熱能與動力工程專業(yè)“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)-2019年精選文檔

1、熱能與動力工程專業(yè)“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容 設(shè)計(jì)目前，化石燃料在世界各國能源中占有主導(dǎo)地位， 約占全球 能源消費(fèi)的 87%，而且在未來可以預(yù)見的時期內(nèi)，全球能源結(jié)構(gòu) 仍是以化石燃料為主， 其他新型能源為輔的格局。 隨著社會和科 技的發(fā)展， 對能源的需求越來越多， 能源短缺已成為一個全球各 國共同面臨的現(xiàn)實(shí)問題。 由于化石燃料的大規(guī)模使用， 其所帶來 的環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重。 目前， 節(jié)能減排已成為世界各國當(dāng) 前和未來的重要發(fā)展目標(biāo)。研究和開發(fā)高效、低污染燃燒裝置， 提高燃料燃燒能量利用率， 減少對環(huán)境的污染， 是目前世界各國 迫切需要解決的重大關(guān)鍵技術(shù)。哈爾濱工程大學(xué)基于當(dāng)前對節(jié)能減排的迫

2、切需求，自 2006 年起，在動力與能源工程學(xué)院熱機(jī)專業(yè)本科教學(xué)計(jì)劃中， 開設(shè)了 “燃料與燃燒”課程；自 2007 年起，分別在碩士研究生和博士 研究生相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中開設(shè)了“高等燃燒學(xué)”和“燃燒學(xué) 的理論方法及應(yīng)用”等課程。一、“燃料與燃燒”課程定位哈爾濱工程大學(xué)作為工業(yè)和信息化部直屬學(xué)校， 其動力與能 源工程學(xué)院熱能與動力工程專業(yè)是國家級特色專業(yè)， 同時擁有工 信部教學(xué)中心和黑龍江省級教學(xué)示范中心。作為燃燒機(jī)械的基 礎(chǔ)，“燃料與燃燒”與大學(xué)普通物理、 工程熱力學(xué)和流體力學(xué)等 多門基礎(chǔ)課程密切銜接， 課程在科學(xué)理論指導(dǎo)下， 密切聯(lián)系實(shí)際 工程應(yīng)用。通過課程學(xué)習(xí)，可以拓寬學(xué)生專業(yè)眼界，了解燃

3、燒學(xué) 科發(fā)展前沿和發(fā)展重點(diǎn)， 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和動手能 力。“燃料與燃燒”課程對于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、 創(chuàng)新能 力和團(tuán)隊(duì)合作能力具有重要作用 1 ，2。自 2006 年設(shè)課以來， “燃料與燃燒”一直作為本科熱能與動力工程專業(yè)的骨干基礎(chǔ) 課程?！叭剂吓c燃燒”課程的教學(xué)水平直接影響我校熱機(jī)各專業(yè) 方向的學(xué)生素質(zhì)和教學(xué)質(zhì)量。 對“燃料與燃燒”課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi) 容改革， 提高其教學(xué)質(zhì)量， 對于提升哈爾濱工程大學(xué)熱能與動力 工程專業(yè)在國內(nèi)的影響和地位具有重要意義。二、“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì) 除基礎(chǔ)理論部分外， “燃料與燃燒”課程中工程應(yīng)用部分教 學(xué)內(nèi)容更新很快。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)

4、展， 燃燒技術(shù)不斷進(jìn)步， 燃料及燃燒裝置不斷推陳出新，相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容也需不斷隨時更 新，要求授課教師有堅(jiān)實(shí)和廣闊的理論基礎(chǔ)， 掌握國內(nèi)外燃燒理 論和技術(shù)的最新發(fā)展。哈爾濱工程大學(xué)是我國進(jìn)行船舶動力裝置研究和培養(yǎng)該領(lǐng) 域高層次創(chuàng)新人才的重要基地， 近年來對高性能船舶動力裝置進(jìn) 行了大量深入的研究，承擔(dān)完成了包括工信部高技術(shù)船舶項(xiàng)目、 省市部委項(xiàng)目和各級基金項(xiàng)目等多項(xiàng)課題研究， 對發(fā)動機(jī)預(yù)混燃 燒、擴(kuò)散燃燒、均質(zhì)燃燒、稀薄燃燒和低溫燃燒等燃燒模式均有 深入的研究， 取得了多項(xiàng)具有國內(nèi)外先進(jìn)水平的研究成果， 發(fā)表 了大量的相關(guān)論文和專利。 這些科研成果為“燃料與燃燒”課程 教學(xué)和師資平臺搭建提供了豐富

5、的資源， 對“燃料與燃燒”的教 學(xué)改革起到了很大的推動作用。隨著燃料技術(shù)、 燃燒技術(shù)和燃燒裝置的不斷發(fā)展和進(jìn)步， 為 滿足教學(xué)需求， 及時反映燃燒技術(shù)的最新進(jìn)展， 我校教學(xué)團(tuán)隊(duì)編 寫了燃料與燃燒本科教材。該教材是根據(jù)船舶動力裝置燃燒 的特點(diǎn)，基于我?！叭Ｒ缓恕苯虒W(xué)和學(xué)科的研究特色編寫的。 燃料與燃燒 教材系統(tǒng)闡述了燃燒的基本原理和理論； 詳細(xì)講 述了燃料動力學(xué)燃燒的計(jì)算方法， 詳細(xì)論述了燃燒熱力學(xué)和燃燒 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)， 著重介紹了船舶動力裝置涉及的預(yù)混燃燒和油 滴蒸發(fā)控制的擴(kuò)散燃燒； 最后，為及時反映燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展， 增添了新型船舶動力裝置所采用的高效低排放燃燒技術(shù) 3 。在 教材的編

6、撰過程中， 大量引用了我校燃燒理論和燃燒裝置研究領(lǐng) 域相關(guān)教師及碩博研究生的研究成果和國內(nèi)外最新研究進(jìn)展。 教 材內(nèi)容豐富新穎、 專業(yè)針對性強(qiáng)， 可為我校及其他院校熱能與動 力工程專業(yè)各研究方向本科生奠定系統(tǒng)的專業(yè)理論知識。 通過課 程學(xué)習(xí)， 使學(xué)生在掌握扎實(shí)理論知識的同時， 獲取燃料與燃燒相 關(guān)工程應(yīng)用知識。 教材強(qiáng)調(diào)了“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容的系 統(tǒng)性、理論性以及工程應(yīng)用性， 編寫過程中注重了教學(xué)內(nèi)容的易 懂性，和培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識、 實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)以及團(tuán)隊(duì)合作的 能力。通過“燃料與燃燒”課程的教學(xué)， 使學(xué)生對燃料性質(zhì)、 燃燒 現(xiàn)象的本質(zhì)以及燃燒基本理論有一定的認(rèn)識， 進(jìn)而掌握燃燒技術(shù)

7、中所必須的熱化學(xué)、 燃燒動力學(xué)及燃燒過程的基本知識與基本理 論。掌握動力機(jī)械中氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料的相互關(guān)系和區(qū)別， 以及它們的特性、 燃燒特點(diǎn)和規(guī)律， 包括閃點(diǎn)、 著火點(diǎn)和自燃點(diǎn)， 不同燃料閃點(diǎn)、 著火點(diǎn)和自燃點(diǎn)的變化規(guī)律， 以及著火的形式和 條件、火焰的傳播、燃燒產(chǎn)物的生成機(jī)理等。課程側(cè)重預(yù)混氣的 爆震、層流預(yù)混燃燒、 氣體擴(kuò)散燃燒和燃料液滴燃燒等與動力機(jī) 械密切相關(guān)的燃燒理論 3 。國內(nèi)外對動力裝置節(jié)能減排的要求實(shí)質(zhì)上推動了燃料、 燃燒 理論及燃燒裝置的快速發(fā)展， 為確保“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi) 容能充分反映相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展， 最新國內(nèi)外燃料技術(shù)、 新 型燃燒技術(shù)及燃燒裝置應(yīng)作為課程

8、教學(xué)的重點(diǎn)更新內(nèi)容。 “燃料 與燃燒”課程先后介紹了燃料及燃料特性、 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、 燃 燒理論和燃燒裝置等，涵蓋了燃料、燃料的燃燒計(jì)算、燃燒化學(xué) 動力學(xué)、燃燒反應(yīng)系統(tǒng)的守恒方程、著火理論和燃燒界限、預(yù)混 燃燒、擴(kuò)散燃燒、液體燃料的燃燒、固體燃料燃燒、燃燒排放控 制和燃燒裝置等方面的教學(xué)內(nèi)容。課程各教學(xué)模塊內(nèi)容主要包 括：（ 1）燃料，主要包括燃料的來源、種類、組成，燃料性質(zhì)、 參數(shù)及變化規(guī)律，燃料物性計(jì)算方法；（ 2）燃燒過程的物質(zhì)平 衡與熱平衡，包括生成焓、反應(yīng)焓、燃燒焓，固體燃料、液體燃 料和氣體燃料的理論空氣需求量， 實(shí)際空氣供給量和空氣過量系數(shù)，完全燃燒產(chǎn)物生成量、成分和密度，不完

9、全燃燒產(chǎn)物及燃燒 過程的質(zhì)量檢測，燃燒溫度和熱離解對燃燒溫度的影響；（3）燃燒與化學(xué)平衡， 重點(diǎn)為化學(xué)反應(yīng)速度及化學(xué)平衡， 反應(yīng)度與平 衡常數(shù)的關(guān)系；（ 4）化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，內(nèi)容包括基元反應(yīng)、質(zhì) 量作用定律、反應(yīng)級數(shù)，化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素、各種級的 單步化學(xué)反應(yīng)，鏈鎖反應(yīng)；（ 5）燃燒系統(tǒng)守恒方程，分子傳輸 方程，基本守恒方程，流動邊界與熱邊界層；（6）著火和燃燒界限，熱自燃理論、強(qiáng)迫著火、熄火、著火爆炸與熄火現(xiàn)象為化 學(xué)動力學(xué)控制的燃燒問題，燃燒界限的影響因素；（ 7）預(yù)混氣 的燃燒，重點(diǎn)為燃燒波及其區(qū)別、瑞利公式、雨果尼奧曲線、雨 果尼奧曲線上熵的分布、 爆震波后已燃?xì)獾乃俣扰c當(dāng)?shù)芈曀?/p>

10、的比 較、查普曼 - 焦格特爆震波速度的確定、爆震波的速度、開爆震 性和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)決定的爆震極限；（ 8）層流預(yù)混火焰，主 要包括熱理論，參數(shù)對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?，火焰駐定原理，火 焰淬熄；（ 9）層流擴(kuò)散燃燒，主要內(nèi)容為伯克和舒曼理論的基 本假定和求解方法、 燃料射流的唯象分析 （層流火焰高度和湍流 火焰高度） 和層流擴(kuò)散火焰射流 （層流射流的混合和有化學(xué)反應(yīng) 的層流射流）； （10）氣體湍流燃燒，重點(diǎn)為湍流火焰的唯象方 法；（11）液體燃料的擴(kuò)散燃燒，主要包括單油滴的蒸發(fā)及質(zhì)量 燃燒速度，氣流中的燃料液滴，火焰的位置、燃料蒸汽、氧氣、 產(chǎn)物及溫度的分布、噴霧燃燒及油滴群燃燒； （ 12

11、）固體燃料的燃燒，內(nèi)容包括固體燃料的燃燒過程、固體碳粒的燃燒（擴(kuò)散燃 燒、動力燃燒和過渡燃燒）、碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)（碳和氧的反 應(yīng)、碳和二氧化碳的反應(yīng)、碳和水蒸汽的反應(yīng)、一氧化碳的分解 反應(yīng)）、多孔性碳粒的燃燒、二次反應(yīng)對碳粒燃燒的影響、碳粒 燃燒速率及燃盡時間、 灰分對碳燃燒的影響、 固體燃料的燃燒方 式和燃燒裝置； （ 13）燃燒排放控制，包括燃燒過程中 NOx、SOx 和顆粒等污染物的生成機(jī)理， 影響污染物生成的因素， 控制污染 物排放的技術(shù)措施 （改變?nèi)紵緩降拇胧┖秃筇幚泶胧?；（14） 液體和氣體燃燒技術(shù)及燃燒裝置， 主要包括船舶動力裝置 （船舶 柴油機(jī)、船用鍋爐和船用燃?xì)廨啓C(jī)等）的燃燒技術(shù)。三、結(jié)論“燃料與燃燒”是當(dāng)今國內(nèi)能源動力類本科專業(yè)前沿課程 之一。作為哈爾濱工程大學(xué)動力與能源工程學(xué)院熱機(jī)專業(yè)方向的 一門核心基礎(chǔ)課程， “燃料與燃燒”在我校熱能與動力工程本科 教學(xué)體系中扮演著重要角色。 通過對“燃料與燃燒”課程教學(xué) 內(nèi)容設(shè)計(jì)的探討， 確定了以船舶動力裝置共性燃燒理論作為基本 的教學(xué)內(nèi)容， 用國內(nèi)外最