低温环境绝热技术
课程信息
| 课程名称／课程号 | 适用范围与修读要求 |
|---|---|
| 低温环境绝热技术 ENER3002M |
低温 · 25级及以前、26级 专业选修 · 模块选修 储能普通班 · 26级 专业选修 · 模块选修 慧能 · 25级及以前 专业选修 · 导师推荐选修 |
课程简介
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工程领域内，到处存在着热的传播过程，实际传热问题不外乎两种类型，其一是力求强化换热过程，用最经济的设备来保证工艺过程的实现；其二是力求削弱换热的影响，采用合理的绝热措施达到最小的冷损失，保证设备的正常运行。《低温绝热技术》课程对象主要介绍低温绝热与传热的基本概念和设计原理，提出进行深入研究和实验的入门方法。内容包括五部分，第一部分为低温绝热基础；第二部分介绍低温绝热的类型及结构；第三部分为低温贮运系统及其传热问题；第四部分介绍了低温绝热的实验和测量方法；第五部分重点讲述低温容器（贮槽）的设计包括内外容器的强度设计，外压容器设计及贮槽的机械构件设计。
来源：教务网。
课程内容
分数构成
期终考试（开卷，时间2小时）
总评成绩＝平时成绩×10％+平时练习成绩×30％+期中考试成绩×20％+期终考试成绩×40％。
课程大纲
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第一周：课程介绍、低温绝热基础（1-1稀薄气体的热传导）
主要内容：首先介绍本课程与其他课程的关系，如传热学着重讲解热传导、对流换热以及辐射换热的基本原理，侧重于强化换热的方法和技术；本课程重点针对低温工程的具体应用讨论阻断热传导、对流以及辐射换热的方法和技术。其次介绍本课程的授课方式和安排。首先明白不考虑对流换热的机理，接着讲解低温绝热基础中的稀薄气体热传导的原理，涉及气体热导率的微观理论、气体分子的平均自由程、稀薄气体导热和自由分子状态气体导热等内容，要求掌握“气体分子平均自由程”、“克努森准数”、“热适应系数”、“自由分子状态气体导热”等基本概念和相关计算方法。
课程思政融入点：通过讲解我国传热学方面的学界泰斗如陶文铨院士的事迹，号召学生学习艰苦奋斗，勇攀科学高峰的精神。
第二周：低温绝热基础（1-2分散介质的热传导；1-3绝热中的辐射换热）
主要内容：以分散介质中的固体颗粒热传导建模为基础，讲述固体颗粒、含气孔的颗粒、以及真空条件下颗粒热传导的特点及其推演过程，并给出纤维材料热导率计算公式。辐射换热作为真空条件下的主要漏热来源，掌握减小这一辐射漏热的主要方法，如减小金属表面发射率、增设辐射屏等，掌握反常集肤效应等概念。
课程思政融入点：通过介绍卫星等国家高新技术成果中涉及到的相关知识，培养学生的爱国热情和民族自豪感。
第三周：低温绝热的类型及结构（2-1普通堆积绝热；2-2真空粉末和纤维绝热；2-3高真空绝热）
主要内容：掌握低温绝热的类型与结构，从表观热导率的角度来理解各种绝热方式的优缺点。熟悉普通堆积绝热材料的热物性和力学性质；从克努森准数的角度理解粗真空下的真空粉末和纤维绝热提高绝热性能的机理以及影响其绝热性能的各种因素；掌握单一高真空下辐射漏热所占的比例，掌握液氮保护屏和蒸汽传导屏等提高绝热性能的方法。
课程思政融入点：通过介绍MRI等国家高新技术成果中涉及到的相关知识，培养学生的爱国热情和民族自豪感。
第四周：低温绝热的类型及结构（2-4真空多层绝热；2-5低温容器的绝热结构）
主要内容： 真空多层绝热作为超级绝热方式是本课程重点掌握的内容之一，掌握各种多层绝热组合方式及其对应的表观热导率；掌握真空多层绝热材料中辐射传热、气体导热、固体导热特点；了解边界温度对多层绝热性能的影响；了解真空多层绝热中的多向传热现象；通过课后实验室参观进一步了解多层绝热材料的性能及其使用方法。
课程思政融入点：通过介绍大型科学工程中低温系统的结构，培养学生一丝不苟的科研精神。
第五周：低温贮运系统及传热问题（3-1低温贮槽概论及支承系统）
主要内容：接着讲述低温贮槽概论和贮槽的结构特点，引入贮槽公称容积、有效容积、贮槽绝热性能的评价指标--日蒸发率等概念；明白针对各种低温液体选择内外壳体材料的依据和绝热类型和结构；了解相关的国际标准、国家标准和行业标准；从贮槽的支承系统、连接管道和附件等方面减小传导到贮槽内容器的途径，以及从贮槽结构方面考虑应对各种突发事件的方法。
课程思政融入点：通过介绍我国低温贮运系统的发展历程，讲解国家的能源战略发展历程。
第六周：低温贮运系统及传热问题（3-2设计概要；3-3输送系统；3-3管道输送）
主要内容：从工艺流程、容器及基础、工作压力及环境条件、材料选择等四方面介绍大型低温液体贮槽（液氢和LNG）设计概要。
课程思政融入点：通过介绍我国对LNG的利用情况，介绍我国的能源战略和能源安全环境。
第七周：低温绝热的实验及测量方法
主要内容：介绍表观热导率的实验方法、低温绝热贮槽中机械构件的传热试验以及低温容器蒸发率的测定。
课程思政融入点：通过介绍低温实验研究步骤，培养学生认真仔细的科研精神和严谨的研究态度。
第八周：低温贮槽设计（学生ppt演讲）
主要内容：通过3m3液氮贮槽和100升液氦杜瓦的设计两个案例，掌握低温贮槽的基本设计方法、低温容器强度设计、外压容器的设计方法以及低温贮槽的机械构件设计，能进行一般低温容器的初步设计。
课程思政融入点：通过介绍大科学工程中低温容器的设计情况，讲解我国勇攀科学高峰的事迹和精神。
附：授课时间表（总计24课时）
周次 |
学时 |
教学内容（要点） |
课程思政融入点和实施方法 |
教学形式（理论、讨论、实践、实验、测试等） |
1 |
3 |
课程介绍、低温绝热基础（1-1稀薄气体的热传导） |
思政融入点：科研精神 案例：通过讲解我国传热学方面的学界泰斗如陶文铨院士的事迹，号召学生学习艰苦奋斗，勇攀科学高峰的精神。 |
理论讲授 |
2 |
3 |
低温绝热基础（1-2分散介质的热传导；1-3绝热中的辐射换热） |
思政融入点：爱国情怀 案例：通过介绍卫星等国家高新技术成果中涉及到的相关知识，培养学生的爱国热情和民族自豪感。 |
理论讲授 |
3 |
3 |
低温绝热的类型及结构（2-1普通堆积绝热；2-2真空粉末和纤维绝热；2-3高真空绝热） |
思政融入点：爱国情怀 案例：通过介绍MRI等国家高新技术成果中涉及到的相关知识，培养学生的爱国热情和民族自豪感。 |
理论讲授 |
4 |
3 |
低温绝热的类型及结构（2-4真空多层绝热；2-5低温容器的绝热结构） |
思政融入点：科研精神 案例：通过介绍大型科学工程中低温系统的结构，培养学生一丝不苟的科研精神。 |
理论讲授 |
5 |
3 |
低温贮运系统及传热问题（3-1低温贮槽概论及支承系统） |
思政融入点：国家战略 案例：通过介绍我国低温贮运系统的发展历程，讲解国家的能源战略发展历程。 |
理论讲授 |
6 |
3 |
低温贮运系统及传热问题（3-2设计概要；3-3输送系统；3-3管道输送） |
思政融入点：国家战略 案例：通过介绍我国对LNG的利用情况，介绍我国的能源战略和能源安全环境。 |
理论讲授 |
7 |
3 |
低温绝热的实验及测量方法 |
思政融入点：科研精神 案例：通过介绍低温实验研究步骤，培养学生认真仔细的科研精神和严谨的研究态度。 |
理论讲授 |
8 |
3 |
低温贮槽设计（学生ppt演讲） |
思政融入点：科研精神 案例：通过介绍大科学工程中低温容器的设计情况，讲解我国勇攀科学高峰的事迹和精神。 |
理论讲授 |