想方設(shè)法,講好《燃燒理論》課

1、想方設(shè)法，講好燃燒理論課摘要：燃燒理論課程內(nèi)容繁雜，難點(diǎn)多，學(xué)生普遍反映此課難學(xué)、難懂。教師也感到此課難講。本人教授此課九年，感到要講好此課，首先要認(rèn)清此課知識(shí)的基本構(gòu)成，要分清哪些是基本點(diǎn)，哪些是難點(diǎn)。只有對(duì)此課程有一清楚的宏觀認(rèn)識(shí)，才能真正講清楚。另外，采用多媒體,啟發(fā)學(xué)生討論，多舉例,也有助于學(xué)生理解。關(guān)鍵詞:燃燒基本知識(shí)多媒體討論燃燒理論是一門內(nèi)容豐富、實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科。內(nèi)容豐富一是因?yàn)槿剂戏N類繁多，比如油料、煤炭、氣體燃料等；二是因?yàn)槿剂暇奂问蕉喾N多樣，比如氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)等。三是因?yàn)槿剂显谌紵龝r(shí)，所處燃燒環(huán)境、點(diǎn)火形式、點(diǎn)火強(qiáng)度的不同、使得燃料的著火過(guò)程、燃燒形式與燃燒速度發(fā)生很

2、大變化。實(shí)用性很強(qiáng)是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)與生活實(shí)踐中經(jīng)常遇到與燃燒相關(guān)的問(wèn)題，比如發(fā)動(dòng)機(jī)、鍋爐、點(diǎn)火器、各種燃燒器。人們?yōu)榱藢?duì)此進(jìn)行深入研究，建立了許多專門的燃燒理論學(xué)科，比如瓦斯的燃燒與爆炸、氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒、煤炭的燃燒、火藥的燃燒、火箭推進(jìn)劑的燃燒、鍋爐等各種燃燒器理論。還有火災(zāi)預(yù)防學(xué)科，它也是燃燒理論的一個(gè)專門學(xué)科。以上專門建立的燃燒理論?？疲謩e對(duì)其專門應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行專門討論。它們分別適用于相應(yīng)的專業(yè)。但是，燃燒理論所包含的一些基本知識(shí)，是每個(gè)專業(yè)都要掌握的。它們主要包括燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)，其闡述了燃燒的速度與化學(xué)反應(yīng)機(jī)理之間的關(guān)系；燃燒學(xué)的物理基礎(chǔ),解釋了燃燒過(guò)程中的物理過(guò)程

3、，比如燃燒過(guò)程中的物質(zhì)和能量的輸運(yùn)過(guò)程,給出了質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程，還可以得到組分守恒方程；、燃料的著火理論,分析了燃料著火的物理化學(xué)原理,給出物理模型，建立熱守恒方程，得出著火判據(jù)。另外還有火焰?zhèn)鞑ヅc穩(wěn)定的理論、氣體燃料的燃燒理論、液體燃料的燃燒理論、煤燃料的燃燒理論等。除了以上基本知識(shí)，彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)應(yīng)主要關(guān)注火炸藥、推進(jìn)劑的點(diǎn)火，燃燒與爆炸。1對(duì)課程重難點(diǎn)的把握燃燒理論是彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該學(xué)科所包含的知識(shí)與本專業(yè)炸藥爆炸理論，起爆器材、煙火學(xué)、工業(yè)炸藥、爆炸安全技術(shù)與管理課程知識(shí)相關(guān)。學(xué)好燃燒理論課，有助于學(xué)生對(duì)那些知識(shí)的掌握，所以讓學(xué)生學(xué)

4、好本課程很重要。雖然燃燒理論知識(shí)很多，但主要還是圍繞著評(píng)判是否會(huì)著火和計(jì)算燃燒速度。有許多物理模型和數(shù)學(xué)方法用于討論以上兩個(gè)問(wèn)題。雖然有時(shí)推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜且難以理解，但它是本課程的基礎(chǔ)，應(yīng)讓學(xué)生掌握其物理原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)原理1。在燃燒物理基礎(chǔ)一章里，質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、組分守恒、能量守恒是基本知識(shí)，而關(guān)于二維平板附面層假設(shè)、捷爾道維奇變換、相分界面上的邊界條件的斯蒂芬流數(shù)學(xué)推導(dǎo)是難點(diǎn)。在著火過(guò)程一章里，謝苗諾夫熱守恒建立、熱圖分析和熱自燃臨界條件的物理原理是基本知識(shí)，數(shù)學(xué)推導(dǎo)是難點(diǎn)。在氣體燃料的燃燒一章里，擴(kuò)散燃燒、預(yù)混燃燒的物理原理和數(shù)學(xué)表述是基本知識(shí)，火焰結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)描述是難點(diǎn)。在液體燃料的燃燒一章

5、里，霧化燃燒形成原理與物理模型建立是基本知識(shí)，燃燒速度計(jì)算是難點(diǎn)。在固體燃料的燃燒一章里，煤炭分類、煤炭燃燒過(guò)程、典型燃燒器結(jié)構(gòu)與工作原理是基本知識(shí)，燃燒速度計(jì)算是難點(diǎn)。爆炸物品種繁雜，大致可以分成火藥、炸藥、固體推進(jìn)劑、液體推進(jìn)劑等不同種類。而火藥又可分為點(diǎn)火藥、發(fā)煙藥、焰火藥；炸藥可分為起爆藥、猛炸藥、工業(yè)炸藥?；鹫ㄋ幍娜紵问娇煞譃闊岱纸?、緩慢燃燒、快速燃燒、爆炸、爆轟。所以爆炸物的燃燒一章知識(shí)很多。其中爆炸物分類及其燃燒特點(diǎn)是基本知識(shí)，燃燒壓力與燃燒速度計(jì)算的基本物理原理很重要，計(jì)算方程的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化是難點(diǎn)。2充分掌控授課計(jì)劃要上好燃燒理論課，教師除了要弄清其知識(shí)的基本構(gòu)成和和各章基本知識(shí)

6、與難點(diǎn)外，還做好以下工作。2.1認(rèn)真?zhèn)湔n，最好采用電子課件，即多媒體，因?yàn)橛枚嗝襟w以下好提高知識(shí)表達(dá)效率、表達(dá)質(zhì)量和知識(shí)傳授量燃燒理論課程內(nèi)容多，板書速度慢，用電子課件可以快速展示。該課公式多、其中有一些數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，用電子課件，可以推的更細(xì)，讓學(xué)生更易理解。另外，可以利用電子課件對(duì)一些難點(diǎn)與重點(diǎn)從不同角度反復(fù)說(shuō)明，有利于學(xué)生領(lǐng)會(huì)?？梢苑奖愕夭迦雸D片、視頻，加強(qiáng)課件的表達(dá)能力。燃燒理論課程知識(shí)包括許多物理模型，比如質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、組分守恒、能量守恒、熱自然、強(qiáng)迫點(diǎn)燃、二維平板附面層、火焰結(jié)構(gòu)、射流結(jié)構(gòu)、圖表。在黑板上畫這些內(nèi)容要花許多時(shí)間，且難以說(shuō)清楚。但是在電子課件中，就很容易展示在

7、屏幕上。另外、可以通過(guò)動(dòng)畫演示一些變化的過(guò)程，這些過(guò)程在過(guò)去有時(shí)很難讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)理解，而用動(dòng)畫，一看就懂。比如在講因氣流流速的增大，層流火焰發(fā)展成湍流火焰的過(guò)程，過(guò)去都是在黑板上畫一幅圖，縱坐標(biāo)是氣流流速，橫坐標(biāo)是雷諾數(shù)，在不同雷諾數(shù)處畫出相應(yīng)火焰形狀，一幅圖要花五分鐘才能畫完。且因?yàn)閳D是靜止的，難以讓學(xué)生理解?，F(xiàn)在通過(guò)動(dòng)畫，將隨著流速的增大，火焰由層流發(fā)展成湍流火焰的動(dòng)態(tài)過(guò)程連續(xù)展示，學(xué)生一看就明白。過(guò)去需要一節(jié)課講這些內(nèi)容，現(xiàn)在只需半節(jié)課,節(jié)省下的時(shí)間，可以讓學(xué)生討論,加深他們對(duì)知識(shí)的理解。比如，在講到噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理時(shí)，就可以用一段動(dòng)畫，演示空氣經(jīng)渦扇進(jìn)入涵道，油霧燃燒，從而噴出

8、高壓氣體的過(guò)程2.2給出專題,讓學(xué)生分組討論研究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性在教學(xué)過(guò)程中，注意就一些難點(diǎn)、重點(diǎn)、提出問(wèn)題、讓學(xué)生分組討論。將討論內(nèi)容按照論點(diǎn)、論據(jù)、論證說(shuō)明、結(jié)論四項(xiàng)，寫在電子課件中，并讓各組學(xué)生在下次上課時(shí)，選一代表上臺(tái)論述。隨后，引導(dǎo)全班同學(xué)就各組論述情況進(jìn)行討論，最后教師分析總結(jié)；學(xué)生喜歡這種學(xué)習(xí)形式，有時(shí)他們?cè)谒奚嵊懻撝辽钜梗⒎e極爭(zhēng)取上臺(tái)表述的機(jī)會(huì)。學(xué)生都說(shuō)，這樣可發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，促進(jìn)他們思考、論辯的能力2。可大大加深他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。比如，在講到斯蒂芬流形成原理與數(shù)學(xué)表述時(shí)，因?yàn)檫@部分知識(shí)比較抽象，學(xué)生一時(shí)難以理解，我就把學(xué)生分成五個(gè)組，每組五人，讓他們課后討論。在

9、下次上課時(shí)，每個(gè)組分別上臺(tái)，結(jié)合電子課件，論述他們對(duì)此問(wèn)題的理解。一個(gè)小組說(shuō)，斯蒂芬流最主要的特點(diǎn)是發(fā)生在相分界面上，并且要物理化學(xué)過(guò)程和擴(kuò)散過(guò)程同時(shí)發(fā)生。他一語(yǔ)道破了斯蒂芬流的關(guān)鍵點(diǎn)。另一組學(xué)生就書中所舉碳粒在純氧中燃燒和水蒸發(fā)兩例，說(shuō)，在這兩個(gè)例子中，都是講物質(zhì)向上,離開相分界面。比如，碳粒在燃燒時(shí)，二氧化碳是離開碳粒而去。在水蒸發(fā)中，水蒸氣也是離開水面而去。但是，為了吸收異味，在冰箱中放置活性炭，也符合具備擴(kuò)散與物理過(guò)程的條件，在相分界面上也可以用斯蒂芬流邊界條件與物質(zhì)守恒方程描述3。在這里,活性炭周圍的氣體，是進(jìn)入活性炭里的，這與書中兩例不同。這個(gè)例子很新穎，從我各看到的基本燃燒理論和

10、流體力學(xué)書中，從未見過(guò)。這表明，學(xué)生在此對(duì)斯蒂芬流有了較為深刻的認(rèn)識(shí)。2.3多舉實(shí)例,理論聯(lián)系實(shí)際，幫助學(xué)生理解現(xiàn)在學(xué)生參加社會(huì)實(shí)踐少、參加勞動(dòng)也少、所以有時(shí)對(duì)許多在生活中本應(yīng)耳熟能詳?shù)默F(xiàn)象毫無(wú)所知，這就要求教師多舉例，幫助他們理解。比如在講氣體燃料的預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒時(shí)，一些同學(xué)難以理解，我就拿生活中常見的氣割槍舉例，工人在點(diǎn)氣割槍時(shí)，先開乙炔氣，不開氧氣。先打著火機(jī)，讓其在燒嘴口前部等待乙炔氣從槍口噴出，點(diǎn)燃后,形成擴(kuò)散火焰，因?yàn)閿U(kuò)散火焰燃燒強(qiáng)度速度低，不會(huì)爆炸，比較安全。然后,再擰開氧氣閥，氧氣在燒嘴前與乙炔混合，形成預(yù)混燃?xì)?。?dāng)其從燒嘴噴出后再燃燒，利用預(yù)混火焰的特點(diǎn)，達(dá)到較高燃燒速度

11、和溫度，從而進(jìn)行氣割和氣焊。有時(shí)工人在預(yù)熱工件時(shí)，故意減少氧氣流量，因?yàn)閿U(kuò)散燃燒火焰體積大、溫度低，對(duì)工件加熱效果更好。這樣，學(xué)生很容易就理解了擴(kuò)散燃燒和預(yù)混燃燒理論。3理論與實(shí)例相結(jié)合的授課方式有一次，在講熱自燃時(shí)，學(xué)生問(wèn)我,前年秋后他家稻草堆不知為何，莫名其妙的自己先是冒煙、后來(lái)就燒掉了。我問(wèn)他，著火前是否下過(guò)雨,他說(shuō)著火前七、八天下過(guò)一場(chǎng)雨，我分析說(shuō)，可能是因?yàn)橛晁魅臌湶荻褍?nèi)部，導(dǎo)致其發(fā)酵，而發(fā)酵是放熱過(guò)程，當(dāng)其中心部位的麥草熱生成大于其向外所散的熱量時(shí)，就著火了。另一位同學(xué)家在煤礦，他說(shuō)見過(guò)煤堆自燃，我分析也是類似原因。我還用熱自燃理論，分析了在我國(guó)乳化炸藥生產(chǎn)線乳化工序發(fā)生的爆炸事故,也是由于乳化機(jī)工作異常，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過(guò)快，其內(nèi)物料因粘滯流動(dòng)摩擦過(guò)度，使得物料溫度迅速上升；或在乳化前的水相或油相中混入硬雜質(zhì)，由于這些雜質(zhì)的摩擦，導(dǎo)致物料溫度上升，物料體系熱分解放熱，體系熱生成速度超過(guò)熱散失速度，熱分解加速,發(fā)展成燃燒，隨著燃燒速度加快，燃燒波陣面壓力增大，最后發(fā)展成沖擊波，從而發(fā)生爆炸事故。燃燒理論雖然難學(xué)難教，但只要