想方設(shè)法，講好《燃燒理論》課

摘 要：《燃燒理論》課程內(nèi)容繁雜，難點多，學生普遍反映此課難學、難懂。教師也感到此課難講。本人教授此課九年，感到要講好此課，首先要認清此課知識的基本構(gòu)成，要分清哪些是基本點，哪些是難點。只有對此課程有一清楚的宏觀認識，才能真正講清楚。另外，采用多媒體，啟發(fā)學生討論，多舉例，也有助于學生理解。關(guān)鍵詞：燃燒 基本知識 多媒體 討論中圖分類號：G424.1

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3791（2013）07（b）-0202-02《燃燒理論》是一門內(nèi)容豐富、實用性很強的學科。內(nèi)容豐富一是因為燃料種類繁多，比如油料、煤炭、氣體燃料等；二是因為燃料聚集形式多種多樣，比如氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)等。三是因為燃料在燃燒時，所處燃燒環(huán)境、點火形式、點火強度的不同、使得燃料的著火過程、燃燒形式與燃燒速度發(fā)生很大變化。實用性很強是因為在實際生產(chǎn)與生活實踐中經(jīng)常遇到與燃燒相關(guān)的問題，比如發(fā)動機、鍋爐、點火器、各種燃燒器。人們?yōu)榱藢Υ诉M行深入研究，建立了許多專門的燃燒理論學科，比如瓦斯的燃燒與爆炸、氣缸發(fā)動機的燃燒、噴氣式發(fā)動機的燃燒、煤炭的燃燒、火藥的燃燒、火箭推進劑的燃燒、鍋爐等各種燃燒器理論。還有火災預防學科，它也是燃燒理論的一個專門學科。以上專門建立的燃燒理論?？疲謩e對其專門應用領(lǐng)域進行專門討論。它們分別適用于相應的專業(yè)。但是，《燃燒理論》所包含的一些基本知識，是每個專業(yè)都要掌握的。它們主要包括燃燒化學動力學，其闡述了燃燒的速度與化學反應機理之間的關(guān)系；燃燒學的物理基礎(chǔ)，解釋了燃燒過程中的物理過程，比如燃燒過程中的物質(zhì)和能量的輸運過程，給出了質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程，還可以得到組分守恒方程；、燃料的著火理論，分析了燃料著火的物理化學原理，給出物理模型，建立熱守恒方程，得出著火判據(jù)。另外還有火焰?zhèn)鞑ヅc穩(wěn)定的理論、氣體燃料的燃燒理論、液體燃料的燃燒理論、煤燃料的燃燒理論等。除了以上基本知識，彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)應主要關(guān)注火炸藥、推進劑的點火，燃燒與爆炸。1 對課程重難點的把握《燃燒理論》是彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該學科所包含的知識與本專業(yè)炸藥爆炸理論，起爆器材、煙火學、工業(yè)炸藥、爆炸安全技術(shù)與管理課程知識相關(guān)。學好燃燒理論課，有助于學生對那些知識的掌握，所以讓學生學好本課程很重要。雖然燃燒理論知識很多，但主要還是圍繞著評判是否會著火和計算燃燒速度。有許多物理模型和數(shù)學方法用于討論以上兩個問題。雖然有時推導過程復雜且難以理解，但它是本課程的基礎(chǔ)，應讓學生掌握其物理原理和數(shù)學推導原理[1]。在燃燒物理基礎(chǔ)一章里，質(zhì)量守恒、動量守恒、組分守恒、能量守恒是基本知識，而關(guān)于二維平板附面層假設(shè)、捷爾道維奇變換、相分界面上的邊界條件的斯蒂芬流數(shù)學推導是難點。在著火過程一章里，謝苗諾夫熱守恒建立、熱圖分析和熱自燃臨界條件的物理原理是基本知識，數(shù)學推導是難點。在氣體燃料的燃燒一章里，擴散燃燒、預混燃燒的物理原理和數(shù)學表述是基本知識，火焰結(jié)構(gòu)數(shù)學描述是難點。在液體燃料的燃燒一章里，霧化燃燒形成原理與物理模型建立是基本知識，燃燒速度計算是難點。在固體燃料的燃燒一章里，煤炭分類、煤炭燃燒過程、典型燃燒器結(jié)構(gòu)與工作原理是基本知識，燃燒速度計算是難點。爆炸物品種繁雜，大致可以分成火藥、炸藥、固體推進劑、液體推進劑等不同種類。而火藥又可分為點火藥、發(fā)煙藥、焰火藥；炸藥可分為起爆藥、猛炸藥、工業(yè)炸藥?；鹫ㄋ幍娜紵问娇煞譃闊岱纸?、緩慢燃燒、快速燃燒、爆炸、爆轟。所以爆炸物的燃燒一章知識很多。其中爆炸物分類及其燃燒特點是基本知識，燃燒壓力與燃燒速度計算的基本物理原理很重要，計算方程的數(shù)學簡化是難點。2 充分掌控授課計劃要上好《燃燒理論》課，教師除了要弄清其知識的基本構(gòu)成和和各章基本知識與難點外，還做好以下工作。2.1 認真?zhèn)湔n，最好采用電子課件，即多媒體，因為用多媒體以下好處（1）提高知識表達效率、表達質(zhì)量和知識傳授量?！度紵碚摗氛n程內(nèi)容多，板書速度慢，用電子課件可以快速展示。該課公式多、其中有一些數(shù)學推導過程復雜，用電子課件，可以推的更細，讓學生更易理解。另外，可以利用電子課件對一些難點與重點從不同角度反復說明，有利于學生領(lǐng)會。（2）可以方便地插入圖片、視頻，加強課件的表達能力?！度紵碚摗氛n程知識包括許多物理模型，比如質(zhì)量守恒、動量守恒、組分守恒、能量守恒、熱自然、強迫點燃、二維平板附面層、火焰結(jié)構(gòu)、射流結(jié)構(gòu)、圖表。在黑板上畫這些內(nèi)容要花許多時間，且難以說清楚。但是在電子課件中，就很容易展示在屏幕上。另外、可以通過動畫演示一些變化的過程，這些過程在過去有時很難讓學生在短時間內(nèi)理解，而用動畫，一看就懂。比如在講因氣流流速的增大，層流火焰發(fā)展成湍流火焰的過程，過去都是在黑板上畫一幅圖，縱坐標是氣流流速，橫坐標是雷諾數(shù)，在不同雷諾數(shù)處畫出相應火焰形狀，一幅圖要花五分鐘才能畫完。且因為圖是靜止的，難以讓學生理解?，F(xiàn)在通過動畫，將隨著流速的增大，火焰由層流發(fā)展成湍流火焰的動態(tài)過程連續(xù)展示，學生一看就明白。過去需要一節(jié)課講這些內(nèi)容，現(xiàn)在只需半節(jié)課，節(jié)省下的時間，可以讓學生討論，加深他們對知識的理解。比如，在講到噴氣式發(fā)動機工作原理時，就可以用一段動畫，演示空氣經(jīng)渦扇進入涵道，油霧燃燒，從而噴出高壓氣體的過程。2.2 給出專題，讓學生分組討論研究，激發(fā)學生學習積極性在教學過程中，注意就一些難點、重點、提出問題、讓學生分組討論。將討論內(nèi)容按照論點、論據(jù)、論證說明、結(jié)論四項，寫在電子課件中，并讓各組學生在下次上課時，選一代表上臺論述。隨后，引導全班同學就各組論述情況進行討論，最后教師分析總結(jié)；學生喜歡這種學習形式，有時他們在宿舍討論至深夜，并積極爭取上臺表述的機會。學生都說，這樣可發(fā)揮學生學習主動性，促進他們思考、論辯的能力[2]?？纱蟠蠹由钏麄儗λ鶎W知識的理解。比如，在講到斯蒂芬流形成原理與數(shù)學表述時，因為這部分知識比較抽象，學生一時難以理解，我就把學生分成五個組，每組五人，讓他們課后討論。在下次上課時，每個組分別上臺，結(jié)合電子課件，論述他們對此問題的理解。一個小組說，斯蒂芬流最主要的特點是發(fā)生在相分界面上，并且要物理化學過程和擴散過程同時發(fā)生。他一語道破了斯蒂芬流的關(guān)鍵點。另一組學生就書中所舉碳粒在純氧中燃燒和水蒸發(fā)兩例，說，在這兩個例子中，都是講物質(zhì)向上，離開相分界面。比如，碳粒在燃燒時，二氧化碳是離開碳粒而去。在水蒸發(fā)中，水蒸氣也是離開水面而去。但是，為了吸收異味，在冰箱中放置活性炭，也符合具備擴散與物理過程的條件，在相分界面上也可以用斯蒂芬流邊界條件與物質(zhì)守恒方程描述[3]。在這里，活性炭周圍的氣體，是進入活性炭里的，這與書中兩例不同。這個例子很新穎，從我各看到的基本燃燒理論和流體力學書中，從未見過。這表明，學生在此對斯蒂芬流有了較為深刻的認識。2.3 多舉實例，理論聯(lián)系實際，幫助學生理解現(xiàn)在學生參加社會實踐少、參加勞動也少、所以有時對許多在生活中本應耳熟能詳?shù)默F(xiàn)象毫無所知，這就要求教師多舉例，幫助他們理解。比如在講氣體燃料的預混燃燒和擴散燃燒時，一些同學難以理解，我就拿生活中常見的氣割槍舉例，工人在點氣割槍時，先開乙炔氣，不開氧氣。先打著火機，讓其在燒嘴口前部等待乙炔氣從槍口噴出，點燃后，形成擴散火焰，因為擴散火焰燃燒強度速度低，不會爆炸，比較安全。然后，再擰開氧氣閥，氧氣在燒嘴前與乙炔混合，形成預混燃氣。當其從燒嘴噴出后再燃燒，利用預混火焰的特點，達到較高燃燒速度和溫度，從而進行氣割和氣焊。有時工人在預熱工件時，故意減少氧氣流量，因為擴散燃燒火焰體積大、溫度低，對工件加熱效果更好。這樣，學生很容易就理解了擴散燃燒和預混燃燒理論。3 理論與實例相結(jié)合的授課方式有一次，在講熱自燃時，學生問我，前年秋后他家稻草堆不知為何，莫名其妙的自己先是冒煙、后來就燒掉了。我問他，著火前是否下過雨，他說著火前七、八天下過一場雨，我分析說，可能是因為雨水流入麥草堆內(nèi)部，導致其發(fā)酵，而發(fā)酵是放熱過程，當其中心部位的麥草熱生成大于其向外所散的熱量時，就著火了。另一位同學家在煤礦，他說見過煤堆自燃，我分析也是類似原因。我還用熱自燃理論，分析了在我國乳化炸藥生產(chǎn)線乳化工序發(fā)生的爆炸事故，也是由于乳化機工作異常，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過快，其內(nèi)物料因粘滯流動摩擦過度，使得物料溫度迅速上升；或在乳化前的水相或油相中混入硬雜質(zhì)，由于這些雜質(zhì)的摩擦，導致物料溫度上升，物料體系熱分解放熱，體系熱生成速度超過熱散失速度，熱分解加速，發(fā)展成燃燒，隨著燃燒速度加快，燃燒波陣面壓力增大，最后發(fā)展成沖擊波，從而發(fā)生爆炸事故?！度紵碚摗冯m然難學難教，但只要想方設(shè)法，認真準備，就一定能上好課，取得良好的授課效果。參考文獻[1]

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