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工程熱物理論文實用13篇

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工程熱物理論文

篇1

主辦單位:中國工程物理學會;中國科學院工程熱物理研究所

出版周期:月刊

出版地址:北京市

種:中文

本:大16開

國際刊號:0253-231X

國內刊號:11-2091/O4

郵發代號:2-185

發行范圍:國內外統一發行

創刊時間:1980

期刊收錄:

CA 化學文摘(美)(2009)

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊:

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽:

中科雙效期刊

聯系方式

期刊簡介

篇2

冰箱制冷劑CFC12的現有替代物主要有HFC134a、HC600a和HFC152a/HCFC22,它們分別在加工工藝、可燃性、環保和熱工性能方面存在缺陷[1,2,尋求新型環保節能的冰箱工質仍是人們探究的方向。

三氟碘甲烷(CF3I)是作為哈龍替代物而開發的新型滅火劑,其臭氧層破壞勢(ODP)為0,20年的全球變暖勢(GWP)低于5,不燃,油溶性和材料相容性很好[3,飽和蒸汽壓曲線和CFC12相近,具備了作為冰箱制冷劑的前提條件(至于毒性目前還沒有定論[3,4)。有關CF3I的熱物性,只有文獻[3進行了較為系統的探究,目前還缺乏適用于汽液兩相區的狀態方程;CF3I在冰箱工況下的循環性能,還沒有被系統地分析。根據文獻[3的PVT實驗數據,確定同時適用于CF3I汽液兩相的PT方程;并在此基礎上,對CF3I在冰箱工況下的循環性能進行系統地理論分析,旨在考察其作為冰箱制冷劑的可能性。

2理論循環分析的工具

2.1PT狀態方程兩參數F、ζc的求解

式中,R為工質的通用氣體常數,Tr=T/Tc。確定PT狀態方程需要具體物質的四個參數摘要:臨界壓力Pc、臨界溫度Tc、虛擬壓縮因子ζc、斜率F。對于CF3I,文獻[3給出其Pc=3.953MPa,Tc=396.44K[3。ζc、F的求解方法如下摘要:(1)選取n個飽和液相數據點(T、P、ρL)i(i=1,…,n;(2)假設一個ζc初值;(3)由式(6)、(7)、(8)求出Ωa、Ωb、Ωc,代入式(4)、(5)求得b、c;

(4)由汽液平衡條件fL=fV,輸入某數據點i的(T、P)i,由式(1)、(2)求出αi;(5)由n個數據點的(Ti,αi)用最小二乘法擬合式(3),求出F;(6)由ζc和已求出的Ωa,Ωb,Ωc,F,根據方程(1)~(2)和汽液平衡條件計算各點的和的相對誤差,以及個數據點的平均相對誤差;

(7)以一定的步長改變ζc,重復步驟(3)-(6)。選取最小EYL所對應的ζc、F作為PT方程的參數。

文獻[3給出了CF3I在301K-Tc范圍內的25個飽和液相密度點,其中3個數據點是為了確定臨界點而測的;把這3個數據點當作一個臨界點對待,選取其余22個數據點按照上面的步驟求解得到CF3I的F=0.6514、ζc=0.3105。

2.2PT狀態方程精度的驗證

為了檢驗如上確定的適用于CF3I的PT方程的計算精度,以該方程對CF3I的飽和液密度、飽和蒸汽壓、氣相區PVT性質進行了計算,并和文獻[3的實驗數據進行了對比。對比實驗數據為T%26lt;0.9Tc(即T%26lt;356.80K)范圍內的13個飽和液相點、22個飽和蒸汽壓點和T%26lt;Tc內77組氣相區數據。結果表明,飽和液密度、飽和蒸汽壓、氣相區密度的最大相對誤差分別為2.94%、0.42%、5.87%,平均相對誤差分別為1.54%、0.25%、2.17%。相對誤差、平均相對誤差計算式分別為

(9)

(10)

式中,X-所要比較的物理量,cal-PT方程的計算值,exp-實驗值,n-數據點的個數。

冰箱的名義工況為蒸發溫度tevap=-23.3℃,冷凝溫度tcon=54.4℃,吸氣溫度、過冷溫度32.2℃[6,處于上述溫度區間。可見,確定的適用于CF3I的PT方程,能夠用于對CF3I的冰箱循環性能分析計算,而且精度良好。

3CF3I蒸汽壓曲線的分析

從熱力學角度看,替代制冷劑最好具有和原制冷劑相似的蒸汽壓曲線[7。圖1為幾種工質的蒸汽壓對比,其中CF3I的蒸汽壓方程為[3

(11)

式中,

A1=-7.204825,A2=1.393833,A3=-1.568372,A4=-5.776895,適用范圍243K~Tc;其它制冷劑的蒸汽壓數據來自ASHARE[8。

由圖1可見,在冰箱名義工況的溫度區間內,HFC152a/HCFC22、HFC134a的蒸汽壓曲線和CFC12吻合得很好;HC290的蒸汽壓高于CFC12,HC600a的蒸汽壓則比CFC12低許多。CF3I的蒸汽壓介于HC600a和CFC12之間,在冰箱名義工況下和CFC12的最大差距為20%左右。由蒸汽壓看,CF3I比HC600a更適合作為CFC12的灌注式替代物;按照優勢互補原則選擇HC290和CF3I組成混合物,灌注式替代CFC12的效果可能會更好。

4CF3I作為冰箱制冷劑的循環性能分析

4.1冰箱名義工況

采用帶回熱的冰箱制冷循環模型,即用回熱器來實現工質的過冷和過熱,并設工質經過回熱器換熱后節流前的溫度和壓縮機的吸氣溫度相等,這一溫度稱為回熱溫度。

計算CF3I的循環性能所需的理想氣體比熱式[3為摘要:

(8)

式中T的單位為K,R為CF3I的氣體常數,單位為J/(K·kg)。計算焓、熵的參考態為ASHRAE規定的-40℃的飽和液態,參考態上h=0kJ/kg,s=0kJ/(kg·K)。

在冰箱名義工況下,設壓縮機的總效率為0.70,計算了幾種工質的循環性能。混合工質的蒸發溫度取為蒸發器進口和露點溫度的平均值,冷凝溫度取其冷凝壓力下的泡露點平均值。計算結果見表1。表中MIX1、MIX2分別表示質量百分比85/15、75/25的HFC152a/HCFC22。

觀察表1中各種工質的性能參數,在壓力水平方面,除了HC600a、HC290外,現有的幾種冰箱制冷劑的蒸發壓力Pevap、冷凝壓力Pcond和CFC12都很接近。CF3I的壓力水平和CFC12有一定偏差,其Pevap略低于大氣壓,蒸發器為微負壓,不利于系統運行。CF3I的壓比和CFC12的最接近。壓縮機排氣溫度方面,HC600a和HC290的tdisch較低。CF3I的tdisch較高,不利于壓縮機的運行;但和MIX1、MIX2十分接近,表明目前的冰箱壓縮機能夠承受這樣的溫度。CF3I的單位容積制冷量qv比CFC12小20%左右,也比HFC134a、MIX1和MIX2小,HC290比CFC12高40%左右。CF3I的COP是最高的,比CFC12高3.4%,這是CF3I的優勢,而HC290是最低的。通過以上的比較可以看出摘要:(1)CF3I的循環性能指標和CFC12相近,可以在對原有制冷系統稍作改動的基礎上,作為CFC12的灌注式替代物;(2)HC290和CF3I在循環性能指標上具有互補性,若將兩者組成混合物,在性能上可能更接近CFC12。

4.2變工況

變工況循環性能分析,一般包括COP、qv、tdisch、隨冷凝溫度、蒸發溫度、回熱溫度的變化規律。相比之下,各性能指標隨回熱溫度的變化規律比隨蒸發溫度、冷凝溫度的變化規律更重要一些,這是因為冰箱的回熱器一般在環境中[1,回熱溫度的變化幅度、頻率要比蒸發溫度、冷凝溫度要大、要快。分析幾種制冷劑循環性能指標隨回熱溫度的變化規律,分析方法是固定蒸發溫度、冷凝溫度,變化回熱溫度,看性能指標的變化趨向。

結果如圖2-圖5所示。回熱溫度由0℃變化到50℃,幾種工質的COP都降低,其中CF3I降低得最慢。在qv方面,HC290隨回熱溫度的變化顯著,其他工質的變化規律相似。隨著回熱溫度的升高,CF3I的tdisch增加速度比其它工質快,這是不利于冰箱運行的。由于在計算中固定了蒸發溫度、冷凝溫度,所以對于純質來說保持不變,而對于混合工質來說,有稍微地上升。由圖還可以發現,CF3I和HC290的循環性能指標分布在CFC12的兩側。

CF3I各項性能指標隨回熱溫度的變化所表現的規律和CFC12基本類似,數值幅度上的偏差也不太大。COP優于CFC12,tdisch較CFC12為高。總起來說,CF3I存在作為CFC12灌注式替代物的潛力。

5CF3I/HC290混合物作為冰箱制冷劑的循環性能分析

5.1冰箱名義工況

由以上分析可知,CF3I和HC290的循環性能具有互補性,下面具體分析不同配比下HC290/CF3I混合物的循環性能。

計算工況、壓縮機總效率的選取同上。表2列出了循環性能計算結果。

由表1已經知道CF3I的Pevap、Pcond、q0、qv都比HC290的小,所以隨著HC290在混合物中所占比例的增加,HC290/CF3I混合物的Pevap、Pcond、q0、qv都應該呈現增大的趨向,而∑、tdisch、COP應該減小,這種規律在表2中得到了很好的體現。

對比表2和表1,可以看到CF3I/HC290混合物在65/35、60/40、55/45、50/50四種摩爾百分配比下各個性能指標和CFC12吻合得很好。

5.2變工況

對上面所給4種配比下的CF3I/HC290混合物進行了循環性能參數隨回熱溫度變化規律的計算。結果表明,混合物的循環性能和CFC12十分接近,從理論循環分析的角度看,是CFC12理想的灌注式替代物。

圖2-圖5中列出了摩爾百分比為65/35(質量百分比為89.2/10.8)的CF3I/HC290的計算結果,其它3種配比下CF3I/HC290混合物的性能也和之相近。

5.3可燃性分析

以上4種配比的CF3I/HC290混合物中,HC290的摩爾比例最大為50%,其相應的質量比例最大為18.4%。一般家用冰箱的制冷劑的充灌量為0.1kg左右[6,9,以本文提出的4種CF3I/HC290混合物作為冰箱制冷劑,HC290的最大充灌量僅為0.0184kg。文獻[10指出,在密封性好的制冷系統中,只要碳氫化合物的充灌量小于0.15kg,那么系統就是平安的。因此,CF3I的摩爾組成在50%~65%范圍的CF3I/HC290混合工質在應用中的平安性是可以得到保證的。

6結論

(1)求得了適用于CF3I的PT方程,此狀態方程對于CF3I的熱力學性質和循環性能計算具有較高的精度。

(2)通過對CF3I的蒸汽壓曲線、冰箱名義工況、變工況的計算分析,發現CF3I的循環性能和CFC12相近。

(3)按照優勢互補的原則,篩選提出了CF3I的摩爾組成在50%~65%范圍的CF3I/HC290混合工質,其循環性能和CFC12十分接近,可作為CFC12的灌注式替代物。

參考文獻

1何茂剛.三氟甲醚作為冰箱制冷劑的理論分析.李惠珍,李鐵辰等.西安交通大學學報,2003,37(1)摘要:10~14

2梁榮光.環保制冷劑CN-01的應用.曾愷,簡棄非.制冷學報,2003,24(1)摘要:57~60

3段遠源.三氟碘甲烷和二氟甲烷的熱物理性質探究摘要:[博士學位論文.北京摘要:清華大學,1998

4DoddD.E.etc.FundamentalandAppliedToxicology,1997,35摘要:64

5NavinC.PatelandAmynS.Teja.Anewcubicequationofstateforfluidsandfluidmixtures.ChemicalEngineeringScience,1982,37(3)摘要:463~473

6王建栓.碳氫化合物在家用小型制冷裝置中的替代探究摘要:[碩士學位論文.天津摘要:天津大學,2000

7劉志剛.CFCS替代工質篩選的熱力學原則.傅秦生,焦平坤等.全國高等學校工程熱物理第四屆學術會議論文集,杭州摘要:浙江大學出版社,1992,73~76.

篇3

北京大學

在ARWU的學科領域排名中,北大在數學與自然科學(簡稱理科)、工程/技術與計算機科學(簡稱工科)、生命科學與農學(簡稱生命)、臨床醫學與藥學(簡稱醫科)和社會科學(簡稱社科)五大領域均未能進入100強,但在學科排名中北大的數學、化學、計算機和經濟學/商學均位列76-100名,物理學科的排名也接近100名,實力毋容置疑。而在QSWUR的學科領域排名中,北大在藝術人文(第18名)、工程技術(第34名)、生命科學與醫藥(第24名)、自然科學(第17名)和社會科學/管理(第21名)均進入了50強,除工程技術外其余領域均為內地高校第一,展現了非常強大的綜合實力。

在教育部組織的國家重點學科評估中,北大有18個一級學科為國家重點學科:哲學、理論經濟學、法學、政治學、社會學、中國語言文學、歷史學、數學、物理學、化學、地理學、大氣科學、生物學、力學、電子科學與技術、計算機科學與技術、口腔醫學、藥學。北大的師資力量也很雄厚,在這些重點學科中還有16名國家級教學名師:趙敦華(哲學與宗教學)、蔣紹愚(中文)、陸儉明(中文)、溫儒敏(中文)、閻步克(歷史)、鄧小南(歷史)、高毅(歷史)、姜伯駒(數學)、丘維聲(數學)、張恭慶(數學)、王稼軍(物理)、吳思誠(物理)、段連運(化學)、許崇任(生命科學)、祝學光(醫學)、王杉(醫學)。此外,還有北京市教學名師和校級教學名師,他們主講的課程也多為精品課程。北大的國家級精品課程有90門,其中數學科學學院(6門)、物理學院(9門)、信息科學技術學院(5門)、中國語言文學系(8門)和醫學部(19門)較多。

優勢學科:哲學、理論經濟學、法學、政治學、社會學、中國語言文學、歷史學、數學、物理學、化學、地理學、大氣科學、生物學、力學、電子科學與技術、計算機科學與技術、口腔醫學、藥學

清華大學

眾所周知,清華的工科是最強的,兩個大學排行榜也印證了這一點。在ARWU的學科領域排名中,清華的工科進入了50強(第45名),而理科、生命、醫科和社科均未進入百強。學科排名中,計算機學科也進入了學科排名50強(第46名),而數學、物理、化學和經濟學/商學未進入百強。在QSWUR的學科領域排名中,清華的工程技術排名第十,是內地和香港這12所名校中唯一排在前十位的學科領域。在清華的21個一級重點學科中,清華工科獨占16項,包括:機械工程、光學工程、材料科學與工程、動力工程及工程熱物理、電氣工程、電子科學與技術、信息與通信工程、控制科學與工程、計算機科學與技術、建筑學、土木工程、水利工程、化學工程與技術、核科學與技術、生物醫學工程、管理科學與工程。清華工科的國家級教學名師也是最多的,共有11名,他們是:申永勝(精密儀器與機械學系)、華成英(自動化系)、孫宏斌(電機工程與應用電子技術系)、李俊峰(航天航空學院)、范欽珊(航天航空學院)、李俊峰(航天航空學院)、錢易(環境學院)、郝吉明(環境學院)、胡洪營(環境學院)、袁駟(土木工程系)、傅水根(基礎工業訓練中心)。清華的國家級精品課程也有90門,工科課程占了一半以上(48門)。以如此強勁的實力,清華工科絕對是中國頂尖工程師的搖籃。

優勢學科:上文所列的16個工科、數學、物理、化學、生命科學、工商管理、美術

復旦大學

根據ARWU的學科領域排名,復旦只有工科進入了世界百強(52-75名)。QSWUR的學科領域排名則顯示,復旦的藝術人文(第49名)和社會科學/管理(第45名)進入了世界大學50強,工程技術(第98名)、生命科學與醫藥(第67名)、自然科學(第56名)均進入了世界百強,展現出較強的綜合實力。復旦的一級國家重點學科有11個:哲學、理論經濟學、中國語言文學、新聞傳播學、數學、物理學、化學、生物學、電子科學與技術、基礎醫學、中西醫結合。國家級教學名師也基本上分布在這些重點學科,他們是:陳紀修(數學)、陸谷孫(外國語言文學)、袁志剛(經濟學院)、范康年(化學)、陳思和(中文)、喬守怡(生命科學)、俞吾金(哲學)。復旦的國家級精品課程有38門,也基本分布在這些重點學科中。

優勢學科:哲學、理論經濟學、中國語言文學、新聞傳播學、數學、物理學、化學、生物學、電子科學與技術、基礎醫學、中西醫結合

上海交通大學

與清華相似,上海交大的傳統優勢也是在工科。ARWU的學科領域排名中上海交大的工科進入了百強(52-75名),同時計算機學科也進入了學科排名的百強(51-75名)。QSWUR的排名中,工程技術排名第37位,在內地高校中僅次于清華和北大,而生命科學與醫藥(第124名)、自然科學(第114名)和社會科學/管理(第127名)位于百強之外,藝術人文則未上榜。當然,隨著上海交大向高水平綜合性大學的目標邁進,這些學科領域的發展后勁不容小視。上海交大9個一級國家重點學科全部與工科有關:力學、機械工程、材料科學與工程、動力工程及工程熱物理、控制科學與工程、計算機科學與技術、船舶與海洋工程、生物醫學工程、管理科學與工程。國家級教學名師的分布則較廣泛:洪嘉振(建筑工程與力學)、鄭樹棠 (外國語言文學)、樂經良(數學)、孫麒麟(體育)、王如竹(機械與動力工程)、林志新(生命科學技術)、郭曉奎(醫學)。上海交大的國家級精品課程有20門。

優勢學科:力學、機械工程、材料科學與工程、動力工程及工程熱物理、控制科學與工程、計算機科學與技術、船舶與海洋工程、生物醫學工程、管理科學與工程

南京大學

南大在ARWU的學科領域排名中各領域均未進入百強,但化學學科進入了學科排名的百強(51-75名),高于北大的排名。QSWUR排名中南大較突出的領域是自然科學進入了百強,位列第85名,其余學科領域進入了前200名:藝術人文位列136名,工程技術位列163名、生命科學與醫藥位列193名,社會科學/管理位列131名。南大的一級國家重點學科有8個:中國語言文學、數學、物理、化學、天文學、地質學、生物學、計算機科學。國家級教學名師有10位:范從來(商學院)、盧德馨(匡亞明學院)、王守仁(外國語學院)、桑新民(公共管理學院)、左玉輝(環境學院)、沈坤榮(商學院)、徐士進(地球科學與工程學院)、周曉虹(社會學院)、劉厚俊(經濟學院)、李滿春(地理與海洋科學學院)。南大的國家級精品課程有56門。

優勢學科:中國語言文學、數學、物理、化學、天文學、地質學、生物學、計算機科學、商學

中國科學技術大學

中科大的工科在ARWU的學科領域排名中也進入了百強(52-75名),而QSWUR的排名中,中科大的自然科學和工程技術表現突出,均進入了百強,分別位列第59名和第72名,而生命科學與醫藥則位列156名,而藝術人文與社會科學/管理均未上榜。中科大的一級國家重點學科有8個:數學、物理學、化學、地球物理學、生物學、科學技術史、力學、核科學與技術。國家級教學名師則有7名:陳國良(計算機)、李尚志(數學)、史濟懷(數學)、施蘊渝(生命科學)、程福臻(天文與應用物理) 、霍劍青(天文與應用物理)、向守平(天文與應用物理)。中科大的國家級精品課程有13門。

優勢學科:數學、物理學、化學、地球物理學、生物學、科學技術史、力學、核科學與技術

浙江大學

在ARWU的學科領域排名中,浙大的工科進入了百強(第52-75名),而學科排名中有兩項進入百強:化學(76-100名)和計算機(51-75名)。QSWUR的排名也顯示,浙大在工程技術領域表現突出,進入了百強(第68名),其余領域排名為:藝術人文199名、生命科學與醫藥206名、自然科學139名、社會科學/管理212名。浙大的一級國家重點學科有14個:數學、化學、機械工程、光學工程、材料科學與工程、動力工程及工程熱物理、電氣工程、控制科學與工程、土木工程、生物醫學工程、園藝學、農業資源利用、植物保護、 管理科學與工程。國家級教學名師有10名:陸國棟(機械與能源學院)、林正炎(數學)、楊啟帆(數學)、吳秀明(中文)、何蓮珍(外語學院)、應義斌(生物系統工程與食品科學學院)、何勇(生物系統工程與食品科學學院)、吳敏(生命科學學院)、劉旭(光學)、朱軍 (農學)。浙大的國家級精品課程有64門。

優勢學科:數學、化學、機械工程、光學工程、材料科學與工程、動力工程及工程熱物理、電氣工程、控制科學與工程、土木工程、生物醫學工程、園藝學、農業資源利用、植物保護、管理科學與工程

香港大學

在學科領域排名上,香港大學(簡稱港大) 在兩大排行榜上的差異較大。在ARWU中,港大的各領域均未進入百強,僅在學科排名上有化學(51-75名)和計算機(76-100名)進入百強;而在QSWUR中,港大的藝術人文(第25名)、工程技術(45)、生命科學與醫藥(第28名)、自然科學(第46名)和社會科學/管理(第23名)均進入50強,是一所實力雄厚而均衡的名校。讓人感到意外的是,雖然在QSWUR中以上領域的排名港大均低于北大,但總排名卻是港大高于北大,這可能與港大的國際化程度很高有關。

由于香港地區院校不參與教育部組織的各種評估和評獎,因而沒有如內地名校一樣的國家重點學科等數據,只能根據以上學科領域排名及網絡資料推薦優勢學科。

優勢學科:建筑、法律、醫學、社會科學(包括心理學、社會學、政治與公共行政學、社會工作及社會行政學)、認知科學(心理學、計算機科學/人工智能、語言學、哲學及腦神經科學)、文學、化學、工程學(土木工程、土木工程/環境工程、計算機科學、計算器工程、電機工程、電子及通訊工程、訊息工程、工業工程及科技管理、后勤工程及物流管理、機械工程、機械工程/屋宇設備工程、醫學工程)

香港中文大學

在ARWU的學科領域排名中,香港中文大學(簡稱中大)的工科進入了百強(76-100名),在學科排名中,中大有三個進入百強:數學(第50名)、化學(76-100名)、計算機(第30名,在12所名校中僅次于香港科技大學),優勢突出。而在QSWUR的排名中,中大的五個學科領域均排名百強之列:藝術人文47名、工程技術82名、生命科學與醫藥60名、自然科學90名、社會科學/管理38名,同樣是一所實力均衡而強勁的名校。

優勢學科:數學、化學、計算機、中文、翻譯學、新聞與傳播、專業會計學、社會學、法律

香港科技大學

根據ARWU的學科領域排名,香港科技大學(簡稱科大)的工科排名第36名,為兩地高校之冠,其社科排名52-75名,使科大成為十二名校中唯一有兩大領域位列百強的;在學科排名中,計算機排名第21位,也是兩地高校之冠,而經濟學/商學也進入了50強(第45名)。QSWUR的排名中,科大的工程技術排名第22位,僅次于清華;生命科學與醫藥(第86名)、自然科學(第55名)、社會科學/管理(第43名)也實力強勁,藝術人文(第195名)則稍遜。因此可以說科大是一所工科優勢比較突出的名校。

優勢學科:工程學院、商業管理學院(工商管理)、理學院(數學、生物學)、人文社科學、會計、分子神經學

香港城市大學

在學科領域排名上,香港城市大學(簡稱城大)的工科在ARWU中也進入了50強(第42名),學科排名中則有兩項進入50強:數學(52-75名)和計算機(第50名)。在QSWUR的排名中,城大的藝術人文與社會科學/管理展現較強實力,進入了百強,分別位列第79名和第72名,工程技術(第119名)和自然科學(第186名)也具有一定實力。

優勢學科:商學、法學、創意媒體、數學、計算機、社會工作

香港理工大學

根據ARWU的學科領域排名,香港理工大學(簡稱理大)的工科進入了百強(52-75名),數學(76-100名)與計算機(51-75)進入了學科排名百強。在QSWUR中,理大在藝術人文(第172名)、工程技術(第91名)、生命科學與醫藥(第225名)、社會科學/管理(163名)等領域均具有一定的實力。

優勢學科:酒店及旅游管理、輔助醫療(職業治療、物理治療、眼科視光學、放射學)、工程、物流

篇4

一片丹心系科研無需浮名絆此生

“科學家”這三個字本身似乎就有一種魔力,吸引了無數人執著著夢想前往,薄涵亮就是其中之一。

1985年7月他畢業于西安交通大學動力機械工程一系反應堆工程專業并獲學士學位;1988年6月他畢業于西安交通大學動力機械工程系工程熱物理專業并獲碩士學位,同時留校任教;1992年11月他畢業于西安交通大學能源與動力工程系反應堆工程與安全專業并獲博士學位;1994年11月在清華大學核能技術設計研究院核能科學與技術博士后流動站出站,并留校任教。

近十年的求索給了薄涵亮追尋夢想的翅膀,這陜西走出的硬漢本著純粹的科研精神,在科研的世界里默默打造自己的夢想。長期以來,他主要從事與反應堆相關的熱工水力、裝備、測量等研究方向的基礎、應用基礎、關鍵技術、裝備產品的研究和開發,外延至工程熱物理、流固耦合振動、計算流體力學等研究方向。曾承擔過國家“七五”、“八五”、“九五”、“863”、“985”、自然科學基金、國際合作、重大國防工程、橫向研發、XXX預研和國家重大專項等多項科研項目,在國內外刊物上公開發表學術論文100多篇。

說到成就,薄教授的謙虛讓我們感動,在他心里,他只是一位平凡的科技工作者,沒有什么光輝的功績,但正是這“平凡”的人,為我國核能的發展做出了自己的貢獻。

經過深入細致的研究,薄教授針對氨水工質熱物性和卡林那循環提出適合于低溫供熱堆二回路循環的氨水朗肯循環;針對換熱器傳熱管流致振動問題,給出了螺旋管束流體彈性不穩定的臨界流速半經驗公式和理論公式,成功解決了高溫氣冷堆熱氣導管在內外兩股方向相反的流體共同作用下所誘發的管道振動問題;針對低溫供熱堆水力驅動控制棒系統,提出脈沖水流的概念,進一步發展了水力驅動控制棒系統的原理,揭示了水力驅動控制棒系統的作用機理。

在對水力驅動控制棒系統深入研究的基礎上,薄教授結合商用壓水堆磁力提升器的優點,發展了一種新型內置式控制棒驅動技術,即控制棒水壓驅動技術,屬擁有自主知識產權的原創性技術。控制棒水壓驅動系統不僅完全滿足一體化布置核反應堆的使用要求,為我國下一代艦船用堆提供技術保障,而且可以推廣到其他水堆,使其控制棒傳動線縮短。控制棒水壓驅動概念的提出,為內置式控制棒驅動技術的發展開辟了新思路。

這些成就也許不是什么驚天動地的豐功偉績,但卻是一位科研人默默奉獻的結晶,不積跬步,無以至千里,正是許多的薄涵亮,才讓科學的腳步漸行漸遠。

薪火相傳魂不改春風化雨育人才

清華大學的反應堆熱工水力研究室歷史悠久,始建于1964年,是核能科學與工程專業關鍵研究室之一,從事與反應堆相關的熱工水力、裝備、測量等研究方向的基礎、應用基礎、關鍵技術、裝備產品的研究和開發。

反應堆熱工水力研究室自成立后,先后承擔了820熔巖堆工程、5WM低溫供熱試驗堆、10MW高溫氣冷堆、HTR-10GT氦氣透平發電、200MW供熱堆、ABWR國際合作項目、NP堆項目、XXXX堆項目和華能山東石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程等重大項目下設的相關基礎、應用基礎、關鍵技術、裝備產品的研究和開發,及其外延的核能供熱/制冷/熱電聯供/海水淡化、螺旋管/管套管相變換熱、磁懸浮軸承/流體機械、制氫/稠油熱采、液位測量/兩相流測量等技術研究。其中,低干度自然循環穩定性、內置式控制棒驅動技術、兩相流噪聲分析與測量、稠油熱采實驗技術等科研成果得到了國內外同行的認可,在我國相關行業內具有重要的影響力。

薄涵亮教授現任清華大學核能與新能源技術研究院熱工水力學研究室主任,他發揚研究室薪火相傳近五十載的科研精神,使研究室的發展邁上了一個新的臺階。

研究室的輝煌是幾代如薄涵亮教授般科研人的心血共同締造的,據不完全統計,研究室擁有發明、實用新型專利53項和多項核心、關鍵技術,曾獲國家級發明獎二等獎、國家發明專利金獎、20余項省部級及多項校級科研成果獎項。其中,控制棒水力驅動技術屬擁有自主知識產權的原創性技術。發表中文期刊論文360余篇,發表外文期刊70余篇,其中近60篇被SCI收錄。

科研事業的忙碌從沒有讓薄教授對教師的工作有絲毫的懈怠,他熱愛教師職業,秉持教書育人的傳統美德。他關心愛護學生,在傳授專業知識的同時,注重培養學生的學習和研究能力,引導學生主動學習和自我實現,他給學生的是“漁”而非“魚”。

薄教授曾獲2003年清華大學教書育人獎,1999年度、2003年度、2005年度和2010年度清華大學研究生“良師益友”稱號,并多次獲得清華大學優秀教師獎勵金。

篇5

1. 穩態法測試原理

穩態法分穩態護板法和穩態圓筒法等,針對玻璃的物理特征及應用特點此處特指穩態護板法(如圖1所示)。穩態法原理上基于傅立葉定律,僅能獲取材料導熱系數。

圖1 防護熱板法原理圖

由圖1所示,主熱板放置于兩塊被測試樣中間,為了盡量保證主熱板熱流垂直穿過試樣,其兩側分別設置一塊與主熱板保持相同溫度的護熱板,通常為了保證效果,護熱板內往往設置與主熱板加熱絲相同功率的熱絲。冷板是為了使試樣端面維持均勻恒定的溫度,可通過恒溫水浴實現。理想情況下,主熱板熱量均勻恒定的向兩側試樣流出,則被測試樣的導熱系數可用下式獲得:

d = (1)

式中:Q為主加熱板釋放的熱量,J;A為主加熱板加熱面積,m2;T1=T2-T1,和T2= T3-T4分別是主加熱板與上冷板與下冷板間的溫差。

由測試原理可以看出,穩態法測試時間較長,且對實驗環境有較高要求,但其原理簡單,JC/T675-1997《玻璃導熱系數試驗方法》國家標準即基于穩態法測試原理。

2. 非穩態法測試原理

針對穩態法測試時間長,對實驗環境要求高的缺點,近年來非穩態法在材料熱物性測試中得到了廣泛應用看,其中適用于玻璃熱物性測試的有非穩態平面熱源法、非穩態熱帶法、非穩態熱線法等。

2.1 非穩態平面熱源法

與傳統的穩態法原理上只能測玻璃導熱系數相比,可實現導熱系數、熱擴散率的同時測定,其原理結構如圖2所示。

圖2 物理模型

設平面熱源熱流只在豎直方向(x方向)上傳遞,且其熱流強度Q恒定,則試樣內的溫度變化分別可歸結為如下定解問題[5]:

(2)

式中:j為試樣密度,Cp為定壓比熱容,d為導熱系數,而熱擴散率Z=d/(jCp)。

在上述定解問題的基礎上衍生了快速測量法(恒流法)和脈沖法,其中快速測量法適用于導熱系數較大的材料熱物性測量,而脈沖法適用于導熱性能差的絕熱保溫材料等[5]。根據門窗玻璃的熱物性參數參考范圍,應適用于脈沖法。對式(2)作拉氏變換進行求解,可得:x=0處,如有強度為q的熱源從零時刻開始加熱,加熱時間t后,試樣任意位置x處的溫升為:

= B(y) (3)

2.2 非穩態熱線法

設在固體介質中放置一根細長線狀熱源,其熱能僅能在熱線徑向傳遞,將構成一個無限長圓柱導熱模型。當熱線以恒定熱流持續加熱時,如已知熱線上通過的電流 及其電阻 ,其單位長度發熱量 ,W/m。

在加熱功率恒定的情況下,熱線上的溫升 值隨時間 的變化曲線呈近似線性[6],直線的斜率為k=q/(4id) ,據此可以得到被測試樣的導熱系數 d

式(4)即交叉熱線法測導熱系數的理論公式。

利用熱線上的溫升數據結合交叉熱線法測得松散煤體導熱系數 ,同時測得距熱線r距離處的溫升得到

式中

B(y)=-2y dy1 (4)

y2= (5)

加熱片發熱強度可用下式計算:

q=(I2R-m0Cp0) (6)

從熱源加熱開始計時,至t1時刻斷電停止,熱量仍繼續向冷面傳播,同時熱面溫度下降,至時刻t2,導熱系數 可用下式計算:

= (7)

式(10)中包含有無窮級數,參照文獻[1]提供的煤樣熱物性數據,經實驗,該級數取前5項即可滿足精度要求,即有

(y) = ( (r, _-2 )/q =- -lnp- (11)

式(11)為超越方程,傳統方法是無法求解的,只能通過如對分法等近似數值解法編程求解,從而對于某一特定時刻 可求得對應的熱擴散率a 值,對應若干個時刻將計算得一組 a值,取加權平均作為最終熱擴散率的測試值。這里需要注意的是,為了防止煤樣受到熱震損傷,實驗過程中試樣各處的溫升最好不要超過10℃/min。

求得熱擴散a 后,試樣的比熱容Cp根據下式算得:

Cp= /( a) (12)

2.3 非穩態熱帶法

熱帶法原理與熱線法類似,區別在于熱帶法用窄薄的金屬帶(熱帶)代替熱線。測試時待測材料中夾持薄金屬帶,從某時刻起金屬帶被以定功率加熱,同時記錄熱帶的溫度響應,并繪制曲線,根據被測材料熱物理參數與溫度變化間關系的理論公式,可測得其導熱系數和熱擴散率。熱帶的溫度變化可以通過測量熱帶電阻的變化來獲得,也可以通過在熱帶表面上焊接熱電偶來直接測量。

最常用的熱帶材質是純鉑,其它已知電阻溫度系數的性能穩定的金屬也可以,熱帶典型的長度為100mm-200mm,寬度為3mm-5mm,厚度為10um或更小。

熱帶法溫度響應的理論公式或模型如下

T(t)={ erf( -1)-[1-exp(- -2)]-Ei(- -2)} (13)

式中: = , wh--熱帶寬度;erf(z)--誤差函數;q--熱帶每單位長度的加熱熱流。

當加熱一定時間,即 >>wh 時,可得簡化公式

T(t)= [lnt+ln ] (14)

對于熱電阻式的熱帶法,溫度響應是通過測量熱帶上的電壓變化來獲得

U(t)= [lnt+ln ] (15)

如果畫出溫升 T(t)或電壓U(t) 隨對數時間的變化曲線,曲線呈線性變化趨勢,直線的斜率為m= ,截距為n=mln ,根此可以得到被測試樣的熱導率 和熱擴散率

= a=exp() (16)

由式可見,熱擴散率的測量精度比熱線法要好,因為wh 的數值(1mm-10mm)比熱線的半徑大的多,可保證熱擴散率值達到滿意的精度。

3. 存在的問題

綜前所述,門窗玻璃作為典型固體材料,適用的測試方法較多,穩態法及非穩態法均在玻璃熱物性測試中得到了應用。目前針對玻璃熱物性測試的主要有穩態法和非穩態平面熱源法,實際使用過程中均存在一定的優缺點。

3.1 穩態法

穩態法具有原理簡單、易于實現等優點,在固體材料熱物性測試得到了廣泛應用,玻璃導熱系數測試國家標準就是基于此撰寫的。但穩態法測試時間長且對實驗環境要求較高,例如要求保證試件側向絕熱條件,否則將直接影響測試精度。如圖3所示為試件側向絕熱與不絕熱條件下的溫度場變化情況。由圖可以看出,側向絕熱條件對玻璃內的溫度變化影響是明星的,如圖(a)和(b)所示,分別為側向不絕熱和絕熱情況下,底部用50w/m的平面熱源加熱時玻璃內的穩態溫度場分布,可以看出區別明顯。側向不絕熱時,玻璃側向存在熱傳遞過程,溫度場受側向熱流影響明顯。而側向絕熱時,面熱源加熱熱流只在垂直方向傳遞,溫度場均勻。由此可見,基于穩態法原理測玻璃導熱系數時,側向絕熱條件直接影響測試精度。

(a) 側向不絕熱時玻璃內的溫度場分布

(b) 側向絕熱時玻璃內的溫度場分布

圖3 側向絕熱條件對玻璃內溫度場分布影響情況

除了對實驗條件要求較高外,原理上穩態法也僅能測玻璃導熱系數,可測參數單一,從而一定程度上限值了其推廣。

3.2 非穩態平面熱源法

針對穩態法存在的問題,近年來非穩態平面熱源法在玻璃熱物性測試中得到應用,如圖4所示為某公司基于脈沖法和恒流法原理設計生產的熱物性測試儀,適用于玻璃等固體材料,測試時間短且效率高。

圖4 非穩態平面熱源法熱物性測試系統

平面熱源法原理公式假設設面熱源與被測試樣間接觸良好,也即不存在接觸熱阻,而實際上熱源與被測試樣間是存在接觸熱阻的,且對面熱源及試件內的溫度場變化影響明顯。如圖5所示為面熱源加熱條件下,考慮接觸熱阻與不考慮接觸熱阻時,面熱源與試件內(導熱系數 為0.7695)的溫度變化情況。面熱源加熱功率50w/m,參照有關資料接觸熱阻設定為0.01k*m2/W,初始溫度293K。

(a) 考慮接觸熱阻影響玻璃及熱源溫度場

(b) 不考慮接觸熱阻影響玻璃及熱源溫度場

圖5 側向絕熱條件對玻璃內溫度場分布影響情況

如圖6所示為面熱源溫升對比曲線圖。

圖6 面熱源溫升對比曲線圖

由圖5可以看出,接觸熱阻對面熱源溫升及玻璃內溫度場影響明顯,同樣加熱條件下,熱源溫升相差近10℃,從而對熱物性參數測試精度的影響是不可忽視的。

4. 發展趨勢

隨著計算機技術的不斷發展,物理參數自動測試、處理進而得到被測材料的熱物性參數已成為現實,材料熱物性測試精度更多取決于原理模型、實驗條件、基本參數測試精度。針對門窗玻璃熱物性測試需求,穩態法在原理上僅能獲取導熱系數,已無法適應現代門窗玻璃質量監督檢驗要求,能夠同時測玻璃導熱系數、熱擴散率的非穩態法將成為發展趨勢。而隨著建筑節能技術的發展,對門窗玻璃的熱物性測試精度必然提出更高的要求。完善原理模型、提高參數測試精度和尋求新的測試技術將是進一步提高玻璃熱物性參數測算精度的可行手段:

1)研究試件與加熱熱源間的接觸熱阻問題。如前所述,試件與熱源間客觀存在接觸熱阻,無論是熱線法、平面熱源法,接觸熱阻的存在均會對熱物性參數測試精度帶來影響。對試件與熱源間的接觸熱阻問題進行研究,并在測試原理模型中有效表征是提高熱物性參數測試精度的有效途徑。

2)尋求更適合的測試方法。如前所述,目前應用于玻璃熱物性測試的穩態法與非穩態平面熱源法,受原理模型及熱源溫度均勻度影響,測試精度不高。熱線法由于受加熱絲直徑影響較大,同時測溫熱電偶布置不便,應用受到一定限制,解決極細熱絲與測溫傳感器連接問題,將可能應用于玻璃熱物性測試。近年來,熱帶法在材料熱物性測試中得到廣泛應用。熱帶法使用范圍廣泛,不僅可測液體、松散材料、多孔介質及非金屬固體材料,還可用于金屬熱物性測試。且與線狀(圓柱狀)熱源相比,薄帶狀熱源更易與被測材料保持良好的接觸狀態。而與平面熱源法相比,熱帶夾持在被測試件中間,受側向熱流的影響較小,實驗條件較易控制。故熱帶法更適于測固體材料導熱系數,同時熱擴散率的測量結果也較為準確。設計適用于玻璃熱物性測試的熱帶法裝置,將是可行的研究方向之一。

致謝:本文受安徽省教育廳自然科學基金項目(KJ2012B064)與安徽省質量監督局科技計劃項目資助。

參考文獻:

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篇6

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600MW超臨界循環流化床鍋爐水冷壁的選型及水動力研究張彥軍 楊冬 于輝 陳聽寬 高翔 駱仲泱 (339)

鍋爐飛灰采樣裝置結露堵灰的原因分析及其對策閻維平 李鈞 李加護 劉峰 (345)

采用選擇性非催化還原脫硝技術的600MW超超臨界鍋爐爐內過程的數值模擬曹慶喜 吳少華 劉輝 (349)

一種低NOx旋流燃燒器流場特性的研究林正春 范衛東 李友誼 李月華 康凱 屈昌文 章明川 (355)

燃煤鍋爐高效、低NOx運行策略的研究魏輝 陸方 羅永浩 蔣欣軍 (361)

130t/h高溫、高壓煤泥水煤漿鍋爐的設計和調試程軍 周俊虎 黃鎮宇 劉建忠 楊衛娟 岑可法 (367)

棉稈循環流化床稀相區傳熱系數的試驗研究孫志翱 金保升 章名耀 劉仁平 張華鋼 (371)

汽輪機與燃氣輪機

汽輪機轉子系統穩態熱振動特性的研究朱向哲 袁惠群 張連祥 (377)

直接空冷凝汽器仿真模型的研究閻秦 徐二樹 楊勇平 馬良玉 王兵樹 (381)

空冷平臺外部流場的數值模擬周蘭欣 白中華 張淑俠 王統彬 (386)

環境風對直接空冷系統塔下熱回流影響的試驗研究趙萬里 劉沛清 (390)

電廠直接空冷系統熱風回流的數值模擬段會申 劉沛清 趙萬里 (395)

考慮進氣預旋的離心壓縮機流動的數值分析肖軍 谷傳綱 高闖 舒信偉 (400)

自動控制與監測診斷

火電站多目標負荷調度及其算法的研究馮士剛 艾芊 (404)

轉子振動信號同步整周期重采樣方法的研究胡勁松 楊世錫 (408)

利用電容層析成像法測量氣力輸送中的煤粉流量孫猛 劉石 雷兢 李志宏 (411)

工程熱物理

氣化爐液池內單個高溫氣泡傳熱、傳質的數值模擬吳晅 李鐵 袁竹林 (415)

環境科學

富氧型高活性吸收劑同時脫硫脫硝脫汞的實驗研究劉松濤 趙毅 汪黎東 藏振遠 (420)

酸性NaClO2溶液同時脫硫、脫硝的試驗研究劉鳳 趙毅 王亞君 汪黎東 (425)

濕法煙氣脫硫系統中石灰石活性的評價郭瑞堂 高翔 王君 駱仲泱 岑可法 (430)

煙氣脫硫吸收塔反應過程的數值模擬及試驗研究展錦程 冉景煜 孫圖星 (433)

不同反應氣氛下燃料氮的析出規律董小瑞 劉漢濤 張翼 王永征 路春美 (438)

循環流化床鍋爐選擇性非催化還原技術及其脫硝系統的研究羅朝暉 王恩祿 (442)

O2/CO2氣氛下煤粉燃燒反應動力學的試驗研究李慶釗 趙長遂 武衛芳 李英杰 段倫博 (447)

生物質半焦高溫水蒸汽氣化反應動力學的研究趙輝 周勁松 曹小偉 段玉燕 駱仲泱 岑可法 (453)

蜂窩狀催化劑的制備及其性能評價朱崇兵 金保升 仲兆平 李鋒 翟俊霞 (459)

能源系統工程

基于Zn/ZnO的新型近零排放潔凈煤能源利用系統呂明 周俊虎 周志軍 楊衛娟 劉建忠 岑可法 (465)

IGCC系統關鍵部件的選擇及其對電廠整體性能的影響——(3)氣化爐合成氣冷卻器與余熱鍋爐的匹配高健 倪維斗 李政 椙下秀昭 (471)

IGCC電廠的工程設計、采購和施工成本的估算模型黃河 何芬 李政 倪維斗 何建坤 張希良 麻林巍 (475)

火電機組回熱系統的通用物理模型及其汽水分布方程的解閆順林 胡三高 徐鴻 李庚生 李永華 (480)

平板V型小翼各參數對風力機功率系數的影響汪建文 韓煒 閆建校 韓曉亮 曲立群 吳克啟 (483)

部分痕量元素在油頁巖中的富集特性及揮發行為柏靜儒 王擎 陳艷 李春雨 關曉輝 李術元 (487)

核科學技術

核電站電氣貫穿芯棒熱老化壽命評定技術的研究黃定忠 李國平 (493)

國產首臺百萬千瓦超超臨界鍋爐的啟動調試和運行樊險峰 張志倫 吳少華 (497)

900MW超臨界鍋爐機組節能方略初探李道林 徐洪海 虞美萍 戴岳 林英紅 (502)

循環流化床二次風射流穿透規律的試驗研究楊建華 楊海瑞 岳光溪 (509)

Z型和U型集箱并聯管組流動特性的實驗研究韋曉麗 繆正清 (514)

汽輪機和燃氣輪機

裂紋參數對葉片固有頻率影響的研究葛永慶 安連鎖 (519)

不同翼刀高度控制渦輪靜葉柵二次流的數值模擬李軍 蘇明 (523)

橢圓形突片氣膜冷卻效率的試驗研究李建華 楊衛華 陳偉 宋雙文 張靖周 (528)

自動控制與監測診斷

大機組實現快速甩負荷的現實性和技術分析馮偉忠 (532)

大型風力發電機組的前饋模糊-PI變槳距控制高峰 徐大平 呂躍剛 (537)

基于過程的旋轉機械振動故障定量診斷方法陳非 黃樹紅 張燕平 高偉 (543)

采用主成分分析法綜合評價電站機組的運行狀態付忠廣 王麗平 戈志華 靳濤 張光 (548)

電站機組數據倉庫的建設及其關鍵技術蹇浪 付忠廣 劉剛 中鵬飛 鄭玲 (552)

撞擊式火焰噪聲信號的分形特性分析顏世森 郭慶華 梁欽鋒 于廣鎖 于遵宏 (555)

工程熱物理

冷卻風扇變密流型扭葉片設計方法及其氣動特性的數值研究王企鯤 陳康民 (560)

考慮進水溫度的蒸汽噴射泵一維理論模型李剛 袁益超 劉聿拯 黃惠蘭 (565)

雙排管外空氣流動和傳熱性能的數值研究石磊 邢蒼 李國棟 陳俊麗 (569)

輔機技術

600MW汽輪機組再熱主汽閥門閥桿的熱脹及其影響時兵 金燁 (573)

溫度和壓力對旋風分離器內氣相流場的綜合影響萬古軍 孫國剛 魏耀東 時銘顯 (579)

一種新型空氣預熱器及其性能分析李建鋒 郝峰 郝繼紅 齊娜 冀慧敏 楊迪 (585)

橫向風對直接空冷系統影響的數值模擬呂燕 熊揚恒 李坤 (589)

間接空冷系統空冷散熱器運行特性的數值模擬楊立軍 杜小澤 楊勇平 (594)

水輪機技術

減壓管狀態對混流式水輪機流場的影響梁武科 董彥同 趙道利 馬薇 石峯 劉曉峰 王慶永 (600)

環境科學

循環流化床O2/CO2燃燒技術的最新進展段倫博 趙長遂 屈成銳 周騖 盧駿營 (605)

海水煙氣脫硫技術及其在電站上的工程應用楊志忠 (612)

應用差分光譜吸收法監測SO2的固定污染源連續排放監測系統許利華 李俊峰 蔡小舒 沈建琪 蘇明旭 唐榮山 歐陽新 (616)

溶膠凝膠法制備CuO/γ-Al2O3催化劑及其脫硝活性的研究趙清森 孫路石 石金明 殷慶棟 胡松 向軍 (620)

N2氣氛下活性炭的汞吸附性能周勁松 王巖 胡長興 何勝 駱仲泱 倪明江 岑可法 (625)

準格爾煤灰特性對其從電除塵器中逃逸的影響齊立強 原永濤 閻維平 張為堂 (629)

能源系統工程

中國整體煤氣化聯合循環電廠的經濟性估算模型黃河 何芬 李政 倪維斗 何建坤 張希良 麻林巍 (633)

篇7

一、前言

地熱能是賦存于地球內部一種巨大、寶貴的礦產資源,它是一種綠色環保、經濟高效的新型能源。具有投資少、見效快、使用方便、節能環保等特點,開發利用前景廣闊。運用綜合物探方法對地熱資源進行勘探,可以避免單一物探方法的局限性,提高勘探精度。相信綜合物探方法在今后地熱資源勘查中的應用會更多,效率和精度也會有很大提高。

二、地熱概況

地球內部蘊藏著巨大的自然能源――地熱能,它通過火山爆發、溫泉、噴泉以及巖石的熱傳導等方式源源不斷的向地表傳送和散失。火山噴出的熾熱的巖漿或從地下涌出或噴射出的熱水和蒸汽,都是巨大的載熱體,它們不斷地將地球內部的熱能帶到地表。地球每年通過地表傳輸的總熱量很大,但是在有限的地區內不僅很小,而且很分散,目前的技術經濟條件尚無法抽取和利用,因此還不構成資源。自然界中有一些過程能夠使地球內部熱量在有限的地域內富集,并且達到人類能夠經濟開發利用的程度,這種熱量便構成了地球資源或地球能源。

三、物探方法分類簡介

目前,地球物理勘探方法很多,根據工作空間的不同,可分為地面物探、航空物探、鉆井物探及測井等。

測井是應用地球物理方法來研究鉆孔地質剖面,解決地下地質技術問題的一門技術,包括視電阻率、側向、自然電位、自然伽瑪、密度、聲波、中子、產狀、井徑、井斜、井溫、水文流量、核磁共振、微測井、伽瑪能譜、壓力、感應、成像測井等幾十種方法。

地震是以研究地震波在地殼內的傳播規律,達到查明地下地質構造和尋找有用礦藏的勘探方法。近年來,地震技術發展很快,有反射波法、透射波法、折射波法地震,有二維、三維地震,有高分辨率、微地震,有淺層、深部地震等,處理方法較多,不但精度高、速度快,而且處理手段靈活多樣。

電法是以研究地下各種巖層電性的差異為依據,尋找和勘探礦藏、探測地下水、解釋地質構造等,有電測深法、自然電場法、充電法、電測剖面法、瞬變電磁法、電偶源頻率測深法、電磁測深法、感應法及高密度電法等。

重力和磁法除傳統方法外,還有高分辨率、高精度重力和磁法物探方法。重力資料多用于區域構造單元的劃分、斷裂構造空間展布的確定及盆地基底起伏及其性質的研究工作。利用磁法可探測礦藏,確定隱伏巖漿巖體的分布、厚度及與斷裂帶的關系,確定水熱蝕變帶位置。

遙感可得到衛星圖像或航空圖像,通過對不同種類、不同比例尺、不同時相的航空航天遙感圖像進行地質解譯,判斷地貌、地層、地質構造,尋找礦藏和探索水文地質條件,還可判斷地面泉點、泉群和地熱溢出帶。

各種物探方法從空中、地面、地下不同角度組成了立體陣容,這種特殊的組合方式決定了物探方法必須要綜合考慮、分析和研究解釋。在地熱資源勘查中,物探工作是其重要組成部分。地熱資源勘查應視情況采用綜合物探方法進行,以避免采用單一方法在深度、廣度、精度方面的影響。因為單一物探方法有時具有多解性,如高溫熱水和蝕變礦物都能引起低阻,高溫熱流體視電阻率低,但視電阻率低的地方不一定都有高溫熱流體等;而通過綜合物探可獲得地質構造條件、熱儲賦存范圍、地下水補給關系及空間位置等資料。為了更好地查明地熱田的地質條件、熱儲特征、地熱資源量,評價開采技術經濟條件,在地熱資源勘查中對綜合物探工作應給予足夠的重視。

四、地熱物探評價方法的應用

地熱勘探中,幾乎所有的物探方法都可以考慮部署的。但是,不同的地熱田,由于地質條件、熱儲結構、成因類型、地熱液體的化學成分等不同,其物探異常的客觀反映也必然有所差異,對物探方法的選擇和異常現象的解釋也有所不同,不能照搬某一種模式,而應根據實際情況,合理地選擇適合勘探區的物探方法組合系列,才能使所獲成果達到預期的目的。并且在新的地熱田勘查中,綜合物探工作應優先開展。

五、物探方法組合在地熱勘查中的應用

地球物理勘查工作是通過不同的物探方法對一個地區進行平面測量和垂向測量,在野外試驗及資料總結分析的基礎上了解地質體平面和垂向的特征。一般在地熱資源預可行性勘查和可行性勘查階段進行,勘查范圍應包括相關的構造單元并結合地熱鉆井的井位確定。

平面測量一般是測量天然物理場,如重力、磁法和電法,其接收的是穩定的場值,在一個測點上只有一個數值,一般要有地面上多個觀測點才能反映出物理場的分布特征。在一條線上的觀測值組成剖面曲線,由多條平行的剖面可以組成平面數據。測深方法如人工地震、電法和面波測深等,一般要建立一個變化的人工場,在原地布一個接收系統來了解地下不同深度的物理量,即得到一條垂向剖面。

地熱物探工作需要多種方法組合完成,特別是要根據地質任務合理選擇不同方法進行組合。具體方法的選擇要考慮目的層的物理前提,即目的層與其他層的物性差異,這個差異要足夠大,能反映到物理場中被儀器觀測到。

地球物理勘查工作的任務是初步查明:①圈定地熱異常范圍和熱儲的空間分布特征;②確定基底起伏及隱伏斷裂的空間展布;③確定勘查區的地層結構,熱儲層的埋藏深度。鑒于這些地質任務,參考研究區的工作成果和其他資料,對比分析各種方法在不同地熱田的應用效果,結合地熱田地球物理特征,建立本區地球物理勘探方法組合。

六、總結語

地熱的開發帶來巨大的經濟效益讓很多投資者趨之若鶩,與此同時地熱的勘查具有很大的風險性,投資大、成本高也令很多投資者望而卻步。我們在地熱勘查中應該采用最有效的方法,采用新技術新方法節省經濟成本,開發利用地熱資源。

參考文獻:

1、黃健良 吳波 邵月中,淺談綜合物探方法在地熱勘查中的應用[J],科技信息,2009年第18期

篇8

換熱器作為一種各工業領域廣泛使用的設備,它的研究倍受重視。目前關于換熱器的研究大致有兩個方向,一是研究換熱器傳熱強化,主要目的是提高換熱器流體和固壁間的對流換熱系數,進而提高換熱器的效能。二是從可用能的角度研究換熱器的熱力學優化,包括換熱器的熵產分析、火用效率分析等,從使換熱過程不可逆性最小的角度來優化換熱器。其中過增元提出的換熱器溫差場均勻性原則,一方面可以指導新的提高換熱器效能的方法,另一方面也可以對換熱器熱力學優化做分析。本文是從溫差場均勻性原則出發,將其應用于逆流換熱器的優化過程,并對各種優化方法進行分析比較。

2.換熱器溫差場均勻性原則

過增元在1992年《熱流體學》[1]一書中定義了溫差場不均勻因子,應用于順流、逆流和叉流換熱器,發現在相同的傳熱單元數NTU、熱容量比W和流體進口溫度的條件下,逆流換熱器溫差場最均勻,效能也最高,熵產也最小。進而在1996[2]年定義溫差場均勻性因子,提出了換熱器熱性能的溫差場均勻性原則:在NTU和W一定時,換熱器的溫差場越均勻,其效能越高。并采用數值方法對13種換熱器的溫差場和效能進行了分析,驗證此原則的正確性。通過熵產分析指出此原則是以熱力學第二定律為理論依據的。同時針對叉流換熱器,提出了分配換熱面積來改善換熱器性能的新方法。過先生又在2002[3]年給出了簡單順流、逆流、叉流換熱器溫差場均勻性因子的解析表達式,同時通過實驗的方法對此原則進行了驗證,針對多流程叉流換熱器,舉例說明用改變管路連接的方法來改變溫差場均勻因子,進而改變換熱器的效能。在2003[4]年提出基于溫差場均勻的場協同原則,同時將此原則應用于多股流換熱器中,提出換熱器傳熱性能的高低取決于冷熱流體溫度場的協同程度,而不是流動方式。

從上述溫差場均勻性原則的提出、驗證和發展歷程來看,這一理論已經比較成熟,也是從傳熱物理機制方面優化換熱器的新探索,可以利用它比較實際換熱器的換熱性能。很多換熱器大都是復合型流動方式的換熱器,基本上沒有解析表達式;尤其對于叉流換熱器,應用此原則,可以在NTU和W給定時,改變傳熱面積的分布或是管路連接方式,來改變換熱器的效能。溫差場均勻性原則前提條件是NTU和W值恒定。對于換熱方式(逆流)已定的換熱器,在W和NTU變化時,應該如何應用此原則是本文討論的主要內容。

3.溫差場均勻性原則在逆流換熱器熱力學優化中的應用

過先生[3]將溫差場均勻性原則用于指導叉流換熱器的優化,并對優化效果進行了分析驗證。溫差場均勻性原則,是從研究對流換熱的物理機制出發[5],用于指導各種形式換熱器的優化。本文目的就是應用這一原則來指導逆流換熱器優化方法的選擇。

3.1逆流換熱器已有熱力學優化方法比較分析

以目標函數區分的優化方法大概有兩類:一是傳熱過程熵產分析,二是定義火用效率分析。

關于熵產,徐志明、楊善讓[6]等人定義熵產生數Ns:單位換熱量的熵產。以Ns最小為目標,通過泛函求極值求得換熱器溫度和熱流的最優分布,得到結論:使W略大于1實現最優參數分布。他們從溫度分布的角度來優化換熱器,提供了一種從換熱內部的細節研究問題的思路。能大曦[7]等人在分析換熱器的熵產時得到了類似的結論:在W為1時,換熱器的Ns最小。同時指出徐志明等人研究得到的W略大于1的結論,是因為他們定義的NTU與常規的定義不同。綜合分析前二者可以得到:當NTU一定W變化時,使W為1,換熱器性能最佳。對于逆流換熱器,W為1就意味著溫差場均勻,符合溫差場均勻的原則。當W不變NTU變化時,對于Ns的變化,能大曦[7]等人的研究得到:對于逆流換熱器,W不變,隨著NTU的變化,Ns單調減小。

關于火用效率分析,徐志明、楊善讓[8]等人,給出考慮阻力的火用效率取極大值的方法。通過定義火用效率:

分析火用效率隨NTU和W的變化,下圖是他們分析的結果。從上述結果看出:對于逆流換熱器,W不變,NTU較大時,隨著NTU的變化,η會越來越低,NTU不變,W變化時,η在W近似為1時取得最大。

比較熵產和火用效率兩種方法的結論可以得到,NTU不變,W變化時,二者結論基本一致。而對于W不變,NTU變化的情況,隨著W增大,Ns單調減小,而也降低了。兩種方法出現了矛盾。下面通過溫差場均勻性原則對兩種方法比較選擇。

3.2逆流換熱器熵產和溫差場均勻性分析

3.2.1逆流換熱器W變化時,看換熱器的效能、Ns、溫差不均勻因子變化規律。

分析中采用文獻中已有的表達式:

(a)換熱器的效能[8]:

(b)換熱器的熵產[7]:

(c)熵產生數[7]:

其中:。

的解析表達式見文獻[7],換熱器的表達式見[3],圖1給出W從0.1變到0.9時,、以及變化結果。其中

由圖中得到:隨著熱容量比接近于1,換熱器溫差場均勻性因子增加了,熵產減小了。同時結合徐志明[8]等人分析火用效率的結論,綜合得到:在NTU不變,W越接近于1,換熱器溫差場均勻性因子越大,熵產生數越小,火用效率越高。即熵產分析和火用分析均符合溫差場均勻性原則。另外從圖中看出效能隨著溫差場的均勻而降低了,用效能來評價換熱器性能和熱力學分析結論出現了矛盾。當NTU一定,如果要求不同的W得到相同的換熱量的話,那么W小的流體,熱側流體的流量很大,保證如此高的流量也要有代價,同時由于流量大,通過換熱器時阻力損失也大,與之相對應的火用損失也大,火用效率[7]降低了。因此同時得到單純用效能來評價換熱器是不可靠的結論。

3.2.2W一定,NTU變化時,溫差場均勻性因子、熵產生數以及效能的變化。為便于和火用效率[7]分析的結果作對比,取熱容量比:

得到結果如下:

圖2Ns-NTUφ-NTU和ε-NTU曲線

由上圖可見,當W不變時,隨著NTU的增加,Ns變小了,效能增加了,但溫差場變得不均勻了。結合徐志明[8]的結論,火用效率變小。發現此時火用效率判據符合溫差場的均勻性原則,而熵產分析卻和原則相反了。Bejan[10]曾把逆流換熱器傳熱過程的熵產分為不平衡流動即熱容量不匹配的熵產和由于傳熱面積有限引起的熵產。能大曦[7]等人對兩部分熵產比較得到:兩部分的熵產隨NTU的變化,趨勢是相反的。由于換熱面積有限引起的熵產隨NTU增加而減小,由于不平衡流動的熵產隨NTU增加而增大。對于逆流換熱器,溫差場均勻與否只取決于W是否為1。不難理解只有由熱容量不匹配引起的熵產變化趨勢能用溫差場均勻性原則來解釋。換句話說,熵產生數來做判據包含了換熱的物理機制之外的部分,在對換熱器做優化時,應怎樣用它還有待進一步的分析。從這個角度考慮,基于換熱的物理機制建議選擇火用效率作為換熱器熱力學優化的判據。

4.結論

(1)針對逆流換熱器,比較已有優化方法,發現熵產分析和火用效率分析在W一定,NTU變化時得到的結論出現了矛盾。

(2)應用溫差場均勻性原則,對比溫差場均勻性程度變化的趨勢和熵產生數、火用效率的變化趨勢,得到火用效率和溫差場均勻程度變化趨勢相協調,選用火用效率來做優化更能反映換熱的物理機制。因此建議用火用效率來優化換熱器。

參考文獻

[1]過增元,熱流體學,清華大學出版社,1992

[2]過增元、李志信、周森泉、能大曦,中國科學(E輯),1996.2

[3]GuoZeng-Yuan,ZhouSen-Quan,LiZhi-Xin.InternationalJournalofHeatandMassTransfer,2002,45:2119-2127

[4]過增元、魏澎、程新廣,科學通報,2003.11

[5]過增元,科學通報.2000.45(19):2118-2122

[6]徐志明、楊善讓、陳鐘頎,化工學報,Vol.46No.1,1995.2

[7]能大曦、李志信、過增元,工程熱物理學報,Vol.No.1,Jan.1997

[8]楊善讓、徐志明等,工程熱物理學報,Dec.1996

[9]楊世銘、陶文銓等,傳熱學,高等教育出版社,1998

篇9

一、主要凸現的問題

(一)辦學思路不清晰

雖然很多學校秉承了“厚基礎、寬口徑”的辦學思想,在教學內容上增加了建筑環境、建筑熱能供應以及建筑自動化等方面的知識,并把建筑環境學列為了專業的平臺,搭建了新的本科專業的框架體系。但是“厚而寬”不是“大而全”。知識口徑的拓寬不是各種知識的堆積和羅列。專業的辦學首先要服從于所在大學的辦學思路,即學校的定位。一般院校和重點院校不同,創新型大學與研究型大學和綜合型大學也不同。如果全國九十一所建筑環境與設備專業的教學體系都參照某一兩個名牌大學的教學體系,那么這樣的后果是顯而易見的:一,專業建設沒有或者散失了原有專業的特色;二,專業培養出來的人才也沒有特色。

(二)教材建設的質量不容樂觀

目前圍繞建筑環境與設備專業的教材種類繁多,質量參差不一。教材是教學內容的具體體現,教學體系中的教材應該具有知識的系統性、延續性和完整性。而不是各個知識塊之間簡單的粘貼或移動的關系。以《暖通空調》為例,集結了原來供熱、供燃氣及通風空調工程專業的主要專業課:《空氣調節》、《工業通風》以及《供熱工程》的主要內容。剔出了三門課管網輸配的交叉部分,而另設了一門課:《流體輸配管網》。但就這兩門課程的教材來看,共同的缺點是把原來空調、通風和供熱三門課的三個系統簡單地歸類總結,系統總結有余,闡述不足。使得在具體教學過程中,出現老師覺得不好講,學生不易接受的情況。

(三)配套的師資隊伍結構有待改善

由于建筑環境與設備專業由原來的暖通空調專業或燃氣專業演變而來,因此師資基本上是暖通空調或燃氣專業的。但是專業的領域已經擴充到建筑室內環境、建筑設備、公用設備和智能建筑等方面。專業的內涵已經由原來的設備或系統擴充到既包括設備、系統,也包括智能建筑。其中的弱勢部分是智能建筑。因為智能建筑技術也是一門交叉學科,而大部分搞自動控制的人才是自動化專業、電氣工程及其自動化專業或計算機專業的人員。對智能建筑、智能化系統及設備缺乏全面的了解和掌握,缺乏建筑結構、建筑設備、供熱空調等方面的專業知識和理解。另一方面,搞設備的人才又缺少對建筑自動化、BAS功能科學要求的理解,缺少有效的上層控制管理邏輯與算法。兩方面人才又缺少“接口”,從而制約了智能建筑技術的發展[2]。因此合理搭配師資,在教學安排方面與其它專業知識交叉融合,才能培養出新時代的建筑環境與設備復合型人才。

二、改革的內容

(一)明確辦學思路,辦出專業特色[3]

明確辦學思路是確定專業人才培養目標和教學體系的前提和基礎。是以科研人才為主,還是以工程技術人員為主,不僅與專業本身的內涵有關,更重要的是與專業所在大學的性質有關。這樣才能形成專業建設和發展的良性競爭。辦學思路還與專業特色有著密切聯系。專業特色與專業在多年的建設發展過程中的教學和科研歷史有關,如有的學校在暖通空調的系統工程方面是強項,而有的學校在制冷空調設備的研究與開發方面是強項。那么在培養人才方面,這些特色就應該很好的繼承和發揮,在課程設置和訓練中要體現出來。

(二)穩固基礎知識,拓寬專業口徑

建筑環境與設備專業是一門跨學科的工科專業,學生基礎知識應包括數理方面、工程熱物理方面、流體機械方面、建筑熱物理方面和自動化控制的知識。只有牢固的基礎知識,學生才能深刻地理解專業課程,拓寬本專業的服務領域。當然,正如前面強調的,專業辦學的前提是要繼承和發揚本專業的特色。這些基礎知識本身就是屬于很多領域,要與專業在建設和發展過程中的特色結合起來,構造和穩固所必需的專業基礎知識。

專業知識的拓寬,是構架新時代建筑環境與設備專業教學體系的重要部分。專業教學體系不僅僅局限于暖通空調,或是供熱供燃氣,或是把這兩方面的課程全部籠統地包括進去,或是把建筑環境、公用設備和智能建筑方面的知識硬塞進去。在專業學時有限的條件下,很有可能會造成各種知識的七拼八湊。因此,要有側重點地把某些方面作為原本專業特色的延伸和發展,切忌一口吃成一個胖子的思想,盲目地貪大。

(三)編制優秀的教材,配備合理的師資隊伍

正如前面所說,由于原有專業教學體系架構的割斷和組合,使得最近幾年采用的教材在編制上都有這樣或那樣的問題,因此在教材的建設方面還必需投入更多的精力。而選用合適的優秀教材的基礎正是現在的教學體系的完善,必需從根本上理解和制定本專業的教學體系和知識模塊。

師資的知識結構要分布合理,除了保留原來專業特色的知識結構以外,還要補充新的知識,如智能建筑和建筑環境方面的知識結構。師資的梯隊建設也很重要。教學梯隊的形成有利于知識傳授的傳承和不斷更新。每個專業知識模塊,也就是我們所說的課群下面,形成以教授為龍頭,教授副教授主講,青年教師為重要組成的教學梯隊。

三、我校建筑環境與設備專業教學體系改革的幾點思路

中南大學建筑環境與設備工程專業主要源于長沙鐵道學院的制冷空調學科。長沙鐵道學院從上世紀70年代起,就開展了制冷空調及冷藏運輸方面的研究工作,1985年在機車車輛系成立制冷空調教研室,并開始招收制冷空調專業專科學生;1989年開始招收供熱通風與空調專業本科學生;1998年根據教育部文件調整為建筑環境與設備專業。因此,在二十多年的建設中,形成了制冷與暖調、系統與設備并重的特色。我專業在調整后修訂了教學計劃,增加了供燃氣、建筑環境和建筑自動化方面的知識模塊,保留了原來的制冷方面的知識模塊,包括有制冷原理、制冷壓縮機和鐵路車輛制冷、制冷裝置自動化等課程。

目前已擬定完2008級新的教學體系和教學計劃,主要的思路有如下幾點。

(一)明確辦學思路,與學校的定位一致。

我專業隸屬于以本科生、研究生教育為主的高層次綜合性大學——中南大學,學校的定位是立足湖南,面向全國,放眼世界,努力建設國內一流、國際上有重要影響的高水平、綜合性、研究型、創新型大學[4]。因此,我專業的辦學思路是以創新素質教育為核心,堅持全面發展的人才培養標準,面向社會主義市場經濟的人才需求,培養出具有實踐能力、創新能力,既懂技術又懂管理的復合型人才。

(二)繼承和發揚專業特色,整合知識架構。

充分利用能源知識的平臺。從2008年開始本專業與同屬能源科學與工程學院的熱能專業進行能源與動力大類招生,使學生在低年級的時候的基礎知識面廣,起到“厚基礎、寬口徑”的作用。

繼續保留專業的特色之一:制冷模塊。從畢業生就業的反饋來看,用人單位對既懂制冷,又懂暖通,既了解系統,又了解設備的人才非常歡迎。

加強暖通和建筑環境的優勢。把空調、供熱、通風和建筑環境的節能、環保、熱舒適與空氣品質結合起來,也是當前時展的需求。

減弱供燃氣和燃燒模塊。從本系教師多年從事的科研工作來看,燃氣和燃燒模塊并沒有形成特色,因此可以適當減少其份額,作為選修課程開設。

加強智能建筑模塊。智能建筑是樓宇發展的重要方向。本系在制冷和空調系統的自動化控制方面有著多年的研究和實踐經驗。可以在此基礎上進一步擴充相關領域的知識內容。新晨

(四)加強實踐環節,培養創新人才

實踐環節包括實習、課程設計和畢業設計。實踐環節應受到更多的重視。既保證實踐環節的“量”,又要保證實踐環節的“質”。即:實踐環節的課時量必需嚴格保證,同時要求學生在實踐環節動手、動腦,培養其綜合運用所學知識和創新能力。

畢業設計從選題開始抓起,選題來源于教師的科研課題或工程實際,具有很強的實際意義和理論研究價值,有利于培養學生的綜合能力。

嚴格把握好實踐環節的考核。本系在近兩年所有的專業實踐環節考核中都涵蓋有答辯部分的考核,既鍛煉了學生的膽量、自信和表達能力,又能很客觀地反映實際的情況。

參考文獻:

[1]肖勇全,李岱森.建筑環境與設備工程專業[J].高等建筑教育,2002,(2).

篇10

參加工作以來,他秉持認真教學科研、執著技術創新之態度,長期從事熱能動力專業科研和教學工作,培養了博士、碩士,留學生、進修生30多人,主持并完成省部級科研項目及企業課題10多項,在動力機械工作過程及優化,動力機械環保節能新技術,制冷與空調工程等方面都做出了較好的成績5項重大成果通過省部級鑒定;獲得國家發明專利6項,實用新型專利16項;發表學術論文80多篇,其中不少被EI等三大索引和國內外重要刊物所收錄和引用出版專著3本、本科教材1本。個人業績先后刊登在《世界名人錄》、《中國世紀英才薈萃》、《中國專家大辭典》等十多個大型圖書中。

在他的一個抽屜里,列放著厚厚的一摞榮譽證書,包括國家科學大會獎、廣東省科技進步獎,廣東省高教廳科技進步獎,華南理工大學優秀教學成果獎、華南理工大學科技進步獎一等獎、華南理工大學教學優秀獎一等獎、華南理工大學教書育人先進個人稱號……

榮譽是對他成績的見證,更是對他未來的激勵。他說,他現在的期望就是在科研上有新突破,成果轉化上有大發展!產業為本

篇11

培養目標。培養具備熱學、力學、電學、機械、自動控制、能源科學、系統工程等寬厚理論基礎,掌握可再生能源和新能源專業知識,能從事清潔能源生產、可再生能源開發利用、能源環境保護、新能源開發、工程設計、優化運行與生產管理的跨學科復合型高級人才。

課程設置。專業課程設置按照浙江大學“通識課程+大類課程+專業課程”體系進行構建,其中專業課程包含專業基礎課、專業核心課和專業實驗實踐課。專業基礎課的安排上,設置了如工程流體力學、工程熱力學、傳熱學、能源與環境系統工程概論等基礎課程,使學生具有熱學、力學、機械、能源科學和系統工程等寬厚理論基礎。專業核心課程開設了包括生物質能源、太陽能、風能、氫氣大規模制取的原理和方法、新型液體燃料能源等課程,旨在讓學生掌握新能源領域相關科學原理、工藝以及新技術研究發展趨勢方面的知識。在專業實驗實踐課程上,安排了新能源實驗、認識實習、風電風機課程設計、生物質發電系統課程設計等,使學生掌握新能源的有關實驗,掌握現場運行,工程設計和生產管理等知識,為今后從事新能源開發利用工作打下基礎。

專業建設特色

依托動力工程及工程熱物理國家重點一級學科平臺,浙江大學新能源科學與工程專業建設體現出鮮明的科研與教學相長的教學特色。

強大的學科平臺。能源系擁有國內一流的學科與科研優勢,具備國際競爭的實力。現有國家重點一級學科1個,一級學科博士點1個,國家重點實驗室1個,國家工程研究中心2個。設博士點8個、碩士點8個、博士后流動站1個。連續5年科研經費超過億元。依托強大的學科與科研優勢,以及不斷在學科交叉領域取得的創新型研究進展,為學生直接參與項目研究、在實踐中培養創新精神創造了條件;同時為優秀大學生繼續深造提供了寬廣的平臺。能源系在新能源領域已有大量的研究積累,開展了大量新能源的研究方向,如太陽能熱利用發電技術,生物燃料電池,微藻制油等,并已承擔了新能源方向的973項目2項,863項目多項。

一流的師資力量。能源系擁有一批在國際上具有競爭力的中青年人才,其中院士1人,“973計劃”項目首席科學家3人,長江學者獎勵計劃特聘教授6人,國家杰出青年基金獲得者5人,浙江省特級專家2人,國家百千萬人才工程人選7人,教育部跨世紀和新世紀優秀人才5人。全系教師隊伍具有博士學位比率達93.1%,已形成了一支知識結構、學歷結構和學緣結構優化、年齡結構合理、教育教學能力和研究能力突出、具有國際競爭力的教學團隊。在新能源專業方向上,已形成了由院士牽頭,5位長江學者和一大批教授為核心的新能源研究隊伍。

先進的教學模式。專業建設以拓寬專業基礎、專業知識面為宗旨,制訂與國家發展需求相適應的本科教學計劃和課程體系。科研成果通過教學改革、課堂教學、大學生科技創新活動、畢業論文(設計)等途徑,轉化為教學資源,實現教學科研互動,為學生創新能力的培養提供了平臺。能源系積極開展本科教學改革,“結合國家重大需求,創建能源與環境復合型人才培養新體系”獲2009年國家級教學成果二等獎;《工程熱力學》、《熱工實驗》課程獲國家級精品課程稱號;“國家級能源與動力實驗教學示范中心”2012年通過專家驗收。

開放的實踐體系。經過多年的建設,能源系建立和發展了與學科前沿及行業發展緊密結合的能源與動力創新型人才培養實驗實踐教學體系。依托動力工程及工程熱物理國家重點一級學科、能源清潔利用國家重點實驗室,以能源與動力國家級實驗教學示范中心建設為契機,通過實驗課程精品化、建設學生創新實驗室和節能減排實踐基地、開展以全國大學生節能減排競賽為代表的各類學生科技創新活動、與行業領軍企業共建創新實踐教學基地等形式,構建了多層次訓練、多學科交叉、全方位輻射的立體創新實踐平臺。

專業建設成效

學科資源與科學研究成果及時、有效地引入本科教學建設中,為本科教育提供了大量優質資源,有效地提升了教學質量。本科生對該專業的認同度高,目前該專業已經成為最受學生歡迎的熱門專業之一,學生主修專業確認平均績點在4以上,在工科專業中排名第三。

核心課程精品化建設。專業依托教師在新能源領域的前沿研究方向,將科研方法、體驗與成果引入課程,推進核心課程精品化建設。2013級培養方案修訂中,確定《太陽能》、《生物質能源》2門專業核心課程建設,并增設了《非常規天然氣和合成氣開發與發電技術》、《生物質直燃發電技術》、《新型液體燃料能源》等課程,優化了課程結構,體現了專業特色。

專業教材高質量建設。近年來,教師總結多年科研和教學經驗,出版了《能源與環境系統工程概論》、《能源工程管理》等2部“十一五”國家級規劃教材。出版了《熱學基礎》、《核電與核能》、《熱能專業英語閱讀與寫作》、《燃燒理論與污染控制》、《多孔介質燃燒理論與技術》、《二氧化碳捕集封存和利用技術》、《生物質液化原理及技術應用》等專業課程指導教材。

實驗教學創新性建設。教師結合新能源領域的科研項目研究成果和科研項目實驗臺開展新開實驗課程項目的建設與研究,開設了“硫碘熱化學循環制氫”、“流動和霧化的激光測量”、“生物能源實驗”等實驗項目,同時充分利用學科實驗室的設備為學生提供優質的實驗環境。

實習基地全面性建設。在校外實踐教學基地建設中,與東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司、上海鍋爐廠、浙能集團等9家企業簽訂了校企合作協議,并根據行業面向與專業培養目標,對校企合作的課程進行了合理的規劃,注重實習企業的交叉互補。如東方鍋爐、上海鍋爐廠等企業提供熱能轉化設備的實踐實習;深圳東方鍋爐控制有限公司提供熱能設備控制方面的實習;藍天環保等提供燃燒污染控制方面的實習;華電電力科學研究院提供測試方面的實習;廣州瑞明電力股份有限公司提供電廠整體的實習。上海鍋爐廠有限公司、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司成為首批國家級工程實踐教育中心。

學生科技創新活動開展。能源工程學系打破教學、科研、學科實驗室界限,學生通過自主立項或參加教師的科研項目,自定實驗方案、自主完成大學生科研訓練計劃、節能減排競賽等課外科技創新活動。目前,新能源科學與工程專業本科生已獲得SRTP立項31項,浙江省大學生科技創新活動計劃項目3項,全國大學生創新創業訓練計劃項目1項;獲校級大學生節能減排學科競賽獎項15項,獲國家級大學生節能減排競賽三等獎1項。

未來專業建設的方向

篇12

一、主要凸現的問題

(一)辦學思路不清晰

雖然很多學校秉承了“厚基礎、寬口徑”的辦學思想,在教學內容上增加了建筑環境、建筑熱能供應以及建筑自動化等方面的知識,并把建筑環境學列為了專業的平臺,搭建了新的本科專業的框架體系。但是“厚而寬”不是“大而全”。知識口徑的拓寬不是各種知識的堆積和羅列。專業的辦學首先要服從于所在大學的辦學思路,即學校的定位。一般院校和重點院校不同,創新型大學與研究型大學和綜合型大學也不同。如果全國九十一所建筑環境與設備專業的教學體系都參照某一兩個名牌大學的教學體系,那么這樣的后果是顯而易見的:一,專業建設沒有或者散失了原有專業的特色;二,專業培養出來的人才也沒有特色。

(二)教材建設的質量不容樂觀

目前圍繞建筑環境與設備專業的教材種類繁多,質量參差不一。教材是教學內容的具體體現,教學體系中的教材應該具有知識的系統性、延續性和完整性。而不是各個知識塊之間簡單的粘貼或移動的關系。以《暖通空調》為例,集結了原來供熱、供燃氣及通風空調工程專業的主要專業課:《空氣調節》、《工業通風》以及《供熱工程》的主要內容。剔出了三門課管網輸配的交叉部分,而另設了一門課:《流體輸配管網》。但就這兩門課程的教材來看,共同的缺點是把原來空調、通風和供熱三門課的三個系統簡單地歸類總結,系統總結有余,闡述不足。使得在具體教學過程中,出現老師覺得不好講,學生不易接受的情況。

(三)配套的師資隊伍結構有待改善

由于建筑環境與設備專業由原來的暖通空調專業或燃氣專業演變而來,因此師資基本上是暖通空調或燃氣專業的。但是專業的領域已經擴充到建筑室內環境、建筑設備、公用設備和智能建筑等方面。專業的內涵已經由原來的設備或系統擴充到既包括設備、系統,也包括智能建筑。其中的弱勢部分是智能建筑。因為智能建筑技術也是一門交叉學科,而大部分搞自動控制的人才是自動化專業、電氣工程及其自動化專業或計算機專業的人員。對智能建筑、智能化系統及設備缺乏全面的了解和掌握,缺乏建筑結構、建筑設備、供熱空調等方面的專業知識和理解。另一方面,搞設備的人才又缺少對建筑自動化、BAS功能科學要求的理解,缺少有效的上層控制管理邏輯與算法。兩方面人才又缺少“接口”,從而制約了智能建筑技術的發展[2]。因此合理搭配師資,在教學安排方面與其它專業知識交叉融合,才能培養出新時代的建筑環境與設備復合型人才。

二、改革的內容

(一)明確辦學思路,辦出專業特色[3]

明確辦學思路是確定專業人才培養目標和教學體系的前提和基礎。是以科研人才為主,還是以工程技術人員為主,不僅與專業本身的內涵有關,更重要的是與專業所在大學的性質有關。這樣才能形成專業建設和發展的良性競爭。辦學思路還與專業特色有著密切聯系。專業特色與專業在多年的建設發展過程中的教學和科研歷史有關,如有的學校在暖通空調的系統工程方面是強項,而有的學校在制冷空調設備的研究與開發方面是強項。那么在培養人才方面,這些特色就應該很好的繼承和發揮,在課程設置和訓練中要體現出來。

(二)穩固基礎知識,拓寬專業口徑

建筑環境與設備專業是一門跨學科的工科專業,學生基礎知識應包括數理方面、工程熱物理方面、流體機械方面、建筑熱物理方面和自動化控制的知識。只有牢固的基礎知識, 學生才能深刻地理解專業課程,拓寬本專業的服務領域。當然,正如前面強調的,專業辦學的前提是要繼承和發揚本專業的特色。這些基礎知識本身就是屬于很多領域,要與專業在建設和發展過程中的特色結合起來,構造和穩固所必需的專業基礎知識。

專業知識的拓寬,是構架新時代建筑環境與設備專業教學體系的重要部分。專業教學體系不僅僅局限于暖通空調,或是供熱供燃氣,或是把這兩方面的課程全部籠統地包括進去,或是把建筑環境、公用設備和智能建筑方面的知識硬塞進去。在專業學時有限的條件下,很有可能會造成各種知識的七拼八湊。因此,要有側重點地把某些方面作為原本專業特色的延伸和發展,切忌一口吃成一個胖子的思想,盲目地貪大。

(三)編制優秀的教材,配備合理的師資隊伍

正如前面所說,由于原有專業教學體系架構的割斷和組合,使得最近幾年采用的教材在編制上都有這樣或那樣的問題,因此在教材的建設方面還必需投入更多的精力。而選用合適的優秀教材的基礎正是現在的教學體系的完善,必需從根本上理解和制定本專業的教學體系和知識模塊。

師資的知識結構要分布合理,除了保留原來專業特色的知識結構以外,還要補充新的知識,如智能建筑和建筑環境方面的知識結構。師資的梯隊建設也很重要。教學梯隊的形成有利于知識傳授的傳承和不斷更新。每個專業知識模塊,也就是我們所說的課群下面,形成以教授為龍頭,教授副教授主講,青年教師為重要組成的教學梯隊。

三、我校建筑環境與設備專業教學體系改革的幾點思路

中南大學建筑環境與設備工程專業主要源于長沙鐵道學院的制冷空調學科。長沙鐵道學院從上世紀70年代起,就開展了制冷空調及冷藏運輸方面的研究工作, 1985年在機車車輛系成立制冷空調教研室,并開始招收制冷空調專業專科學生; 1989年開始招收供熱通風與空調專業本科學生; 1998年根據教育部文件調整為建筑環境與設備專業。因此,在二十多年的建設中,形成了制冷與暖調、系統與設備并重的特色。我專業在調整后修訂了教學計劃,增加了供燃氣、建筑環境和建筑自動化方面的知識模塊,保留了原來的制冷方面的知識模塊,包括有制冷原理、制冷壓縮機和鐵路車輛制冷、制冷裝置自動化等課程。 轉貼于

目前已擬定完2008級新的教學體系和教學計劃,主要的思路有如下幾點。

(一)明確辦學思路,與學校的定位一致。

我專業隸屬于以本科生、研究生教育為主的高層次綜合性大學——中南大學,學校的定位是立足湖南,面向全國,放眼世界,努力建設國內一流、國際上有重要影響的高水平、綜合性、研究型、創新型大學[4]。因此,我專業的辦學思路是以創新素質教育為核心,堅持全面發展的人才培養標準,面向社會主義市場經濟的人才需求,培養出具有實踐能力、創新能力,既懂技術又懂管理的復合型人才。

(二)繼承和發揚專業特色,整合知識架構。

充分利用能源知識的平臺。從2008年開始本專業與同屬能源科學與工程學院的熱能專業進行能源與動力大類招生,使學生在低年級的時候的基礎知識面廣,起到“厚基礎、寬口徑”的作用。

繼續保留專業的特色之一:制冷模塊。從畢業生就業的反饋來看,用人單位對既懂制冷,又懂暖通,既了解系統,又了解設備的人才非常歡迎。

加強暖通和建筑環境的優勢。把空調、供熱、通風和建筑環境的節能、環保、熱舒適與空氣品質結合起來,也是當前時展的需求。

減弱供燃氣和燃燒模塊。從本系教師多年從事的科研工作來看,燃氣和燃燒模塊并沒有形成特色,因此可以適當減少其份額,作為選修課程開設。

加強智能建筑模塊。智能建筑是樓宇發展的重要方向。本系在制冷和空調系統的自動化控制方面有著多年的研究和實 踐經驗。可以在此基礎上進一步擴充相關領域的知識內容。

(四)加強實踐環節,培養創新人才

實踐環節包括實習、課程設計和畢業設計。實踐環節應受到更多的重視。既保證實踐環節的“量”,又要保證實踐環節的“質”。即:實踐環節的課時量必需嚴格保證,同時要求學生在實踐環節動手、動腦,培養其綜合運用所學知識和創新能力。

畢業設計從選題開始抓起,選題來源于教師的科研課題或工程實際,具有很強的實際意義和理論研究價值,有利于培養學生的綜合能力。

嚴格把握好實踐環節的考核。本系在近兩年所有的專業實踐環節考核中都涵蓋有答辯部分的考核,既鍛煉了學生的膽量、自信和表達能力,又能很客觀地反映實際的情況。

參考文獻

[1]肖勇全,李岱森.建筑環境與設備工程專業[J].高等建筑教育,2002, (2).

篇13

Key words: heat and mass transfer;innovation;top-notch innovative talent

中圖分類號:G640 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2017)11-0254-02

0 引言

①研究現狀。

在我國能源的生產量已居世界前列的大背景下,工業生產中能源的利用率依然較低。2006年2月9日,國務院發文《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》,并將能源作為第一個重點領域列入其中,而工業節能作為能源重點領域的第一個優先主題也被寫入該規劃。可見,工業節能是我國能源領域的重中之重。以工業生產為例,換熱設備已經廣泛地應用在石油、化工、冶金、動力、材料等相關領域,且換熱設備占總投資比重約為30%~45%。另外,換熱設備的自身結構和其換熱效率在很大程度上與能源的高效利用息息相關。由此可見傳熱傳質在換熱設備的重要性。

魅卻質學科隸屬動力工程及工程熱物理一級學科。動力工程及工程熱物理一級學科每年舉行年會,包括傳熱傳質、多相流、燃燒學、熱力學分會。其中傳熱傳質分會規模最大,每年的年會人數均超過1000人。而多相流、燃燒學、熱力學都會涉及到傳熱問題,離不開傳熱傳質,而傳熱傳質又離不開拔尖創新人才,傳熱傳質領域的拔尖創新人才培養已經迫在眉睫。

目前,國內相關領域的研究學者已對拔尖創新人才的培養機制進行了一定程度地研究。薛永武[1]從人才成長規律和人才培養模式兩方面出發,對拔尖創新人才的發展和培養進行了一定程度地研究。張秀萍[2]以目前國內的大學教育創新作為切入點,對拔尖創新人才的培養進行了探討。徐曉媛等人[3]將影響拔尖創新人才的因素作為突破口,通過調研和思考結合的方式,系統地講解了拔尖人才培養的途徑及影響因素。王勇等[4]對材料專業拔尖創新人才培養的現狀進行了分析,并對培養模式進行了深入地探究。康重慶等[5]研究了電氣工程學科領域的本科拔尖創新人才的培養模式。史明等[6]分析了工科高校生物工程專業拔尖創新人才培養模式。王牧華等[7]研究了交叉學科領域本科拔尖創新人才的變革方式進行了相關方面的探索。康若t等[8]通過實踐探索了生物學領域拔尖創新人才培養模式。包水梅等[8]分析了目前我國相關單位和高校在拔尖創新人才培養中遇到的瓶頸,并對瓶頸產生的原因以及解決瓶頸的辦法進行了研究。

從目前拔尖創新人才的研究現狀來看,傳熱傳質領域創新人才的培養機制的研究還未見報道,傳熱傳質領域創新人才的培養模式的建立亟待解決。

中國礦業大學的前身是1909年創辦的焦作路礦學堂,是礦業學府中辦學規模最大、辦學實力最強、學科體系最全的高校。能源與動力工程專業作為學校中的重要學科,拔尖人才培養不容忽視。

目前,能源與動力工程專業擁有能源與動力工程實驗中心及省級學科綜合訓練中心,所以實驗教學及實驗課堂的內容豐富充實,實驗類型多樣化,例如:驗證型、設計型、綜合型及自主創新型等。此外,目前學院的實驗室采用開放式管理,只要網上預約就可以快速進入實驗,力爭全方位地為學生提供快速優質的實驗教學服務。近兩年來,投入1000多萬元全面更新、補充了實驗設備,為自主創新型實驗提供了充分的保障。

依托于學院的實驗室,由于受到場地和人數的限制,本科生對實驗的了解還是處在表面上,屬于高等大眾教育,沒有激發起學生的創新能力,也沒有起到培養拔尖人才的作用。所以依托現有資源,建立健全傳熱傳質學科領域拔尖創新人才的培養機制是一個亟待解決的難題。針對這一問題,擬依托教師個人的科研項目,將其與培養拔尖創新人才的過程結合起來,建立一套傳熱傳質領域拔尖創新人才培養機制。

②研究意義。

中國礦業大學能源與動力工程專業的招生規模達到了8個自然班級,人數超過了200人。以高等大眾教育為基礎,實施傳熱傳質領域拔尖創新人才培養機制,使一些傳熱傳質領域的拔尖人才得到培養。這個模式可以在高校中因地適宜地推廣,為我國傳熱傳質領域培養更多的拔尖創新性人才。

1 拔尖創新人才培養模式

目前,根據中國礦業大學電氣與動力工程學院的傳熱傳質領域的現狀,以電氣與動力工程學院的本科生作為培養對象,研究且探索了傳熱傳質領域拔尖創新人才培養機制。重點開展以下內容:

1.1 以教學為手段,引導學生查閱和追蹤最新文獻的能力

查閱和追蹤最新文獻是拔尖創新人才必備的科研技能之一,始終站在巨人的肩膀上前行是學生在科研道路上所要堅持的,做到時刻不落伍。在筆者一些教改項目(教育部高等學校能源動力類專業教育教學改革項目、中國礦業大學教育教學改革與建設項目)的支撐下,讓學生參與到課件PPT的制作中去,讓學生自己學會查閱最新知識,并添加到課件的PPT中去。

1.2 以科研項目為驅動,末位淘汰制的拔尖創新人才培養

以本人的科研項目(包括國家自然科學基金、中國博士后科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金等項目)為支撐,引導學生參與到科研中,發掘W生的創新能力,對創新能力差的學生實行末位淘汰制度,對表現突出的學生實行獎勵制度,從而激發學生的最大潛能,進而培養一些拔尖創新人才,再逐漸引導這些能力出眾的學生在本人的指導下進行畢業設計,進入研究生階段之后,在本人的指導下,學生也從事的與本人科研課題及創新項目相關的內容,這樣就能使學生能能夠在某一方向進行連續的研究,具有一定的延續性,這樣更有利于培養出優秀的拔尖創新人才。

1.3 啟發學生自主創新人才模式的研究

在指導教師大方向的指引下,充分給予學生在科研的主動權,允許學生在科研中犯錯,充分尊重學生的一些奇思妙想。通過自己的建議激發學生的奇思妙想,并鼓勵他們積極涉及新鮮的領域,對學生自己的一些創意應給予大力支持,進而使學生的自主創新能力得到充分發揮,力爭具備拔尖創新人才應該具備的科研素質和科研思維。

2 實施方案

以中國礦業大學電氣與動力工程學院的能源與動力工程專業為背景,通過教學和科研項目兩方面,對傳熱傳質領域拔尖創新人才培養機制進行研究。具體實施方案如下:

2.1 教學

①傳熱傳質領域的主干課程《傳熱學》教案的重新編排、課件PPT的制作。引導學生參與到其中,鍛煉學生的查閱和追蹤最新文獻的能力和制作PPT的能力。②讓學生參與到教改項目中。對傳統的教學方法進行改革,讓學生參與到其中,這樣就能真真實實地從學生的角度來進行改革。③課題教學方式的靈活性。改善老師主動授課、學生被動學習的現狀。增加課堂的分組討論環節及學生授課環節,培養學生的團隊合作能力和作科研匯報的能力。④課后作業形式的多樣化。增加科研性質的題目,例如數值模擬和小實驗之類的題目,鍛煉學生的動手能力和創新能力。

2.2 科研

①提煉與傳熱傳質有關的子項目,撰寫項目指導書;②安排相關的實驗項目,指導學生開展相關的的傳熱實驗或流動與傳熱相關的數值模擬和計算,培養學生的動手和創新能力;③處理實驗數據,作圖,利用專業理論知識分析,鍛煉學生利用專業知識來分析實際問題的能力;④通過撰寫實驗報告或外文科研論文的方式,鍛煉學生的科研寫作能力。

2.3 總結

①總結教學與科研的經驗,以便進一步改進;②跟蹤學生的成長軌跡,及時糾正一些不合時宜的做法。

3 結束語

本文基于中國礦業大學電氣與動力工程學院能源與動力工程專業本科生的培養模式,對傳熱傳質領域拔尖創新人才培養機制進行了研究,這將對高校其它領域建立拔尖創新人才的培養機制提供一定的借鑒和參考。

參考文獻:

[1]薛永武.拔尖創新人才成長規律與培養模式研究[J].山東高等教育,2014(9):54-63.

[2]張秀萍.拔尖創新人才的培養與大學教育創新[J].大連理工大學學報(社會科學版),2005,26(1):9-15.

[3]徐曉媛,史代敏.拔尖創新人才培養模式的調研與思考[J].國家教育行政學院學報,2011(4):81-84.

[4]王勇,孫麗麗,婁燕敏,陳桂娟,畢鳳琴,張旭昀.材料專業拔尖創新人才培養現狀及模式探索[J].中國校外教育:下旬,2014(11):122-122.

[5]康重慶,董嘉佳,董鴻,孫勁松.電氣工程學科本科拔尖創新人才培養的探索[J].高等工程教育研究,2010(5):132-137.

[6]史明,韓放,李鈺.工科高校生物工程專業拔尖創新人才培養模式的探索[J].深化教學改革?提升高等教育質量(上冊),2015.