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關鍵詞:熱能動力工程;鍋爐;能源;發(fā)展
中圖分類號:TE08文獻標識碼: A
引言
科學技術的進步,社會生產力的不斷發(fā)展,能源缺乏成為了生產生活亟待解決的問題,熱能作為長期廣泛被應用的能源,在眾多的企業(yè)發(fā)展,工程作業(yè)中發(fā)揮著重要的作用,尤其是在動力工程中。眾多的企業(yè)鍋爐工廠、藥廠等都對熱能和動力工程有著不時之需。并且應用范圍逐漸擴大,應用領域也不斷延伸,發(fā)展前景不可估量。
1、熱能動力工程
熱能動力工程,簡而言之就是熱能與動力工程的有機結合體,它的研究范圍廣泛,涉及學科眾多,與很多相關專業(yè)出現(xiàn)了交叉現(xiàn)象,專業(yè)研究的方向主要被定位于二者之間的相互轉換問題,能源的來源及利用途徑問題。
2、我國的熱能動力工程發(fā)展情況
隨著社會的發(fā)展,我國國民經濟得到很大的發(fā)展,人們也是越來越關注人才和教育方面,為了能夠更好的適應經濟前進局勢中對于人才的需要,我國也會加大了對這方面的力度。在1993年我國教委對各個高校下發(fā)了相關政策,要細致劃分專業(yè),主要是9個學科,包括熱能項目、熱能項目以及動力設備、熱力發(fā)動設備、制冷和低溫項目、流體設備以及流體項目、水利水電動力項目、項目熱物理、能源項目以及冷凍冷藏。到了1998年教育機構又重新下發(fā)了更改計劃,將這些專業(yè)合并到一起,也就是現(xiàn)在的熱能和動力項目,并且在全國的各個高校成立這個專業(yè)。大量的運用能源在很大程度上推動了熱能以及動力項目的發(fā)展,它將各類設備原理,動力學理論學識,教育各類優(yōu)異的設備轉化措施進行了全面的綜合,正在運用到社會的建設中,促進了社會的發(fā)展。能源動力已經廣泛的運用到各個行業(yè)中,推動了我國科學技術的發(fā)展。
3、熱力動力工程存在問題的深入研究
熱力動力應用于鍋爐是一項新的研究,雖然可以很好的解決資源環(huán)境問題,但在一定程度上它也有一些顯而易見的毛病。其中最為不容忽視的便是風機問題,風機是一種機械,它通過裝有多個葉片軸旋轉來推動氣流,葉片將施加于軸上旋轉的機械能,轉變?yōu)橥苿託怏w流動的壓力,從而實現(xiàn)氣體的流動,是一種廣泛應用于生活中的設備。舉例說明,比如說發(fā)電廠,鍋爐,礦井,隧道,車輛,船舶和建筑物的通風等,都離不開它或多或少的幫助,其中,作為重要的是應用于電站,它發(fā)揮著不可磨滅的作用。如今,機組向大容量,高轉速,高效率,自動化方向飛速發(fā)展,是得風機的安全可靠性受到巨大壓力,一旦發(fā)生巨大事故,如燒壞電機,竄軸,葉輪飛車,軸承損壞等,不僅對當?shù)仉姀S造成巨大的財產損失,更是威脅著當?shù)毓ぷ魅藛T的生命安全。由此可見,風機利弊兼互,但技術的要求使得風機必須使用,所以,待發(fā)現(xiàn)新技術之前,還需的是不斷完善風機技術,引進先進技術,使其向智能化方向發(fā)展,從而達到真正的節(jié)能高效。
4、熱能動力工程在能源與鍋爐方面的應用
4.1、熱能動力工程在動力能源方面的應用與發(fā)展
在我國的工業(yè)發(fā)展中,能源動力是不可缺少的重要生產力,并且在很多工業(yè)領域中,都離不開熱動能這一生產資源。如何提高能源動力的應用效率,減少熱動能的無功損耗,成為了當前工業(yè)發(fā)展中最需要解決的問題。只有實現(xiàn)熱能的高效利用,才能起到節(jié)能環(huán)保效果,才能促進工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而在熱能動力工程技術中,其所應用在最主要方面就是風機。
風機是一種應用非常廣泛的機械設備,在多個個工程領域都是不可或缺的重要生產設備。如發(fā)電廠、車輛、船舶等。風機的主要運行原理是利用多個葉片進行旋轉來產生機械能,并應用在工程機械的動力能源中,從而推動工程機械運作。隨著工程機械的性能要求越來越高,對風機的運行效率也提出了更高的要求。提高風機性能同時還對于節(jié)省動力工程能源也有著重要意義,這是熱能動力工程的研究方向之一。
另外,工業(yè)鍋爐中的風機葉片旋轉的內部機械流場的不定性非常強,所以,做詳細的試驗去研究鍋爐風機是非常困難的,因為會涉及到很對的細節(jié),比較繁瑣,就目前的情況對其的力學解釋和分析方法也不是非常的完善,尤其是對于流動分離等現(xiàn)象的研究在鍋爐研究中時非常重要的。進行研究的時候還需要建立比較可靠的實驗模型和數(shù)值模擬,從而能夠仔細的分析機械流場內部。為了能夠準確的研究鍋爐風機葉片旋轉的空氣流動情況,一般情況下都是利用軟件建立二維數(shù)值模擬實驗的方式。對于這個軟件數(shù)值模擬實驗首先是要建立一個二維模型,然后根據提供的相關的數(shù)值進行網格的劃分,設定邊界區(qū)域,然后是求解輸出的網格,主要是利用這些相關條件進行,也可以使用求解器。最后將求解出的結果在建立一個二維數(shù)值模擬,然后模擬求解空氣留角下的流動,然后分析比較得出的結果與速度矢量圖,從而能夠得出鍋爐風機葉片分離和攻角之間的關系。
4.2、熱能專業(yè)中工業(yè)爐的發(fā)展
1)、空燃比例連續(xù)控制系統(tǒng)
這種系統(tǒng)的組成涉及很多,主要是燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣比例閥、空氣/燃氣電動蝶閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶、氣體分析裝置、PLC等。它的主要工作原理是首先將熱電偶或氣體分析裝置檢測出數(shù)據,然后將這些數(shù)據傳送到PLC,然后將這個值和設定的值進行比較,偏差值就按照比例積分、微分運算輸出4-20mA的電信號,然后調節(jié)空氣/燃氣比例閥和空氣/燃氣電動蝶閥的開度,從而能夠很好的控制空氣/燃氣比例和爐內溫度。
2)、雙交叉限幅控制系統(tǒng)
這種系統(tǒng)的組成涉及的方面也很多,主要包括燒嘴、燃燒控制器、空氣/燃氣流量閥、空氣/燃氣流量計、熱電偶等。它的主要工作原理是通過一個溫度傳感器熱電偶,將測量的溫度轉變成電信號,這個信號主要是代表測量點的實際溫度,而對于這個點的溫度期望值主要是通過預存貯在上位機中的工藝曲線進行自動設定的。這兩個溫度之間存在的溫差剛好由PLC對燃氣/空氣流量閥的開度進行自動校準。對于該空氣流量閥測量的方式主要是通過電動執(zhí)行機構定位、控制空氣/燃料比,以及借助外界的儀器進行的(主要是孔板和差壓變送器),測量燃氣的流量主要是通過一臺安裝在燃氣支管上的質量流量計進行的,從而能夠很好的控制溫度。
5、熱能動力工程的未來發(fā)展方向
5.1、往熱能動力和控制工程發(fā)展
熱能動力和控制工程的發(fā)展需要掌握熱能和動力之間的相關知識內容,與此同時對鍋爐的原理、汽輪機的原理、風機的原理等方面也是需要了解和掌握的,與此相關的動力機械設計、熱力發(fā)電廠、燃燒污染與環(huán)境、傳熱傳質數(shù)值計算以及流體機械相關的領域知識也需要了解和掌握的。
5.2、往熱力發(fā)動機和汽車工程發(fā)展
對于熱力發(fā)動機和汽車工程的發(fā)展需要掌握熱力發(fā)動機的原理與車輛工程兩個主要方面的知識。在此基礎上,還可以往制冷低溫工程和流體機械方面做進一步的發(fā)展,因而需要進一步的掌握制冷、流體力學以及機械方面的相關知識。
5.3、往水利水電動力工程發(fā)展
水利水電動力工程需要掌握水輪機、水輪機的安裝檢修和運行、水輪機調節(jié)、水利機組輔助設備、現(xiàn)代控制理論、電機學、發(fā)電廠電氣設備、發(fā)電廠自動化、繼電保護原理等眾多領域的知識,與此同時還需要了解水電廠的計算機監(jiān)控與現(xiàn)代測試技術的相關知識。
結束語
隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步,使得熱能動力工程也有了進一步的發(fā)展,同時也促進了我國熱力發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展以及一些新興行業(yè)的發(fā)展。另外,熱能動力工程在能源和鍋爐中的應用,也因為經濟的發(fā)展和技術的進步得到了廣泛的應用。隨著熱能動力工程對日常生活的重要作用,希望相關的研究者更加的努力,繼續(xù)在能源和鍋爐的應用中發(fā)掘新的功能,進一步的滿足人類的需求。
參考文獻
[1]王強.淺談熱力動力工程在鍋爐和能源方面的發(fā)展狀況[J].科技致富向導,2014,18:87.
一、能源動力工程領域的高等工程教育
能源動力工程專業(yè)是伴隨著近現(xiàn)代工業(yè)革命發(fā)生、發(fā)展、加速過程成長起來的傳統(tǒng)專業(yè),在新的能源形勢和建立工業(yè)強國的需求下承擔著嶄新而重大的培養(yǎng)責任。我國目前設有能源動力大類專業(yè)的學校有130余所。經過幾十年的努力,我國能源動力的工程教育有了長足的進步,但總體來看,整個工程教育體系沒有發(fā)生本質的變化,還不能很好滿足現(xiàn)代工業(yè)對工程技術人才的需求。[3]能源動力領域的高等工程教育主要存在四個方面的不足。
1.缺乏明確的工程教育定位
很多研究型大學的目標是培養(yǎng)科學家,而不是工程師。而工程教育和科學教育是兩種不同的教育??茖W家從事研究發(fā)現(xiàn),工程師進行創(chuàng)造發(fā)明。培養(yǎng)工程師和培養(yǎng)科學家需要兩種不同的教育體系。作為一個典型的工程學科,能源動力專業(yè)的培養(yǎng)目標應該是以培養(yǎng)工程師為主。在現(xiàn)實需求下,就是培養(yǎng)既有創(chuàng)新能力又能解決實際工程問題,同時具備國際競爭力的高級人才。
2.工程教育體系陳舊
在課程設置上,能源動力專業(yè)的課程改革基本上是在原有課程體系下的完善,沒有從根本上打破原有的課程體系。隨著新知識的不斷出現(xiàn),由于缺乏課程間的整合機制,課程有增無減,使學生不得不面對越來越多的課程。在教學模式上,通常是以教師為中心的講授式教學,而不是以學生為中心的啟發(fā)式教學。學生的分析、想象、創(chuàng)造能力的培養(yǎng)受到限制。在教學內容上,工程教育基礎課程太偏理論,教學中缺乏實際應用的環(huán)節(jié)。不少專業(yè)課程跟不上科技發(fā)展的節(jié)奏,內容幾十年不變,總體上比較陳舊。教學實驗以驗證性為主,測試手段比較落后,設備比較陳舊。
3.缺乏與企業(yè)的互動
作為一個實踐性很強的學科,不了解工程界的需求而一味紙上談兵不僅不能培養(yǎng)出合格的現(xiàn)代工程師,而且對于學科發(fā)展也是極其不利的。工程界對工程教育的教學內容和實踐水平有嚴格要求,但不少工科教師缺乏必要的工業(yè)經驗和工程背景,學生也缺乏必要的實訓機會和體驗。4.缺乏工程教育的國際化隨著世界經濟全球化進程的加速,能源動力領域需要更多的按照國際標準培養(yǎng)的工程人才。在工程教育體系中,需要更多地接納來自不同國家的學生,在教學和科研中注入更多的國際化內容,與國外大學加強校際交流與合作,培養(yǎng)具備專業(yè)知識和能力的國際化現(xiàn)代工程師??傊L期以來,能源動力工程領域習慣于從系統(tǒng)性和科學性出發(fā)組織工程教育體系,較少以學生和工程界需求出發(fā)進行考慮,無法真正適應社會的變化和現(xiàn)代大工程教育觀念。
二、能源動力工程領域的高等工程教育探索及實踐
針對能源動力領域的工程教育問題,近年來上海交通大學機械與動力工程學院對能源動力專業(yè)的本科工程教育體系進行了積極探索和實踐,主要歸納為三個方面。
1.明確培養(yǎng)主體
首先明確了能源動力專業(yè)的培養(yǎng)目標就是培養(yǎng)合格的現(xiàn)代工程師。培養(yǎng)的主體就是學生。從華沙世界工程教育會議和美國“2020工程師”計劃[4]對新一代工程師的要求來看,現(xiàn)代工程師首先要對工程或技術有熱情,因此在充分考慮學生需求和實際辦學條件的基礎上,選拔對成為未來工程師有強烈意愿的學生進入教育部的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”特色班,希望能培養(yǎng)出未來企業(yè)界的領軍人物。這樣,學生在培養(yǎng)過程中可以保持較高的熱情,有利于教學和實踐工作的開展。
2.制訂“工程教育特色”培養(yǎng)計劃
新的培養(yǎng)方案中的課程設置主要分為四個部分,如圖1所示。第一部分通識教育課程主要由人文、社科、經濟管理、外語、體育等課程組成。第二部分專業(yè)教育課程包括了能源動力領域必備的數(shù)學、物理、化學、電子電工、材料、設計制造、熱學、流體力學等最基本的知識(必修)和各個研究方向(包括熱能工程、車用發(fā)動機、葉輪機械、制冷與低溫工程)的專業(yè)課程(選修)。第三部分專業(yè)實踐課程涵蓋了各類實習、實驗和畢業(yè)設計。第四部分個性化教育課程由學生根據需要自主選擇。相比原來的非工程教育課程體系,新的課程設置有下面幾個很大的變化:
(1)淡化了各研究方向的具體差異,強調通用基礎知識的學習。目前國際上普遍認為應該注重“基礎知識”,而“專業(yè)知識”可以在工作以后繼續(xù)增加積累,甚至終身都要不斷地學習。在“基礎知識”中,國際上的觀點更強調的是“通用基礎”。
(2)對課程進行有效整合。原先的課程多而雜,在教學內容上出現(xiàn)重疊,加上許多課程學分少,學生為了湊學分需要同時學習多門課程,所以學習負擔很重,不少學生都有“考完即忘”的經歷,沒有達到要求的教學效果。在新的課程體系中,考慮上述問題,對課程進行大范圍整合:取消小學分課程(學分),設置高學分課程(學分),除個別課程外,多數(shù)課程都在3個學分以上。另外,突出了工程實踐類課程和基本理論課,減少了拓展理論課的數(shù)量。以專業(yè)教育課程為例,可以看出新舊課程設置的差別,見表1。由表可見,專業(yè)基礎課的必修總學分提高11分,但門數(shù)減少2門;專業(yè)方向課選修的總學分減少7分,可選的課程也減少了三分之二。
(3)強調工程意識和實踐能力的培養(yǎng)。由于我國的基礎教育是按科學教育的體系構建的,所以工科學生進大學后難以馬上適應工程教育,使教學效果打了折扣。在新的課程體系中,特別設置了“工程學導論”必修課程,向學生介紹工程問題及其解決方案的基礎知識,同時培養(yǎng)學生提出工程問題、通過團隊合作研究并設計解決方案的能力以及交流、寫作的基本能力。該課程要求學生在一年級學完,希望能夠彌合高中教育和大學工科教育之間的鴻溝。另外,在熱工核心基礎課程如傳熱學、工程熱力學和流體力學等中增加課程設計和團組大作業(yè),課題取自生活和企業(yè),在解決實際問題過程中增強學生對知識的實際應用能力。
(4)增設企業(yè)課程模塊。為使學生盡早地接觸企業(yè),了解企業(yè)需求和產品設計規(guī)范標準,在新的培養(yǎng)計劃中增加了企業(yè)課程模塊,包括“企業(yè)項目管理”、“質量管理及控制”、“精益六西格瑪管理”等課程供學生選修。授課老師都是來自優(yōu)質企業(yè)的具有豐富工程經驗的工程師,可以提供大量新鮮而實用的案例,提高學生的學習興趣,加速學生適應工程實踐的進程。
(5)采用合適的優(yōu)秀工程教材?,F(xiàn)代工程技術的發(fā)展給能源動力類專業(yè)課程的教學提供了極其豐富的素材,如納米微米的應用、燃料電池、新能源開發(fā)、污染物減排等。優(yōu)秀的教材能夠及時恰當?shù)胤从彻こ碳夹g的這些新變化,并以學生容易接受的形式表達出來。在這一點上,國外有些教材做得更出色。能源動力類各專業(yè)課程精心挑選了取材豐富、構思新穎、內容先進的教材,而且要求使用中文教材的課程必須提供優(yōu)秀的英文參考書。例如,工程熱力學課程就選用了中文教材《工程熱力學》(沈維道、童鈞耕編著)和美國的Moran、Shapiro編著的英文教材《FundamentalsofEngineeringThermodynamics》,不僅有益于知識的互補,而且能開拓視野、活躍思維、引導學生去感受理論與實踐的重要性。
3.增強實踐教學和工程實訓環(huán)節(jié)
實踐是實現(xiàn)工程教育的必要環(huán)節(jié)。在新的培養(yǎng)計劃中,特別注重了實踐教學環(huán)節(jié)的設計和規(guī)劃。整個實踐體系分成四部分:理論課實驗及課程設計、工程設計類、各類實習及各級工程實驗/實踐活動。如表2所示。
(1)理論課實驗及課程設計。這類實踐主要包括涉及課程知識的原理性驗證實驗和基本設計等,與工程實踐內容相差較大,但卻是夯實理論知識基礎有效的手段,不可缺少。在新的課程教學大綱中,除了保留傳統(tǒng)教學實驗和設計外,還增設了綜合性和實踐性較強的訓練項目,如在傳熱學、工程熱力學和流體力學等核心基礎課程中增加課程設計或團組大作業(yè),題目具有一定的啟發(fā)性和現(xiàn)實性,希望能夠增強學生的綜合運用能力和駕馭理論實踐相互轉化的能力。
(2)工程設計類。工程設計系列課程的主要目標是貼近工程實際,搭起學校學習與工程實踐的橋梁。包括:“工程學導論”,通過課程學習將一年級學生引進門,建立對工程的認識和興趣,如前所述;“工程設計1”,進行符合二年級所學內容的具有一定難度的項目設計;“工程設計2”,進行符合三年級所學內容的有較大難度并和專業(yè)相關的項目設計,如結合數(shù)理化、熱機電等基礎知識,設計電子元件冷卻系統(tǒng)、余熱回收利用系統(tǒng)等;“畢業(yè)設計”。在四年級,結合企業(yè)實際項目,以產品為對象,實現(xiàn)較大的工程項目的綜合訓練。畢業(yè)設計可與生產實習銜接,共同在企業(yè)完成,給予畢業(yè)設計充分的時間和質量保障。工程設計類課程以項目為導向,強調設計的實用性、經濟性與開放性,同時強調團隊合作、溝通與領導能力的培養(yǎng)。項目有的來自上海通用、寶鋼、航天八院、商飛、泰科等優(yōu)質企業(yè),有的是與海外大學合作聯(lián)合承接海外公司的項目,進行海外實習,開拓了學生的國際視野,培養(yǎng)了其全球工作的能力。
(3)各類實習。這類實踐包括了傳統(tǒng)的金工實習、認識實習和生產實習。其中認識實習和生產實習都在企業(yè)完成,生產實習又和畢業(yè)設計緊密相關,這樣使實習目的更加具體,不僅促進了企業(yè)和學生的相互了解,更保證了雙方合作的積極性。
(4)各級工程實驗/實踐活動。除了培養(yǎng)計劃中的各類實踐內容外,學有余力的學生還可以參加國家級、省部級、校級的工程實踐活動,如全國大學生節(jié)能減排科技競賽、國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃、上海大學生創(chuàng)新活動計劃、上海交通大學大學生創(chuàng)新實踐計劃、上海交通大學特色實驗項目等。通過競賽或設計,學生對專業(yè)的興趣得到了培養(yǎng)和強化,實踐能力和創(chuàng)新意識也獲得了不同程度的提高。
關鍵詞:CFD教學;本科教學;教學改革
中圖分類號:G642 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)38-0037-02
一、開展CFD教學的必要性
CFD技術,是解決工程中復雜流動和傳熱問題的一種有效手段,同時也是一門新型的獨立學科。它以經典理論和數(shù)值計算為基礎,通過計算機的數(shù)值計算和圖像顯示,從空間和時間上定量描述各種場變量,從而達到對流動和傳熱問題進行研究的目的。CFD技術集中應用了20世紀直至本世紀科學技術方面的最新成就,并具有理論性和實踐性的雙重特點。CFD技術不僅可以作為研究工具,而且還可以作為設計工具廣泛應用于能源動力工程、機械工程、材料工程、交通工程、建筑工程、環(huán)境工程、化學工程等領域。另外,CFD與CAD、CAE聯(lián)合,還可以進行各種結構優(yōu)化設計。CFD教學主要程針對高年級本科生開展,強調學生的應用能力和學術能力的培養(yǎng),教學的宗旨是讓學生在了解數(shù)值計算基本概念和原理的基礎上,通過對一些經典商用CFD軟件使用和掌握,增強學生分析和解決問題的能力。在國內,目前在能源動力類本科生中開展CFD教學的學校有近20所,大部分為重點本科院校,除我校外,還有如西安交大、清華大學、上海交大等高校。但隨著CFD技術在工業(yè)界的進一步推廣應用,個人電腦的性價比提升,可以預計未來5年,將會有更多的工科院校為能源動力類本科生開展CFD教學。在國外,早在上世紀80年代,就已有針對能源動力類本科生開展的CFD教學,比如英國的帝國理工學院,美國的加州理工學院,日本的九州大學等。尤其以美國的加州理工學院做得最為突出,它非常重視學生的實踐與創(chuàng)新。由于國外學生人數(shù)比國內少,實驗設施完備,CFD技術課程被安排在實驗教學中心進行,學生在進行CFD技術學習應用的同時,還可以采用實驗方法對CFD的結果進行驗證,非常有利于培養(yǎng)學生的主動實踐與創(chuàng)新能力。實際上,開展CFD教學還有利于拓寬實驗教學內容。由于CFD技術具有成本低、速度快、可視化等特點,因此在能源動力類專業(yè)的實驗教學中,可以利用CFD技術加強設計性實驗和探索性實驗的構建,將以往學生的被動性實驗轉變?yōu)閷W生為主教師為輔的一種主動性實驗,有利于培養(yǎng)學生的獨立思考和解決問題的能力。由此可見,開展CFD教學符合能源動力類的專業(yè)發(fā)展和人才需求,有利于激發(fā)學生的學習興趣,同時還有利于拓寬實驗教學內容,培養(yǎng)學生的實踐與創(chuàng)新能力。
二、開展CFD教學的可行性
對于在能源動力類本科生中開展CFD教學的可行性,下面將從三個方面來進行分析。
1.教學內容的選擇。對于能源動力類的大四本科生,CFD教學的重點將放在CFD技術的基本理論和軟件應用上。具體內容包括:控制方程的離散化方法,流場的求解計算方法,湍流模型,以及商用CFD軟件的基本用法。同時,授課內容中還將包含復雜流動模型以及數(shù)值模擬的最新研究進展等,以便開拓學生的視野,激發(fā)學生的學習興趣。由于課時有限,在商用CFD軟件基本用法的講授中,將選擇能源動力領域常見案例的CFD過程,比如建模、劃分網格、設置邊界條件、設置求解器參數(shù)、后處理等內容,進行有針對性地講解和實踐,以獲得舉一反三的效果。
2.基本理念的貫徹。在開展CFD教學中,需要貫徹正確的CFD技術理念。雖然目前商用CFD軟件快速普及,似乎許多問題都可以通過CFD技術來解決。但必須強調,CFD技術不是萬能的,在很多方面還有局限性。試驗研究、理論分析和CFD技術的有機結合,才是解決實際問題的有效手段。另外,對模擬計算結果的準確性的認識和判斷,也需要一個正確的理念。數(shù)值模擬計算結果的準確性首先取決于數(shù)學模型是否正確,如果數(shù)學模型不正確,即使數(shù)值計算方法先進,仍然不能保證數(shù)值解的準確性。其次,模擬計算過程中流動介質物性參數(shù)是否正確,也是影響模擬計算結果準確性的一個重要因素。最后,教學過程中還要注意培養(yǎng)學生的工程意識,在講授CFD實際應用時要引導學生把握工程問題的整體觀念,增強學生的工程意識,培養(yǎng)學生基本理論與工程實踐相結合的能力。
3.經典軟件的應用。從我校能源動力本科專業(yè)現(xiàn)有的課程設置來看,大四本科生已經具備流體力學、傳熱學、數(shù)值分析方法等方面的基礎知識,對于CFD技術中所涉及的方程離散,網格劃分、流場求解等方面知識的理解不會有太大難度,而且目前商用CFD軟件智能化程度較高,基本使用方法和技巧易于掌握。因此,選用經典CFD軟件開展教學,在老師的指導下完全可以使學生在短時間內初步掌握CFD軟件的使用方法。在此基礎上,隨著學生知識面以及工程實踐經驗和CFD軟件使用技巧的增加,對CFD技術的理解會進一步加深。另外,目前計算機硬件水平迅猛發(fā)展,學生擁有個人電腦的比例逐年增加。從我們能源與動力工程學院學生工作組統(tǒng)計的數(shù)據來看,目前學生擁有個人電腦的比例已達80%以上,學生可以在自己的電腦上方便地進行CFD軟件的學習和實踐,這為開展CFD教學提供了良好的條件。
從2007年開始,華中科技大學能源與動力工程學院就已經在本科生中開展了CFD教學。課程的名稱為CFD技術,以選修課的形式開設,學院每年都有近300名學生選修這門課程,這門課程實際上已經成為一門受眾面極廣的公共選修課程。由此可見,在能源動力本科生中開展CFD教學具有較好的必要性和可行性,值得深入推廣應用。
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關鍵詞:能源與動力工程 節(jié)能技術 發(fā)展
對于能源的消費不僅僅是發(fā)達國家,連發(fā)展中國家的需求量比重都在不斷增加。能源作為改善生活,拉動經濟增長的重要資源已愈來愈成為人們乃至國家所需的重要保障。但是當今社會對于能源的浪費與污染也越來越嚴重,因此為了更好的節(jié)約能源,減少浪費,對于節(jié)能技術的應用勢在必行,而動力工程的節(jié)能技術在這個過程中扮演了重要的角色。無論是煤炭、石油等的使用,還是風能、太陽能等的利用都可以涵蓋在動力工程當中。能源存在于我們工作與生活的各個方面,沒有能源我們的生活將寸步難行,因此提高科學技術,如動力工程的能技術勢在必行。
1.能源與動力工程的定義
要想更好的通過動力工程的節(jié)能技術對能源的節(jié)約等起到良好的作用,必須先了解能源以及動力工程的定義,從定義入手能夠為相關技術的順利開展打下基礎。
1.1 能源
經過兩次國際的石油危機,“能源”一詞開始越來越受到全球的重視。能源亦稱能量資源或能源資源。是指可產生各種能量或可作功的物質的統(tǒng)稱。是指能夠直接取得或者通過加工、轉換而取得有用能的各種資源,為人類的生產和生活提供各種能力和動力的物質資源,是國民經濟的重要物質基礎,是人類活動的基本物質需求,社會發(fā)展離不開能源以及相關技術的發(fā)展,優(yōu)質的能源以及先進的技術對于社會的發(fā)展起到推動的作用,能源問題是我國乃至全世界所共同重視的問題。能源的開發(fā)和有效利用程度以及人均消費量是生產技術和生活水平的重要標志。
1.2動力工程
動力工程所涉及的領域包括能源轉換、傳輸以及利用等,其對于提高能源的利用率,減少不可再生能源如石油、煤等的消耗以及污染起到了很重要的作用,對推動國民經濟的可持續(xù)發(fā)展也起到了至關重要的作用。同時動力工程作為現(xiàn)階段對能源、信息、材料等前言科技利用的前沿領域之一越來越受到重視。在不可再生能源日益枯竭,環(huán)境污染越來越嚴重的情況下,對于動力工程不斷研究、深入與利用,對于一個國家,乃至全球的能源利用,經濟發(fā)展都有著至關重要的作用,動力工程的開發(fā)與利用對于一個國家而言既是一個機遇也是一個挑戰(zhàn)。
隨著當前經濟的不斷發(fā)展以及產業(yè)結構的不斷調整,無論是工作還是生活對于能源的需求量都越來越大,因此對于能源與動力工程在節(jié)能技術上提出了新的改革要求,發(fā)展能源與動力工程的節(jié)能技術也成為社會的熱點與科研當中的一個重點,只有更好的利用號能源與動力工程的節(jié)能技術才能夠更好的解決傳統(tǒng)能源問題,才能夠更好的利用起新的能源為社會經濟的進一步發(fā)展做出貢獻。
2.目前的能源使用現(xiàn)狀(以煤炭、石油為例)
2.1煤炭
煤炭是一種開發(fā)利用較早,但是相對污染也較大的傳統(tǒng)能源,雖然其在我國的產量較高,但也是急需改造的對象之一。通過科學論證,煤炭的大量使用其中所含有的硫會在一定情況下形成酸雨對環(huán)境造成破壞。目前對煤炭的處理主要是在開采后進行一定的脫硫處理,通過這種方式減少煤炭內部的硫的含量同時提高對煤炭的利用率,而對于使用過程中產生的氣體,相關企業(yè)通過較為完善的氣體收集系統(tǒng)進行收集、處理,達到節(jié)能減排的目的。
2.2石油
在第二次工業(yè)革命后,石油資源開始被廣泛的應用在各個領域,其發(fā)揮的作用也超乎了很多人的預期,相對于煤炭而言,石油的特點在于相對較為清潔,但是眾所周知的是石油是一種不可再生能源,對于其的利用與節(jié)約迫在眉睫,因此我們可以在使用石油的過程中,在一部分允許的行業(yè)尋找其替代的能源,如:原使用石油的出租車改成使用天然氣的出租車。這種替代的理念恰好符合了我國科學發(fā)展觀中的可持續(xù)發(fā)展理念。
3.能源與動力工程的節(jié)能技術發(fā)展及應用
3.1能源與動力工程的節(jié)能技術發(fā)展
為了解決能源的日益短缺以及在能源使用過程中帶來的環(huán)境污染問題,全球的眾多科研人員開始不斷致力于新能源的開發(fā)與利用,希望能夠通過先進的科學技術減緩甚至解決這個問題,為經濟的進一步發(fā)展帶來新的活力。同時如風能、太陽能等新的、清潔的能源的使用則需要眾多企業(yè)以及國家在結合本地區(qū)實際的情況下支持,而不能夠為了經濟發(fā)展而以付出環(huán)境等為代價來發(fā)展,不然只能夠適得其反,造成人力、物力、財力等的浪費。動力工程在能源上的結合利用,通過相應的技術將新能源等轉換成實際的能量推動經濟生產。動力工程的節(jié)能技術的運用將會極大的節(jié)約相關的能源企業(yè)的生產成本,對于環(huán)境的保護也能夠起到很好的保護作用,更好的適應可持續(xù)發(fā)展的觀念。
3.2能源與動力工程的節(jié)能技術應用
能源與動力工程的節(jié)能技術的可以主要應用于能源的清潔利用、新能源的進一步開發(fā)使用、核能發(fā)電的開發(fā)利用以及生物質能的進一步使用。
第一種主要是針對煤炭等的使用,從其燃燒的產物以及效率著手,采用動力工程措施,使其污染的力度大幅度的降低,在燃燒的過程當中更加的充分,提高了煤炭整體的利用效率從而在用電等總量一定的情況下,煤炭使用量減少,對空氣、土壤等造成的傷害減少。
第二種主要針對可再生能源,如太陽能、風能、潮汐能等,利用這些自然界存在的能量,通過能源與動力工程將其從能源轉換為能量,利用這些相對環(huán)保的能源逐步代替不可再生能源,進而推動能源的多元化,緩解煤炭、石油等資源使用緊缺的現(xiàn)象,同時還能保護環(huán)境。
第三種主要是核能發(fā)電,由于核能在一定程度上存在危險性高、輻射強等問題,在核能發(fā)電之初很多人都持反對態(tài)度,但是隨著科技的不斷變革與發(fā)展,再加上能源與動力工程的研究不斷深入,通過事實證明了核能的使用在技術、安全等方面得到了極大的提高,也符合社會經濟發(fā)展的訴求。
第四種主要是針對類似于沼氣等的能源,如用乙醇作為煤炭,石油等能源的替代品;通過普及沼氣的使用進一步優(yōu)化能源使用結構,緩解現(xiàn)有能源的使用壓力。
結束語:
無論是不可再生能源還是可再生能源,在人們的日常生活中的地位都越來越重要,如何更好的在利用兩類能源的情況下協(xié)調好與人民日益增長的物質需求是當下科學技術亟待解決的一個課題。動力工程的節(jié)能技術在這個時期應運而生并不斷的發(fā)展,通過對可再生能源的不斷高效利用,同時對于不可再生能源進行節(jié)約利用,這樣既做到了開源又做到了節(jié)流。能源與動力工程的技能技術在這個過程中起到了一定的作用。希望通過本文的動力工程的節(jié)能技術的介紹,對能源的利用以及環(huán)境的影響起到一定的積極作用。
參考文獻:
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關鍵詞:能源動力類專業(yè) 評價體系 教學質量
中圖分類號:F206
文獻標識碼:A
文章編號:1004-4914(2015)10-223-02
一、前言
本科人才培養(yǎng)是高等教育中的重要組成部分,全面提高人才培養(yǎng)質量是高等學校深化教育教學改革的重要內容。本研究目的就是為了深入貫徹《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》,推動體制機制創(chuàng)新,深化校企合作、工學結合,進一步提高高等學校辦學特色,全面提高教學質量。
能源與動力工程專業(yè)主要是培養(yǎng)適應新時代要求的能源生產與轉換領域的人才,目前在遼寧省內該專業(yè)有分布點11個,但這些院校的層次不同,專業(yè)背景不同,人才培養(yǎng)的定位也不相同,例如沈陽工程學院是一所以工程教育為主體的應用型本科院校,肩負著為社會發(fā)展培養(yǎng)“用得上,用得好”的應用型人才,其能源與動力工程專業(yè)培養(yǎng)的學生主要面向電站方向的能源生產的運行人員;又如東北大學是教育部直屬的國家重點大學,是一所以培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才為主體的科研型本科院校,肩負著為社會發(fā)展培養(yǎng)“厚基礎、寬口徑、高素質、有創(chuàng)新精神和實踐能力”的高水平人才,其能源與動力工程專業(yè)培養(yǎng)的學生主要面向鋼鐵冶金領域的技術人員。同樣在大連理工大學、遼寧工程技術大學、遼寧石油化工大學、沈陽航空航天大學等學校,能源與動力工程專業(yè)培養(yǎng)模式、行業(yè)背景及人才點位也不盡相同。所以在遼寧省普通高等學校本科專業(yè)綜合評價過程中,建立一個該專業(yè)通用的教學質量評價機制及指標,是真實反映各學校教學水平和人才培養(yǎng)質量的關鍵。因此,開展能源與動力工程專業(yè)教學質量評價機制及指標的研究與實踐,對推進全省能源與動力工程專業(yè)的健康發(fā)展具有重要的理論意義。
二、研究現(xiàn)狀分析
遼寧省普通高等學校本科專業(yè)綜合評價工作進行了兩年,在貫徹落實黨的十精神,全面落實國家及省中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要,充分發(fā)揮專家學者對高等教育教學改革的研究、咨詢、指導作用,進一步引導高校緊密圍繞國家和遼寧經濟社會發(fā)展需要,加強專業(yè)內涵建設,創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制,提升人才培養(yǎng)質量等方面,取得了非常顯著的效果。在這期間,各個專業(yè)教學指導委員會都組織專家對評價指標進行了大量的研究。
作為能源動力類專業(yè)教學指導委員會成員單位,課題組一直在研究教學質量評價機體系的建設與實踐,所在的沈陽工程學院能源與動力工程專業(yè)本著“點面結合,突出重點”的原則,以教學質量評價體系為核心,以教學質量檢查、教學評價為紐帶,認真探索,不斷總結,逐步建立了一套行之有效的教學質量評價方法和反饋機制,并構建了評價指標體系。并且經過幾年的實踐,專業(yè)內部質量保障體系基本形成,主要采取學生評教、督導聽課、教學巡視等方法,及時地收集教學過程信息,發(fā)現(xiàn)教學中存在的各類問題并及時反饋;根據教學計劃、教學大綱、教案、授課計劃、課堂與實踐教學要求,設置了20多個監(jiān)控和評價項目,對教學過程進行監(jiān)控評價。初步形成了較系統(tǒng)的校內教學質量監(jiān)控評價體系,有效地促進了教學質量的不斷提高。
但在實踐過程中,也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的教學質量監(jiān)控評價體系還存在以下不足:一是信息采集、反饋局限于專業(yè)內部,不能體現(xiàn)開放性。二是專業(yè)建設、課程建設和教學環(huán)節(jié)等標準建設缺乏實踐,不能完全適應市場變化。三是教學質量監(jiān)控缺乏開放性,未能形成工學結合、校企密切合作的職業(yè)教育要求。四是沒有進行院校之間的橫向對比。
三、研究內容
(一)建立評價體系
探索構建與人才培養(yǎng)模式改革、創(chuàng)新相適應的能源與動力工程專業(yè)教育教學質量評價體系。按照以學校為主體,教育行政部門引導,社會用人單位參與,校內成績與企業(yè)實踐考核相結合的要求,健全社會、用人單位跟蹤調查制度,學生、家長意見反饋制度,學校教學各個環(huán)節(jié)質量的動態(tài)監(jiān)控制度,形成行業(yè)企業(yè)參與、學校與社會有機結合的有效評價機制。由學校、行業(yè)企業(yè)共同參與對教學全過程實行節(jié)點監(jiān)控、過程監(jiān)控及評價。教學過程結束,進行終結性評價和反饋,最終形成科學的教育教學質量監(jiān)控評價體系,為學院教學質量目標提供保障。
(二)評價數(shù)據的管理
利用遼寧省普通高等學校本科專業(yè)信息平臺、各院校自己建立的評價數(shù)據庫及校內的各類評估評價活動采集的數(shù)據,將為建立評價體系提供數(shù)據支撐。
(三)評價指標的設計
依據本科教學綜合評價指標要求,修訂和整合原有指標體系,將原有的指標體系拆分成若干個相互獨立的模塊化指標,這樣各項評估指標就可以通過選取模塊進行組合而構成新的動態(tài)的評價指標。
(四)評價方法
為便于對本科教育質量進行準確的評價和鑒定,采取定性與定量相結合的方式,不是以前僅憑專家的主觀判斷來確定評價排名的單一做法。定性評價可通過專家考察、問詢和交流來確定,定量評價可通過量化指標的賦值計算來確定,用真實數(shù)據反映建設成果,用過程管理反映建設水平。
四、結論
指標體系的建立可為所有學校能源與動力工程專業(yè)建設提供依據,便于了解和分析學校所處的地位、優(yōu)勢和差距。
通過指標體系,普通教師可通過項目成果了解自己對學院和學校的貢獻度,從而激勵和調動教師投入教學科研的積極性;專業(yè)、學科和課程負責人可了解和把握專業(yè)學科課程建設情況,通過歷時性和共時性比較查找不足和存在問題,以便改進和提高。
[基金項目:本文系2014年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目(項目編號:UPRPE201454)和沈陽工程學院資助的重點教研項目(項目編號:Z201431)的研究成果。]
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