TW-RG716蒸汽冷凝時傳熱和給熱系數(shù)測試裝置


探索熱能奧秘：TW-RG712蒸汽冷凝傳熱系數(shù)測試裝置教學(xué)實踐

科學(xué)真理隱藏在現(xiàn)象背后，唯有親手實踐才能揭開其神秘面紗。

在我們職業(yè)院校的熱工課程教學(xué)中，蒸汽冷凝換熱這一章節(jié)歷來是學(xué)生理解的難點。抽象的概念如何轉(zhuǎn)化為直觀認(rèn)知？我們引入了TW-RG712蒸汽冷凝時傳熱和給熱系數(shù)測試裝置，通過親手操作和觀察，學(xué)生們不僅理解了冷凝換熱的原理，更點燃了對熱工學(xué)的濃厚興趣。今天，我就與各位同仁分享這一設(shè)備在教學(xué)中的應(yīng)用心得，希望能為您的教學(xué)實踐提供參考。

認(rèn)識TW-RG712試驗臺：不只是設(shè)備，更是移動實驗室

TW-RG712蒸汽冷凝時傳熱和給熱系數(shù)測試裝置是一款專為教學(xué)實踐設(shè)計的綜合性實驗裝置。它由電蒸汽鍋爐、套管換熱器、蒸汽冷凝罐、蒸汽及水流量測試設(shè)備等核心部件組成，構(gòu)成了一個完整的蒸汽冷凝換熱研究系統(tǒng)。

設(shè)備采用不銹鋼可移動支架，帶剎車輪設(shè)計，方便在不同實驗室間靈活移動。考慮到職業(yè)院校學(xué)生培養(yǎng)的特點，設(shè)備的設(shè)計兼顧了安全性與可視性：有機(jī)玻璃安全罩確保學(xué)生能夠清晰觀察冷凝現(xiàn)象的同時，也有效防止?fàn)C傷事故的發(fā)生。

技術(shù)參數(shù)方面，設(shè)備輸入電源為三相AC380V±10% 50Hz，功率8.0KW。電加熱總功率不大于8.0KW，蒸汽控制壓力表范圍0-0.4MPa。套管換熱器內(nèi)管內(nèi)徑Φ18mm，內(nèi)管外徑Φ20mm（紫銅管），外管內(nèi)徑Φ52mm，外管外徑Φ57mm（304不銹鋼管），管長1200mm。這些精確設(shè)計的參數(shù)為學(xué)生提供了真實的工程環(huán)境感受。

蒸汽發(fā)生器上配備有安全閥、壓力表繼電器、溫度控制器三種安全保護(hù)裝置，確保教學(xué)過程的安全可靠。溫度測量系統(tǒng)配置有智能溫度控制儀表（PID調(diào)節(jié)控溫，精度±0.2℃），高精度PID調(diào)壓模塊電路，讓學(xué)生接觸到工業(yè)級的控制技術(shù)。

教學(xué)應(yīng)用：從理論到實踐的橋梁

實驗?zāi)繕?biāo)與課程銜接

在我們的教學(xué)安排中，該試驗臺主要服務(wù)于三個層次的教學(xué)目標(biāo)：

  • 基礎(chǔ)認(rèn)知：觀察蒸汽在水平管內(nèi)的冷凝現(xiàn)象，區(qū)分滴狀冷凝和膜狀冷凝的不同特征

  • 技能培養(yǎng)：通過改變蒸汽流量和溫度條件，測定不同工況下的傳熱系數(shù)和給熱系數(shù)，掌握基本的熱工測量方法

  • 數(shù)據(jù)分析能力：計算冷凝換熱系數(shù)，驗證圓形直管內(nèi)強(qiáng)制對流傳熱的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式（如Dittus-Boelter關(guān)聯(lián)式）

這些實驗內(nèi)容與《工程熱力學(xué)》、《傳熱學(xué)》等核心課程的理論教學(xué)緊密結(jié)合，實現(xiàn)了“理論-實踐-再理論”的閉環(huán)學(xué)習(xí)流程。

實驗操作指導(dǎo)要點

在指導(dǎo)學(xué)生操作過程中，我特別強(qiáng)調(diào)以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

安全預(yù)備階段：首先檢查電氣接線是否完好，水位是否適當(dāng)，確保有機(jī)玻璃安全罩就位。這是培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

數(shù)據(jù)測量階段：引導(dǎo)學(xué)生逐步調(diào)整熱負(fù)荷，觀察不同蒸汽壓力下的冷凝狀態(tài)變化，同時記錄蒸汽流量、水流量及表面溫度值。此處，我常提醒學(xué)生注意“非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的過渡過程”，這是理解冷凝換熱動態(tài)特性的關(guān)鍵。

現(xiàn)象觀察環(huán)節(jié)：鼓勵學(xué)生細(xì)致描述蒸汽冷凝的過程，特別是滴狀冷凝與膜狀冷凝的差異。這一環(huán)節(jié)往往能激發(fā)學(xué)生最大的好奇心。

典型教學(xué)案例分享

去年，我在傳熱學(xué)課程中設(shè)置了一個探索性實驗項目：不同表面狀況對冷凝換熱的影響。學(xué)生分組對試件表面進(jìn)行不同處理（拋光、粗糙化等），然后比較冷凝效果的差異。

結(jié)果出乎意料：一組學(xué)生發(fā)現(xiàn)適當(dāng)粗糙表面能促進(jìn)冷凝液滴的脫落，提高換熱效率。這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了全班對表面性質(zhì)在冷凝換熱中作用的激烈討論，最終促使他們查閱更多文獻(xiàn)，形成了超出課程要求的研究報告。

沸騰曲線繪制與分析：教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

雖然TW-RG712主要關(guān)注蒸汽冷凝過程，但其基本原理與沸騰換熱有相通之處。在拓展教學(xué)中，我會引導(dǎo)學(xué)生對比冷凝與沸騰兩種相變換熱過程的異同。

通過實驗數(shù)據(jù)繪制冷凝換熱曲線，是TW-RG712試驗臺實驗的核心成果，也是學(xué)生理解的難點。在教學(xué)中，我采用分步解析的方法：

首先引導(dǎo)學(xué)生將實驗數(shù)據(jù)標(biāo)注在“熱流密度-過熱度”坐標(biāo)系中，然后連接各點形成曲線。接下來，分段解讀曲線特征：

  • 自然對流段：熱量傳遞主要依靠浮力引起的流體運(yùn)動

  • 核態(tài)沸騰段：氣泡生成、長大和脫離成為主要換熱機(jī)制，曲線斜率急劇增大

  • 過渡沸騰段：部分表面被蒸汽膜覆蓋，換熱不穩(wěn)定

  • 穩(wěn)定膜態(tài)沸騰：完整蒸汽膜形成，換熱依靠輻射和導(dǎo)熱共同作用

通過這一過程，學(xué)生不僅掌握了曲線的繪制技能，更重要的是理解了不同冷凝形態(tài)的物理本質(zhì)，為后續(xù)課程如鍋爐設(shè)計、高熱流密度散熱設(shè)備開發(fā)等奠定了基礎(chǔ)。

職業(yè)能力培養(yǎng)：超越課本的收獲

TW-RG712試驗臺的應(yīng)用，帶來的遠(yuǎn)不止學(xué)科知識的提升。在長期教學(xué)實踐中，我觀察到這一設(shè)備在學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)上的多重價值：

  • 團(tuán)隊協(xié)作能力：實驗需要小組成員分工配合，培養(yǎng)溝通與協(xié)作精神

  • 數(shù)據(jù)處理能力：從原始數(shù)據(jù)到曲線繪制，再到換熱系數(shù)計算，全面提升工程數(shù)據(jù)處理技能

  • 問題解決能力：實驗中遇到的異?，F(xiàn)象和故障，迫使學(xué)生分析原因、尋找解決方案

這些軟技能的培養(yǎng)，正是職業(yè)院校學(xué)生未來職場競爭力的關(guān)鍵所在。

教育家杜威曾說：“教育是生活的過程，而不是未來生活的準(zhǔn)備。”通過TW-RG712試驗臺，我們?yōu)閷W(xué)生創(chuàng)造的正是這種在真實中學(xué)習(xí)、在動手中思考的教育體驗。

如果您也在熱工課程教學(xué)中尋找更有效的教學(xué)手段，不妨嘗試引入這一設(shè)備。它已不僅僅是教學(xué)工具，更是激發(fā)學(xué)生工程興趣和創(chuàng)新的催化劑。

希望本文對您的教學(xué)實踐有所啟發(fā)，歡迎交流探討更多熱工實驗教學(xué)的經(jīng)驗與方法！

您只要致電：021-55884001（袁經(jīng)理）

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