摘要 热工过程与设备是热能与动力工程专业重要的专业课之一，是在本科生完成工程热力学、传热传质学、工程流体力学、工程燃烧学等专业基础课以及工业热工基础等专业课的学习后开设的。详细介绍热工过程与设备课程的在讲授过程中怎样良好地与以上课程结合起来，怎样系统地融入学生已经掌握的专业基础知识，大大调动学生学习的积极性和热情，拓展学生的创新能力，并为后续专业课打下坚实的应用基础。

关键词 热能与动力工程；热工过程与设备；课程联系

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1671-489X(2011)15-0019-03

Association and Strengthening in Curriculums of Thermal Energy and Dynamic Engineering//Xia Dehong, Jiang Zeyi

Abstract Thermal process and equipments is an important specialized curriculum for thermal science and energy engineering major, which is opened after some specialized curriculums such as Thermal dynamics, Heat transfer, Fluid engineering, Combustion and so on, and also after some specialized curriculum such as Thermal bases engineering. In this text, how to good combine the curriculums hereinabove and how to systemically add the specialized basic knowledge which the students have mastered already to the lessons teaching course is introduced. This can greatly inspire the study enthusiasm s and train the innovation ability of the students, which will ground stable application foundation in the later teaching of specialized curriculums.

Key words thermal energy and dynamic engineering; thermal process and equipments; curriculum combination

Author’s address School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Being, Beijing, China 100083

人类知识的增长不是一种积累式的新知叠旧知的过程[1]，而是在已有知识的基础上辩证地学习新知识，并对原有知识不断修正的过程。同时人类知识的增长带动各个学科不断向前发展，而各学科的共同发展进步又不断推动人类文明的进程。工业文明的发展进程与人类文明的发展进程相类似，任何一个工艺与工业设备的不断更新与发展都不单只涉及一个学科，而是各个学科联系发展的结果。只有将各学科知识不断地联系、综合、概括，才能准确地、全面地理解工艺过程和工业设备。

热工过程与设备是热能与动力工程专业重要的专业必修课之一。课程的主要目的是使学生能够掌握几种主要工业领域中的热工工艺、主要热工设备的构造原理和结构特点，认识各种工业设备在热工方面的特点，并培养学生综合应用所学的专业基础知识和热工理论分析和解决实际工程问题的能力。课程的主要内容包括加热、熔炼、烧结与煅烧、干燥、焦化、相变（凝固、结晶 汽化与冷凝等）等热工过程，以及各类加热炉、热处理炉、烧结机、球团焙烧炉、回转窑、各类熔炼炉窑、焦炉、各类竖炉和流化床炉、连铸相关的热设备，各类干燥炉，各类电炉，各类热回收设备（换热器、蓄热室、热管、余热锅炉等）等热工设备，因此本课程的教学内容与工程热力学、传热传质学、工程流体力学、工程燃烧学、工业热工基础等课程的相关知识紧密相联。所以，课堂上教师并不是单单将实际的热工工艺介绍给学生，将实际的热工设备呈现给学生，为了有效地教学，需要把学科内容知识转换成教学内容知识[2]，将本课程有机地与上述学科基础课和其他的专业课联系起来，实现理论知识与实际应用的紧密结合。

1 与各课程内在联系

1.1 与工程热力学课程的联系

工程热力学课程是关于热现象的宏观理论，课程的主要内容是以热力学基本定律为依据，探讨各种热力过程的特性；研究气体和液体的热物理性质，以及蒸发和凝结等相变规律等。工程热力学课程采用宏观的方法，以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为推理的基础，通过对物质的压力、温度、比容等宏观参数的研究，以及物质受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究。此种方法，把与物质内部结构有关的具体性质，当作宏观真实存在的物性数据予以肯定，不需要对物质的微观结构作任何假设，所以分析推理的结果具有高度的可靠性，而且条理清楚。正因为如此，热力学理论是普遍性的理论，适用于一切物质。在热能与动力工程专业中，热力学理论是其他专业课程的“指挥家”，通用热力学的知识，可以判断一些过程的可实现性与完善性。同样，热力学理论也是热工过程与设备课程的基础，可以通过热力学理论对热工过程与设备课程中所介绍、讲解的热工过程与热工设备进行分析与评价，从而找到现今一些实际应用的热工过程与设备存在主要缺陷的根本原因，为进一步完善和彻底解决这些缺陷提供有力的理论基础。

1.2 与传热与传质学课程的联系

传热与传质学是研究热量传递规律、质量传递规律及其应用的工程技术学科。它主要介绍热量传递的3种基本方式及传热过程所遵循的基本规律，包括导热的基本定律、无内热源的简单几何形状物体在常物性条件下的导热方式和计算方法；各种因素对对流换热（包括强制对流换热、自然对流换热）的影响；热辐射的基本定律；换热器的基本热计算方法（平均温差法、传热单元数法）等。热工过程与设备课程中传热与传质学应用到的地方非常多，例如加热炉内，炉气将通过对流和辐射将热量传递给钢坯，与此同时也将热量传递给炉衬，炉衬由于炉内和炉外的温差，内部产生由炉内到炉外的热流；换热器内，无论何种换热器，它的设计和校核都必然会使用到传热学的知识；还有煤炭的焦化工艺，热量由燃烧室的烟气传到墙壁，然后到炭化室，加热煤炭，待到一定温度即可使煤炭焦化；等等，还有很多地方用到传热与传质。因此，传热与传质学为热工过程与热工设备效率分析提供必不可少的分析机理与分析方法。

1.3 与流体力学课程的联系

流体力学是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间的相互作用，主要研究基础是牛顿运动定律和质量守恒定律。在热工过程与设备课程中涉及的热工过程及热工设备中流体几乎是无处不在的，如加热炉膛内烟气的流动、高炉内气体的流动、换热器内流体的流动、余热锅炉内流体的流动等。在对各种流动过程的分析中，必须采用流体力学的知识，用以计算流动过程中的阻力损失，以此作为调节动力机构的基本参数，以保证给流体提供足够的能量来克服阻力。同时，流体的流动会影响到换热，例如湍流流动的换热强于层流换热，因此在热工过程中计算换热问题时亦须用到流体力学的知识，同样在对热工设备进行设计的过程中也要考虑流体的阻力问题。因此，流体力学为热工过程计算与热工设备设计提供强有力的计算方法与设计依据。

1.4 与燃烧学的联系

燃烧学是研究着火、熄火和燃烧机理的学科，主要内容包括燃烧过程的热力学，燃烧反应的动力学，着火和熄火理论，预混气体的层流和湍流燃烧，液滴和煤粒燃烧，液雾、煤粉和流化床燃烧，推进剂燃烧，焊震燃烧，边界层和射流中的燃烧，湍流和两相燃烧的数学模型，以及燃烧的激光诊断等。燃烧不只是单纯的化学反应，而是反应、流动、传热和传质并存、相互作用的综合现象。因此，燃烧学广泛用于几乎所有炉内，如加热炉、焦化炉、高炉等。燃烧情况的好坏更是可以直接决定炉子效率高低。因此，燃烧学的知识为热工过程与设备的效率分析提供了强有力的计算依据与判断依据，并为解决炉膛效率、炉子产量等问题提供了良好的解决方法。

1.5 与工业热工基础的联系

工业热工基础是热能与动力工程专业重要的专业必修课，通过学习该课程使学生了解工业热工基础理论的发展、研究概况，掌握工业热工理论的基础知识，培养学生综合应用所学专业基础知识分析和解决实际工程问题的能力。主要内容包括工业热过程概述，工业炉的分类，火焰炉内热过程的分析研究方法，火焰炉热平衡及燃料消耗分析，影响火焰炉生产率的因素，火焰炉生产率、热效率及单位燃耗间的关系，各种预热器的结构及热工特点分析，各种电加热炉的电热原理，金属加热工艺及加热缺陷和预防措施等。此课程的内容与热工过程与设备在内容上有一些交叉和重叠。因此，在学生学习过工业热工基础课程的基础上讲授热工过程与设备课程，可以使学生更加清楚和准确地理解各种工业炉窑以及其他热工过程与热工设备，同时有利于学生接受新知识，也加深对工业热工基础内容的认识和理解。

2 强化各课程内在联系的实际应用举例

在以上各课程与本课程联系分析的基础上，若遇到和其他课程知识的相关内容时，本课程引导学生从已有的知识出发，以类比、推导和分析等方法来进行学习。

2.1 焦化

以焦化为例，焦化是煤干馏的方法之一，指以煤为原料，在隔绝空气条件下在焦炉中加热（900～1 100 ℃）以制取焦炭的过程。焦化工艺中是通过燃烧室向煤提供热量的，烧嘴在底部，而燃烧室在宽度方向上一般分成几十个小火道。在此提出一个问题：为什么要分成如此多的小火道呢？让学生在分析焦化的过程中结合工程热力学、传热传质学、流体力学及燃烧学的知识对燃烧室内的热过程进行综合分析，最后得出结论：多火道的目的在于使炭化室宽度方向上的加热均匀。接下来有一个问题：宽度方向上加热均匀了，那么高度方向呢？让学生通过各学科知识的综合分析与考虑得出结论：采用引射的方法，使烟气回流，增大气体流量，在降低排烟温度的同时缩小上下温差。这正是实际工业中所采用的方法！使学生在对问题进行思考分析的同时，综合应用多学科的知识，无形之中提高学生解决实际问题的能力并激发学习兴趣。

2.2 高炉

再以高炉为例，高炉是钢铁行业的关键设备，其主要产品是生铁。高炉生产是在高温、高压、密闭条件下的物理、化学、动力学过程。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。在对高炉内热过程分析的过程中，要引导学生用传热学的知识对高炉内的热过程进行建模。要先将炉料视为理想料块，也就是毕欧数为0，炉内温度场均匀，推出炉料的温度随时间的变化；然后再考虑实际炉料，即毕欧数不为0，此时该怎么做？等他们考虑过之后仍然没有思路时，再告诉他们实际的解决方法，即采用基塔耶夫实验的结果，在理想料块的计算结果上得出实际炉料的温度分布情况。这样使学生用学过的传热学知识来解决实际问题，加深他们对传热学的认识的同时，可使他们对实际工业设备的设计过程有一些接触。

2.3 烧结

如讲烧结的时候，先介绍烧结的工艺：烧结是将经过选矿得到的铁精矿、富铁矿，在破碎、筛分过程中得到的粉矿和生产中回收的含铁粉料、熔剂以及燃料等，按要求比例配合，加水制成颗粒状的烧结混合料，平铺在烧结机上，经点火抽风烧结成块。在明了烧结工艺的基础上，引导学生采用传热与传质学中对流换热对烧结过程进行分析并写出能量方程，然后用工业热工基础中学到的热平衡方法对整个过程热收入项及热支出项进行逐项分析，最终从各项热损失的表达式中找到降低生产能耗、提高生产率的切实可行的方法！

3 结论

通过以上的分析举例可以看出，热工过程与设备课程与各门课程之间都存在紧密的内在联系，因此在教学中要尽可能多地将专业基础课和其他专业课与所讲的课程联系起来，在新的课程中融入学生已经掌握的知识。工艺及设备的设计和过程的分析都是学生经过思考和分析得出来的，这样既加深他们对基础知识的掌握和对设备及工艺的了解，不会觉得新学的知识陌生难懂，同时他们利用已有知识解决新的问题，还获得另外一个效果——大大调动学习的积极性和热情，激发学习的主动性，提高思考能力，加深对专业的兴趣。而培养创新人才首先就必须尊重和培养学生专业兴趣[3]，所以本课程亦给学生提供了创新思维的平台。

参考文献

[1]郝琦蕾.关于综合课程的理性思考[J].教育理论与实践,2008(27)

[2]唐小华.教师对课程内容知识的转换[J].教师之友,2005(1):54-55

[3]董满生,胡传海.大学生专业兴趣研究[J].科技创新导报,2008(22):159-160