傳熱學論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇傳熱學論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞：卓越工程師；傳熱學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0149-02

國家教育部于2009年決定實施的“卓越工程師教育計劃”，是為順應國際發展趨勢，適應國家工業、企業需求，增強我國核心競爭力，建設創新型國家，走新型工業化道路，培養各類型工程師的重要決策。該計劃要解決的重點問題是：企業一方面抱怨工科大學畢業生工程實踐能力弱化、不適應企業要求等問題；另一方面又不愿意接受大學生實習，不愿意參與工程師培養。該計劃旨在高校中培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。

傳熱學課程著重研究熱量傳遞的規律和方法。[1]建筑環境與設備工程專業是土木工程專業下屬學科專業，主要包含供熱、供燃氣、通風與空調工程、建筑給排水工程、建筑電氣工程等幾個方向，涉及的主要專業課程有暖通空調、制冷技術、流體輸配管網系統、鍋爐設備、熱質交換等。從這些課程所講授的內容看，傳熱學知識有著相當重要的地位，因此傳熱學是建筑環境與設備工程專業畢業生知識結構中的一門非常重要的基礎課。隨著我國高等教育教學改革的不斷深化，在“重基礎、寬口徑” 的指導方針下，建筑環境與設備工程專業傳熱學的課時減少到原來的一半。如何在較少課時內培養學生用傳熱學的規律分析工程問題的能力，面對“卓越工程師”培養的傳熱學教學方法改革勢在必行。[2]

下面結合筆者對建筑環境與設備工程專業學生進行傳熱學課堂教學的工作實踐，談談卓越工程師背景下推進“熱傳學”課程改革的幾點體會。

一、傳熱學課程教學現狀及存在的問題

1.教材的內容結構

楊世銘等主編的《傳熱學》為比較經典的教材，該教材總體上體現了傳熱學這門應用性很強的基礎課程的特點。教材主要包含熱傳導、熱對流和熱輻射三方面的內容。其中熱傳導部分相對簡單，通過簡化實際物理模型，運用高等數學的知識能夠得到一般問題的分析解。而對流換熱過程則相對復雜，該部分在實驗研究的基礎上總結出大量的圖表和經驗、半經驗公式，運用時需區別不同情況帶入不同的計算公式。對于此部分的學習學生感覺公式繁多、復雜，需強化記憶，且應用時經常選擇錯誤的經驗公式。輻射傳熱部分由于理論的抽象性以及輻射換熱方程次數較高的問題，學生不僅對概念的掌握困難，輻射換熱問題的求解亦有比較大的難度?？偟膩碚f，到目前為止傳熱學學科的發展中對于三種傳熱方式分析方法差別較大，連貫性不強，導致學生對課本知識的理解有些被動。且由于學時的減少，課上主要介紹三種傳熱方式的基本概念及方法，對綜合性問題的分析、訓練環節必然相應減少，導致學生分析和解決綜合實際問題的能力缺乏。

2.教學方法和手段單一

傳熱學的教學中，目前多采用多媒體授課。多媒體授課方式相對于以前的板書授課方式雖然大大增強了學生的直觀感受，通過圖、文、聲、像多角度調動學生的情緒、注意力和興趣，但也存在許多新的問題。例如：對于重點公式的推導不夠細致，通常忽略或者先于學生的反應便給出答案，學生無法真正領會推導過程；課上信息量大，只注重講課進度，忽視學生接受程度，到頭來學生收效甚微；與學生的互動缺乏，因為內容多，上課過程多是教師一人在上邊喋喋不休，學生卻在下面精神恍惚，特別是難度較大的章節，學生因為理解不了干脆放棄聽講，教師在講臺上唱獨角戲，課堂氣氛沉悶。

根據傳熱學課程現狀及存在的問題，以下內容分別為筆者從教學內容、教學方法、考核方式等幾方面進行的一些思考及嘗試。

二、面對“卓越工程師”培養的改革

1.優化教學內容

正如教材中所述，最近幾年，世界范圍內科學技術的發展對于傳熱學課程的發展產生了積極的影響，也提出了新的挑戰。盡管傳熱學的基本規律并無變化，但是研究手段的發展和工程應用領域的擴大進一步豐富了傳熱學的內涵。為了適應我國相關行業的發展，體現本學科的進展，要使學生學到最新的知識，必須不斷更新教學內容，把最新的知識引入到教學中。因此在教學內容的選擇上，考慮面對卓越工程師培養的目標，筆者適當刪減了一些比較繁瑣的數學推導內容，如一維無限大平板非穩態導熱分析解的推導過程課堂上不再推導，直接給出最后解的表達形式，要求同學了解其物理意義即可；對于傳統傳熱學中相對陳舊的內容也可根據情況做一些刪減，例如管內湍流傳熱的齊德-泰特公式、米海耶夫公式、流體橫掠管束的格里森公式等；此外，根據情況可以增加一些有關傳熱學新技術的內容，如微尺度傳熱內容、強化單相對流換熱的縱向渦方法等，通過這些前言知識的滲透使學生了解目前傳熱學應用的熱點技術，增加學習興趣。

2.引入工程案例的教學方法

面對“卓越工程師”培養需加強基于工程應用的教學方法。傳熱學學習的最終目的是解決與傳熱有關的工程實際問題。教材中分析的主要問題都能夠在工程實際中找到原型。對建筑環境與設備工程專業來說，空調系統中最主要的部件是兩個換熱器：蒸發器和冷凝器。其中分別發生的是制冷工質的沸騰吸熱以及凝結放熱過程，這兩部分換熱的理論基礎分別來自于傳熱學課本中沸騰和凝結換熱一章。為了增強換熱器的傳熱面積，肋片的應用則增加了同學們對換熱器表面不同結構的理解和認識?？照{中冷量的載體―制冷劑在管路中的輸送過程需要保溫，經濟保溫層厚度的確定也離不開利用傳熱學知識的計算。此外，空調系統設計初期，計算維護結構的冷、熱負荷時，建筑維護結構的熱傳導環節則多可簡化為無限大平壁的穩態導熱問題，與課本中重點分析無限大平壁的導熱問題相對應，等等。因此，在教學工作中引入與本專業密切相關的典型案例，首先會激發同學的學習興趣，讓同學帶著問題去理解、去學習。此外，融入大量實際案例也可以使同學對基礎知識的理解更加深入，避免了單純課本知識的枯燥無味。

3.講解與討論相結合的教學方式

提高學生學習效果的重要方法是讓學生的學習從被動到主動。多媒體課件作為一種輔助手段，把抽象的事物用生動的語言和畫面展現在學生面前，更加形象和具體，但講解基礎理論時，以板書為主的方式效果較好。

摒棄課堂上老師一言堂的局面，在整個學習過程中教師主動設置討論環節。目前傳熱學作為建筑環境與設備工程專業研究生考試的專業課之一，許多時候專業課的復試是通過綜合案例的分析來考查學生對傳熱學知識的掌握情況。因此，在本科生教學階段就加強這方面的練習十分必要。例如在不同學習階段，教師可以挑選某一綜合的傳熱問題，讓學生分成小組，分別通過查閱文獻、分析和制訂求解方案，最后以報告或論文形式提交不同的解決方案，讓學生在課堂上進行匯報和討論，最終獲得大家認為較好的方案。期間避免教師完全控制討論，教師應注意傾聽學生的發言，并進行適當引導，使所有學生都參加討論過這個過程。這樣，讓學生對傳熱學的學習從被動到主動，深切體會運用所學傳熱學知識解決實際工程問題的過程，增強學習興趣，并能培養部分學生進行科學研究的能力。

4.CFD教學方法的應用

CFD（Computer Fluid Dynamics）是應用各種離散化的數值計算方法與計算機科學相結合來解決流動與傳熱問題的重要方法。對于典型情況下的傳熱問題，傳熱學課本中能夠推導并以公式的形式給出某一特定物體的溫度場，但對于幾何形狀或者邊界條件復雜的傳熱問題，運用CFD技術獲得其內部的溫度場之后，再對其傳熱量進行分析，這種方式已經必不可少。因此，結合CFD的教學方法可以更形象、生動地展示特定復雜場景下的傳熱過程，增強學生學習的興趣，運用巧妙的模擬方法又可以使學生加強對傳熱基本規律的理解和掌握。[3]

5.增加實踐教學課程

傳熱學是理論與應用并重的課程，目前傳統的授課卻往往偏重理論。為提高學生的動手與分析能力，應增加形式多樣的實踐課程。例如：建立教學和實習示范基地，在學習過程中帶學生到這些基地進行參觀。例如到散熱器或空調廠家，通過讓學生參觀各種形式的換熱器，讓學生感受到傳熱學知識與日常生活和工業生產的重要性；利用假期可以鼓勵學生到這些示范基地進行短期實習，豐富實踐經驗的同時也加強了鍛煉。筆者所在的學校就與大金、開利等空調公司建立了合作關系，也為學生的就業提供了很好的出路。此外，可以針對重要知識點開設實驗環節，讓學生親自制訂實驗方案、獲得并整理實驗數據，最后運用理論方法獲得不同條件下的實驗規律等等。這樣通過鍛煉學生的動手能力，增強了工程師素質的培養。

6.考核方式改革

考核既是對教師課堂教學效果的檢驗，又會促進學生學習的效果。筆者曾經對傳熱學的考核方式嘗試多次改革。目前，期末考試環節分成開卷加閉卷兩個部分，其中開卷部分針對綜合傳熱問題進行考核，著重考查學生綜合分析問題的能力；而閉卷部分則重點考查學生對基本概念、定性分析方法的理解。此外，課程過程中穿插的小論文完成情況也會在平時成績中體現。這樣避免了單一環節失誤導致學生成績不理想而造成的心理負擔，充分給予學生機會，也能夠清楚了解到每個學生在不同方面的特長加以針對性培養。

三、結論

面對“卓越工程師”培養的要求，結合建筑環境與設備工程專業特點，本文提出了優化教學內容，引入工程案例的教學方法，講解與討論相結合的教學方式，應用CFD教學方法，增加實踐教學課程，改革考核方式等傳熱學教學改革之方法，能夠使學生學習從被動到主動，并培養學生在較少課時內用傳熱規律分析工程問題的能力。

參考文獻：

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2006.

篇(2)

關鍵詞：傳熱學；任務教學法；課程設計

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0044-02

傳熱學是一門研究由溫差引起的熱量傳遞規律的科學，是現代科學技術中最重要的基礎學科之一，它不僅是能源動力、交通運輸、石油化工等專業本科生的一門重要專業基礎課，而且在機械、電子、土木、航天航空和輕紡食品等工程技術領域里的應用也十分廣泛。目前大連海洋大學（以下簡稱“我?！保┰撜n程體系是由理論、實驗、實習和課程設計四個環節所組成。其中傳熱學課程設計這個教學環節是緊接在傳熱學課程理論教學之后進行的一個綜合性實踐教學環節，也是學生綜合運用傳熱學、換熱器設計以及相關先修課程知識，聯系實際生產和日常生活，以完成以某一特定設計任務為主的一次工程設計實踐環節（包括自行完成主體設備的選型計算、材料選擇及內部結構設計、工藝計算及主要尺寸設計，主要附屬設備的選型設計，主體設備總圖的繪制等，同時還要綜合考慮制造成本、加工工藝難度、維護保養等因素）。因此，該課程設計在整個課程體系教學改革中的地位十分重要。[1-3]

一、傳熱學課程設計的現狀與改革方向

目前高校的課程設計大多數是依附于理論課程而開設的，與理論教學同步并在授課計劃范圍內完成，通常課程設計的過程往往是學生仿照教師的設計過程和設計指導書上的步驟來進行。因此課程設計的核心主要是指導教師，學生按教師預先給定好的設計流程進行，被動地接受設計方案，喪失了主動參與課程設計的積極性和熱情，而且在設計中發生問題也不能及時反饋。這樣的結果，將大大降低學生的動手能力、分析和解決問題的能力，更談不上對學生工程素質的培養了。

隨著對培養工程素質人才的需求和對傳統課程設計教學模式改革的呼聲越來越高，一種“以學生為中心”的教學理念即“任務學習法”越來越受到教育工作者的重視。這種教學模式主要是體現“任務導向”和“學生主體、教師主導”的教學原則，引導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，甚至于交流合作的能力，這同樣也是當前培養知識、能力、素質綜合發展的工程型人才的改革方向。[4，5]

二、基于任務型教學法的課程設計改革原則

為了將任務教學法成功而高效地運用于傳熱學課程設計這一實踐教學環節，在改革之前必須制訂某些行之有效的原則作為指導，以便使其更好地發揮功用?？紤]到任務型教學法是一種以任務為核心單位計劃和組織教學的途徑，它強調在“做中學”，不僅吸收了以往多種教學方法的優點，而且和其他的教學方法并不排斥。因此，筆者在教學改革實施過程中根據此教學方法的特點提出了以下的課程設計原則。[6]

1.將較難的任務前置

大量的研究結果表明，學生在整個學習過程中的精力是有限的。根據筆者多年指導課程設計的教學經驗，發現學生往往在學習過程的前半階段思想最為活躍，精力也最為充沛。因此，在給定課程設計任務后，教師應有意識地把那些理論性強、需要花費大量精力才能掌握的較難的任務環節放在課程設計的前半階段，例如對換熱器的選型計算部分。這不僅僅是因為這些較難的學習任務往往更具有冒險性和創新性，而且這樣的設置可以極大地激發學生的學習興趣和好奇心，從實際教學反饋效果來看教學效果良好，也更有利于教師靈活地推動整個課程設計教學流程的進行。

2.將安靜的教學任務前置

激烈的教學活動能讓學生的大腦興奮，特別是在課程設計的后半階段，學生往往會感覺到疲憊，這個時候如果再進行安靜的教學活動，學生的大腦就會處于一種抑制狀態，從而影響整個課程設計的教學效果。因此，為了保證學生處于科學、合理的學習狀態，指導教師應當把相對較為安靜的教學任務安排在課程設計的前半階段。

3.將整個課程設計連貫化

根據任務型教學法的指導思想，任務的設計是實施任務型教學法的關鍵和前提。因此，在課程設計正式開始之前，教師應指導每名學生根據分配的相關參數獨立構建設計項目，每一項目均設計任務若干，在任務設計的過程中考慮行業發展、企業需求的實際情況，同時把傳熱學作為基礎技能貫穿于任務環中，讓學生提前對任務環的大體框架有一個較為清晰的了解。同時以任務為核心單位計劃和組織教學，在“教中做”，在“做中學”，通過一系列的集體活動或個人活動來開展課程設計，最后對所涉及的全部教學內容進行整合并總結。總之，每一個教學環節都應該緊密相連，從教學設計角度保證課程設計的連貫性，并讓學生能夠獲得最佳的學習效果。

三、課程設計的具體改革步驟

1.改革課程設計的教學大綱

課程設計中的教學目標和任務都是依據教學大綱提出的，而教學大綱中所提出的相關教學要求和教學任務就是開展課程設計的指揮棒，其作用不言而喻。顯然，大綱中的這些目標和要求應該能夠體現任務教學法的任務設計思想。

通過傳熱學課程設計這一實踐環節，應該讓學生掌握換熱器設備設計的基本程序和方法，熟悉查閱技術資料、國家技術標準的途徑，正確地選用公式和數據，加強工程計算和CAD繪圖能力，初步形成工程優化意識，并能運用簡潔的文字和工程語言正確表述設計思想和結果，從而培養學生的工程能力和創新能力。筆者在總結以往教改經驗的基礎上，將教學大綱作為前任務階段進行改革，根據行業的發展趨勢以及學生日后就業的企業需求，為每名學生都構建了不同的設計項目，引導學生自主地參與到任務設計環節中來。當學生對自身任務有了較為明確的認知后，就可以進入任務環階段了。

2.課程設計題目的設定

在任務環階段需要學生采用各種方法和手段去完成任務要求。如何能讓學生從課程設計中既學到有用的知識和技能，同時又符合傳熱學課程設計的教學要求，這是課程設計題目設定的最根本原則?？紤]到傳熱學課程設計最多一般也就兩周的時間，同時受各種條件的限制，學生到現場測量考察換熱器實物的可能性很小。如果設置的課程設計題目過大過深，學生可能會沒有時間深入研究任務而只是忙于完成形式上的設計報告。因此，在設計題目的設定上，指導書中會盡量選取學生在學校和日常生活中能接觸到的常見換熱器類型，同時做到每名學生的初始設計參數都不一樣，從而培養學生自主設計的獨立工作意識。[7]

3.教學環境的改革

傳統的課程設計教學環境已經不能很好地適應新形勢下的課程設計教學要求。任務教學法就是要以學生為中心，創新教學模式和教學方法，建立以學生為主體、教師為主導的教學模式，通過組建課程設計小組，激發學生學習興趣，引導學生通過組內分工、信息資源共享、技術難題攻關、組內討論、組外交流等多種方式參與到教師的各個教學環節中去，鼓勵每一名學生發揮自身特點，積極參與到設計團隊的任務中，充分利用學生主觀能動性，師生共同營造一個輕松熱烈的教學環境。

基于以往的課程設計教學經驗，采用靈活的情景式教學比較有利于任務教學法的開展，同時適當結合CDIO（構思、設計、實現、運作）模式等先進教學方法，展開對設計任務的團隊討論及研究模式，注重原理和應用相結合，強化以工程實例為載體的案例教學，將課程設計與工程體系有機結合，強化綜合設計和工程實踐訓練。同時開展專題討論，強化能力的培養。教學中增加一些專題討論、工程案例、工程項目研究報告，有助于培養學生分析、解決問題的能力，創新意識和創新能力。

4.評價與考核方式的改革

從學生的長遠發展來看，對學生的評價與考核不過是激勵他們不斷學習和進步的一種手段。既然實踐環節的教學目的是側重提高學生的動手實踐能力，那么其評價考核方式就應與傳統的理論教學有所區別，針對任務教學法更應如此。

由于任務教學法是以任務作為教學的主線，以學生實踐作為中心，以老師作為輔導。因此，在考核方式上也應以學生為主體，以設計任務完成的質量作為考核依據，而不再以最終的課程設計報告作為終結性評價指標。每個學生作為個體既是自己任務的設計者，也是其他同學的“同行”，可以對其他同學的設計進行評價打分，因為學生在一起共同完成課程設計任務的同時，對彼此平時的表現也是最為了解的，這樣可以提升評價考核的公平性與透明度，有效促進學生們的學習積極性。

四、結束語

總而言之，任務教學法有效地打破了傳統的教學模式，最大限度地發揮了學生學習的積極性和主動性，不僅符合新形勢下對高素質工程技術人才培養的需要，同時在教學實踐中也取得了良好的教學效果。在教學中，教師要不斷地總結實際經驗，運用任務教學法，實現傳熱學課程設計教學效果的不斷提高。

參考文獻：

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].第四版.北京：高等教育處出版社，

2006.

[2]于靖博，董麗娜， 趙蘭英.《工程熱力學與傳熱學》課程教學改革與實踐[J].廣州化工，2013，（11）.

[3]顧麗莉，張登峰， 趙文波，等.關于化工原理課程設計的幾點思考[A].2013年創新教育學術會議（CCE2013）論文集[C].2013.

[4]金華.運用任務驅動教學法的思考和實踐[J].新課程（教研），

2010，（11）.

[5]李廣華，李華彥， 于靖博，等.“傳熱學”課程實踐性教學環節的探索[J].中國電力教育，2010，（13）.

篇(3)

熱學課程論文教學形式與作用一、引言

《熱學》是物理學中研究物質熱運動及其有關性質和規律的一門分支學科，是物理學專業本、專科學生必修的專業基礎課。《熱學》課程在實驗基礎上，通過物理學的基本概念、基本原理、基本知識、基本思想和方法的引導，培養學生進一步學好物理學的興趣，提高學生的自學能力、分析和解決問題的能力。其主要內容包括：分子動理學理論的平衡態理論、輸運現象與分子動理學理論的非平衡態理論、熱力學第一定律、熱力學第二定律與熵、液態與固態、相變等方面的基本概念、基本理論和基本運算技能。通過本課程的學習，既要幫助學生迅速掌握大學的學習特點和規律，建立正確的學習方法，努力養成刻苦踏實、勤于思考的良好學風，又要為后繼課程的學習作好業務、思想和心理上的準備，還要為學生畢業后從事有關科學研究、應用開發、教學工作等打下良好的基礎。在目前《熱學》課程的教學中，課程論文扮演著越來越重要的角色，探討課程論文教學的相關研究課題也逐漸開始得到重視。課程論文要求學生在掌握物理學基本概念和基本規律的基礎上，通過調查研究，適當了解這些基本概念與規律以及它們在生產技術、特別是高技術領域中的應用，注意培養學生理論聯系實際的能力，培養學生對實際問題特別是當代物理學前沿以及當前高技術領域中物理問題的興趣，引導和激勵他們解決實際問題的愿望和責任感。教學方法的改進是課程教學改革的重要方面，在課程論文的實施過程中重視學生能力素質的培養，把課程建設的目標定位于造就新世紀人才，使學生終生受益。

二、課程論文的基礎

課程論文實際上是對學生提出了更高的要求，因此，《熱學》課程的教學應當把重點放在打好基礎上。如果學生掌握的基礎知識雄厚，基本功扎實，再加上廣泛涉獵與深入鉆研，專業課就能學得好，理解得深，在將來從事高新科技領域的創新工作時就上手快，回旋的余地也比較大。況且，“熱學”課程在傳授系統物理學知識的同時，還要培養學生掌握物理學中的思維方法與工作語言。這樣，盡管有些基礎物理知識從表面上看似乎并沒被直接應用，但這卻會影響到學生的工作方法、思維方式以至世界觀，當他們以后從事科研與教學工作時會在潛意識深處起重要作用?？偠灾稛釋W》課程的基礎還是基本概念、基本原理、方法，離開這些基礎去談課程論文就是無源之水、無本之木。

三、課程論文的形式

課程論文的形式靈活，不僅包括論文、調查報告，還包含有實驗研究、實物制作等多種形式。在教學過程中，教師可以通過告知、提問等多種提示方式引導同學自行深入研究，常見的課程論文形式主要有以下幾種。一是解題方法的探究，通過對一個例題或習題的多種方法求解，使得學生對相關概念、原理、方法掌握得更透徹；二是實驗探究，例如，當講解到氣體玻一馬定律與蓋?呂定律知識點時，可以讓學生自行設計相關實驗來驗證上述定律；三是調研報告，例如在講解卡諾循環這一知識點時，可讓學生調研、總結目前市場上熱機的工作原理與工作流程等；四是理論模擬與分析，例如講到相變這一知識點時，可以通過理論分析各種相的穩定性。五是合理的估算，例如氣體動理學理論里輸運現象中的氣體黏度公式，查普曼和恩斯庫格曾用不同的高深理論得到相同結果，它是個級數，由前幾項可得系數約為0.499，而如果充分考慮速度住留的簡便方法，很容易就得到此系數等于1/2，又如通過對小無極分子估算分子間力的有效作用距離與平衡距離的半經驗公式，再如可以用標準大氣模型中數以千計的數據，考慮地面凹凸不平的影響，可求出精度較高的大氣粒子總數，然后與用均質大氣模型、等溫大氣模型或者地面大氣壓強所得到的結果進行對比，從而總結出估算行星大氣粒子總數的簡便方法；目前“熱學”課程中有一些概念和提法在學術界實際并未完全統一，有的甚至還是有爭議的，例如：任意逆循環的制冷系數的定義，等熱容過程與多方過程的差異，卡諾循環的概念以及回熱式循環與非回熱式循環，等等。遇到這些內容時，就在課程講授中把各家的觀點都原原本本地告訴學生，同時也介紹自己的看法，然后讓學生獨立進行研究，自由思考，自己做出合理的判斷。

四、總結

《熱學》課程論文的目的是使得學生通過熱力學宏觀定理與微觀模型的學習，建立把宏觀現象與微觀模型進行聯系的物理思想方法，掌握對事物的實驗――理論――實踐的認知規律，在此基礎上，采用問題探討與課程講授、主題討論與實踐相結合的教學方式，以教學論文為載體，實現《熱學》課程的互動研究型教學，重視學生能力素質培養，通過精心設計方案，全面加強各個環節，合理運用各種方法手段，形成視野開闊、理論聯系實際的特色風格。用搞科研的態度對待教學，積極開展教學論文的教學，從教學有關領域挖掘課題開展科研，再把科研成果引入教學豐富教學內容，使教學與科研兩者有機地相結合。教師在課程教學中引入了這些從教學有關領域挖掘課題開展科研所取得的成果，身教言傳，課程里就會充滿了研究與探索的特色和風格，使學生在學習課程的過程中逐漸受到熏陶，養成勤于思考研究、勇于提出自己獨立見解的良好習慣，并為學生發展其科學研究能力和科學創新能力創造了良好的學術環境，使得學生發現問題、分析問題、解決問題的能力都能夠得到進一步的提升。

參考文獻：

[1]國家教育委員會.高等學校理科本科專業基本培養規格和教學基本要求（I）.高等教育出版社，1992.59-60.

[2]張輝，陳振乾.“高等傳熱學“教學的改革實踐[C].第四屆全國高等院校制冷空調學科發展與教學研討會論文集.2006.172-175.

[3]高崇伊.改革“熱學“課程教學加強對學生能力與素質的培養[J].高等理科教育，2003，（3）：34-38.

篇(4)

關鍵詞 檸檬酸；仿真實驗；實踐教學

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）12-0049-02

1 前言

實踐教學是高等工科教育教學中的重要組成部分。通過實踐教學，可以幫助學生鞏固課堂知識、培養其專業基本技能、養成并具備良好的創新習慣?？墒?，在實際教學實施過程中存在諸多問題。

首先，能夠接受學生去實習的企業數量有限，學生數量又較多，都到企業或工廠進行實習，給工廠帶來較大的壓力。

其次，工廠現在都是大規模連續生產，生產過程要求連續穩定，導致學生在生產實習時只能看不能動手操作，難以完成生產實習的教學目標。

最后，隨著科技的進步，現有大型生產裝置日益系統化、自動化，導致學生只能觀察和了解整個系統的表面，無法深入學習，難以提高教師和學生的積極性，生產實習的效果很差。

2 仿真實驗

在增加硬件實驗設備難以立即實現的情況下，利用計算機仿真技術，開發適合于專業需求的實驗與操作實習仿真軟件成為解決當前實驗教學存在問題的一個重要途徑。區別于傳統的實驗，仿真實驗不需要實物形態工具與對象，實驗時主要是針對軟件設計的實驗設備與儀器進行。計算機仿真技術借助面向對象編程軟件與多媒體制作技術，制作與傳統實驗操作相對應的軟硬件條件。學生在仿真實驗中可像在真實環境中一樣實現各種實驗項目，實驗結果甚至優于實際實驗。可見，計算機仿真實驗可輔助、部分替代傳統實驗操作。仿真實驗提供了友好、操作方便的教學環境，學生的學習興趣也大大提高。仿真實驗與互聯網信息技術結合后，通過網絡鏈接，學生可在網絡上進行遠程實驗課程學習，克服了傳統實驗教學空間和時間的限制，同時能大幅降低實驗經費。

當前，計算機仿真在工科實驗教學中已經得到越來越多的應用。以生物工程專業為例，煙臺大學就已經開發完成一套谷氨酸發酵生產仿真軟件，實現了谷氨酸發酵生產與分離提取過程的形象化與動態模擬。該軟件在山東輕工業學院、青島農業大學、文經學院等多所學校內試用，成為生物工程專業實習教學與培訓的重要輔助手段。國內某公司開發的離心泵單元仿真培訓被眾多院校采用，作為相關專業的離心泵操作訓練工具。

其他專業如熱能與動力工程專業，許多高校都在實驗教學中加入仿真實驗以輔助教學，如制冷模擬教學課件[1]、小型冷庫仿真教學系統[2]、制冷空調綜合創新模擬實驗平臺[3]等。煙臺大學也研制了傳熱學實驗教學仿真軟件[4]輔助實驗教學。這些仿真實驗在實際應用中都取得較好的教學效果，值得大力推廣。

3 檸檬酸發酵生產仿真實驗

檸檬酸發酵實驗 檸檬酸發酵實驗是生物與食品類專業的主要實驗教學內容之一，目的是讓學生了解檸檬酸的生產原理與流程，掌握檸檬酸的發酵生產工藝與發酵分析方法，通過實驗能熟練地掌握真菌發酵的接種、培養與發酵產物的分析測定等技術。由于檸檬酸整個發酵生產流程所需設備眾多，現在國內還沒有廠家制作銷售實驗用檸檬酸全過程生產演示的儀器，大多數學校實驗教學中只是在實驗室中開展檸檬酸生產中發酵部分的實驗，無法實現整個生產過程的操作練習。由于檸檬酸生產廠家分布過于分散，大部分高校因人力、物力等資源限制，無法開展實地操作實驗教學。

針對此問題，本文開發了檸檬酸發酵生產仿真軟件。該軟件能夠實現檸檬酸發酵生產全過程的仿真模擬，為廣大生物與食品類專業學生的生產實習提供支持。通過該軟件的推廣使用，滿足這些專業實驗教學的迫切需要。

檸檬酸實驗仿真工具 檸檬酸實驗仿真軟件的開發是根據教學任務要求，分析整理實驗教學內容而進行的。利用該軟件，學生對檸檬酸生產流程獲得形象化的認知，還可以在仿真平臺上完成實驗虛擬操作，得到實踐成績。

本軟件含有實驗內容、成績評定、使用幫助等內容。軟件能夠實現的實驗內容包括檸檬酸生產的淀粉糊化、發酵、粗提和精提四個主要流程，在每個流程的實驗界面上，都設計了該流程所需的全部實驗部件，包括罐體、閥門、泵、過濾機、攪拌器等，各動力機械與調節閥門均可實現手動調節。學生在該仿真軟件上手動完成各生產過程的相關操作練習。軟件的成績評定功能將在學生實際操作過程中，根據操作過程順序以及由此引起的生產工藝參數變化情況給出實驗成績，并提供詳細的得分明細與說明，學生可根據該明細查找實驗操作中出現的問題并加以改進。軟件的實驗成績判別功能實現了實驗操作的定量計分，減輕了實驗指導教師的負擔。軟件提供的幫助功能為學生提供逐步實驗操作指導，幫助學生更快地熟悉相關實驗操作。軟件還提供了時間加速功能，使得學生能夠在較短的時間內就完成檸檬酸的實際長時間生產過程。

軟件采用VB6.0軟件開發，功能包括裝置組成與工藝流程演示、部件運行與閥門操作動態演示、工藝參數動態變化、逐步指導等功能。圖1～圖4分別為淀粉糊化、發酵、粗提和精提四個流程的實驗界面。

該軟件的開發采用模塊化編程，每部分實驗內容作為一個大模塊，大模塊中還細分為若干個小的模塊，模塊之間通過操作流程引起的操作流程因果關系、耦合參數進行銜接。開發過程中采用動態模擬技術實現攪拌器、罐體液位、管道內流體流動等動態變化內容，實驗參數可依據實際操作實現動態即時顯示，學生能夠隨時了解參數的動態變化情況，并據此判斷操作時機。

教學效果 基于仿真技術開發的檸檬酸發酵生產仿真軟件，完整地模擬了檸檬酸生產的全過程，學生通過使用該軟件，不僅加深了對所學理論知識的理解，還對檸檬酸的生產流程有了更深刻全面的認知，生產操作水平也得到了較大的提高。仿真實驗由于界面設計友好，形式新穎，學生對此普遍歡迎，實驗興趣大大提高，取得較好的教學效果?？梢?，檸檬酸發酵生產仿真軟件很好地解決了實踐教學過程中存在的不足，提高了實踐教學的水平，強化了生物工程專業學生綜合素質的培養。

4 結論

本文首先分析傳統實驗與實習教學存在的一些問題，總結仿真實驗教學應用現狀及其優點，敘述自主開發的檸檬酸發酵生產仿真軟件以及學生的使用體會?！?/p>

參考文獻

[1]晏剛，吳業正，厲彥忠，等.發揮實驗室優勢，完善實踐教學改革[M]//2004年制冷會議論文集：實踐教學.2004：

135-137.

[2]張華，劉楚蕓，王勤.基于web的小型冷庫教學系統的設計與開發[M]//2004年制冷會議論文集：實踐教學.2004：

142-144.

篇(5)

摘要：低溫地板輻射供暖設備―地盤管散熱器，是目前民用建筑采暖系統中的一項新技術。該文根據室內地面熱傳導的實際情況，對地板輻射供暖系統建立數值計算的數學模型，運用fluent軟件進行模擬的分析方法得出隨著供、回水溫度變化及護結構傳熱系數的改變，對室內溫度及人體舒適度的影響。分析結果可為地板輻射供暖系統的設計、施工及運行提供參考依據。

中圖分類號：TU767+.4 文獻標識碼：A 文章編號：

0 引言

低溫熱水地板輻射供暖系統(以下簡稱地板輻射供暖)是一種利用建筑物內部地面進行供暖的系統。地板通過對流換熱加熱周圍空氣，同時還與四周的圍護結構進行輻射換熱，從而使圍護結構表面溫度升高，其輻射換熱量約占總換熱量的50%。地板輻射供暖系統既能高效地利用各種低品位能源，節能效果好，又具有室溫均勻，溫度梯度小，腳感溫度高，熱舒適性好，衛生條件好，安全可靠，蓄熱性能好及不占用室內使用面積等優點，是一種降低建筑能耗、提高熱舒適性的理想供暖系統。

1 地板輻射供暖的簡介

1.1 地板輻射供暖的發展

低溫熱水地板輻射供暖技術于上世紀三十年代運用于發達國家，由于它具有經濟、節能、舒適等一系列優越性，很快被人們接受并廣泛使用，從而得到了迅速地推廣。在北美、北歐已十分普及，到1994年，法國約有20％、德國40％、奧地利25％、瑞士48％、加拿大65％的住宅建筑采用了地板輻射供暖系統。六十年代初，我國開始對地板輻射供暖系統進行研究，八十年代得到了大面積的推廣。目前，許多省市已經制定了這一技術的工程標準。介于地板輻射供暖系統成本低、安全、舒適、易施工等優點，近幾年新建的住宅小區大多數都采用地板輻射供暖系統來進行供暖，占到了我國地暖市場的90%以上。

1.2 地板輻射供暖結構型式

地板輻射供暖結構型式種類很多。現以目前通常采用的混凝土內埋管式為研究對象，主要結構為基本結構層、復合保溫層、管上豆石混凝土層、找平層、地面層?；炷羶嚷窆苁降匕遢椛涔┡慕Y構及各層尺寸，如圖1所示。

圖1地板輻射供暖結構圖

在建筑地面基層做好以后，首先敷設高效保溫和隔熱材料，然后將塑料埋管按一定的間距固定在保溫材料上，最后回填豆石混凝土。在找平層施工完畢后再做地面層。由于管徑的變化隨管子埋深的增大對地板表面溫度的影響愈來愈小，當埋管較深時，這種影響可忽略不計。在實際工程中，塑料埋管的管徑一般都為De20x2.0這種規格。

1.3 地板輻射供暖中加熱管的布置方式

地板輻射供暖以溫度不高于60℃的熱水為熱媒，供暖埋管的材質一般為鋼、銅、聚乙烯(PE-RT)和聚丙烯。由于近幾年來塑料工業發展迅速，塑料加工制作和使用壽命等問題得到了較好的解決。所以目前國內外大都采用塑料管作為地板輻射供暖中的加熱管。

圖2塑料埋管的鋪設型式

地板輻射供暖系統中，塑料埋管的鋪設型式大致分為回折型、平行型和雙平行型三種。具體鋪設型式如圖2所示。三種鋪設型式各有不同特點，而其中，由于回折型鋪設型式，經過板面中心點的任何一個剖面，埋管均是高溫管、低溫管相間布置，易于造成“均化”效果，并且它的鋪設彎度大部分為90度，鋪設簡單，沒有埋管相交的問題[1]。因此，在工程上，鋪設塑料埋管廣泛采用回折型鋪設型式。該文將主要針對回折型塑料埋管鋪設型式進行研究。

2 室內溫度場的數值模擬與分析

2.1 建立數值計算的模型

用傳熱學的基本原理對地板輻射供暖系統地板層內的傳熱進行簡化假設，建立數學模型。通過模擬的結果，對地板層內、地板表面及室內空間溫度場的分布及其影響因素進行分析。

通常的模型都建立在一定假設基礎上，地板輻射采暖系統由于各種復雜因素的影響，難以求解。為了使問題簡化，將物理模型抽象成數學模型，使其易于求解分析，又不失指導意義。故作以下幾條合理假設：

(1) 對于以熱水為熱源的低溫地板輻射采暖系統，水在塑料管中流動，不斷將熱量傳到室內空間。熱量在空間三個方向傳導，該傳熱過程是一個三維傳熱過程。但由于回折型鋪設方式特有的均化作用，除了最邊緣的管子外，其它各管間的分布基本相同，又以管中心剖面對稱，故可忽略管間的傳熱，認為該傳熱問題是二維傳熱過程。

(2) 假設從加熱開始到穩態期間，加熱熱源溫度恒定，熱水流量為定值，房間內無內熱源。塑料管的彎管部分，實際的傳熱過程較為復雜，但所占的比例較小，所以將其簡化為直管段。

(3) 假設保溫材料導熱系數很小，在盤管底層周圍鋪設一定厚度的保溫材料，向外的散熱量可忽略不計，視為絕熱。

(4) 假設熱管與埋管層材料接觸良好，各覆蓋層之間接觸良好，忽略接觸熱阻。

(5) 假設各層材料均質恒物性。

(6) 假設管內熱水流動為穩定流動。

地板輻射換熱過程可分為三個階段。第一階段，盤管內熱水與管壁的換熱；第二階段，管壁通過填充層、找平層、地板層的換熱；第三階段，地板表面與房間的換熱。[1]

2.2 實際模擬的對象及物性參數

在實際中，對于典型房間（如圖3），房間尺寸(長×寬×高)為5m×4m×3m，東、西、南、北面各有一面外墻，外墻墻體為370厚的頁巖多孔磚，傳熱系數K=1.3W/( m2?K)。其中南面外墻上有面積為2.1m2的塑鋼窗，玻璃為中空玻璃，空氣層厚度為12mm，傳熱系數K=3.5W/( m2?K)。北外墻有一塑鋼門，傳熱系數K=3.9W/( m2?K)。室內設計溫度為18℃。室外溫度為-5℃。管間距為300mm。具體物性參數見表1。

表1物性參數表

2.3 室內空間溫度場數值模擬與結果分析

在其它條件都相同，僅改變供水溫度和回水溫度時，地板以下及室內空間溫度場的分布情況如下。

圖4為供水溫度328K(即55℃)、回水溫度318K(即45℃)的室內溫度場模擬圖。

圖5為供水溫度313K(即40℃)、回水溫度303K(即30℃)的室內溫度場模擬圖。

圖4室內溫度場分布圖圖5室內溫度場分布圖

以上兩圖對比結果表明在其他條件都相同時，隨著供、回水溫度的降低，室內溫度也有所下降。

在其它條件都相同，僅改變護結構的傳熱系數時，地板以下及室內空間溫度場的分布情況如下。

圖6為外墻傳熱系數為1.3[W/(?K)]的室內溫度場模擬圖。

圖7為外墻傳熱系數為2.6[W/(?K)]的室內溫度場模擬圖。

圖6室內溫度場分布圖 圖7室內溫度場分布圖

以上兩圖對比結果表明在其他條件都相同時，當護結構傳熱系數變大時，室內溫度降低。

3 結論

(1)地板輻射供暖系統中隨著供、回水溫度變化，地板散熱量、室內及地板表面的溫度分布也相應變化。水溫是影響地板輻射供暖系統的主要因素之一。地板輻射采暖系統若想保證舒適，就必須有效控制供回水平均溫度。

(2)外墻圍護結構傳熱系數不同，室內溫度變化也不同。所以為了減少建筑能耗及保持室內溫度的舒適性，應在外墻上添加保溫板。

(3)將地板輻射供暖系統進一步加以利用，冬季時盤管內通低溫熱水加熱地板，向室內供熱；夏季時又可在盤管內通入冷水，向室內供冷。降低建筑能耗，提高室內舒適性。

參考文獻

[1] 周興紅．低溫地板輻射采暖數值模擬及其性能分析[D]．南京理工大學碩士學位論文， 2004．

[2] 葉張波，李琦芬，韓晨光等．低溫地板輻射采暖系統傳熱分析與數值模擬[J]．華北電力大學學報（自然科學板），2008，35(104)．

[3] 楊巍，張于峰，王榮光．低溫地板輻射供暖的傳熱模擬[J]．暖通空調，2001，31(1)73-75．

篇(6)

關鍵詞：BP神經網絡；管芯式散熱器；性能

1.設計預測網絡參數、結構參數

1.1輸入量的選擇

輸入量必須選擇那些對輸出影響大且能夠檢測或提取的變量，各輸入量之間互不相連或相關性很小。在大多數情況下，直接送給神經網絡的輸入量無法直接得到，常常需要用信號處理與特征提取技術從原始數據中提取能反映其特征的若干參數作為網絡輸入，輸出量表示可以是數值也可以是語言變量[1]。本文進行的預測目標已經確定，就是要預測管芯式散熱器的熱工性能，而解決問題的關鍵就是確定輸入層的節點數，即影響輸出的直接變量。

1.2訓練樣本集的設計

網絡的性能與訓練用的樣本密切相關，設計一個好的訓練樣本既要注意樣本規模，又要注意樣本的質量。一般來說樣本的數目越多，訓練結果越能正確反映其內在規律，但樣本的獲取往往有一定困難，另外樣本數量過多，網絡的精度也很難提高。樣本要有代表性，樣本的組織要注意將不同類的樣本交叉輸入。一般將收集到的可用樣本隨機分成兩部分，一部分為訓練集，一部分為測試集。本文就是通過管芯式散熱器的性能試驗來獲得樣本集的，在編寫預測程序時也相應將樣本集分為兩部分。

2影響散熱器傳熱性能的主要因素

輸入量必須選擇那些對輸出影響大且能夠檢測或提取的變量，此外還要求各輸入變量之間互不相關或相關性很小。目前對于汽車散熱器傳熱性能研究的理論已經比較成熟，衡量散熱器優劣的一個重要指標就是傳熱系數的值，對于不同類型或同一類型不同結構參數的散熱器進行傳熱性能比較的關鍵就是比較傳熱系數K的值。所以傳熱性預測模型建立的輸出層節點數已經確定就是傳熱系數K，而影響傳熱系數的主要因素即輸入層節點的數目就要從傳熱系數的計算公式入手了。由公式（2-1）知

3影響散熱器阻力性能的主要因素

散熱器的阻力包括水流阻力和空氣阻力。影響各個阻力性能的主要因素應分別做出具體的分析。

3.1影響水流阻力的主要因素

水管流經管道，產生沿程阻力和局部阻力，這兩部分阻力的計算公式前面已經敘述，通過傳熱學知識可以看出，水流動的速度，是影響沿程阻力的主要因素。而散熱器水管的長度、水管直徑試驗前已經確定，它們的值不隨流量和溫度的改變而變化；通過文獻[3]分析可知水流阻力受管排數M的影響，水的密度是與溫度有關的物理量（本文將空氣密度、水的密度通過擬合方法求得，擬合的溫度分別是水、空氣進出口溫度的平均值），通過以上分析可知，影響水流阻力的主要變量因素是水流速度、水的進出口溫度、管排數。

3.2影響空氣阻力的主要因素

空氣流過散熱器通道的壓力損失可以通過文獻[4]確定，如下式：

（3-1）

建立神經網絡預測模型就是要通過輸入層物理量的變化來預測輸出變量，所以輸入層的各節點就是影響輸出變量的可以通過試驗測定的主要因素。通過對公式（3-1）可以看出影響影響散熱器空氣阻力性能的主要變量是空氣的質量流量、散熱器進出風溫度，另外由文獻[5]可知：散熱器管排數M同樣影響空氣阻力的大小。通過以上分析可知，影響管芯式散熱器空氣阻力的主要因素是管排數、空氣的質量流量、散熱器的進出風溫度。

3.4 散熱器性能預測模型的建立

圖3-1散熱器傳熱性能預測BP神經網絡模型

圖3-2 散熱器水阻性能預測BP神經網絡模型

通過以上分析可以建立管芯式散熱器神經網絡預測模型，分別為傳熱性能預測模型和阻力性能預測模型，建立預測模型時應盡量使網絡的結構緊湊。傳熱性能預測模型如圖3-1所示，阻力性能預測模型如圖3-2、3-3所示。

神經網絡預測模型建立的準確與否直接影響著最終的預測結果，所以要經過反復的驗證。圖3-1、3-2給出了模型的輸入節點和輸出節點的具體情況，通過具體的編程可以實現管芯式散熱器的性能預測，為礦用的管芯式散熱器的結構改造提供理論依據。■

參考文獻

[1] 朱大奇，史慧.人工神經網絡原理及應用[M].北京：科學出版社，2006

[2] 曹志峰，余波，王永強等.基于MATLAB神經網絡的變風量空調控制的仿真[J]：制冷與空調.2007，2：114-116

[3] 彭國譜.重型車用新型散熱器的設計[J]：機電設備.1999，6：44-47

[4]朱聘冠. 換熱器原理與計算[M].北京：清華大學出版社，1986：7-14.

篇(7)

關鍵詞：自然散熱；外殼設計；壓鑄；鋁合金；鋅合金

隨著三網融合的推進，在廣電傳媒領域，數字化的新媒體帶來了一場深刻的革命[1]。有線電視網絡雙向化數字化改造是廣電業占領新的信息產業版圖的重要實施舉措。有線帶寬的提高、高清視頻、IP數據業務、語音業務、數據點播等的開展，對有線電視傳輸設備提出了更高的要求，熱問題在產品的研發過程中越來越突出，特別是傳輸干路和支路上的野外型和室外型設備的設計研發。這類設備以自然散熱為主要散熱途徑，使用環境復雜多變，所在的網絡平臺歷史較長，各地運營商對設備的要求和標準也參差不齊，產品結構方面可變的設計條件也有限，所有這些限制因素都增加了結構設計的難度，提出了更高的要求。本文以有線電視網絡傳輸數據監控模塊（簡稱DOCSIS 模塊）的設計為例，探討了以自然散熱為主的設備的外殼熱設計要素和方法。

1.挑戰和機遇

DOCSIS模塊是配合DOCSIS網絡而產生的新模塊，是代替現有HMS應答器的產品。該模塊普遍應用于CATV傳輸網絡的光站和放大器設備中，這些設備基本都是野外型或是室外型。由于HMS模塊已經應用在諸多的光站和放大器平臺中，因此，DOCSIS模塊的外形尺寸和連接器位置都不能改變。但由于DOCSIS模塊功能的極大提升、新的集成芯片的使用，模塊的功耗有成倍的增長。在有限的空間范圍內，模塊熱設計遇到了極大的挑戰。

近十年，傳統的鋅、鎂、鋁合金的加工技術有較快的發展，導熱材料的熱導率有很大的提升，有限元熱設計分析工具更是被廣泛應用，這給外殼熱設計提供了強有力的技術支持。

2.熱設計理論分析

為了達到理想的散熱效率，將主要發熱芯片與產品外殼通過導熱材料相連，從而有效降低從芯片結到外部空氣的傳熱熱阻。將產品的導熱簡化成下圖，在此僅討論穩態場產品的散熱：

其中t_j為芯片的結溫，t_c為芯片的表面溫度，γ是導熱材料的厚度，t_TIM是導熱材料的溫度，δ是外殼設計厚度，t_h是外殼的溫度，t_a是模塊工作的外部環境溫度，h是機殼表面自然對流換熱系數。

穩態場指產品達到熱平衡時，各部件的溫度幾乎不變的熱場分布。穩態場性能反應了電子產品正常工作情況下的熱學性能。

t_a為恒定外界溫度，自然散熱條件下表面換熱系數h為小于10的某一數值。由（2.4）式，芯片的選型，外殼材料的特性、厚度和表面積的設計，導熱介質的材料選型、厚度和接觸面設計都決定了t_j的值。因此，選用耐溫高、內部熱阻低的芯片，選用熱導率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，選用熱導率高、厚度薄的導熱材料做介質，設計合理的接觸面，能有效避免產品過熱問題。

輻射換熱效率與自然散熱產品效率相當[6]，可以增加表面處理（如噴漆、氧化）來強化輻射效果，增強自然散熱能力。

3.DOCSIS模塊結構設計比較

模塊的外形尺寸限制為 長×寬×高=78mm ×38mm ×12mm，FPGA芯片大小為長×寬=23mm ×23mm 。

下表為模塊結構設計選項：

設計選項1和設計選項2比較了不同合金材料的選擇對產品熱性能的影響；設計選項2和設計選項3比較了發熱芯片接觸面積和導熱介質對產品熱性能的影響；設計選項3和設計選項4比較散熱面積和表面輻射效果對產品熱性能的影響。

下圖為設計選項1和設計選項4的設計效果圖：

4.仿真結果比較

使用Flotherm軟件進行仿真比較。設置外部環境溫度為85°C，模塊總功耗為1.7w，FPGA芯片功耗為0.8w。按下表設置鋁合金和鋅合金材料的基本參數。

下表是各條件的仿真結果。

其中，t_j和t_h與章節2中對應的芯片結溫和殼體外表溫度意義一致。

比較設計選項1和設計選項2的結果，選用鋁合金比選用鋅合金，FPGA結溫下降0.23°C，殼體溫度下降0.25°C。結果顯示，Zmark3和A413散熱能力相當。因為鋅合金比鋁合金具有更好的鑄造性能，能鑄造出更薄的殼體，在PCB布板空間緊張、對模塊重量不敏感的情況下，選用鋅合金比鋁合金更有優勢。

比較設計選項2和設計選項3的結果，增大導熱介質和FPGA芯片的接觸面接、選用導熱率更高、更薄的導熱材料，使得FPGA結溫下降了0.69°C，殼體溫度下降了2.57°C。結果表明，導熱介質的優化可以帶來一定程度的溫度降低。但是熱導率為5w/m.k的導熱介質成本是2.5w/m.k的一倍以上，且越薄的導熱介質對產品的加工精度要求更高。因此，在成本和公差允許的情況下，選用更大、更薄、導熱率更高的材料能有效降低芯片結溫。

比較設計選項3和設計選項4的結果，增大表面積和輻射率，使得FPGA結溫下降了3.08°C，殼體溫度下降了2.01°C。結果表明，增大表面積和表面輻射率是自然散熱條件下最為有效的降低溫度的方法。而表面涂鍍是增加表面輻射率的有效途徑，它既增加了產品美觀性，又增強了表面耐腐蝕性，缺點是增加了成本。因此，在產品尺寸大小不敏感，成本壓力小，表面要求高的情況下，加強表面處理是解決散熱問題的有效途徑。

綜上所述，導熱率相當的鋁合金和鋅合金合金材料對模塊溫度的影響不大；增大芯片與導熱介質的接觸面積，增大導熱材料的熱導率、降低其厚度可以有效降低溫度；增加表面散熱面積，加強表面處理是最有效的提高散熱效率的方法。

5.結論

自然散熱的電子產品外殼設計中，選用耐溫高、內部熱阻低的芯片，選用熱導率高的金屬做外殼，增大外殼有效散熱面積，增強表面輻射強度，選用熱導率高、厚度薄的導熱材料做介質，設計合理的接觸面，能有效避免產品過熱問題。

參考文獻：

[1]韋樂平.《三網融合的思考》[J].《電信科學》，2010年03期：1-6.

[2]章亦農，楊俊.《基于三網融合的HFC網絡現狀與前景分析》[A].《2007國際有線電視技術研討會論文集》，中國浙江杭州：中國廣播電視協會，浙江省廣播電視局，2007年.

[3]張鳳莉.《基于DOCSIS3.0的HFC雙向網絡設計》[D].南京：南京理工大學，2012年.

[4]包雪松.《鋁合金壓鑄散熱模塊結構設計研究》[D].上海：上海交通大學，2011年