现代工业泵结构与设计教学方法的探索与实践

【摘要】现代工业泵结构与设计是流体机械及工程的专业课，课程系统介绍了工业用泵的结构特点及设计方法。本文通过近几年来教学实践中的体会，讨论了该门专业课教学的四个教改措施：课堂教学与实践教学相结合、结合CFD的课堂教学、项目教学法的引入以及多样性的课程考核。通过教学改革激发了学生的学习兴趣和增强了学生的主动学习能力，激发了学生的创新能力，获得了一定的教学效果。

【关键词】现代工业泵结构与设计 教学方法 探索与实践

【基金项目】江苏省品牌专业建设工程资助（PPZY2015A029）。

【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0202-02

现代工业泵结构与设计是流体机械及工程的专业选修课， 该课程针对本专业以泵类产品为研究对象的特点，加强基本理论知识，力求反映国内外先进科学技术和生产实践经验。它建立在机械原理，流体机械原理，以及叶片泵水力设计等课程知识的基础上，通过开设该本课程，使本专业学生掌握现代工业泵的结构特点和工作原理，为学生毕业后从事本专业的工作打下基础。

课程的教学目标主要包括三个方面：一是掌握工业上常用泵的结构形式；二是掌握自吸泵的自吸原理；三是掌握液固两相流泵的设计方法。工业用泵的类型非常多，要在有限的学时内讲解更多的泵型，要求任课教师对各类泵的结构非常熟悉。另外，要达到预期的教学目标，还要在课堂讲解、课程大作业上以及实践教学等方面做出一些教改尝试。经过几年的教改尝试，获得了一定的教学效果。

一、教改前课程教学存在的问题

相比传统的教学方式，本课程采用多媒体教学为主，辅以板书，该方式使得学生能够接受大量的信息，有助于全面了解各类泵型。通过学生的反馈获得的本课程存在的主要问题：1.大部分学生认为该专业课程非常实用，有助于他们今后的就业，但是由于涉及的泵型太多，学生无法深入了解；2.该课程主要涉及结构设计，部分学生认为课程枯燥，抽象，难懂，学生在课堂上是被动式的接受，而非处于对知识本身的兴趣和探求；3.部分学生没有在学习中把工业泵的结构与功能结合起来，经常发现有一些学生知道有该结构， 却不知道该结构的具体功能和设计原理。例如离心泵上常见的平衡孔，大部分学生不清楚平衡孔设置的数量以及开设位置与轴向力平衡之间的关系。因此，有必要对该课程进行改革，进而提高学生对所学课程的兴趣以及相关知识的理解程度，实现本课程设置的目标。

二、教改措施

传统的本科授课方法以教师讲解为主，学生被动接受，学生主动思考和参与的程度不够，导致上课过程中多数学生无法跟上老师思路，或者睡觉，或者做其他的事情，教学效果比较差。作为流体机械及工程的选修课，面对的是毕业班的学生，部分学生对于这门课更是为了拿到毕业学分，而不是以增长专业知识。为改变这种被动的教学方法的弊端，本门课程在如下几方面做了尝试：

1.课堂教学与实践教学相结合

工业泵结构复杂，学生们总觉得很抽象，对此，我们通过改善课堂教学手段、加强校内实践环节让学生掌握一些常见工业泵的结构。实践教学中设置了双吸泵拆装实践、离心泵性能测试、泵的自吸性能实验、机械密封作用原理等，结合实践教学后，学生的的学习热情显著提高，结合实物和实验，更易于学生掌握本课程的专业知识。通过上述实践环节，加深了对学生对课堂理论知识的理解，学习针对性更强了，图1为双吸泵拆装现场。

2.结合CFD的课堂教学

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是建立在经典流体力学与数值计算方法基础上的一门新兴学科[1]。它通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。目前各种CFD通用性软件包陆续出现，成为商品化软件，性能日趋完善，应用范围不断扩大。本课程中涉及的第三章是自吸泵的自吸原理以及设计方法，第五章小流量高扬程泵中的迷宫螺旋泵等都结合了CFD来讲解，图2是通过CFD计算获得的旋流自吸泵含气率分布[2]，图3是迷宫螺旋泵定子内的静压分布[3]。将CFD引入到这两个章节的教学中，有利于学生掌握泵相关的结构参数对泵的性能及内部流动的影响规律。

3.项目教学法的引入

在本课程第四章液固两相流泵结构与设计的教学过程中引入项目教学法，即明确项目后由师生共同实施的教学活动。主要包括以下几个阶段：第一阶段教师提出设计任务，阐明设计的难点和重点，讲解常见两相流泵结构及存在的问题，学生参与讨论，确定设计任务的具体参数，主要包括固液两相流泵的设计流量、扬程、转速以及输送颗粒物的浓度和粒经；第二阶段以教师课堂讲解为主，讲解固液离心泵两相流基本方程式，分析颗粒在叶轮内的运动规律，最后引入固液两相流泵的水力设计方法；第三阶段以学生为主，教师将学生分组，分别下达不同的设计参数，结合学生调研和前面两个阶段的教师讲解，学生完成泵的水力设计，撰写设计说明书和绘制叶轮水力图。在这个阶段，学生会遇到很多困难，此时教师需积极与学生沟通探讨，将解决方案制定出来。通过这次实践后教师课让学生充分了解液固两相流泵的水力结构参数对其性能的影响。图4为学生完成的液固两相流泵叶轮水力图。

三、总结

近年来，针对现代工业泵结构与设计这门课程的特点，通过在实际教学中不断地进行尝试和探索：课堂教学与实践教学相结合、结合CFD的课堂教学以及项目教学法的引入等多个方面对该课程的教改做了尝试。当然，目前针对该门课程所进行的工作也只是初步的、尝试性的，教学质量的大幅度提高不是一蹴而就的，而是需要进行长期深入地努力才能实现。

参考文献：

[1]刘栋. 泵内流场数值模拟教学方法的探索与实践. 课程教育研究. 2015.2：206.

[2]王春林，吴志旺，司艳雷，等.旋流自吸泵汽液两相流数值模拟.排灌机械. 2009，27（3）：163-167.

[3]王春林，张浩，彭娜，等. 三角形迷宫螺旋泵内部流场数值计算及试验，排灌机械. 2009，27（2）：74-77.

作者简介：

刘栋（1981-），男，江苏姜堰人，现就职于江苏大学能源与动力工程学院，研究生学历，博士，副教授，主要研究方向：流体机械性能及内部多相流动。