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《制冷流体机械》教学大纲
项目1
高层建筑供水系统设计与施工(含绪论)
教学目的和任务
作为本课程的第一个项目,学生对流体力学的知识以及项目的流程和方法没有任何概念,所以本项目的目的在于让学生对流体力学和工程项目有一个最基本的认识。所以本项目的任务包括:
(1) 了解流体力学的知识范畴和应用范畴;
(2) 了解流体工程设计与施工的一般流程和方法;
(3) 掌握流体的主要性质参数(压力、粘度等)的概念和计算方法;
(4) 了解流体机械的基本结构和工作原理。
教学内容及组织
知识内容及要求:
l 能了解流体的种类和热物理性质
l 能了解流体机械的定义、种类和功能
技能内容及要求:
l 能通过演示验证实验了解流体的粘性、表面张力、导热性等热物理性质;
能拆卸中央空调、分体空调中的流体机械,分析结构和运行原理,了解其功能。
教学资料
1、《流体力学及流体机械》教材第一章;
2、小型空调器系统结构爆炸图和说明书;
3、大型中央空调系统图和说明书;
4、授课课件等电子资料。
教学场所及设备需求
教学场所:流体机械实验实训室、空调冰箱实训室、中央空调实训室、流体机械实训室
教学设备:分体空调若干套;中央空调一套;风机、泵、压缩机若干
设备拆卸设备
测量设备
需要课时
绪论2学时
项目一8学时
教学组织形式
4个人一组,以组为单位完成实训操作;进行总结分析时以班级为单位
教学过程与方法
步骤
任务
具体内容
学时
1
实训:拆装并观察分析流体管路和设备,初步认识管路结构和设备结构
通过对中央空调系统、小型分体空调系统等制冷设备的拆装和观察,分析哪些设备与流体(输送)有关,各自功能如何,并记下铭牌;学生以组为单位在实训楼内在实验老师指导下拆装空调系统,抄录铭牌参数,进行讨论;
2
2
理论课:流体力学基础理论
教师讲授流体力学基础理论,包括流体的种类和力学特性参数(包括压力、密度、粘度等)
2
3
作业课
学生根据指导书完成设计任务,计算水管中的压力,并确定管路材料和尺寸,并选配水泵,完成设计说明书(包括计算说明和管路布置图)。
2
4
实训课:管路施工和水泵安装
学生在中央空调施工车间完成水管的攻丝、连接等操作训练,并将水泵与管路连接,做好密封工作,并对水泵进行装配和运行操作,注意解决运行中的故障问题
2
评价方法
此任务评价分:10分
其中设计说明书由教师进行评价,按照6分总分进行质量评定;操作表现4分。
项目2
中央空调水管系统设计、施工、运行和检修
教学目的和任务
流体力学应用于制冷工程最重要的是对管路中流体流动阻力进行计算,本项目的主要目的就是要建立起学生进行工程流阻计算的基本方法和思路,具体学习任务包括:
(1)学习并掌握水管流动阻力的计算方法;
(2)了解并掌握管路串联、并联以及串并混联时管路阻力的计算方法;
(3)了解并掌握各种管路中动力泵的安装和工作点调试方法。
教学内容及组织
知识内容及要求:
l 能了解和认识水管系统的组成(认识水的特性、管路管材和水泵)
l 能掌握管路系统的设计计算的方法,并完成中等复杂管路系统的设计任务
l 能根据管路设计的相关数据进行泵的选型
技能内容及要求:
l 能通过拆装水管系统和运行试验了解管路基本特性,并能测定管路特性曲线
l 能对常规离心泵的进行安装和通电运行运行,操作规范
l 能解决泵的常见故障并进行检修
教学资料
1、《流体力学及泵与风机》教材第二章
2、中央空调水系统管路设计指导书
3、大型中央空调系统图和说明书
教学场所及设备需求
教学场所:实验实训楼,包括中央空调实训室、流体机械实训室
教学设备:中央空调一套;风机、泵、压缩机若干;多种尺寸水管管材一批;
管路加工设备;
测量设备;
安装工具;
管路特性曲线测定工具(实验台)
需要课时
12学时
教学组织形式
4个人一组,以组为单位完成实训操作;进行总结分析时以班级为单位
教学过程与方法
步骤
任务
具体内容
学时
1
理论课
(1)流体阻力计算公式中各参数的含义以及选择方法(图解法、公式计算法等),学会合理的选择计算流动阻力;
(2)不同管路联接(串联、并联、串并联)条件下管路阻力的计算方法
4
2
作业课
学生按照任务书要求完成管路阻力计算
2
3
理论、实践一体化课
老师讲授水泵性能曲线的概念,学生根据前期的阻力计算选择合适的水泵,并对水泵的工作点进行调整
4
4
实践课
学生在实训室对水泵的性能曲线进行测绘,并研究分析对工作点进行调整的方法,完成《中央空调水管系统设计和施工说明书》
2
评价方法
此任务评价分:20分
其中《中央空调水管系统设计和施工说明书》由小组相互进行评价,按照12分总分进行质量评定;操作及纪律表现8分。
项目3
中央空调风管系统设计、施工、运行和检修
教学目的和任务
在项目2已经对水路系统的阻力计算、管路选型和设备选型训练的基础上,本项目旨在培养学生对风管系统的阻力计算、管路选型和设备选型的能力。由于风管系统和水管系统的计算选型在原理和方法上有很多相通之处,所以本项目的重点是让学生对风管系统的局部阻力计算方法进行了解和熟悉。主要的教学内容包括:
(1)空气的流体参数确定方法;
(2)风管系统的阻力计算;
(3)风机的选型、安装和调试方法。
教学内容及组织
知识内容及要求:
l 能了解并认识风管系统的组成(认识空气的特性、管路管材和风机)
l 能掌握风管系统的设计计算规则和方法,能完成中等复杂管路系统的设计任务
l 能根据风管系统设计结果进行风机的选型
技能内容及要求:
l 能通过拆装风管系统和运行试验了解管路基本特性,并测定管路特性曲线
l 能对常规风机的进行安装和通电运行运行,操作规范
l 能完成风机的安装和运行操作
l 能解决风机的常见故障并进行检修
教学资料
1、《流体力学及泵与风机》教材
2、管路设计指导书
3、大型中央空调系统图和说明书
教学场所及设备需求
教学场所:实验实训楼,包括中央空调实训室、流体机械实训室
教学设备:中央空调一套;风机、泵、压缩机若干;多种尺寸风管管材一批;
管路加工设备;
测量设备;
安装工具;
管路特性曲线测定工具(实验台)
需要课时
12学时
教学组织形式
4个人一组,以组为单位完成实训操作;进行总结分析时以班级为单位
教学过程与方法
步骤
任务
具体内容
学时
1
理论课
(1)空气的物理和流动参数(密度、粘度、压力等)含义和计算、确定方法;
(2)空气阻力的计算方法;
(2)中央空调不同管件的阻力计算方法。
2
2
作业课
学生按照任务书要求完成管路阻力计算
4
3
理论、实践一体化课
老师讲授风机性能曲线的概念,学生根据前期的阻力计算选择合适的风机,并对水风机的工作点进行确认
4
4
实践课
学生在实训室对风机进行安装,调试,并完成《中央空调风管系统设计和施工说明书》
2
评价方法
此任务评价分:20分
其中《中央空调风管系统设计和施工说明书》由小组相互进行评价,按照12分总分进行质量评定;操作及纪律表现8分。
项目4
家用供排风系统的设计与优化
教学目的和任务
在前两个项目中,已经学习了管路系统的阻力计算和设备选型、安装及调试方法。但在实际的工程项目中,还可能碰到各种各样的问题,比如压力不平衡、流量不稳定、噪声大等问题。这个项目则是重点对工程中可能存在的压力、流量和噪声问题进行处理。所以,本项目的重点:
(1)压力、流量稳定性和均衡性问题的处理;
(2)噪声控制技术。
当然,这个项目所涉及的问题比较多、比较复杂,更多的是依靠经验,需要学生在实际工程项目中慢慢积累,并且要完成该项目所需要涉及的实验实训资源也比较多,所以本项目为选做。
教学内容及组织
知识内容及要求:
l 了解和掌握流体管路系统的压力、流量测量和控制技术;
l 了解和掌握流体管路系统的噪声测量和控制技术。
技能内容及要求:
l 能熟练使用流体压力、流量测试设备进行参数测量;
l 能熟练使用噪声测试设备进行管路系统的噪声测试;
l 能利用工具和零配件对管路的压力、流量和噪声进行调节和控制。
教学资料
1、《流体力学及泵与风机》教材
2、各种测试设备使用说明;
3、噪声室使用说明和噪声的评价软件。
教学场所及设备需求
教学场所:实验实训楼,包括中央空调实训室、流体机械实训室和噪声室
教学设备:中央空调一套;风机、泵、压缩机若干;多种尺寸风管管材一批;
管路加工设备;
压力、流量测量设备;
噪声测试软硬件。
需要课时
8学时
教学组织形式
4个人一组,以组为单位完成实训操作;进行总结分析时以班级为单位
教学过程与方法
步骤
任务
具体内容
学时
1
理论课
(1)压力、流量和噪声测试的设备和使用方法;
(2)对压力、流量不均衡问题的原因分析和解决措施;
(3)噪声的评价和控制措施。
2
2
理论、实践一体化课
学生在老师的指导下使用各种测量设备,并对任务书所对应的管路系统进行问题分析和解决
4
3
作业课
学生完成分析报告,并进行演讲汇报
2
评价方法
此任务评价分:10分
本项目重点培养学生分析和解决问题的能力,并且强调学生的表达能力,所以汇报演讲成绩占10分,评价指标包括:语言表达的流畅性,问题分析的准确性和解决措施的科学性,另外还包括演讲时的姿态、信心等。
项目5
流体流动的计算机模拟仿真
教学目的和任务
利用流体模拟仿真软件(比如Fluent)对流体的流动场(包括温度场和速度场等)进行模拟,是目前工程上一种常见的做法,可以在进行实际工程施工之前对工程概况有一个大致的认识,节省工程整改的人力和物理。虽然对于高职学生而言,软件的学习和使用有一定难度,但考虑到其工作中使用的高可能性,本项目旨在使学生对软件的功能和使用有一个大致的了解,另外也鼓励有能力有兴趣的学生对软件进行深入的学习以达到工程应用的程度。本项目的重点:
(1) 软件的使用方法;
(2) 如何利用软件对某具体对象进行建模和仿真;
(3) 如何选择合适的公式对模型进行计算仿真。
考虑到不是所有的学校都购买了Ansys或者Fluent软件,可以学习其他软件或者不做此项目。
教学内容及组织
知识内容及要求:
l 了解模拟仿真软件的种类和功能;
l 初步了解仿真软件中集成的计算公式和应用限定条件。
技能内容及要求:
l 能利用软件对某流场或对象进行建模和仿真模拟。
教学资料
1、《流体力学及泵与风机》教材
2、流体仿真软件,Ansys。
3、软件使用指导书。
教学场所及设备需求
教学场所:专业多媒体机房
教学设备:高性能计算机、Ansys系统(包括Fluent模块)
需要课时
8学时
教学组织形式
4个人一组,以组为单位完成实训操作;进行总结分析时以班级为单位
教学过程与方法
步骤
任务
具体内容
学时
1
理论课
(1)软件的结构、功能;
(2)软件的使用方法和建模、模拟技巧。
2
2
理论、实践一体化课
学生在老师的指导下学习软件使用
4
3
作业课
学生独立完成一个简单的模拟任务
2
评价方法
此任务评价分:10分
本项目重在培养学生对模拟软件的认识,不要求学生一定能够使用软件进行工程模拟。所以,学生的学习结果(模拟作业)按照5分计,学习态度和热情按5分计。
项目6
压缩机的选型和设计计算、运行及维修
教学目的和任务
与前面几个项目中涉及的流体机械(如泵与风机)相比,压缩机的工作原理和泵与风机类似,但结构更复杂,分类更细,相对应的知识和技能要求也更高。所以本项目不再更多的介绍流体机械的工作原理,重点在压缩机的种类、结构和性能差异比较,以及不同类型的压缩机安装、调试方法。分列如下:
(1)压缩机的分类,结构和性能差异;
(2)压缩机的计算选型;
(3)压缩机的优化设计(选做)。
本项目以一个教师完成的压缩机降噪项目为依托开展教学,为了对压缩机降噪,必须要在制冷系统中对压缩机进行安装、运行,并测取噪声数据,并结合压缩机的结构和运行原理分析噪声原因,最后对关键部位进行优化改进达到降噪的目的。在此过程中需要对压缩机的各种方面进行训练和学习,以此锻炼学生的工作能力。
教学内容及组织
知识内容及要求:
l 了解压缩机的功能、结构、分类、工作原理和工作特性;
l 了解和掌握压缩机的选型计算方法;
l 了解和掌握压缩机的拆装、维修和运行保养规范;
l 了解和掌握压缩机的噪声测试和性能测试设备的使用和规范。
技能内容及要求:
l 能按照性能要求对压缩机的型号参数进行确定,并按照规范进行压缩机的安装、调试、运行、保养和维修;
l 能熟练使用压缩机的噪声和性能测试设备完成压缩机的相关测试;
l 能对压缩机的噪声和测试数据进行分析,并尝试提出优化设计方案。
教学资料
1、《压缩机》讲义
2、授课电子资料
3、教师研究项目相关资料
教学场所及设备需求
教学场所:制冷流体机械实验实训室、噪声测试中心、压缩机性能测试室
教学设备:压缩机实物样机和教具;
噪声测试设备;
压缩机性能测试实验台。
需要课时
14学时
教学组织形式
4个人一组,以组为单位完成实训操作;进行总结分析时以班级为单位
教学过程与方法
步骤
任务
具体内容
学时
1
理论、实践一体化课
(1) 压缩机的结构、原理和分类;
(2) 压缩机的性能参数和计算方法;
(3) 学生在老师指导下对典型压缩机进行拆装和测量训练
(4) 学生在老师指导下对压缩机进行安装、运行和调试训练
(5) 学生在老师指导下对压缩机进行噪声和性能测试
(6) 教师根据自身的研究经历对压缩机的优化设计流程和方法进行介绍。
8
2
作业课
学生对压缩机测试结果进行分析,撰写分析报告,并尝试提出降噪措施
4
3
评价讨论课
学生制作ppt进行汇报
2
评价方法
此任务评价分:20分
此项目的评价点包括:
(1) 操作训练水平;
(2) 噪声和性能测试的规范和准确性;
(3) 分析报告的撰写水平;
(4) 汇报水平。
一、项目1(高层建筑供水系统的设计)学习指南
1、项目分析
建筑的供水系统根据实际需要有简单有复杂。本项目所要求的是一个较为简单的水路系统设计,但和复杂项目相比,其完成思路、过程和方法等是一样的,都要完成以下几个子任务:
任务1 确定水路系统中水的几个相关物理性质参数,如压力、密度、流速、流动粘度、热胀性等等,密度、粘度等参数可以直接通过气象资料或者设计手册查取,而压力、流速则需要进一步计算才能得到,本任务中只了解概念不做具体计算;
任务2 管路材料和尺寸的确定。管路材料的选择,一方面是根据系统中水流压力最高值来确定的,另一方面也要考虑到水管材料的发展现状和卫生要求等;而管路尺寸的确定则需要通过流量、流速进行计算。要完成此任务,需要掌握管路中静压计算方法和流量、流速计算办法。
任务3 水泵的选择。水泵的选择,首先要确定水泵类型,然后通过计算确定相关关键参数(如流量、扬程等),然后依据这些关键参数确定合适的水泵。在此任务中需要用到管路流动能量守恒的概念,并需要通过水力计算得到管路的流动阻力。
任务4 水泵的安装、运行和调试,以及简单管路故障的分析和排除。
2、学习指南
本项目来源于制冷工程常见的热泵热水器的冷热水管布置工程,所以在学习的时候一方面要掌握用于管路流动参数计算的方法,同时也要关注在工程设计中需要处理的问题,比如管路的合理布置、管路流动故障的避免和排除方法,比如根据客户要求和卫生等要求进行管路材料的选择,比如水泵的选择和价格问题,比如冷热水系统的回水问题等等,……。所以,在学习的过程中除了要学教材,还要多看一些工程案例和规范。
二、项目2(中央空调水管系统的设计)学习指南
1、项目分析
在本项目中除了需要完成类似于项目1中的管路压力、流速等常规计算外,还需要考虑几个问题:
(1)前一项目中使用的比摩阻粗略流动阻力计算法是否能满足要求,是否需要对管路进行较为精确的阻力计算;
(2)管路串并联时,管路的综合阻力怎样计算;
(3)多台泵为系统提供动力时(即泵串、并联),管路系统的工作点怎样调整;
(4)水泵安装的位置有何特殊要求;
(5)管路中复杂故障如何判断和排除。
针对以上问题,将项目分解为三个子任务:
任务1 管路阻力(能量损失)计算。针对项目任务中出现的并联管路,一方面需要对管路阻力进行计算,同时要根据并联情况对综合阻力进行计算。
任务2 水泵安装高度确定和工作点调整。合理确定水泵的安装高度,才能保证水泵不会发生汽蚀和出现吸不上水的情况。而系统往往会采用多台泵串联或并联运行,泵工作点的调整对于系统的正常高效运行也是非常关键的。
任务3 复杂管路的配置和故障分析、排除。管路故障除了常规的噪声、振动、水击等,还有很多水力问题,这些问题的判断和排除需要借助性能曲线和管路特性曲线来解决。
2、学习指南
本项目是项目一的加强加深版,项目来源于中央空调的水系统设计工程。相对于热泵热水器的供水系统,中央空调的水系统设计更为复杂,牵涉的领域和内容也更多,国家的标准和规范也更为全面。所以,本项目的学习要在项目一的基础上,重点学习复杂管路的阻力计算方法、水泵的安装规范和调整方法、复杂管路的配置和故障分析排除几个问题。学生除了教材的学习,也要多了解相关的标准规范、工程案例以及从有经验的老师和工程师那里学到相关的知识和技能。
三、项目3(中央空调风管系统的设计)学习指南
1、项目分析:中央空调风管系统的设计与中央空调水管系统的设计,虽然在计算中有些不同,因为所涉及的对象一个是水,一个是空气,但其实其计算逻辑和原理、方法都是相同的。
沿用水管系统设计思路,将本项目分解为几个子任务:
任务1 空气物理性质的确定。即对空气的温度、密度、粘度等特性进行了解和学习。
任务2 空气管路系统计算。包括管路材料和尺寸的确定,以及管路阻力计算。通过压力、流速、流量等的计算确定管路尺寸。并了解常用风管材料的基本特性。并在材料和尺寸确定之后计算管路的综合流动阻力。
任务3 风机的选配。了解风机的结构和运行原理,依据计算所得到的流动阻力及流量等关键参数,并结合厂家资料选择合适的风机。
任务四 风机的安装和调试以及风管系统故障分析和排除。对风机的安装规范进行了解,并在安装之后进行运行调试和工作点的调整,并在风管系统综合运行中分析故障现象、原因并排除故障。
2、学习指南
本项目与项目2一样,来源于典型的中央空调系统设计。与项目2的区别在于,研究的对象是空气,所以要关注空气的参数计算方法。另外,风管系统在布置过程中,由于要求和功能发生了变化,所以要完成的计算也发生了变化,重点在于局部阻力的计算。另外,风管系统运行中发生的故障问题,以及调整方法也有很大的区别,要关注工程案例和相关资料。
四、项目4(家用供排风系统的设计与优化)学习指南
1、项目分析
几种住宅会受到空气质量的困扰,一种是在公路边上的住宅,如果打开门窗则噪声大,如果关窗则空气质量差;一种是开启取暖或制冷的住宅,如果开门窗,可以保证空气质量但冷(热)量散失,耗电,如果不开门窗,则空气质量不能保证……,对于这些住宅,需要配备专门的吸排风系统。
许多研究表明,每人每天平均80%~90%的时间将呆在房间内,每天将进行18,000次的呼吸。而在室内的空气中存在相当数量的细菌、病菌、霉菌、细小花粉、宠物皮屑、化学污染物、吸烟味、设备散发的粉尘、细小颗粒等。这些污染物一般要比室外空气内的含量要高出2到5倍。呼吸道疾病往往正是由于呼入这些病菌和污染物造成的。同时由于空气中的含氧量的降低和各种气味的积聚,长期在空调环境中的人极易患上 “空调综合症”。
而在人类生活环境中,对于室内空气质量的要求比较高,厨房的油烟,厕所异味,需要排出室外;寢室、客厅等需要新鲜空气的供给。在送排风的同时,要保持室内的的空气压力,需要进行恒压处理,达到节能效果。
因此,我们需要设计一种家用吸排风系统,以确保室内空气的质量,创造绿色、舒适的生活环境。该系统可以对需要供风的场所如客厅、卧室等地供给新风,而对卫生间和厨房等地则为强制排风。
此项目的完成需要:
(1)对管路系统进行计算、选配,并选择合适的风机。管路要适合家用,风机要体积小、效率高、寿命长。
(2)对风管末端的进出风口进行选配,包括过滤器和风量调节器等。
(3)为系统配置静压箱,该静压箱实际是一个可以容纳风机的对空气走向进行配置的小箱体。
对于这些系统的计算与配置,可以参考中央空调风管系统设计原理。本项目的关键是需要对这种家用系统进行优化,使其满足:
(1)家居噪声要求。因为作为家用电器设备,必须要满足国家噪声要求,当然还包括应有的安全要求等。
(2)吸排风的正负压恒压。即送风要保证恒定正压力,排风应保证恒定负压力。这也是因为,如果房间制冷,若正压过小,则不能保证能供给足够的新风,若正压太小,则房间内冷空气会透过门窗缝隙大量泄漏。对于负压,原理相同。
因此,除了系统的设计匹配外,本项目重点要完成的两个任务:
任务1 系统的噪声测试和控制;
任务2 系统的性能测试和控制。
2、学习指南
本项目来源于家居的新风系统设计与安装工程,虽然也是风管系统的项目,但由于用于家居,所以关注的问题更多的集中于舒适度要求,比如风量的均匀分布和噪声控制,对于风机和风管的性能要求更高。所以,学生要学会对相关噪声和性能参数进行测量并解决相关问题。本专业的实验实训设备非常齐备,所以,学生要尽量在实验实训中学习相关的理论和技能,也要多阅读相关的标准规范以及工程案例。
五、项目5(流体流动的计算模拟仿真)学习指南
1、项目分析
应用Fluent等模拟仿真软件对某流场进行模拟仿真,这是常见的工程项目。对于这类项目,一是要熟悉软件的使用,二是要了解各种流场所需要的计算方法,选择合适的公式并依据合理的边界条件进行准确模拟。对于软件的学习,周期会很长,并且要达到对软件的熟练使用,需要在工程中不断深入,不是一两周可以解决的。所以,本项目在授课过程中重点在于对于软件功能和用法的介绍,给学生播下一点种子,鼓励学生自主学习。
2、学习指南
对于软件的学习,最好的办法是根据一个案例从头到尾的做一遍。所以课程组针对本项目的学习,提供了很多学习案例和指南。学生学习一方面要根据老师的指导进行训练,但更重要的是根据案例进行自主学习和训练。
六、项目6(压缩机的选配与优化设计)学习指南
1、项目分析
与前面几个项目中涉及的流体机械(如泵与风机)相比,压缩机的工作原理和泵与风机类似,但结构更复杂,分类更细,相对应的知识和技能要求也更高。所以本项目不再更多的介绍流体机械的工作原理,重点在压缩机的种类、结构和性能差异比较,以及不同类型的压缩机安装、调试方法。分列如下:
任务1 压缩机的分类,结构和性能差异;
任务2 压缩机的计算选型和性能测试;
任务3 压缩机的优化设计(选做)。
2、项目指南
本项目以一个教师完成的压缩机降噪项目为依托开展教学,为了对压缩机降噪,必须要在制冷系统中对压缩机进行安装、运行,并测取噪声数据,并结合压缩机的结构和运行原理分析噪声原因,最后对关键部位进行优化改进达到降噪的目的。在此过程中需要对压缩机的各种方面进行训练和学习,以此锻炼学生的工作能力。
本项目的前两个任务是要求学生必须要掌握的,但对任务3,由于涉及的内容很多,也有相当大的技术水平要求,因此,任务3是选做单元,学生主要是对方法、步骤和流程进行了解和学习,也可对教师提供的工程资料进行细致的研读。对于任务1和2,学生要结合教材进行学习,另外要充分利用校内外的实验实训条件进行实践学习,同时要学会大量阅读工程案例和参考文献,为设备的合理选配积累经验。
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