成果导向模式的传热学教学改革及实践研究

传热学是建筑环境与能源应用工程专业重要的专业基础类课程。根据工程教育认证要求和成果导向理念,以传热学课程为研究对象,结合近几年课程教学效果及现状,研究了传热学课程的教学目标和目标达成度计算方法;从工程知识、问题分析和研究能力分别开展相应的教学方法改革,注重理论教学联系工程实际,以及学生团队协作和解决复杂工程问题能力的培养;对课程产出效果进行了分析,发现工程知识、问题分析和研究能力课程目标的达成度分别为0.77、0.68和0.8;建立持续改进机制,确保教学改革始终与毕业要求密切结合。研究成果为工程教育认证背景下传热学课程教学改革和课程质量标准修订提供参考。     

太阳能蓄热式供暖系统的实验研究

结合淮河流域、黄淮以及长江以北地区的气候特征,设计了单纯依靠太阳能进行供热的系统,并在徐州冬季12月和1月进行了实验研究。研究表明:采用无辅助热源的蓄热式太阳能供暖系统完全可以满足该地区的供暖要求,技术上可行。该研究为上述地区太阳能单独供热提供了参考和依据,同时对太阳能供热和常规供热进行了经济性比较,分析了太阳能供热高成本的原因。     

将基础数学物理知识融入“工程热力学”教学中的探索

"工程热力学"作为能源动力类专业的核心基础课程,对于后续专业课程的学习和研究能源的高效转换利用具有重要的学习意义和实际应用价值。提出注重数学、物理知识在"工程热力学"教学中的引导作用,构筑基础数理知识与"工程热力学"课程有机结合的教学方法,强化学生对热力学中抽象概念、过程的理解和领会,加深对热力学基本规律的认知和把握,以提高和改善"工程热力学"课程的教学效果。     

湿度差驱动下溶液蒸发冷冻过程中冰体的发展规律

针对湿度(绝对湿度)差驱动下溶液的蒸发冷冻过程进行了分析研究,在热质平衡理论的基础上,考虑溶液表面冰体的形面变化特征,建立了蒸发冷冻过程中溶液表面冰体生长的热力学非稳态模型,分析了不同蒸发冷冻时刻,气-液界面间湿度(绝对湿度)差、气流速度以及气-液界面间质扩散对溶液表面冰体发展分布的影响,研究表明湿度(绝对湿度)差、气流速度和质扩散系数对溶液的蒸发冷冻作用明显。该理论模型及研究结果为强化湿度差驱动下溶液的蒸发冷冻及工程应用提供了理论指导和依据。     

临界条件(0℃)下溶液蒸发冷冻过程中的传质规律

通过对相际间力学特性的分析,结合湍流的流动特征,考虑了冰体存在孔隙和毛细作用,给出了临界条件(0℃)湿度差驱动下溶液蒸发冷冻过程中的质扩散分析模型,并对溶液在不同状态下(液态、液固共存和固态)气流界面间的质扩散变化规律进行了研究,结果表明,随着溶液从液态向固态的转变,其表面质扩散系数逐渐减小,即表面质扩散能力逐渐减弱,因此,对于溶液自身蒸发冻结过程而言,为了强化溶液表面的质传递和冻结,应控制冻结过程中溶液表面的结冰状况。这一研究结果为蒸发冷冻传质的研究以及强化蒸发冻结的工程应用提供了理论指导和参考。     

超声波对液滴冻结状态及传热的影响

超声波辅助冻结在食品、医疗及生物化学等领域得到了广泛的应用,为了明确超声波对溶液冻结过程中液固比例、孔隙率的影响,揭示冻结过程中热量的传递规律,在液滴冻结状态实验观测的基础上,结合声学及热质传递理论,建立了超声波液滴冻结理论模型,分析了超声波对液滴冻结状态的影响,比较了超声空化效应所引起的传质散热量和超声热效应引起的产热量的大小关系。结果表明:超声波有助于液滴表面的气泡逸出,气泡逸出率越大冻结过程中液固比例越小;当气泡逸出率一定时,液滴越小冻结过程中的孔隙率越大;超声波一定时,逸出率越小冻结过程中的孔隙率越大;对于冷却冻结过程,不同频率和强度的超声波存在合理的超声波加载时间。     

蓄热与释热过程中地层温度分布规律的研究

通过对跨季节地源热泵系统的分析,在能量平衡和传热方程的基础上,建立了地层蓄热与释热的非稳态计算模型。分析了地层在蓄热与释热过程中,地下温度场的变化规律;比较了距离埋管不同位置处,沿深度方向的温度分布。研究表明,实际运行中,地层蓄热比地层释热的影响区域大;蓄热时,深部地层的温度低于靠近地表处地层的温度;地层释热时,深部地层的温度高于接近地表处地层的温度。     

深部地下空间热湿环境调控虚拟仿真实验教学系统的构建

虚拟仿真实验是将信息技术融入实验教学项目、提升实验教学质量和水平的重要举措,被列为教育部推出的5类国家“金课”之一,在创新人才培养方面发挥着重要作用。紧密依托学科优势和科研特色,基于“学生中心、自主交互”+“虚实结合、相互补充”+“科研前沿、特色明显”的设计理念,坚持需求和问题导向创新实验教学模式,将特色研究成果转化为实验教学资源,构建了“模块化+层次化+碎片化”的地下空间热湿环境调控虚拟仿真系统。学生可不受时间和地点限制,自主开展“沉浸式体验+专业化学习+交互式操作+全程化考核”线上虚拟仿真实验,弥补传统实体教学资源的不足,丰富实验教学手段和资源,提高学生动手实践及解决复杂工程问题的能力,有效提升人才培养的成效。     

建环专业中外合作办学人才培养模式探索与实践——以中国矿业大学中澳合作项目为例

中外合作办学项目是高校国际化办学的一种重要形式,是双一流背景下引进国外优质教学资源,提高国际影响力和知名度的重要举措。以中国矿业大学和皇家墨尔本理工大学合作举办建筑环境与能源应用工程本科项目为例,介绍了项目进展、项目建设目标和项目人才培养模式的特色。对合作办学专业学制设置、培养方案和课程体系制定、师生交流互访机制、师资队伍国际化建设,以及协同管理体制做了有益探索和实践,并取得良好成效。该合作办学培养模式的创新和实践可为其他中外合作办学项目提供借鉴和参考。     

超声波作用下液滴的冷却冻结规律

超声波液体辅助冻结在食品、海水淡化及冰蓄冷等方面的应用得到了广泛关注。结合声场理论,在对液滴界面处热质传递分析的基础上,建立了超声波作用下的液滴冷却冻结数学模型,讨论了不同超声波频率、强度及作用时间对液滴界面处热质传递的影响,得到了超声波作用下液滴的冷却冻结规律。结果表明：超声波作用下界面处的传质系数随着超声波强度的增加而增大,但随超声波频率的增加而减小;在液滴冷却冻结过程中,质量传递与热量传递的方向相同,液滴的冷却冻结在超声波作用下得到了强化。在超声波频率为20000 Hz（强度为400 W·m^-2）,经过相同的时间（60 s）,超声波作用下的液滴温度比无超声作用的温度低2.0~2.5℃。研究将有助于深入理解超声波辅助冷却冻结机理,并为其工程应用提供了指导和参考。