课程在人才培养中的地位和作用

课程在人才培养中的地位和作用热工过程及设备由热工理论和热工设备两部分组成。热工理论包括气体力学、传热学、燃烧学等， 气体力学是研究气体平衡和流动规律的科学、 传热学是研究热量传递规律的科学，燃烧学是研究燃料燃烧过程基本规律及其应用技术的科学， 这三大学科是无机非金属材料热工过程的理论基础。热工设备包括按照热工理论所研究的规律进行工作的隧道窑、辊道窑、梭式窑等各种陶瓷工业窑炉，是陶瓷工业生产最重要的热工设备。热工过程及设备是无机非金属材料工程专业的专业基础课，是构筑学生合理的专业知识结构、培养学生的工程综合素质的重要课程， 在人才培养中起着重要的作用。 本课程将使学生获得较宽广的、 巩固的热工基础理论知识和陶瓷工业窑炉知识， 培养学生分析解决陶瓷工业生产中一般热工问题的能力， 为学生探索提高热工设备热效率、 有效地开展节能技术改造、适应学科交叉发展的要求提供必要的基础理论知识， 也为学生今后从事热能的合理利用、产品质量的提高和环境保护等提供一定的基本知识。课程教学目标课程的教学目标是使学生获得较宽广的热工基础理论知识和陶瓷窑炉知识， 掌握气体力学的基本知识及其原理以及气体在窑炉系统中流动的规律， 了解烟囱的工作原理及设计； 熟悉各类传热规律机理及影响因素， 掌握导热、 对流换热和辐射换热的基本公式， 可进行各种传热情况下的温度和传热量的计算， 了解增强或减弱热量传递过程的方法； 掌握燃烧基本概念和理论，熟悉各种燃料的燃烧计算方法，了解燃烧技术及燃烧装置的性能、结构和特点。掌握隧道窑、辊道窑、梭式窑等陶瓷工业常用窑炉的工作原理、工作过程、 结构特点和操作技术。通过本课程教学， 学生应具备分析工程中的气体流动、 热量传递、 燃料燃烧现象和过程的能力，相应的计算方法和技能；具备初步掌握燃料发热量、 导热系数、传热系数测量的基本方法和窑炉热工测量技能，相应的实验数据处理、实验结果分析的能力。通过本课程教学，学生能初步分析解决无机非金属材料热工过程的一些实际的技术问题，培养学生良好的热工过程的能效与节能意识，能运用热工理论知识改善窑炉工作过程、采取合理有效的节能措施。知识模块顺序及对应的学时：本课程知识模块由课堂教学、实验教学、实践教学三个知识模块组成。其中：课堂教学讲课： 50学时；实验教学：基础实验 6学时，综合实验 4学时；实践教学：课程设计 3周一、课堂教学知识模块：上篇热工基础第一章气体力学在窑炉中的应用 建议学时： 8学时第一节 气体力学基础基本要求：掌握理想气体状态方程、 气体的膨胀性与压缩性、 气体的粘性。 掌握压强、 温度、密度、速度之间的变化关系；了解粘性的物理意义。了解连续性方程； 重点掌握二气流伯努利方程； 理解二气流伯努利方程中每一项的物理意义与几何意义； 会用压头转换图分析二气流伯努利方程中各项能量的转换， 在应用二气流伯努利方程时的基准面选取。第二节窑炉系统中不可压缩气体的流动及应用基本要求：主要掌握气体从窑炉内的流入和流出量的计算， 先分析气体从小孔的流出与流入， 再分析气体从炉门的流出与流入； 掌握分散垂直气流法则， 学会用二气流伯努利方程分析窑炉内气体流动现象。掌握烟囱的工作原理，重点理解烟囱的“抽力” ；学会用二气流伯努利方程对烟囱进行热工计算。了解喷射器的构造及工作原理。小结与习题第二章：传热原理 建议学时： 16学时（含实验 4学时）第一节 导热基本内容：主要掌握温度场、等温面、等温线、温度、梯度流量和传热量、稳定传热、不稳定传热等基本概念； 了解导热的特点； 掌握傅立叶定律的内容及表达式； 掌握导热系数的物理意义以及影响导热系数的因素。了解导热微分方程表达式， 明确其使用条件及适用范围， 掌握导温系数的概念及物理意义。掌握平壁导热、 圆筒壁导热、 球壁导热的计算方法； 学会用傅立叶定律和导热微分方程推导无内热源的稳态导热分析解；学会用热阻法求解导热问题。学会用导热微分方程推导具有内热源的稳态导热分析解；了解具有内热源的单层平壁、长圆柱体、圆筒壁和球体的导热。在求解过程中注意边界条件的建立。第二节对流换热基本内容：掌握对流换热的概念， 了解对流换热的特点、 明确理解影响对流换热的因素； 掌握对流换热的基本定律。掌握对流换热系数的物理意义。了解速度边界层和热边界层的概念；了解描述对流换热问题的方程组， ；了解热相似准数的导出。重点掌握相似准数的物理意义，明确定性尺寸、定型温度的物理含义。掌握无限空间的自然对流换热和有限空间的自然对流换热概念， 理解无限空间的自然对流换热和有限空间的自然对流换热的相似准数方程。 学会求解自然对流换热问题。 注意正确使用相似准数方程中的定性尺寸、定型温度。理解强制对流换热概念； 理解强制对流换热相似准数方程， 含流体在管内时的对流换热、流体受迫横掠圆管时的对流换热、 流体沿平壁表面流动时的对流换热。 学会求解强制对流换热问题。第三节 辐射换热基本内容：明确热辐射的基本概念，含辐射换热、波长、吸收率、反射率、透射率、黑体、镜体、透体等基本概念，掌握热辐射的特点。明确理解普朗克定律、维恩偏移定律、斯蒂芬—波尔茨曼定、 兰贝特定律、 克希霍夫定律的物理意义。 掌握辐射力、 单射辐射力、 灰体、方向辐射力、 辐射强度、 黑度、单色黑度、单色吸收率、定向黑度、立体角等概念。注意区分黑体的辐射特点与实际物体的辐射特点。明确角系数的概念与物理意义，掌握角系数的性质会推导某些物体间角系数；掌握两个黑体、灰体之间的辐射换热。 明确理解有效辐射与投射辐射的概念； 理解表面热阻与空间热阻的物理含义，学会用热阻网络图法求解辐射换热问题。了解遮热板与遮热罩的作用。 以两个无限大平行平板设置遮热板和两个圆柱形物体间设置遮热罩为例，学会用热阻网络图法分析具有遮热板与遮热罩的物体间辐射换热问题。了解气体辐射与火焰辐射特点。第三节综合传热基本内容：了解一种流体通过器壁将热量传给另一种流体的传热过程， 掌握传热过程方程的推导与传热系数的物理意义；了解换热器的分类，理解综合传热方程，掌握对数平均温差。小结与习题第三章燃料及其燃烧 建议学时： 12学时（含实验 2学时）第一节 燃料的种类及组成基本内容：了解燃料的种类；掌握固体、液体、气体燃料的组成及其之间的换算关系。第二节燃烧的热工性质及选用原则基本内容：掌握发热量的概念， 理解高位热值与低位热值间的换算关系， 了解发热量的测定方法和计算方法；掌握固体燃料、液体燃料、气体燃料的热工性质，了解燃料的选用原则。第三节燃烧计算基本内容：了解燃烧计算目的，了解不同的计算目的对应的不同计算内容。明确理解理论空气量、实际空气量、空气过剩系数、理论烟气量、实际烟气量的概念；重点掌握分析计算法与操作计算法求解计算空气量、 烟气量、及烟气组成；掌握空气过剩系数的计算方法；了解近似计算法与估算法。注意分析计算法与操作计算法的区别。了解燃烧过程的热平衡；了解各种燃烧损失。掌握实际燃烧温度、量热计式燃烧温度、理论燃烧温度的概念。 学会求解实际燃烧温度的方法及空气预热温度的计算， 掌握提高燃烧温度的措施。第四节 燃烧过程的基本原理基本内容：了解燃烧、着火温度、着火浓度范围、火焰传播速度概念；了解燃烧所必须的条件；了解固定碳与可燃气体燃烧的机理。第四节燃料的燃烧方法与设备基本内容：了解气体、 液体、固体燃料的燃烧方法及燃烧过程；掌握各种燃烧方法的特点；了解各种气燃烧设备。小结与习题下篇热工设备第五章 陶瓷工业窑炉 建议学时： 20学时第一节陶瓷工业窑炉的发展历程和烧成过程分析基本内容：了解工艺过程特点、共性，了解无机非金属材料热工设备的外延和总体概况。第二节 隧道窑基本内容：了解隧道窑的历史、 现状及发展方向； 熟悉隧道窑的三带和工作系统的功能作用； 了解窑体结构、 典型材料及厚度数据；了解预热带功能和各个气幕作用、结构； 了解预热带上下温差的产生因素和对应措施； 了解烧成带的烧嘴布置要点、 平衡烟囱作用； 了解冷却带功能和急冷-缓冷 -快冷三过程；了解急冷气幕，间壁冷却，窑尾冷却结构和功能；了解热风抽出孔结构及尺寸、 位置、热风道； 了解窑车结构和输送系统的组成； 熟悉拱顶的拱脚梁、 立柱、拉杆的计算； 了解管路布置原则、 管道直径计算与选择； 主要掌握隧道窑及辊道窑的结构和工作原理；了解烧嘴和脉冲 （高速调温 ）烧嘴；了解隧道窑和辊道窑所用耐火材料。第三节 辊道窑基本内容：了解辊道窑的发展简史和特点； 熟悉辊道窑的分带、 工作系统的功能作用； 了解窑体基本结构形式、 孔砖结构、 典型材料及厚度数据； 熟悉工作通道的挡墙挡板作用、 结构与布置；了解窑体主要尺寸长、宽、高的范围与利弊；熟悉内宽、内高确定原则；了解排烟形式、排烟口形式、 排烟系统的组成； 了解烧成带烧嘴的布置和燃烧系统管路布置； 了解急冷风管形式、大小与布置； .了解抽热风口及其布置、间壁管冷却形式与布置；了解窑尾快冷风管形式、大小与布置和轴流风机的布置； 熟悉辊距的确定原则； 掌握辊道窑的传动系统计算和方案分析。第四节梭式窑基本内容：了解间歇式窑特点、窑型；了解现代梭式窑优点、应用、发展方向；熟悉窑室结构、窑体基本结构、窑门形式；熟悉不同排烟方式、排烟口位置 ＜窑车面、侧墙、窑顶 ＞的优缺点；了解烟道布置和排烟系统的组成； 了解烧嘴布置形式和特点； 了解液化气梭式窑的结构与用途；了解窑车结构和密封结构；了解钢架结构；熟悉间歇式窑倒焰的工作原理。二、实验教学知识模块1.基础实验： 6学时——训练学生热工测试技能及仪器操作能力，巩固其理论基础知识的学习。1）散装物料导热系数测定强化学生对导热系数物理意义的理解；学会用导热仪测定导热系数的方法； 学会利用最小二乘法整理线性关系式。2）空气对流换热系数的测定了解对流换热系数测定的测试系统及测试方法， 了解局部换热系数的变化规律， 学会对实验数据的整理。3）烟气分析了解手提式气体分析器的使用原理， 初步掌握气体分析器的使用方法， 学会对烟气 CO2、02、CO及N2的分析方法。2．综合实验： 4学时——训练学生综合分析的能力和解决热工问题能力，提高其动手能力，锻炼其实践能力。1）压力测量了解U型管、斜管微压计的工作原理 ;用U型管测量管道内的静压 ;用斜管微压计测量管道内的静压和动压。2）温度测量分别用水银温度计和热电偶测量气体的温度， 并做比较； 用热电偶测量高温气体的温度；利用抽气热电偶测量高温气体的温度，并与前面的数据比较； 通过实验，明确用热电偶测量高温气体的温度时，减少测量误差的措施。3）流速测量了解标准皮托管、文丘里管的工作原理 ;用标准皮托管、 U型管、斜管微压计以及温度计测量管道内的流速和流量 ;用文丘里管、 U型管以及温度计测量管道内的流速 ;对比两种不同仪器设备的测量误差 ;在不同形状的管道中测量管道内的流速。4）管道压力分布测量管道中不同位置处的压力，绘出管道内压力分布图；分析管道内气体压力分布。三、实践教学知识模块课程设计 3周——训练学生综合实践能力和分析问题能力，锻炼理论联系实际的能力，课程设计也是材料科学与工程专业学生学习 《热工过程与设备》 课程的实践环节， 通过对热工设备的课程设计， 学生加深了对热工理论课程的理解， 初步掌握热工设备设计的方法与步骤，具有初步的窑炉设计能力，并强化和提高实践能力。通过课程设计的锻炼， 学生们感觉到不仅将大学所学的主要课程进行了有效的串联， 更深刻的领会了热工理论与实践的结合， 同时也学会了在设计中人与人之间的相互沟通和合作。 锻炼理论联系实际的能力，提高综合设计和分析能力。课程的重点、难点及解决办法1．课程的重点：1）掌握热工的经典理论，如气体流动规律、传热原理、燃料燃烧特点与计算；2）掌握热工设备的结构、工作原理及开发新设备的思路与方法。2．课程的难点：1）经典的热工理论连贯性和系统性较差，基本概念繁多、公式多、重点较分散；）怎样展示设备各个侧面的结构特点、工艺流程图等；）经典的理论与现代热工技术的结合。3．解决办法：1）在教学过程中采用多元化的教学方法，特别注意讲清概念、讲清思路，尤其是注意引导学生的思路，使学生思路清晰， 步骤明确。注重培养学生思维能力，使学生在不知不觉中掌握了知识，解决了课程中的难点问题。2）将热工设备尽可能多地利用图片展示设备各个侧面的结构特点、工艺流程图等。结合基础理论知识， 将设备的结构、 开发思路贯穿于教学中。 另外我们还建立了生动的教学模型，同时课堂上将多媒体课件内容重点、 难点，采用不同的色彩与注释标出，使同学一目了然。3）授课时，力求反映学科前沿，教学内容与时俱进。力求将经典的热工理论贯穿于实际应用。实践教学活动的设计思想与效果1．实践教学的设计思想《热工过程与设备》 的实践教学设计思想是以先进的教学理念为先导， 在遵循教育规律，适应教育发展趋势的前提下，注重学生的素质的培养，注重提高学生科研能力和创新能力，为实现培养应用型人才的目标而努力。1）按照新形势下的实践教学的设计思想，优化实验与实践教学内容实验教学的设计思想是“以验证型实验巩固理论知识，以综合实验提高综合素质、 科研能力和创新能力” ，根据新形势下的教学基本要求和培养目标，按照学科发展不同阶段和知识发展规律，利用现有资源，对原专业实验教学内容进行重组，选择一些综合性强、设计性强、工程背景较强的实验进行重新设计， 构建新的实验教学体系。 我们将《热工过程与设备》课程的实验内容分为两个模块。 第一模块为基础实验模块， 其包含传统的实验教学内容， 意在强化学生的基础知识的掌握。 该模块实验开设时间将伴随着教学过程而完成， 在第六学期开设《热工过程与设备》 课程时，相应的根据教学进度开设热工基础实验。 第二模块为综合实验模块， 将热工的教学内容结合起来， 建立综合实验平台， 意在培养学生合理的智能结构和创新能力。 该模块实验将在第七学期末开设， 即在学生全部学完四年的理论知识后， 在毕业实践环节前开设。实践教学的目的是引导学生理论联系实际， 拓宽学生视野， 增强学生对社会和专业背景的了解， 获得实际工作岗位的知识和技能， 进一步巩固学生热工的理论知识， 培养学生综合运用热工理论知识所学知识分析问题和解决问题的能力， 锻炼和提高学生的实践动手能力和创新能力；增强劳动观念，培养学生的敬业、创业和合作精神。为达到该实践目的，在本课程结束后进行 3周的课程设计。 学生通过热工设备的课程设计， 加深学生对热工理论课程的理解，初步掌握热工设备设计的方法与步骤， 具有初步的窑炉设计能力， 真正的强化和提高实践能力。2）开发综合实验，培养学生创新意识所谓“综合实验” 是指将学生在掌握了一定量的专业知识后， 在高年级所安排的实践课程。通过该综合实验来培养学生研究能力， 在教学中发挥学生主观能动性， 是培养研究型人才的科学实验平台。 该“综合实验” 的开发与实际工程问题密切相关。 该综合实验系统以热工理论为理论基础， 以窑炉内的流动与传热特性为重点， 依据陶瓷厂热工测试的实际情况进行设计开发。 其实验内容包含压力测量、 温度测量、 流速流量测量、 对流换热系数的研究等，所涉及的仪器仪表包括 U型管、斜管微压计、 各种温度计和热电偶、 标准皮托管、 文丘里管、热球风速仪、 粉尘浓度测试仪等， 基本涵盖了目前热工测试所使用的普通仪器设备。 在实验过程中，将鼓励学生自己去动手、去实践。学生可以根据实验要求，自行设计或选择实验方案，设计实验步骤，确定测试方法，安排实验进度，然后在指导教师下进行实验操作，根据实验结果和实验现象进行归纳、 分析和总结， 将理论知识和实验过程融为一体。 综合实验的开发，将充分发挥学生的能动性， 使学生真正成为实验的主体， 培养学生对热工系统与设备的评价与分析能力，实践工科学生科学研究的基本步骤，积极推进学生创造思维的开发。3）大学生实习基地的建设，强化学生专业的认识与现代化企业合作， 建立现代化的实习基地对于开拓学生视野、 认识理解专业、 了解社会有着重大意义。近几年景德镇陶瓷学院材料学院不断的建立和扩大实习基地 ,与现代化企业合作， 分别建立了景德镇乐华陶瓷洁具有限公司、 景德镇特地陶瓷有限公司、 金意陶陶瓷有限公司、 景德镇莱特陶瓷有限公司、 江西省景德镇市鹏飞建陶有限公司、 广东欧神诺陶瓷有限公司、 华夏建筑陶瓷研究开发中心、 广东欧神诺陶瓷有限公司、 佛山中鹏机械有限公司佛山中窑窑业发展有限公司、 黄冈华窑中瓷窑炉有限公司等实习基地。 改善了学生的实习环境与实习氛围。