变工况制冷压缩机性能测试精品实验项目建设与实践

赵 美, 臧建彬, 蔡 炜, 王晓东, 濮宁伟

(同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804)

变工况制冷压缩机性能测试精品实验项目建设与实践

赵 美, 臧建彬, 蔡 炜, 王晓东, 濮宁伟

(同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804)

“变工况制冷压缩机实验性能测试”是制冷专业中一个重要的专业基础实验，该实验是针对制冷系统在实际运行时工作状态会大幅度变化的问题，通过实验，让学生对压缩机变工况运行时的性能变化有深入的理解。该项目对这一经典的实验进行“精品实验项目”建设，更新实验装置，对实验装置进行了数字化的改进，建立一套完备的数据采集系统，提高了实验的自动化。此外，完善实验教学内容，改进实验教学方法，在传承经典的同时有所创新。

变工况制冷压缩机； 性能实验； 精品实验项目； 数字化实验装置； 创新实验教学方法

0 引 言

制冷压缩机是制冷系统中最主要的设备之一，是为制冷系统运行提供动力的装置。制冷压缩机作为整个系统的“心脏”[1]，不断地吸入和排出气体，把制冷剂由低压状态压缩到高压状态，完成在蒸发器中汽化制冷和在冷凝器中液化放热过程。“制冷压缩机”是制冷专业的一门主干专业课程，该课程与专业理论知识联系非常紧密，同时也与工程实践密切相关[2]，它起到了从基础课程到专业课程的过渡桥梁作用[3]。压缩机变工况性能测试实验台是高校开展制冷压缩机教学不可或缺的实验设备，实验课程对于学生系统学习制冷压缩机的热力性能起到非常重要的作用。

“精品实验项目”是对某一实验项目进行精品化建设，对整个实验教学起到示范作用[4]。精品实验项目既要体现经典性，又要具备先进性，设计先进的实验教学仪器设备，丰富的教学内容，新颖的教学模式[5]。将“变工况制冷压缩机性能测试实验”打造成为精品实验项目，对传统经典实验进行创新改革，改善实验教学条件，丰富教学内容，改革教学手段，增强学生主观能动性，培养学生创新能力，培养学生的卓越素质。

1 打造精品实验装置

1.1 经典实验系统的搭建

变工况制冷压缩机实验台是“制冷压缩机”课程重要的实验台，对于学生理解制冷压缩机不同工况下，制冷量随蒸发温度变化的变化情况有非常重要的作用。当工作温度不同时，制冷压缩机的单位制冷量，压缩机的轴功率和制冷效率都会发生变化，对某一具体的制冷剂来说，若冷凝温度已经确定，则单位容积制冷量将随蒸发温度的降低而变小；由于单位制冷量和压缩机的轴功率都随循环的工作温度而变，冷凝温度越高，蒸发温度越低，则制冷系数越小。参照国家标准GB/T 5773-2004《容积式制冷剂压缩机性能试验方法》[6]搭建实验系统，实验系统如图1所示。

图1 实验系统流程图

参照标准，实验过程中采用第二制冷剂量热器法测量变工况下制冷压缩机的制冷量、功率和制冷系数。第二制冷剂量热器由一组直接蒸发盘管作蒸发器，该蒸发器被悬置在一个隔热压力容器的上部，电加热器安装在容器底部并被容器中的第二制冷剂浸没，利用电加热产生的热量来平衡量热器中蒸发器产生的制冷量，见图2。水冷冷凝量热器是由水冷冷凝器和测量温度、压力和冷却水流量仪表组成的。实验过程中通过第二制冷剂量热器的电加热装置可控制蒸发温度，通过冷却塔风扇变频器控制冷却水温进而控制冷却水温度。实验过程中维持冷凝温度不变，分别设定3个蒸发温度(压力)，记录3个工况的循环参数，分别计算3个工况下的制冷量和制冷系数，画出lgp-H图以及制冷剂随蒸发温度的变化情况。

1.2 实验系统的数字化更新

将该实验项目建设成为精品实验项目，首先要确定教学方法改进的突破点。本精品实验项目在传承经典，让学生对制冷压缩机在变工况下运行的性能有全面了解的同时，对原有实验装置进行数字化改造。结合计算机硬件、专用软件模块和各种测量仪器，将实验手段更新为具有数字化数据采集和输出的装置[4]，让学生学会自主学习，进行多方法处理实验数据。

1—制冷剂进口 2—制冷剂出口 3—保温层 4—电加热器 5—蒸发盘管 6—第二制冷剂R12 ΔQi—漏热量Qi—电加热量
图2 量热器原理图

实验台上各种实验数据，温度、流量、电气参数等通过测量仪器，采用数据采集仪，专用软件模块进行采集，计算机数据采集系统由一台普通的兼容计算机、A/D卡、A/D模块、通信模块和铂电阻变送器组成。采用VB语言编写的程序进行数据采集。

2 加强实验室建设和管理

强化实验室建设与管理，为精品实验开设打造良好的实验环境。实验环境对确保教学质量也起到不可替代的作用，营造良好的实验环境，对提高实验教学效果有非常重要的影响[7]。实验教学环境表面上看起来是相对静止的，处于教学活动的外围[8]，但实质上实验教学环境潜在地影响着学生的学习愿望和学习兴趣，干预着学生的学习活动，影响着学生的学习效果。

2.1 营造良好的实验室环境氛围

近年来，随着国家对高校实验室建设的投入逐步加大，实验室的硬件环境建设越来越完善[9]。为保证高质量地完成精品实验，实验中心在学校的专项资金支持下，对变工况制冷压缩机实验台进行维护和更新，继承该实验项目的经典同时有所创新。同时，根据本学科实验教学的特点，实验中心制定了一系列的规章制度，并按照规章制度进行实验室管理和实验教学，初步实现了科学、高效的实验室管理，为实验教学的顺利进行提供了制度保障[10]。

实验中心对精品实验场地进行规划和合理布置，在实验房间的墙上张贴各种与变工况制冷压缩机实验相关的展板，例如实验装置的流程图，仪器设备的操作步骤等，利用这种最直接的手法营造良好的实验室氛围[11]。学生进入到布置庄重，科研气氛浓厚，地面干净，设备先进的实验室，加上安全规则方面的培训，学生从一开始就会感受和认识到实验室是进行实验和科学研究的神圣场所，自发产生严谨、认真的态度。学生在做实验时态度认真，不但达到预期的实验教学效果，而且还能够激发学生发现问题和创新的能力。

2.2 加强实验人员的综合素质培养

实验教师在实验教学过程中扮演着重要的角色，其综合素质对于实验教学的效果也有非常大的影响。实验教师的认知水平、专业能力、工程实践经验等素质都会直接影响到实验教学质量，所以中心针对实验教师制定了一系列培养方案。①实行青年实验教师听课制度，学习老教师的实验教学经验，发挥老教师“传”“帮”“带”作用[11]；②建立实验教师的培训与学习制度，鼓励实验教师参加国内外学术会议与同行交流，组织实验教师参加各种实验教学改革与创新研讨会等活动，不断提高实验教师的创新试验能力[12]；③鼓励青年实验教师在职攻读博士学位，以科学研究促进实验教师优化其知识结构，促进实验教学。这些制度的实施提高了实验教师的综合素质，为精品实验项目的建设提供了人才保障。

3 改革实验教学方法和考核方式

变工况制冷压缩机精品实验项目在继承经典的同时有所创新，还表现在采用创新的实验教学方法，并采用更为合理，更能激发学生自主学习的考核方式。传统的实验教学模式教学方法和手段单一，在一定程度上限制了实验信息的共享，不利于激发学生自主学习的兴趣，而且会挫伤学生的学习积极性。创新的实验教学方法更倾向于研究型教学，并引入多媒体技术进行教学，开发网络化实验教学系统，促进对实验教学内涵的深化和再认识。

3.1 采用创新的实验教学方法

该精品实验项目在实验教学方法上一改传统实验教学以教师为主体，以课堂讲授为中心的模式，而是借鉴“翻转课堂”[13]的理念，实施研究型教学，学生通过自主学习，设计实验方案，进行实验。学生课下通过观看视频，书本等进行学习，并分组进行实验方案的设计；课上在实验教师的引导下，根据学生的学习情况，通过讨论、实际操作等方式解决学生课下学习所遇到的问题；实验结束后学生写实验报告，对实验过程进行总结分析。实验教师上课过程中少讲多做，尽可能让学生掌握实验的主动权，培养学生自学能力，查阅文献能力，归纳总结能力，表达能力，理解能力，独立思考、分析和解决问题的能力。

3.2 采取多样化的教学手段，实现网络化

“变工况制冷压缩机”精品实验采用多样化的实验教学手段，引入多媒体技术进行教学。自行设计制作了实验课件，拍摄实验教学录像片，采用多媒体、示范演示等多种灵活的实验教学手段。通过图片、视频等多媒体方式营造出形象直观教学场景，让学生对实验过程的认识由感性认识上升到理性认识，不再感到实验枯燥无味，进而激发学生的求知欲，提高学生学习的主动性[14]，同时加强学生对知识的吸收和理解。

此外，精品实验项目利用学校网络平台，开发了网络化实验教学系统，整合相关的实验教学资源，使学生可以随时随地开展实验相关知识的学习。在网络实验教学平台上，实验教师将各种实验资料、实验通知、解惑答疑等进行发布，学生在网络上交流学习心得，进行提问并分享经验[15]。该网络化实验教学系统突破了传统实验教学的时间和空间局限性，将师生之间的交流互动从课内延伸到课外，教师通过网络平台更全面了解学生的学习情况，同时也能够及时对教学方法做出调整，从而更大程度地发挥教师的主导作用。利用网络平台，学生可以采用协作学习、小组讨论等策略进行学习，这样更加积极和自由的环境更有利于激发学生的学习兴趣。

3.3 建立科学的实验考核制度

科学合理的实验考核制度，多样灵活的实验考核方法是素质教育必不可少的环节[16]，进行实验教学改革，实验考核方法也是必须要进行改革的重要环节[17]。实验考核科学、公平，不仅能考核学生动手操作实验的能力，学习掌握理论知识的能力，还能促进学生学习的兴趣和主观能动性。同时实验教师在考核过程中也能不断地对实验手段和讲授方法进行改进，更好地做好精品实验项目的建设。“变工况制冷压缩机”精品实验项目采取“预习考核+实验操作+实验报告”的考核方式，以学生的表现为主要参考。

“预习考核”是指新的实验教学模式要求学生在进行实验课之前在网上进行实验预习，确定实验方案，实验课上对实验方案进行讲述，根据学生设计的实验方案，对学生的自学能力，理解分析能力和表达能力进行考查，此项考核内容占总成绩的30%；“实验操作”主要考查学生的动手能力，以及在实验过程中解决遇到问题的能力和创新能力，此项考核内容占总成绩的50%；“实验报告”是指学期末学生提交一份实验报告，教师通过考查学生对实验总体的理解，实验数据分析的准确与科学性给出成绩，此项考核内容占总成绩的20%。新的实验考核制度从不同侧面，多个层次，全方位地考查学生的各项能力，同时可避免部分学生抄袭实验报告，临时抱佛脚的做法，也激发了学生主动创新的兴趣。

4 结 语

通过对经典的“变工况制冷压缩机实验”进行精品实验项目建设，让学生对于制冷压缩机在不同工况下运行时的运行参数，运行性能有了更为深刻的认识，旨在提升学生对于后面理论课程学习的理解，提高学生对于实际工程中制冷压缩机运行的了解。精品实验项目建设通过改善实验硬件环境，包括改进实验装置，改善实验场地；同时建设良好的实验软环境，包括加强实验室建设，改革实验教学手段和实验考核制度等，在传承经典的同时进行创新，激发学生的学习兴趣，促进学生实践能力和创新能力的培养。

[1] 王站成，徐志亮，王志远，等．制冷压缩机变工况性能仿真与试验研究[J]．制冷技术，2009(5)：61-65．

[2] 王凤坤，郭 瑞．“制冷压缩机”课程教学改革探索[C]//Proceedings of 2010 Third International Conference on Education Technology and Training． 湖北，2010．

[3] 唐景春，王铁军，刘向农．制冷压缩机课程的教学改革[C]//制冷空调学科教学研究进展——第四届全国高等院校制冷空调学科发展与教学研讨会．南京，2006．

[4] 徐 宁，王 玫，吴 倩．“精品实验项目”建设重在诠释经典和方法创新[J]．实验室研究与探索，2013，32(2)：112-115．

[5] 王晓岗，朱仲良，张荣华，等．化学精品实验项目建设的探索与实践[J]．实验技术与管理，2011，28(2)：117-119．

[6] GB—T 5773—2004《容积式制冷剂压缩机性能试验方法》[S]．

[7] 耿连福，郭子新，徐 谨．实验教学环境之我见[J]．实验室科学，2006(2)：123-124．

[8] 崔艳艳．我国普通高校体育教学环境研究[D]．石家庄：河北师范大学，2012．

[9] 关涌涛．本科高校实验室建设工作的几点思考[J]．安阳工学院学报，2011，10(3)：119-121．

[10] 候燕芝，文朝阳，马惠苹，等．深化改革—建设医学生物学实验精品课程[J]．实验室研究与探索，2012，31(3)：133-135．

[11] 吴凌壹．材料力学实验室建设的几点体会[J]．科技文汇，2010(22)：68-69．

[12] 曾 飞，堵 俊．“城市交通运行控制”精品实验项目建设与探索[J]．实验室研究与探索，2014，33(8)：181-184，210．

[13] 黄 琰，蒋 玲，黄 磊．翻转课堂在“现代教育技术”实验教学中的应用研究[J]．中国电化教育，2014(4)：110-115．

[14] 雷峥嵘．如何利用网络教学手段改变传统的教学模式[J]．现代教育技术，2009，13(19)：176-178．

[15] 吴 倩，徐 宁．化工原理精品实验项目建设方法与思路[J]．实验科学与技术，2012，10(2)：86-87，123．

[16] 孙文彬．开放性创新实验教学改革与实践[J]．实验室研究与探索．2006，25(2)：148-151．

[17] 李传之．计算机网络实验教学改革与实践[J]．河南广播电视大学学报，2016，29(2)：91-93．

Construction and Practice on an Elaborate Experimental Project of “the Refrigeration Compressor Performance Test at Variable Conditions”

ZHAO Mei, ZANG Jianbin, CAI Wei, WANG Xiaodong, PU Ningwei

(School of Mechanical and Energy Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

“The Refrigeration Compressor Performance Test at Variable Conditions” is one of the important profession basic experiment courses of refrigeration major. By doing this experiment, students will understand deeply the refrigeration compressor performance running at variable conditions. In the construction of elaborate experiment project, the emphasis was put on both updating the experiment device and improving the experimental method. A set of data acquisition system was established in the experiment device to improve the automation of the experiment. This project improved the experimental teaching content and method. It inherited the classic experiment and innovated at the same time.

refrigeration compressor at variable; Performance test; elaborate experimental project; digital experiment device; innovative experiment teaching method

2016-10-15

赵 美(1987-)，女，山东烟台人，硕士，助理工程师，研究方向为蓄能技术、教学模式研究，精品实验项目建设。

Tel：18801963892； E-mail：zhaomei8766@163.com

G 642.423

A

1006-7167(2017)08-0240-03