熱力學(xué)范文10篇

摘要:案例教學(xué)法是一種注重創(chuàng)新精神培養(yǎng)的創(chuàng)新型教育教學(xué)方法，具有鮮活性、多樣性等特點(diǎn)。在化工熱力學(xué)教學(xué)過程中引入案例，既有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)積極性，又能夠拓寬學(xué)生視野，提高教學(xué)效果。本文主要從案例教學(xué)法在化工熱力學(xué)課堂應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，如典型案例少、設(shè)計(jì)不規(guī)范等出發(fā)。通過探索研究，發(fā)現(xiàn)問題根源，從案例篩選、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)等方面尋找解決路徑，以期達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:案例庫;課堂設(shè)計(jì);案例篩選;考核評(píng)價(jià)

案例教學(xué)法由來已久，在辯證哲學(xué)、法學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理學(xué)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并取得了很好的教學(xué)效果。最早蘇格拉底的教學(xué)過程被編輯成書，成為眾人的學(xué)習(xí)范本，奠定了西方案例教學(xué)的先河。現(xiàn)代案例教學(xué)法是由哈佛大學(xué)最早提出，在醫(yī)學(xué)和法學(xué)教學(xué)中摸索總結(jié)出的有效教學(xué)方法，如現(xiàn)在為大家所熟知的臨床實(shí)踐、模擬法庭等都是案例教學(xué)法的成功應(yīng)用。我國(guó)案例教學(xué)法自1979年從哈佛大學(xué)引入后，也得到了較好的應(yīng)用，尤其是在管理學(xué)領(lǐng)域［1－3］。案例教學(xué)法除了知識(shí)、理論傳授以外，在提高學(xué)生推理能力和解決問題的能力等方面相較于傳統(tǒng)教學(xué)方法具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。這與大學(xué)生最終培養(yǎng)目標(biāo)相一致，因此受到各高校、各專業(yè)的重視。傳統(tǒng)化工熱力學(xué)教學(xué)主要以灌輸?shù)姆绞较驅(qū)W生傳授知識(shí)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能、思維能力的開發(fā)和培養(yǎng)極其不利。尤其化工熱力學(xué)課程內(nèi)容抽象而繁雜，很難激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。為改善化工熱力學(xué)教學(xué)情況，提高教學(xué)效果，很多高校的很多老師都在教學(xué)方式方法等方面做了大量的研究、嘗試和探索。關(guān)于案例教學(xué)法在化工熱力學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的研究很多。如馮新等［4－6］將生活中常見的液化氣、天然氣的液化壓縮和貯存、輪胎充氣、高原反應(yīng)等問題引入化工熱力學(xué)教學(xué)，有效引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。高光華等［7］將工程研究實(shí)例三元體系高壓液液平衡測(cè)定與關(guān)聯(lián)等引入化工熱力學(xué)本科教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和科學(xué)研究精神有很大幫助。張軍、胡琳娜、張存等［8－11］都將案例運(yùn)用到了實(shí)際的化工熱力學(xué)教學(xué)中，并對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，具有代表性的案例在教學(xué)中的應(yīng)用，使得教學(xué)內(nèi)容具象化，教學(xué)過程更加生動(dòng)，對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神和創(chuàng)新意識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量確實(shí)有很大的作用。但在教學(xué)實(shí)踐過程中也不可避免的出現(xiàn)了很多問題，教學(xué)效果與預(yù)期不符。本文針對(duì)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行探索和分析，結(jié)合我校實(shí)際情況，嘗試調(diào)整優(yōu)化案例教學(xué)法的執(zhí)行效果，使其盡可能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

1案例教學(xué)法在化工熱力學(xué)教學(xué)應(yīng)用中存在的問題

1．1案例數(shù)量少，新穎性不足。目前在熱力學(xué)教學(xué)過程中使用的案例多數(shù)都是經(jīng)過幾十年應(yīng)用驗(yàn)證的，雖然相對(duì)來說內(nèi)容和問題設(shè)計(jì)較為嚴(yán)謹(jǐn)，但因?yàn)閮?nèi)容涉及的很多領(lǐng)域區(qū)域性和時(shí)代性明顯，并不適合各地區(qū)院校普遍化使用。尤其是對(duì)很多現(xiàn)代大學(xué)生來說，很多傳統(tǒng)化工行業(yè)，如石油化工、合成氨等并沒有什么吸引力，而新興的化工行業(yè)，如新能源開發(fā)、新材料新工藝等相關(guān)案例又幾乎難以看到。案例數(shù)量少，可選擇空間小，案例內(nèi)容新鮮度不夠都不利于案例教學(xué)法在課堂教學(xué)中有效運(yùn)用。1．2案例內(nèi)容設(shè)計(jì)過于專業(yè)化。化工熱力學(xué)課程本身內(nèi)容就比較抽象，專業(yè)性較強(qiáng)，對(duì)于基礎(chǔ)不太好的同學(xué)來說學(xué)習(xí)起來非常吃力，也因此很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們?cè)谡n堂上采用案例教學(xué)法的其中最重要的一個(gè)目的就是增加趣味性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。如果案例內(nèi)容專業(yè)性太強(qiáng)，學(xué)生沒有什么工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，很難有切身體會(huì)，要運(yùn)用對(duì)他們來說本就抽象艱澀的知識(shí)來解決高度專業(yè)化的問題，反而進(jìn)一步增加了學(xué)習(xí)難度，難以達(dá)到教學(xué)目的。1．3案例教學(xué)組織不合理。案例教學(xué)法是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的有效方法，但要想達(dá)到這樣的效果，其具體實(shí)施過程的設(shè)計(jì)就至關(guān)重要。每門課程都具有自己獨(dú)特的個(gè)性，根據(jù)課程內(nèi)容特點(diǎn)，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)課堂教學(xué)組織形式是案例教學(xué)法順利開展的關(guān)鍵。化工熱力學(xué)學(xué)習(xí)關(guān)鍵在于原理的理解、模型的構(gòu)建及其二者在解決實(shí)際問題上的應(yīng)用。需要將抽象理論與實(shí)際工程問題有機(jī)結(jié)合，如果粗放的將各種案例通過問題設(shè)置、小組討論、教師總結(jié)的形式組織開展，教學(xué)效果將大打折扣。1．4總結(jié)不到位，后繼乏力。案例教學(xué)由于案例本身的設(shè)計(jì)、過程控制等問題的存在，其執(zhí)行結(jié)果本來就很難預(yù)測(cè)，到最后通常又以教師對(duì)案例中涉及到的理論、原理等知識(shí)的總結(jié)延伸，討論過程中出現(xiàn)的問題、學(xué)生表現(xiàn)的總體評(píng)價(jià)等為結(jié)束。學(xué)生撰寫的總結(jié)報(bào)告良莠不齊，如果不能進(jìn)行針對(duì)性的考核評(píng)價(jià)，引起學(xué)生的足夠重視，以個(gè)別案例討論的小結(jié)為相關(guān)內(nèi)容全部結(jié)束，學(xué)生能力培養(yǎng)只能是空談。

2有效提高案例教學(xué)效果的建議

摘要:論文介紹了基于能源工程系實(shí)施“能源類招生、平臺(tái)培養(yǎng)”的狀況，“工程熱力學(xué)”課程組制定了一流本科課程建設(shè)方案，其中“青年教師高效培養(yǎng)模式”“PPT課件+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式”“課程教學(xué)內(nèi)容取舍的探索研究”“制作多個(gè)專題的多媒體課件”等具有一定創(chuàng)新性和可操作性，實(shí)踐環(huán)節(jié)也取得了一定教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:工程熱力學(xué);課程建設(shè);課堂;多媒體課件

1緒論

根據(jù)《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》和《河北省教育廳關(guān)于開展一流本科課程建設(shè)的通知》，河北建筑工程學(xué)院制定了一流本科課程建設(shè)實(shí)施方案，組織申報(bào)了一流本科課程建設(shè)項(xiàng)目。2019年能源工程系實(shí)施能源類專業(yè)大類招生、平臺(tái)培養(yǎng)的教學(xué)改革舉措，成立“工程熱力學(xué)”課程組，獲批了校級(jí)線下一流課程建設(shè)項(xiàng)目。“工程熱力學(xué)”課程組結(jié)合普通高校學(xué)生學(xué)習(xí)狀況及特質(zhì)，確定課程建設(shè)目標(biāo)和實(shí)施方案，以提高青年教師教學(xué)水平為契機(jī)，改善目前課堂“學(xué)生沉默狀態(tài)”，煥發(fā)課堂生機(jī)活力;以提升學(xué)生綜合能力為重點(diǎn)，重塑課程內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法及手段，較好發(fā)揮課堂教學(xué)主陣地、主渠道、主戰(zhàn)場(chǎng)作用。對(duì)于非一流高校，作為多年學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)課程，“工程熱力學(xué)”課程組先期做了一些教學(xué)教改工作，主講教師除優(yōu)化課堂教學(xué)外，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段上都在努力探索與實(shí)踐，比如:“啟發(fā)式”“互動(dòng)式”等教學(xué)模式;研制工程熱力學(xué)多媒體課件;研制出開閉卷題型的試題庫等;同時(shí)積極申報(bào)教研項(xiàng)目、發(fā)表教研論文，編寫教材，并取得成果如下:(1):《熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)的探討》《工程熱力學(xué)典型題的教學(xué)探討》。(2)完成教研項(xiàng)目:《分析方法研究填埋氣供暖技術(shù)應(yīng)用》(省級(jí));《工程熱力學(xué)優(yōu)秀課程建設(shè)》(校級(jí));《專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中提高學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的研究與實(shí)踐》(校級(jí))。(3)教材及獲獎(jiǎng):能源工程系教師合編教材《熱工基礎(chǔ)》，普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，中國(guó)電力出版社出版，獲得河北建筑工程學(xué)院優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng);課程組制作《朗肯循環(huán)》微視頻獲學(xué)校第一屆微課大賽三等獎(jiǎng)。

2結(jié)合目前教學(xué)中存在的問題，圍繞學(xué)校一流本科課程

建設(shè)目標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容，制定課程建設(shè)方案并實(shí)施由于“工程熱力學(xué)”理論性強(qiáng)、難點(diǎn)內(nèi)容較多、概念抽象等，學(xué)生鉆研精神不足，個(gè)別學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，存在不及格率較高、難點(diǎn)內(nèi)容學(xué)不透徹、課堂積極性調(diào)動(dòng)不起來等問題，課程組從以下幾方面做了課程建設(shè)探索與改革。2．1以培養(yǎng)培訓(xùn)為關(guān)鍵點(diǎn)提升教師教學(xué)能力，使教師隊(duì)伍真正強(qiáng)起來“工程熱力學(xué)”課程組成員5人，職稱、年齡結(jié)構(gòu)匹配合理、學(xué)歷層次也較高。目前存在主要問題:2個(gè)近三年入職的教師，對(duì)課程難點(diǎn)內(nèi)容的理解不夠深入;面對(duì)基礎(chǔ)課程理論性強(qiáng)、概念抽象的特點(diǎn)，如何引導(dǎo)學(xué)生深入淺出，激發(fā)課堂興趣等還存在很大問題;教學(xué)多年的教師也面臨“課程難點(diǎn)內(nèi)容是否講解透徹”“學(xué)生對(duì)難點(diǎn)內(nèi)容理解效果如何”等問題。課程組針對(duì)問題采用如下措施:(1)采取“一對(duì)一培養(yǎng)模式”“高效培養(yǎng)模式”，發(fā)揮好“傳幫帶”作用。一名老教師對(duì)應(yīng)培養(yǎng)一名青年教師，二者共同承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，青年教師多上講臺(tái)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)“全程”指導(dǎo)，改變過去青年教師助課一輪，二輪就直接上講臺(tái)的現(xiàn)象。聽課信息及時(shí)反饋，對(duì)上課中存在嚴(yán)重問題，課程組集體討論。培養(yǎng)計(jì)劃可以指定3～5年，改變青年教師“自我成長(zhǎng)”“自我成熟”的現(xiàn)狀，形成卓有成效的培養(yǎng)模式。(2)強(qiáng)化教學(xué)研究，定期集體備課、研討課程“重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容”。課程組制定教學(xué)研究課題，比如“及損”“溴化鋰吸收式制冷循環(huán)”等，申報(bào)教研項(xiàng)目，其中省教育廳項(xiàng)目《分析方法研究填埋氣供暖技術(shù)應(yīng)用》。課程組有業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、豐富經(jīng)驗(yàn)的主講教師，也有新手需要培養(yǎng)，定期集體備課，共同研討“重點(diǎn)、難點(diǎn)”教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法。考慮“大類招生、平臺(tái)培養(yǎng)”的模式，課程組教師資源共享，統(tǒng)一選取教材，教學(xué)內(nèi)容選取、習(xí)題選取等需要討論。(3)青年教師培養(yǎng)與培訓(xùn)相結(jié)合，推動(dòng)教師培訓(xùn)常態(tài)化。除了采取“一對(duì)一培養(yǎng)模式”“高效培養(yǎng)模式”外，課題組定期組織“課堂觀摩課”，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行“討論課”“培訓(xùn)課”，推動(dòng)教師培訓(xùn)常態(tài)化。另外，創(chuàng)造條件和機(jī)會(huì)去參加省內(nèi)外的教學(xué)研討、一流課程建設(shè)培訓(xùn)，比如慕課培訓(xùn)等。2．2以提升教學(xué)效果為目的創(chuàng)新教學(xué)方法，采用翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式，使課堂活起來課程組基于如下思想:強(qiáng)化課堂設(shè)計(jì)，解決好怎么講好課的問題，杜絕單純知識(shí)傳遞、忽視能力素質(zhì)培養(yǎng)的現(xiàn)象，采用翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式，具體做法如下:(1)對(duì)每一章內(nèi)容進(jìn)行“指導(dǎo)性學(xué)習(xí)”“討論性學(xué)習(xí)”劃分，“翻轉(zhuǎn)課堂”討論內(nèi)容多選有工程應(yīng)用背景等，其教學(xué)效果:強(qiáng)化師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，杜絕教師滿堂灌、學(xué)生被動(dòng)聽的現(xiàn)象。(2)對(duì)“翻轉(zhuǎn)課堂”討論內(nèi)容的組織實(shí)施，將班級(jí)分設(shè)討論小組，課外討論、自學(xué)，每人寫出討論總結(jié)，課上進(jìn)行匯總，將問題細(xì)化、透徹化，優(yōu)化了“傳統(tǒng)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式。通過“翻轉(zhuǎn)課堂”互相討論，可以培養(yǎng)學(xué)生多角度、批判性思維的能力。2．3采用“PPT課件+傳統(tǒng)板書”的教學(xué)手段，課堂教學(xué)信息量大作為公式多，推導(dǎo)過程多的基礎(chǔ)課程，大多數(shù)教師習(xí)慣板書表達(dá)，其中一位主講教師曾在能源與動(dòng)力工程專業(yè)的教學(xué)中采用“PPT課件+板書”，課堂教學(xué)內(nèi)容豐富、信息量大，教學(xué)效果良好。課程組要求任課教師采用“PPT課件+傳統(tǒng)板書”的教學(xué)手段，而且對(duì)PPT制作提出了一定要求，具體要求如下:(1)PPT課件制作要求與教材相匹配，可以插入動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)圖、圖片等，制作質(zhì)量要求精良，保證圖片清晰美觀，如教材圖片需要用CAD繪制等。(2)PPT課件制作中采用“超鏈接”，將公式推導(dǎo)過程完整的表達(dá)在“超鏈接”頁面，清晰條理性好，與板書相比，節(jié)省了一些時(shí)間。(3)對(duì)PPT課件的教學(xué)內(nèi)容也做了一定要求，基礎(chǔ)課程具有“內(nèi)容太細(xì)化，公式多、推導(dǎo)多”的特點(diǎn)，要求對(duì)“重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容”課件中描述完整、表達(dá)清楚。2．4作為能源大類招生的平臺(tái)課，課程教學(xué)內(nèi)容“取舍”探索研究能源工程系三個(gè)專業(yè)“建筑環(huán)境與設(shè)備工程”“能源與動(dòng)力工程”“新能源工程”的平臺(tái)課“工程熱力學(xué)”，課程為56學(xué)時(shí)(6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)、50學(xué)時(shí)理論課)，工程熱力學(xué)基本理論部分包括:基本概念、熱力學(xué)第一定律、理想氣體的熱力性質(zhì)及熱力過程、水蒸氣的熱力性質(zhì)及熱力過程、熱力學(xué)第二定律;應(yīng)用部分主要包括:濕空氣、氣體與蒸汽流動(dòng)(噴管)、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、制冷循環(huán)。對(duì)于三個(gè)專業(yè)的平臺(tái)培養(yǎng)，若學(xué)時(shí)足夠，應(yīng)用部分全部細(xì)講比較好，但目前學(xué)時(shí)偏少，如何對(duì)教學(xué)內(nèi)容作取舍，總思路:應(yīng)用部分內(nèi)容要求滿足應(yīng)知應(yīng)會(huì)的基本要求;對(duì)后續(xù)課程學(xué)習(xí)所用較少的難點(diǎn)知識(shí)，采取“舍”，采取指導(dǎo)性學(xué)習(xí)方式;對(duì)工程應(yīng)用較多的重點(diǎn)知識(shí)，采用“多取”，重點(diǎn)講解、討論等方式強(qiáng)化。大致教學(xué)內(nèi)容上做如下調(diào)整:(1)基本理論部分:“基本概念”學(xué)時(shí)量減少，重點(diǎn)概念“可逆過程”“熱力循環(huán)”學(xué)生寫學(xué)結(jié);“熱力學(xué)第一定律”精講，概念、推導(dǎo)及應(yīng)用，做重點(diǎn)講解;“理想氣體性質(zhì)及過程”學(xué)時(shí)量減少，有些內(nèi)容只講“枝干”，“細(xì)節(jié)”內(nèi)容安排自學(xué);“水蒸氣性質(zhì)及過程”精講，重點(diǎn)“水蒸氣熱力性質(zhì)表、圖”“水蒸氣熱力性質(zhì)軟件”重點(diǎn)介紹;““熱力學(xué)第二定律”是教學(xué)難點(diǎn)，是高等工程熱力學(xué)的基礎(chǔ)、考研必考內(nèi)容，后續(xù)課程及工程應(yīng)用很少，處理方法:框架講解，考研學(xué)生在線輔導(dǎo)、在線講解。(2)應(yīng)用部分:基于三個(gè)專業(yè)的平臺(tái)教學(xué)，應(yīng)用部分內(nèi)容的選取更難，“濕空氣、制冷循環(huán)”是“建筑環(huán)境與設(shè)備工程”的教學(xué)重點(diǎn)，“氣體與蒸汽流動(dòng)(噴管)、蒸汽動(dòng)力循環(huán)”是“能源與動(dòng)力工程”的教學(xué)重點(diǎn)，相對(duì)“新能源工程”內(nèi)容分量差別不大。在課程學(xué)時(shí)偏少情況下如何平衡選取?課程組作如下考慮:由于基本理論部分教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段作了調(diào)整，學(xué)時(shí)上有結(jié)余，應(yīng)用部分的內(nèi)容全部選取，重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容做精講，其他部分采用指導(dǎo)、討論、自學(xué)的方式。2．5激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力和培養(yǎng)專業(yè)志趣，制作多個(gè)專題的多媒體課件對(duì)某些專題做課件，包括熱力發(fā)電循環(huán)、磁流體發(fā)電、太陽能熱利用、熱管、燃料電池、半導(dǎo)體制冷、熱泵等技術(shù)專題。對(duì)制作專題的多媒體課件的內(nèi)容及形式說明:(1)“熱力發(fā)電循環(huán)、熱泵”專題內(nèi)容，能量轉(zhuǎn)換基本原理學(xué)生已掌握，需要對(duì)實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)簡(jiǎn)介，對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用及國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展前沿介紹，采取插入視頻、著名學(xué)者學(xué)術(shù)研討報(bào)告等。獲得實(shí)踐的教學(xué)效果:學(xué)生深入理解重點(diǎn)知識(shí)、培養(yǎng)分析解決綜合問題的能力。(2)“磁流體發(fā)電、太陽能熱利用、熱管、燃料電池、半導(dǎo)體制冷”專題內(nèi)容，作為新能源、新技術(shù)介紹給大家，了解該課程應(yīng)用方面的新能源技術(shù)，提高學(xué)生綜合專業(yè)素質(zhì)，也采取插入視頻、著名學(xué)者學(xué)術(shù)研討報(bào)告等方式，專題課件報(bào)告在學(xué)生開設(shè)課程中穿插，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，開闊了學(xué)科領(lǐng)域視野。2．6以激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力和專業(yè)志趣為著力點(diǎn)，完善學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，使學(xué)生忙起來基礎(chǔ)課程枯燥難懂，對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)分組討論學(xué)習(xí)，討論過程及評(píng)價(jià)的實(shí)施可以課堂內(nèi)外、線上線下;討論學(xué)習(xí)內(nèi)容分為“深入研究型”“問題探究型”等，提升課程學(xué)習(xí)的深度;討論學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定形式采用“論文式”“報(bào)告答辯式”等;具體做法如下:(1)對(duì)每一章的“知識(shí)節(jié)點(diǎn)”進(jìn)行“深入研究型”“問題探究型”等劃分，分配給討論學(xué)習(xí)小組;教師需寫出討論提綱、提出問題等。該內(nèi)容可以課堂內(nèi)外、線上線下實(shí)施。(2)對(duì)“翻轉(zhuǎn)課堂”討論的內(nèi)容，實(shí)施過程進(jìn)行量化打分，作為學(xué)生綜合成績(jī)?cè)u(píng)定。

一、采用激勵(lì)啟發(fā)方式組織課堂教學(xué)

工程熱力學(xué)課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、概念抽象，教學(xué)難度大。在缺少專業(yè)工程背景的情況下，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺較為困難，甚至茫然不知所云。如何使學(xué)生能夠較好地掌握教學(xué)內(nèi)容及熱力學(xué)基本內(nèi)容，是工程熱力學(xué)課程教學(xué)的根本所在。在多年的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)在課堂教學(xué)中，除了需要借助優(yōu)美的PPT多媒體課件來展示熱力學(xué)過程，更需要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣，在引入一些工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，激勵(lì)學(xué)生去思考，及時(shí)地與學(xué)生就教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行討論，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和領(lǐng)悟。與常規(guī)教學(xué)方法相比，課堂教學(xué)不再是文字、公式的羅列，PPT動(dòng)畫的簡(jiǎn)單演示，而是把教學(xué)的核心放在啟迪學(xué)生對(duì)熱力學(xué)概念、原理的思考及把握上，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的同時(shí)，熟悉熱力學(xué)的系統(tǒng)內(nèi)容、章節(jié)間的邏輯關(guān)系、基本原理等，形成對(duì)熱力學(xué)的一種系統(tǒng)的總體的認(rèn)識(shí)和把握，而不是零散地去背誦記憶一些片段。通過這種激勵(lì)啟發(fā)式的教學(xué)，使學(xué)生做到理論和實(shí)際工程案例的結(jié)合，從而使熱力學(xué)知識(shí)很好地固化在學(xué)生的大腦中，并且達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。激勵(lì)啟發(fā)式教學(xué)，需要教師在課堂教學(xué)前充分準(zhǔn)備，精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容的每個(gè)環(huán)節(jié)，圍繞章節(jié)內(nèi)容中的重點(diǎn)知識(shí)內(nèi)容，設(shè)計(jì)問題及啟發(fā)實(shí)例，并完成課堂互動(dòng)討論的教學(xué)組織，在此過程中需要教師飽含激情和較好的耐心，使學(xué)生在嚴(yán)肅活潑的氛圍中掌握熱力學(xué)的相關(guān)知識(shí)。

二、改進(jìn)課堂教學(xué)PPT，增加工程實(shí)例

工程熱力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與工程實(shí)際密切相關(guān)。在教學(xué)過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內(nèi)容的PPT演示，并不能滿足課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣及深入掌握熱力學(xué)知識(shí)，迫切需要在傳統(tǒng)課件中加入工程實(shí)例，利用多媒體技術(shù)全面展示熱力學(xué)的工程應(yīng)用，使學(xué)生在工程案例的演示中發(fā)現(xiàn)并體會(huì)工程熱力學(xué)的重要性及美感。通過工程案例的學(xué)習(xí)，使課堂教學(xué)內(nèi)容圖文并茂，聲像結(jié)合，使學(xué)生在多方位、立體化地形成認(rèn)知并達(dá)到對(duì)熱力學(xué)知識(shí)的理解、分析、記憶、掌握和應(yīng)用。對(duì)于熱力學(xué)工程案例，我們選取了真空做功、制冷循環(huán)，內(nèi)燃機(jī)等工程機(jī)械作為實(shí)例，進(jìn)行詳細(xì)分析和講授。工程案例的引入，將實(shí)際生活中與熱力學(xué)相關(guān)的問題引入到教學(xué)中，用所學(xué)知識(shí)來解釋工程問題，在講解中讓學(xué)生明白熱力學(xué)知識(shí)可以解決本專業(yè)涉及的實(shí)際專業(yè)問題，從而實(shí)現(xiàn)“從理論中來，到實(shí)踐中去”，實(shí)現(xiàn)對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

三、將工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)融入大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目中

在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中，需要提升學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的能力和具有工程應(yīng)用背景的有關(guān)開發(fā)、設(shè)計(jì)的能力。大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施，有利于促進(jìn)高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的新型人才，促進(jìn)高校探索并建立以科研活動(dòng)為中心的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的本科人才培養(yǎng)和研究性學(xué)習(xí)教學(xué)改革，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)在項(xiàng)目實(shí)施中使學(xué)生逐漸掌握思考問題、解決問題的能力。結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，結(jié)合建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程的專業(yè)特點(diǎn)，在指導(dǎo)學(xué)生大創(chuàng)項(xiàng)目時(shí)，將熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和卡諾定律應(yīng)用其中，使學(xué)生明白能源利用的守恒性，以及如何提高熱力循環(huán)的效率，減少不可逆損失，這些都成為學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題的一種鍛煉。學(xué)生在科研項(xiàng)目中，深化了對(duì)熱力學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)提高了自己思考問題、解決問題的能力。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類挑戰(zhàn)杯、建筑節(jié)能比賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，通過這些競(jìng)賽活動(dòng)進(jìn)一步提升自己的創(chuàng)新能力。

一、關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)及其推導(dǎo)的討論

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與△G

氣體反應(yīng)：aA+dDgG+hH

等溫等壓下，熱力學(xué)推導(dǎo)證明：

△G=△+RTln

上式稱為化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式。

一、關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)及其推導(dǎo)的討論

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與△G

氣體反應(yīng)：aA+dDgG+hH

等溫等壓下，熱力學(xué)推導(dǎo)證明：

△G=△+RTln

上式稱為化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式。

1工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐的相關(guān)概述

工程熱力學(xué)是動(dòng)力工程、機(jī)械工程、能源工程等專業(yè)的一門傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是資源利用率最大化的一種技術(shù)，是我們國(guó)家高等教育的重要組成版塊。目前，我們國(guó)家對(duì)能源利用率的要求越來越高，對(duì)環(huán)境保護(hù)質(zhì)量也相對(duì)提高，工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革對(duì)提高能源的利用效率起著至關(guān)重要的影響作用。尤其是面對(duì)未來生產(chǎn)的發(fā)展對(duì)能源動(dòng)力需求迅速增加的趨勢(shì),許多相關(guān)聯(lián)的熱力工程技術(shù)、環(huán)境保護(hù)技術(shù)都需要工程熱力學(xué)作為其研究的理論基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)是一門綜合性比較強(qiáng)的學(xué)科，并且在實(shí)際的生產(chǎn)與生活中其應(yīng)用價(jià)值極高。在課程教學(xué)與實(shí)踐過程中教師不容易清晰明了的講授清楚工程熱力學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，學(xué)生也不易掌握基本的公式、概念與相關(guān)方面的條件。不僅如此，在實(shí)踐活動(dòng)中學(xué)生不能夠靈活的運(yùn)用所學(xué)的課堂教學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這就大大降低了工程熱力學(xué)的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值，削弱了工程熱力學(xué)的課程教學(xué)質(zhì)量。工程熱力學(xué)是一門比較基礎(chǔ)的課程，也是建筑環(huán)境與設(shè)備工程等相關(guān)專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的基礎(chǔ)學(xué)科，同時(shí)也是學(xué)生進(jìn)行研究創(chuàng)新的基本前提。工程熱力學(xué)是研究動(dòng)能、機(jī)械能與熱能的基本學(xué)科，也是研究三者之間關(guān)系的重要理論知識(shí)，主要講述三者之間能量的轉(zhuǎn)換趨勢(shì)與規(guī)律。

建筑、機(jī)械與其他工業(yè)產(chǎn)業(yè)利用工程熱力學(xué)來提高生產(chǎn)效率，提高資源利用率，以此實(shí)現(xiàn)降低成本得目標(biāo)，這也是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。目前我們國(guó)家的工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量亟待提高，教學(xué)方式與課程教學(xué)內(nèi)容急需改革，并且其實(shí)踐過程中的運(yùn)用效率偏低，這就需要我們針對(duì)工程熱力學(xué)的特征與現(xiàn)狀進(jìn)行課程教學(xué)改革，提高其實(shí)踐效率。課程教學(xué)改革是指在教育體制改革的背景下，課程內(nèi)容與課程教學(xué)方式也應(yīng)當(dāng)發(fā)生相應(yīng)的變化。課程改革的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在課程實(shí)施工作之上，課程的實(shí)施依賴課程的教學(xué)質(zhì)量，因此我們必須充分重視課程教學(xué)改革的重要性。隨著我國(guó)新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的推進(jìn)，如何在新課程理念的指導(dǎo)下改革工程熱力學(xué)課堂教學(xué)，把先進(jìn)的教學(xué)理念融入到日常的教學(xué)行為之中，已日益成為工程熱力學(xué)教師和教學(xué)研究人員關(guān)注和探討的熱點(diǎn)問題。工程熱力學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐是指教師在講授工程熱力學(xué)知識(shí)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)充分的結(jié)合其實(shí)際情況，將實(shí)踐活動(dòng)與課堂理論知識(shí)講授充分的融合，這樣才能夠提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)質(zhì)量，幫助學(xué)生掌握更加豐富的工程熱力學(xué)知識(shí)。課程教學(xué)實(shí)踐是提高學(xué)生實(shí)際操作能力的平臺(tái)，也是提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過程中應(yīng)當(dāng)將其改革的內(nèi)容付諸實(shí)踐，這有這樣才能夠檢驗(yàn)其改革的內(nèi)容是否符合教育體制改革發(fā)展的總目標(biāo)。在實(shí)際的課程教學(xué)過程中，教師、研究者與學(xué)生應(yīng)當(dāng)提高實(shí)踐活動(dòng)的強(qiáng)度，改善當(dāng)前的現(xiàn)狀，為提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐的過程中存在的主要問題

當(dāng)前我們國(guó)家的高等院校和高職院校對(duì)工程熱力學(xué)課程教學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)不足，沒有充分的認(rèn)識(shí)到工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量與工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、資源利用率提高等之間的關(guān)系。工程熱力學(xué)對(duì)學(xué)生綜合能力的提高有著不可或缺的作用，因此我們必須充分的探析在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐過程中存在的主要問題，這樣才能夠詳細(xì)的了解其改革現(xiàn)狀，為提高課程改革質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

（1）國(guó)家教育部門與高等院校、高職院校等教育機(jī)構(gòu)對(duì)工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐工作的重視程度偏低，沒有充分的認(rèn)識(shí)到工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教育體制改革進(jìn)程、提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量與速度之間的關(guān)系。工程熱力學(xué)是一門綜合性比較強(qiáng)的學(xué)科，并且也是建筑專業(yè)、環(huán)境保護(hù)與機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，關(guān)系到這些工程熱力學(xué)相關(guān)專業(yè)的發(fā)展前景。相關(guān)的教育部門與組織在資金投入、技術(shù)支持、人才引進(jìn)等方面相對(duì)短缺，嚴(yán)重的影響了工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐的進(jìn)程，沒有投入更多的基礎(chǔ)設(shè)備讓學(xué)生參與實(shí)踐。這樣下去就會(huì)嚴(yán)重的泯滅學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新性，不利于提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的質(zhì)量與效率。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)

1．知道溫度表示物體的冷熱程度．

2．知道溫度計(jì)的構(gòu)造、原理以及攝氏溫度的規(guī)定．

3．常識(shí)性了解攝氏溫度和熱力學(xué)溫度的關(guān)系．

能力目標(biāo)

摘要物理空間是熱力學(xué)平衡的能量系統(tǒng)，可以在激發(fā)條件下相變并產(chǎn)生量子化能量。自由量子與空間的結(jié)合使之以光速運(yùn)動(dòng)。自由能量與空間的作用是最基本的物理相互作用，也是其他物理相互作用的基礎(chǔ)，是熱力學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論三者統(tǒng)一的基礎(chǔ)。時(shí)間的方向就是能量運(yùn)動(dòng)的方向。黑洞內(nèi)部空間可能正是自由物理空間。

關(guān)鍵詞空間熱力學(xué)平衡相變量子自由能相對(duì)論時(shí)間熵場(chǎng)黑洞宇宙統(tǒng)一場(chǎng)

微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與宏觀宇宙運(yùn)動(dòng)的自然邏輯關(guān)系是不言而喻的，但是作為這兩個(gè)物理領(lǐng)域的主導(dǎo)理論體系，量子理論與相對(duì)論的統(tǒng)一卻至今未能實(shí)現(xiàn)（1、2）。注意到普遍的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)遵從熱力學(xué)規(guī)律，如果相對(duì)論和量子理論分別與熱力學(xué)互洽，它們之間必定統(tǒng)一。

設(shè)計(jì)一個(gè)理想的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下條件：1、允許在系統(tǒng)內(nèi)（包括系統(tǒng)邊界）隨機(jī)選擇任意多的檢測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)的大小是檢測(cè)手段可能實(shí)現(xiàn)的最小范圍（點(diǎn)區(qū)域）。2、允許以任何可能方式對(duì)“點(diǎn)區(qū)域”的能量狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。3、任意兩個(gè)不同點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果差異都在檢測(cè)水平之下。如果檢測(cè)在任意精細(xì)的水平上進(jìn)行，滿足上述三個(gè)條件的熱力學(xué)系統(tǒng)是檢測(cè)意義上的熱力學(xué)絕對(duì)平衡系統(tǒng)。

因?yàn)闊崃W(xué)第二定律要求封閉系統(tǒng)的熵隨時(shí)間增大，所以同時(shí)設(shè)計(jì)檢測(cè)意義上的熱力學(xué)絕對(duì)平衡系統(tǒng)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間跨度上的熵增也在檢測(cè)水平之下，該系統(tǒng)即時(shí)間意義上的熱力學(xué)絕對(duì)平衡系統(tǒng)。一個(gè)檢測(cè)意義與時(shí)間意義上的熱力學(xué)絕對(duì)平衡系統(tǒng)理論上擁有最大的系統(tǒng)熵，系統(tǒng)在獲得最大無序程度的同時(shí)在大跨度時(shí)間內(nèi)也擁有最大的系統(tǒng)穩(wěn)定程度。一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間保持系統(tǒng)狀態(tài)不變的、封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)接近上述熱力學(xué)絕對(duì)平衡系統(tǒng)。

如果給這個(gè)系統(tǒng)輸入一個(gè)量子的能量，會(huì)發(fā)生什么？

[摘要]對(duì)熱寂說的歷史進(jìn)行了較系統(tǒng)的考察，并對(duì)其產(chǎn)生的社會(huì)影響及批判作了較系統(tǒng)的探討和闡述。全文分四部分：一、全面回顧了在科學(xué)史上熱寂說是怎樣提出的，以及一經(jīng)提出后引發(fā)的各種爭(zhēng)論及爭(zhēng)論的焦點(diǎn)；二、分析了熱寂說提出后產(chǎn)生的重大社會(huì)影響；三、著重介紹及評(píng)述了對(duì)熱寂說進(jìn)行的各種批判，重點(diǎn)是對(duì)后世影響較大的兩個(gè)代表性說法恩格斯對(duì)熱寂說的批判及較流行的各種觀點(diǎn)；四、闡述和探討了“大爆炸”的宇宙理論及其三個(gè)強(qiáng)有力的直接論據(jù)，以及引力對(duì)宇宙膨脹的作用，從而最終證明宇宙熱寂說是不可實(shí)現(xiàn)的。

[關(guān)鍵詞]熱寂說；熵增加原理；近代宇宙論

“熱寂說”是熱力學(xué)第二定律的宇宙學(xué)推論，它既是哲學(xué)上的一個(gè)原則問題，也是物理學(xué)上無法直接驗(yàn)證的問題，它的意義關(guān)系到包括生命物質(zhì)在內(nèi)的萬物生長(zhǎng)、發(fā)展和消亡的普遍規(guī)律以及人類和宇宙的未來等問題。所以一經(jīng)提出，就一直受到科學(xué)界和哲學(xué)界的廣泛關(guān)注并引起激烈的爭(zhēng)論，但尚缺乏較全面的專論。本文試圖對(duì)熱寂說提出的歷史進(jìn)行較系統(tǒng)的考察，并對(duì)其產(chǎn)生的社會(huì)影響及批判作進(jìn)一步的探討和闡述。

一熱寂說的提出

一般的熱學(xué)和物理學(xué)史教科書都認(rèn)為最早提出熱寂說的物理學(xué)家是威廉·湯姆孫和克勞修斯。其實(shí)早在威廉·湯姆孫(W.Thomson)和克勞修斯(R.Clausius)一百多年前牛頓就已看出了他們后來提出的熱寂說(heatdeath)。牛頓在其《光學(xué)》一書的疑問31(problems31)中描述了后人在一百多年后描述的可怕的宇宙毀滅景象：地球、行星、彗星和太陽這些物體，以及它們上面所有的一切，均將冷卻和凝凍，變?yōu)榉腔钚缘奈矬w。并且所有腐爛、生長(zhǎng)、繁殖和所有生命現(xiàn)象，均將停止。所有的行星、彗星將不再能留在它們的軌道上運(yùn)動(dòng)。這就是說，牛頓在建立自己力學(xué)體系之初，就已意識(shí)到它的體系不能解釋非彈性碰撞過程(實(shí)際上就是牽涉到熱交換的過程)的不可逆性與宇宙穩(wěn)定性的矛盾。為了解決這一矛盾，牛頓提出了“主動(dòng)原理保持和補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)”的物理思想。他指出：“所以，有一種按照主動(dòng)保持和補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)的必要性，這就是重力的原因。行星和彗星由這個(gè)原理保持在軌道上，降落時(shí)物體獲得大的運(yùn)動(dòng)，由發(fā)酵的原因，動(dòng)物的心臟和血液保持永恒的運(yùn)動(dòng)和熱量。地球內(nèi)的部分持續(xù)生熱，某些部分變得很熱……太陽保持劇熱并可見，以其光使萬物變熱。除去歸之于這些主動(dòng)原理之外，我們?cè)谟钪骈g遇到的運(yùn)動(dòng)很少。”從這段話可以看出，雖然牛頓帶有過分強(qiáng)烈的思辨性，但他在設(shè)法超脫機(jī)械論的局限性，希望用非機(jī)械論的解釋擺脫力學(xué)帶來的困難。然而在他那個(gè)時(shí)代，當(dāng)能量、能量守恒定律以及各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)均未出籠時(shí)，他的設(shè)想是很難有什么積極的成果的。為此，他只好求助于上帝的存在，希望上帝給以支援。他在同一書中又指出：“上帝既是宇宙的創(chuàng)造者，又是宇宙的持續(xù)的保持者。”“沒有他的治理和監(jiān)督，就會(huì)一事無成。說宇宙是一架大機(jī)器，無需神的干預(yù)即可以運(yùn)轉(zhuǎn)下去，就如同一個(gè)時(shí)鐘不需要鐘表匠的幫助而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)那樣，這種觀念實(shí)際上是以把上帝說成是超凡的神靈為借口，想把天意和上帝對(duì)現(xiàn)實(shí)的統(tǒng)治排除掉。”

隨后，歐勒、拉格朗日、拉普拉斯和泊松等一批物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家從數(shù)學(xué)分析方面發(fā)展了力學(xué)，他們證明，太陽系中所有的變動(dòng)都是周期性的，這種變動(dòng)不僅在某一有限范圍內(nèi)進(jìn)行，而且其增強(qiáng)或減弱的變化也是周期性的。因此，他們得出結(jié)論，認(rèn)為太陽系具有一種穩(wěn)定性，而且在無限長(zhǎng)的時(shí)期里，這種穩(wěn)定性是永遠(yuǎn)不會(huì)改變的。從而他們從物理思想中排除了上帝，這當(dāng)然是一個(gè)了不起的進(jìn)步，但他們卻由此而忽視了牛頓對(duì)于不可逆過程的擔(dān)心，并想徹底拋棄這種憂慮，而宣布太陽系(乃至整個(gè)宇宙)將永遠(yuǎn)穩(wěn)定，應(yīng)該說這也是物理思想史上的一次后退。

摘要：逆流換熱器的熱力學(xué)優(yōu)化方法通常分為兩類：熵產(chǎn)分析和火用效率方法。本文分析傳熱單元數(shù)和換熱流體熱容量變化情況下，應(yīng)用過增元提出的溫差場(chǎng)均勻性原則，對(duì)兩種熱力學(xué)優(yōu)化方法進(jìn)行比較。結(jié)果表明：在熱容量恒定，傳熱單元數(shù)變化時(shí)，兩種優(yōu)化方法得出相反的結(jié)論，火用效率變化和溫差場(chǎng)均勻性變化相一致，而熵產(chǎn)生數(shù)的變化在某些情況下卻不然。由此從反映物理機(jī)制的角度建議選用火用效率作為換熱器熱力學(xué)優(yōu)化的判據(jù)。

關(guān)鍵詞：逆流換熱器熱力學(xué)優(yōu)化溫差場(chǎng)均勻性因子火用效率熵產(chǎn)

1．引言

換熱器作為一種各工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)備，它的研究倍受重視。目前關(guān)于換熱器的研究大致有兩個(gè)方向，一是研究換熱器傳熱強(qiáng)化，主要目的是提高換熱器流體和固壁間的對(duì)流換熱系數(shù)，進(jìn)而提高換熱器的效能。二是從可用能的角度研究換熱器的熱力學(xué)優(yōu)化，包括換熱器的熵產(chǎn)分析、火用效率分析等，從使換熱過程不可逆性最小的角度來優(yōu)化換熱器。其中過增元提出的換熱器溫差場(chǎng)均勻性原則，一方面可以指導(dǎo)新的提高換熱器效能的方法，另一方面也可以對(duì)換熱器熱力學(xué)優(yōu)化做分析。本文是從溫差場(chǎng)均勻性原則出發(fā)，將其應(yīng)用于逆流換熱器的優(yōu)化過程，并對(duì)各種優(yōu)化方法進(jìn)行分析比較。

2．換熱器溫差場(chǎng)均勻性原則

過增元在1992年《熱流體學(xué)》[1]一書中定義了溫差場(chǎng)不均勻因子，應(yīng)用于順流、逆流和叉流換熱器，發(fā)現(xiàn)在相同的傳熱單元數(shù)NTU、熱容量比W和流體進(jìn)口溫度的條件下，逆流換熱器溫差場(chǎng)最均勻，效能也最高，熵產(chǎn)也最小。進(jìn)而在1996[2]年定義溫差場(chǎng)均勻性因子，提出了換熱器熱性能的溫差場(chǎng)均勻性原則：在NTU和W一定時(shí)，換熱器的溫差場(chǎng)越均勻，其效能越高。并采用數(shù)值方法對(duì)13種換熱器的溫差場(chǎng)和效能進(jìn)行了分析，驗(yàn)證此原則的正確性。通過熵產(chǎn)分析指出此原則是以熱力學(xué)第二定律為理論依據(jù)的。同時(shí)針對(duì)叉流換熱器，提出了分配換熱面積來改善換熱器性能的新方法。過先生又在2002[3]年給出了簡(jiǎn)單順流、逆流、叉流換熱器溫差場(chǎng)均勻性因子的解析表達(dá)式，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)此原則進(jìn)行了驗(yàn)證，針對(duì)多流程叉流換熱器，舉例說明用改變管路連接的方法來改變溫差場(chǎng)均勻因子，進(jìn)而改變換熱器的效能。在2003[4]年提出基于溫差場(chǎng)均勻的場(chǎng)協(xié)同原則，同時(shí)將此原則應(yīng)用于多股流換熱器中，提出換熱器傳熱性能的高低取決于冷熱流體溫度場(chǎng)的協(xié)同程度，而不是流動(dòng)方式。