“燃料与燃烧”课程教学内容设计

周松

摘要：在对高等院校“燃料与燃烧”骨干基础课程教学现状进行简要介绍的基础上，提出了“燃料与燃烧”课程的教学设计改革和教学内容优化，并对课程主要教学模块所涉及的重点内容逐一进行了阐述，同时提出了该课程教学的重点和难点以及相应的解决策略。

关键词：燃料；燃烧；教学内容；设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）40-0113-02

在当今全球节能减排要求日益严格的背景下，国内外燃料、燃烧理论及燃烧应用技术发展很快，“燃料与燃烧”作为我校本科热能与动力工程专业方向的骨干基础课，其教学效果对学生后续专业课学习和未来工作均有重要影响。

“燃料与燃烧”课程教学内容涉及众多专业，知识结构比较繁杂。基于我校培养适应社会发展的高素质、创新型人才的目标，在制定新版教学大纲时，广泛征集了用人单位、兄弟院校、教师和校友的意见，重新优化设计了“燃料与燃烧”课程的教学内容，考虑到燃烧理论是所有热机的基础，增加了燃烧基本理论方面的内容，尤其是与内燃机、燃气轮机和锅炉相关的理论。

一、“燃料与燃烧”课程教学内容

1.燃料。本模块主要包含：固体燃料、液体燃料、气体燃料的来源、种类、组成；燃料性质、物性参数的定义和表示方法等教学内容。

2.燃烧过程的物质平衡与热平衡。本模块主要包含：燃料的热值、过量空气系数、当量比；完全燃烧所需的空气量及燃烧产物组分的计算、不完全燃烧产生的烟气量、不完全燃烧方程式；完全燃烧与不完全燃烧时燃烧温度、实际燃烧温度、提高理论燃烧温度的途径等教学内容。

3.化学反应动力学。本模块主要包含：化学反应速度、基元反应、质量作用定律、反应分子数与反应级数、反应级数的确定方法；化学反应速率及其影响因素、各种级的单步化学反应、串联反应、竞争性反应、逆反应、链锁反应、链分枝爆炸、爆炸极限等教学内容。

4.燃烧系统守恒方程。本模块主要包括：分子传输方程；基本守恒方程；流动边界与热边界层等教学内容。

5.着火和燃烧界限。本模块主要包含：燃烧现象的分类；着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题；自燃与引燃、引燃成功条件，各种参数对着火的影响；热球点火与火花点火问题；燃烧界限的影响因素；等等教学内容。

6.预混气的燃烧。本模块主要包括：爆震波和缓燃波、雨果尼奥曲线及性质、雨果尼奥曲线上熵的变化、爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较、爆震波的结构等教学内容。

7.层流预混火焰。本模块教学内容包括：热理论、化学和物理参数对火焰传播速度的影响、火焰传播速度的测量方法、火焰在层流气流中驻定的原理、火焰淬熄等教学内容。

8.层流扩散燃烧。本模块教学内容包括：层流扩散火焰的伯克和舒曼理论、燃料射流的唯象分析和层流扩散火焰射流等教学内容。

9.气体湍流燃烧。本模块教学内容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非预混反应物的化学反应湍流和预混反应物的化学反应湍流等教学内容。

10.液体燃料的扩散燃烧。本模块主要包含：斯蒂芬流、单油滴的蒸发及质量燃烧速度、液滴寿命的计算；气流中的燃料液滴；在静止介质中液滴的超临界燃烧、内部回流对液滴蒸发速率的影响；火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧的概念；喷雾贯穿距离、喷雾角和颗粒平均直径；等等教学内容。

11.固体燃料的燃烧。本模块主要包括：固体燃料的燃烧过程、固体碳粒的燃烧、碳粒燃烧的化学反应、扩散与动力控制的碳粒表面燃烧等教学内容。

12.燃烧污染与防治。本模块主要包括：NOx的生成与防治、SOx的生成与防治、烟尘的生成与防治等教学内容。

13.船舶动力装置的燃烧。本模块主要包括：船舶柴油机的燃烧技术、燃气轮机的燃烧技术和船舶锅炉的燃烧技术。

二、“燃料与燃烧”教学设计

“燃料与燃烧”课程教学目的是使学生掌握燃料特性和燃烧基本理论，具备利用理论知识分析和研究燃烧现象和燃烧装置的能力。教学过程中应注意以下几点。

1.夯实基础知识。“燃料与燃烧”是研究燃烧规律的一门课程，它以高等数学、大学物理、大学化学和其他基础课的知识基础为支撑，课程中有很多非常基础的知识点，后续燃烧理论、燃烧模型都是在其基础上发展起来的。在课堂教学中应特别注意这些知识点，要讲全讲透，才有可能有良好的教学效果。

2.注重知识综合运用。“燃料与燃烧”课程是热能与动力工程专业的基础课程，教学内容直接应用到后续各专业方向的骨干课程中，如“内燃机原理”、“燃机原理”、“锅炉原理”和“内燃机排放与污染控制”等一系列课程。在课程教学中，应突出“燃料与燃烧”课程的特色内容，同时兼顾相关课程和相应的交叉课程，提高学生综合运用知识的能力。

3.增强教学体系结构的系统性。注重与前续基础课程、后续专业课程间的衔接，但又要避免课程内容的交叉重复。根据教学目的和检测要求，不断优化热能与动力工程专业方向的课程体系教学内容结构，增强课程体系的系统性和完整性。

三、“燃料与燃烧”课程教学的重点、难点及相应解决措施

1.课程教学的重点和难点。“燃料与燃烧”是我校本科热能与动力工程专业方向的骨干基础课程和研究生动力机械及工程热物理专业方向的核心课程。由于燃烧应用技术发展很快，课程教学内容需不断更新，与之保持同步，及时反映燃烧技术的最新进展。“燃料与燃烧”课程教学内容涉及众多基础学科，教学难度较大。从知识体系的完整性方面来看，阿仑尼乌斯公式、雨果尼奥曲线、层流预混火焰的热理论、液态燃料液滴的燃烧和固体燃料燃烧的化学反应等是课程教学的重点，掌握这些内容是系统掌握并熟练应用“燃料与燃烧”课程知识的关键。

由于“燃料与燃烧”课程属于本科热能与动力工程专业方向教学体系中的骨干基础课，按教学计划，安排在第六学期授课，此时学生已有“大学物理”、“大学化学”、“工程热力学”、“传热学”和“流体力学”等课程的知识基础，与本课程知识体系的衔接不存在太大的困难。但是，“燃料与燃烧”课程中的链锁反应、爆震波、缓燃波、燃烧唯象分析和湍流燃烧等知识点，对部分学生而言，仍有一定的困难，教师在授课时，需特别加以注意。

2.突破课程教学重点、难点的对策。

（1）应用多媒体技术，提升课程教学质量。多媒体具有结构明显、条理清晰、图文并茂、信息量大等特点，可以方便地穿插动画、音频和视频等教学素材，非常适合于讲授非推导性的知识。通过收集、整理资料，将与课程重点、难点内容相关的典型燃烧动画、录像切入到电子教案中，授课时与讲授内容有机地连接在一起，快捷而方便地将理论知识与燃烧现象、特点进行对比分析，充分展示授课内容之间的联系和燃烧技术的细节，激发了学生的学习潜能和学习热情，通过课堂教学，增强了学生对理论知识的理解，提高了理论联系实际的能力，明显提升了教学效果。

（2）加强和学生的课堂互动。在授课过程中，加强和学生的互动。每堂课开始时，随机抽答，尤其是表现不好的学生，让其讲述上堂课的教学内容，然后通过对燃烧问题的扩展引入本堂课的教学内容。授课过程中，通过燃烧示例的多方案举证，让学生从其中发现共性的问题，引导学生多思考、多提问，鼓励学生发现和探索燃烧问题，并注意学生在课堂上的反应，遇到学生有疑问的地方，尤其是共性的问题，需要及时、反复、细致地讲解，并适时调整授课速度和内容。

（3）结合承担的科研，培养团队合作能力和创新能力。“燃料与燃烧”是一门理论结合实际的课程，充足的实验有助于对理论知识的掌握。为此，在教授该课程的时候，在原有教学实验的基础上，结合我校承担的燃烧技术应用科研课题，让学生组团参与其中的部分试验，如进行内燃机燃烧可视化试验、燃气轮机燃烧实验和锅炉燃烧实验，既增强了学生学习的积极性、拓展了学生的科学视野，又加深了对预混燃烧和扩散燃烧等基础知识的掌握，同时培养了学生的团队合作能力和创新能力，取得了良好的教学效果。

（4）利用课程论文，加深对知识的理解。“燃料与燃烧”课程教学的最终目的还是服务于培养高素质的创新型人才。在课程主要教学内容讲授完成后，要求学生结合自己的专业方向，完成一篇有关燃烧理论或燃烧技术的论文，就其应用原理、发展现状、优缺点等进行评述，以加深对所学知识的掌握，同时培养学生的自主学习能力。

（5）利用现代网络技术，加强师生互动。利用现有大量的网络资源，搭建课程的教学网站。一方面为学生提供大量课外学习资料；另一方面，通过设置交互平台，为师生搭建良好的沟通渠道，加强师生之间的联系，及时交流和反馈各自的信息和需求，提高了“燃料与燃烧”课程的教学质量。

四、结语

作为热能与动力工程专业方向的一门重要的基础课程，“燃料与燃烧”在我校本科教学体系中扮演着重要角色。根据燃料和燃烧应用技术的发展，尤其是行业相关燃烧技术的发展，及时更新、优化课程教学内容，是达到课程教学目标的关键。与其他基础课程相比，作为多学科知识应用的综合体，“燃料与燃烧”课程在教学内容和教学方法上具有自己独特的特点，在教学过程中应采取相应的措施，改革传统教学模式和教学方法，提高教学效果。我校新教学大纲实施后，几年来的教学实践表明，“燃料与燃烧”课程教改取得了良好的效果。

参考文献：

[1]顾恒祥.燃料与燃烧[M].西安：西北工业大学出版社，1993.

[2]Kuo，Kenneth K. Principles of Combustion 2nd edition[J]. John Wiley and Sons，Inc，2005.

[3]曹玉春，吴金星，焦森林.热能动力专业“燃烧学”课程教学的改革与创新[J].中国电力教育，2010，（4）：69-71.