《双碳背景下能源与动力工程综合实验》的特色体现在双碳背景下热能工程实验的综合性和设计性,以及当前先进表征技术方面。在实验方面,通过大量综合性、设计性实验的设计和设置,着力培养学生自我学习、创新学习的习惯,使学生能将所学专业知识系统化、实用化,进而解决实际工程问题。在先进表征技术方面,通过大量现代先进仪器设备和表征技术的介绍,使学生掌握先进的测试手段和分析方法,并能够借助先进仪器设备的测试分析结果,助力科学研究和技术开发。两者的有机结合可以提高学生的综合思维能力、创新能力以及工程能力,全面提高实验教学质量和人才培养质量。
本教材既可以作为能源与动力工程专业本科生的实验教学教材,又可以作为冶金、流体、机械等专业本科生的基础教材,同时也可供高校科研人员及企业人员学习、参考。
实验教学作为高等院校培养具有独立“工程实践能力”“综合分析问题能力”与“科技创新能力”综合应用型人才的重要手段,是学生近距离接触实际工况的重要实践环节,应充分发挥双碳背景下的科技创新人才培养的优势。
能源与动力工程综合实验是能源与动力工程专业的必修课,目前国内能源与动力工程专业的实验教材数量较少且内容分散。为此作者结合“课程思政”先进理念,围绕习近平总书记提出的碳达峰、碳中和目标,以“重基础、强化实践、推进创新”为主线,以“促进各学科知识融合,优化实验教学体系”为目标,编著了本实验教材。内容包括“能源高效转换与利用”与“先进表征与测试技术”两篇。其内容涵盖传热学、流体力学、工程热力学、燃料与燃烧学、制冷原理与装置、锅炉原理、火焰炉、储能原理与技术、新型功能材料制备技术与分析表征方法、扫描电镜与能谱仪分析技术等多学科知识。本教材实验内容体现了知识、能力和素质培养的综合性,系统地训练学生掌握和综合运用专业知识对工程问题进行理论分析、实验研究、环境评价的基本技能,培养学生独立解决工程实际问题的能力与创新精神。
本教材为东北大学“百种优质教材建设”立项教材,是在东北大学实验教学讲义《热能工程实验指导书》的基础上撰写的,该讲义已在能源与动力工程专业试用10年,从该校毕业的本专业及相关专业毕业生具备了热工、能源相关实验技能,在社会就业岗位发挥了重要作用。本教材由东北大学冶金学院杜涛教授担任主编,叶竹老师担任副主编。第一篇能源高效转换与利用,包括第1章燃料与燃烧综合实验,其中杜涛老师编著1.1~1.5节,叶竹老师编著1.6~1.8节;第2章流体力学综合实验,由荣军老师编著;第3章传热学综合实验、第4章热工综合实验,由叶竹老师编著。第二篇先进表征与测试技术,包括第5章电子光学分析综合实验、第6章光学分析综合实验和第7章其他分析表征实验,其中实验5.1~5.5、7.5由于凯老师编著,实验6.1~6.5、7.4由徐建荣老师编著,实验6.6~6.8、7.1~7.3由于江玉老师编著。全书由杜涛教授统稿审查。
本教材在编写过程中,参考了相关教材、专著、学位论文、学术论文及实验设备制造商的使用说明书,得到了东北大学冶金学院院领导、国家环境保护生态工业重点实验室、热能工程系各位老师的大力支持与帮助,特别是周清与李娟两位老师,在此表示衷心的感谢。
由于作者水平所限,书中不妥之处,敬请读者批评指正。
第一篇 能源高效转换与利用
1 燃料及燃烧综合实验
1.1 煤的工业分析实验
1.2 气体燃料发热量的测定
1.3 固体(液体)燃料发热量的测定
1.4 液体燃料油黏度的测定
1.5 燃料油闪点及燃点的测定
1.6 煤中硫的测定
1.7 本生灯法测定燃气法向火焰传播速度实验
1.8 预混火焰稳定浓度界限测定
2 流体力学综合实验
2.1 雷诺实验
2.2 沿程阻力系数的测定
2.3 局部阻力系数的测定
2.4 伯努利方程测定实验
2.5 文丘里流量计系数的测定实验
2.6 阀门阻力系数的测定实验
3 传热学综合实验
3.1 稳态球体法测粒状材料的导热系数测定实验
3.2 空气横掠单管强迫对流的换热实验
3.3 均匀壁面稳态热传导的温度分布及热流变化实验
3.4 建筑材料稳态热导实验(平板)
3.5 表面辐射强度与辐射源距离的关系测定实验
4 热工综合实验
4.1 可压缩气体(二氧化碳)压缩过程中状态变化测定
4.2 喷管加速气流综合性能实验
4.3 旋流燃烧器模拟实验
4.4 煤燃烧过程的综合热分析
4.5 锅炉燃烧热效率测试分析
4.6 合成吸附剂二氧化碳吸附性能测试
4.7 储能原理与储能技术综合实验
参考文献
第二篇 先进表征与测试技术
5 电子光学分析综合实验
5.1 扫描电子显微实验
5.2 能谱分析实验
5.3 X射线光电子能谱分析实验
5.4 透射电子显微实验
5.5 电子探针显微分析实验
6 光学分析综合实验
6.1 直读光谱仪定性定量分析实验
6.2 电感耦合等离子体原子发射光谱定性定量分析实验
6.3 原子吸收光谱定量分析实验
6.4 原子荧光光谱分析实验
6.5 X射线荧光光谱分析实验
6.6 激光拉曼光谱分析实验
6.7 红外光谱分析实验
6.8 紫外-可见吸收光谱分析实验
7 其他分析表征实验
7.1 气相色谱分析实验
7.2 高效液相色谱分析实验
7.3 金相显微分析实验
7.4 超声扫描显微镜样品内部缺陷分析
7.5 多晶X射线衍射分析实验
参考文献
附录
附录Ⅰ 干饱和水蒸气的热物理性质
附录Ⅱ 空气物性参数
附录Ⅲ 不同浓度下的燃气层流火焰传播速度实验值(参考)