时间：2022-10-31 03:36:08
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1.1开篇案例对于传热单元操作，可采用学生熟悉的氨的合成中脱除二氧化碳的生产工艺作为开篇案例。氨的合成中二氧化碳脱除的传统流程如图1所示[8]。一氧化碳变换后的原料气经吸收塔底部的气体分布管加入吸收塔，在塔内与碳酸钾吸收剂进行洗涤，出塔净化气经分离器把气体夹带的液滴分离后进入下一工段。吸收液由吸收塔底部引出，经水力透平减压后进入再生塔顶部。在再生塔顶部，溶液闪蒸出部分水蒸气，然后沿塔向下流，在塔内与再沸器加热产生的蒸汽逆流接触，同时被蒸汽加热到沸点并放出残余的二氧化碳。而再生出来的碳酸钾溶液经冷却器冷却之后并经泵加压后进入吸收塔顶部循环使用。选用此工程案例作为开篇案例是基于下述三个原因：（1）我校的化工原理是在大二下学期开设。此前学生已到云峰合成氨厂进行了生产认识实习，对此工程案例比较熟悉，能较好的引起学生的兴趣；（2）该生产案例中，涉及到三类换热器（再沸器、冷却器、冷凝器），与教学目标吻合较好；（3）该案例中，化工原理与化工工艺学紧密结合。提出此生产案例后，以学生为主体，让学生简述整个脱碳过程，并引导学生思考该生产过程中这些换热器的作用，流体之间的换热方式。然后，请学生归纳总结、教师补充说明加以延伸，即可完成开篇内容：（1）换热在化工生产中的应用，（2）换热器的类型，（3）冷热流体换热方式。之后，提出两个问题留给学生思考：一是如何根据生产任务设计或选择一台换热器。二是这些换热器使用时间长了，换热效果不好了，怎么办。这些问题将在后续章节逐一解决。
1.2问题案例问题案例法，即教学中讲授某一知识点前先列举出工程中存在的实际问题，分析该问题产生的原因及解决该问题的方法，再引出知识点的教学方法。传热一章涉及知识点较多，讲授时可采用问题案例法逐一进行。例如，对于保温层的厚度问题，许多学生会习惯性的认为厚度越厚越好。为改变学生的习惯性思维，即可列举如下实例进行教学。假设一钢管规格，钢管外壁温度环境温度钢管外包热导率为的保温材料，以减少热损失。已知保温层外表面与环境的对流传热系数为保温层与钢管接触良好。求保温层厚度分别为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm时，每米管长的总热阻及热损失。为节约时间，可将3-5位学生分为一组，每小组计算1个保温厚度对应的总热阻和热损失。计算结果如表1所示。表1的数据显示，在题设条件下保温层厚度由10mm增至30mm时，总热阻逐渐减小、总热损失逐渐增大；当保温层厚度从30mm增至70mm时，总热阻逐渐增大、总热损失逐渐减小。则保温层厚度从10mm增至70mm时，总热阻和总热损失均存在一个拐点，对应的总热阻最小、热损失最大。此点对应的保温层厚度称为保温层的临界厚度。计算表明，上述题设条件下的临界保温层厚度为28mm。原因可由热损失公式（其中为热阻）可知，当保温层厚度增大时，一方面是导热热阻增加，另一方面是对流传热热阻减小，因此保温层厚度存在临界厚度。当保温层厚度小于其临界厚度时，随着厚度的增加，总热阻减小、总热损失增大；在此期间增加保温层厚度并非是越厚越好。当保温层厚度大于其临界厚度时，随着厚度的增加，总热阻增大、总热损失减小。鉴于经济和管道体积的考虑，实际生产中需通过计算，再选取合适的保温层厚度。
1.3综合案例综合案例法即在每章（或每个单元操作）的结尾，列举出该单元操作的工程设计（或工程改造）实例，提出需要解决的工程问题，引导学生综合利用本单元操作所学知识，解决该工程设计（或工程改造）问题。在传热单元操作讲解的最后一堂课，提出如下生产案例：在某化工产品的生产装置中，混合液在分解塔中进行反应时，放出大量的热量。若不及时移走，分解塔内温度将继续上升，会产生过量焦油。这不但会使产品质量下降，堵塞管道，甚至造成事故。国内该类生产装置大都采用蒸发冷却的方式转移反应热（即塔内温度靠液体自身蒸发来维持，一般维持在88℃左右）。也有部分工厂采用外循环冷却的方式（将塔内液体用泵抽出，经塔外一双管程换热器用冷却水冷却后循环回分解塔）转移反应热。所用换热器主要参数为：壳径1m，双管程，换热管，换热管根数370根，总传热面积100m2。该厂欲将塔内温度降至60℃，这一改变要求冷却器热负荷增至4×105kJ/h。将此案例加以描述和说明后，让学生对这一案例提出实际的解决办法。根据班级学生数，将学生按5-7人一组，课堂上用10-15min时间进行分组讨论。之后，小组派代表阐述解决方案，其它小组可质疑和提问。经小组讨论，教师点评，最终形成如表2所示的四种方案。经分析可知，得出方案D是可行的。得到这一结论并不意味着案例分析就结束了。最后也是最重要的一步，是教师引导学生总结归纳出具有普遍规律的理论知识，也就是“从例到理”。此案例表明，考察一台换热器的工作能力不能单纯只考虑其传热面积，传热面积和总传热系数的乘积KA才能真正代表一台换热器的工作能力。因为存在如下关系：A—管数或者壳体体积—流速—传热系数。因此，列管换热器的K和A值之间往往存在“此涨彼消”的关系。传热面积过大往往由于流体流量的“不匹配”而导致K值降低，换热效果降低了。
2案例教学的启示
案例教学在一定程度上弥补了传统教学的不足，可提升学生的学习兴趣。一个好的案例一定要源于生产和生活，又不能脱离教学内容与教学目标。案例中既包含对实际问题的描述，又暗含一定的科学问题，让学生参与分析并解决此实际问题。案例教学不但可使学生快速巩固理论知识，还培养了学生解决实际问题的能力。采用案例教学时，要正确处理好案例教学与理论教学的关系。案例教学只是众多教学方法中的一种，不能用案例教学完全替论教学，而应在一定的理论基础上加以实施。案例教学中，应注重以学生为主体，让全体学生参与问题的分析与解决，最终总结归纳得出具有普遍规律的理论知识，做到“从例到理”，使学生明白理论知识源于实践。当学生掌握了理论知识后，又要从理论的高度重新审视工程案例，做到“从理到例”，培养学生理论指导实践的方法。真正实现“以学生为主体，以能力培养为核心”的实践教学理念。
3结语
关键词：卓越工程师；传热学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0149-02
国家教育部于2009年决定实施的“卓越工程师教育计划”，是为顺应国际发展趋势，适应国家工业、企业需求，增强我国核心竞争力，建设创新型国家，走新型工业化道路，培养各类型工程师的重要决策。该计划要解决的重点问题是：企业一方面抱怨工科大学毕业生工程实践能力弱化、不适应企业要求等问题；另一方面又不愿意接受大学生实习，不愿意参与工程师培养。该计划旨在高校中培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。
传热学课程着重研究热量传递的规律和方法。[1]建筑环境与设备工程专业是土木工程专业下属学科专业，主要包含供热、供燃气、通风与空调工程、建筑给排水工程、建筑电气工程等几个方向，涉及的主要专业课程有暖通空调、制冷技术、流体输配管网系统、锅炉设备、热质交换等。从这些课程所讲授的内容看，传热学知识有着相当重要的地位，因此传热学是建筑环境与设备工程专业毕业生知识结构中的一门非常重要的基础课。随着我国高等教育教学改革的不断深化，在“重基础、宽口径” 的指导方针下，建筑环境与设备工程专业传热学的课时减少到原来的一半。如何在较少课时内培养学生用传热学的规律分析工程问题的能力，面对“卓越工程师”培养的传热学教学方法改革势在必行。[2]
下面结合笔者对建筑环境与设备工程专业学生进行传热学课堂教学的工作实践，谈谈卓越工程师背景下推进“热传学”课程改革的几点体会。
一、传热学课程教学现状及存在的问题
1.教材的内容结构
杨世铭等主编的《传热学》为比较经典的教材，该教材总体上体现了传热学这门应用性很强的基础课程的特点。教材主要包含热传导、热对流和热辐射三方面的内容。其中热传导部分相对简单，通过简化实际物理模型，运用高等数学的知识能够得到一般问题的分析解。而对流换热过程则相对复杂，该部分在实验研究的基础上总结出大量的图表和经验、半经验公式，运用时需区别不同情况带入不同的计算公式。对于此部分的学习学生感觉公式繁多、复杂，需强化记忆，且应用时经常选择错误的经验公式。辐射传热部分由于理论的抽象性以及辐射换热方程次数较高的问题，学生不仅对概念的掌握困难，辐射换热问题的求解亦有比较大的难度。总的来说，到目前为止传热学学科的发展中对于三种传热方式分析方法差别较大，连贯性不强，导致学生对课本知识的理解有些被动。且由于学时的减少，课上主要介绍三种传热方式的基本概念及方法，对综合性问题的分析、训练环节必然相应减少，导致学生分析和解决综合实际问题的能力缺乏。
2.教学方法和手段单一
传热学的教学中，目前多采用多媒体授课。多媒体授课方式相对于以前的板书授课方式虽然大大增强了学生的直观感受，通过图、文、声、像多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣，但也存在许多新的问题。例如：对于重点公式的推导不够细致，通常忽略或者先于学生的反应便给出答案，学生无法真正领会推导过程；课上信息量大，只注重讲课进度，忽视学生接受程度，到头来学生收效甚微；与学生的互动缺乏，因为内容多，上课过程多是教师一人在上边喋喋不休，学生却在下面精神恍惚，特别是难度较大的章节，学生因为理解不了干脆放弃听讲，教师在讲台上唱独角戏，课堂气氛沉闷。
根据传热学课程现状及存在的问题，以下内容分别为笔者从教学内容、教学方法、考核方式等几方面进行的一些思考及尝试。
二、面对“卓越工程师”培养的改革
1.优化教学内容
正如教材中所述，最近几年，世界范围内科学技术的发展对于传热学课程的发展产生了积极的影响，也提出了新的挑战。尽管传热学的基本规律并无变化，但是研究手段的发展和工程应用领域的扩大进一步丰富了传热学的内涵。为了适应我国相关行业的发展，体现本学科的进展，要使学生学到最新的知识，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。因此在教学内容的选择上，考虑面对卓越工程师培养的目标，笔者适当删减了一些比较繁琐的数学推导内容，如一维无限大平板非稳态导热分析解的推导过程课堂上不再推导，直接给出最后解的表达形式，要求同学了解其物理意义即可；对于传统传热学中相对陈旧的内容也可根据情况做一些删减，例如管内湍流传热的齐德-泰特公式、米海耶夫公式、流体横掠管束的格里森公式等；此外，根据情况可以增加一些有关传热学新技术的内容，如微尺度传热内容、强化单相对流换热的纵向涡方法等，通过这些前言知识的渗透使学生了解目前传热学应用的热点技术，增加学习兴趣。
2.引入工程案例的教学方法
面对“卓越工程师”培养需加强基于工程应用的教学方法。传热学学习的最终目的是解决与传热有关的工程实际问题。教材中分析的主要问题都能够在工程实际中找到原型。对建筑环境与设备工程专业来说，空调系统中最主要的部件是两个换热器：蒸发器和冷凝器。其中分别发生的是制冷工质的沸腾吸热以及凝结放热过程，这两部分换热的理论基础分别来自于传热学课本中沸腾和凝结换热一章。为了增强换热器的传热面积，肋片的应用则增加了同学们对换热器表面不同结构的理解和认识。空调中冷量的载体―制冷剂在管路中的输送过程需要保温，经济保温层厚度的确定也离不开利用传热学知识的计算。此外，空调系统设计初期，计算维护结构的冷、热负荷时，建筑维护结构的热传导环节则多可简化为无限大平壁的稳态导热问题，与课本中重点分析无限大平壁的导热问题相对应，等等。因此，在教学工作中引入与本专业密切相关的典型案例，首先会激发同学的学习兴趣，让同学带着问题去理解、去学习。此外，融入大量实际案例也可以使同学对基础知识的理解更加深入，避免了单纯课本知识的枯燥无味。
3.讲解与讨论相结合的教学方式
提高学生学习效果的重要方法是让学生的学习从被动到主动。多媒体课件作为一种辅助手段，把抽象的事物用生动的语言和画面展现在学生面前，更加形象和具体，但讲解基础理论时，以板书为主的方式效果较好。
摒弃课堂上老师一言堂的局面，在整个学习过程中教师主动设置讨论环节。目前传热学作为建筑环境与设备工程专业研究生考试的专业课之一，许多时候专业课的复试是通过综合案例的分析来考查学生对传热学知识的掌握情况。因此，在本科生教学阶段就加强这方面的练习十分必要。例如在不同学习阶段，教师可以挑选某一综合的传热问题，让学生分成小组，分别通过查阅文献、分析和制订求解方案，最后以报告或论文形式提交不同的解决方案，让学生在课堂上进行汇报和讨论，最终获得大家认为较好的方案。期间避免教师完全控制讨论，教师应注意倾听学生的发言，并进行适当引导，使所有学生都参加讨论过这个过程。这样，让学生对传热学的学习从被动到主动，深切体会运用所学传热学知识解决实际工程问题的过程，增强学习兴趣，并能培养部分学生进行科学研究的能力。
4.CFD教学方法的应用
CFD（Computer Fluid Dynamics）是应用各种离散化的数值计算方法与计算机科学相结合来解决流动与传热问题的重要方法。对于典型情况下的传热问题，传热学课本中能够推导并以公式的形式给出某一特定物体的温度场，但对于几何形状或者边界条件复杂的传热问题，运用CFD技术获得其内部的温度场之后，再对其传热量进行分析，这种方式已经必不可少。因此，结合CFD的教学方法可以更形象、生动地展示特定复杂场景下的传热过程，增强学生学习的兴趣，运用巧妙的模拟方法又可以使学生加强对传热基本规律的理解和掌握。[3]
5.增加实践教学课程
传热学是理论与应用并重的课程，目前传统的授课却往往偏重理论。为提高学生的动手与分析能力，应增加形式多样的实践课程。例如：建立教学和实习示范基地，在学习过程中带学生到这些基地进行参观。例如到散热器或空调厂家，通过让学生参观各种形式的换热器，让学生感受到传热学知识与日常生活和工业生产的重要性；利用假期可以鼓励学生到这些示范基地进行短期实习，丰富实践经验的同时也加强了锻炼。笔者所在的学校就与大金、开利等空调公司建立了合作关系，也为学生的就业提供了很好的出路。此外，可以针对重要知识点开设实验环节，让学生亲自制订实验方案、获得并整理实验数据，最后运用理论方法获得不同条件下的实验规律等等。这样通过锻炼学生的动手能力，增强了工程师素质的培养。
6.考核方式改革
考核既是对教师课堂教学效果的检验，又会促进学生学习的效果。笔者曾经对传热学的考核方式尝试多次改革。目前，期末考试环节分成开卷加闭卷两个部分，其中开卷部分针对综合传热问题进行考核，着重考查学生综合分析问题的能力；而闭卷部分则重点考查学生对基本概念、定性分析方法的理解。此外，课程过程中穿插的小论文完成情况也会在平时成绩中体现。这样避免了单一环节失误导致学生成绩不理想而造成的心理负担，充分给予学生机会，也能够清楚了解到每个学生在不同方面的特长加以针对性培养。
三、结论
面对“卓越工程师”培养的要求，结合建筑环境与设备工程专业特点，本文提出了优化教学内容，引入工程案例的教学方法，讲解与讨论相结合的教学方式，应用CFD教学方法，增加实践教学课程，改革考核方式等传热学教学改革之方法，能够使学生学习从被动到主动，并培养学生在较少课时内用传热规律分析工程问题的能力。
参考文献：
[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.
关键词：传热学 导热 fluent
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：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
传热学就是研究由温差引起的热能传递规律的科学[1]，要求学生掌握强化传热、削弱传热以及能计算简单情况下的温度分布。热传导问题数值解法的是学生比较难以掌握的难点，同时也是重点，要求学生能对简单的热传导问题进行数值求解。通过将Fluent软件引入教学过程，是学生讲学习的重点放在热传导问题数值计算的基本原理上，而求解过程由Fluent软件实现，进一步掌握该软件的用法，为做毕业论文打下一定的基础。
1 Fluent软件的特点
对导热问题数值求解的基本思想是：把原来在时间、空间坐标中连续的物理量的场，如导热物体的温度场，用一系列有限个离散点上的值的集合来代替，通过一定的原则建立起这些离散点上变量值之间关系的代数方程，求解所建立起来的代数方程以获得所求物理量的近似值[2]。Fluent软件是一个模拟和分析在复杂集合区域内的流体流动与传热问题的专用CFD软件，同时也能模拟固体的导热问题[3]。Fluent软件由前处理器、求解器和后处理器组成。其中前处理器Gambit用于网格的生成，网格的生成过程即为计算区域离散化的过程。求解器用于求解所建立起来的代数方程。而后处理器用于处理计算的结果，可以把计算得到的数据可视化[4]。
2 教学案例
分析带有保温层的墙壁的传热过程，在教学中以长3m（x方向），高3.2m（y方向），厚0.3m（z方向）的墙作为研究对象，其中保温层厚度为0.05m，如图1所示。在教学过程中分析以下两种情况下炉墙的传热过程：（1）分析有保温层和无保温层时墙壁的温度分布；（2）保温层厚度不变，分析保温层导热系数对炉墙温度分布以及散热量的影响。水泥墙和保温层的物性参数表1所示。
（1）数学模型。
（2）边界条件。
（3）墙壁中的温度分布。
计算得到不同厚度方向（z方向） xy截面的温度分布，从图中可以看出不同截面上的温度相等，根据傅里叶定律可知热量沿着厚度方向传递。从而验证了传热学中大平板模型中（长度、宽度远远大于厚度的平板）热量沿着厚度方向传递。
计算保温层存在时以及没有保温层时墙壁的温度分布，计算结果如图3所示。图3（a）为炉墙厚度方向yz截面的温度分布，从图中可以看出温度在z方向及墙壁厚度方向发生变化，而在y方向炉墙的温度保持不变。对比有保温层和无保温层两种情况的温度分布，在有保温层时，墙壁中的温度发生剧烈的变化，而无保温层时，墙壁中的温度变化比较平缓。可见保温层对墙壁的温度分布影响比较大。
根据墙壁厚度方向的温度变化，得到墙壁温度在厚度方向的变化曲线，如图3（b）所示。由于墙壁内外的边界条件相同，有保温层时和无保温层时内墙壁的温度为296K、外墙壁温度为260K。无保温层时墙壁内的温度几乎成线性变化，而有保温层时，墙壁的温度变化比较平缓，在墙壁和保温层的交界面处z=0.3m，温度发生剧烈变化，在保温层中温度急剧下降，这是由于保温层的热阻非常小而导致的。在厚度0m
（4）保温层导热系数对热流量的影响规律。
在保温层厚度保持不变的情况下，保温层导热系数的大小，直接影响墙壁的散热，因此分析保温层导热系数对墙壁热流量的影响，如图4所示。随着保温层导热系数从0.06 W/（m・K）减小到0.01 W/（m・K），墙壁散热的热流量从180W减少到40W。导热系数越小，保温层的热阻越大，根据传热过程热流量与热阻的关系可知墙壁的热流量越小，从而减少墙壁的散热。
3 结语
在传热学导热问题数值解法的教学过程中，引入Fluent软件，同时结合傅里叶定律、多层平壁导热问题进行讲解。以墙壁的温度分布为例，分析了有保温层时和无保温层时墙壁的温度分布，比较这两种情况下墙壁的热流量大小，有保温层时能显著的减小墙壁的散热。同时分析了保温层导热系数对墙壁热流量的影响规律。将较强理论的教学内容形象化，激发学生的学习兴趣，加深对传热学基础理论的理解。
参考文献
[1] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006：1-2.
[2] 陶文铨.数值传热学[M].西安：西安交通大学出版社，2001：28-29.
关键词：传热强化与控制 课程建设 教学方法 考核手段
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01（a）-0098-02
热环境控制课程是热能与动力工程专业一门专业课，也可作为航天、机械、电子、化工类相关专业的选修课。课程的教学目的是使本科学生在学习了大学传热学中的传热基本原理基础上，进一步了解、掌握对相关工程技术中传热过程进行强化与控制的原理思路与技术方案，扩大知识面，培养根据基本原理进行技术研发、创新的能力。课程教学以课堂讲授为主，辅之以适当的课堂讨论。通过资料搜集、分析整理、评判，培养学生主动获取知识能力；通过学生自主拟定设计题目、进行论证与初步设计训练，达到教学目的。
热环境控制课程的特点是属于新开设课程、无合适教材、涉及面广、无习题；接近研究生选修课、要求学习主动性；需查找文献、大量阅读，发挥主动性进行课程设计、撰写论文；与一般专业课的课程设计训练不同，主要考察主动性、创新性。本课程的教学正是围绕培养能从事热动系统设计、制造、运行管理和经营销售等方面工作的高级复合型技术人才展开的，结合我校本科教学要点“以学生为本、以教学为教师第一要务，重点推进教学方法和考试方法改革”，依照培养高质量复合型人才的人才培养目标，以教学与科研一体化为教学思想，为深化教学改革进行了积极的探索，并从中获得了一些有益的启示。
1 教学与科研一体化的教学思想
热环境控制的教学与科研是相对独立又是一个具有内在联系的、不可分割的统一体的两项活动，在适宜的条件下，两者可以得到强化，并相辅相成、互为促进。高校教学与科研一体化的基本思想基于建设具有地方工科特色的现代教育教学，以科研项目为依托，坚持侧重工程和应用的研究型教学和科研思想，致力于教学与科研一体化的探索和实践，使教学促进科研，科研服务教学。教学与科研一体化的教学思想在热环境控制课程教学中体现为：通过理论的教学、科研活动和课程设计等，使学生适度地参与相关的科研项目中来，既可以巩固学生的理论基础，又可以加强本科生教育与实际课题的联系。热环境控制课程的教学目标、教学进程和教学方法都是按照这种教学思想进行。
教学组主持完成和正在进行的课题有973课题、863课题、国家自然科学基金项目等纵向课题，也有和航天院所、公司企业之间的横向课题。这些课题涉及了强化换热、计算传热及多相流动和相变换热等各研究方向。通过科研活动不仅提高了教师的科研能力和学术水平，开拓了教师的知识面，同时为教学提供了第一手科学前沿资料，丰富了教学内容，提高了教学水平。课堂教学时，授课教师注重联系实际及本人的科研成果和他人的科研成果，使授课变得更加生动活泼，从而提高了教学质量。如，围绕863课题中近地空间飞行器热控和热防护研究，从课堂教学、理论教学、实践教学等多方面设计了教学内容和教学方法。在课堂教学中，把项目的内容（包括近地空间飞行器的工作原理、热环境和特有热控系统设计思路和方法）融入到导热强化与控制原理、对流传热强化与控制原理、辐射换热强化与控制原理、耦合换热与传热过程的强化与控制、新技术领域中的传热强化与控制问题等章节中，同时利用部分课堂时间开设了几个由浅入深的专题学术讲座。为了增加学生的感性认识，利用学生业余时间，带领学生参观相关的科研实验平台，通过一系列教学，学生不但理解了热环境控制课程的基础理论知识，真正把传热学理论知识拓展到实际应用中来。同时也了解了科研的基本程序、基本方法，锻炼了学生的动手能力和思维能力，为将来参加社会工作或科研工作奠定了坚实的基础。
2 现代与传统相结合的多样化教学方法
多媒体技术教学，已在众多课程中得到了大量的运用。但在实际应用过程中，多媒体技术辅助教学也存在一些弱点和缺陷。例如，多媒体教学容易分散学生的注意力等，因此，本课程灵活运用现代教学手段和传统教学手段，像录像、小黑板、多媒体、课程互动讨论、学生上台讲等多种教学手段，有效地提高学生上课的注意力，调动学生课上主动性和课后思考的学习积极性，并且培养了学生的独立思考能力。教学的主要内容、授课教案等都可以在网站上浏览，学生可以通过网络了解该课程的主要内容。网上教学与答疑可以通过传热学精品课程网站（资源共享课）进行。为了增强教师与学生的联系，解决学生对于该课程存在的一些疑问，并及时了解学生对于本课程的反响，我们还开设了微信群和QQ群进行教学讨论和答疑交流；另外网站设置了资源共享区，为授课教师与学生之间建立了资源共享的渠道。
讲解课程时，积极引导学生从实际问题出发，学习理解基本概念、基本理论和基本计算方法。为使学生更好地理解和掌握课程基本知识，讲解的例题都与实际生活和科研项目相联系。比如讲解绪论的时候，笔者在讲课时问学生，人们在冬天一只手握铁棒另一只手握木棒时，为什么感觉握铁棒的手比握木棒的手更冰冷？为什么蔬菜大棚里的温度比大棚外的温度高？神舟飞船是如何克服大气烧蚀返回地面的？于是学生就有了反应，开始思考。这样一来，自然而然，老师就把学生引入下面要介绍的导热强化、对流换热强化和辐射换热强化等基本原理和控制手段。通过这些问题的提出，学生可以知道学习这门课以后，能够运用所学的相关知识解决哪些实际问题，学生带着问题学习，就不会盲目，大大激发了他们学习这门课程的兴趣，引导学生从传热学的角度去发现、分析和解决实际工程问题，真正学会如何利用传热学知识去控制热环境。
3 N+1的考核手段
考试方式改革如何客观、公正、有效地考核学生，如何摒弃一张考卷定乾坤的现象，一直是广大教师探讨的问题。对于绝大多数大学课程来说，尤其是一些工科课程，我们所要考查的决不是学生记忆公式的能力，而是学生综合运用知识分析和解决问题的能力。因此，怎样通过考试来考查学生综合运用传热学知识分析和解决问题的能力就很值得我们思考。为此，我们设计了N+1全方位多层次的考核办法，办法的内容如下：
（1）课堂提问，考核学生学习情况、表达能力与课堂出勤情况，以提高学生听课的积极性和思考问题的独立性。
（2）平时小测验，考核学生知识积累能力与平时的学习态度。
（3）课程设计，考核学生综合运用知识分析和解决问题的能力。
要求：构思、提出一种热环境控制技术方案，并进行基本的论证。没有应用领域限制，充分发挥。最后经过老师评定较好的方案将有机会上台展示并讲述5～10分钟。
（4）课后资料查阅，鼓励学生积极思考，通过文献了解专业领域的最新进展，激发学生的学习兴趣。
要求：自拟题目，要求图文并茂，按正规学术论文形式撰写，必须有自己的观点或认识。可选择下列之一：①针对某一工程领域的热环境控制技术，进行文献资料综述、评价、分析，每人至少查找20篇国内外较新的论文（近10年）、技术报告及应用介绍。②针对某一传热方式的热环境控制技术在不同领域的应用发展，进行文献资料综述、评价、分析，每人至少查找20篇国内外较新的论文（近10年）、技术报告及应用介绍。
（5）期末考试采取闭卷形式，进行基本概念、原理考试，加深学生对传热学和传热强化与控制的理解。
4 结论
热环境控制是一种改善传热性能的先进科学技术。通过对热环境控制的学习，使学生了解如何改善提高热传递的速率，以达到利用最经济的设备来传递规定的热量，或是用最经济的冷却来保护高温部件安全，或是用最高的热效率来实现能源合理利用。不仅为专业知识拓展提供有效的手段，也是培养和提高学生分析问题和解决工程实际问题能力的重要环节。
我们对“热环境控制”课程教学方法的进行了探讨，主要目的就是提高教学效果，充分调动学生学习本课程的主动性和积极性，使他们在有限的学习时间中掌握热量传递的高效途径和控制方法，为后继的专业课学习提供必要的基础理论知识，同时培养和提高学生分析解决工程问题的能力。
参考文献
[1] 郭永辉，王子云.关于《传热学》课程教学改革之我见[J].制冷与空调，2004（1）：69-70.
[2] 尹先清，李赓.化学反应工程教学方法探讨[J].长江大学学报：社会科学版，2010，33（5）：32-33.
[3] 周继军，张敏，施伟，等.传热学课程建设实践与教学改革[J].中国现代教育装备，2009，2.
关键词：传热学；任务教学法；课程设计
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0044-02
传热学是一门研究由温差引起的热量传递规律的科学，是现代科学技术中最重要的基础学科之一，它不仅是能源动力、交通运输、石油化工等专业本科生的一门重要专业基础课，而且在机械、电子、土木、航天航空和轻纺食品等工程技术领域里的应用也十分广泛。目前大连海洋大学（以下简称“我校”）该课程体系是由理论、实验、实习和课程设计四个环节所组成。其中传热学课程设计这个教学环节是紧接在传热学课程理论教学之后进行的一个综合性实践教学环节，也是学生综合运用传热学、换热器设计以及相关先修课程知识，联系实际生产和日常生活，以完成以某一特定设计任务为主的一次工程设计实践环节（包括自行完成主体设备的选型计算、材料选择及内部结构设计、工艺计算及主要尺寸设计，主要附属设备的选型设计，主体设备总图的绘制等，同时还要综合考虑制造成本、加工工艺难度、维护保养等因素）。因此，该课程设计在整个课程体系教学改革中的地位十分重要。[1-3]
一、传热学课程设计的现状与改革方向
目前高校的课程设计大多数是依附于理论课程而开设的，与理论教学同步并在授课计划范围内完成，通常课程设计的过程往往是学生仿照教师的设计过程和设计指导书上的步骤来进行。因此课程设计的核心主要是指导教师，学生按教师预先给定好的设计流程进行，被动地接受设计方案，丧失了主动参与课程设计的积极性和热情，而且在设计中发生问题也不能及时反馈。这样的结果，将大大降低学生的动手能力、分析和解决问题的能力，更谈不上对学生工程素质的培养了。
随着对培养工程素质人才的需求和对传统课程设计教学模式改革的呼声越来越高，一种“以学生为中心”的教学理念即“任务学习法”越来越受到教育工作者的重视。这种教学模式主要是体现“任务导向”和“学生主体、教师主导”的教学原则，引导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力，甚至于交流合作的能力，这同样也是当前培养知识、能力、素质综合发展的工程型人才的改革方向。[4，5]
二、基于任务型教学法的课程设计改革原则
为了将任务教学法成功而高效地运用于传热学课程设计这一实践教学环节，在改革之前必须制订某些行之有效的原则作为指导，以便使其更好地发挥功用。考虑到任务型教学法是一种以任务为核心单位计划和组织教学的途径，它强调在“做中学”，不仅吸收了以往多种教学方法的优点，而且和其他的教学方法并不排斥。因此，笔者在教学改革实施过程中根据此教学方法的特点提出了以下的课程设计原则。[6]
1.将较难的任务前置
大量的研究结果表明，学生在整个学习过程中的精力是有限的。根据笔者多年指导课程设计的教学经验，发现学生往往在学习过程的前半阶段思想最为活跃，精力也最为充沛。因此，在给定课程设计任务后，教师应有意识地把那些理论性强、需要花费大量精力才能掌握的较难的任务环节放在课程设计的前半阶段，例如对换热器的选型计算部分。这不仅仅是因为这些较难的学习任务往往更具有冒险性和创新性，而且这样的设置可以极大地激发学生的学习兴趣和好奇心，从实际教学反馈效果来看教学效果良好，也更有利于教师灵活地推动整个课程设计教学流程的进行。
2.将安静的教学任务前置
激烈的教学活动能让学生的大脑兴奋，特别是在课程设计的后半阶段，学生往往会感觉到疲惫，这个时候如果再进行安静的教学活动，学生的大脑就会处于一种抑制状态，从而影响整个课程设计的教学效果。因此，为了保证学生处于科学、合理的学习状态，指导教师应当把相对较为安静的教学任务安排在课程设计的前半阶段。
3.将整个课程设计连贯化
根据任务型教学法的指导思想，任务的设计是实施任务型教学法的关键和前提。因此，在课程设计正式开始之前，教师应指导每名学生根据分配的相关参数独立构建设计项目，每一项目均设计任务若干，在任务设计的过程中考虑行业发展、企业需求的实际情况，同时把传热学作为基础技能贯穿于任务环中，让学生提前对任务环的大体框架有一个较为清晰的了解。同时以任务为核心单位计划和组织教学，在“教中做”，在“做中学”，通过一系列的集体活动或个人活动来开展课程设计，最后对所涉及的全部教学内容进行整合并总结。总之，每一个教学环节都应该紧密相连，从教学设计角度保证课程设计的连贯性，并让学生能够获得最佳的学习效果。
三、课程设计的具体改革步骤
1.改革课程设计的教学大纲
课程设计中的教学目标和任务都是依据教学大纲提出的，而教学大纲中所提出的相关教学要求和教学任务就是开展课程设计的指挥棒，其作用不言而喻。显然，大纲中的这些目标和要求应该能够体现任务教学法的任务设计思想。
通过传热学课程设计这一实践环节，应该让学生掌握换热器设备设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准的途径，正确地选用公式和数据，加强工程计算和CAD绘图能力，初步形成工程优化意识，并能运用简洁的文字和工程语言正确表述设计思想和结果，从而培养学生的工程能力和创新能力。笔者在总结以往教改经验的基础上，将教学大纲作为前任务阶段进行改革，根据行业的发展趋势以及学生日后就业的企业需求，为每名学生都构建了不同的设计项目，引导学生自主地参与到任务设计环节中来。当学生对自身任务有了较为明确的认知后，就可以进入任务环阶段了。
2.课程设计题目的设定
在任务环阶段需要学生采用各种方法和手段去完成任务要求。如何能让学生从课程设计中既学到有用的知识和技能，同时又符合传热学课程设计的教学要求，这是课程设计题目设定的最根本原则。考虑到传热学课程设计最多一般也就两周的时间，同时受各种条件的限制，学生到现场测量考察换热器实物的可能性很小。如果设置的课程设计题目过大过深，学生可能会没有时间深入研究任务而只是忙于完成形式上的设计报告。因此，在设计题目的设定上，指导书中会尽量选取学生在学校和日常生活中能接触到的常见换热器类型，同时做到每名学生的初始设计参数都不一样，从而培养学生自主设计的独立工作意识。[7]
3.教学环境的改革
传统的课程设计教学环境已经不能很好地适应新形势下的课程设计教学要求。任务教学法就是要以学生为中心，创新教学模式和教学方法，建立以学生为主体、教师为主导的教学模式，通过组建课程设计小组，激发学生学习兴趣，引导学生通过组内分工、信息资源共享、技术难题攻关、组内讨论、组外交流等多种方式参与到教师的各个教学环节中去，鼓励每一名学生发挥自身特点，积极参与到设计团队的任务中，充分利用学生主观能动性，师生共同营造一个轻松热烈的教学环境。
基于以往的课程设计教学经验，采用灵活的情景式教学比较有利于任务教学法的开展，同时适当结合CDIO（构思、设计、实现、运作）模式等先进教学方法，展开对设计任务的团队讨论及研究模式，注重原理和应用相结合，强化以工程实例为载体的案例教学，将课程设计与工程体系有机结合，强化综合设计和工程实践训练。同时开展专题讨论，强化能力的培养。教学中增加一些专题讨论、工程案例、工程项目研究报告，有助于培养学生分析、解决问题的能力，创新意识和创新能力。
4.评价与考核方式的改革
从学生的长远发展来看，对学生的评价与考核不过是激励他们不断学习和进步的一种手段。既然实践环节的教学目的是侧重提高学生的动手实践能力，那么其评价考核方式就应与传统的理论教学有所区别，针对任务教学法更应如此。
由于任务教学法是以任务作为教学的主线，以学生实践作为中心，以老师作为辅导。因此，在考核方式上也应以学生为主体，以设计任务完成的质量作为考核依据，而不再以最终的课程设计报告作为终结性评价指标。每个学生作为个体既是自己任务的设计者，也是其他同学的“同行”，可以对其他同学的设计进行评价打分，因为学生在一起共同完成课程设计任务的同时，对彼此平时的表现也是最为了解的，这样可以提升评价考核的公平性与透明度，有效促进学生们的学习积极性。
四、结束语
总而言之，任务教学法有效地打破了传统的教学模式，最大限度地发挥了学生学习的积极性和主动性，不仅符合新形势下对高素质工程技术人才培养的需要，同时在教学实践中也取得了良好的教学效果。在教学中，教师要不断地总结实际经验，运用任务教学法，实现传热学课程设计教学效果的不断提高。
参考文献：
[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].第四版.北京：高等教育处出版社，
2006.
[2]于靖博，董丽娜， 赵兰英.《工程热力学与传热学》课程教学改革与实践[J].广州化工，2013，（11）.
[3]顾丽莉，张登峰， 赵文波，等.关于化工原理课程设计的几点思考[A].2013年创新教育学术会议（CCE2013）论文集[C].2013.
[4]金华.运用任务驱动教学法的思考和实践[J].新课程（教研），
2010，（11）.
[5]李广华，李华彦， 于靖博，等.“传热学”课程实践性教学环节的探索[J].中国电力教育，2010，（13）.
在传热与流体流动问题的数值计算研究中，主要存在两种思路，一种是应用数学家针对空气动力学问题发展的可压缩流动计算方法，以有限差分法为主，国内习惯上称其为计算流体力学（CFD）；另一种是物理学家针对传热问题发展的不可压缩流动计算方法，以有限体积法为主，国内习惯上称为计算传热学（NHT）。通过某种特殊处理，两种思路都试图将方法推广到另一种思路所侧重的问题。流体流动和传热现象十分复杂，其中不少子课题均可并且已经形成独立的学科。数学模型和数值计算方法也名目繁多、千姿百态。想要花费较少的时间历数各类流动和传热现象、各类数学模型和数值方法，几乎是不可能；对于初学者来说也没有这个必要[2]。许多专门讲解计算流体力学的各种书籍，由于需要较多的数学知识，而显得晦涩难懂。针对初学者的教学内容应该是能够突出介绍传热和流体流动数值计算核心算法，而又尽量避免深奥的数学知识，特别是为他们克服最初的入门障碍，以便建立起对CFD和NHT的兴趣和信心，为继续学习更深入的相关知识做好铺垫。教学过程中要力求做到以较简单的数学方程来解释计算流体力学和计算传热学的基本知识。在世界范围内得到广泛认可的作为CFD和NHT入门学习的教材有1980年PatankarS.V.[6]撰写的《Nu-mericalHeatTransferandFluidFlow》（1984年张政[7]译为中文，科学出版社出版），1995年VersyeegH.K.和MalalasekeraW.[8]撰写的《AnIntroductiontoComputationalFluidDynam-ics—theFiniteVolumeMethod》（2005年李人宪[9]撰写的《有限体积法基础》大量参考了此书的有关内容（作者注），国防工业出版社出版），1995年AndersonJ.D.[10]撰写的《Computa-tionalFluidDynamics—theBasicswithApplications》（2007年吴颂平和刘赵淼[2]译为中文版，机械工业出版社出版）。这三本书中，前两本主要介绍有限体积法，数值计算方法主要为压力修正的SIMPLE算法系列；第三本书主要专门介绍有限差分法，对有限体积法只是一带而过。我们知道，当前流体流动和传热问题的数值计算方法有多种，如有限体积法、有限差分法、有限元法、谱分析法、各类格子类方法等。每一种方法都有其特点和使用范围。在应用于传热和流体流动问题数值计算的众多方法中，有限体积法由于其物理意义明确、实施过程简便、数值特性优良而获得了特别广泛的应用，是当前主流通用商品化CFD软件（如：PHOENICS、FLU-ENT、Star-CD、CFX）中最常用的核心算法，也是最为成熟的一种方法。特别是自20世纪80年代以来，由于非结构化网格和自适应网格技术的发展，有限体积法更是得到了长足的进步。值得指出的是，虽然有限体积法表现出优异的程序通用性和对求解域的广泛适应性，但因为这样的原因而只是去了解有限体积法的知识是不够的。原因如下：第一方面，有限差分法是有限体积法的基础，有限体积法是在有限差分法的基础上发展起来的。第二方面，如何分析和判断一个离散格式的有效性和可靠性，即离散格式的数学特性（相容性、收敛性、稳定性、数值耗散与色散）的分析，必须借助于有限差分法才能完成。有限体积法是无法看见离散格式的内在微观特性的。这也是很多初学者学习完计算传热学（有限体积法）后，再去学习计算流体力学（有限差分法）时仍然感到吃力和困难的原因。有限差分法更多地是建立在数学概念上的，需要学习者要有较为厚实的数学功底；有限体积法是从物理概念入手，显然容易理解和接受，但难以透彻理解各物理量的内在联系。第三方面，有限差分法简便易行、格式和离散方案丰富多彩，求解变量设置随意，是初学者练习编写小程序而能深刻理解数值计算精髓很好的方法。第四方面，有限体积法在当前仍然被广泛使用，特别是在航空航天领域更是必不可少。综上所述，对于教授初学传热与流体流动数值计算的学生而言，在安排教学内容时应当涵盖有限体积法和有限差分法两方面的内容。两种方法是否应当有所侧重，得依据修课学生的专业情况来具体舍取。另外，对于初学者要立足基础，突出物理概念和数学模型的循序渐进、由浅入深。因为精确科学的目标就是通过数学而简化自然界的问题，以确定物理上的量。反之，片面追求起点高、内容深，会使大部分学生感到畏惧，敬而远之，从而失去继续深入学习的兴趣。
二、明确本课程的学习方法
鉴于传热与流体流动数值计算课程的重要性，特别是许多学生在接下来的学位论文工作时，都要采用数值计算的手段去研究自己的特定问题。那么如何才能学好CFD或NHT？或者是应该采用什么样的方法来学好这门课程？这是初学者经常爱询问的问题。有效的学习方法能起到事半功倍的效果，对于本门课程学习中需要注意以下几方面的问题：1.要有扎实的流体力学和传热学基本知识。所谓计算流体力学或计算传热学，顾名思义，就是数值计算和流体力学（或传热学）两方面知识的结合。要想学好CFD和NHT，首先要有扎实的数学功底、流体力学和传热学的基本知识。在理解并应用CFD和NHT的所有知识之前，我们必须充分理解流体力学和传热学控制方程，包括它们的数学形式和它们所描述的物理现象。有的同学在学习过程中想要绕过流体力学和传热学的基本知识，特别是粘性流体力学的内容，最终的效果只能是知其然而不知其所以然。2.不要忽视自己动手编写程序。这是一门理论和编程并重的课程，应使理论与编程操作相结合，二者才能相得益彰。因此，想要学好CFD和NHT，应该鼓励自己去编写一些计算简单问题的程序。而且只有通过编写程序来亲手实践，才能了解CFD和NHT究竟是如何一回事。3.要学习使用商品软件。自己编程是一个良好的学习方法，针对某一较简单的问题编程容易实现；而对于复杂问题，自己动手从零开始编写程序将会是一个繁杂的工作。对于作为工程计算而非专门的研究型人员来说，学会使用一个通用的商品软件是有益的，像流行的PHOENICS、FLU-ENT、CFX和Star-CD等商品软件，虽说不是针对性软件，应用于某些专门问题的计算时可能表现出效率低、精度低，但要自己编制一个计算复杂流场的软件，还是要慎重思考。
三、结束语
关键词：螺旋盘管 曲率半径 螺距 fluent
中图分类号：TE08文献标识码： A
引言
螺旋盘管管构造独特，可以利用离心力来抑制污垢的生长，起到自清洗作用。螺旋盘管换热器充分利用空间进行设计，管内通道与管外通道均为螺旋状流体通道，一次介质与二次介质均可旋流运动进行热交换，传热系数较高，结构紧凑、空间利用率高，换热面积大大增加，而且占地面积很小[1]。本文对螺旋盘管换热器进行研究，研究螺旋盘管的结构对换热器换热系数和流动性能的影响。
螺旋管中的流体在离心力的作用下，呈现三维网状流动或不规则螺旋流动，增强了流体边界层、换热边界层的扰动，使边界层变薄，强化对流换热。而且在离心力的作用下，污水中的杂质轻易被带走，具有自清洗功能，避免了频繁清洗，在一定程度上解决了污水中杂质沉淀造成的换热器堵塞、换热效率降低等问题。
1、影响螺旋盘管换热器性能的因素
螺旋管管内为强制对流换热，换热系数由Dittus-Boelter公式[2]计算：
加热流体时，n=0.4，冷却流体时，n=0.3。此关联式仅适用于平直管道，对于螺旋管，需要进行修正。工程上一种实用的做法是，应用上述准则式计算出Nu数后再乘以一个螺旋管修正系数cr。对于液体，，R为盘管曲率半径。
选定介质及换热器材料后，对换热系数有直接影响的参数有：换热管管径d、螺旋管曲率半径R、螺距b。螺旋盘管式换热器的一个优势就是可以充分利用空间，若螺距过大会导致空间利用率低，同时根据文献[3]资料可知，螺距相对曲率半径来说，对换热效率及压强损失的影响相对较小，因此先研究曲率半径对螺旋管换热效果的影响，再研究螺距的影响。
2、螺旋盘管换热器传热模型
2.1模型建立过程的数学描述
2.1.1模型假设
为了使数值模拟结果更能准确真实地反映螺旋盘管强化换热过程，根据流体动力学和传热学等理论基础，对管内的流动与传热进行简化假设。在研究流体流动规律时，文中做了如下假设：
（1）螺旋管管内流体为不可压缩的牛顿流体，流动过程为充分发展阶段的三维定常湍流流动；
（2）流体的各项物性参数不随温度发生变化；
（3）传热过程为稳态。
2.1.2坐标系的建立
根据以上假设，在螺旋盘管换热器的流动换热过程中，建立以r、θ、z为变量的柱坐标系， r代表径向，从圆心向外指为正；θ代表切向，根据右手法则，大拇指指向z轴方向，四指指向为切向的正向；z代表轴向，向上为正。
流速在三个坐标方向r、θ、z上的分量分别为u、v、w，流体压力为 p，密度为常数。螺旋盘管物理模型参数如下：管径d，曲率半径R，曲率直径D，螺距b，螺旋升角。
2.1.3判断流型
管道内流体状态分为层流和湍流，层流的各流层间互不混合，只存在黏性引起的隔层流间的滑动摩擦阻力；湍流流体在沿管轴向流动的同时，伴着大小不等的涡体动荡于各层流之间，流体体质点彼此碰撞、混合。层流是只有轴向速度而径向速度为0，紊流时则出现了径向脉动速度，湍流阻力比层流阻力大得多。
管内流体流态的判别准则――临界雷诺数Recr，若Re≤Recr，则为层流；若Re≥Recr，则为湍流。流态判断的关键在于临界雷诺数的求解，而螺旋盘管的临界雷诺数的计算不同于直管。1959年Ito给出了螺旋管道中流体临界雷诺数的计算公式[4]：
2.2螺旋管内控制方程的建立
湍流对流传热问题的控制方程包括连续性方程、动量方程、方程和能量方程。控制方程的通用形式为[5]：
连续性方程：
动量方程：
k-ε方程：
能量方程：
3、模拟求解过程
3.1曲率半径对流动与换热的影响
综合考虑换热效率与压强损失，本研究换热管选用DN25的铜管，螺距为35mm，保证换热面积一样，分别模拟以下四种曲率半径，换热面积A=0.222m2。
（a）R1=45mm、n1=10；（b）R2=60mm、n2=7.5；（c）R3=75mm、n3=6；（d）R4=90mm、n4=5
将以上四种模型进行求解，模拟条件：螺旋管为铜管，壁厚取为2.5mm，取管壁温度t=27℃；模拟时定义成速度进口，压力出口，螺旋管的进口温度40℃；取管内流体流速为1.0m/s。将模拟得到的数据进行分析计算，绘制出换热系数、压强损失随曲率半径的变化曲线图，如图1所示。
图1 传热系数、压强损失随曲率半径的变化
根据图1可知：在速度、管径、螺距一定的情况下，传热系数随曲率半径的增大而减小，压强损失也随着曲率半径的增大而减小，这是由于管道趋于平缓，离心力导致的脉动程度降低。曲率半径由90mm减小到45mm，传热系数升高了4.2%，而压强损失增加了23%，压损增大的速度远大于传热效果提高的速度。由图可以发现，当曲率半径由45mm增大到60mm时，压强损失急剧下降，下降了13.8%，而传热系数下降了1.7%，相对其他情况，在曲率为60mm左右时螺旋管性能较优。
3.2螺距对流动与换热的影响
模拟条件：换热管为DN25铜管，曲率半径D=60mm，换热面积A=0.2m2，管壁温度t=27℃，管内进口温度40℃，速度进口，压力出口，流速1m/s。分别模拟螺距为35mm、45mm、55mm、65mm时的情况。对以上四种模型进行求解，并绘制出换热系数、压强损失随曲率半径的变化曲线图，如图2所示。
图2 传热系数、压强损失随螺距的变化
根据图2可知：在速度、管径、曲率半径一定的情况下，传热系数随着螺距的增大而增大，但是增大的幅度很小，螺距为55mm时，比螺距为35mm时换热系数提高了1.17%，说明螺距对换热系数的影响不大；在速度、管径、曲率半径一定的情况下，压强损失随螺距的增大而增大，螺距为65mm时，比螺距为35mm时压降提高了5.3%。
螺距大了虽然换热效果稍有提高，但是相应的压损也大了，不利于节能，而且由于压损增大的程度比传热系数要大。综合以上分析，同时为了充分利用换热器空间，体现螺旋盘管换热器的优势，在设计换热器结构时，取螺距为35mm左右比较合适。
参考文献
[1]姜芳芳.水在螺旋盘管内的换热及流动特性研究[D].西安科技大学硕士学位论文,2013.
[2]杨世铭,陶文铨.传热学第四版.北京:高等教育出版社,2006.
[3]徐洪涛.螺旋管道内的流动阻力和传热性能研究[D].华东理工大学硕士学位论文, 2010.
[4]H.Ito, Friction factors for turbulent flow in curved pipes.J.basic R Eng.Ser.D.,1959,81: 123-134.
[5]陶文铨.数值传热学第二版.西安:西安交通大学出版社,2001.
热学课程论文教学形式与作用一、引言
《热学》是物理学中研究物质热运动及其有关性质和规律的一门分支学科，是物理学专业本、专科学生必修的专业基础课。《热学》课程在实验基础上，通过物理学的基本概念、基本原理、基本知识、基本思想和方法的引导，培养学生进一步学好物理学的兴趣，提高学生的自学能力、分析和解决问题的能力。其主要内容包括：分子动理学理论的平衡态理论、输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论、热力学第一定律、热力学第二定律与熵、液态与固态、相变等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能。通过本课程的学习，既要帮助学生迅速掌握大学的学习特点和规律，建立正确的学习方法，努力养成刻苦踏实、勤于思考的良好学风，又要为后继课程的学习作好业务、思想和心理上的准备，还要为学生毕业后从事有关科学研究、应用开发、教学工作等打下良好的基础。在目前《热学》课程的教学中，课程论文扮演着越来越重要的角色，探讨课程论文教学的相关研究课题也逐渐开始得到重视。课程论文要求学生在掌握物理学基本概念和基本规律的基础上，通过调查研究，适当了解这些基本概念与规律以及它们在生产技术、特别是高技术领域中的应用，注意培养学生理论联系实际的能力，培养学生对实际问题特别是当代物理学前沿以及当前高技术领域中物理问题的兴趣，引导和激励他们解决实际问题的愿望和责任感。教学方法的改进是课程教学改革的重要方面，在课程论文的实施过程中重视学生能力素质的培养，把课程建设的目标定位于造就新世纪人才，使学生终生受益。
二、课程论文的基础
课程论文实际上是对学生提出了更高的要求，因此，《热学》课程的教学应当把重点放在打好基础上。如果学生掌握的基础知识雄厚，基本功扎实，再加上广泛涉猎与深入钻研，专业课就能学得好，理解得深，在将来从事高新科技领域的创新工作时就上手快，回旋的余地也比较大。况且，“热学”课程在传授系统物理学知识的同时，还要培养学生掌握物理学中的思维方法与工作语言。这样，尽管有些基础物理知识从表面上看似乎并没被直接应用，但这却会影响到学生的工作方法、思维方式以至世界观，当他们以后从事科研与教学工作时会在潜意识深处起重要作用。总而言之，《热学》课程的基础还是基本概念、基本原理、方法，离开这些基础去谈课程论文就是无源之水、无本之木。
三、课程论文的形式
课程论文的形式灵活，不仅包括论文、调查报告，还包含有实验研究、实物制作等多种形式。在教学过程中，教师可以通过告知、提问等多种提示方式引导同学自行深入研究，常见的课程论文形式主要有以下几种。一是解题方法的探究，通过对一个例题或习题的多种方法求解，使得学生对相关概念、原理、方法掌握得更透彻；二是实验探究，例如，当讲解到气体玻一马定律与盖・吕定律知识点时，可以让学生自行设计相关实验来验证上述定律；三是调研报告，例如在讲解卡诺循环这一知识点时，可让学生调研、总结目前市场上热机的工作原理与工作流程等；四是理论模拟与分析，例如讲到相变这一知识点时，可以通过理论分析各种相的稳定性。五是合理的估算，例如气体动理学理论里输运现象中的气体黏度公式，查普曼和恩斯库格曾用不同的高深理论得到相同结果，它是个级数，由前几项可得系数约为0.499，而如果充分考虑速度住留的简便方法，很容易就得到此系数等于1/2，又如通过对小无极分子估算分子间力的有效作用距离与平衡距离的半经验公式，再如可以用标准大气模型中数以千计的数据，考虑地面凹凸不平的影响，可求出精度较高的大气粒子总数，然后与用均质大气模型、等温大气模型或者地面大气压强所得到的结果进行对比，从而总结出估算行星大气粒子总数的简便方法；目前“热学”课程中有一些概念和提法在学术界实际并未完全统一，有的甚至还是有争议的，例如：任意逆循环的制冷系数的定义，等热容过程与多方过程的差异，卡诺循环的概念以及回热式循环与非回热式循环，等等。遇到这些内容时，就在课程讲授中把各家的观点都原原本本地告诉学生，同时也介绍自己的看法，然后让学生独立进行研究，自由思考，自己做出合理的判断。
四、总结
《热学》课程论文的目的是使得学生通过热力学宏观定理与微观模型的学习，建立把宏观现象与微观模型进行联系的物理思想方法，掌握对事物的实验――理论――实践的认知规律，在此基础上，采用问题探讨与课程讲授、主题讨论与实践相结合的教学方式，以教学论文为载体，实现《热学》课程的互动研究型教学，重视学生能力素质培养，通过精心设计方案，全面加强各个环节，合理运用各种方法手段，形成视野开阔、理论联系实际的特色风格。用搞科研的态度对待教学，积极开展教学论文的教学，从教学有关领域挖掘课题开展科研，再把科研成果引入教学丰富教学内容，使教学与科研两者有机地相结合。教师在课程教学中引入了这些从教学有关领域挖掘课题开展科研所取得的成果，身教言传，课程里就会充满了研究与探索的特色和风格，使学生在学习课程的过程中逐渐受到熏陶，养成勤于思考研究、勇于提出自己独立见解的良好习惯，并为学生发展其科学研究能力和科学创新能力创造了良好的学术环境，使得学生发现问题、分析问题、解决问题的能力都能够得到进一步的提升。
参考文献：
[1]国家教育委员会.高等学校理科本科专业基本培养规格和教学基本要求（I）.高等教育出版社，1992.59-60.
[2]张辉，陈振乾.“高等传热学“教学的改革实践[C].第四届全国高等院校制冷空调学科发展与教学研讨会论文集.2006.172-175.
[3]高崇伊.改革“热学“课程教学加强对学生能力与素质的培养[J].高等理科教育，2003，（3）：34-38.
1.美国高校。仅为大四学生开设顶峰（又译高峰）体验课程，基于工程学开设，绝大数高校（如麻省理工、加州理工等）是（专业）必修课，从3学分到分，学生自行选择，有的甚至长达三个学期，学分也从分到18学分不等。还有课程属于选修课，通常能拿到3~4个学分，教师提出课题，学生解答，不要求写毕业论文。教学的模式是接受（Receive）—联系（Relate）—反思（Reflect）—提炼（Refine）—建构（Reconstruct）。接受指教学内容和方法。打通学生知识和技能之间的壁垒。科目基础上选择恰当的主题，整合经验。专家评估后，编写课程大纲———课程目标、考核方案等。
2.德国高校。应用型大学课程设置和内容多偏重于应用，毕业设计以校企合作的方式为主。联邦政府和州政府均提供经费、制定法规和优惠企业的政策，学生可以从多种渠道选择自己感兴趣的题目。（1）本科生教育分两个阶段，第一阶段一般为两年，通过考试进行选拔和淘汰。第二阶段学生选择专业方向，完成必修课、选修课和任选课程的学习任务，还要完成规定实验、课程设计、专题报告、实习和毕业论文，第五学年，学生花3~6月时间写毕业论文[5]。（2）毕业设计选题。①大企业在网站或报纸杂志上贴出课题信息，学生申请企业选择是否录取。②小企业由校内相关部门企业需求信息和课题内容。③一些校内课题信息。（3）毕业设计管理方式。①一旦学生被企业选中，企业就会派一名工程师指导学生的毕业设计工作，包括给出具体的课题名称、任务要求、课题截止时间、预期结果等。②学生在设计课题一段时间后，要找导师审查课题。（4）毕业设计基本要求。①大约100页的文字材料、论文格式、需要的图表说明。②对于论文的质量控制，坚持应用为本。即使课题未能完成，以科学的方法进行课题研究，也可以获得通过。（5）毕业设计成绩评定。五分制评定。毕业论文分数加上专业考试分数而得出的平均分数是毕业的总分。评定毕业论文原则上有两位考官，其中一位是毕业论文题目的指定者，另一位（教师或毕业设计单位工程师）由考试委员会主席委派。两位考官在评定毕业论文中发生意见分歧时，以地方性考试规则的评分办法为准。成绩由学校教授给出，毕业设计单位不参与成绩评定。
二、机械工程专业毕业设计教学模式探讨及实践
提出毕业设计与生产、科研、教学相结合的教学模式。以指导老师为中心、学生为主体管理，对毕业设计全程质量监控。
1.时间安排。工科院校的毕业设计基本都是安排在大四下学期，16周，每周5天，要求学生每天必须保证8学时，学时总数是640学时，便于集中做好毕业设计，管理与指导学生。缺点是学生没有充足自由安排时间，设计质量得不到保证。暑期期间，重点学习冶金工艺、相应重点设备结构、传动原理及零件或材料加工机理。大四上学期，基础知识学习、夯实及拓展专业知识、研究及设计工具掌握。如本课题组研究重要方向之一，金属材料控冷强韧化，就需要学生学习流体力学、传热学及材料相关理论，并且熟悉研究及设计工具，如流体仿真软件Fluent、有限元软件ANSYS、设计软件CAD二维或三维等掌握及熟练应用。大四下学期，进入学校规定的毕业设计阶段，重点是研究及设计方案的创新。
2.结合生产实际或者实验室建设任务，努力做到真题真做。本专业选题绝大多数仍然以冶金行业中课题进行设计及研究。作者所在的“金属材料控冷强韧化”研究团队，分为钢板、钢管、棒材及型钢等方面控冷题目的设计或研究，根据品种规格，在一大题目下，分若干小专题。如“浸入式钢管淬火装置研究与设计”题目下，有几小专题“浸入式钢管淬火装置影响因素研究”、“浸入式钢管淬火装置上料装置设计”等，这样选题能对学生进行流体力学、传热学、液压传动及机械等各专业的综合训练。对于已经明确就业意向或者是找到就业单位的学生来讲，作为指导教师必须要根据学生在就业时的选择以及需要设计相关的毕业课题，如准备读研学生分配做论文（研究）类题目，拟到公司就业学生分配做设计类题目。
3.借鉴国外高校做法，以小组为单位进行毕业设计。培养团队合作精神。如“浸入式钢管淬火装置研究与设计”题目的几个专题，研究题目可以为设计题目提供设计合理结构参数，设计题目又可为液压设计或研究题目提供合理结构模型。
4.国内设计成果主要有二类：设计类提供图纸，设计类课题的设计图纸工作量，一般控制在4~7张（折合A1）；机类专业学生必须有用计算机绘制的图纸；研究类提供毕业设计（论文），要求使用计算机打印。将毕业设计成果多样化。只要能反映学生的创新成果，达到学生锻炼的目的成果形式均可。
5.采取“专题讲座”、“学术汇报”、“个别辅导”、“科研实践”、“小组讨论”等多种指导方式指导学生。第三类是校企联合指导毕业设计，提高设计质量。但必须组织得当，在校企联合中“以我为主”，坚持学校主导作用。
6.毕业答辩时，一般会根据专业大类分成几个小组，学生单独答辩，答辩组对学生的态度、能力水平、论文质量及应用价值给出评定意见，给出成绩。以答辩组成绩为最终成绩。建议还是建立指导教师、评阅教师及答辩组共同给学生成绩较为合理，当然可以给答辩组成绩更高的权重，有的高校达到50%。作者所指导本科生中，优良率一直较高，尤其是在设计方面，图纸规范，结构合理，较好地传承了我们工科院校对本科生进行良好设计综合训练的传统。
三、结语
