低温技术及其应用课程教学大纲

1、?低温技术及其应用?课程教学大纲学分/学时：3学分/48学时其中课堂 32学时、课程设计 16学时.适用专业：热能与动力工程及相关专业先修课程：工程热力学、传热学、高等数学、大学物理后续课程：无、课程性质和教学目标课程性质:低温技术及其应用是热能与动力工程专业的一门重要专业方向课,是能源动力和相关专业的必修主干课.是?制冷与低温原理?国家精品课程的主干局部.教学目标:低温技术及其应用涉及低温的获得、低温的保持、低温气体液化与别离、低温真空、低温测试等科学技术内容,其应用领域包含了航空航天、高能物理、电子技术、机 械系统、空间模拟、红外遥感、生物医学、食品加工、材料回收、过程工业等各个方面.本

2、课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的根底理论知识,也为从事相关专业技术工作、 科学研究工作及治理工作提供重要的理论根底.通过本课程教学,不仅使学生在低温制冷原理、气体液化与别离原理、低温传热与绝热 原理等具有完整的了解,而且能够知晓低温技术在液化天然气能源工业、气体工业、航空航天工业以及生命科学和根底物理研究等的具体应用,培养学生结合工程领域能自如应用所学到的专业根底知识.同时还培养学生的低温实验动手水平,具体来说：(1)掌握低温制冷的三种根本原理(节流、膨胀、放气) ,在此根底上能采用热力学系 统分析方法分析和评价各类低温制冷、气体液化与别离系统等的热力学性能.熟悉 低温回热型气体制冷机

3、和其它低温制冷机的一般原理.(2)掌握低温热力学循环方法,能够分析其中的部件性能对系统性能的影响,从而知晓 低温系统的构建方法.对低温工质以及混合气体热物性计算软件有比拟好的掌握.(3)初步掌握低温实验的一般测试方法,重点在于低温绝热的测试,直观地熟悉低温绝 热传热过程的特点、测量传热参数的根本传感器和仪器.进行低温磁悬浮、低温超 导、低温粉碎、以及低温制冷机的熟悉实验,获得低温技术应用的深入熟悉.(4)能熟练运用低温工质物性表、p-h图等.(5)初步具有综合分析实际低温技术应用的水平、运用理论分析抽象解决实际问题能 力.例如能够结合低温原理有关知识对人类生活和工程实际展开畅想.)(6)强化理

4、论来源于实践,实践是检验理论的唯一标准的熟悉观.二、课程教学内容及学时分配(含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求)1、低温技术导论(2学时)概述低温技术的内容、历史、特征和应用.课堂演示：液氮流体实验演示；低温粉碎演示与低温超导演示.课后彳业：低温技术梦想(1500字) 2、低温材料与低温流体(2学时)介绍低温流体与低温材料的热学和力学特点与要求.3、低温液体的获得方法2学时介绍焦耳汤姆逊效应、绝热膨胀和绝热放气等获得低温液体的方法 讨论：学生了解的低温液体和制冷方法4、气体液化5学时热力学理想系统/简单林德-汉普逊系统/带预冷林德-汉普逊系统/林德双压系统/复叠 式系统；膨胀机制冷：克劳特

5、系统 /卡皮查系统；MRC系统-LNG的液化举例,各种液化系统 性能比拟；用于速和氢的液化系统预冷林德-汉普逊系统以及克劳特系统 ；氨制冷生产液氢,正仲氢转化；考林斯氨液化系统,绝热放气制冷-西蒙氨液化系统,液化系统低温换热器效率对系统性能的影响实际举例；气体液化总结.作业：安排课堂练习及课外作业网上观摩：大型气体液化系统API等5、气体别离与纯化5学时热力学理想别离系统, 混合物的性质,气体别离的原理,简易冷凝或蒸发过程/精微塔; 精微原理的闪蒸计算,最小理论塔板数,精储塔结构形式,变压吸附,膜别离技术.6、空气别离系统2学时介绍典型空分系统流程：林德单塔,林德双塔,林德弗兰克,海兰特,僦别

6、离系统,窟 别离系统,氨别离系统；气体纯化方法.课堂讨论：要求学生通过网络查找大型空分流程7、低温制冷机5学时介绍常见的低温制冷机类型：焦耳-汤姆逊制冷系统,膨胀机制冷系统,斯特林制冷机,VM制冷机,Solvay制冷机,G-M制冷机,脉冲管制冷机,热声制冷机,吸附制冷机,磁制 冷,稀释制冷机.教学实验：再吸附制冷原理及性能测试；低温制冷机演示实验技术参观：参观低温制冷实验室8、低温绝热、低温贮存和运输3学时介绍低温绝热原理,堆积绝热,高真空绝热,真空粉末绝热,高真空多层绝热,高真空 多屏绝热,各类绝热方式的比拟；低温绝热具体形式/结构/管道/支撑/输排液/平安装置,举例说明热设计与结构设计.实

7、验：低温真空绝热实验, 通过该实验了解影响低温绝热性能的各种因素,掌握低温绝热形式以及真空多层绝热的根本原理,熟悉真空度、绝热材料与漏热率的关系9、真空技术2学时低温与真空,真空系统的流导,真空系统的抽气时间, 真空泵机械泵,扩散泵,离子泵, 低温泵,真空计,真空捡漏技术.10、低温测试技术2学时温度测量：国际实用温标/电阻温度计/热电偶/气体温度计/蒸汽压温度计;低温液体的流量测量；低温液体的液位测量.课外兴趣探索实验：超导磁悬浮力的测量11、总结与研讨,习题课2学时对全课程做一个课时的总结；针对低温技术及其应用的前沿课题做分析介绍.涉及以上章节典型算例.课后彳业：低温技术从梦想到实际150

8、0字12.课程设计16学时主要题目有以下4个,分别结合低温技术及其应用的主要知识点.每个年级同时可以分2-4个题目.本课程设计目的在于让学生将课堂所学知识直接应用到实际应用环节中去,成为其踏上本专业工作岗位前的一次实战演习. 课程设计过程中涉及学生文献查阅环节, 充分发挥学生 的主观能动性、创造性,培养学生团队合作设计开发低温系统的初步水平.在客观上也将使得学生对该课程知识点有更深入的理解,加深印象.有以下四个题目可供选择,结合各自设计要求,完成课题设计内容.（1） 低温容器杜瓦课程设计绝热、真空、机械力学等知识点以60升液氮低温容器为例, 按充,t率90%、日蒸发率1.8 %为设计目标,以U

9、Ga件为 工具完成低温容器的 2D和3D结构设计2D可在UG软件中通过3D自动投影生成.以本课 程所学知识结合热力学与传热学完成杜瓦的热设计包括杜瓦金属材料的漏热、绝热材料的选取和设置、真空要求与获得等；以过往所学理论力学、材料力学和机械设计知识完成杜 瓦的机械强度、应力等机械力学设计.（2） 低温下固体材料热导率或比热实验装置的设计低温材料物性及测量方法TPS差式 扫描量热法DSC闪光法等,结合低温系统的特点,设计测量固体材料在65 300K温区热导率的实验方法、步骤、装置和报告.其中实验系统要求用UG画出三维系统图及装配图,重点突出其中低温技术特色.（3） 流程模软件HYSY减ASPENP

10、LUS空分流体或LNG流程设计案例气体别离 空分主体局部由空气加压系统、预冷系统、纯化系统、换热系统、精储系统等组成.工 作原理：原料气空气经空气过滤器被空压机吸入,压缩到 0.6MPa左右,送入空冷塔预 冷后,进入分子筛纯化系统进行净化,去除CO2和水分,再送入空分冷箱.进入空分冷箱的空气首先进入主热交换器与低温气体污氮、纯氮和循环氮气换热,被冷却至饱和状态送入精微塔下塔,空气在此进行初步精微.在下塔的顶部获得纯度为99.999%以上的液氮和气氮.在下塔的底部获取富氧液空.液氮经过冷器后,其中一局部作为产品送入液氮贮槽；一小部份送去精僦塔作为生产精僦产品的冷源；其它全部送入精储塔上塔,作为生

11、产下游产品氧、僦的福份.一小股气氮作为精僦塔的热源,自身被液化后,也作为福份送入上塔.富氧液空经过冷器后分成二股： 一股直接送入精储塔上塔； 另一股去粗僦塔冷凝器, 作为生 产粗僦的冷源,与粗僦塔中的粗僦换热,所形成的汽相和液相一并送入上塔. 产品液氧在上 塔底部形成,经过冷器过冷后送入液氧贮槽.汽相僦储份制僦原料从精微塔上塔抽出.经粗僦塔精储,粗僦在粗僦塔顶部抽出并送至精僦塔.液相贫僦福份从粗僦塔底部流出.送回精福塔上塔.纯度为 99.999%以上的精僦产品在精僦塔底部形成送入液僦贮槽.利用所学空分知识,将以上原理以具体的流程形式在HYSY减ASPENh模拟计算,要求完成流程图.以UG绘制空分塔结构图.所编写HYSY琬程可运行并得到计算结果.鼓励学生在流程上有创新内容.选该题也可进行以 HYSY刻平台的液化天然气 LNG液化流程模拟.天然气的主要成分是 甲烷,另含有一定量的乙烷、丙烷、丁烷和少量的二氧化碳、硫化氢等.（4） 小型氨液化器或液氮机的简单设计流程设计、热设计、机械设计气体液化以50 L/小时产量的液氮机为设计目标,要求完成获取液氮的机械装置方法选取和设计比方传统的压缩膨胀系统,小型低温制冷机氮液化器等,包括压缩机、换热器、 过滤器、膨胀机