热工基础实验中心是在学校进一步加强实验教学、整合实验教学资源基础上985工程”（一期）重点投资建设项目；于2005年9月建成并正式投入使用。

实验中心建设发展思路是：在保证培养本领域学生所必须的基本测试能力的前提下，突出特色，增加 亮点。从学科的角度结合现代测试技术的最新进展,对实验内容进行了系统的论证，将《工程热力学》、《传热学》、《热工测量》、《节能原理与技术》和《制冷 与空调》等课程的重要知识点进行了融合，提炼出了目前本实验中心的实验内容，每一个实验既能反映各门课程的重要知识点，又能体现知识的交叉融合，使学生在 一个完整的热工学体系上有所创新。该中心实验课程不只是验证某一热学规律的正确性，而是更侧重于热工学的研究方法，以提高学生们从事科学研究的能力、理论 联系实际的能力和创新能力。使学生对所学知识综合运用的能力得到提高，对热工实验研究的方法有较为系统的了解和掌握，并具备一定的从事热工类工作的科研能 力，在此基础上再进行提高——重点放到专业实验课里。充分体现了实验中心的系统性、基础性和前沿性。

热工基础实验中心的总体布局以热力学实验、传热学实验和热工测试技术实验等课程为线索、相互融合。就实验的类型可分为演示型实验、基本型实验、综合型实验和提高型实验。

一、实验室概况

热工基础实验中心于2003年九月开始建设，2005年9月正式投入使用，实验室面积建筑490平方米；目前，承担工程热力学、传热学、测试技术、制冷空调、发动机热防护等课程教学实验。

实验室现有专职人员1名，兼职人员11名，设主任1名，副主任1名；兼职人员中教授2名，副教授6名，讲师2名，博士后1名。其中具有博士学位以上9名。

本基地是在纳通与北航全面合作的协议基础上，由纳通、北航、首医三家共同建立的，主要针对无源医疗器械设计和检测的重点环节和核心技术开展校外实践、实训、实习等，强调产业-工程-临床的深度结合和交叉。

实验室位于三号楼四层西侧。

二、实验室设备情况

“面向全校相关专业开课的“热工实验教学中心”重点建设以下面四个实验类型共14种实验设备。

演示型实验：自然对流演示实验、流体外掠管束流动演示实验、热工测量仪表示教台；

基本型实验：二氧化碳临界关系实验、制冷循环实验、热电偶鉴定与分度实验；

综合型实验：材料导热系数测定实验、材料发射率测定实验；

提高型实验：空气在任意弯管内换热试验、高温气体温度测量实验、先进热工测试技术实验。

研究型实验：气膜换热实验（本硕一体，目前只对研究生开放）、动力循环实验、涡轮叶片外换热实验（本硕一体）。

三、实验室教学情况

（一）教学环境

改变了过去实验的状况，建设了良好的教学环境，营造了很好的研究氛围，实验室大厅悬挂了众多对 热科学作出杰出贡献的科学家的照片及贡献点，以及热科学的发展历史和发展趋势，如图1。可以将同学们带回到历史的时空中，以激发同学们对从事热科学研究的 兴趣和对本学科的历史有所了解。

图1 热工基础实验中心大厅

（二）主要实验教学情况

演示型实验

完成了圆管自然对流换热、平板自然对流换热等演示实验，在实验之前可以向同学们生动地演示其流动与换热特点。如图2所示。

建设了独具特色的包括压力、温度、速度、流量等测量的示教台。本中心提供了目前在发动机测试中使用的20余套先进测试仪器和传感器，使同学们对目前航空发动机测试中正在使用的先进测试手段有了直观的了解，可以说这是本中心的一个突出亮点。如图3所示。

图2 自然对流演示实验装置

图3 示教台

二氧化碳临界关系实验

该实验是属于验证性的实验，主要是学生通过自己动手实际操作和观察实验现象来获得相应知识的感性认识，并学习相关热工仪器的操作方法，以及用实验测定实际气体状态变化规律方法及技巧。

该实验台实验设备运行正常，实验数据基本可靠，可以满足学生的教学实验课程的需要。如图4所示。

达到的技术指标：  实现二温度20～50℃，压力0～10MPa的二氧化碳P-V-T关系的测定。

图4 二氧化碳临界关系实验室

制冷制热循环实验

该实验台，是国内比较先进的实验台，如图5所示。包括冰箱实验台和空调实验台两部分组合而成，可以进行冰箱实验和空调实验。可实现制冷系数、供热系数、制冷温度、冷凝供热温度和换热器负荷的计算，帮助学生掌握热力学和制冷空调课程的相关知识。

达到的技术指标：可实现制冷循环和热泵循环实验；清楚表示制冷循环的结构；清楚表示制冷设备和相关附件；可观察制冷剂的状态变化；

图5制冷制热循环实验室

热电偶鉴定与分度实验

热电偶是热工学实验研究过程中最为常用的温度测试传感器。工作热电偶的检定与分度是保证热电偶 的测量精度。检定其分度偏差是否符合国家规范；本实验的建设目标是使热电偶的鉴定与分度达到到国家二级检测标准，使学生在热电偶的制备、分度及鉴定的全过 程有明晰的掌握。实验室和部分仪器如图6所示。

图6  热电偶鉴定与分度实验室和部分仪器

材料导热系数实验

本实验自己设计建设了四台采用平板法形成单向热流的用于测量绝热材料导热系数的仪器（见图 7）。该实验台完全能够满足学生的教学工作，增加学生对导热系数测量原理的理解。从整体上来看，该实验台在国内的类似实验装置中是属于实用和可靠，对教学 功能进行了针对性设计，性能也较为先进的实验设备。

具体技术指标：该导热系数仪能够测量导热系数在0.01至1（w/mk）之间的材料的导热系数，整体的测量精度能在10%以内。

图7 自行研制的材料导热系数实验台

材料发射率实验

通过本实验使学生加深对辐射换热基本原理的理解，学会采用比较法测量材料的发射率，观察与分析 物体表面状况对材料发率的影响。材料发射率测定实验的实验装置为成套购买，国内比较先进的“中温辐射黑度测试仪” 7台和“铂丝表面发射率测量仪”1台，如图8所示，通过实验室总体布局和安装，达到了教学状态。

达到的技术指标：可用于测量物体发射率ε，范围0～1，热源及传导体的温度不宜超过200℃

图8 材料发射率实验室

圆管内紊流换热实验

主要目标是，建立管内对流换热实验台，实现多种截面形状和多种弯曲形状的管内对流换热实验，通 过实验可以总结管内对流换热准则关系式。在国内尚属首次实现在任意弯管内进行对流换热系数实验，总结出具有工程实用价值的实验关系式；同时帮助学生了解相 似理论在换热实验中的指导意义。目前，建立3台管内对流换热实验台，如图9所示；

该实验台可以使学生掌握对流换热实验的基本方法，了解传热学的管内对流换热的知识和相似理论相关知识。提高学生实验动手能力；该实验台代表了国内对流换热教学实验的先进水平。

图9圆管内紊流换热实验室

高温气体温度测量实验

高温气体温度的准确测量一直是本专业科学研究、工业过程中的一难题，其教学实验是从近年来教研 室所从事的科研中总结、提炼并自行设计加工建立起来的。希望通过同学们教学实验激励同学们开动脑筋，发挥聪明才智，利用所学知识设计出更合理的方案。使优 秀的设计方案能为以后的科研研究所利用。实验台如图10所示。

图10  高温气体温度测量实验台

具体技术指标：高温气体实验台是小型实验台，每台仪器供2同学同时使用。实验中要求

①在实验过程中最大高温气体环境温度为< 550℃；

②给出一个标准测点，从而得出气体温度的“准标准值”（误差范围：500℃左右1%误差）。以确定学生在实际测量中的误差范围。最终确立同学对温度测量的设计方案的合理性及可行性。

先进热工测试技术实验

实验设备：1）示温液晶实验台；  2）红外热像仪实验台； 3）热流计展示台；     4）PIV实验台；

如图11～13所示。实验强调学生的动手学习能力的培养，实验室的设备和实验均可以在教师的指导下由学生自己完成。使学生在了解新技术、新方法的同时也初步掌握了一些新设备的使用方法和新技术利用技巧。

图11 红外热像仪

图12  PIV摄像装置

图13  液晶示温的冲击实验效果

先进热工测试实验室，实验后使同学对两种先进测温方法都会产生深刻感性认识和一定的理性认识，对液晶测温或红外测温的标定方法有深刻的理解，掌握红外热像仪的操作方法，培养同学对本学科的兴趣，并通过独立的思考对实验提出改进的方案。

达到的技术指标：

a)试件温度＜100℃，可以任意变化；

b)热电偶温度、液晶色彩显示或红外热像要求实时显示对照；

c)热流测量与计算试件计算结果实时对照

动力循环实验

动力循环是工程热力学中所讲述的将热能变为机械能或电能的最基本途径，是热力学的核心内容之 一；通过学生亲自动手实验，可以使学生对热力学中的热效率、循环功、压缩比、示功图、涡轮增压、中冷等概念有比较直观的理解。通过改变实验台中主要的元件 来核算循环功和热效率的变化，在此基础上考察当今为增大循环功和热效率所采用的先进技术。此外，该实验台还可以进行不同类型的回热器、中冷器等换热器的性 能实验。使学生初步具有工程系统的概念。

该实验台是我国在热工学教学实验室中水平最高的教学实验设备，该实验设备除可进行学生的研究性实验，还可以作为相关的科研实验设备。该实验台可以进行变压缩比实验（变循环）、涡轮增压实验和增压中冷实验。实验设备如图14所示。

图14 四缸增压动力循环实验平台

气膜换热实验

气膜冷却是航空发动机中高温部件热防护的主要方法之一，是当今发动机高温部件热防护研究的热 点，也是能源与动力学院本科生课程“发动机热防护”课程的重要知识点和我校工程热物理专业研究生的主要研究方向之一。对本科生主要是让学生通过具体的实验 来了解目前发动机中采用的主要气膜冷却的结构和实验研究方法；对于研究生来说，要求学生在自由结组和充分讨论的前提下，自行设计和加工实验件，研究诸如气 膜出流的角度、流量等对换热的影响，为今后从事折方面的研究奠定基础。同时，该实验台也可以进行层板冷却的实验研究。

该实验是我们根据自己的科研课题提炼出来的研究性教学实验，该实验具有三个创新点：

1） 首次将气膜换热研究引入教学实验中，而且不仅仅是验证性实验，更重要的是研究性实验，其结果可以用于科研，丰富气膜冷却的数据库。

2） 采用了先进的液晶测温技术，与传统的热电偶测温相比，液晶测温具有能得到温度场的特点。

3） 该实验设备具有鲜明的航空航天特色。

气膜换热实验的主要实验设备如图15所示。

图15 气膜换热实验台的主要设备

主要技术指标：冷气源温度为室温～60℃；热气源温度小于100℃，流量为2000m/h。

实验件除能用液晶测温外，还可以用热电偶测温。

涡轮叶片外换热实验

本实验是在国防科工委重点专业建设资助下完成的，一起纳入到本热工基础实验中心，目前已经建设完成，并进行了硕士研究生的实验。

其他设备情况

在本中心实现了实验室网站的建设，与工程热物理系的传热传质学、工程热力学等一起，组成了一个网站，并申请了独立的网址：http:/etp.buaa.edu.cn。该网站在工程热物理系的教学中起到了很好的作用。图16为热工基础实验中心网站。

由于实验室高值设备比较多，为了便于管理和安全起见，建设了安全门卫系统。

建设了一些实验室公用设备，如冰箱、冰柜、碎冰机、灭火消防设备等。

图16 热工基础实验中心网站

热工基础实验中心基本达到了实验设备比较充足，总体水平国内先进、部分实验国内领先的目标。为本学科的高水平实验教学打下了较坚实的基础。

四、实验室成果

热工基础实验中心的全面建设工作，取得了如下标志性成果：

建设了良好的教学环境，营造了很好的研究氛围

热工实验教学中心，为同学们提供了充足的实验设备和宽敞的实验场地，使每个同学能亲自动手进行实验，激发了同学们的实验热情和创造能力；同时在改善实验教学条件基础上，利用实验室建立的网络平台，完善了实验教学管理和运行模式，使实验室管理更加集中、规范；

目前，该实验中心成为国内一流的实验教学基地。可以满足全校相关专业热工课程的实验教学要求；形成了独具特色的、先进的教学实验研究平台。

建设了具有航空航天特色的气膜换热研究性实验室

气膜换热研究是航空发动机中高温部件热防护的主要手段。气膜换热实验台是教研室老师从科研生产中提炼出来，自行设计建造的具有航空航天特色研究性实验台。

该实验研究是面向本科生、研究生提高型实验。激发同学们的创新意识，自行设计实验方案，创造性地开发新的热工测试技术和方法，找到合理可行的实验方法；对常规的实验研究方法进行改进。

建设了具有领先水平的先进热工测试实验室

将多年来成熟的科研成果和先进的测试技术引入到教学实践中，开阔学生的眼界。激发学生对本专业 前沿学科发展的憧憬。使整个热工基础实验中心教学实验更上一个新的台阶。通过实验室中新技术实物展示和一些先进设备实际操作，使同学们在教学实验课堂上认 识并了解了先进测温、测速设备的测试原理、标定方法及操作方法和应用技巧。

补充了我校热辐射实践教学的空白

热辐射实验台建立，使同学们巩固已学过的辐射换热理论知识；熟悉测定铂丝发射率的实验方法；了解辐射热工仪表的工作原理和使用方法及实验技巧；填补了我校热辐射实践教学的空白。

建设了具有研究性的管内对流换热实验室

管内对流换热实验是在教研室教师指导下和毕设学生自行一起设计、计算、加工组装建立起来的。实验首次实现在任意弯管内进行对流换热系数测试计算；总结出具有工程实用价值的实验关系式。成为具有研究性的管内对流换热实验室。

建设了国内特有的先进测试传感器的展示台

展示台中各种测试传感器来自于国内航空科研院所一线；先进测试传感器的展示台的建立，使同学们能直观的了解先进测试手段，成为国内特有的先进测试传感器的展示台。该展台建立体现了热工基础实验中心的建设宗旨：保证特色、突出亮点。

完善了具有研究性的高温气体温度测量实验台

高温气体温度测量实验台是从科研中总结提炼出来自行设计加工建成的综合教学实验台。其建成及进一步完善使同学们能够利用所学知识，自行设计测量方案进行高温气体温度测量，提出可行、合理的设计思想。

该实验台的建成，使科研生产中难以解决的技术难题通过基础教学实验台的实验验证和进一步理论分析得到好的构想和解决方法；激励同学们在教师指导下，利用所学知识开动脑筋，发挥聪明才智，发掘出优秀、可行的设计方案并经过改进为以后科研所利用。

五、实验室开放情况

热工实验教学中心，可以满足全校相关专业热工课程的实验教学要求，解决每年700余名同学进行热工实验课的学习问题，最多可容纳1400名学生实验，在国内同类院校里处于先进地位。

热工基础实验中心基本建成后，完全达到了建设目标，建设质量和建设水平受到上级领导的表扬和肯定，提高了办学条件和办学质量。