工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案一、教学目标1.知识目标让学生了解蒸汽动力装置循环的基本组成和工作原理。熟悉朗肯循环的流程、各热力过程及相关参数计算。掌握提高朗肯循环热效率的方法及其原理。了解实际蒸汽动力装置循环与理想循环的差异及改进措施。2.能力目标培养学生运用工程热力学知识分析蒸汽动力装置循环问题的能力。提高学生进行热力循环计算和性能分析的技能。3.素质目标培养学生严谨的科学态度和工程思维，增强其解决实际工程问题的能力。通过对能源利用和动力循环的学习，提升学生的节能意识和社会责任感。二、教学重难点1.教学重点朗肯循环的工作过程、Ts图及热效率计算。提高朗肯循环热效率的途径。2.教学难点实际蒸汽动力装置中不可逆因素对循环性能的影响分析。结合工程实际，引导学生理解如何优化蒸汽动力装置循环以提高能源利用效率。三、教学方法1.讲授法：系统讲解蒸汽动力装置循环的基本概念、原理和相关知识，使学生建立起完整的知识体系。2.直观演示法：通过绘制Ts图、动画演示等方式，直观展示蒸汽动力装置循环的工作过程，帮助学生理解抽象的热力过程。3.案例分析法：引入实际工程案例，引导学生运用所学知识进行分析和解决问题，培养学生的工程应用能力。4.讨论法：组织学生讨论提高循环热效率的方法、实际循环与理想循环的差异等问题，激发学生的思维，促进学生之间的交流与合作。四、教学过程（一）课程导入（5分钟）通过播放一段火力发电厂蒸汽动力装置运行的视频，展示蒸汽动力装置在现代能源生产中的重要作用，引出本节课的主题蒸汽动力装置循环。提问学生观察到的蒸汽动力装置的主要组成部分和工作流程，激发学生的学习兴趣和好奇心。（二）知识讲解（30分钟）1.蒸汽动力装置循环概述介绍蒸汽动力装置循环的基本组成，包括锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵等主要设备。阐述蒸汽动力装置循环的工作原理：燃料在锅炉中燃烧，将水加热成高温高压蒸汽，蒸汽进入汽轮机膨胀作功，带动发电机发电，作功后的乏汽进入冷凝器被冷却凝结成水，再由给水泵送回锅炉，完成一个循环。2.朗肯循环朗肯循环的流程：详细讲解朗肯循环的四个基本热力过程（定压加热过程、绝热膨胀过程、定压放热过程、绝热压缩过程），结合Ts图进行分析，使学生清楚了解每个过程中工质状态参数的变化。各热力过程分析定压加热过程（12）：在锅炉中，水定压加热变成过热蒸汽，此过程中工质吸收的热量为$q_1=h_2h_1$，其中$h_1$和$h_2$分别为水和过热蒸汽的焓。绝热膨胀过程（23）：过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀作功，其焓值从$h_2$降低到$h_3$，对外输出的功为$w_t=h_2h_3$。定压放热过程（34）：乏汽在冷凝器中定压放热凝结成水，放出的热量为$q_2=h_3h_4$，$h_4$为凝结水的焓。绝热压缩过程（41）：给水泵将凝结水绝热压缩送回锅炉，消耗的功为$w_p=h_1h_4$。朗肯循环的热效率计算：推导朗肯循环热效率的计算公式$\eta_{R}=\frac{w_{net}}{q_1}=\frac{h_2h_3(h_1h_4)}{h_2h_1}$，并通过具体例题计算，让学生掌握热效率的计算方法。（三）提高朗肯循环热效率的方法（20分钟）1.提高初温分析提高蒸汽初温对循环热效率的影响：提高初温可使循环平均吸热温度升高，在相同的放热温度下，热效率提高。结合实际情况，说明提高初温的限制因素：受到金属材料耐高温性能的制约，过高的初温会导致金属材料性能恶化，影响设备安全运行。2.提高初压讲解提高蒸汽初压对循环热效率的作用：提高初压可增加循环的平均吸热温度和作功能力，从而提高热效率。同时指出提高初压带来的问题及解决措施：提高初压会使乏汽干度降低，可能导致汽轮机末级叶片侵蚀等问题。可采用再热循环等方法来解决，即在汽轮机中间某一级抽出部分蒸汽进行再热，提高乏汽干度。3.降低排汽压力分析降低排汽压力对循环热效率的影响：降低排汽压力可使循环平均放热温度降低，热效率提高。说明降低排汽压力的实际困难：受到环境温度、冷却介质条件等限制，过度降低排汽压力会增加设备投资和运行成本。（四）实际蒸汽动力装置循环（15分钟）1.实际循环与理想循环的差异指出实际蒸汽动力装置循环中存在的不可逆因素，如蒸汽在管道中的流动阻力、汽轮机和泵内的摩擦损失、锅炉和冷凝器中的传热温差等。分析这些不可逆因素对循环性能的影响，如使循环热效率降低、作功能力损失等。2.实际循环的改进措施介绍为减少实际循环中的不可逆损失所采取的措施，如采用高效保温材料减少管道散热损失、优化汽轮机和泵的设计以降低内部摩擦损失、采用回热循环提高给水温度等。通过具体案例分析，让学生了解实际工程中如何综合运用这些措施来提高蒸汽动力装置的性能。（五）课堂小结（5分钟）1.回顾蒸汽动力装置循环的基本组成、朗肯循环的工作过程、Ts图及热效率计算方法。2.总结提高朗肯循环热效率的主要途径及其原理。3.强调实际蒸汽动力装置循环与理想循环的差异及改进措施的重要性。（六）课堂练习（10分钟）布置几道与蒸汽动力装置循环相关的练习题，包括朗肯循环热效率计算、分析提高热效率的方法等，让学生在课堂上进行练习，巩固所学知识。教师巡视指导，及时解答学生的疑问。（七）课后作业（5分钟）1.计算一个给定参数的朗肯循环的热效率，并分析提高该循环热效率10%的可行方法。2.查阅资料，了解一种新型蒸汽动力装置循环的特点和优势，并与朗肯循环进行比较。五、教学资源1.教材：选用权威的工程热力学教材，如《工程热力学》（第六版，沈维道、童钧耕主编）。2.多媒体课件：制作包含文字、图片、动画等丰富内容的多媒体课件，辅助教学过程。3.教学视频：收集蒸汽动力装置运行的视频、朗肯循环动画演示视频等，增强教学的直观性和趣味性。六、教学评估1.课堂表现：观察学生在课堂上的参与度、回答问题的情况、与同学的互动等，及时给予鼓励和指导，记录学生的课堂表现。2.作业评估：认真批改学生的课后作业，根据作业完成情况评估学生对知识的掌握程度，针对学生存在的问题进行个别辅导或在课堂上进行集中讲解。3.考试评估：在课程结束后，通过期末考试全面评估学生对蒸汽动力装置循环相关知识的理解、掌握和应用能力，考试题型包括选择题、填空题、计算题、分析题等，以确保评估的全面性和客观性。七、教学反思通过本次课程的教学，学生对蒸汽动力装置循环有了较为系统的认识，掌握了朗肯循环的基本原理和热效率计算方法，以及提高循环热效率的途径。在教学过程中，采用多种教学方法相结合，如直观演示、案例分析、讨论法等，激发了学生的学习兴