傳熱學論文大全11篇

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中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-0118（2012）-06-000-02

傳熱學是一門研究熱量傳遞規律的科學，它所涉及的領域非常廣泛。特別是在能源動力、航空航天、建筑節能、材料冶金、機械制造、交通運輸、化工制藥、生物工程等領域更是蘊藏著大量的傳熱問題，形成了如相變與多相流傳熱、微尺度傳熱、生物傳熱、超常傳熱等傳熱學的多個學科分支[1-3]。

傳熱學課程是我校飛行器動力工程專業設置的專業基礎課程，飛行器動力工程是動力工程與航空院校的結合，通過專業課程的學習，該專業學生要求可以對發動機的總體性能分析、總體與部件設計、故障分析等。傳熱學本身也是一門與各工程領域關系密切、應用性極強的專業課程。它植根于大量的工程實際之中，也必須服務于工程實際。本論文結合該專業工程實際情況，結合在傳熱學的教學過程中的幾點講課體會，把傳熱學比較枯燥的理論與學生的已有知識和感興趣的實踐聯系起來，在實際教學中取得了令人滿意的效果。

一、精心授課，提高教學質量

當前科技發展的速度日新月異，傳熱學方面的理論更加如此。但是我們的教學內容與這些新理論嚴重脫節，這在傳熱學實驗方面尤為嚴重。同時部分同學認為傳熱學的實用性不強，對掌握專業技術幫助不大。因此導致大學傳熱學教學的受重視程度大大降低。這就需要把傳熱學知識與學生具體的專業應用及日常生活應用結合起來，提高同學們對該專業課程的學習興趣。

在講課時，我們要做到以下幾點：第一，重點突出。根據教學要求，結合學生的專業需要，抓住重點，講透概念，不斷深化；第二，理論聯系實際。在理論學習的同時，列舉實際生活與生產中的應用實例，加深學生的印象，提高學生的學習興趣。積極地引導學生對傳熱學、傳熱現象進行深人的思考。進行現代傳熱學的重要實驗，大提高學生學習的積極性。

充分利用網絡資源，結合飛行器動力工程專業，詳細講解傳熱學在飛行器發動機方面的應用。例如，在講到三種換熱方式及計算方式的環節，加入目前飛機發動機用到的幾種冷卻方式：輻射冷卻，燒蝕冷卻，膜冷卻，再生冷卻及發汗冷卻等。同時著重講解目前研究的前沿領域：再生冷卻技術[4]。該過程同時涵蓋了三種換熱方式，如圖1，包括燃油與壁面的對流換熱，壁面的熱傳導，由于發動機溫度較高，換熱方式同時還包括輻射換熱。收集相關實物圖片，如圖2所示，讓同學對其冷卻過程及相關的計算方法有直觀而深刻的認識和掌握。

把日常生活中的應用實例代入的傳熱學的教學課堂里，讓同學們了解到傳熱學應用的廣泛性。例如，引入CPU芯片中的散熱過程[5]，圖3是一典型的臺式計算機中的CPU散熱器的圖。在芯片內核內，電能轉換成熱能，發熱升溫，熱量通過內核與金屬外殼接觸導熱，傳到金屬外殼，熱量通過金屬外殼與散熱器上的導熱板的接觸導熱傳到導熱板，在導熱板內熱量以導熱方式擴散傳播到導熱板上的肋片根處，在肋片內，熱量以導熱方式傳播到肋片表面，風扇驅動空氣流經肋片表面，熱量最后以對流傳熱方式從肋片表面傳到空氣中。整個過程包括有：導熱過程（其中多數是接觸導熱），空氣對流傳熱過程。

圖4所示的是采用有熱管的筆記本計算機中CPU散熱器，熱量從導熱板傳到肋片，是通過熱管傳輸，中間還有兩處接觸導熱，在熱管內，有蒸發傳熱和冷凝傳熱過程。

另外還有水冷式CPU散熱器，熱量從導熱板傳輸到肋片，經由兩處管內液體強迫對流傳熱，還有肋片與水管之間的接觸傳熱。將CPU散熱過程分解成若干個傳熱過程，分別分析研究每個傳熱過程的機理，目的是將傳熱學知識與實際日常生活及工程應用相結合，使同學們認識到傳熱學的實際應用，提高同學們學習傳熱學的興趣，加深對傳熱學知識的掌握。

此外，利用多媒體教學時，為避免產生視覺疲勞，可以增加幻燈片的生動活潑性，適當設置一些動畫效果。在放映多媒體課件時，要注意恰當控制好教學節奏，使得課件播放進程與學生的思維節奏同步合拍。

二、增加英文教學內容

培養具有全球化視野和國際交流能力的高素質專業人才是我國經濟社會發展融入世界的需要。而傳熱學的基本概念很多來源于一些英文原著的翻譯，在教學過程中，適當添加一些英文原文，一方面加深同學們對概念的理解，調節學生學習的緊張氛圍，另一方面，增加同學們對專業詞匯的掌握。同時，有利于學生在課外查找一些相關的外文文獻，拓寬學生學習思路。對于提高教學質量、培養高素質的復合型人才具有很重要的意義。例如，引入傳熱的概念的英文介紹：Heat transfer：Thermal energy (heat): refers to the energy transported from one system to another as a result of difference temperature (%=T)。引入對流換熱英文：Convective heat transfer。層流和湍流邊界層：Laminar and turbulent boundary layers等。

三、注重課內教學與課外教學的有機結合

（一）建立教學信息中心。在教學信息中心，介紹傳熱學的歷史與發展前景、最新理論的跟蹤以及傳熱學的科普知識，讓學生對傳熱學有充分的認識。

（二）采取設立選修課的手段，開辟“傳熱象探索園地”，讓有興趣的學生進行傳熱現象的深入探討和研究。

（三）開設課外專題講座。課外專題講座也是提高學生興趣的有效途徑。它不僅讓學生有機會接觸傳熱學的前沿，更深人地了解傳熱學的發展動向，激發他們的興趣及投身傳熱學研究的志向。

（四）要求學生通過各種方式收集信息，撰寫傳熱學原理的應用論文，作為平時作業。通過這個途徑拓寬學生的知識面。

四、理論與實驗相結合，構建先進的傳熱學實驗教學體系

傳熱學是一門實驗學科，傳熱學的一切原理和定律都是從生產的實踐和科學實驗中總結出來的，反之又經受生產的檢驗并推動其發展。因此，必須注重傳熱教學中理論學習與實驗探索的結合。在傳熱實驗教學方面，在預備性實驗、基礎性實驗、設計性實驗和綜合性實驗的基礎上可以引入模擬演示實驗。

通過預備性實驗為理論的學習打好基礎，通過基礎性實驗來驗證一些傳熱規律，從而使學生對這些傳熱學原理和規律有一個感性的認識。但由行器換熱實驗設備價格及操作條件的限制，發動機換熱實驗作為動手實驗實行比較困難，考慮到該專業的性質要求，可以在課堂上增加演示實驗，例如，模擬渦輪旋轉葉片冷卻通道換熱實驗，模擬氣流平行于旋轉軸方向的流動和氣流垂直于旋轉軸方向向外流及向內流等三種情況，基本概括冷卻系統的全貌。通過演示實驗，讓學生直觀認識到發動機渦輪葉片冷卻過程。

此外，實驗室應該建設成為自主型、開放式的實驗室，讓學生能夠根據自己的興趣愛好去進行傳熱現象的探索，充分培養學生對傳熱學的興趣。

五、加強中青年教師實踐鍛煉

目前大批高學歷的青年教師正在成為各高校講臺上的主力軍，他們正在成為我國高教戰線的棟梁。但也不可否認，長期的學校學習，嚴重缺乏工程實踐。同時，青年教師工作后，忙于應付各種日常工作，實踐環節進修的機會非常少，因而也不可能向學生傳播工程實踐知識。部分教師、特別是面臨職稱評聘的中青年教師對上課采取應付的態度，課余不鉆研教學法，上課時拿本教科書照本宣科，不能激發學生的學習熱情，使教學質量下降[6]。

為改變這種狀況，可以采用青年教師下工程現場或實驗室工作半年到一年、青年教師與老教師結對、定期進行教學法研究活動等。同時對教師的考核制度應作相應的變動，使青年教師愿在提高教學質量和增加實踐經歷上花費較多的精力。

六、結論

綜上所述，隨著傳熱學學科的不斷發展，教學內容的不斷增多，“傳熱學”教學改革勢在必行。只有全方位的教學改革，教師綜合素質的不斷提高，教材和教學方法的不斷創新，才能鞏固大學傳熱學的基礎地位，使學生學完大學傳熱學之后，思維能力和解決實際問題的能力有顯著的提高，為今后的專業課程和社會實踐活動奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]楊世銘,陶文銓.傳熱學(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]戴鍋生.傳熱學(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999.

[3]王厚華.傳熱學[M].重慶:重慶大學出版社,2006.

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論文關鍵詞：傳熱學；民族大學生；案例教學

“傳熱學”是研究由溫差所引起的熱量傳遞規律的科學，是熱動專業學生的一門重要的專業基礎課，是聯系基礎課和專業課的橋梁和紐帶。傳熱學在生產技術領域的應用十分廣泛，在能源動力、化工、材料、機械、電氣、建筑、交通以及航空航天等領域中存在大量的熱量傳遞問題。傳熱學的理論體系日臻完善，內容不斷得到充實及改進，已成為現代科技中充滿活力的主要基礎學科之一。本課程在民族大學生能力培養和知識結構體系中起著承前啟后的作用。因此，如何完善這門課程的課堂教學，使民族大學生成為有用人才是一個嚴肅的問題。筆者將結合近幾年在“傳熱學”教研中的經驗，談談在“傳熱學”在民族大學生教學中的一些認識。

一、民族大學生的學習情況

從學習的主體——民族大學生入手考慮問題，具體包括如下幾個方面：

1.民族大學生基礎薄弱

根據新疆大學新生入學成績統計，2009級到2011級入學的熱動民族大學生高考平均分為450分左右。學生基礎不好，學習起來難度就很大，也就沒有信心，要在熱動行業有所作為就要多努力。

2.民族大學生學習習慣

民族大學生語言能力很強，有一名維族女學生會八種語言。但是，一名合格的工科大學生不僅僅要會語言，更重要的是要懂工程技術。然而，他們的學習習慣非常不好，比如上課不注意聽講、不做筆記、課下很少看書、不認真做作業、實驗課上不專心、考前背課本、很少做題等。作為工科學生，不做題很難取得好成績，因此就導致基礎課尤其是數學課、流體力學也包括傳熱學不及格率很高。老師時刻提醒他們如何聽課、如何學習，以改變不良的習慣及作風，使其養成良好的學習習慣。

3.民族大學生學習興趣

民族大學生愛歌舞，但是，一提到學習就無精打采，這就是問題關鍵所在：沒有學習興趣。因此，這就需要老師多去鼓勵他們，給他們自信心，讓民族大學生對學習感興趣，真正成為學習的主角。

對民族大學生學習情況有所了解之后，如何讓民族大學生在薄弱基礎上，養成良好的學習習慣，讓他們真正成為學習的主角，那么就需要結合“傳熱學”提出具體教學指導思想，進一步探討民族大學生“傳熱學”的教學方法。

二、“傳熱學”的教學指導思想

“傳熱學”課程的內容主要包括：導熱、對流傳熱、輻射傳熱以及傳熱過程和換熱。該課程連貫性和系統性較差，表現為基本概念繁多、公式紊亂、重點分散等，不利于學生的理解和記憶。那么，如何學好“傳熱學”，其教學指導思想又是什么呢？中國古語說：“授人以魚，三餐之需；授人以漁，終生之用。”因此，課堂教學的指導思想應是以知識傳授為載體，通過本課程的教學，民族大學生全面掌握傳熱學的基本規律，深刻理解導熱、對流傳熱、輻射傳熱、傳熱過程和換熱器以及傳質學等知識體系，并關注在工程實際中的應用，努力培養民族大學生應用傳熱學理論，發現、分析并解決實際問題的能力。

要想使民族大學生學好傳熱學，首先應了解他們是怎么想的，知道他們的優點和缺點，區別于漢族同學，最重要的還是提高他們的學習興趣，將課堂教學的主體由教師轉移到學生，讓他們成為學習的主角，這就需要授課老師做好教學的“互動”。課堂教學師生互動的過程，教師要多觀察學生的課堂表現，不要急于講知識，要讓學生參與進來，真正讓學生變被動學習為主動。目前，國內外的教育工作者提出了很多的教學方法，總結起來這些教學方法應該說都從某些方面體現教學“互動”讓學生成為學習的主角的思想。

三、“傳熱學”教學方法

“傳熱學”是熱動專業重要的專業基礎課，也是重要的技術課。其主要任務是通過多種教學環節，運用各種教學手段和方法，使學生理解掌握傳熱學的基本概念、基本原理及基本計算方法；培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，以及實驗動手技能，為后繼課程的學習、從事工程技術工作、科學研究以及開拓新技術領域，打下堅實的理論基礎。

傳統的教學方式仍然是“填鴨式”，德國教育家第斯多惠說過“教育的藝術不在于傳授本領，而在于激勵喚醒”。“填鴨式”教學如果灌輸得好，學生受益，但是大部分時候，學生只能消極被動地適應課程和適應老師。這種以大綱、教材、教參為主線的傳統教學觀念及做法，嚴重束縛了學生的全面發展。因此，現代教育理念是把學生、教師、教材、教育為四大要素加以合理地結合，對舊的教育體系重新調整，將“填鴨”轉變為“問題解決及能力培養”，強調師生的合作精神，注重學生的個性培養以及個人能力的全面發展。

下面筆者將結合新疆大學熱動專業的民族大學生談談傳熱學的課堂教學的一些方法。

1.做好筆記，加強學習效果

要求學生在上課時做好學習筆記，將解決問題的思路、方法、重點、學習心得及存在的問題等認真做好記錄，以加強學習效果，便于檢查復習，并且要硬性要求，與最后成績考評直接掛鉤。實踐表明做一些硬性要求是必要的，有助于民族大學生的教學。

2.提問啟發式教學

“啟發”源于孔子的“不憤不啟，不悱不發”。朱熹解釋：啟，謂開其意；發，謂達其辭。對于民族大學生，如果采用純理論數學公式授課，多數學生會聽不懂，因此就需要有針對性，多講一些實例，比如冬天室內的空氣是如何流動換熱呢？學生們就會積極回答，因為暖氣附近的空氣熱密度小，而離暖氣遠的地方空氣冷密度大，這樣就產生了密度差壓力差，空氣就流動，熱量隨之發生了交換。在此基礎上教師可以引出對流換熱。再比如，太陽是維吾爾族的象征圖騰，那么在講授輻射換熱時，可以提問太陽是怎樣將熱量傳播到地球，從而使地球有了陽光和生命。學生就很自然地聽講，學習主動性就會大大提高。

因此，在課堂授課時，教師應盡量多講生活中的實例，少講公式推導，公式能認識、會用，達到工程應用的目的就可以了；多提一些實際工程中的簡單問題，尤其是舉一些與維族、哈族及烏茲別克族等民族有關的實例，從而讓他們對學習具有很大的積極性。總之，啟發式教學拉近了老師與民族大學生之間的距離，從而有助于“傳熱學”的課堂教學。

3.學習運用參考資料

作為一名合格的當代大學生，善于從圖書館和網絡中搜集有用的資料，培養自學能力是學好課程知識、豐富個人才能的重要途徑。比如教師可以布置作業“誰提出了邊界層理論”，下次課讓學生自己講解，學生就會通過網絡查到是德國科學家普朗特，他在邊界層理論、風洞實驗技術、機翼理論、紊流理論等方面都作出了重要的貢獻，被稱作“空氣動力學之父”，是近代力學奠基人之一。學生通過查資料的方式了解傳熱學名人，激發學習的熱情和積極主動性。

4.實驗課教學

新疆大學熱動實驗室隨時為學生敞開，為其學習提供了便捷的途徑，同時熱動實驗室還配備多媒體，使實驗教學質量達到一個新臺階。

要培養民族大學生的動手能力，這就需要引導他們進實驗室，做傳熱學的基本實驗，開發傳熱學綜合實訓臺，參觀相關的鍋爐和汽輪機設備模型，為后備課程學習打下基礎。

使學生參與教師的研究課題。新疆大學熱動專業教師幾乎人手一個國家自治區自然科學基金項目課題，讓民族大學生協助教師進行科研開發，實驗研究，在實踐中提高他們自身的科研能力。學生從中也學到了很多專業知識，在他們就業時就會受到很多用人單位的歡迎，在一定程度上解決民族大學生的就業問題。

實驗課上教師要對民族大學生因勢利導，鼓勵學生創新，哪怕想法不是很完善的，甚至看似荒唐，都要給予鼓勵表揚。培養學生創新能力，樹立科學實驗第一的觀念，讓他們養成嚴謹求實的良好作風。

5.多媒體教學與實例教學相結合

“傳熱學”有很多教學難點：如，導熱微分方程式的求解、非穩態導熱問題的求解、對流換熱的邊界層微分方程組、邊界層積分方程組的求解及比擬理論、膜狀凝結的分析解、膜狀凝結影響因素和大容器飽和沸騰曲線和蘭貝特定律及立體角的概念等。多媒體教學可以有效突破這些難點，例如非穩態導熱過程，讓學生建立起物體內溫度分布空間的概念，就可以用多幅不同工況下的溫度分布圖來生動清晰地講授，達到良好的授課效果。

但是，多媒體技術出現了許多亟待解決的問題，特別是如何將傳統教學模式及教學手段合理結合。因此，在運用多媒體給民族大學生授課時應做到以下幾點。第一，精心設計多媒體教課件，善于聽取督導組老教師的意見、征求其他老師及同學的合理建議，做到課件既具有針對性又實用性。第二，優化多媒體教學與板書錄像的組合，教學方式要根據學生和課堂內容而定，比如有以下幾種組合：黑板+幻燈、黑板+幻燈+實物、黑板+幻燈+錄像。對于民族大學生，黑板還是不可缺少的，當然他們最喜歡的還是錄像講授，實踐證明教學手段太單一是不科學不合理的。第三，合理控制速度，語速要緩要慢，多次反復強調重點。

6.注意學生反映，講究策略

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中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0144-02

Abstract：Fluent software was introduced in heat transfer teaching for numerical solution method of heat conduction problem. Numerical solution method was explained combination with Fourier law and heat conduction problem of multi wall.Wall temperature distribution was show by picture，the abstract concept and the theory change into the image picture，to raise students’interest in learning the course.And to make students deeper understanding of what is learned，to achieve the purposes of improving the teaching effect and quality.

Key Words：Heat transfer；Heat conduction；Fluent

傳熱學就是研究由溫差引起的熱能傳遞規律的科學[1]，要求學生掌握強化傳熱、削弱傳熱以及能計算簡單情況下的溫度分布。熱傳導問題數值解法的是學生比較難以掌握的難點，同時也是重點，要求學生能對簡單的熱傳導問題進行數值求解。通過將Fluent軟件引入教學過程，是學生講學習的重點放在熱傳導問題數值計算的基本原理上，而求解過程由Fluent軟件實現，進一步掌握該軟件的用法，為做畢業論文打下一定的基礎。

1 Fluent軟件的特點

對導熱問題數值求解的基本思想是：把原來在時間、空間坐標中連續的物理量的場，如導熱物體的溫度場，用一系列有限個離散點上的值的集合來代替，通過一定的原則建立起這些離散點上變量值之間關系的代數方程，求解所建立起來的代數方程以獲得所求物理量的近似值[2]。Fluent軟件是一個模擬和分析在復雜集合區域內的流體流動與傳熱問題的專用CFD軟件，同時也能模擬固體的導熱問題[3]。Fluent軟件由前處理器、求解器和后處理器組成。其中前處理器Gambit用于網格的生成，網格的生成過程即為計算區域離散化的過程。求解器用于求解所建立起來的代數方程。而后處理器用于處理計算的結果，可以把計算得到的數據可視化[4]。

2 教學案例

分析帶有保溫層的墻壁的傳熱過程，在教學中以長3m（x方向），高3.2m（y方向），厚0.3m（z方向）的墻作為研究對象，其中保溫層厚度為0.05m，如圖1所示。在教學過程中分析以下兩種情況下爐墻的傳熱過程：（1）分析有保溫層和無保溫層時墻壁的溫度分布；（2）保溫層厚度不變，分析保溫層導熱系數對爐墻溫度分布以及散熱量的影響。水泥墻和保溫層的物性參數表1所示。

（1）數學模型。

（2）邊界條件。

（3）墻壁中的溫度分布。

計算得到不同厚度方向（z方向） xy截面的溫度分布，從圖中可以看出不同截面上的溫度相等，根據傅里葉定律可知熱量沿著厚度方向傳遞。從而驗證了傳熱學中大平板模型中（長度、寬度遠遠大于厚度的平板）熱量沿著厚度方向傳遞。

計算保溫層存在時以及沒有保溫層時墻壁的溫度分布，計算結果如圖3所示。圖3（a）為爐墻厚度方向yz截面的溫度分布，從圖中可以看出溫度在z方向及墻壁厚度方向發生變化，而在y方向爐墻的溫度保持不變。對比有保溫層和無保溫層兩種情況的溫度分布，在有保溫層時，墻壁中的溫度發生劇烈的變化，而無保溫層時，墻壁中的溫度變化比較平緩。可見保溫層對墻壁的溫度分布影響比較大。

根據墻壁厚度方向的溫度變化，得到墻壁溫度在厚度方向的變化曲線，如圖3（b）所示。由于墻壁內外的邊界條件相同，有保溫層時和無保溫層時內墻壁的溫度為296K、外墻壁溫度為260K。無保溫層時墻壁內的溫度幾乎成線性變化，而有保溫層時，墻壁的溫度變化比較平緩，在墻壁和保溫層的交界面處z=0.3m，溫度發生劇烈變化，在保溫層中溫度急劇下降，這是由于保溫層的熱阻非常小而導致的。在厚度0m

（4）保溫層導熱系數對熱流量的影響規律。

在保溫層厚度保持不變的情況下，保溫層導熱系數的大小，直接影響墻壁的散熱，因此分析保溫層導熱系數對墻壁熱流量的影響，如圖4所示。隨著保溫層導熱系數從0.06 W/（m?K）減小到0.01 W/（m?K），墻壁散熱的熱流量從180W減少到40W。導熱系數越小，保溫層的熱阻越大，根據傳熱過程熱流量與熱阻的關系可知墻壁的熱流量越小，從而減少墻壁的散熱。

3 結語

在傳熱學導熱問題數值解法的教學過程中，引入Fluent軟件，同時結合傅里葉定律、多層平壁導熱問題進行講解。以墻壁的溫度分布為例，分析了有保溫層時和無保溫層時墻壁的溫度分布，比較這兩種情況下墻壁的熱流量大小，有保溫層時能顯著的減小墻壁的散熱。同時分析了保溫層導熱系數對墻壁熱流量的影響規律。將較強理論的教學內容形象化，激發學生的學習興趣，加深對傳熱學基礎理論的理解。

參考文獻

[1] 楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2006：1-2.

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一、傳熱學課程簡介

吉林建筑大學從1978年開始招收供熱通風與空調工程專業學生，目前該專業調整為建筑環境與能源應用工程專業。傳熱學課程是本專業的重要技術基礎課程之一，學校開設此課程已有30多年的歷史，同時該課程還是學校安全工程、熱能動力工程專業的重要基礎課程之一。其中建筑環境與能源應用工程專業該課程為64學時，安全工程專業該課程為56學時，熱能與動力工程專業該課程為64學時。

傳熱學是研究熱量傳遞規律的科學，內容主要包括熱量傳遞的機理、規律、計算和測試方法等。傳熱學屬于應用科學的范疇，是工程科學的重要領域之一，綜合性很強，理論與實踐并重。該門課程不但與熱機、制冷、熱泵、空氣調節等傳統課程有關，而且正逐步發展到許多新領域中。通過本課程的學習，應使學生具備分析工程傳熱問題的基本能力，掌握熱量傳遞的基本規律，初步具備利用計算機求解傳熱問題的能力。

該課程（建筑環境與能源應用工程專業）的知識模塊順序及對應的學時如下。傳熱的三種基本方式，2學時；導熱的基本理論，4學時；穩態導熱及計算，8學時；非穩態導熱及計算，6學時；導熱數值解法及舉例，4學時；對流換熱概述，8學時；單相流體對流換熱，6學時；熱輻射概述，4學時；輻射換熱計算及應用，8學時；傳熱分析與換熱器計算，8學時。

二、傳熱學課程師資隊伍建設

經過30多年的發展建設，傳熱學課程已經建立了較完備的配套體系和教學隊伍。目前，傳熱學課程組是學校建筑環境與設備工程專業教研室中教學實力最強的課程之一。該課程的教師隊伍中，80%具有碩士研究生學歷，師資隊伍結構合理，已形成梯隊。擔任傳熱學課程主講教學任務的教師有5人，其中教授2人、副教授（高級實驗師）1人、講師1人、助教1人；具有博士學位的1人，4人為碩士學位；50～60歲1人，40～50歲2人，30～40歲1人，20～30歲1人。為體現課程的基礎性和廣泛性，學校特別吸收了有熱能動力工程專業背景的教師，5名教師中2人為熱能工程專業畢業，1人為物理專業畢業，2人為建筑環境與設備工程專業畢業。這是一支學術水平高、結構合理、教學和科研相結合、富有創新精神的師資隊伍，在學校的年終評審中成績優良。為體現對實踐性環節的重視，該課程還安排了具有豐富實踐經驗的教師為試驗指導教師，輔導教師和實驗教師與學生的比例為1∶35。

三、青年教師的培養

1.青年教師的培訓措施

（1）中青年教師的培訓。定期把青年教師送到外院校、設計院等單位進修培訓，豐富其實踐工作經驗；發揮老教師的傳幫帶作用，帶領青年教師參加科研項目，提高業務能力。

（2）對青年教師的培養實行導師制。每位青年教師均由一名教學經驗豐富、責任心強的教師擔任導師，進行全方位的傳幫帶，使青年教師的成長步伐大大加快，效果顯著。

（3）參加教研活動，提高教學水平。教研室堅持每兩周開展一次教研活動，并積極開展教研立項工作，鼓勵青年教師撰寫教學法研究論文。教研內容主要涉及人才培養模式、課程體系設置、課程內容、實踐性教學內容及改革、課件制作、授課方法等問題。

（4）青年教師講課競賽。教研室通過選派青年教師參加講課比賽，提高中青年教師業務水平，收到了良好的效果。

2.成效

（1）教學水平提高。青年教師的教學水平進步很快，整體素質有了很大提高，教學質量得到教學專家的肯定和學生的一致好評。在吉林建筑大學舉行的青年教師講課比賽中，該課程教學組有1人獲一等獎、1人獲二等獎。

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作者簡介：衣秋杰（1978-），女，山東棲霞人，山東科技大學機電學院，講師。（山東 青島 266590）

基金項目：本文系“2010年山東科技大學教育教學研究‘群星計劃’基金項目”（項目編號：qx102035）的研究成果。

中圖分類號：G642     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）01-0054-02

“傳熱學”是熱能與動力工程專業的專業基礎課程之一，也是能源、化工、動力、土木、電子等學科的主要專業課之一。由于自然界和工業生產中到處都有熱量傳遞現象，所以傳熱學理論在各個領域都有著廣泛的應用。傳熱學是一門經典的傳統課程，同時又是一門發展中的應用性極強的基礎課程。山東科技大學（以下簡稱“我校”）自2001年首批招收熱能與動力工程專業本科生起，就在專業培養方案中設置了“傳熱學”課程，自2009年開始在車輛工程專業加設“熱工基礎”課程（包括“工程熱力學”和“傳熱學”），目前我校開設傳熱學課程的專業還有建筑環境與設備工程專業、安全工程專業、過程裝備與控制工程、材料成型及控制工程專業。本課程既屬于專業基礎課程，又是與工程實際結合緊密的應用學科，“傳熱學”的課程教學質量直接關系到后續專業課程的工程應用及理論研究，在專業人才培養過程中發揮著重要的作用。為了在有限的學時中盡快引導學生入門，筆者在教學實施過程中對教學目標的確定、課程內容選擇、課堂教學方法研究、學生情況和成績考核等方面進行了一系列探索與實踐。

一、課程體系和教學內容的改革

“傳熱學”的主要內容包括熱量傳遞的基本方式，熱量傳遞的基本規律及其應用，傳熱過程綜合分析三大部分。專業不同，課時不同，對本課程的需求是不同的，在保持課程內容體系完整性，服務于專業的原則下，結合專業需要建立內容豐富、層次分明、針對性強的課程體系，豐富和完善與專業相適應的課程體系。在教學實踐中根據不同學時數，安排不同的教學內容，制定不同的課程主線。比如，對車輛專業少課時傳熱學內容，教學重點內容放在熱量傳遞的基本方式和基本規律的應用上，課堂教學圍繞著專業需求安排教學內容，其課程主線圖安排如圖1所示。注重以理論聯系實際的方式將相關內容的專業背景、科研信息與應用在課堂教學中體現出來，呈現給學生，使學生能夠找到本課程內容與其專業的應用點和結合點，樹立和強化學生的工程概念和意識，培養其解決實際問題的能力。

對于多學時的課程教學，教學內容既要結合工程實際，又要和學科前沿相結合，注重學生解決實際問題能力的培養和視野的開闊。教學內容要加強學生工程意識的培養，培養學生解決實際問題的能力。工科院校的教學必須加強對學生工程實踐意識的培養和工程設計能力的訓練。傳熱學的數學推導較多，查圖查表較多。傳統教學觀念中，偏重于介紹原理和公式推導，最后套用公式解題。學生雖然會解難題，可是遇到工程實際問題卻無從下手。為此課堂教學中從工程應用的角度出發，結合學生的專業特點，舉出與專業課程和實踐環節密切相關的實例，根據實例建立起數學模型，并確定定解條件（包括邊界條件和初始條件），然后利用數學知識求解方程或方程組獲得分析解或數值解或得到實驗關聯式。最后對所獲得的解進行分析，用來解釋傳熱現象，指導工程實際。例如，管道保溫層的覆設、鍋爐爐膛的輻射傳熱等，通過實例讓學生初步樹立工程觀念。通過增加與工程密切相關的習題來加強學生工程實際意識的培養和工程設計能力的訓練。例如，在講用熱電偶測量儲氣罐內氣體溫度這一實例時，可以提出如何降低測量誤差的問題，引導學生學會在工程實際中如何用理論知識指導生產。這樣一來，既可以增強學生的學習積極性，增強他們的工程觀念，培養他們的工程意識，還可以培養學生全面考慮問題，解決實際問題的能力。

教材并非唯一的教學課程資源，在傳熱學中，為學生提供豐富多彩的具有時代特點的傳熱學學習材料可以拓寬學生的學習視野，激發學生的學習熱情。教師可以把與課程相關的前沿學術動態和科研信息隨時補充穿插在課堂教學中，鼓勵學生利用網絡和電子期刊獲取與學科相關的論文信息，也可以鼓勵學生利用所學知識通過大學生科研立項等科技創新活動解決生活中遇到的問題。例如，在講解傳熱的連續介質假定的條件時，可以提到微尺度傳熱。在講到強化傳熱時，可以提到場協同原理。這樣可以提高學生的學習興趣，培養學生的主動查閱科技文獻的自學能力和發現問題解決問題的能力。

二、以學生為本的教學方法的靈活應用

傳熱學雖然是熱能與動力工程專業的一門專業基礎課，但是它在人們的日常生活和工程實踐中都能找到實際應用。現在的大學生思想活躍，自主性強，如果僅僅對教材平鋪直敘，照本宣科，教師只顧在黑板上進行公式推導，很容易讓學生感到枯燥乏味，不積極思考，感受不到學科魅力，無法集中注意力學習專業基礎知識，更談不上學以致用。如果能夠在教學過程中利用其身邊感興趣的實例加以引導，則能激發學生的學習興趣，提高學生的學習積極性。例如，筆記本的散熱問題，室內暖氣的安裝位置問題。通過深入淺出的講解，運用所要講述的理論分析問題解決問題，不僅可以提高學生的學習興趣，還可以激發他們的求知欲和探索精神。

教學過程中啟發提問相結合，活躍課堂氣氛，提高學生學習的積極性和主動性。教學過程中，學生是課堂教學中的主體，只有調動起學生主體的積極性和主動性才能提高課堂教學效果。專業基礎課不可避免的會遇到一些理論分析和公式推導，這些往往是教學內容中比較枯燥乏味的部分，學生很容易失去學習興趣。采用啟發式提問，加強師生互動，可以營造生動活潑的學習環境，促使學生積極參與到教學過程中而不是被動接受知識的灌輸。如果能夠先分析公式推導的依據、目的和結論，并指出其中的關鍵點和推導思路，然后留出時間讓學生自己動手推導或作為思考題的形式讓學生課后思考，在下次課時讓學生針對推導過程中遇到的問題各抒己見，鼓勵學生勇于質疑，提出自己的新觀點，學生可以提出自己的問題，甚至是對教學內容的質疑，這樣不僅可以鞏固學生對知識的掌握和理解，促使學生主動學習，促進學生發散思維和創造性思維的發展，進一步深化素質教育。在師生互動的過程中，可以提高學生口頭表達能力和增強心理素質，還可以教學相長，對教師也是一種督促和激勵，需要教師不斷提高完善自己，不斷與時俱進。

教師要善于總結，通過比較，加深學生對基本概念的理解，通過比較揭示不同現象的本質。例如，通過散熱器內熱水和室內空氣的熱量傳遞與熱工設備換熱器冷熱流體間的熱量傳遞的比較，引出傳熱過程的概念。通過比較還可以讓學生找到知識點之間的相互聯系與區別。例如，通過熱量傳遞和動量傳遞的類比，理解熱量傳遞與動量傳遞間的某些相同點，加深對熱量傳遞的理解，學會比擬法研究對流換熱問題。通過比較，還可以讓學生認識到理想物體與實際物體間的差異，理論與實際的差距，認識到理論應用在具體不同條件下產生的個體差異，為今后解決工程實際問題積累經驗培養能力。例如，理想物體黑體和實際物體輻射力及輻射換熱量的計算的比較。教師不僅應善于總結通過比較教學法幫助學生建立完整清晰的知識體系，還應該引導學生學會獨立運用比較方法，培養獨立思考，主動學習，善于分析事物本質及聯系的能力，形成自己的知識體系。

當然課堂教學靈活性很大，不能為了單純運用教學方法而運用，適時靈活的將多種教學方法綜合運用，才能達到良好的教學效果。例如，在講授通過圓筒壁的傳熱過程時，可以由此聯系到工程實際中管道的散熱問題，這時可以提問相同厚度的保溫層放在圓管內保溫效果好還是放在圓管外好呢？學生可能認為放在管外好，結果答案恰恰相反，帶著疑問就會認真聽講。待這個問題解決后，再問學生同樣是在外面包裹一層，電線外面加了一層聚氯乙烯也是起到保溫的作用嗎？學生又會有疑問，這時引出“臨界熱絕緣直徑”的概念，通過分析熱流量和圓筒直徑的關系，發現直徑小于臨界熱絕緣直徑時，在外面敷設保溫層反而起不到保溫的作用，起到散熱的作用；當直徑大于臨界熱絕緣直徑時，在外面敷設保溫層才能起到保溫的作用。通過創設問題情境，運用比較法，啟發提問相結合的教學方法，有利于學生解決實際問題能力的培養。

三、教學實踐方式的改革

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二、明確本課程的學習方法

鑒于傳熱與流體流動數值計算課程的重要性，特別是許多學生在接下來的學位論文工作時，都要采用數值計算的手段去研究自己的特定問題。那么如何才能學好CFD或NHT？或者是應該采用什么樣的方法來學好這門課程？這是初學者經常愛詢問的問題。有效的學習方法能起到事半功倍的效果，對于本門課程學習中需要注意以下幾方面的問題：1.要有扎實的流體力學和傳熱學基本知識。所謂計算流體力學或計算傳熱學，顧名思義，就是數值計算和流體力學（或傳熱學）兩方面知識的結合。要想學好CFD和NHT，首先要有扎實的數學功底、流體力學和傳熱學的基本知識。在理解并應用CFD和NHT的所有知識之前，我們必須充分理解流體力學和傳熱學控制方程，包括它們的數學形式和它們所描述的物理現象。有的同學在學習過程中想要繞過流體力學和傳熱學的基本知識，特別是粘性流體力學的內容，最終的效果只能是知其然而不知其所以然。2.不要忽視自己動手編寫程序。這是一門理論和編程并重的課程，應使理論與編程操作相結合，二者才能相得益彰。因此，想要學好CFD和NHT，應該鼓勵自己去編寫一些計算簡單問題的程序。而且只有通過編寫程序來親手實踐，才能了解CFD和NHT究竟是如何一回事。3.要學習使用商品軟件。自己編程是一個良好的學習方法，針對某一較簡單的問題編程容易實現；而對于復雜問題，自己動手從零開始編寫程序將會是一個繁雜的工作。對于作為工程計算而非專門的研究型人員來說，學會使用一個通用的商品軟件是有益的，像流行的PHOENICS、FLU-ENT、CFX和Star-CD等商品軟件，雖說不是針對性軟件，應用于某些專門問題的計算時可能表現出效率低、精度低，但要自己編制一個計算復雜流場的軟件，還是要慎重思考。

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關鍵詞 :注塑模具、UG, CAD/CAE、Moldflow

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關鍵詞： 動車組；制動盤；材料；仿真；試驗

Key words： motor train unit；brake disc；material；simulation；test

中圖分類號：U270.35 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）22-0030-03

0 引言

國內高速鐵路已經進入了高速發展的時期，隨著鄭西、京滬、武廣等高速鐵路線和五大城際客運鐵路線路等竣工投入使用，國內對時速250公里及以上高速動車組的需求量也日益增大；因此時速250公里及以上動車組是我國現階段引進和研發的重要項目。隨著高動車組速度的不斷提高，很大程度上節省了國內兩地間的旅行時間，使得全國范圍內很多城市之間能做到當天到當天回；然而由于運行速度的提高，對高速列車旅行的安全性要求也不斷提高，也越來越受到大眾的關注；列車安全性問題中，盤形基礎制動系統的好壞是能否保證列車按要求停車的最終保障，而制動盤是其中最為關鍵的零部件之一，承擔著制動過程中產生熱能量的80%～90%，因此，制動盤耐溫性能和摩擦性能的好壞，決定著列車運行的最終安全。現高速動車組制動盤基本全采用國外進口，按國家鐵路部門要求急需進行國產化研制。

本文設計了一種高速動車組用制動盤結構，分析了1#和2#兩種材料的材料性能，通過利用ANSYS對1#和2#兩種材料盤體制動過程溫度場、熱應力場情況的仿真對比分析，確認適合用于高速列車制動盤的材料，為制動盤的順利研發奠定理論基礎。

1 制動盤結構和材料參數

1.1 結構設計 圖1為設計的制動盤三維結構，該制動盤做了通風結構設計，主要有盤體摩擦面和各種不同結構和作用的散熱筋，主要保證盤體制動時的通風散熱效果，降低盤體制動過程中的溫升。

1.2 材料選型 本文設計了1#和2#兩種制動盤盤體材料，分別對兩種盤體材料物理特性參數進行試驗分析。圖2為兩種材料的導熱系數隨溫度變化曲線。圖3為兩種材料線膨脹系數隨溫度變化曲線。

2 熱分析仿真模型建立

2.1 結構模型 考慮到制動盤在制動過程中受力對稱，而且制動盤的結構為中心對稱，故采用整個模型的1/12進行計算，這樣可以減少計算量，在邊界上施加對稱邊界條件進行計算，扇形區的兩個截面采用耦合結點進行處理，這樣處理之后與整個盤體的模型等效，而單元數減低為原先的1/12，大大降低了計算成本。劃分后的有限元計算模型如圖4所示。

2.2 熱載荷條件 根據傳熱學理論，對于無內熱源的各向同性材料，其熱傳導方程為式如下：[1]

■+■+■=■■

式中，T為溫度，（K）；t為時間，（s）；ρ為材料質量密度，（kg/m3）；C材料比熱容，（J/（kg·K））；λ為材料導熱系數（W/（m·K））。由能量折算法確定制動盤的熱流密度[2]：根據能量守恒定律，從能量的角度分析列車的制動過程。假設列車動能全部轉化為制動盤的熱能，則制動過程中閘瓦與制動盤摩擦產生的熱量可由如下公式表示：Q（t）=W=■Mv■■-v■■

式中，v0列車初速度，vt為列車制動過車過程中某一時刻速度，t為總制動時間，W為列車動能，M為列車質量。

根據熱流密度的定義，熱流密度q和摩擦熱量Q可表出如下：q（t）=■/S

式中，S為參與摩擦的制動盤面積，即閘片在制動盤上劃過的圓環面積S=πR■-r■。

考慮到實際制動過程中，由于存在輪軌摩擦和空氣阻力等因素，列車動能只能有一部分轉化為熱能，又有一部分熱量被閘片吸收；因此，引入轉換效率概念η，可得熱流密度q與時間t的函數關系如下：q（t）=-η■

式中，q（t）為t時刻加載于制動盤面的熱流密度，（kW/m2）；M為列車質量，（kg）；a為制動加速度，（m/s2）；v0為制動初速度，（m/s）；n為每根軸上裝配的制動盤個數；R和r分別為閘片與盤面摩擦的環形區域的外徑和內徑，（m）。

2.3 對流換熱系數Hf[3] 對流換熱系數與導熱系數不同，它與材料無關，而取決于流體流動狀態、流體物理性質、壁面溫度以及壁面的幾何形狀。根據平面散熱問題的傳熱學理論得H■=0.664■■p■■■

式中，pr為普朗特數；λα為空氣導熱系數，（W/（m·K））；L為壁面長度，（m）；u■為空氣流動速度，（m/s）；v為空氣得運動粘度，（m2/s）；忽略制動盤溫度周圍溫度變化的影響，則v、pr、λ為定值，Hf只與u∞和L有關。

3 仿真分析

依據有關高速動車組制動技術參數，設計仿真計算軸重15t，制動初速度為300km/h，制動盤初始溫度為20℃，進行邊界條件以及熱載荷的計算，并以此進行1#和2#兩種不同材料制動盤在溫度場、熱應變及應力場等有限元仿真計算，并進行比較分析。

3.1 溫度場仿真分析 根據所給已知條件對兩種不同材料制動盤在同等條件下進行溫度場的仿真分析，圖5為制動盤各部位節點溫度隨時間變化曲線，圖6為最高溫度時刻制動盤溫度云圖，圖中（a）表示1#材料制動盤，（b）表示2#材料制動盤，下同。從圖中分析可以得知：兩種材料的最高溫度均出現在摩擦面上，最高溫度均出現在約制動后80s，1#材料制動盤最高溫度約645℃，2#材料制動盤最高溫度較低，約529℃；摩擦面溫度變化趨勢為先升后降，盤體背面溫度由于熱傳導作用升溫趨勢要緩于摩擦面。從仿真結果可以看出，2#材料制動盤在制動溫升方面明顯優于1#材料制動盤。

3.2 應力場仿真分析 通過溫度場分析模型轉化為結構分析模型，導入材料的非線性特性參數，給有限元模型加以對稱邊界和位移約束，同時步步加載所分析得到的各時段溫度數值，進行制動盤熱應力的求解計算。圖7所示為兩種材料在相同條件下不同位置熱應力有限元仿真結果。從應力分析曲線可以看出，兩種材料制動盤摩擦面應力均要高于其他部位，1#材料制動盤最高應力410MPa，2#材料制動盤最高應力215MPa，明顯小于1#材料材料，這也預示著在相同疲勞強度基礎下1#材料比2#材料更易出現裂紋，所以2#材料制動盤的抗熱裂紋性能明顯高。

4 結論

本文主要設計了一種高速動車組制動盤的結構，并通過制動盤溫度場、熱應力場仿真分析對1#材料和2#材料兩種材料制動盤進行了材料選型工作，經過分析得出結論：2#材料制動盤的最高溫度、最大應力均小于1#材料制動盤，具有更高的熱容量，符合高速動車組對制動盤的性能和高熱容量的要求，是理想的制動盤材料，可以進行進一步的試制和試驗驗證工作，同時，為高速動車組制動盤的材料國產化提供了依據。

參考文獻：

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2.德國高校。應用型大學課程設置和內容多偏重于應用，畢業設計以校企合作的方式為主。聯邦政府和州政府均提供經費、制定法規和優惠企業的政策，學生可以從多種渠道選擇自己感興趣的題目。（1）本科生教育分兩個階段，第一階段一般為兩年，通過考試進行選拔和淘汰。第二階段學生選擇專業方向，完成必修課、選修課和任選課程的學習任務，還要完成規定實驗、課程設計、專題報告、實習和畢業論文，第五學年，學生花3~6月時間寫畢業論文[5]。（2）畢業設計選題。①大企業在網站或報紙雜志上貼出課題信息，學生申請企業選擇是否錄取。②小企業由校內相關部門企業需求信息和課題內容。③一些校內課題信息。（3）畢業設計管理方式。①一旦學生被企業選中，企業就會派一名工程師指導學生的畢業設計工作，包括給出具體的課題名稱、任務要求、課題截止時間、預期結果等。②學生在設計課題一段時間后，要找導師審查課題。（4）畢業設計基本要求。①大約100頁的文字材料、論文格式、需要的圖表說明。②對于論文的質量控制，堅持應用為本。即使課題未能完成，以科學的方法進行課題研究，也可以獲得通過。（5）畢業設計成績評定。五分制評定。畢業論文分數加上專業考試分數而得出的平均分數是畢業的總分。評定畢業論文原則上有兩位考官，其中一位是畢業論文題目的指定者，另一位（教師或畢業設計單位工程師）由考試委員會主席委派。兩位考官在評定畢業論文中發生意見分歧時，以地方性考試規則的評分辦法為準。成績由學校教授給出，畢業設計單位不參與成績評定。

二、機械工程專業畢業設計教學模式探討及實踐

提出畢業設計與生產、科研、教學相結合的教學模式。以指導老師為中心、學生為主體管理，對畢業設計全程質量監控。

1.時間安排。工科院校的畢業設計基本都是安排在大四下學期，16周，每周5天，要求學生每天必須保證8學時，學時總數是640學時，便于集中做好畢業設計，管理與指導學生。缺點是學生沒有充足自由安排時間，設計質量得不到保證。暑期期間，重點學習冶金工藝、相應重點設備結構、傳動原理及零件或材料加工機理。大四上學期，基礎知識學習、夯實及拓展專業知識、研究及設計工具掌握。如本課題組研究重要方向之一，金屬材料控冷強韌化，就需要學生學習流體力學、傳熱學及材料相關理論，并且熟悉研究及設計工具，如流體仿真軟件Fluent、有限元軟件ANSYS、設計軟件CAD二維或三維等掌握及熟練應用。大四下學期，進入學校規定的畢業設計階段，重點是研究及設計方案的創新。

2.結合生產實際或者實驗室建設任務，努力做到真題真做。本專業選題絕大多數仍然以冶金行業中課題進行設計及研究。作者所在的“金屬材料控冷強韌化”研究團隊，分為鋼板、鋼管、棒材及型鋼等方面控冷題目的設計或研究，根據品種規格，在一大題目下，分若干小專題。如“浸入式鋼管淬火裝置研究與設計”題目下，有幾小專題“浸入式鋼管淬火裝置影響因素研究”、“浸入式鋼管淬火裝置上料裝置設計”等，這樣選題能對學生進行流體力學、傳熱學、液壓傳動及機械等各專業的綜合訓練。對于已經明確就業意向或者是找到就業單位的學生來講，作為指導教師必須要根據學生在就業時的選擇以及需要設計相關的畢業課題，如準備讀研學生分配做論文（研究）類題目，擬到公司就業學生分配做設計類題目。

3.借鑒國外高校做法，以小組為單位進行畢業設計。培養團隊合作精神。如“浸入式鋼管淬火裝置研究與設計”題目的幾個專題，研究題目可以為設計題目提供設計合理結構參數，設計題目又可為液壓設計或研究題目提供合理結構模型。

4.國內設計成果主要有二類：設計類提供圖紙，設計類課題的設計圖紙工作量，一般控制在4~7張（折合A1）；機類專業學生必須有用計算機繪制的圖紙；研究類提供畢業設計（論文），要求使用計算機打印。將畢業設計成果多樣化。只要能反映學生的創新成果，達到學生鍛煉的目的成果形式均可。

5.采取“專題講座”、“學術匯報”、“個別輔導”、“科研實踐”、“小組討論”等多種指導方式指導學生。第三類是校企聯合指導畢業設計，提高設計質量。但必須組織得當，在校企聯合中“以我為主”，堅持學校主導作用。

6.畢業答辯時，一般會根據專業大類分成幾個小組，學生單獨答辯，答辯組對學生的態度、能力水平、論文質量及應用價值給出評定意見，給出成績。以答辯組成績為最終成績。建議還是建立指導教師、評閱教師及答辯組共同給學生成績較為合理，當然可以給答辯組成績更高的權重，有的高校達到50%。作者所指導本科生中，優良率一直較高，尤其是在設計方面，圖紙規范，結構合理，較好地傳承了我們工科院校對本科生進行良好設計綜合訓練的傳統。

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IUTAM 大會委員會是一個常設委員會，負責每4 年1 次的世界力學家大會(ICTAM) 的組織工作。此前，我國學者周培源、林同驥、錢令希、鄭哲敏、王仁、莊逢甘、程耿東、白以龍分別擔任過大會委員會委員。

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【基金項目】本文系2013年哈爾濱工程大學教學改革項目“基于創新型人才培養的《燃料與燃燒》教學模式改革研究與實踐”（JG2013YB09）的研究成果。

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）18-0057-02

現代社會能源主要來源于化石燃料的燃燒，能源短缺已成為世界各國面臨的迫切問題，尋求新型燃料以及研發高效低污染燃燒裝置已成為各國面臨的重大任務。 “燃料與燃燒”是一門研究化石燃料及其燃燒規律的傳統學科，同時又是一門反映最新燃料及燃燒技術，并與之保持同步的新學科。

作為高等院校熱能與動力專業方向的重要專業基礎課，“燃料與燃燒”以“高等數學”、“大學物理”、“大學化學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“流體力學”等傳統基礎課程的知識為基礎，由于涉及學科多，應用知識繁復，與其他基礎課程相比，具有課程理論難度大、跨度大、知識點多且零散和對數學要求高等特點[1，2]。為此，針對我校熱能與動力工程專業人才培養特點和要求，結合多年教學實踐經驗，對“燃料與燃燒”課程教學內容的制訂及教學手段的選擇提出自己的建議。

一、課程內容及特點

1.課程內容

“燃料與燃燒”包括燃料、化學熱力學、化學動力學、燃料的著火理論、火焰的傳播與穩定理論、預混燃燒理論和擴散燃燒理論等基礎理論，液體燃料、固體燃料的燃燒過程及其經典的模型等教學模塊；課程主要包含：（1）燃料、（2）燃燒過程的物質平衡與熱平衡、（3）化學反應動力學、（4）燃燒系統守恒方程、（5）著火和燃燒界限、（6）預混氣的燃燒、（7）層流預混火焰、（8）層流擴散燃燒、（9）氣體湍流燃燒、（10）液體燃料的擴散燃燒、（11）固體燃料的燃燒、（12）燃燒污染與防治、（13）船舶動力裝置的燃燒等教學內容。

2.課程特點

實際燃燒過程涉及質量、動量和能量的交換和變換，涉及燃料和氧化劑之間的化學反應，具體過程十分復雜。“燃料與燃燒”課程知識點多、理論性強、學科交叉性強。因此，一方面，該課程的學習要求學生很好地掌握前期“大學物理”、“大學化學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“流體力學”等專業基礎課程的內容；另一方面，該課程的學習又可以促進了學生對上述課程知識點的理解。

“燃料與燃燒”課程理論性強、知識涉及面廣，是一門典型的理論和實驗相結合的學科。由于燃燒過程的復雜性，截至目前，燃燒科學的研究仍然以實驗研究為主。先進診斷技術的不斷出現使得燃燒實驗獲取的數據更加可靠、準確[3]。20世紀以來，著火模型、火焰傳播理論、反應流體力學和計算流體力學等的建立使燃燒理論有了長足的發展。并且，隨著大型計算機的出現，使得采用數值模擬方法研究燃燒過程已經成為發展趨勢[4]，這些都有力地促進了燃燒技術的發展。但這些理論模型對于本科生而言很難理解。這就要求授課老師探索適合本科生知識結構及認知水平的教學內容和教學手段。

二、教學方法

1.教材的選擇

“燃料與燃燒”這門課程知識點多、理論性強、概念抽象，如何上好這門課，選擇適合的教材是非常重要的環節。好的教材有利于制訂合理的教學內容和教學計劃，可以有效促進教師的教學和學生的學習。目前市面上發行的教材主要有國外教材的國內翻譯版和國內教材兩類，比如Kuo. Kenneth K.的《Principles of Combustion》和Turns. S. R.的《An Introduction to Combustion》以及國內顧恒祥編著的《燃料與燃燒》教材和嚴傳俊的《燃燒學》等，這兩類教材各有特點。合適的教材應該能夠與學生的知識結構及認知能力相適應，與該課程的教學目標相適應[5]。

針對本課程的特點，教材的內容要全要新，應能夠較好地反映當前燃燒理論發展水平及技術發展現狀。教材內容應當包括燃料、化學熱力學、化學動力學、燃燒物理基礎、預混燃燒及擴散燃燒、液體及固體燃料的燃燒等。由于是面向本科生的教材，應當內容簡單易懂、表述深入淺出、實例豐富直觀、結構邏輯清晰，能有效銜接理論分析與工程實例，這樣才能提高學生學習興趣。目前國內出版的《燃料與燃燒》教材要么理論性太強，要么涵蓋內容不全面，要么內容深度不夠，總之都存在這樣或那樣的問題。為此，根據我校本科熱能與動力工程專業方向學生培養的目標和特點，我校“燃料與燃燒”課程組的老師編寫了適合我校學生使用的《燃料與燃燒》教材，該教材系統地闡述了燃燒的基本原理和理論；詳細講述了燃料動力學燃燒的計算方法，詳細論述了燃燒熱力學和燃燒化學反應動力學，著重介紹了船舶動力裝置涉及的預混燃燒和油滴蒸發控制的擴散燃燒；最后，為及時反映燃燒技術的最新研究進展，增添了新型船舶動力裝置所采用的燃燒技術[6]。在教材的編撰過程中，大量引用了我校教師及研究生們的研究成果。教材針對性強、內容新穎，強調了“燃料與燃燒”課程的理論性和工程應用性，培養了學生學以致用、理論聯系實際的能力和素養。

2.教學內容設計

“燃料與燃燒”課程教學內容應該具有目標性、實效性、科學性、啟發性，為此在其教學內容的設計過程中，應該注意以下幾點：

①內容要重點突出。“燃料與燃燒”課程內容包括化學熱力學、反應動力學基礎、著火理論、火焰傳播與穩定理論、液體燃料及固體燃料的燃燒等部分，但在各部分內容的講解上要有重點。課程中化學熱力學和化學動力學基礎是整個課程的理論基礎，講解內容包括化學平衡、熱化學、化學反應速率、質量作用定律、反應級數、活化分子碰撞理論及鏈鎖反應理論等。其中，化學反應速率、質量作用定律、阿累尼烏斯公式和鏈鎖反應理論可作重點講解。關于著火理論，授課重點放在閉口系統著火理論模型的建立和結果分析上，并分析燃燒放熱量和散熱量隨溫度的變化曲線，確定著火溫度與初始溫度、物理化學因素和散熱強度的關系。對于火焰傳播與穩定理論，授課的重點在火焰傳播概念、氣體的動力燃燒與擴散燃燒及火焰穩定的基本原理與方法的講解。對于預混燃燒，授課的重點在瑞利公式、郎肯-雨果尼奧公式的推導，以及爆震波、緩燃波的性質，并分析層流火焰的傳播速度。對于擴散燃燒和液體燃料的燃燒，重點在伯克-舒曼理論、燃料射流的唯象分析、液體燃料的霧化、蒸發模型及液滴的質量燃燒速率。對于固體燃料的燃燒，碳的燃燒化學反應及碳粒的燃燒速度可作為授課重點。

②理論與實踐相結合。“燃料與燃燒”是一門理論性及實踐性都很強的學科。課程涉及的相關理論模型比較抽象，不易掌握。因此，該課程的教學內容必須與工程或生活實踐緊密結合。在課程教學內容設計過程中必須將理論與具體工程案例或燃燒相關生活案例相結合，以具體案例作為切入點，將復雜抽象的理論概念穿插到生動、具體的案例中進行講解。對于熱能與動力專業的本科生，筆者結合船舶柴油機，利用燃燒學理論講解燃燒室結構設計、燃油燃燒過程、過量空氣系數、著火等這些具體設計方案背后的理論依據，從而強化對燃燒理論的理解；結合汽油機和柴油機，講解點燃和壓燃，講解不同燃燒方式對汽油機和柴油機的影響，講解烴類燃料著火點和自燃點的區別；結合家用燃氣灶臺，講解燃料的擴散燃燒。通過以上措施，使學生課本理論與實踐統一。

3.教學方法設計

①采用啟發式教育。在“燃料與燃燒”課程教學過程中從學生的知識結構及認知能力出發，結合具體的教學內容和教學目標，采用提問、討論和案例分析等多種方式，讓學生參與教學過程，激發學生的學習熱情，使他們在活躍、開放的教學氛圍中理解掌握燃料與燃燒相關的知識點，并逐步掌握應用相關知識點分析解決實際問題的能力和提升團隊合作能力。

②多媒體與板書的有機結合。隨著計算機技術的發展，多媒體技術已成為課堂教學的重要手段。多媒體教學課件圖文并茂、內容豐富、信息量大。就“燃料與燃燒”而言，燃燒過程細節可以被生動地顯示出來，危險實驗也可被充分地展示出來，使學生能夠更加深刻、有效地理解相關燃燒理論和燃燒過程。但是，使用多媒體技術授課，老師講課速度加快，課程信息量增加，學生課堂緊張度增加，易造成學生的思維跟不上授課速度，影響教學效果。板書比較靈活，便于控制授課節奏，適合于講解復雜理論模型，教師在授課過程中，可以通過板書引領學生的思維，進行詳細的講解和推導，學生易于理解和融會知識。但是，板書速度慢、效率低。因此，在“燃料與燃燒”課程教學過程中，將多媒體教學與傳統板書有機結合，揚長避短，充分發揮各自優勢，以達到最佳的教學效果。

③多種考核手段的結合。在教學過程中，采用多樣化的考核手段，了解學生對課程知識點的掌握情況，督促學生的學習。平時成績、課堂提問、課后作業、案例分析、階段考試和小論文等都可以作為考核手段。但無論采用何種形式的考核手段都應當從激發學生的學習熱情、提高學生的學習效果和增加學生對本課程本專業的認識出發。

三、結論

綜上所述，“燃料與燃燒”融合了“大學物理”、“工程熱力學”、“傳熱學”、“流體力學”、“氣體動力學”和“高等數學”等課程的知識。在教學過程中應點面集合，重點突出，理論聯系實際，加強對學生實踐能力、團隊合作能力和創新能力的培養，不斷更新教學內容。同時，作為老師，需要不斷學習，及時掌握該課程新的知識點，及時更新教學內容。

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