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工程燃烧学教学内容优化研究与实践

发布时间:2018-08-30 16:12所属分类:理工论文浏览:1

摘要:本文针对目前工程燃烧学教学偏理论、实践较少的现象,通过教学内容的合理安排、重点突出、更新及时、与时俱进和采用启发式教学、研讨式教学方法,并结合日常生活和生产中的实际应用,让学生感受到知识的实用性,提高学生学习的热情和兴趣。 关键词:燃

  摘要:本文针对目前工程燃烧学教学偏理论、实践较少的现象,通过教学内容的合理安排、重点突出、更新及时、与时俱进和采用启发式教学、研讨式教学方法,并结合日常生活和生产中的实际应用,让学生感受到知识的实用性,提高学生学习的热情和兴趣。

  关键词:燃烧学,内容优化,研讨式教学,实践

工程燃烧学

  一、引言

  工程燃烧学是热能动力专业的一门重要的专业基础课。由于燃烧过程实质上是耦合了流动、传热以及复杂的化学反应过程,所以其内容涉及传热学、工程流体力学、工程热力学等多门学科知识,是一门具有多学科交叉性的课程[1,2]。本文针对目前工程燃烧学教学偏理论、实践较少的现象,通过教学内容的安排、教学方法的改进以及日常生活和生产实际应用,让学生感受到知识的实用性,提高学生学习的热情和兴趣。

  二、工程燃烧学教学发展现状

  首先,工程燃烧学是一门发展非常快的学科,它的理论性、系统性和实践性均很强。学生面对复杂的理论模型、燃烧设备等感到茫然,不知从何学起,普遍感到理论抽象,理论与实际联系脱钩。其次,教材更新较慢,教学内容过于陈旧,所教的知识落后于实际的需要,学生觉得所学知识枯燥无味,对将来没有什么用处,学习积极性不高。而一些新的燃烧理论、燃烧技术以及新型燃烧测试技术已经成熟、完善并获得推广应用,但现有教材中并没有涉及这部分的内容[3,4]。再者,目前工程燃烧学的教学偏重于理论方面,而实践教学环节较少。一方面学生感觉枯燥,难以理解;另一方面又涉及大型燃烧系统,学生很少有机会进行实践,也很难将课堂知识应用于实际。

  三、教学内容改进

  (一)教学内容合理安排,重点突出

  工程燃烧学课程授课时数32学时,其中2学时为实验课,要在30个学时内完成课程,并做到内容连贯合理、重点突出,实则不易。因此,在工程燃烧学内容的安排上,几个重要理论和知识点都要涉及。如:燃料及燃烧计算、燃烧理论基础、气体燃料燃烧、液体燃料燃烧、固体燃料燃烧和燃烧污染控制技术等。但在难度和深度上要合理,在时间安排上要紧凑。对于重点内容在讲解的过程中应深入细致,占用学时数要多一些。如在讲解燃烧计算时着重通过对燃烧的化学方程式的学习,知道燃烧空气量、烟气量的计算公式来源而不需要死记公式。

  教学中特别需要强调的是所有的气体都要当成理想气体来处理。在燃料理论基础内容部分,要求学生掌握两个定律、两种理论和分析影响燃烧速率的因素,关于两个定律的推导不做讲解。理论学习主要注重理论的理解和理论模型的解释,而对理论模型的推导过程不做要求。在气、液、固燃料燃烧部分,重点放在气体燃料的燃烧部分,一般安排8—10个课时,液、固燃料燃烧部分一般各安排3个课时,主要通过理解液、固燃料燃烧和气体燃料燃烧的区别,从而掌握液、固燃料燃烧的特点。气体燃料的燃烧包括对预混气体的着火、火焰的传播、扩散燃烧、火焰的稳定和燃烧器等方面的详细介绍,让学生对气体燃料的燃烧过程有个比较清楚的了解。

  (二)更新及时,与时俱进

  科学技术飞速发展,燃烧技术也不例外[5]。如现代利用先进的激光技术、现代质谱、色谱等光学、化学分析仪器,研究了燃烧过程的各种机理,改进了燃烧的试验方法,提高了测试精度,使燃烧学在深度和广度上都有了飞跃的发展。计算机的迅猛发展也提供了可以求出各种理论数学模型解的可能性,从而把燃烧理论和燃烧现象有机的联系起来,使燃烧学上升到系统理论的高度。

  因此在教学过程中应适时对于一些最新的燃烧技术和燃烧理论的发展动态进行介绍,力求追踪当代科技的最新成果,将当代燃烧学发展过程中的新成就、新思想和新发展及时传授给学生,不断开拓学生的视野。如高温空气的蓄热燃烧技术,具有节省燃料、减少二氧化碳和氮氧化物的排放以及降低燃烧噪音功效,被誉为21世纪的关键技术之一。

  催化燃烧技术是在催化剂的催化作用下,可燃性气体在低温条件下能够充分氧化燃烧,燃烧温度低于火焰燃烧,并且能够解决火焰燃烧过程中低效、污染排放较高等问题。再如均质冲量压燃烧技术是综合了压燃式发动机和火花点燃式发动机的优点,能够实现排放和燃料消耗的同时减少。

  四、教学方法改进

  (一)采用启发式教学和研讨式教学

  结合教学内容,激发学生联系生活、生产中的燃烧实例,运用燃烧理论进行分析。如在讲到燃烧理论基础时,让学生课后查阅各种灭火器的灭火原理。如对于油类、纺织品、木材、煤气等燃料在燃烧时会产生许多异常活跃的中性原子或原子团,化学上叫自由基,如氢原子、氢氧原子团等,它们一方面加速可燃物质的分解,同时又不断产生更多的自由基。一旦开始燃烧,就会迅速蔓延,直至燃尽,因此扑灭这类火焰的关键是吸收、降低自由基的能量。

  干粉灭火剂,主要的药品是小苏打(碳酸氢钠),其他的为石英粉、化石粉、云母粉等,当干粉喷射到燃烧区后,细小的干粉颗粒跟自由基碰撞,从而使自由基的能量大大降低,失去活性,阻断了链锁反应的进行,达到迅速灭火的目的。在分析燃烧速率影响因素时,引导学生思考如何强化燃烧,如从提高温度和加强气流混合两方面来考虑,可以采用烟气预热燃气和空气或将燃烧产生的部分高温烟气回流来提高火焰传播的速度,进而提高燃烧温度,既可使燃烧得到强化,又能够提高燃烧设备的热效率,也可以采用旋转气流来提高气流混合的强度,进而极大地提高燃烧速度。学习气体燃料燃烧的着火理论时,联系矿井中的瓦斯爆炸、易燃易爆品的存放等讲解。

  如瓦斯爆炸,这是我国煤矿生产中最常见的灾害事故,不仅造成了大量的人员伤亡,而且严重摧毁了井巷设施,中断了生产,甚至引起了煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等二次事故。大量的瓦斯爆炸事故表明,矿井瓦斯爆炸必须满足以下三个条件:瓦斯浓度、一定的引火温度和氧气的浓度,并且需要三者同时具备,因此预防瓦斯爆炸的措施就是防止瓦斯的积聚和杜绝或限制高温热源的出现,同时还需要从思想上提高每个人对瓦斯爆炸及防治的认识。

  在讲到气体燃料的扩散燃烧和动力燃烧时,引导学生分析早期的煤气灯和本生灯的燃烧原理,并让学生查阅火炬的燃烧原理等。介绍燃烧污染物控制时,让学生查阅燃煤锅炉中脱硫、脱销以及二氧化碳减排和储存方面的最新技术等。采用启发式教学和研讨式教学,培养学生学以致用、理论联系实际的能力和素养。

  (二)注重实践教学

  实践教学内容和时间根据课堂教学来安排。如课堂讲授预混燃烧、非预混燃烧等内容时,应结合本生灯实验讲授相关内容;也可通过演示和购置各种燃烧设备模型,供学生现场观摩、研究,进一步加深学生对燃烧设备结构和工作原理的认识;还可以借用科研实验基础,建立学生课外学习第二课堂,组织部分学生进入实验室学习参与到科研工作中,实现教学科研的有机结合,切实提高学生的综合能力。

  增加实践教学环节,让学生了解或参与到实验室建设项目、科研项目中,能够综合运用所学理论知识进行综合实验和创新实验。增加新燃烧设备的演示,使教学内容具有新颖性和时代感,使学生贴近工程实际和现实生活。总之,在教学过程中,要将书本中的理论和实际相联系,让所学的知识能够融会贯通,并让学生感受到知识的实用性。

  五、结论

  通过案例分析和实际项目应用可以使学生对于专业知识的认识更加深刻,对学科学习更加有信心,参加学科竞赛的积极性更加强烈,为学生以后从事燃烧系统及设备的设计、运行和控制,防治和减少燃烧排放物对环境污染,等等方面的工作打下必要的基础,使学生能够很快适应工厂企业的发展要求,使企业的燃烧设备的设计更加完善,提高企业能源利用效率,对于节能降耗和减少污染,促进建设节约型社会和可持续发展具有十分重要的意义。

  参考文献:

  [1]王宝文,王为术,高传昌.电厂热能动力工程专业“燃烧学”教学内容设计[J].中国电力教育,2010,(30):100-102.

  [2]曹玉春,吴金星,焦森林.热能动力工程专业“燃烧学”课程的教学改革与创新[J].中国电力教育,2010,(4):69-71.

  [3]汪军,马其良,张振东.工程燃烧学[M].北京:中国电力出版社,2008.

  [4]徐旭常.燃烧理论与燃烧设备[M].北京:机械工业出版社,1990.

  [5]赵静.浅析燃烧学新技术[J].中国高新技术企业,2015,(20):36-37.

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