中蒸发器是输送冷量的设备，制冷剂在其中吸收被冷却的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放热设备，节流阀对制冷剂起节流降压作用。
其工作过程为：首先制冷工质经过压缩机压缩至高温高压状态，即1―2；高温高压的工质在冷凝器中将热量释放出去，即2―4；制冷工质经毛细管膨胀，压力温度降低，即4―5；低温低压的工质在蒸发器中吸收热量，即5―1。由此完成一个完整的制冷循环，见图1。对应于热力学压焓图见图2，1―2在压缩机中的压缩过程，为等熵压缩；2―4在冷凝器中的放热过程，为定压放热；4―5在毛细管中的膨胀过程，为节流过程（节流前后焓相等）；5―1在蒸发器中的吸热过程，为定压吸热。
2.实验中的参数测定。主要完成制冷系数和制冷量的计算。
二、实验环节与课堂教学的统一
通过实验环节，学生认识了制冷系统的基本组成和运行过程，了解了制冷系统部件在工作过程中的基本特点，能够领会教师在课堂教学中对制冷系统的叙述和描绘。同时，经过实验教学，学生能够主动对制冷循环的工作过程提出自己的看法，寻找提高系统制冷效果的途径。例如：教师以前在课堂上介绍完制冷循环后，提到如何改进或提高系统制冷量，夏天在高温时，不要将室内空调温度设定过低。学生在理解时，总是先去回想制冷系数的计算公式，然后才去认可，经过实验教学后，学生能够较好地理解这一原因。同时对制冷循环热力过程图中的定熵压缩、定压吸放热以及节流过程有了更好的理解和体会。在此基础上，教师将前面可逆过程、平衡态以及理想过程回串，学生将会对热力学中的相关概念有着更深入的认识，提高了教学质量和教学效果。
通过对实验内容及方式进行合理组织，鼓励学生自己动手进行实验组装、调试试验台，在实验过程中，与学生讨论确定实验方案、实验测定参数以及实验后的自我评议，进一步激发学生的学习兴趣和创造力，提升学生分析问题、解决问题的能力。同时在课堂教学中注意与实验教学中的统一、衔接，加深学生对所学知识的理解和掌握。
三、改进实验教学方法和体系
工程热力学作为一门专业基础课，与工程实际密切相关。在教学过程中，需要有很多的工程问题作为背景。以教科书为单一内容的PPT演示，并不能满足课堂学生学习的需要。笔者根据多年的教学心得，主要建议如下：（1）根据专业培养的需要，制定一些具有典型性的热力学实验，如制冷循环实验、工质热物性测定、绝热节流效应测定等。（2）改进实验组织模式。鼓励学生自己动手开展目标性实验，并进行实验自我评议，发挥学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣。（3）更新教学实验设备，增添新的测试仪器和设备，不断满足学生对热力学学习的要求。（4）构建虚拟实验中心，随着计算机及互联网技术的不断发展，同时为了解决实验设备少，实验时间受限的问题，建立远程与虚拟实验中心，可以满足学生课后随时学习、探索的需要。
参考文献：
[1]吴世华，杨光明，王秋长.加强实验教学示范中心建设，提高人才培养质量[J].实验技术与管理，2012，29（1）：4-6.
[2]鄂加强，杨蹈宇，崔洪江，王汉青.工程热力学[M].北京：中国水利水电出版社，2010.