制冷技術(shù)基礎(chǔ)理論課程教學(xué)大綱編寫(xiě)思路

王鑫特

(北京市工貿(mào)技師學(xué)院機(jī)電分院,北京 102206)

0 引言

隨著制冷技術(shù)的蓬勃發(fā)展，制冷專(zhuān)業(yè)各層次學(xué)生日益增多，如何做好制冷專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課教學(xué)，使學(xué)生在就業(yè)崗位得心應(yīng)手、游刃有余，顯得尤其重要。筆者結(jié)合目前各級(jí)院校實(shí)際情況和制冷技術(shù)發(fā)展水平，對(duì)如何制定編寫(xiě)《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》這門(mén)課的教學(xué)大綱進(jìn)行了探討，同時(shí)也對(duì)如何有效地開(kāi)展該課程的教學(xué)提出了一些合理化建議。

1 課程性質(zhì)

制冷技術(shù)基礎(chǔ)理論課程大綱的制定應(yīng)該結(jié)合各級(jí)學(xué)校學(xué)科教學(xué)實(shí)際和學(xué)生接受水平，即立足專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，又結(jié)合具體實(shí)際。作為制冷學(xué)科一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課程，《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》這門(mén)課，學(xué)生應(yīng)理解制冷專(zhuān)業(yè)基本概念，各種制冷方法的基本原理和主要結(jié)構(gòu)，制冷劑的相關(guān)常識(shí)；著重掌握目前應(yīng)用較廣泛的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)基本原理和熱力計(jì)算，多級(jí)壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)的基本知識(shí)，以及典型吸收式制冷機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)。

2 課程目標(biāo)

本課程的目標(biāo)針對(duì)不同級(jí)別的院校側(cè)重點(diǎn)不同。職業(yè)院校制冷技術(shù)基礎(chǔ)的授課目標(biāo)首先要熟知制冷專(zhuān)業(yè)的基本概念，能夠區(qū)分和運(yùn)用制冷術(shù)語(yǔ)進(jìn)行簡(jiǎn)單必要的溝通和交流?；靖拍钍侵评涑鯇W(xué)者入門(mén)所需必須掌握的，這對(duì)于學(xué)生正確掌握和理解制冷學(xué)科的知識(shí)至關(guān)重要。其次，要理解各種制冷方法的基本原理和主要結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)應(yīng)用各種制冷方法，以至可以進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。理論和實(shí)踐初結(jié)合，如何運(yùn)用制冷基本原理和方法進(jìn)行簡(jiǎn)單分析和研發(fā)，學(xué)生應(yīng)知應(yīng)會(huì)。再次，要熟悉兩種主要的制冷方法，分別是蒸汽壓縮式制冷循環(huán)和溴化鋰吸收式制冷機(jī)。第一，能夠運(yùn)用蒸汽壓縮式制冷循環(huán)(單級(jí)、多級(jí)、復(fù)疊、熱泵)原理對(duì)實(shí)際制冷裝置進(jìn)行定性分析和定量熱力計(jì)算，這是對(duì)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)最關(guān)鍵、最核心的要求。另外，應(yīng)該了解制冷劑的相關(guān)常識(shí)，能夠選擇并正確使用制冷劑，我國(guó)目前普冷領(lǐng)域使用較多的仍然是蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，而工質(zhì)即時(shí)我們這里所說(shuō)的制冷劑。因此，熟知各種制冷劑的性質(zhì)和操作注意事項(xiàng)對(duì)于各位即將步入職場(chǎng)的職業(yè)院校學(xué)生尤為重要。第二，明白溴化鋰吸收式制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，可以運(yùn)用其理論知識(shí)正確操作和使用吸收式制冷機(jī)。溴化鋰吸收式制冷機(jī)廣泛應(yīng)用于各大型中央空調(diào)中，比較符合各級(jí)職業(yè)院校的就業(yè)定位，所以學(xué)生應(yīng)該熟練掌握此部分知識(shí)。

3 課程內(nèi)容

本課程內(nèi)容主要分為九個(gè)部分，分別是：(1)熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)；(2)熱力學(xué)定律；(3)熱力過(guò)程和熱力循環(huán)；(4)傳熱學(xué)；(5)濕空氣的物理性質(zhì)；(6)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)；(7)吸收式制冷機(jī)；(8)制冷劑；(9)制冷方法。

3.1 熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)

熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)主要應(yīng)該講解集態(tài)和狀態(tài)、熱力學(xué)參數(shù)的分類(lèi)、狀態(tài)參數(shù)的分類(lèi)及各主要參數(shù)的概念。這部分內(nèi)容設(shè)置的目的主要是讓學(xué)生學(xué)會(huì)區(qū)分和描述集態(tài)和狀態(tài)，從而為后續(xù)制冷原理的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。而熱力學(xué)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)概念的講解對(duì)于理解制冷過(guò)程及其計(jì)算必不可少。

3.2 熱力學(xué)定律

熱力學(xué)定律是工程熱力學(xué)中的經(jīng)典內(nèi)容，對(duì)于同屬于動(dòng)力工程及工程熱物理的制冷專(zhuān)業(yè)來(lái)講，這部分內(nèi)容也是進(jìn)行制冷系統(tǒng)計(jì)算的基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容主要包括三個(gè)熱力學(xué)定律：分別是熱力學(xué)第零定律，熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第零定律是溫度測(cè)量的原理；熱力學(xué)第一定律向我們?cè)忈屃四芰俊傲俊敝g的關(guān)系；而第二定律則向我們解釋了能量“品質(zhì)”的問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，“量”保持守恒，“質(zhì)”可能出現(xiàn)貶值。而這恰恰明晰了蒸汽壓縮式制冷的循環(huán)過(guò)程，是進(jìn)行制冷系統(tǒng)分析和計(jì)算的依據(jù)。量的守恒和質(zhì)的變化構(gòu)成了熱力學(xué)定律的基礎(chǔ)，揭示了熱、功轉(zhuǎn)換的本質(zhì)規(guī)律。

3.3 熱力過(guò)程和熱力循環(huán)

熱力過(guò)程和熱力循環(huán)可以作為高職院校選講的內(nèi)容。熱力過(guò)程中可逆過(guò)程及其實(shí)質(zhì)是學(xué)生應(yīng)該理解的重點(diǎn)。熱力循環(huán)應(yīng)該學(xué)會(huì)區(qū)分熱機(jī)循環(huán)和制冷循環(huán)，分別掌握其典型循環(huán)。而最典型理論循環(huán)—卡諾循環(huán)更應(yīng)該是教學(xué)重點(diǎn)?？ㄖZ循環(huán)是最典型的熱機(jī)循環(huán)，逆卡諾循環(huán)是最典型的制冷循環(huán)。兩種循環(huán)都是理想循環(huán)，是不可能實(shí)現(xiàn)的?？ㄖZ定理是針對(duì)卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)的定性判斷，可以作為定性分析制冷循環(huán)和熱機(jī)循環(huán)的理論依據(jù)和判據(jù)。

3.4 傳熱學(xué)

傳熱學(xué)部分，學(xué)生首先要了解熱傳遞三種基本方式及其機(jī)理，這是掌握這部分內(nèi)容的基礎(chǔ)。其次要掌握各換熱方式的計(jì)算方法：導(dǎo)熱、對(duì)流換熱和熱輻射。導(dǎo)熱部分的計(jì)算主要清楚一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式(平板、圓管)，理解各參數(shù)的物理意義和影響因素。制冷設(shè)備多以圓管為基本結(jié)構(gòu)，而用冷場(chǎng)合的冷負(fù)荷計(jì)算過(guò)程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)多以平壁為主。所以這兩種結(jié)構(gòu)形式的導(dǎo)熱公式對(duì)于制冷系統(tǒng)的定性分析和定量計(jì)算更為基礎(chǔ)。對(duì)流換熱部分主要掌握牛頓冷卻公式，了解相似準(zhǔn)則數(shù)。牛頓冷卻公式是進(jìn)行對(duì)流換熱計(jì)算的關(guān)鍵公式，而確定對(duì)流換熱系數(shù)則需要用到相似準(zhǔn)則數(shù)，這都是制冷系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)流換熱計(jì)算的關(guān)鍵。熱輻射這部分內(nèi)容我們需要掌握黑體的四次方定律，這是熱輻射計(jì)算公式中最簡(jiǎn)單的一個(gè)，也是用得最多的。另外，基爾霍夫定律是連接黑體和灰體及發(fā)射和吸收的關(guān)鍵橋梁，教學(xué)過(guò)程應(yīng)該有所提及。同樣，熱輻射部分可以作為選講。再次，應(yīng)該掌握換熱器，會(huì)進(jìn)行傳熱系數(shù)和熱阻的簡(jiǎn)單計(jì)算，明白傳熱系數(shù)和熱阻的關(guān)系，可以對(duì)簡(jiǎn)單傳熱過(guò)程做分析；重點(diǎn)掌握制冷系統(tǒng)(蒸汽壓縮制冷循環(huán))常用換熱器典型結(jié)構(gòu)。要求較高的中等職業(yè)院校和高等職業(yè)院校還應(yīng)該會(huì)對(duì)換熱器進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。

3.5 濕空氣的物理性質(zhì)

濕空氣的物理性質(zhì)部分學(xué)生應(yīng)該主要掌握三個(gè)溫度，三個(gè)濕度和焓濕圖及其軟件的使用。第一，理解干球溫度、濕球溫度和露點(diǎn)溫度的基本概念和原理，這是進(jìn)行空氣側(cè)調(diào)節(jié)的理論基礎(chǔ)；第二，理解絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和含濕量的基本概念及其影響因素；這是空氣側(cè)調(diào)節(jié)的方法基礎(chǔ)；第三，學(xué)會(huì)根據(jù)已知條件查詢(xún)相關(guān)參數(shù)，可以在焓濕圖上比較干球溫度、濕球溫度和露點(diǎn)溫度，會(huì)使用焓濕圖軟件，這是進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)際的必要技能基礎(chǔ)。

3.6 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)

蒸汽壓縮式制冷循環(huán)主要包括單級(jí)、多級(jí)、復(fù)疊和熱泵循環(huán)，這部分理論知識(shí)緊密貼合當(dāng)今我國(guó)生產(chǎn)實(shí)際，需要學(xué)生務(wù)必重視。其中單級(jí)制冷循環(huán)需要學(xué)生掌握理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)，會(huì)畫(huà)lgP-h圖，可以進(jìn)行定性分析，會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。這些內(nèi)容是學(xué)習(xí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的紐帶，承上啟下，根據(jù)熱力學(xué)基礎(chǔ)，分析蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)，又可以為分析實(shí)際和雙級(jí)、復(fù)疊式制冷循環(huán)乃至熱泵循環(huán)奠定理論根基，是目前制冷技術(shù)基礎(chǔ)這門(mén)學(xué)科學(xué)習(xí)的核心所在。

3.7 吸收式制冷機(jī)

吸收式制冷機(jī)需要掌握吸收式制冷機(jī)的原理、常用工質(zhì)對(duì)及常用的溴化鋰吸收式制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)原理。吸收式制冷機(jī)用溶液的正循環(huán)實(shí)現(xiàn)了制冷劑的逆循環(huán)，滿(mǎn)足熱力學(xué)第二定律，以消耗熱能為代價(jià)，能量交換滿(mǎn)足熱力學(xué)第一定律。單效和雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)原理歷來(lái)是本課程教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生應(yīng)該會(huì)畫(huà)出單效和雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的流程示意圖，其中單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)流程圖是重中之重。

3.8 制冷劑

制冷劑部分學(xué)生主要應(yīng)該掌握制冷劑基本要求及其替代，并熟知一些常用制冷劑及其性質(zhì)和操作方法。此外，載冷劑和冷凍油的作用及選用也應(yīng)該作為基礎(chǔ)知識(shí)有所了解。

3.9 制冷方法

盡管目前市場(chǎng)上主要應(yīng)用的制冷方法是蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，但是諸如空氣壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、熱電制冷、熱聲制冷和磁制冷技術(shù)也日趨成熟，尤其是空氣壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷已經(jīng)非常完善，學(xué)生應(yīng)該重點(diǎn)理解并掌握。針對(duì)其他方法學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣自主選學(xué)部分內(nèi)容。

4 課時(shí)安排

制冷技術(shù)基礎(chǔ)課程具體的課時(shí)建議安排參見(jiàn)表1。

表1 制冷技術(shù)基礎(chǔ)課程具體課時(shí)安排

序號(hào) 《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容與要求參考學(xué)時(shí)8制冷劑制冷劑基本要求及替代了解制冷劑基本要求及其替代2常用制冷劑掌握常用制冷劑2載冷劑掌握載冷劑要求及常用載冷劑2冷凍機(jī)油掌握冷凍機(jī)油的作用及選用29制冷方法空氣壓縮式制冷了解空氣壓縮式制冷循環(huán)原理2蒸汽噴射式制冷了解空氣噴射式制冷循環(huán)原理2熱電制冷了解熱電制冷原理2熱聲制冷了解熱聲制冷原理2磁制冷了解磁制冷原理210復(fù)習(xí)和習(xí)題課本書(shū)主要內(nèi)容復(fù)習(xí)題2總計(jì)72

5 教學(xué)實(shí)施建議

(1)教材應(yīng)配備彩色lgP-h圖，焓濕圖，供教學(xué)過(guò)程中學(xué)生查詢(xún)。專(zhuān)業(yè)理論教師和教室應(yīng)該配備上述教學(xué)用圖，供教學(xué)使用。

(2)教材盡量配備圖片和模型軸測(cè)圖，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教師應(yīng)該廣泛搜集資料，備課供教學(xué)使用。教材盡量配有電子課件，方便教師教學(xué)和學(xué)生自學(xué)。

(3)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)教師主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)意識(shí)，積極開(kāi)展反轉(zhuǎn)課堂和學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)模式，教材應(yīng)配有選學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以自學(xué)。

(4)學(xué)校如果不開(kāi)設(shè)流體力學(xué)專(zhuān)門(mén)課程，應(yīng)該適當(dāng)增加課時(shí)將流體力學(xué)課程中與制冷相關(guān)的主要內(nèi)容并入本課程授課。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，《制冷技術(shù)基礎(chǔ)》 是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課，它對(duì)于深化學(xué)生工學(xué)理論基礎(chǔ)，更好地貫徹理工科學(xué)生的學(xué)習(xí)思想和思維能力起到很好的促進(jìn)作用。通過(guò)這門(mén)理論課的學(xué)習(xí)，也可以為各層級(jí)學(xué)生的制冷專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和從業(yè)之路建立堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和能力本源，為本專(zhuān)業(yè)學(xué)生今后進(jìn)一步深造和鉆研指明了方向和研究方法。本課程大綱的制定正是在基于以上課程教學(xué)目的編寫(xiě)的，對(duì)于各層級(jí)的學(xué)生知識(shí)和能力水平具有很好的提升作用，也為本專(zhuān)業(yè)教師的教科研和教學(xué)材料的撰寫(xiě)起到了拋磚引玉的示范作用。