“热质交换原理与设备”课程教学大纲的编制探讨

“热质交换原理与设备”课程教学大纲的编制探讨

摘要：“热质交换原理与设备”是建筑环境与能源应用工程专业必开的专业基础课程。如何制订“热质交换原理与设备”课程教学大纲，促进专业建设是专业教师需要思考的问题。本文以应用型本科院校为例，从课程性质、课程目标、课程内容、课程安排、课程考核和课程实施建议六个角度探讨应用型本科院校如何制定热质交换原理与设备课程教学大纲。

关键词：传质;传热;教学大纲;热质交换设备

热质交换原理与设备主要介绍工程中涉及的传热和传质理论，以及传热传质设备的热工计算。通过本课程学习，一方面可为学生学习后续专业课打下必要的知识基础，另一方面也使学生具有优化实际工程中的热质交换过程和提高热质交换设备运行效率的能力。因此，做好热质交换原理与设备课程的教学是非常重要的工作。课程教学大纲制订合理可为学生完成学习目标起到保驾护航的作用[1-2]。依据当前应用型普通本科院校建筑环境与能源应用工程专业学生的学习情况和热质交换技术发展的状况，针对如何制订“热质交换原理与设备”教学大纲的问题进行了探讨。为了更好地开展“热质交换原理与设备”课程的教学，本文也提出了几个具体可行的意见。

1 课程性质

热质交换原理与设备是建筑环境与能源应用工程专业的一门专业基础课，在整个课程体系里起着沟通理论课与专业课的桥梁作用[3-6]。对本门课进行学习，既可为后续的专业课储备理论基础，也可促进学生理论联系实际。“热质交换原理与设备”课程教学大纲的制订应该结合不同院校的实际情况。

2 课程目标

不同层次的学校，热质交换原理与设备课程目标的侧重点也应有所差异。对于应用型本科院校的热质交换原理与设备课程目标，首先，要掌握传热传质的基础理论，其次，掌握传热传质设备的常用热工计算方法，并具有初步化本专业领域常用设备的能力。上述热质交换原理与设备课程目标符合应用型本科院校的学生培养要求。

3 课程内容

“热质交换原理与设备”课程内容主要分为九个部分[7]，分别是：（1）绪论;（2）传质的理论基础;（3）传热传质问题的分析和计算;（4）空气的热湿处理;（5）吸附和吸收处理空气的原理与方法;（6）间壁式热质交换设备的热工计算;（7）混合式热质交换设备的热工计算;（8）复合式热质交换设备的热工计算;（9）课程思政。

3.1 绪论

绪论分为三部分，第一部分为建筑环境与能源应用工程专业涉及的热质交换现象及设备分类，该部分主要内容为三种传递现象的联系、建能专业中的典型热质交换现象和热质交换设备的分类;第二部分为本门课程在专业中的地位与作用;第三部分为本门课程的主要研究内容与方法。

3.2 传质的理论基础

传质的理论基础分为传质概论、扩散传质、对流传质以及相际间的对流传质模型四部分。其中传质概论主要内容为混合物构成成分的表达、传质速率的度量、质量传递的基本方式;扩散传质主要内容为斐克定律、气体中的扩散过程、液体中的扩散过程、固体中的扩散过程、扩散系数及其测量;对流传质主要内容为对流传质系数、浓度边界层概念及其对传质问题求解的意义、紊流传质的机理、对流传质的数学描述、对流传质过程的相关准则数、对流传质问题的分析求解;相际间的对流传质模型主要内容为薄膜理论、渗透理论、表面更新理论和一维固液相变问题。

3.3 传热传质问题的分析和计算

传热传质问题的分析和计算分为动量、热量和质量传递的类比、对流传质的准则关联式和热量和质量同时进行时的热质传递三部分。动量、热量和质量传递的类比部分主要内容为三种传递各自的速率描述、三传方程、动量交换与热交换的类比在质交换中的应用;对流传质的准则关联式主要内容为流体在管内受迫流动时的质交换和流体沿平板流动时的质交换;热量和质量同时进行时的热质传递主要内容为同时进行传热与传质的过程、同一表面上传质过程对传热过程的影响、刘伊斯关系式和湿球温度的理论基础。

3.4 空气的热湿处理

空气的热湿处理分为空气的热湿处理途径、空气与固体表面之间的热湿交换和空气与水直接接触时的热湿交换三部分。其中空气热湿处理途径部分主要内容包括空气调节的几个相关概念、空气热湿处理的原理和方案、空气热湿处理及设备;空气与固体表面之间的热湿交换部分主要内容包含湿空气在冷表面上的冷却降湿过程和湿空气在肋片上的冷却降湿过程;空气与水直接接触时的热湿交换主要内容为热湿交换原理、蒸发冷却装置的工作原理、与水直接接触时空气的状态变化过程、空气与水直接接触时的对流增湿和减湿、影响空气与水表面之间热质交换的主要因素和空气与水表面的热质交换系数。

3.5 吸附和吸收处理空气的原理与方法

吸附和吸收处理空气的原理与方法分为吸附材料处理空气的原理和方法以及吸收剂处理空气的原理和方法两部分。其中吸附材料处理空气的原理和方法主要内容包括吸附的基本知识和概念、等温吸附线、常用吸附剂的类型和性能、多孔介质传质浅析、空气静态吸附除湿和动态吸附除湿;吸收剂处理空气的原理和方法主要内容包括吸收现象简介、液体除湿剂的类型和性能、吸收剂处理空气的机理、影响吸收的主要因素。

3.6 间壁式热质交换设备的热工计算

间壁式热质交换设备的热工计算分为间壁式热质交换设备的形式与结构、间壁两侧流体传热过程分析、总传热系数与总传热热阻、间壁式热质交换设备热工常用计算方法、表面式冷却器的热工计算以及其他间壁式热质交换设备的热工计算六部分。其中，间壁式热质交换设备热工常用计算方法主要内容包括热工计算的基本公式、对数平均温差、效能-传热单元数法、对数平均温差与效能-传热单元数法的比较;表面式冷却器的热工计算主要内容包括表冷器处理空气时发生热质交换的特点、表冷器的传热系数和表冷器的热工计算;其他间壁式热质交换设备的热工计算主要内容包括空气加热器的热工计算和散热器的热工计算。