工程熱力學(xué)第十章蒸汽動力裝置循環(huán)教案?一、教學(xué)目標(biāo)1.知識目標(biāo)讓學(xué)生了解蒸汽動力裝置循環(huán)的基本組成和工作原理。熟悉朗肯循環(huán)的流程、各熱力過程及相關(guān)參數(shù)計算。掌握提高朗肯循環(huán)熱效率的方法及其原理。了解實際蒸汽動力裝置循環(huán)與理想循環(huán)的差異及改進(jìn)措施。2.能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生運用工程熱力學(xué)知識分析蒸汽動力裝置循環(huán)問題的能力。提高學(xué)生進(jìn)行熱力循環(huán)計算和性能分析的技能。3.素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和工程思維，增強其解決實際工程問題的能力。通過對能源利用和動力循環(huán)的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的節(jié)能意識和社會責(zé)任感。二、教學(xué)重難點1.教學(xué)重點朗肯循環(huán)的工作過程、Ts圖及熱效率計算。提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑。2.教學(xué)難點實際蒸汽動力裝置中不可逆因素對循環(huán)性能的影響分析。結(jié)合工程實際，引導(dǎo)學(xué)生理解如何優(yōu)化蒸汽動力裝置循環(huán)以提高能源利用效率。三、教學(xué)方法1.講授法：系統(tǒng)講解蒸汽動力裝置循環(huán)的基本概念、原理和相關(guān)知識，使學(xué)生建立起完整的知識體系。2.直觀演示法：通過繪制Ts圖、動畫演示等方式，直觀展示蒸汽動力裝置循環(huán)的工作過程，幫助學(xué)生理解抽象的熱力過程。3.案例分析法：引入實際工程案例，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識進(jìn)行分析和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。4.討論法：組織學(xué)生討論提高循環(huán)熱效率的方法、實際循環(huán)與理想循環(huán)的差異等問題，激發(fā)學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作。四、教學(xué)過程（一）課程導(dǎo)入（5分鐘）通過播放一段火力發(fā)電廠蒸汽動力裝置運行的視頻，展示蒸汽動力裝置在現(xiàn)代能源生產(chǎn)中的重要作用，引出本節(jié)課的主題蒸汽動力裝置循環(huán)。提問學(xué)生觀察到的蒸汽動力裝置的主要組成部分和工作流程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心。（二）知識講解（30分鐘）1.蒸汽動力裝置循環(huán)概述介紹蒸汽動力裝置循環(huán)的基本組成，包括鍋爐、汽輪機、冷凝器和給水泵等主要設(shè)備。闡述蒸汽動力裝置循環(huán)的工作原理：燃料在鍋爐中燃燒，將水加熱成高溫高壓蒸汽，蒸汽進(jìn)入汽輪機膨脹作功，帶動發(fā)電機發(fā)電，作功后的乏汽進(jìn)入冷凝器被冷卻凝結(jié)成水，再由給水泵送回鍋爐，完成一個循環(huán)。2.朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)的流程：詳細(xì)講解朗肯循環(huán)的四個基本熱力過程（定壓加熱過程、絕熱膨脹過程、定壓放熱過程、絕熱壓縮過程），結(jié)合Ts圖進(jìn)行分析，使學(xué)生清楚了解每個過程中工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化。各熱力過程分析定壓加熱過程（12）：在鍋爐中，水定壓加熱變成過熱蒸汽，此過程中工質(zhì)吸收的熱量為$q_1=h_2h_1$，其中$h_1$和$h_2$分別為水和過熱蒸汽的焓。絕熱膨脹過程（23）：過熱蒸汽在汽輪機中絕熱膨脹作功，其焓值從$h_2$降低到$h_3$，對外輸出的功為$w_t=h_2h_3$。定壓放熱過程（34）：乏汽在冷凝器中定壓放熱凝結(jié)成水，放出的熱量為$q_2=h_3h_4$，$h_4$為凝結(jié)水的焓。絕熱壓縮過程（41）：給水泵將凝結(jié)水絕熱壓縮送回鍋爐，消耗的功為$w_p=h_1h_4$。朗肯循環(huán)的熱效率計算：推導(dǎo)朗肯循環(huán)熱效率的計算公式$\eta_{R}=\frac{w_{net}}{q_1}=\frac{h_2h_3(h_1h_4)}{h_2h_1}$，并通過具體例題計算，讓學(xué)生掌握熱效率的計算方法。（三）提高朗肯循環(huán)熱效率的方法（20分鐘）1.提高初溫分析提高蒸汽初溫對循環(huán)熱效率的影響：提高初溫可使循環(huán)平均吸熱溫度升高，在相同的放熱溫度下，熱效率提高。結(jié)合實際情況，說明提高初溫的限制因素：受到金屬材料耐高溫性能的制約，過高的初溫會導(dǎo)致金屬材料性能惡化，影響設(shè)備安全運行。2.提高初壓講解提高蒸汽初壓對循環(huán)熱效率的作用：提高初壓可增加循環(huán)的平均吸熱溫度和作功能力，從而提高熱效率。同時指出提高初壓帶來的問題及解決措施：提高初壓會使乏汽干度降低，可能導(dǎo)致汽輪機末級葉片侵蝕等問題。可采用再熱循環(huán)等方法來解決，即在汽輪機中間某一級抽出部分蒸汽進(jìn)行再熱，提高乏汽干度。3.降低排汽壓力分析降低排汽壓力對循環(huán)熱效率的影響：降低排汽壓力可使循環(huán)平均放熱溫度降低，熱效率提高。說明降低排汽壓力的實際困難：受到環(huán)境溫度、冷卻介質(zhì)條件等限制，過度降低排汽壓力會增加設(shè)備投資和運行成本。（四）實際蒸汽動力裝置循環(huán)（15分鐘）1.實際循環(huán)與理想循環(huán)的差異指出實際蒸汽動力裝置循環(huán)中存在的不可逆因素，如蒸汽在管道中的流動阻力、汽輪機和泵內(nèi)的摩擦損失、鍋爐和冷凝器中的傳熱溫差等。分析這些不可逆因素對循環(huán)性能的影響，如使循環(huán)熱效率降低、作功能力損失等。2.實際循環(huán)的改進(jìn)措施介紹為減少實際循環(huán)中的不可逆損失所采取的措施，如采用高效保溫材料減少管道散熱損失、優(yōu)化汽輪機和泵的設(shè)計以降低內(nèi)部摩擦損失、采用回?zé)嵫h(huán)提高給水溫度等。通過具體案例分析，讓學(xué)生了解實際工程中如何綜合運用這些措施來提高蒸汽動力裝置的性能。（五）課堂小結(jié)（5分鐘）1.回顧蒸汽動力裝置循環(huán)的基本組成、朗肯循環(huán)的工作過程、Ts圖及熱效率計算方法。2.總結(jié)提高朗肯循環(huán)熱效率的主要途徑及其原理。3.強調(diào)實際蒸汽動力裝置循環(huán)與理想循環(huán)的差異及改進(jìn)措施的重要性。（六）課堂練習(xí)（10分鐘）布置幾道與蒸汽動力裝置循環(huán)相關(guān)的練習(xí)題，包括朗肯循環(huán)熱效率計算、分析提高熱效率的方法等，讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行練習(xí)，鞏固所學(xué)知識。教師巡視指導(dǎo)，及時解答學(xué)生的疑問。（七）課后作業(yè)（5分鐘）1.計算一個給定參數(shù)的朗肯循環(huán)的熱效率，并分析提高該循環(huán)熱效率10%的可行方法。2.查閱資料，了解一種新型蒸汽動力裝置循環(huán)的特點和優(yōu)勢，并與朗肯循環(huán)進(jìn)行比較。五、教學(xué)資源1.教材：選用權(quán)威的工程熱力學(xué)教材，如《工程熱力學(xué)》（第六版，沈維道、童鈞耕主編）。2.多媒體課件：制作包含文字、圖片、動畫等豐富內(nèi)容的多媒體課件，輔助教學(xué)過程。3.教學(xué)視頻：收集蒸汽動力裝置運行的視頻、朗肯循環(huán)動畫演示視頻等，增強教學(xué)的直觀性和趣味性。六、教學(xué)評估1.課堂表現(xiàn)：觀察學(xué)生在課堂上的參與度、回答問題的情況、與同學(xué)的互動等，及時給予鼓勵和指導(dǎo)，記錄學(xué)生的課堂表現(xiàn)。2.作業(yè)評估：認(rèn)真批改學(xué)生的課后作業(yè)，根據(jù)作業(yè)完成情況評估學(xué)生對知識的掌握程度，針對學(xué)生存在的問題進(jìn)行個別輔導(dǎo)或在課堂上進(jìn)行集中講解。3.考試評估：在課程結(jié)束后，通過期末考試全面評估學(xué)生對蒸汽動力裝置循環(huán)相關(guān)知識的理解、掌握和應(yīng)用能力，考試題型包括選擇題、填空題、計算題、分析題等，以確保評估的全面性和客觀性。七、教學(xué)反思通過本次課程的教學(xué)，學(xué)生對蒸汽動力裝置循環(huán)有了較為系統(tǒng)的認(rèn)識，掌握了朗肯循環(huán)的基本原理和熱效率計算方法，以及提高循環(huán)熱效率的途徑。在教學(xué)過程中，采用多種教學(xué)方法相結(jié)合，如直觀演示、案例分析、討論法等，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興