往復(fù)壓縮機(jī)的理論循環(huán)教學(xué)設(shè)計(jì)-

1、往復(fù)壓縮機(jī)的理論循環(huán)教學(xué)設(shè)計(jì)【學(xué)時(shí)】1一、學(xué)情分析通過對(duì)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)有了一定認(rèn)識(shí)，為這節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。此次主講內(nèi)容為往復(fù)壓縮機(jī)的理論循環(huán)，理論分析與表達(dá)公式內(nèi)容較多，不容易激發(fā)聽課者的興趣。班內(nèi)學(xué)生水平參差不齊，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力存在一定差異。但課堂學(xué)習(xí)氛圍較好，學(xué)生思維活躍對(duì)新內(nèi)容的學(xué)習(xí)有相當(dāng)積極性。這就為達(dá)到本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。但是，往復(fù)壓縮機(jī)理論功、功率計(jì)算內(nèi)容較為抽象，使學(xué)習(xí)難度增大。該部分內(nèi)容氣體壓縮，涉及熱力狀態(tài)變化，因此要用到工程熱力學(xué)方面的知識(shí)。為此，提前布置預(yù)習(xí)任務(wù)，并將用到的以前所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，課前提問檢查預(yù)

2、習(xí)情況。二、教學(xué)目標(biāo)1、熟練掌握往復(fù)壓縮機(jī)理論工作循環(huán)過程、理論功指示圖的含義；2、掌握往復(fù)壓縮機(jī)理論工作循環(huán)吸氣量計(jì)算方法；3、熟練掌握往復(fù)壓縮機(jī)工作循環(huán)中等溫壓縮、絕熱壓縮及多變壓縮三個(gè)熱力過程指示功計(jì)算公式推導(dǎo)及應(yīng)用；4、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的思維和方法；（課程思政：學(xué)習(xí)方法）5、結(jié)合課程內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)情懷。三、教學(xué)思想與教學(xué)方法1、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)要源于教材而不拘泥于教材，遵循由易到難、由簡(jiǎn)到繁、循序漸進(jìn)的組織原則。教學(xué)內(nèi)容并不一定面面俱到，主要在于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使其掌握一定的學(xué)習(xí)方法和思路，并引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀。2、強(qiáng)調(diào)學(xué)以致用，理論聯(lián)系實(shí)踐。讓學(xué)生從實(shí)際生活中挖掘例子”，

3、能夠利用所學(xué)知識(shí)技術(shù)解決他們學(xué)習(xí)、生活中的實(shí)際問題，繼而激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。3、學(xué)生不是被動(dòng)的知識(shí)接受者，教學(xué)要以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生。同時(shí)，教師不僅指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)本次課的知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生的思維方法，養(yǎng)成自主探究的精神風(fēng)貌。4、采用板書與多媒體相結(jié)合的教學(xué)方式。借助多媒體教學(xué)，穿插大量圖片、動(dòng)畫信息，使課程更加生動(dòng)、形象，激發(fā)學(xué)生聽課興趣，加強(qiáng)聽課者對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。對(duì)于公式推導(dǎo)過程，采用傳統(tǒng)板書講解，分析過程中可以留給學(xué)生足夠的時(shí)間思考和消化。四、課程資源除教材及課件外，學(xué)生可以根據(jù)自身能力水平自主選擇課外拓展資料。1、通過中國(guó)大

4、學(xué)MOOC(慕課)國(guó)家精品課程在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，搜索泵與壓縮機(jī)課程進(jìn)行相關(guān)章節(jié)補(bǔ)充學(xué)習(xí)。2、通過網(wǎng)易云課堂、公開課以及學(xué)堂在線，搜索泵與壓縮機(jī)課程進(jìn)行相關(guān)章節(jié)拓展。3、通過中國(guó)知網(wǎng)、萬方、elsevier等數(shù)據(jù)庫搜索課程相關(guān)領(lǐng)域論文進(jìn)行前沿拓展。五、教學(xué)內(nèi)容與安排1、課程引言1.1 往復(fù)壓縮機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用圖片展示往復(fù)壓縮機(jī)的發(fā)展，并對(duì)其重要地位、應(yīng)用領(lǐng)域、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行講解。1.2 問題引入利用驢拉磨的例子引出內(nèi)容涉及的重要參數(shù)吸氣量和指示功，提出量化和簡(jiǎn)化的工程概念。(1)讓驢子拉磨，我們最關(guān)心的是它吃多少東西，干了多少活；(2)對(duì)于往復(fù)壓縮機(jī)而言，處理多少氣體量，需要消耗多少功率就是兩個(gè)重要參數(shù)，

5、簡(jiǎn)化為兩個(gè)工程概念：吸氣量和指示功。同時(shí)，將吸氣量、指示功參數(shù)進(jìn)行量化，就是今天的重要內(nèi)容。(簡(jiǎn)化工程概念，培養(yǎng)工程意識(shí))課程思政：培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的思維方式，簡(jiǎn)化工程概念，培養(yǎng)工程意識(shí)。2、舊課復(fù)習(xí)與新課導(dǎo)入復(fù)習(xí)往復(fù)壓縮機(jī)工作原理：工作腔體主要由氣缸、活塞、閥門等組成。活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變腔體體積，與進(jìn)、排氣閥門開閉動(dòng)作相互配合，使氣缸內(nèi)氣體依次經(jīng)歷膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)氣體升壓。為講解活塞壓縮機(jī)理論工作循環(huán)做準(zhǔn)備。引出主題：由于活塞壓縮機(jī)工作介質(zhì)為氣體，壓縮過程服從復(fù)雜的熱力學(xué)定律，為研究方便，先討論壓縮機(jī)的理論循環(huán)。即在假設(shè)條件下的理想工作過程3、往復(fù)壓縮機(jī)理論工作

6、循環(huán)理論工作循環(huán)即在假設(shè)條件下的理想工作過程。3.1 條件假設(shè)(1)沒有余隙容積。分析：被壓縮氣體全部排出氣缸，無殘余氣體故不存在膨脹過程。(2)吸、排氣過程沒有阻力損失。分析：進(jìn)、排氣壓力就等于氣缸外的名義進(jìn)排氣壓力，不存在壓力波動(dòng)。(3)壓縮過程中，氣缸內(nèi)氣體沒有任何泄露損失。分析：在此假設(shè)條件下使理論吸氣量等于理論排氣量。(4)工作介質(zhì)為理想氣體。分析：所有壓縮過程、熱力學(xué)過程按理想氣體計(jì)算，過程指數(shù)、熱力學(xué)指數(shù)為定值。3.2 理論功指示圖(P-V圖)壓縮機(jī)工作循環(huán)經(jīng)常用P-V圖來表示，橫坐標(biāo)為容積，縱坐標(biāo)為壓力。結(jié)合工作循環(huán)解釋各過程在P-V圖中的表示。外止戊內(nèi)止點(diǎn)外止也內(nèi)止也圖1理論

7、循環(huán)過程圖2不同熱力壓縮過程(1)理論壓縮過程的表示(P-V圖1-2過程)：活塞由內(nèi)止點(diǎn)開始向外止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，壓縮氣體使其體積減小、壓力升高是理論壓縮過程，壓縮過程曲線與壓縮過程指數(shù)有關(guān)。(2)理論排氣過程的表示(P-V圖2-3過程)：當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到2點(diǎn)位置時(shí),氣缸內(nèi)氣體壓力升高與排氣管壓力相同，由于假設(shè)沒有阻力損失，排氣閥門立即打開，無壓力波動(dòng)，故理論排氣過程為壓力確定的直線。（3）理論吸氣過程的表示（P-V圖3-4-1過程）：排氣過程完成后，活塞開始由外止點(diǎn)返回內(nèi)止點(diǎn)。由于沒有余隙容積，故壓縮氣體全部被排出，不存在膨脹過程，回返時(shí)直接進(jìn)行吸氣過程，吸氣壓力與吸氣管壓力相同。經(jīng)上述分析演練，得出結(jié)

8、論：把理論工作循環(huán)簡(jiǎn)化為排氣吸氣三個(gè)過程無膨脹過程。（1）理論工作循環(huán)簡(jiǎn)化為壓縮、排氣及吸氣三個(gè)過程，無膨脹過程。吸、排氣過程為直線，壓縮線的曲率取決于過程指數(shù)。（圖1所示）（2）P-V圖中吸氣過程與排氣過程為壓力不變的定直線，Pi為吸氣壓力，P2為排氣壓力，又稱為名義吸、排氣壓力。（3）壓縮過程不同，過程指數(shù)不同，壓縮曲線不同。分等溫、絕熱和多變過程。（圖2所示）對(duì)應(yīng)過程方程x1:pvC等溫過程pvxCxk:pvkC絕熱過程（1）xm:pvmC多變過程4、理論循環(huán)吸氣量在理論工作循環(huán)中，理論吸氣量為氣缸工作容積（又稱氣缸行程容積），故每循環(huán)理論吸氣量由計(jì)算公式：VhiApSm3單作用：蓋側(cè)面

9、積式中：鼻：活塞工彳面積，m2雙作用：兩側(cè)工作面積Ap2Aa.級(jí)差式：根據(jù)幾個(gè)尺寸計(jì)算i:同級(jí)缸數(shù)；S:為行程，m：Vh一轉(zhuǎn)工作容積，理論吸氣量。思考：理論循環(huán)過程中，實(shí)際吸氣量與實(shí)際排氣量之間有什么關(guān)系？（工程意識(shí)）由于假設(shè)條件中，氣缸內(nèi)氣體沒有任何泄露損失，故實(shí)際吸氣量與實(shí)際排氣量相等，均由上述公式計(jì)算。5、壓縮過程中容積、溫度與壓力關(guān)系有熱力學(xué)的過程方程可知，理想氣體自狀態(tài)P1、V1壓縮到P2、V2時(shí)存在:mmpV1p2V2(2)式中，m為多變過程指數(shù)。6、理論循環(huán)指示功6.1定義指示功為一個(gè)循環(huán)過程，活塞對(duì)單位體積氣體所做的功?？捎霉剑?）表示。2WpdV（5）i對(duì)于理論指示功是吸氣

10、、壓縮、排氣三部分指示功之和。可由公式（6）表示。2WpV1pdVp2V2（6）i思考：指示功表達(dá)式與P-V之間的聯(lián)系。（學(xué)習(xí)方法：數(shù)形結(jié)合，自主探索）圖3指示功P-V圖結(jié)論：P-V圖中，1-2-3-4-1所包含的面積即為理論循環(huán)指示功的大小。6.2不同熱力過程指示功（工程意識(shí)；工程概念量化）圖4不同壓縮過程P-V圖（D等溫過程（pVpiVip2V2）指示功為WTvdp"pV'dpp1V1In-p2(7)1Pppi（2）絕熱過程（pVkpV1kp2V2k）指示功為P2kDer-WadpVdppVi*)k1(8)Pk1Pi(3)多變過程(pVm常數(shù))指示功為m1WpolqpV1

11、(昆)伺1(9)m1pi注意：公式推導(dǎo)盡量用板書，幫助理解。分析結(jié)論：等溫壓縮過程曲線斜率最小，P-V圖中所圍成的面積最小，最省X；絕熱壓縮過程曲線斜率最大，圍成面積最大，每循環(huán)消耗的功率最多；多變過程位于兩者之間。6.3工程應(yīng)用(1)指示功影響因素由公式(7)-(9),利用PV=RT可以發(fā)現(xiàn)，各壓縮過程指示功影響因素為：溫度和壓力比(P2/R)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中利用多級(jí)壓縮來降低級(jí)壓力比，利用級(jí)間冷卻保持溫度不變，下圖所示。I較冷卻器IIIIIIIIIITXT圖5多級(jí)壓縮級(jí)間冷卻工作萬式(2)具體分析工程實(shí)踐：等溫壓縮過程最省功，同時(shí)降低壓力比也可以起到節(jié)省功率的目的。為此，在實(shí)際生產(chǎn)

12、過程中，當(dāng)進(jìn)、排氣壓力比過大時(shí)，通常進(jìn)行分級(jí)壓縮，采用多級(jí)壓縮降低各級(jí)壓力比的形式。同時(shí)，為了使壓縮過程近似工作在等溫過程，采用級(jí)間冷卻的方式，使每級(jí)氣體排出經(jīng)冷卻后溫度與第I級(jí)吸氣溫度相同，達(dá)到省功的目的。課程思政：培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的思維和方法。7、課程小結(jié)及展望7.1 課程小結(jié)本節(jié)主要課程內(nèi)容及知識(shí)結(jié)構(gòu)如框圖所示。氣潤(rùn)阻力余隙I施交換進(jìn)G星7.2 展望活塞壓縮機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)中占據(jù)重要地位，具研究發(fā)展即是行業(yè)的光榮使命，也是國(guó)家戰(zhàn)略重要組成部分。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，壓縮機(jī)的安全生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化將成為未來發(fā)展主題。利用所學(xué)知識(shí)，對(duì)壓縮機(jī)各部分詳細(xì)計(jì)算、原理摸索及過程模擬，不僅對(duì)節(jié)約能源和延長(zhǎng)使用期限意義重大，掌握核心技術(shù)更可為民族振興賺取更多籌碼。課程思政：結(jié)合課程內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)情懷。六、課程重點(diǎn)與難點(diǎn)1、重點(diǎn)(1)往復(fù)壓縮機(jī)理論工作循環(huán)過程；理論功指示圖；(2)往復(fù)壓縮機(jī)理論工作循環(huán)吸氣量計(jì)算方法；(3)往復(fù)壓縮機(jī)工作循環(huán)中等溫壓縮、絕熱壓縮及多變壓縮三個(gè)熱力過程指示功計(jì)算公式推導(dǎo)及應(yīng)用；2、難點(diǎn)往復(fù)壓縮機(jī)工作循環(huán)中等溫壓縮、絕熱壓縮及多變壓縮三個(gè)熱力過程指示功計(jì)算公式推導(dǎo)及工程應(yīng)用。七、教學(xué)評(píng)價(jià)