热工实验原理及技术课程教学大纲

1、热工实验原理及技术课程教学大纲课程名称: 热工实验原理及技术英文名称: Theory and Technology of Thermal-engineering experiments 课程编号: x2010091学时数: 48 其中实验学时数：14 需要课外学时数：14学分数: 3.0适用专业: 热能与动力工程（A1/A2/B）、课程的性质、目的和任务热工实验原理及技术是热能与动力工程专业的专业技术基础课。特点是以工程热力学、传热学、流体力学以及燃烧学的基本理论为指导，利用现代热工测试新技术、计算机应用技术及计算方法，通过直接或间接测试压力、速度、温度、组分浓度等，来研究工程领域和科学研究对

2、象中的热能和机械能之间互相转换的基本规律，流体流动和传热过程的特点、机理，确定相关的热物性参数或燃烧反应过程与规律等。这是一门强化热工基础理论和实践环节相结合的重要纽带课程。通过本课程的学习，使学生初步学会综合运用各学科基础理论知识和基本技术，测试、分析、解决各工程领域和科学研究中的热工相关问题。通过本课程的学习，使学生能够(1) 综合运用热工基本理论和概念，对热工设备和热过程中的温度、压力、速度、流量、热流、工质热物性以及气体组分等进行测试和分析；(2) 通过6项综合性和设计性实验，培养学生运用理论知识分析、解决实际问题的能力，为将来从事工程技术和科学研究工作打下良好的基础；(3) 通过现代

3、热工理论和新技术的研讨，开拓学生视野、增强创新理念，锻炼学生各方面的才干。、课程教学内容的基本要求、重点和难点(一) 绪论1. 介绍热工基础课程包括工程热力学、传热学与流体力学之间的互相依赖、互相渗透、协同补进的关系；讲解科学发展与各学科知识交叉应用、与实验研究、与现代测试手段以及计算机模拟技术之间密不可分、互相促进的重要意义；介绍热工基础理论的研究对象和主要内容；分析热工现代测试新技术的发展趋势和前景展望。通过这部分的学习，使学生了解本课程的研究对象及内容。对综合运用热工基础知识解决实际问题充满信心和期望，从而提高学生的学习兴趣和求知欲望。（二）测试技术的基本知识1教学内容(1) 测试仪表的

4、分类和特性；测试误差的基本概念；直接测试中随机误差的估计；间接测试中的误差分析；测试数据的处理；计算机数据采集和分析技术的应用；虚拟仪器新技术和相关的分析软件。2基本要求初步了解热工过程测试系统中仪表的分类，理解误差分析的基本概念，掌握测试数据的处理方法，熟练进行测试误差分析。3重点、难点重点：实际测量数据的误差估计与分析。难点：各种数据处理方法的掌握。（三） 温度及其测量技术1主要教学内容(1) 普通测温仪表和特点；热电偶测温原理、性质、测试误差分析和改进措施；几种特殊热工条件下的温度测试；红外热像测温原理和表面温度的测试；三维温度场的测试、温度巡回检测技术；典型实践例介绍；有制冷剂通过的封

5、闭管多层壁内外温度的测试和数据处理（设计和综合性实验）2基本要求了解工程中温度测量的必要性合重要性，理解温度测量中相关因素的影响作用，学会运用传热学、流体力学等所学知识加以分析，熟练掌握测温原理和方法。3重点、难点重点：温度测试原理和方法。难点：综合性温度测量试验的设计、操作与分析。4关于试验设计性研究内容：学生从热电偶的焊接、校核，到多层壁的制作和测试方案的构思，全部自行设计；综合性的理解：进行数据处理和分析讨论，涉及到热力学、传热和流体流动以及测试仪表、计算机应用等方面的知识。（四） 压力、流速和流量的测试原理和方法1主要教学内容(1) 运动流体静压和全压测试原理和压力探针、仪表；二维和三

6、维测速探针的工作原理；流体流量的测量和相关的测试仪表；二维或三维探针测试任意三维流场（设计性实验）；三维流场数值模拟的演示。2基本要求 初步了解一些工程领域和科学研究中的热工问题，理解压力和流速等参数在热工过程中的重要地位。掌握运动流体静压和全压测试原理，熟练掌握各种测速探针的工作原理和使用方法。3重点、难点重点：一维、二维和三维测速。难点：如何有效地解决三维空间的测速、测压的精度问题。4关于设计性实验学生自行选择设计内容：以空气为流通介质，设计任意通道，形成三维流场，用实验室现有的五孔和七孔探针测试，并且进行数据处理、绘图。（五）热物理性质的测量1 主要教学内容(1) 热物性学概论；(2)

7、比热的测试研究方法；(3) 导热系数和导温系数的测试研究方法；(4) 粘度的测试研究方法；(5) 扩散系数的测试研究方法；(6) 准稳态法测定保温材料的热物性参数（设计性实验）。2. 基本要求初步了解有关热物性学知识，掌握物质的比热、导热系数、粘度、扩散系数、等热物性参数的测试研究原理和方法。熟练掌握准稳态方法测量保温材料的热物性参数的技术。3. 重点、难点重点：热物性参数的测试研究方法。难点：如何准确地建立测试研究对象的物理模型、数学模型和实验模型问题。4关于实验学生自行选择设计内容： 温度和温差信号采集方法的设计，保温材料的材质选择和试样的设计，数据处理方法的摸索。(六) 相似理论和模型化

8、实验1主要教学内容(1) 相似理论基本定理描述、相似的基本概念；(2) 量纲分析法、方程分析法；(3) 定理；(4) 类比方法；(5) 近似模化法；(6) 工程科研实践例分析热风炉燃烧器模型化实验。2. 基本要求了解相似分析在工程领域和科学研究中的重要应用价值，理解相似定理及其相关推论，掌握相似分析的概念和各种模型化研究原理，并熟练掌握对大型热工设备性能进行模型化试验方法。3. 重点、难点重点：相似理论和模型化理论及分析。难点：应用和扩展问题。4关于实验 学生自行设计改变热风炉燃烧器模型，测试以下内容：(1) 系统阻力系数的测定；(2) 第二自模区的确定，绘制雷诺准则和欧拉准则关系曲线。（七）

9、表面传热和传热系数的测定1主要教学内容(1) 对流换热现象、研究对流换热的若干方法；(2) 场协同的新概念；(3) 以虚拟仪器技术为基础的水平外管空气自然对流换热实验研究。(4) 流体诱导振动强化对流换热技术、单相射流冲击强化换热技术、换热管结构的强化措施2. 基本要求 了解表面传热的基本概念和速度场与温度场场协同的新概念，熟练掌握大空间外管对流传热过程中速度与温度的测量方法。3. 重点、难点重点：表面传热原理。难点：研究表面传热的方法。4关于实验学生自行选择设计内容：利用无限大空间外管空气自然对流传热支架，制作加热外管，并改变加热管的放置角度和调节外部对流强度，测试分析速度场和温度场的协同性

10、问题。（八） 气体成分分析的原理和应用1主要教学内容(1) 气体成分分析仪的工作原理；(2) 质谱和色谱联用仪的工作原理；(3) 燃烧炉窑的烟气和污染物测试分析与观察。2. 基本要求 了解燃烧污染的现状和各种烟气成分和污染物的分析手段，掌握电化学气体分析设备的工作原理，熟练掌握KM9106烟气分析仪的操作、分析方法。3. 重点、难点重点：电化学分析原理。难点：气体成分分析的研究方法。4 关于实验部分(1) 将实验室延伸到实际的锅炉房，组织学生进行实地考察，进行炉膛和炉尾的烟气成分测试与分析；(2) 色谱和色谱联用仪演示。(九) 流动显示技术及现代测试新技术引论1主要教学内容（1）概述；（2）各

11、种流动显示方法和技术；（3）添加外来物的流动显示技术。2主要研讨内容热工测试新技术引论与互动讨论（1）现代测试新技术引论；（2）热线热膜流速HWFA；（3）激光多普勒测速LDV；（4）激光诱导磷光技术LIP；（5）激光诱导荧光技术LIF和平面激光诱导荧光技术PLIF；（6）粒子图像测速技术PIV、PTV；（7）数字粒子图像测速技术DPIV；（8）全息粒子图像测速技术HPIV；（9）现代测试新技术的研讨和设计性实验新设计思想作品的交流。2基本要求使学生掌握各种流动显示方法，并组织学生课堂研讨热工测试新技术，以Powerpoint课件形式演讲，开拓知识面，增强现代化和创新意识，提高撰写、组织、表达

12、、演讲等能力。三、 教学方式及学时分配课堂授课教学方式采用CAI和板书相结合的形式，以保证教学效果。实验教学采用设计启发式，以学生为主动的传授方式。序号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例 一绪论授课2 二第一章 测试技术的基本知识授课2 三第二章 温度及其测试原理和技术授课+实验62：1 四第三章 压力、流速和流量的测试原理和方法授课+实验85：3 五第四章 热物理性质的测量授课+实验62：1 六第五章 相似理论和模型化实验授课+实验85：3 七第六章 表面传热和传热系数的测定授课+实验62：1 八第七章 气体成分分析的原理和应用授课+实验52：1 九第八章 流动显示及热工测试新技术引论

13、授课+互动交流5说明：答疑在课后和实验课中。 四、课程各教学环节的要求实验环节安排为 14学时，共6项实验。实验一 相变管多层壁温度的测量与分析，综合、设计性实验，2学时。要求：利用相变管自行设计制作多层导热壁，焊接热电偶，测量、分析和总结多层壁的导热规律，写出分析报告。实验二 五孔或七孔探针测试任意三维流场，设计性实验，3学时。要求：掌握七孔探针测速原理，设计一个三维湍流场，进行流场测量与分析，写出分析报告。实验三 准稳态法测定保温材料的热物性参数，设计性实验，2学时。要求：选择保温材料，并制作成试件，用准稳态法进行试验，测量出导热系数等物性参数，写出分析报告。实验四 速度场和温度场的协同性

14、试验研究，综合、设计性实验，3学时。要求：自行焊接热电偶，组成不同角度吊挂的管组，确定测量方案和数据处理方法，得到温度场和速度场的协同关系。实验五 热风炉燃烧器模型化实验，设计性实验，2学时。要求：自行组合热风炉燃烧器模型，选择实验方法，确定Re-Eu之间的关系。实验六 烟气成分测试与分析，测试性实验，2学时。要求：自行确定实验方案，去锅炉现场，测量采集煤燃烧的烟气，加以分析。总体要求学生自行设计，实验室教师配合指导，做好相关的仪器、材料、计算机、打印机等准备。五、本课程与其他课程的联系在学习本课程之前，学生应具有工程热力学、传热学、流体力学、热工测量仪表及燃烧学等专业基础课的知识。六、教学参考书目（1）邢桂菊,黄素逸.热工实验原理和技术.冶金工