工程燃燒學(xué)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化研究與實(shí)踐

王中賢　王涵

摘要：本文針對(duì)目前工程燃燒學(xué)教學(xué)偏理論、實(shí)踐較少的現(xiàn)象，通過教學(xué)內(nèi)容的合理安排、重點(diǎn)突出、更新及時(shí)、與時(shí)俱進(jìn)和采用啟發(fā)式教學(xué)、研討式教學(xué)方法，并結(jié)合日常生活和生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生感受到知識(shí)的實(shí)用性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

關(guān)鍵詞：燃燒學(xué)；內(nèi)容優(yōu)化；研討式教學(xué)；實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）28-0151-02

一、引言

工程燃燒學(xué)是熱能動(dòng)力專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。由于燃燒過程實(shí)質(zhì)上是耦合了流動(dòng)、傳熱以及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，所以其內(nèi)容涉及傳熱學(xué)、工程流體力學(xué)、工程熱力學(xué)等多門學(xué)科知識(shí)，是一門具有多學(xué)科交叉性的課程[1，2]。本文針對(duì)目前工程燃燒學(xué)教學(xué)偏理論、實(shí)踐較少的現(xiàn)象，通過教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的改進(jìn)以及日常生活和生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生感受到知識(shí)的實(shí)用性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。

二、工程燃燒學(xué)教學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀

首先，工程燃燒學(xué)是一門發(fā)展非常快的學(xué)科，它的理論性、系統(tǒng)性和實(shí)踐性均很強(qiáng)。學(xué)生面對(duì)復(fù)雜的理論模型、燃燒設(shè)備等感到茫然，不知從何學(xué)起，普遍感到理論抽象，理論與實(shí)際聯(lián)系脫鉤。

其次，教材更新較慢，教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，所教的知識(shí)落后于實(shí)際的需要，學(xué)生覺得所學(xué)知識(shí)枯燥無味，對(duì)將來沒有什么用處，學(xué)習(xí)積極性不高。而一些新的燃燒理論、燃燒技術(shù)以及新型燃燒測(cè)試技術(shù)已經(jīng)成熟、完善并獲得推廣應(yīng)用，但現(xiàn)有教材中并沒有涉及這部分的內(nèi)容[3，4]。

再者，目前工程燃燒學(xué)的教學(xué)偏重于理論方面，而實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)較少。一方面學(xué)生感覺枯燥，難以理解；另一方面又涉及大型燃燒系統(tǒng)，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)踐，也很難將課堂知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際。

三、教學(xué)內(nèi)容改進(jìn)

（一）教學(xué)內(nèi)容合理安排，重點(diǎn)突出

工程燃燒學(xué)課程授課時(shí)數(shù)32學(xué)時(shí)，其中2學(xué)時(shí)為實(shí)驗(yàn)課，要在30個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)完成課程，并做到內(nèi)容連貫合理、重點(diǎn)突出，實(shí)則不易。因此，在工程燃燒學(xué)內(nèi)容的安排上，幾個(gè)重要理論和知識(shí)點(diǎn)都要涉及。如：燃料及燃燒計(jì)算、燃燒理論基礎(chǔ)、氣體燃料燃燒、液體燃料燃燒、固體燃料燃燒和燃燒污染控制技術(shù)等。但在難度和深度上要合理，在時(shí)間安排上要緊湊。對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容在講解的過程中應(yīng)深入細(xì)致，占用學(xué)時(shí)數(shù)要多一些。如在講解燃燒計(jì)算時(shí)著重通過對(duì)燃燒的化學(xué)方程式的學(xué)習(xí)，知道燃燒空氣量、煙氣量的計(jì)算公式來源而不需要死記公式。教學(xué)中特別需要強(qiáng)調(diào)的是所有的氣體都要當(dāng)成理想氣體來處理。在燃料理論基礎(chǔ)內(nèi)容部分，要求學(xué)生掌握兩個(gè)定律、兩種理論和分析影響燃燒速率的因素，關(guān)于兩個(gè)定律的推導(dǎo)不做講解。理論學(xué)習(xí)主要注重理論的理解和理論模型的解釋，而對(duì)理論模型的推導(dǎo)過程不做要求。

在氣、液、固燃料燃燒部分，重點(diǎn)放在氣體燃料的燃燒部分，一般安排8—10個(gè)課時(shí)，液、固燃料燃燒部分一般各安排3個(gè)課時(shí)，主要通過理解液、固燃料燃燒和氣體燃料燃燒的區(qū)別，從而掌握液、固燃料燃燒的特點(diǎn)。氣體燃料的燃燒包括對(duì)預(yù)混氣體的著火、火焰的傳播、擴(kuò)散燃燒、火焰的穩(wěn)定和燃燒器等方面的詳細(xì)介紹，讓學(xué)生對(duì)氣體燃料的燃燒過程有個(gè)比較清楚的了解。

（二）更新及時(shí)，與時(shí)俱進(jìn)

科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，燃燒技術(shù)也不例外[5]。如現(xiàn)代利用先進(jìn)的激光技術(shù)、現(xiàn)代質(zhì)譜、色譜等光學(xué)、化學(xué)分析儀器，研究了燃燒過程的各種機(jī)理，改進(jìn)了燃燒的試驗(yàn)方法，提高了測(cè)試精度，使燃燒學(xué)在深度和廣度上都有了飛躍的發(fā)展。計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展也提供了可以求出各種理論數(shù)學(xué)模型解的可能性，從而把燃燒理論和燃燒現(xiàn)象有機(jī)的聯(lián)系起來，使燃燒學(xué)上升到系統(tǒng)理論的高度。因此在教學(xué)過程中應(yīng)適時(shí)對(duì)于一些最新的燃燒技術(shù)和燃燒理論的發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行介紹，力求追蹤當(dāng)代科技的最新成果，將當(dāng)代燃燒學(xué)發(fā)展過程中的新成就、新思想和新發(fā)展及時(shí)傳授給學(xué)生，不斷開拓學(xué)生的視野。如高溫空氣的蓄熱燃燒技術(shù)，具有節(jié)省燃料、減少二氧化碳和氮氧化物的排放以及降低燃燒噪音功效，被譽(yù)為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。催化燃燒技術(shù)是在催化劑的催化作用下，可燃性氣體在低溫條件下能夠充分氧化燃燒，燃燒溫度低于火焰燃燒，并且能夠解決火焰燃燒過程中低效、污染排放較高等問題。再如均質(zhì)沖量壓燃燒技術(shù)是綜合了壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)排放和燃料消耗的同時(shí)減少。

四、教學(xué)方法改進(jìn)

（一）采用啟發(fā)式教學(xué)和研討式教學(xué)

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生聯(lián)系生活、生產(chǎn)中的燃燒實(shí)例，運(yùn)用燃燒理論進(jìn)行分析。如在講到燃燒理論基礎(chǔ)時(shí)，讓學(xué)生課后查閱各種滅火器的滅火原理。如對(duì)于油類、紡織品、木材、煤氣等燃料在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多異常活躍的中性原子或原子團(tuán)，化學(xué)上叫自由基，如氫原子、氫氧原子團(tuán)等，它們一方面加速可燃物質(zhì)的分解，同時(shí)又不斷產(chǎn)生更多的自由基。一旦開始燃燒，就會(huì)迅速蔓延，直至燃盡，因此撲滅這類火焰的關(guān)鍵是吸收、降低自由基的能量。干粉滅火劑，主要的藥品是小蘇打（碳酸氫鈉），其他的為石英粉、化石粉、云母粉等，當(dāng)干粉噴射到燃燒區(qū)后，細(xì)小的干粉顆粒跟自由基碰撞，從而使自由基的能量大大降低，失去活性，阻斷了鏈鎖反應(yīng)的進(jìn)行，達(dá)到迅速滅火的目的。在分析燃燒速率影響因素時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何強(qiáng)化燃燒，如從提高溫度和加強(qiáng)氣流混合兩方面來考慮，可以采用煙氣預(yù)熱燃?xì)夂涂諝饣驅(qū)⑷紵a(chǎn)生的部分高溫?zé)煔饣亓鱽硖岣呋鹧鎮(zhèn)鞑サ乃俣龋M(jìn)而提高燃燒溫度，既可使燃燒得到強(qiáng)化，又能夠提高燃燒設(shè)備的熱效率，也可以采用旋轉(zhuǎn)氣流來提高氣流混合的強(qiáng)度，進(jìn)而極大地提高燃燒速度。學(xué)習(xí)氣體燃料燃燒的著火理論時(shí)，聯(lián)系礦井中的瓦斯爆炸、易燃易爆品的存放等講解。如瓦斯爆炸，這是我國煤礦生產(chǎn)中最常見的災(zāi)害事故，不僅造成了大量的人員傷亡，而且嚴(yán)重摧毀了井巷設(shè)施，中斷了生產(chǎn)，甚至引起了煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、井巷垮塌等二次事故。大量的瓦斯爆炸事故表明，礦井瓦斯爆炸必須滿足以下三個(gè)條件：瓦斯?jié)舛取⒁欢ǖ囊饻囟群脱鯕獾臐舛龋⑶倚枰咄瑫r(shí)具備，因此預(yù)防瓦斯爆炸的措施就是防止瓦斯的積聚和杜絕或限制高溫?zé)嵩吹某霈F(xiàn)，同時(shí)還需要從思想上提高每個(gè)人對(duì)瓦斯爆炸及防治的認(rèn)識(shí)。在講到氣體燃料的擴(kuò)散燃燒和動(dòng)力燃燒時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生分析早期的煤氣燈和本生燈的燃燒原理，并讓學(xué)生查閱火炬的燃燒原理等。介紹燃燒污染物控制時(shí)，讓學(xué)生查閱燃煤鍋爐中脫硫、脫銷以及二氧化碳減排和儲(chǔ)存方面的最新技術(shù)等。采用啟發(fā)式教學(xué)和研討式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、理論聯(lián)系實(shí)際的能力和素養(yǎng)。

（二）注重實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和時(shí)間根據(jù)課堂教學(xué)來安排。如課堂講授預(yù)混燃燒、非預(yù)混燃燒等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)結(jié)合本生燈實(shí)驗(yàn)講授相關(guān)內(nèi)容；也可通過演示和購置各種燃燒設(shè)備模型，供學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀摩、研究，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理的認(rèn)識(shí)；還可以借用科研實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，建立學(xué)生課外學(xué)習(xí)第二課堂，組織部分學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)參與到科研工作中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)科研的有機(jī)結(jié)合，切實(shí)提高學(xué)生的綜合能力。

增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解或參與到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目、科研項(xiàng)目中，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。增加新燃燒設(shè)備的演示，使教學(xué)內(nèi)容具有新穎性和時(shí)代感，使學(xué)生貼近工程實(shí)際和現(xiàn)實(shí)生活。

總之，在教學(xué)過程中，要將書本中的理論和實(shí)際相聯(lián)系，讓所學(xué)的知識(shí)能夠融會(huì)貫通，并讓學(xué)生感受到知識(shí)的實(shí)用性。

五、結(jié)論

通過案例分析和實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用可以使學(xué)生對(duì)于專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)更加深刻，對(duì)學(xué)科學(xué)習(xí)更加有信心，參加學(xué)科競(jìng)賽的積極性更加強(qiáng)烈，為學(xué)生以后從事燃燒系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制，防治和減少燃燒排放物對(duì)環(huán)境污染，等等方面的工作打下必要的基礎(chǔ)，使學(xué)生能夠很快適應(yīng)工廠企業(yè)的發(fā)展要求，使企業(yè)的燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)更加完善，提高企業(yè)能源利用效率，對(duì)于節(jié)能降耗和減少污染，促進(jìn)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

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