面向学科交叉融合的储能课程建设探索与实践

储能专业建设是“双碳”目标下我国在高等教育领域的重大国家战略,储能专业学科交叉特征明显,涉及知识面广,在专业建设上没有先例可循。针对储能专业课程教学内容多、教学对象广、考核方式难的特点,“储能与能源互联网”课程结合新工科建设行动路线及解决复杂工程问题能力的教学目标,将实际工程项目作为课程实践内容,以学科竞赛为成果出口,明确了以问题为导向的课程理念,形成了储能专业开设学科交叉融合课程的建设思路,为高校储能专业建设及人才培养提供了实践参考。

基于互联网技术的实验室智慧管理平台研究与构建

随着国家对高校的投资力度逐年增大,学校的实验室与资产设备也在逐年增长,为各高校的教学科研工作提供了有力支撑,这些宝贵资源的有效利用和安全运行是高校管理工作的重中之重。但是目前高校实验室管理在制度建设、人员管理、资源利用、安全运行等方面存在诸多问题,通过利用互联网技术建立起实验室综合智慧管理平台,将实验室运行管理涉及到的工作流程、资源共享、安全保障等各个环节集中于同一平台,既可以提高实验室管理工作效率,又实现了资源利用最大化。

基于平板热管的高温质子交换膜燃料电池堆启动特性

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)运行温度约160℃,较传统低温电池具有更佳的电化学反应动力学、更简单的水热管理和更高的CO耐受性等优势。但运行温度提高,如何实现HT-PEMFC的快速预热启动成为制约其应用推广的重要挑战之一。当前工作中,针对一个额定功率为500W的HT-PEMFC电堆,尝试利用一种平板热管(FHP)对该电堆进行预热启动。设计搭建了实验装置,从预热时间、温度分布、传热量分布等方面对这一方法进行评估。实验结果表明,提高加热功率可以显著缩短预热时间,500W时预热耗时3000s,1500W时则仅需980s;但同时也造成温度均匀性出现恶化,500W时竖直方向最大温差约28℃,1500W时该温差则达到了80℃。此外,水平方向的温差也随加热功率的提高而增加,且越靠近热源的区域越明显,最高达15.7℃,这无疑会加速质子交换膜的机械失效。实际中,应在不过多影响电池运行寿命的前提下,提高加热功率以缩短启动时间。

工匠精神融入发动机拆装实验的研究与实践

发动机拆装实验实践性和技术性较强,作为配合专业课程开展的综合性专业实验课,已经不能满足新工科背景下科技人才培养的需求。在分析了发动机拆装实验教学的基本现状及存在问题后,提出将工匠精神和劳动教育融入发动机拆装实验课程。工匠精神的融入有利于增强学生参与实验的积极性,培养学生的职业素质,强化学生对工匠精神与专业技术之间重要关系的理解。

综合创新实验室建设与开放共享模式的探索

新工科背景下,为落实一流学科建设的目标,全面振兴本科教育,提升人才培养质量,天津大学能源与动力工程国家级实验教学示范中心规划建设了面向本科实践教学的开放性综合创新实验室,融入了“以学生为中心”的实验室开放理念、“以创新人才培养为核心”的实验室宗旨。依托示范中心网络化平台建立了信息化的开放共享管理机制,形成了以虚拟仿真实验为特色、以科技创新项目为载体、以内燃动力科普为牵引的实验室开放共享新模式。实践证明,综合创新实验室开放共享的理念和模式对学生综合素质的提升产生了积极的促进作用。

吹扫条件对PEMFC阻抗弛豫现象和低温启动的影响

停机吹扫作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)零下温度启动前的关键流程,能够有效降低冷启动前膜电极(MEA)的含水量,以提高电池启动的成功率。为了研究PEMFC在停机吹扫后出现的阻抗弛豫现象,以及吹扫条件如何直接作用于PEMFC低温启动性能,以25 cm2的单片电池作为对象,进行实验研究。实验条件下的结果表明,随着吹扫气体流量的增加以及吹扫温度的提高,阻抗弛豫表现更加明显;吹扫流量和吹扫时间对PEMFC冷启动性能存在显著影响。在实验条件下,以1500 ml/min的干燥N2吹扫15 min,测试电池在低温中的表现最佳。吹扫流量过大、过小以及吹扫时间过长、过短均不利于PEMFC的低温启动,存在最佳吹扫条件。

质子交换膜燃料电池冷启动研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低、启动停机快、能量密度高等优点、在移动电源、车辆等设备方面具有很好的应用前景。但是,目前仍存在很多亟待解决的问题,如制造成本、电池寿命、冷启动能力等,制约着PEMFC的商业化进程。其中,燃料电池的冷启动能力是其实际应用中必须面临的重要课题,因此本文从多个方面对PEMFC冷启动的研究进展进行概述,包括PEMFC的冰冻机理、冷启动过程中水热传输特性及可视化研究。分析表明,电池的具体结冰位置还没有统一的定论;冷启动过程中冰的形成确实破坏了膜电极组件,缩短了电池寿命;可视化的研究方法在水管理方面得到了广泛应用,为改善电池内部的水分布提供了更直观的依据;基于电极材料和电池结构的水热管理或许是未来的研究热点。

内燃动力装置虚拟仿真实验研究与实践

新工科背景下,传统实验教学模式已无法满足内燃机实验教学的客观要求。通过分析内燃机专业传统实验教学中存在的问题,借助信息化手段,依托现有的实验教学条件及资源优势,开发了面向社会开放的内燃动力装置燃烧与热力循环虚拟仿真实验平台,形成了新的内燃机实验教学方法和模式。通过采用虚实结合的实验方法,弥补了传统内燃机燃烧实验教学的短板,拓展了内燃机实验教学的广度和深度,加深并巩固了学生对基础理论知识的理解,达到了提升学生创造创新能力的目的。

发动机拆装虚拟仿真实验建设与应用

传统实验教学模式已无法满足新时代对工科大学生培养提出的新要求。发动机构造课程作为内燃机专业学生一门专业必修课,课程包含的发动机拆装实践教学环节存在设备陈旧,场地受限,教学效果差等问题。通过借助信息化手段,利用虚拟仿真技术,依托现有的实验教学条件及资源优势,开发了面向社会开放的发动机拆装及工作过程虚拟仿真实验平台,探索了新的发动机拆装实验教学方法和模式。通过采用虚实结合的实验方法,弥补了传统实验教学的短板,拓展了拆装实验教学的广度和深度,加深并巩固了学生对基础理论知识的理解,达到了提升学生创造创新能力的教学目的。