（1）专业与年级要求

本实验属于江苏理工学院过程装备与控制工程专业三年级学生的专业核心课程《过程设备设计》的授课内容。鉴于本实验课程中涵盖过程原理、过程设备设计、过程控制等方面内容，全校其它专业的学生也可根据专业需求和个人能力选择不同的实验环节进行选修。

（2）基本知识和能力要求

具备一定的机械结构设计知识和一定的计算机使用能力，具有自主学习能力和一定的自主探索能力，能够在基础认知、分析设计、应用探索三个层次的实验中总结分析特定实验结果背后的原因，将专业理论知识活学活用。

（3） 实验注意事项

       本实验为综合设计型课程实验，具有较强的高阶性、创新性和挑战度。为确保教学质量，提出以下实验注意事项。

       ① 实验前，学生应认真阅读实验指导书，观看教学引导视频和操作视频，在教师指导下明确实验目的及各环节的知识点和重难点，奠定实验理论基础；

       ② 请选择符合“实验教学相关网络”条件要求的软硬件实验环境开展实验，以保证实验操作的流畅性。

       ③ 实验过程中，请仔细阅读各环节任务要求，并根据步骤引导开展实验。当实验结果不理想时，请根据系统提示认真修改；同时，还可通过微信群、论坛、服务热线等方式寻求在线指导。

       ④ 请充分利用知识角，通过知识点课件库开展拓展阅读，扩充自己的专业知识。

       ⑤ 完成实验后，请务必点击“完成并提交”以生成实验报告，并在关闭实验界面前，点击界面右下角的“实验报告”链接进入课程平台查看，并结合实验报告认真回顾实验过程，针对不足查找原因，并积极开展互动交流，以进一步巩固理论知识、提升创新思维能力。

1、新能源装备为人类采集绿色能量提供了基础，预示着绿色发展的未来。

环境的破坏，资源的约束，让人类意识到快速发展的同时必须拥有与自然和谐共生的能力，发明新的装备，采集绿色能源，是人类发展的未来。太阳能发电是一种新兴的可再生能源，通过光伏板组件暴露在阳光下产生直流电，该发电装置几乎全部以半导体物料（例如硅）制成的固体太阳能电池组成。今天的中国这种装置也随处可见，它既能融入自然也能成为现代城市的标配，它能像植物一样获取光照，产生的电能可供人类使用，从它出现开始，人类对效率的追求，就从未停止。

2、能源强国建设急需具备自主创新实践能力的优秀装备设计人才。

多晶硅是太阳能电池板最为重要的材料，它的纯度直接影响着电池板的发电效率。目前国际主流厂商生产多晶硅的主要工艺是西门子法，但其最大的软肋是能耗高、高污染，生产1 kg多晶硅需要消耗电能300～400 kWh，耗电量巨大，同时，每生产1t多晶硅还将产生8t有着极强腐蚀性、难以保存的有毒液体四氯化硅，所以，高能耗和高成本依然是阻碍其发展的主要原因。这就对培养具备自主创新实践能力的能源装备设计人才提出了迫切的需求。如何将科教融合、立德树人的教学理念融入教学全过程，通过开展“沉浸式”交互操作，不仅使学生掌握能源装备设计知识并具备实践应用能力，而且潜移默化地激发学生投身能源强国建设的情怀和使命感，是教学所面临的重要挑战。

3、大型反应器“设计-制造-检验-运维”的全过程实验无法开展，传统教学方式难以理解，急需应用虚拟仿真方法进行实验教学。

设计是整个装备质量控制体系中的第一个重要环节，其质量将直接影响到设备的使用性能以及制造的难易、成本与工期，同时设计者不仅要掌握设计的知识，还要了解所设计的产品制造、检验、维护等方面的要求。因此能源装备设计需要综合运用机械、化学、材料、信息等学科知识，具有综合性强、复杂度高的跨学科特点，开展原理实验的难度大；且反应器生产成本高，内部介质易燃易爆、极强腐蚀性、危害程度高，因此，传统教学方式学生难以理解，应用虚拟仿真方法进行实验教学十分必要。

   为形象生动地传授能源装备设计中涉及的过程原理、过程设备设计及制造、过程控制相关知识，本项目团队遵循“学生为本-循序渐进-容错优化-科教融合”的设计原则，自主开发了气相沉积反应器“设计-制造-检验-运维”虚拟仿真实验。

（1）坚持以学生为本、自主学习探究的教学理念。

        坚持以学生为中心，以任务驱动为导向，科学合理地设置实验教学环节。实验基于三维虚拟仿真技术，真实还原了设备使用单位、设计单位、制造单位的实验场景，并提供了内容详实的知识点和知识角，引导学生围绕任务开展自主式的学习和探究，身临其境地通过“沉浸式”交互式操作，高效有序地开展实验。

（2）设置科学合理、循序渐进的实验环节。

       实验依据《过程设备设计》课程大纲和关键知识点，将气相沉积反应器“设计-制造-检验-运维”的全过程进行串联，使学生逐步完成“工艺设计、结构设计、制造检验、运维管理”四个层面的实验，充分体验“基本原理知识学习、设计分析能力训练、创新工程思维培养”的实践学习过程，初步构建能源装备设计知识体系。

（3）实现容错探究、修正优化的实践操作。

       实验结果错误或不理想时，学生可根据提示和评估结果进行多次尝试，实现实验结果的修正和优化，从而使学生充分感受到探索、解决问题的乐趣，提升求知欲和探索能力，培养学生建立理论设计、仿真验证、反复优化的工程设计思维，以及设计计算、实践操作和工程应用的能力。

（4）坚持科教融合、立德树人的教育理念。

       能源强国必须大力发展能源装备高新技术，碳达峰、碳中和目标的提出，是经济社会一场广泛而深刻的系统性变革，大力发展可再生清洁能源是实现“双碳”目标的重要途径。本实验充分利用团队所掌握的国际上热力分析相关知识，将高水平的科研成果转化为教学资源，在传授知识的同时，潜移默化地激发学生投身能源强国建设的情怀和使命感。

  本实验坚持以学生为中心、以立德树人为根本的教学理念，通过虚拟仿真所营造的情景体验式的教学环境，使学生循序渐进地开展“工艺设计、结构设计、制造检验、运维管理”的学习实践过程，实现以下具体教学目标：

热设计工艺实验目标：

（1）掌握导热、对流、辐射换热的基本原理，熟悉反应器内腔与夹套热式设计工艺，实现理论基础知识与实际工艺应用的结合。

（2）熟悉气相沉积反应器的工艺流程，明晰能耗损失途径，评估能耗现状，提出有效节能策略，实现反应器节能降耗。

结构设计实验目标：

（1）熟悉压力容器设计相关规范、标准，理解压力容器规范、标准及各零部件标准的更新替换，能够根据设计条件，正确地选择最新标准进行设计。

（2）根据给定的设计参数，完成气相沉积反应器的主体结构设计、主要结构参数设计与选择、主要零部件结构设计与材料选择、主体结构与重要零部件强度设计计算等设计内容，培养学生工程设计能力。

制造检验实验目标：

（1）熟悉压力容器制造的主要工艺过程，以及其中对产品质量产生重大影响的关键工序，理解压力容器设计者需从产品整体质量出发，形成全面考虑选材、结构、以及技术要求的设计能力。

（2）熟悉压力容器制造标准中对制造、检验、验收的要求，对下料成形、焊接、热处理、无损检测、压力试验等关键制造环节的方法、基本原理、主要质量要求有初步的认识，有助于在结构设计的同时，制定正确的技术要求。

运行维护实验目标：

（1）理解生产过程自动化在现代流程工业中的地位和作用及实现工业自动化的流程；锻炼学生对于流程性工业生产过程中突发情况的应急反应，及对工程实际问题分析和解决的能力。

（2）对于气相沉积反应过程生产工艺加以分析，并提出基本的控制方案。