TW-RG730強(qiáng)迫對流管蔟管外放熱系數(shù)測試裝置
探索熱傳遞奧秘：TW-RG730強(qiáng)迫對流管蔟管外放熱系數(shù)測試裝置教學(xué)實(shí)踐
在傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一款好的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠讓同學(xué)們事半功倍。
在傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對流換熱是一個(gè)重要且難以直觀理解的知識(shí)點(diǎn)。如何讓同學(xué)們真正掌握空氣橫向流過管簇表面時(shí)的放熱規(guī)律，一直是教學(xué)中的難點(diǎn)。
今天，我將向大家介紹我們學(xué)院引入的TW-RG730強(qiáng)迫對流管蔟管外放熱系數(shù)測試裝置，以及它在教學(xué)中的應(yīng)用情況。
01 教學(xué)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
傳熱學(xué)作為機(jī)械與動(dòng)力工程領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。
上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院的傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱指出，該課程旨在培養(yǎng)熱能與動(dòng)力工程、機(jī)械工程及自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)學(xué)生掌握傳熱學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的基本方法以及科學(xué)研究的能力。
傳統(tǒng)的傳熱學(xué)教學(xué)主要依靠理論講解和公式推導(dǎo)，抽象難懂，學(xué)生往往難以將理論知識(shí)與實(shí)際現(xiàn)象聯(lián)系起來。
在新工科建設(shè)背景下，我們急需一種能夠?qū)?shí)驗(yàn)、理論與仿真有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方法，而TW-RG730設(shè)備的引入正是為了解決這一問題。
02 設(shè)備結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)
TW-RG730強(qiáng)迫對流管蔟管外放熱系數(shù)測試裝置是一款綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，其主要由移動(dòng)式不銹鋼支架、引風(fēng)機(jī)、組合式有機(jī)玻璃風(fēng)洞、翅片加熱管、翅片管簇等部分構(gòu)成。
設(shè)備采用透明有機(jī)玻璃風(fēng)洞設(shè)計(jì)，使得學(xué)生能夠直接觀察空氣流動(dòng)和管簇排列情況，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的直觀性。
該裝置的核心技術(shù)參數(shù)包括：外形尺寸為2000×500×1500mm，工作電壓220V，功率2KW，離心風(fēng)機(jī)功率330W，轉(zhuǎn)速2800r/min。
設(shè)備還配備了多組溫度傳感器和8路智能巡檢儀，可同時(shí)監(jiān)測進(jìn)風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度、多個(gè)翅管溫度及室內(nèi)溫度，確保學(xué)生能夠獲得充分的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
03 實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用
在實(shí)驗(yàn)課上，我們利用TW-RG730設(shè)備開設(shè)了“強(qiáng)迫對流管簇管外放熱系數(shù)測試”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
實(shí)驗(yàn)通常以4人小組形式進(jìn)行，符合工程教育中團(tuán)隊(duì)合作的要求。
實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要完成空氣溫度、風(fēng)速、加熱功率等多個(gè)參數(shù)的測量與記錄，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，獲得不同工況下的傳熱系數(shù)。
這一實(shí)驗(yàn)過程涵蓋了參數(shù)測量、數(shù)據(jù)處理、曲線繪制和結(jié)果分析等完整環(huán)節(jié)，全面培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?
我們鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出獨(dú)到見解甚至創(chuàng)新性理念，這對于表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生會(huì)有額外加分。
04 教學(xué)成效與價(jià)值
通過使用TW-RG730設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅加深了對強(qiáng)迫對流換熱原理的理解，更掌握了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析的科學(xué)研究方法。
這一實(shí)驗(yàn)裝置使抽象的對流換熱公式變得直觀可見，學(xué)生通過親自測量和計(jì)算，真正理解了努塞爾數(shù)、雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)等無量綱準(zhǔn)則數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。
設(shè)備支持學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式，這與理論研究和高等級工程實(shí)踐的要求高度一致。
從教學(xué)評價(jià)來看，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在傳熱學(xué)課程的相關(guān)考試題目上得分率明顯提升，表明實(shí)驗(yàn)教學(xué)對理論知識(shí)學(xué)習(xí)起到了良好的促進(jìn)作用。
05 課程融合與拓展
我們將TW-RG730實(shí)驗(yàn)裝置納入到“實(shí)驗(yàn)-理論-仿真” 三位一體的教學(xué)模式中。
學(xué)生首先通過TW-RG730設(shè)備獲得實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用傳熱學(xué)理論分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最后利用數(shù)值模擬軟件對流動(dòng)與傳熱過程進(jìn)行仿真計(jì)算。
這種多方驗(yàn)證的教學(xué)方法，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。
根據(jù)課程要求，實(shí)驗(yàn)成績占課程總成績的一定比例，這保證了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度。
對于學(xué)有余力的同學(xué)，我們還鼓勵(lì)他們利用該設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究，比如探究不同管間距、排列方式對換熱性能的影響。
在我們學(xué)院的實(shí)踐教學(xué)中，TW-RG730已成為了傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心設(shè)備之一。它不僅是驗(yàn)證理論的工具，更是培養(yǎng)學(xué)生工程思維和科研能力的平臺(tái)。
未來，我們計(jì)劃將這一設(shè)備與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，開發(fā)線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，進(jìn)一步拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度和廣度。
正如一位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中所寫：“親手調(diào)試設(shè)備、記錄數(shù)據(jù)、分析現(xiàn)象，讓我對傳熱學(xué)的理解不再局限于公式和定理。”這或許正是工程教育追求的最高境界。
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