現(xiàn)實生活中的例子為核心熱力學課程帶來新活力

傳統(tǒng)上，工科學生通過研究圖表和求解方程式來了解燃氣輪機的熱力學，但今年他們還戴上了安全帽、安全眼鏡和耳塞，參觀了為50萬戶家庭發(fā)電的工廠。

該發(fā)電廠的熱回收蒸汽發(fā)生器給學生留下了深刻印象：它高130英尺，重800萬磅，建在紐約州奧爾巴尼附近哈德遜河沿岸的一個港口，并用駁船運到Sewaren發(fā)電廠.

長期以來，熱力學課程被視為專注于機械和航空航天工程的二年級學生的必經(jīng)之路，熱力學課程以其嚴謹而著稱。讓學生感覺其內(nèi)容與學生相關(guān)可能是一個挑戰(zhàn)。今年，該課程變成了校園即實驗室課程，包括實地考察、客座講座和課程，這些課程通過大學校園和周邊地區(qū)的能源技術(shù)和政策示例來加強學生的學習。

除了參觀距離普林斯頓約30英里的新澤西州塞瓦倫的公共服務(wù)企業(yè)集團(PSEG)發(fā)電站外，學生們還與專業(yè)工程師一起評估粉紅屋的能源效率，粉紅屋是專注于可持續(xù)生活的本科生社區(qū)的所在地.客座講師包括一位幫助設(shè)計極端條件下的燃氣輪機的工程師，以及普林斯頓鎮(zhèn)旨在減少碳排放的氣候行動計劃的貢獻者。

“過去，我會介紹所有理論，然后在最后討論應(yīng)用，”課程講師LamyaaEl-Gabry說，他是機械和航空航天工程(MAE)的講師。但她擔心學生們“坐在那里得到一堆方程式”，等待學習“很酷的東西”。

El-Gabry修改了課程，重點關(guān)注全球能源問題的地方層面，在校園可持續(xù)發(fā)展經(jīng)理CarolineSavage(現(xiàn)為佩斯公民參與中心普林斯頓公民服務(wù)實習計劃主任)的幫助下，在校園內(nèi)外建立聯(lián)系)和LeahAnderson，社區(qū)參與獎學金計劃的副主任。

戴安全帽的學生看著發(fā)電廠的一部分

在熱回收蒸汽發(fā)生器的風冷冷凝器內(nèi)，學生們抬頭凝視著迷宮般的管道和成排的巨型風扇，這些風扇迫使蒸汽凝結(jié)成液態(tài)水——這一特征消除了使用河水冷卻工廠的需要。

該課程的新重點激發(fā)了問題集作業(yè)，幫助學生將熱力學的核心概念與日常生活聯(lián)系起來——例如校園能源廠主管TedBorer對為校園建筑提供空調(diào)的冷凍水系統(tǒng)的解釋。

El-Gabry說，“這是學生們在學習了入門數(shù)學和物理課程后對工程學的第一次了解”。“熱流體讓人感覺非常概念化和理論化：你看不到熱量，看不到空氣流動，即使空氣在我們周圍流動。所以，我想我可以通過重新組織演示文稿來滿足解決問題的需要，讓它變得更加有趣和令人興奮。”

El-Gabry還延長了學生獨立研究項目的范圍和時間表。在課程的最后五周，學生小組提出并就他們選擇的主題進行了實驗。項目包括商業(yè)和自制發(fā)動機以及模型火箭燃料的比較，以及不同木材品種的隔熱性能的評估——該主題的靈感來自班級對粉紅屋的能源審計。

El-Gabry說：“通過讓[學生]接觸足夠多的現(xiàn)實世界問題，我希望他們能夠?qū)徱暪こ虇栴}并將其分解為可以用熱力學定律解決的問題。”“這是一項非常重要的技能。”

在參觀電廠期間，PSEG工程師ChristianSantoro概述了電廠的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)：天然氣為燃氣輪機提供動力，熱回收蒸汽發(fā)生器收集燃氣輪機的廢氣以驅(qū)動蒸汽輪機產(chǎn)生額外的電力。該工廠于2018年6月開始運營，是典型的新型發(fā)電站。它的聯(lián)合循環(huán)設(shè)置使其能夠達到60%的熱效率，這意味著60%的熱能輸入被轉(zhuǎn)化為電能，而僅燃氣輪機這一比例約為40%。

熱回收蒸汽發(fā)生器給學生留下了深刻印象：它高130英尺，重800萬磅，建在紐約州奧爾巴尼附近哈德遜河沿岸的一個港口，并用駁船運到Sewaren工廠。在機組的風冷式冷凝器內(nèi)，學生們抬頭凝視著迷宮般的管道和成排的巨型風扇，這些風扇迫使蒸汽凝結(jié)成液態(tài)水——這一特征消除了使用河水冷卻工廠的需要。

在控制室里，學生們看到了工廠的關(guān)鍵警報屏幕和不斷監(jiān)控和調(diào)整渦輪機輸出的計算機化系統(tǒng)——技術(shù)人員告訴學生們，在以前的工廠迭代中，這一切都是手動完成的。在他們訪問的11月下午，系統(tǒng)顯示該工廠正在產(chǎn)生542兆瓦的電力——接近其最大容量。

學生ShannenPrindle對一個幾乎全新的發(fā)電廠的運作非常著迷，并發(fā)現(xiàn)控制室特別有趣。Prindle說，與航空航天工程相比，“實地考察和課程作業(yè)介紹了MAE的一個不太為人所知的方面”。

同學MilesSimpkins補充說，他喜歡課程的“真實系統(tǒng)的動手分析”，包括噴氣發(fā)動機和發(fā)電廠。他說，這門課程“很好地介紹了我未來可能想專攻的方向”。