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【關鍵詞】能源新形勢 動力工程及工程熱物理 研究生 課程教學

【基金項目】長沙理工大學2016年度校級研究生教研教改項目：新形勢下動力工程及工程熱物理研究生課程優(yōu)化設置研究（JG2016YB05）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0158-02

1.引言

能源是人類活動的物質基礎，社會的發(fā)展離不開優(yōu)質能源。對于目前的中國而言，實現(xiàn)經(jīng)濟增長與保護環(huán)境的平衡將是未來面臨的一個嚴峻挑戰(zhàn)。為此， 2014年國務院了《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》，明確強調要深化能源體制改革，加快重點領域和關鍵環(huán)節(jié)改革步伐。2016年，國家發(fā)改委等聯(lián)合《關于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意見》，提出了未來十年中國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的路線圖。改革與發(fā)展已經(jīng)成為了能源行業(yè)的顯著特征。隨著產(chǎn)業(yè)結構調整與培育新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)步伐加速，節(jié)能減排與新型能源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位將愈加突出，能源行業(yè)的機制體制改革以及能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，對能源技術人才提出了更新和更高的要求。中國能源產(chǎn)業(yè)近幾年發(fā)展迅速，社會各界都積極投入到先進能源技術的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)的建設當中，但在這繁榮的表象背后，由于技術、管理、投資等原因，還存在諸多問題。這些問題究其本質仍然是人才的問題，要解決這個問題，就必須從教育入手，大力培養(yǎng)人才[1]。然而，目前我國新型能源技術人才普遍匱乏，高校的科技資源優(yōu)勢還未完全在能源領域釋放出來，在人才培養(yǎng)方面急需跟上國家戰(zhàn)略發(fā)展新常態(tài)。

研究生教育是一項系統(tǒng)工程，它包括了課程學習、實踐研究和學位論文等諸多環(huán)節(jié)。其中，課程學習是整個研究生培養(yǎng)中的基礎環(huán)節(jié)，其質量直接決定著研究生教育的質量和水平。因此，良好的課程教學是達到學習目標、提高研究生培養(yǎng)質量的前提。為此，2013年教育部等部門聯(lián)合發(fā)出《關于深化研究生教育改革的意見》，明確要求加強課程建設，重視發(fā)揮課程教學在研究生培養(yǎng)中的作用。

動力工程及工程熱物理一級學科以能源的開發(fā)、生產(chǎn)、轉換和利用作為主要的學科應用背景，在整個能源領域起著支撐和促進作用。經(jīng)過多年的探索和努力，國內研究生教育在動力工程及工程熱物理領域取得了較好的成績。但總體上看，我國研究生教育還未能完全適應經(jīng)濟社會快速發(fā)展的多樣化需求。隨著研究生教育的深入發(fā)展，現(xiàn)行的研究生課程體系出現(xiàn)了許多亟待解決的問題。因而，如何根據(jù)國家的戰(zhàn)略需求及行業(yè)的人才需求， 改革和完善現(xiàn)行的研究生課程教學狀況， 是一項十分緊迫的任務。

2.現(xiàn)狀及存在的問題

2.1對研究生課程教學認識上存在偏差

就目前我國大部分高校研究生教育重點而言，以各省、直轄市相應的優(yōu)秀研究生學位論文評選為契機（2013年之前還有全國百篇優(yōu)秀博士論文），各高校每年也進行相應的優(yōu)秀研究生學位論文評選，此外學校還制定了各種優(yōu)秀研究生論文獎勵辦法等相關的質量激勵措施，出臺了研究生創(chuàng)新計劃，研究生國家獎學金的評選也直接與學生的論文及參與的項目直接掛鉤，研究生培養(yǎng)過程中“學術論文為重”的培養(yǎng)取向日益明顯，這在一定程度上確實能保障研究生的培養(yǎng)質量，無疑具有積極意義[2]。但作為研究生培養(yǎng)過程中的另一個基本環(huán)節(jié)――課程教學，獲得的相對關注較少，這直接導致了高校研究生課程教學工作相對滯后，其課程教學質量還有待進一步提升。

2.2研究生課程結構有待進一步優(yōu)化

我國特色的研究生教育課程體系一般由學位課程和非學位課程組成。但是動力工程及工程熱物理是一門綜合性學科，涉及到工程熱力學、燃燒學、傳熱傳質、多相流等多方面知識，此外隨著科學技術的飛速發(fā)展，人們在不同的學科基礎上不斷開拓新的研究熱點，學科交叉的趨勢越來越明顯。然而課程內容是實現(xiàn)課程教學目標的有效載體，因此在科學知識更新速度的加快和人才培養(yǎng)課程結構的滯后性之間，矛盾日趨明顯，課程結構的基礎性、先進性和綜合性承載著調和這一矛盾的重擔[3]。盡管課程優(yōu)化設置已經(jīng)成為我國研究生教育改革的一項重要內容，但與國外一流研究生教育機構相比，差距仍很大。因此，如何建立科學的研究生課程體系，滿足不斷發(fā)展的行業(yè)和國家需求，是一項重要而緊迫的任務。

2.3 跨學科課程和有關科學研究方法的課程缺乏

在現(xiàn)有的課程教學體系中，一個比較薄弱的環(huán)節(jié)是只開設了傳統(tǒng)的研究生理論課程，而忽視了一些重要的跨學科課程和有關科學研究方法的課程。目前我國研究生課程教學管理實行的是學分制，從課程內容上看，包括政治課、英語課、專業(yè)基礎課以及本研究方向的專業(yè)課程。動力工程及工程熱物理下轄若干個二級學科，其學科交叉性強，理論與技術發(fā)展迅速，許多問題僅靠某一學科的專業(yè)知識是難以解決的，需要多學科知識去協(xié)同應對，如若缺乏跨學科課程及科研能力培養(yǎng)方面的課程，那么對于學生在該領域的創(chuàng)新發(fā)展極為不利。

3.對策及建議

3.1 提高對研究生課程教學的認識

首先要真正重視課程設置在研究生培養(yǎng)中的作用，改變長期以來重學術論文、輕課程學習的現(xiàn)狀。針對此問題，以長沙理工大學為例，2015年學校研究生院出臺了《長沙理工大學研究生課程建設實施方案》，把研究生教學工作的重要性提到了一個新的高度，規(guī)范了課程設置審查，加強了教學質量評價，研究生院還成立了由教學經(jīng)驗豐富的老教師組成的課程教學督導小組，實時檢查研究生課堂教學并反饋意見，教學效果將直接影響教師的個人考評。這些措施都極大地強化了研究生課程教學在培養(yǎng)過程中的作用。

3.2 對課程內容進行國際化和工程化

總體上，我國的能源科學與工程與發(fā)達國家相比還是有一定的差距，多年前美國、澳大利亞等國就投入巨額資金大力發(fā)展能源學科，大力培養(yǎng)能源人力資源。因此，可以通過與國外高校間研究生聯(lián)合培養(yǎng)項目，設置國際化課程，增強課程內容的國際前沿性，也可以通過發(fā)達的網(wǎng)絡技術充分利用國外豐富的網(wǎng)絡課程資源，加強國際化課程設置。動力工程及工程熱物理學科面向能源科學，具有極強的工程應用性，已經(jīng)滲透到工業(yè)社會的各行業(yè)中，因此研究生課程也必須具有較強的工程適用性，可適當引入實踐課程，在師資隊伍中引入企業(yè)導師或者與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)學生。此外，針對該學科快速發(fā)展的特點，可以增加專業(yè)選修課的比例，拓寬學生的知識面，增強專業(yè)科學素質。

3.3 增設跨學科選修課及科學研究方法的課程

根據(jù)研究生研究方向與培養(yǎng)目標，適當增設跨學科選修課更有利于學生科學能力的培養(yǎng)。如對于太陽能研究方向的學生，可以跨學科選修物理學、材料類的課程；對于風力發(fā)電技術方向的學生，可以選修部分機械結構強度、結構完整性等方面的課程。研究生只有具備跨學科的知識，才能更好地從另一個角度了解本專業(yè)，才能夠充分借鑒相近領域的理論和方法，在專業(yè)領域內做出新的成績。學習一定的科學研究方法，對剛開始從事研究工作的研究生十分必要，提高研究效率，也能使得學生在不斷發(fā)展的科學中始終具有學習與研究的能力，始終保持較強的創(chuàng)新能力。

4.結語

各高校必須根據(jù)自身發(fā)展特色和國家戰(zhàn)略需要，緊跟能源行業(yè)發(fā)展新形勢， 對動力工程及工程熱物理研究生課程教學進行新的思考與研究， 深化課程教學理論、完善培養(yǎng)單位課程體系改進、優(yōu)化機制；增強研究生課程內容的國際前沿性和工程實踐性，通過高質量課程學習強化研究生的科學方法訓練和學術素養(yǎng)培養(yǎng)，構建符合專業(yè)學位特點的課程教學體系。這些對進一步提高學科建設水平具有重要意義。

參考文獻：

[1]張玨.新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需專業(yè)人才培養(yǎng)探討[J]. 中國人才， 2010，（8）： 29-30

篇2

關鍵詞：應用型研究生；工程化教育；培養(yǎng)模式；校企合作

作者簡介：王洪杰（1962-），男，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱工業(yè)大學能源科學與工程學院，教授；劉全忠（1978-），男，河南浚縣人，哈爾濱工業(yè)大學能源科學與工程學院，講師。（黑龍江 哈爾濱 150001）

基金項目：本文系黑龍江省高等教育學會“十二五”教育科學研究規(guī)劃課題（課題編號：HGJXH B2110292）的研究成果。

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）31-0016-02

根據(jù)教育部的全國研究生學歷教育的統(tǒng)計情況，2001～2011年我國在校研究生數(shù)從約40萬增長到約165萬人。招生規(guī)模的擴大使得研究生不再是稀有的高層次“研究型”人才，而是成為滿足社會需要的普通勞動力要素，對碩士研究生的要求已經(jīng)由原來的學術型人才需求轉變成應用型人才需求。[1]目前培養(yǎng)應用型人才已經(jīng)成為研究生教育的重點，尤其是對于工科研究生，其學科特征及培養(yǎng)目標決定了其所學的專業(yè)知識與工作領域的對應性很強，在培養(yǎng)過程中更強調學生的實際動手操作能力。[2]2008年哈爾濱工業(yè)大學開始根據(jù)碩士研究生本人志愿、畢業(yè)去向、就業(yè)形勢、學科建設及研究生培養(yǎng)條件來對碩士研究生進行分類培養(yǎng)，將碩士研究生分為學術研究型和應用研究型兩種類型，改革研究生培養(yǎng)模式以培養(yǎng)適應社會發(fā)展需求的人才。[3]本文結合動力工程及工程熱物理學科研究生培養(yǎng)的實際情況，對應用型工科碩士研究生培養(yǎng)模式的構建和應用進行了探索。

一、應用型研究生培養(yǎng)目標的定位

我國工科碩士研究生的培養(yǎng)仍然以學術研究型的培養(yǎng)為主，應用研究型的規(guī)模小且沒有形成完整的培養(yǎng)體系，這一點和發(fā)達國家的研究生培養(yǎng)是存在一定差距的。以美國為代表的發(fā)達國家在應用型研究生的培養(yǎng)過程中主要采取協(xié)作式培養(yǎng)，通過大學和企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)研究生，實現(xiàn)研究生教育與社會生產(chǎn)相結合，滿足社會發(fā)展對人才的需求。[4]這種協(xié)作式的培養(yǎng)模式是隨著世界各國高等教育工程化改革而出現(xiàn)的。

工程化教育是科研與實踐的有機結合，目的是培養(yǎng)學生的科研意識、科研能力和創(chuàng)新能力，提高學生分析問題、解決問題的能力。美國較早就意識到改革研究生培養(yǎng)模式的必要性，并加強大學與企業(yè)的合作。1967年的《工程教育目標報告》提出了五年一貫制和工程碩士計劃，改變了美國高校以研究為取向的傳統(tǒng)路線；1989年美國國家研究委員會發(fā)表《美國工程教育實踐模式》，強調理論與實踐相結合的工程教育實踐模式。2005年美國工程院發(fā)表《2020工程師培養(yǎng)報告》，研究了2020年工程教育的戰(zhàn)略與機制。歐盟也在改革與發(fā)展過程中先后推出了一系列研究計劃，對工程教育的類型、模式和核心課程等問題進行了闡述。[5]

為了解決我國工程教育過于學術化和偏離實際需要的問題，教育部在全國范圍內推進了卓越工程師培養(yǎng)計劃。卓越計劃的目標是促進工程教育改革和創(chuàng)新，全面提高我國工程教育人才培養(yǎng)質量。按照卓越工程師培養(yǎng)計劃的要求，對于應用型工科研究生的培養(yǎng)應該以校企的深度合作模式為主，強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力。卓越工程師培養(yǎng)的目標與美國協(xié)作式培養(yǎng)的目標是類似的，但是在我國只有較少的工科院校能很好地與企業(yè)進行合作培養(yǎng)研究生，因此如何創(chuàng)建高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制、創(chuàng)新工程教育的人才培養(yǎng)機制、建設高水平工程教育師資隊伍、制訂人才培養(yǎng)的標準和評價體系成為當前應用型工科研究生培養(yǎng)模式改革的重點建設內容。

二、應用型研究生培養(yǎng)模式的構建

1.構建應用型研究生課程體系

為了適應應用型工科研究生的培養(yǎng)，必須調整目前的研究生課程體系，更新課程的教學內容。對于工程問題的解決，通常需要多學科知識的綜合應用，因此在課程體系的構建過程中應該注重跨學科的培養(yǎng)，對于課程的設置應該更加廣泛，而不是學位課和選修課都局限于某一個學科甚至是一個專業(yè)方向。從培養(yǎng)過程來看，廣泛的課程設置有助于學科間知識的聯(lián)系和知識體系的完善，使研究生在掌握扎實的專業(yè)基礎知識之上有更豐富的綜合應用能力。因此，在公共基礎課程和學科平臺課程組成的學位課之外應該按照綜合培養(yǎng)的目標構建跨學科的課程選修體系，以學位課為平臺、選修課為模塊，構建跨學科的應用型課程體系。

2.改進教學方式與方法

對于應用型工科研究生，不宜采用“滿堂灌”的注入式教學方法。教師可以“專題討論”、“專題報告”和“專題文獻”等教學形式，要求研究生在導師指定的專題下查閱國內外有關資料，使研究生有了一定的讀書量，增強了查閱資料和綜述的能力。研究生根據(jù)自己的讀書心得在教師組織的討論會或報告會上提出自己的見解，有問答、有辯論，師生共同商討，這樣有利于培養(yǎng)研究生的自學能力和提出問題、解決問題的能力，有利于培養(yǎng)研究生思維表達能力和分析問題的能力。在對教學方式與方法的改革中，應該鼓勵教師采用啟發(fā)式、研究型、案例教學等方式，從而實現(xiàn)由知識傳授為主向工程能力培養(yǎng)為主轉變，由教師為主導向以學生為中心轉變，學生由被動依賴向研究型學習轉變。

3.實行校內外導師的聯(lián)合指導

目前大多數(shù)研究生還是由一位碩士生導師指導，受導師個人學術水平和工程能力的束縛，研究生的培養(yǎng)具有很大的局限性。企業(yè)具有大量工程能力強的高級技術人才，如果能夠深入?yún)⑴c研究生的培養(yǎng)，將很大程度上提高教師隊伍的工程化實踐能力。因此，應該由所在學科點和企業(yè)實習基地共同安排校內導師和企業(yè)合作導師，共同負責制訂培養(yǎng)計劃、選定學位論文題目。研究生在完成課程學習、文獻檢索并做好開題報告后，盡早進入企業(yè)開展課題研究。由于是雙導師聯(lián)合指導，在研究生培養(yǎng)過程中應注意做到責任分工明確，充分交流與合作，避免互相牽制與責任推脫。所在學科應該對指導教師隊伍加強監(jiān)督并創(chuàng)造機制化的交流渠道。

4.加強校企聯(lián)合培養(yǎng)基地建設

應用型研究生校企聯(lián)合培養(yǎng)基地是開展研究生工程實踐能力培養(yǎng)的基本條件，同時，聯(lián)合培養(yǎng)基地也應該是科學研究成果的轉化平臺。也就是說，聯(lián)合培養(yǎng)基地應該為研究生從工程實踐中提煉出科研課題，通過科學研究解決工程問題并實現(xiàn)研究成果的合理轉化。通過校內指導教師和企業(yè)合作導師的聯(lián)合指導，使應用型研究生充分利用企業(yè)內部各種實踐條件，開展與工程實際緊密聯(lián)系的各種應用型課題研究。通過充分接觸具體工程實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)其實驗技能、專業(yè)技能、設備操作技能，使其充分接觸具體生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)，將所學專業(yè)知識融入社會生產(chǎn)實際之中，培養(yǎng)實踐能力強的應用型研究生。

5.加強教學過程管理，完善質量評價體系

教學過程管理和質量評價體系是應用型工科研究生培養(yǎng)模式正常化、制度化運行的有力保障，尤其是學生在校企聯(lián)合培養(yǎng)基地從事研究工作期間，由于學校和企業(yè)制度的差異，容易出現(xiàn)教學過程管理的缺失。校企聯(lián)合培養(yǎng)研究生實踐基地的日常運行通常由企業(yè)負責，學校要安排專人負責與企業(yè)的具體聯(lián)絡工作，定期交換信息，溝通和協(xié)調雙方關系。培養(yǎng)基地應按照依托企業(yè)的規(guī)章制度對學生進行管理，同時也要健全內部管理規(guī)章制度。學校應加強對教師選派、教學安排、質量評價等關鍵環(huán)節(jié)的管理，教育學生自覺遵守各項規(guī)章制度和勞動紀律，服從培養(yǎng)基地管理人員和指導教師的管理，保守商業(yè)機密。對于研究生的畢業(yè)論文的評價也應區(qū)別于傳動學術研究型研究生的論文評價體系，注重論文成果的實際應用性。

三、應用型研究生培養(yǎng)模式的應用與實踐

哈爾濱工業(yè)大學動力機械及工程熱物理學科為國家一級學科重點學科，教學和科研實力雄厚。卓越工程師培養(yǎng)計劃實施以來，學科所在學院與哈電集團下屬的哈爾濱電機廠、鍋爐廠和汽輪機廠等企業(yè)簽署了“卓越工程師培養(yǎng)計劃合作協(xié)議”，與哈爾濱電機廠共建了面向全國高校的國家級工程實踐教育中心及校級研究生教育實踐基地，校企合作層次得到了很大的提高。校企雙方共同制定了校外研究生培養(yǎng)基地管理制度并制定了學位論文工作方案，使研究生的校企聯(lián)合培養(yǎng)有章可循，有據(jù)可依。學科由校內碩士生導師和企業(yè)合作導師共同指導應用型碩士研究生，研究生入學后由學科點和企業(yè)實習基地商討安排校內導師和企業(yè)合作導師，學校導師負責制訂培養(yǎng)計劃，并與企業(yè)導師充分協(xié)商，為研究生選定學位論文題目。研究生按培養(yǎng)計劃要求在第一學年內完成課程學習、文獻檢索并做好開題報告，第二學年進入企業(yè)開展課題研究，按要求完成論文后回校參加答辯。

哈爾濱工業(yè)大學動力機械及工程熱物理學科每年派遣一定數(shù)量的青年教師到企業(yè)接受工程化培養(yǎng)，也為企業(yè)科技人員提供攻讀博士、碩士學位研究生、在職培訓、學術講座等形式的繼續(xù)教育。另外，依托哈爾濱鍋爐廠、電機廠、汽輪機廠等國有企業(yè)的資源，以動力機械及工程熱物理學科與國內大中型企業(yè)進行長期的科研和教學合作為基礎，從企業(yè)中聘請富有教學經(jīng)驗的高級工程師壯大教師隊伍。國有企業(yè)的工程師具有豐富工程經(jīng)歷，掌握了較先進的工程技術，是補充應用型工科研究生培養(yǎng)教師隊伍的師資源泉。目前學校已有6位高級工程師作為校外研究生培養(yǎng)基地的企業(yè)導師，已合作指導博士研究生1人，碩士研究生8人。在應用型研究生培養(yǎng)期間，通過企業(yè)的國內外技術交流平臺選送5人參加國際會議，發(fā)表EI、SCI檢索學術論文20余篇，參加校企合作培養(yǎng)的研究生工程意識、工程素質和工程實踐能力有了大幅提高。

四、結束語

校企協(xié)作式的應用型工科研究生培養(yǎng)模式使得研究生教育能更好地面向社會需求，推動研究生教育的可持續(xù)發(fā)展，已經(jīng)得到了廣大教師的充分認同。結合各工科院校的學科特色，充分利用企業(yè)的科研和人才資源，鍛煉學生的工程實踐能力和科技創(chuàng)新精神，是應用型工科研究生培養(yǎng)模式改革的基本思想。由于各工科院校辦學定位不同，合作企業(yè)的文化也有較大差異，構建一種適合學科發(fā)展的應用型工科研究生培養(yǎng)模式需要在長期的實踐過程中總結和完善。

參考文獻：

[1]劉耘.對地方大學應用型人才培養(yǎng)模式的探索[J].中國高教研究，2006，（5）：7-9.

[2]周德儉，徐建平.試論普通工科院校碩士研究生培養(yǎng)的地位、作用與模式[J].高教論壇，2004，（3）：6-10.

[3]吳楊，丁雪梅.歐洲碩士學位類型、學制的研究以及對我國的啟示[J].中國高教研究，2006，（2）：50-53.

篇3

本文針對供熱空調系統(tǒng)偏大設計的現(xiàn)狀，分析了設計過程中涉及的許多因素的不確定性本質；提出供熱空調系統(tǒng)保證率設計的概念，它直接以室內熱環(huán)境的保證率為依據(jù)去做設計，真正體現(xiàn)了工程設計中投資與功能的對立統(tǒng)一；給出隨機分析方法的思路和開發(fā)智能集成化的建筑熱環(huán)境分析系統(tǒng)的構想，為實現(xiàn)供熱空調系統(tǒng)保證率設計打下基

礎。

關鍵詞：供熱空調系統(tǒng) 保證率設計 建筑熱環(huán)境 隨機分析

近年來，隨著國民經(jīng)濟的增長和人們物質生活水平的提高，供熱空調系統(tǒng)的應用日益廣泛，使得建筑物的供熱空調能耗也逐年增大。我國是發(fā)展中國家，資金和能源的供求矛盾日趨激烈，因此供熱空調系統(tǒng)的合理設計已提到日程上來。

雖然建筑熱物理理論近來有較大發(fā)展，從穩(wěn)態(tài)傳熱算法到動態(tài)傳熱算法，從單一圍護結構的。到建筑物整體的傳熱算法傳熱算法。但是長期以來，建筑熱物理基本上都是作為確定性過程來研究的，即在確定的室外氣象參數(shù)和室內發(fā)熱量的條件下，做建筑熱物理的有關計算，如建筑物冷熱負荷的計算等，再去設計供熱空調系統(tǒng)，分析建筑物能耗等。在供熱空調設計過程中往往對每個不確定環(huán)節(jié)乘以一個大于1的安全系數(shù)，如此層層加碼設計出的系統(tǒng)不可避免會造成設備容量選擇偏大，這一方面浪費了初投資，別一方面由于設備常運行于低負荷狀態(tài)，也降低了設備效率，造成了運行和維修費用的增加。

供熱空調系統(tǒng)的偏大設計有社會經(jīng)濟體制和管理體制不合理方面的原因，如設計費用按建筑總投資的固定比例計算，建筑物供熱按建筑面積而不是實際耗熱量收費，甲方往往只是控制建筑物初投資，忽視建筑物的運行和維修費用等。此外，設計人員也缺乏一套科學的方法來處理各種不確定性因素對供熱空調系統(tǒng)設計的影響。

由于室外氣象和室內熱源都是隨機過程，它們作用在建筑物上產(chǎn)生的建筑熱環(huán)境也是隨機過程，因此應該采用隨機分析的方法去研究建筑熱環(huán)境。隨機分析的方法追求的是某個量（如室溫、供熱負荷等）的概率分布，而不是具體的某個數(shù)值。建筑熱環(huán)境是復雜的系統(tǒng)，其中存在許多不確定性。因此，在研究建筑熱環(huán)境時，不僅要了解建筑熱環(huán)境的系統(tǒng)性能指標的期望值（平均值），而且要了解這些指標的標準偏差。這樣，就能在概率意義上定量描述這些不確定性因素對建筑熱環(huán)境的影響。而以往確定性的方法只能得到建筑熱環(huán)境系統(tǒng)性能指標的某個數(shù)值，由于在處理室外氣象和室內熱源這些不確定性因素時采用簡單的保守數(shù)值，往往使得計算得到的性能指標遠遠高于實際需要的性能指標。1978年諾貝爾經(jīng)濟學獎得主H·A·Simon提出的有限合理性原理[1]，從哲學意義上精辟地論述了客觀世界復雜性與不確定性的本質："…客觀世界是極其復雜的，人們頭對它的認識總是有限的，因此客觀總是的角是個集合，而不是一個點…"。也就是說，客觀世界中的，它們構盛開個集合，這個集合中的每個解都可看成某種程度上的滿意解。如果片面地追求唯一解或最佳解，那么往往不得不引進許多假設、近似或約束，這樣求得的所謂唯一解或最佳解很可能反而遠離真實解的集合，見圖1。

圖1 Simon的有限合理性原理示意圖

以空調設計負荷的計算為例，傳統(tǒng)的確定性方法取室外氣象和室內熱的最不利數(shù)值，采用動態(tài)模擬程序去計算空調設計負荷。實際空調負荷是隨機變化的，而確定性模擬方法并沒有給出實際空調負荷小于空調負荷的可能性大小，致使設計人員在選定空調設備時，為安全起把空調設計負荷乘以一個大于1的安全系數(shù)。由于各種不確定性因素的作用，實際空調系統(tǒng)的運行狀態(tài)也是隨機變化的，因此應根據(jù)空調負荷這一隨機變量的概率分布來確定空調設計負荷，選擇空調設備，也就是在不同概率信度下確定不同的設備容量。概率信度的確定則與建筑物的使用功能和甲方的經(jīng)濟觀念密切相關，體現(xiàn)了空調系統(tǒng)設計中功能與投資的對立統(tǒng)一關系。

供熱空調系統(tǒng)的設計和建筑結構的設計不同。建筑結構設計的目的在于提供居住、生產(chǎn)和科研的場所，因此要求幾乎絕對的保證，一旦發(fā)生事故，如房屋倒塌，那么不僅會損壞產(chǎn)品、儀器，而且會造成生命危險。供熱空調系統(tǒng)的設計目的在于提供生活、生產(chǎn)和科研需要的室內熱環(huán)境，如果在一定短時間里室內熱環(huán)境偏離設計要求，并不會造成太大的損失或危害。對于精密儀器車間等對空調精度和可靠性要求比較高的工藝空調系統(tǒng)，設計的可靠性可以定得高一些，因為一旦空調系統(tǒng)出故障，會影響產(chǎn)品質量或儀器壽命；而對于一般民用住宅、辦公樓和賓館的舒適空調系統(tǒng)，往往允許室內熱環(huán)境在一定短時間里偏離設計要求，這不僅不會損害人體健康，反而有利于消除或防止空調建筑普遍存在的綜合癥?？梢?，供熱空調系統(tǒng)的設計允許一定的不保證率，如果設計要求的不保證率越小，那么需要空調系統(tǒng)的容量就越大，這正好體現(xiàn)了工程設計中投資與功能的對立統(tǒng)一關系。

由于供熱空調系統(tǒng)的設計涉及許多不確定因素，如室外氣象、室內熱源、建筑物的圍護結構、整個建筑中各房間的空調系統(tǒng)的同時使用情況、空調系統(tǒng)本身的設備故障、衰老以及建筑物空調面積的擴大等。因此，如果片面地追求供熱空調系統(tǒng)的安全性，那么常常導致以最不利的條件作為設計條件，勢必造成供熱空調系統(tǒng)的容量偏大。實際空調系統(tǒng)的運行狀態(tài)是隨機變化的，也就是說，空調負荷系統(tǒng)是隨機變量，它服從一定的概率分布，如圖2所示。

圖2　空調負荷的概率分布

從圖2可見，在95%的概率信度（即5%的不保證率）下，空調負荷小于1820kW；如果信度提高到99%，那么空調負荷小于2160 kW。換言之，在100年里，空調負荷大于1820 kW和2160 kW的年頭分別不可能超過5個和1個。圖2還說明，在大部分時間里（90%的概率），空調負荷不超過1640 kW，如果概率信度提高5%和9%，那么負荷分別增加11%和32%。按傳統(tǒng)的安全設計思想，采用最不利的室外氣象和室內熱源條件做計算，得到的空調負荷可能是3200 kW，據(jù)此選擇空調設備，那么在大部分時間里（90%的概率），空調設備的負荷率不超過51%（1640/3200）；在很炎熱的夏季里（100年一遇），空調設備的負荷率也不超過68%（2160/3200）。這樣的設計不但導致初投資的增加，而且導致運行費用的增加。圖2清楚地刻劃了空調負荷的隨機波動特性，也容易在工程設計中作用。

這種直接根據(jù)室內熱環(huán)境的保證率去做設計新思想，即保證率設計，追求的是在某種不利條件下，合理確定保證率，使供熱空調系統(tǒng)在保證時間內可靠地實現(xiàn)設計要求，而不是在任何條件下都要求保證室內熱環(huán)境。因此，保證率設計是對傳統(tǒng)安全發(fā)展方向。

保證率的確定則與具體建筑物類型、使用功能和甲方的經(jīng)濟觀念有關，如果保證率取得偏大，會直接導致選擇的空調設備容量偏大，造成一次投資和二次投資的增加；相反，如果保證率取得偏小，那么由于室內熱環(huán)境在較多時間里偏離生產(chǎn)、生活或科研條件的要求，會導致工作效率的降低和產(chǎn)品質量的下降，造成損失費用的增加。因此，綜合考慮投資和損失費用與空調系統(tǒng)設計保證率之間的關系，可以找到最優(yōu)的保證率，使得按它設計出的空調系統(tǒng)的總費用（總投資與由于空調系統(tǒng)保證不了合適的室內熱環(huán)境而造成的損失費用之和）最小（見圖3）?？梢?，保證率設計的概念充分地體現(xiàn)了工程設計中投資與可靠性（保證率）之間的對立統(tǒng)一關系。

圖3　空調設計中投資與可靠性之間的辯證關系

為實現(xiàn)供熱空調系統(tǒng)的保證率設計，需要一套隨機分析的方法，去定量刻劃設計過程中諸多不確定性因素的影響，給出供熱空調系統(tǒng)設計負荷的概率分布。為此需要解決以下一些基本問題：

·室外氣象和室內熱源的描述

建立室外氣象的多維多階自回歸時間序列模型，以描述實際氣象過程的不平衡性以及各氣象參數(shù)在時間上的自相關和互相關性。建立描述室內熱源隨時間周期波動的簡化的隨機模型。

·建筑物的描述

現(xiàn)有的建筑物熱模型都不適合于做隨機分析，為此建立了狀態(tài)空調建筑熱模型，它能利用以上建立的隨機氣象模型和隨機室內熱源模型。

·供熱空調系統(tǒng)二次設備（如散熱器和風機盤管）的同時使用情況

·供熱空調系統(tǒng)從一次設備到二次設備過程中各種介質傳輸管網(wǎng)能量損失的描述

·供熱空調

設備衰老特性、故障特征和維修制度的描述

·供熱空調設備的備用和供熱空調面積的擴大考慮

·開發(fā)一個以CAD為基礎的智能集成化的建筑熱環(huán)境的分析系統(tǒng)，幫助工程師做設計

從80年代初其開始，江億從事建筑熱環(huán)境隨機分析的研究工作，1988年到1992年完成中國科學院一個青年基金項目[2]，進行有關隨機分析的基礎理論研究；并和英國建筑研究中心的系統(tǒng)性能預測室合作，完成對隨機分析程序的驗證[3]。近年來發(fā)表了一些文章[4]～[10]對隨機分析的意義、方法和應用都有較詳細的論述。這些是空調負荷保證率設計的基礎研究的一部分，還有許多工作要進行。但供熱空調系統(tǒng)的保證率設計無疑提供了一種徹底改變該行業(yè)不合理的設計現(xiàn)狀的方法，它有著光明的發(fā)展前程。

參考文獻

1 HA Simo. The sciences of the artificial intelligence. 2nd Ed. The MIT Press， Cambridge， Massachusetts. 1981.

2 江億，洪天真，建筑熱過程的隨機分析，中國科學院青年基金項目研究報告，1992。

3 T Hong，Y Jiang. Stochastic Analysis of the Building Thermal Environment of UK. 1994.

4 洪天真，建筑熱環(huán)境的隨機分析，博士學位論文。清華大學熱能系。1994。

5 洪天真，江億，冬季供暖系統(tǒng)負荷設計算用的室外綜合計算溫度，暖通空調，1993，（3）。

6 江億，洪天真，建筑熱過程隨機分析的背景、方法和應用，暖通空調，1993（6）。

7 江億，洪天真，張金乾等，IISABRE：智能集成化的建筑熱環(huán)境分析系統(tǒng)，全國暖通空調制冷學術年會論文，1994。

8 Y Jiang， T Hong. Stochastic Analysis of Overheating Risk in Buildings. Proceedings of CLIMA 2000， London， 1993.

9 Y Jiang， T Hong. Stochastic Analysis of Building Thermal Processes. Building and Environment. 1993， (4)

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促進學科建設

目前，“中心”已擁有5萬元以上測試儀器30多臺，各類研究平臺12座，可資利用的教學和研究儀器設備約1500萬元。中心的建設推動了能源學科科學研究的發(fā)展：近3年來“中心”骨干成員承擔了省部級以上科研課題14個（其中國家級項目6個），國際合作項目2個；承擔市廳級項目11個，企業(yè)委托開發(fā)課題14個.獲批研究經(jīng)費總額超過1000萬元。發(fā)表了學術研究論文110多篇，其中被權威期刊和被SCI/EI收錄論文近40篇；出版專著（教材）4部；申報獲批授權技術專利30多項.轉讓技術成果5項；作為主要完成單位和完成者獲福建省科技進步獎二等獎1個、三等獎1個；廈門市科技進步獎二等獎1個、三等獎1個。

“中心”的建設對學校的教學工作也起到了良好的促進作用。依托“中心”這一科技創(chuàng)新平臺，新增設了10門專業(yè)課程的實驗：通過“中心”建設.集大熱能與動力工程專業(yè)與省內近50家企業(yè)建立了緊密的產(chǎn)學研合作關系，構建了滿足專業(yè)人才培養(yǎng)需要的實踐教學基地，并承擔了省級教改項目“熱能工程卓越工程師培養(yǎng)”的試點工作。2011年.依托本平臺取得的教學成果《“熱能工程”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系的構建與實踐》被評為集美大學第六屆教學成果一等獎。

另外，中心的建設對促進學術交流方面也起了積極作用?！爸行摹狈謩e于2008年5月、2008年8月和201O年11月承辦了三次全國性大型學術會議.“中心”的研究骨干還多次參加國內外學術交流并被邀請擔任本學科國內和國際頂級學術會議的會場主席.包括美國機械工程師學會動力工程分會2011年學術年會（ASMEPower2011）分會場主席、國際制冷大會分會場主席、中國工程熱物理學會全國學術年會分會場主席等，有力地提升了集美大學在國內和國際的知名度。

推動產(chǎn)業(yè)進程

“中心”自成立以來就一直致力于清潔燃燒理論與技術、低溫余熱利用與工業(yè)過程節(jié)能、新能源開發(fā)與利用及與循環(huán)經(jīng)濟相關的能源綜合利用技術研究，為福建省的高效節(jié)能及可再生能源利用技術的產(chǎn)業(yè)化進程做出了一系列積極貢獻。

近年來.“中心”在冰蓄冷空調及低溫送風技術、烘干系統(tǒng)的優(yōu)化集成節(jié)能技術、旋風除塵技術、太陽能蝶形反射聚光光伏發(fā)電技術、余能（熱）回收利用技術、降低燃燒福建無煙煤鍋爐的飛灰含碳量技術、燃燒無煙煤鏈條爐的節(jié)能改造技術、先進的垃圾焚燒爐技術、燃油荷電霧化清潔燃燒技術、可再生能源與低品位熱能海水淡化技術等方面均取得了較大突破，已開發(fā)了10多項科技成果，為省內近50家企業(yè)提供了節(jié)能減排技術服務，服務行業(yè)涉及電力、建材、化工、冶金、紡織印染等諸多領域。例如，與廈門同力節(jié)能科技有限公司簽訂了《立體多層次蝶型反射聚光光伏發(fā)電技術》技術轉讓協(xié)議，該項技術直接經(jīng)濟效益在年1000萬元以上；與鎮(zhèn)江市電站輔機廠有限公司共同進行了《低溫工業(yè)煙氣余熱資源化利用成套技術開發(fā)》，通過回收余熱，可為企業(yè)節(jié)省大量燃料從而產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，每年可節(jié)能折價人民幣5000～；以上：與廈門銀鷺重工有限公司共同進行了《20t/h級高效燃燒福建無煙煤的CFB鍋爐技術開發(fā)》，每年通過煤的高效燃燒和資源綜合利用可增收500萬元以上。近年來.“中心”通過技術轉讓、技術服務、推廣新技術等形式進行了成果推廣，累積每年為企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟效益近3500萬元。

服務經(jīng)濟發(fā)展

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[關鍵詞]聯(lián)合培養(yǎng) 專業(yè)學位 研究生

[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）22-0005-02

一、引言

為了更好地滿足國家科技發(fā)展對工程應用型、復合型、高層次交叉學科、多領域技能型人才的迫切需要，進一步優(yōu)化全日制專業(yè)學位研究生培養(yǎng)的類型和結構，完善研究生培養(yǎng)體系，增強研究生服務于國家和社會全方位綜合性能力，推動全日制專業(yè)學位研究生“多學科交叉培養(yǎng)、多領域共同教育，同時校企間通過深度合作、資源間積極共享”的培養(yǎng)模式與培養(yǎng)理念，實現(xiàn)東北石油大學全日制專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)模式轉變。石油與天然氣工程結合自身學科的專業(yè)特點與學科優(yōu)勢，努力探索出跨學院、跨企業(yè)的“兩跨”深度合作全日制專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)模式，依據(jù)全日制專業(yè)學位碩士研究生的生源特點，以“生源招生、學位培養(yǎng)與考核評估”三個主體方面為研究主線，開展多學科、多領域之間專業(yè)理論的全日制專業(yè)學位碩士研究生交叉教育培養(yǎng)。以東北石油大學與中石油集團公司、中石化集團公司、中海油集團公司沉淀的多年產(chǎn)學研結合深度合作關系，開展跨企業(yè)（校企之間）的全日制專業(yè)學位碩士研究生的人才培養(yǎng)、技術研發(fā)、科研攻關的深度合作，以培養(yǎng)專業(yè)學位碩士研究生為主體，實現(xiàn)校企之間的產(chǎn)品設備、技能人才、科研成果的資源共享，努力提高石油與天然氣工程全日制專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)質量。

二、主要研究內容

通過建立跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)模式，充分發(fā)揮各二級院系多學科協(xié)同培養(yǎng)的優(yōu)勢，利用長期與油田企業(yè)深度合作形成的良好平臺，打造一支適合于石油與天然氣工程全日制專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)的導師隊伍和管理團隊，構建和諧的培養(yǎng)環(huán)境，為穩(wěn)定和提高研究生的培養(yǎng)質量探索出一種創(chuàng)新性培養(yǎng)模式，為豐富拓展其他院校其他領域的研究生培養(yǎng)提供示范作用。主要研究內容如下：

（一） 跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)模式研究

石油工程學院石油與天然氣工程專業(yè)與機械工程學院、土木工程學院相關專業(yè)結合，建立跨學院聯(lián)合培養(yǎng)模式；與大慶油田、吉林油田科研院所及生產(chǎn)單位結合，建立跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)模式，確定聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生的選擇標準（包括學生的原專業(yè)、學生的發(fā)展意向、動手能力、創(chuàng)新能力等）、招生計劃；制訂聯(lián)合培養(yǎng)方案，建設優(yōu)化組合聯(lián)合培養(yǎng)研究生課程體系。

（二）聯(lián)合培養(yǎng)專業(yè)學位碩士研究生的指導教師隊伍建設

由石油工程學院牽頭，協(xié)同相關院系相關企業(yè)組成跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)石油與天然氣工程全日制專業(yè)學位碩士研究生的管理小組，研究制定研究生指導教師篩選原則與標準，建成在石油與天然氣工程領域具有較好科研基礎和科研成果的導師隊伍。定期聘請現(xiàn)場有科研、生產(chǎn)經(jīng)驗的研究人員為專業(yè)學位研究生開設課程與講座，增強學生的專業(yè)實踐教育環(huán)節(jié)。

（三）聯(lián)合培養(yǎng)專業(yè)學位碩士研究生實踐基地建設

校內以石油工程學院提高采收率教育部重點實驗室、國家工程技術研究室等，機械工程學院化工過程機械重點實驗室、石油井架檢測實驗室等，土木建筑工程學院防災減災工程及防護工程實驗室等為依托，加強實驗設備與相關建設，為學生進行校內試驗，提高動手能力提供條件；校外與油田開發(fā)研究院、采油研究所、鉆井研究所、地面工程設計院等結合，加強開放交流，選派專業(yè)學位碩士研究生到上述單位進行培訓實習，開展學位論文的相關研究，增強學生的實踐創(chuàng)新能力。

（四）構建聯(lián)合培養(yǎng)模式下的培養(yǎng)機制與管理機制

1.確定研究方向

以把握石油與天然氣工程學科內涵為核心，尋找與機械工程、工程熱物理等相關學科的知識交叉點和問題突破口，找準突出學科特色、體現(xiàn)學科水平的跨院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)全日制專業(yè)學位碩士研究生的研究方向。

2.資源共享

以東北石油大學的國家級重點實驗室、國家工程技術研究室、國家工程教育中心以及省部級研究基地、校企共建工程技術研發(fā)中心等為主要平臺，充分利用大慶油田、吉林油田的地緣優(yōu)勢，整合相關學科科研經(jīng)費、實驗設備、軟件設施、圖書資料及其它物質條件，形成跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)的有效資源。

3.培養(yǎng)機制

按照教育部關于專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)的有關要求，以有效提高油氣儲運專業(yè)碩士研究生的綜合素質、創(chuàng)新能力及實踐能力為側重，依靠具有較深學術造詣的多學科導師團隊，借助校企多學科協(xié)同攻關的獨特優(yōu)勢，研究提出構建強化基礎性、前沿性和學科交叉性的跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)機制。

4.管理機制

以保證跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)全日制專業(yè)學位研究生質量為前提，強調滿足社會多樣化需求、加快培養(yǎng)高層次應用型專門人才的需要，同時體現(xiàn)“以生為本”的辦學理念和“因材施教”的教育思想，構建導師、研究生和培養(yǎng)環(huán)境三者和諧發(fā)展的管理機制。

（五）改革聯(lián)合培養(yǎng)模式下的教學方法

增加案例教學與現(xiàn)場實踐教學內容，提高專業(yè)學位碩士研究生的綜合素質。

三、擬解決的關鍵問題

（一）跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生的導師隊伍建設問題

石油與天然氣工程專業(yè)導師，即第一導師，對研究生培養(yǎng)過程的各個環(huán)節(jié)及培養(yǎng)質量負主要責任，校內合作導師與企業(yè)導師協(xié)助主導師指導學生。盡量明確三方導師各自的權限，避免出現(xiàn)管理混亂的情況。同時要建立三方導師的溝通機制，強化導師隊伍的自身建設，開闊導師的視野，提高導師隊伍的水平。

（二）跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生的資源整合問題

由于各培養(yǎng)單位之間相互獨立，聯(lián)合培養(yǎng)工作不論是在觀念上，還是在操作管理上都還存在著一定的困難，在某種程度上可能會限制培養(yǎng)單位之間的合作交流。另外，由于受到教學體制和科研環(huán)境的影響，學術討論環(huán)境不理想，需要各院之間、企業(yè)與學校之間、導師與學生之間及時加強溝通，共同解決面對的問題。

（三）跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生的管理機制問題

跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)研究生是研究生教育改革和創(chuàng)新的重要嘗試，仍處于摸索階段，還沒有一套切實可行的管理工作流程， 會給實施過程帶來一系列問題，例如研究生的課題選擇、畢業(yè)答辯等環(huán)節(jié)安排，課題的經(jīng)費籌措、合作協(xié)調、獎勵懲罰、學術交流、監(jiān)督評價、考核、成果歸屬認定及知識產(chǎn)權保護等等，必須建立一套切實可行的管理模式，保障跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)的順利推進。

四、采取的解決方法

以石油與天然氣工程專業(yè)為主導，確立主干專業(yè)在聯(lián)合培養(yǎng)中的主導作用；以工程熱物理與機械工程等相關專業(yè)為支撐，尋找相關學科的知識交叉點和問題突破；以企業(yè)為依托，充分調動企業(yè)在研究生聯(lián)合培養(yǎng)中的積極性；以研究生為中心，以培養(yǎng)研究生的實踐應用能力和創(chuàng)新能力、提高研究生培養(yǎng)質量為核心，樹立研究生在聯(lián)合培養(yǎng)中的主體地位。以市場為導向，充分發(fā)揮市場機制的作用，形成競爭性的市場機制，最終實現(xiàn)研究生培養(yǎng)對接市場需求，跨學院跨企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)的制度化及企業(yè)對聯(lián)合培養(yǎng)的內需化。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張秀梅.中國高校與企業(yè)合作的現(xiàn)狀與前景[J].教育發(fā)展研究，1999，（1）：52-55.

[2] 劉云，李阿利.地方院校研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢概論[J].當代教育理論與實踐，2010，2（3）：23-25.

[3] 施錦華，辛梅.面向跨企業(yè)資源配置的合作制造（CM）[J].經(jīng)濟師，2007，（3）：20-22.

[4] 方偉.對研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地建設的思考[J].甘肅科技，2009，25（21）：213-214.

[5] 吳照金.對校企聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生模式的思考[J].安徽工業(yè)大學學報（社會科學版），2012，29（1）：103-105.

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【關鍵詞】投影儀吊箱 溫度場 Ansys 散熱系統(tǒng)

目前，多媒體教學已經(jīng)在全國各高校中普及，投影儀和計算機作為主要的多媒體教學設備，正發(fā)揮著越來越重要的作用。通常情況下，為了節(jié)省空間，投影儀一般通過懸掛設備懸掛于屋頂，而較多情況下為了防盜和防塵會將投影儀放入較為密閉的吊箱內。但是，投影儀位于高處，長期處于高溫氣流環(huán)境中工作，易出現(xiàn)死機等現(xiàn)象，投影儀工作的穩(wěn)定性較差，減少了投影儀的使用壽命。因此在吊箱內安裝散熱系統(tǒng)就十分必要了，但散熱系統(tǒng)的安裝位置及工作方式的合理設定直接影響到散熱效率，如果散熱系統(tǒng)不能快速將投影儀周圍的熱量及時排走的話，就會使散熱系統(tǒng)失去意義，而且還浪費了大量的電能。因此分析吊箱內溫度場進而優(yōu)化箱體散熱系統(tǒng)就十分必要了。

1 研究方法

本論文主要通過數(shù)值模擬，同時輔以實驗的方法，以某型號投影儀吊箱為研究對象，分別研究其處于穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)時的溫度場進行數(shù)值模擬分析，為投影儀吊箱散熱系統(tǒng)的設計提供理論依據(jù)。研究內容如下：

（1）建立該投影儀吊箱的物理模型模型，通過測試實驗分析該模型的可行性。

（2）在穩(wěn)態(tài)、內部投影不工作的情況下，應用Ansys軟件對其內部溫度場進行模擬研究，確定外部環(huán)境對箱體內溫度場的影響，并且可以確定散熱模塊最佳的安裝位置。

（3）在非穩(wěn)態(tài)、內部投影儀正常工作的條件下，應用Ansys軟件對其內部溫度場進行模擬研究，確定非穩(wěn)態(tài)下箱體內溫度場的分布，繼而將兩種計算結果進行比較以進一步確定散熱系統(tǒng)最佳設計方案，本部分為主要研究內容。

（4）通過對數(shù)值計算結果的對比分析，對投影儀吊箱物理模型進行優(yōu)化。

2 模型分析

2.1 物理模型

本文針對某型號投影儀吊箱進行分析，如圖1所示，該箱體是由頂蓋、底板、前門、后門和兩塊側板組成，其材料為1mm厚的鐵皮，在箱體的兩塊側板上裝有帶防塵網(wǎng)的散熱孔，在頂蓋上固定安裝孔，箱體前面有圓形投影儀鏡頭孔，直徑80mm。投影儀安裝位置如圖，以O為坐標原點，X，Y，Z軸如圖所示，投影儀中心位置坐標為（170，210，140），投影儀內裝有散熱風扇，不斷地把投影儀產(chǎn)生的熱量排到外部環(huán)境中，其散熱出風口位于X=340的平面上，風向沿X方向。

2.2 箱體結構分析的基本假設

（1）由于箱體為對稱結構且投影儀安裝在箱體中央因此整個結構具有軸對稱或近似軸對稱結構，邊界條件也是軸對稱，所以溫度場分布也是軸對稱的。

（2）忽略箱體向外的輻射導熱。

（3）投影儀工作時，由于投影儀在不斷地向箱體內排放熱量，其箱內溫度隨時間而不斷變化，既溫度場是非穩(wěn)態(tài)的。投影儀不工作時，屬于穩(wěn)態(tài)過程。

3 ANSYS模擬過程

3.1 溫度場的定義

材料在每一個點的溫度采集系統(tǒng)被稱為溫度場。這是一個時間和空間坐標的函數(shù)。溫度，通常是空間坐標（x，y，z）和時間變量的函數(shù)，即T =（x，y，z，T）。這是一個三維非穩(wěn)定溫度場，導熱溫度場的三維非穩(wěn)態(tài)導熱。不隨著時間的推移被稱為穩(wěn)定的溫度場，溫度場的T =（x，y，z），此時的三維穩(wěn)定導熱。一維和二維溫度場，可以分別表示為穩(wěn)定狀態(tài)，當T = f（x）和T = f（x，y），不穩(wěn)定狀態(tài)。如圖1所示。

3.2 運用ANSYS 進行熱分析的一般步驟

運用ANSYS對投影儀吊箱進行熱分析的步驟如下：（1）依照箱體的物理模型與實際尺寸建立包括箱體、投影儀、半導體散熱器的三維計算模型；（2）定義熱分析的類型，即確定“非穩(wěn)態(tài)熱傳導”；（3）確定箱體的材料組成，設置模型的材料屬性，并將三維計算模型進行有限元劃分；（4）加載邊界條件和初始條件分別應用于模型的邊界，只需選擇對流邊界條件，對流傳熱系數(shù)和溫度，然后分析；（5）計算結果的后處理，如計算模型或部分的溫度分布和熱通量分布等等。

3.3 熱分析

熱分析用于計算一個系統(tǒng)或部件的溫度分布及其它熱物理參數(shù)，如熱量的獲取

或損失、熱梯度、熱流密度等。箱體物質系統(tǒng)所處的溫度場為這是三維非穩(wěn)態(tài)溫度場，在此溫度場中發(fā)生的導熱為三維非穩(wěn)態(tài)導熱。導熱主要方式為熱對流，指固體的表面與它周圍接觸的流體之間，由于溫差的存在引起的熱量的交換。有限空間的空氣流數(shù)學語言描述如下：

（1）

箱體由鐵皮包裹，關鍵參數(shù)換熱系數(shù)125W/*K，鋼板的比熱為460J/kg*℃，密度為7850kg/m?，導熱系數(shù)為50W/m*K，采用熱分析單元SOLID90，二十節(jié)點六面體單元。

投影儀吊箱為半封閉式結構，內部有唯一熱源投影儀，當投影儀內半導體受到光照或者加有電壓時，即變?yōu)榉菬崞胶鉅顟B(tài)，其中的載流子稱為非平衡載流子。非平衡載流子濃度與外界作用有關，而且在外加作用去掉以后，非平衡載流子濃度將要隨著時間而發(fā)生衰減，最后又將逐漸回復到熱平衡狀態(tài)。

3.4 網(wǎng)格劃分

依照箱體的物理模型與實際尺寸建立模型。利用有限元思想，確立單元密度。有限元分析，也稱FEA，它把結構分解成離散的單元，精度取決于單元的尺寸和分布。劃分網(wǎng)格之前一般都需要對網(wǎng)格密度進行必要的控制。合理的單元網(wǎng)格密度是獲得高精度結果的保證，確保準確捕捉場量的分布和梯度變化。單元階次與有限元的計算精度有著密切的關聯(lián)，單元一般具有線性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的單元稱為高階單元。高階單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結構的曲線和曲面邊界，且高次插值函數(shù)可更高精度地逼近復雜場函數(shù)，所以增加單元階次可提高計算精度。但增加單元階次的同時網(wǎng)格的節(jié)點數(shù)也會隨之增加，在網(wǎng)格數(shù)量相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模相對較大，因此在使用時應權衡考慮計算精度和時耗。采用Full Graphics，以全局密度單元0.1，將箱體模型網(wǎng)格化如圖2所示。

3.5 初始條件與邊界條件

初始條件即模型中各點的初始溫度，邊界條件即模型外邊界溫度.均根據(jù)模擬投影儀工作功率所推算出的內部空間初始溫度、直接通過箱體表面的溫度變化模擬箱體內空氣的降溫過程.為了使計算結果更具可靠性，修正公式如下：

（2）

對于氣體流動問題，可以設置壁面無滑移，也可以指定壁面切向速度分量（壁面平移或者做旋轉運動），也可以給出壁面切應力從而模擬壁面滑移。壁面熱邊界條件包括固定熱流量、固定溫度、對流熱傳導、外部福射熱傳導、外部福射熱傳導與對流熱傳導的結合等，對于作為兩個區(qū)域之間界面的壁面（例如，共軛熱傳導問題中的流、固界面），系統(tǒng)會默認為是導熱與對流的合換熱。本文所做計算涉及到的壁面熱邊界條件有：固定溫度、對流熱傳導以及導熱與對流的合換熱。

3.6 載荷的施加

有限元分析的主要目的是檢查在反應一定的載荷條件下的結構或組成部分。因此，在分析中指定的條件適當?shù)呢撦d是關鍵的一步。在ANSYS程序，可以使用多種方式載荷模型，并借助載荷步選項，可以控制加載解決方案中如何使用它。施加載荷，可以直接在實體模型或單元模型上施加五種載荷：恒定的溫度、熱流率、熱流密度、生熱率。

在開始求解時，將實體模型載荷自動轉換到有限元模型。將實體模型載荷與有限元模型載荷、藕合或約束方程混合起來，轉換過的實體模型載荷將取代現(xiàn)有的節(jié)點或單元載荷，而不管這些載荷的輸入順序。

3.7 結果分析

影響箱體溫度的主要因素包括：箱體材質、工作時限、外界環(huán)境溫度、半導體散熱器工作效率、投影儀的本體散熱。綜合模擬結果如圖3所示。

由模擬結果可以看出，投影儀本體的單向散熱和箱體的半封閉式結構致使箱體單側溫度明顯高于其他部分，熱量的集中間接提高了導熱的效率。若高熱側開啟對流通道，將高效的降低投影儀工作溫度，提高工作時限。因此，半導體散熱系統(tǒng)加裝于高熱側。

在穩(wěn)態(tài)、內部投影不工作的情況下，其溫度場分布均勻，可知箱體外部環(huán)境對非穩(wěn)態(tài)時的溫度場分布影響較小，因此可以忽略。

4 結論

（1）對于非穩(wěn)態(tài)情況下箱體內溫度場的分析和研究可以得出結論，散熱系統(tǒng)的熱量外排模塊和制冷模塊的安裝位置對溫度場分布影響較大。此結論為箱體物理結構優(yōu)化提供了思路。

（2）外部溫度對于箱體內溫度場分布有所影響，但影響相對較小，因此在設計散熱系統(tǒng)時可不用考慮

（3）通過計算結果和實驗數(shù)據(jù)的比較， 驗證了本文所采用的數(shù)學物理模型及計算結果的可靠性，為箱體散熱系統(tǒng)的設計提供了理論依據(jù)。

參考文獻

[1]雷強萍.半導體冷箱溫度場模擬及性能優(yōu)化[J].南昌大學報，2012（12）：2-4.

[2]羅勇，常冰，張子輝，張貴榮.高熱流密度自然對流條件下改善熱傳導性能的實驗研究[J].流體機械，2003，31 （11）：45-46.

[3]單曉，胡欲立.基于Ansys的機械密封環(huán)溫度場分析[J].與密封，2006（9）：117-119.

[4]張登春，翁培奮.載人列車車廂內空氣流場溫度場數(shù)值模擬[J].系統(tǒng)工程與電子技術，2005（6）：20-25.

[5]劉宗靄，朱洪波.基于單片機的智能投影儀吊架[J].信息通信，2013（1）：64-65.

作者簡介

李涵（1993-），男，江蘇省徐州市人。大學本科學歷。研究方向為電子信息工程。

趙志勇（1991-），男，河北省承德市人。大學本科學歷。研究方向為光信息科學與技術。

劉宗靄（1990-），男，山東省煙臺市人。大學本科學歷。研究方向為測控技術與儀器。

方欣棟（1992-），男，山東省煙臺市人。大學本科學歷。研究方向為通信工程。

作者單位

篇7

關鍵詞：焊接模擬；焊接變形預測；主要方法；特點

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

幾種常用的預測焊接變形的主要方法，包括解析法、熱彈塑性有限元法、焊縫收縮力法和固有應變法。解析法是最早采用的方法，由于對模型要求較高，只能用于較簡單、規(guī)則的小構件，所以現(xiàn)在很少使用，但它作為其他幾種方法的基礎在本文中也有所介紹。熱彈塑性有限元法是能全面的模擬焊接過程的一種方法，計算過程中涉及到幾何非線性和材料非線性以及各種場的耦合，所以對計算機要求較高并且計算時間較長，適用于小構件的模擬。焊縫收縮力法和固有應變法是只關注于最終變形結果的方法，是用來預測大型構件焊接變形的主要方法。

1 解析法

解析法是以結構力學理論、殘余塑變理論等為基礎，能準確、有效的計算規(guī)則等截面梁焊接變形的方法。下面以求解T形梁焊接撓度為例說明解析法的計算過程[1]。

(1)

式中f——梁縱向撓度；C——縱向彎曲的曲率；L——梁的長度

(2)

式中——單位長度上沿焊縫方向的固有應變總和；——中心到截面中心的距離；

——截面慣性矩。

(3)

式中——比例系數(shù)。焊接結構剛度較大時，一般取 cm3/J；——焊接熱輸入量。

2 熱彈塑性有限元法

2.1 焊接溫度場基本理論

焊接過程中高度集中的瞬時熱源在焊接構件上造成的不均勻溫度場是引起焊接變形的根源，同時，在加熱時熔化區(qū)發(fā)生的各種冶金反應以及冷卻過程中發(fā)生的組織轉變也會對焊接變形造成不可忽略的影響，因此，準確的模擬焊接溫度場是獲得可靠焊接變形結果的前提。

由傅里葉定律和能量守恒原理得到的焊接溫度場控制方程為[2]：

(4)

式中，是與坐標和時間相關的溫度分布函數(shù)，為材料的密度，為材料的比熱容，τ為時間，、、分別為材料沿、、方向的熱導率，為材料內部的熱源密度(W/kg)。

通過初始條件和邊界條件求解微分方程，得到溫度分布函數(shù)，即可求任意時刻任意位置的溫度值。

2.2 焊接本構關系及平衡方程

材料屬于彈性或塑性狀態(tài)的本構關系為[3,4]：

(5)

式中，為彈性或彈塑性矩陣，為與溫度相關的向量。

在彈性區(qū)，

(6)

(7)

式中，為線膨脹系數(shù)，為溫度。

在塑性區(qū)，設材料進入塑性狀態(tài)的條件為：

(8)

式中，為屈服函數(shù)，為與溫度和塑性應變有關的屈服應力的函數(shù)。

考慮到焊件模型的某一單元，平衡方程如下：

(9)

式中，力在單元節(jié)點上的增量，溫度引起的節(jié)點力增量，為節(jié)點位移增量，單元剛度矩陣。

3 焊縫收縮力法

焊接時，焊縫及其附近金屬會受熱膨脹，這種變形受到周圍溫度較低的金屬的束縛，產(chǎn)生了壓縮塑性變形，它的存在相當于在構件上施加一個外力而使構件發(fā)生變形，我們稱這個假想的外力為焊縫收縮力[5]。收縮力的大小主要取決于塑性區(qū)的尺寸，而塑性區(qū)的尺寸則由焊接工藝參數(shù)及材料的熱物理性能參數(shù)(如熱導率、比熱容、密度和導熱系數(shù)等)決定。此外收縮力還和構件剛度和焊接接頭的熱流密度有關。

焊接過程主要的工藝參數(shù)為焊接熱輸入，焊接熱輸入是指熔焊時，由焊接熱源輸入給單位長度焊縫上的熱量。熱輸量和焊縫截面積成正比：

=(10)

式中，的單位為；的單位為mm2；為比例系數(shù)，焊接方式不同取值不同，對于藥皮焊條電弧焊=61，金屬極氣體保護焊=41，埋弧焊=72。

對于結構軟鋼，可以用下式求出焊接收縮力：

(11)

式中，為縱向剛度系數(shù)，取值為0.335；為線膨脹系數(shù)；E為彈性模量；為單位長度的熱輸入量；為比熱容；為密度。

4 固有應變法

焊接過程的固有應變包括塑性應變、溫度應變和相變應變。焊件恢復到室溫后，溫度應變即變?yōu)榱?，所以最后對焊件產(chǎn)生影響的就只剩下塑性應變和相變應變的殘余值之和。固有應變法的計算過程是把求得的固有應變值加到有限元模型上進行一次彈性分析。下面以T形焊接接頭為例，說明固有應變的求解方法。

在一個T型接頭中，焊接熱輸入按照一定的比例被分配到腹板和底板中[6]。分配到底板()和腹板()的熱量表達式如下：

(12)

(13)

式中，為總的熱量輸入；為腹板厚度；為底板厚度；、分別為左側和右側焊道的熱輸入。

縱向收縮力和熱輸入量之間存在線性關系，熱輸入量不同也會產(chǎn)生不一樣的縱向收縮力，所以底板和腹板的縱向收縮力分別為：

(14)

(15)

腹板和底板縱向固有應變(、)表達式如下：

(16)

(17)

式中，為總的縱向收縮力；為腹板處固有應變的高度；為底板處固有應變的寬度；為彈性模量。

底板橫向固有應變()的表達式為：

(18)

式中，為底板總的橫向收縮力。

縱向收縮變形會對橫向收縮變形產(chǎn)生影響，橫向固有應變()的最終表達式應為：

(19)

式中，為泊松比；為縱向收縮固有應變。

此外，由于底板上下表面收縮量不同引起的角變形通過沿著x方向的曲率來描述：

(20)

式中，為焊縫左右兩側底板角度變形的平均值，曲率可以認為是底板的角應變。

固有應變法計算快速，對于分析實際工程，尤其是大型構件的變形問題很有意義。

5 小結

本文總結了預測焊接變形的一些基本理論和主要方法，闡述了各種方法的特點和適用條件，對于不同的構件選擇不同的計算方法，規(guī)則的小構件采用解析法，結構復雜的小構件可以采用熱彈塑性有限元法，大型構件則采用固有應變法和收縮力法。

參 考 文 獻

[1]馬繼等. 預測焊接變形幾種方法的比較[C]. 第十次全國焊接會議論文集. 哈爾濱. 2001: 512-515.

[2]羅曉燕等. 基于ANSYS平臺焊接模擬中不同焊接熱源的比較[J]. 電焊機, 2003, 42(3): 29-32.

[3]T. Kasuya, N. Yorioka. Prediction of Welding Thermal History by a Comprehensive Solution[J]. Weld Journal, 1993, 72(3): 107-115.

[4]S. Brown, H. Song. Finite Element Simulation of Welding of Large Structures[J]. Journal Engineering for Industry, 1992, 45(4): 441-451.

篇8

作為我國基礎研究的卓越領導者、我國化學激光和分子反應動力學研究的開拓者之一，張存浩院士從事科學研究60多年，涉及多個前沿科技領域，取得了多項達到國際先進甚至領先水平的科研成果。而今已是耄耋之年的他，依舊是“老驥伏櫪，志在中華復興”，求索的腳步仍未停止。

家國情懷入心化行

1950年10月，獲得密歇根大學化學工程碩士學位的張存浩從美國回國，帶著他的一片赤子之心，一份報國之情。

觸發(fā)他決定回國的因素卻是1950年6月美國入侵朝鮮。“必須立即回國，否則自己的科技報國夢可能會落空?！睆埓婧菩睦镒聊ブ?，他料定美國會很快阻止中國留學生歸國，因此毅然決定放棄繼續(xù)深造的機會和國外多家單位給予豐厚待遇的工作機會，在國家最需要他的時候，回到當時條件還十分艱苦的祖國。

“從那個時代過來的人，親歷了顛沛流離，目睹了山河破碎，總有一種強國富民的情懷，太想為國家出一份力?！睆埓婧普f。

1937年，爆發(fā)，正在天津讀小學的張存浩被父母寄養(yǎng)到重慶的姑父母身邊。張存浩的姑父傅鷹、姑母張錦是經(jīng)受了“”洗禮、懷抱科技救國理想留學歸國的化學家，受姑父母的熏陶，強國富民的理想在年幼的張存浩心中滋生。

張存浩回憶：“記得我在福建長汀上中學時，每晚與傅、張兩先生在同一盞油燈下攻讀，傅先生向我談到了祖國的燦爛文化，談到了振興中華，談到了青年一代的責任，教導我一定要學好祖國的文化，當時讓我感動得淚流滿面，對我一生產(chǎn)生了深遠影響。”

1951年春，張存浩來到了東北科研所大連分所（中科院大連化學物理研究所的前身），開始了他的科技強國征程。

20世紀50年代初，我國石油供應十分短缺，又面臨西方國家的全面封鎖。為解決國家急需，張存浩和樓南泉等人日夜奮戰(zhàn)承擔了研究，在短時間內研制出了水煤氣合成液體燃料高效氮化熔鐵催化劑，并“中試”成功。

20世紀50年代末，在緊張的國際形勢迫使下，張存浩迅速轉入火箭推進劑這一對他來說幾乎是全新的領域，在文獻資料很少的情況下，不顧毒性和爆炸危險，大量實驗，最終和何國鐘院士等提出了固體推進劑燃速的多層火焰理論?！皼]想到中國在20年前就有了這么完美的燃速理論。”改革開放后，美國科學家在一次交流中驚嘆道。

一心撲在科研上，國即是家。甚至“有次回家時，竟然把孩子的名字都忘了”?；磉_的妻子遲云霞至今仍把此事當成笑話敘說?！皣倚枰裁矗揖妥鍪裁??！边@是張存浩那一代人的科研哲學。有人問過他：“你回國后，做了這么多任務性科研，沒有關注過自己的科學興趣，后悔嗎？”張存浩說：“不后悔，我回國，就是為了報效祖國?！?/p>

回首60多年的科研經(jīng)歷，張存浩說：“科學無國界，但科學家是有國界的?，F(xiàn)在的年輕人，愛國主義是應該無條件接受的?！?/p>

殫精竭慮培養(yǎng)人才

在張存浩的心中，這一切都是為了一個期盼：青年強，則國強。

2013年12月19日，中科院工程熱物理研究所研究員金紅光迎來了他學術生涯中最難忘的時刻，從中科院院長白春禮手中接過“院士證書”。

像金紅光這樣獲得過“國家杰出青年基金”資助并后來當選院士的，他不是第一個。國家自然基金委主任楊衛(wèi)介紹：“國家杰出青年基金至今已資助了3000余名優(yōu)秀青年科學家，其中已有近200名當選為中國科學院或中國工程院院士。”

而當初兩次致函總理，力薦設立國家杰出青年科學基金的，正是張存浩。

l991年初，張存浩出任國家自然基金委主任。當時處于科研一線的老一輩科學家年齡基本上都在50歲以上，人才老化問題嚴重，出國留學的人多而人才引進卻很困難。

“我們的理解力并不差，但缺少原創(chuàng)性，有時和別人同時起步，但逐漸落后，這與對基礎研究在培養(yǎng)人才中的作用認識不夠有很大關系?！?/p>

“其他國家的經(jīng)驗表明，科技創(chuàng)新的關鍵取決于高層次人才的數(shù)量和質量。培養(yǎng)高層次人才，是基礎研究的根本任務，應該創(chuàng)造一個這樣的環(huán)境?！?/p>

正是因為這些思考，張存浩提出了基礎研究要瞄準國家目標的戰(zhàn)略。他說：“科技工作者圍繞國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中重大深層次問題，瞄準科技前沿，在國家需求和科學前沿的結合上開展基礎研究。”

如今，許多科技工作者，不管是否曾得到過國家自然科學基金資助，都稱贊：“張先生是一個了不起的戰(zhàn)略科學家。”

大處得氣魄，小處也見精神。張存浩不僅是一位科技界的領航者，也是一位慈父般的長者。他關心青年，絲絲入懷?！捌陂g，我因為營養(yǎng)不良，全身浮腫，老師二話不說，將國家補貼的營養(yǎng)品雞蛋和牛奶全部給了我?！爆F(xiàn)已擔任博士生導師的徐正每憶起這段往事，還禁不住熱淚盈眶。

他提攜后學，任勞任怨。中國科學院大連化學物理研究所副研究員石文波說：“談到張先生，我首先想到的是幸福?！弊钭屖牟ǜ袘训氖牵骸皬埾壬诓〈采辖o我修改論文。當時我將論文發(fā)給先生，并不知道他生病了，先生也沒提及，只告訴我他看看?！睉浖按耸聲r，石文波哽咽在喉。

一點一滴總關情。在張存浩的心中，這一切都是為了一個期盼：青年強，則國強。張存浩說：“我堅定地相信，新世紀一定會大書特書中國科學的豐功偉績，這些豐功偉績將屬于新一代的中國科學家?！?/p>

另辟蹊徑創(chuàng)新求索

越是新的、難的前沿研究，就越不懼怕，這是張存浩的性格，也是他所說的在科研上“不入虎穴，焉得虎子”。

如果說從研究合成燃料轉到研究火箭催化劑，張存浩偏離他的專業(yè)還不算太遠的話，那么，研究化學激光，對張存浩來說，意味著一次真正“改行”。

重提當年，張存浩至今仍記憶猶新。他說：“化學激光技術是一項真正的尖端技術，當時什么都沒有，缺資料、儀器、設備，連基本的光譜儀、示波器也沒有?！?/p>

就是在這樣艱苦的條件下，1973年1月，大連化物所成立激光化學實驗室。張存浩與一大批中青年科學家一起，從頭學起，迎難而上，著手研制超音速燃燒型氟化氫（氘）激光器。

敢干，并不是蠻干。創(chuàng)新意味著要巧干，要另辟蹊徑。

當時，國外氟化氫（氘）激光器也是剛剛起步，但有關文獻上發(fā)表的卻是沒有實用價值的等離子加熱體系。張存浩決定，不照國外的路子走，獨立進行燃燒體系選擇。

在接下來的兩三年里，張存浩和他的同事夜以繼日地攻關，終于在較短時間內掃除了攔路虎，解決了相關關鍵技術，大大促進了實驗的進程。1973年氟化氫（氘）激光器輸出功率從零做到了幾瓦，兩年后，輸出功率又增加了幾個量級，整體性能指標達到當時世界先進水平。

“后來了解到，我們的效果與國外基本一致，但走的是完全不同的技術路線，”張存浩感慨地說，“并不是我們想要標新立異，而是因為在關鍵技術的應用研究上，發(fā)表出來的，往往是走不通的，而能走通的技術路線往往嚴密封鎖。因此，在確定研究路線時，一定保持清醒的頭腦?！?/p>

篇9

關鍵詞深井回灌水源熱泵含水層水熱運動熱貫通建筑容積率HST3D

1問題的提出

深井回灌式水源熱泵技術作為一種有益于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的冷熱源形式，在國內外空調工程界已經(jīng)得到了越來越多的應用[1][2]，文獻[3]給出了其基本原理與相關技術經(jīng)濟分析。這一系統(tǒng)方式利用溫度全年相對恒定的地下水作為水源熱泵的水源，通過建造抽水及回灌井群，實現(xiàn)夏季抽冷水、灌熱水，冬季抽熱水、灌冷水的這一全年角色輪換的運行過程，地下含水層內部的熱量或冷量被提取、蓄存和轉移。井群是深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)的一個關鍵組成部分，其正常運行與否決定了應用水源熱泵系統(tǒng)工程的成敗，井群的設計布局應當是慎之又慎的關鍵環(huán)節(jié)。目前國內進行此類工程的井群設計和施工過程中，系統(tǒng)方案的可行性判據(jù)基本取決于單井出水量是否滿足要求，以及能否實現(xiàn)良好的人工回灌。然而在進行該類工程井群部分的可行性分析和設計中，還需要考慮以下幾方面的問題：

（1）當?shù)睾畬又械哪芰啃畲?、轉移過程。

應用深井回灌方式，需要在設計階段知道當?shù)睾畬拥哪芰刻峁┠芰τ卸啻?，也就是系統(tǒng)可負擔的建筑容積率極限是多

少。當建筑物全年冷熱負荷不均勻時，系統(tǒng)對于含水層溫度的常年影響效果如何，是否會造成含水層"背景溫度"逐年降低或升高，從而導致系統(tǒng)運行失敗，相關的應對策略如何制定？

（2）"熱貫通"影響的避免

由于回灌水與原始含水層溫度存在的差異，在導熱和對流等作用下，回灌井水"溫度鋒面"會導致近抽水井出水溫度有不同程度的升高或降低，通常稱為"熱貫通"現(xiàn)象。如何確定適宜的井間距，如何確定井群的布局，避免"熱貫通"的影響，是設計人員關心的主要問題。對于高密度住宅小區(qū)或城區(qū)商用建筑應用深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)來說，由于可利用建筑用地的面積限

制，如何優(yōu)化井群布局及其各自對應的抽水或回灌角色，最大限度地避免"熱貫通"的不利影響是尤為關鍵的。

（3）水文地質條件的影響作用

該問題的核心是如何考慮速度相對較大的當?shù)氐叵滤匀涣鲃拥拇嬖趯τ诘叵潞畬訙囟葓龊途翰季值挠绊?，如何在建筑物冷全年熱負荷不均勻的情況下，利用自然地下水流場的存在，合理地優(yōu)化各井的抽水、回灌角色和輪換方式，從而實現(xiàn)對于能源的最優(yōu)利用。

（4）地面機組和管道系統(tǒng)形式和運行模式的影響作用

利用"小流量、大溫差"的系統(tǒng)運行方式，能夠實現(xiàn)對于含水層蓄能的最大利用，同時減少對于地下水資源最小程度的開采利用[3]。在"小流量、大溫差"和傳統(tǒng)的"大流量、小溫差"兩種運行工況下，地下含水量水層溫度場全年變化過程，以及所導致對應的井群布局差異如何，也是研究設計人員所關心的問題。

以上這些問題都需要尋求對于井群部分的含水層水熱運動過程適用的計算分析工具，研究井群當?shù)氐叵潞畬拥乃疅徇\動與水文地質條件、環(huán)境氣象因素和工程措施之間的關系，為該類系統(tǒng)的相關設計與分析提供科學的依據(jù)，以推動集中式水源熱泵機組應用的進一步推廣。

在此工程背景下，筆者通過比較目前工程學術界流行的含水層流動傳熱模擬程序，選擇利用了美國地質調查局開發(fā)的地下水流動、傳熱、傳質三維有限差分模擬程序HST3D，對一典型雙井承壓含水層進行了全年溫度場和流場模擬，對該程序應用本問題的功能性和適用性作出評價，指出其需要完善之處。

2含水層中的水熱運動及相關數(shù)值模擬

2．1含水層中的水熱運動

自然界含水層中的地下水流動一般滿足達西定律，而含水層內部的傳熱過程包括：

（1）地下水的對流換熱過程；

（2）地下水的導熱過程；

（3）固體骨架的導熱過程；

（4）由于通過多孔介質孔隙的不同流動通道液體的機械混合造成的局部熱彌散，以及由于不同地質成分構造混合所造成的宏觀熱彌散過程；

（5）地下水與固體骨架之間的傳熱。

在含水層傳熱中，當含水層骨架顆粒較小和流體流動雷諾數(shù)較低時，可以假定流體溫度場與固體骨架的溫度場時一致的，因此可以不考慮上面第5項的熱量傳遞。

第4項由含水層多孔介質熱彌散機理所造成的熱量傳遞，對于含水層內部的整體傳熱過程存在著不可忽略的影響，特別是單井周邊含水層中由于相對較高的地下水孔隙流速，熱彌散的影響作用尤為突出。

2．2含水層水熱運動數(shù)值模擬

含水層水熱運動的建模和模擬計算工作，在含水層季節(jié)性熱蓄能等相關領域已經(jīng)進行了較長時間的深入研究。含水層季節(jié)性熱蓄能的應用和研究，早于上世紀七十年代中期已經(jīng)相繼在我國、北歐、北美等地區(qū)和國家開展。美國加州大學的LawrenceBerkeleyLaboratory(LBL)建立了相應的單井含水層蓄能有限差分數(shù)值模擬程序CCC，并通過該程序對現(xiàn)場實驗進行了模擬和分析[4]。國內陳兆祥[5]和薛禹群[6]等亦完成了相關模擬計算和現(xiàn)場實驗工作。國際能源組織于1993年至2000年期間所完成的IEAANNEX8：ImplementingUndergroundThermalEnergyStorage，其中一個子項目就是關于地熱蓄能的設計分析工具應用與評價，G?ranHelstr?m[7]在其為該子項目所作的總結報告中列出了適用于含水層水熱運動分析現(xiàn)行軟件，包括AST、TWOW、SUTRA、Tradikon、HST3D等程序。Chiasson[8]的論文中亦列出了適用于含水層水熱運動分析的現(xiàn)行軟件，除以上所列以外，還包括SWIFT、AQUA3D、FEFLOW等。下面將對HST3D程序作原理和功能介紹。

3HST3D簡介

HST3D[9][10]是英文Three-Dimensionalflow，Heat,andSoluteTransportmodel的簡稱，它是美國地質調查局（USGS）于80年代末開發(fā)的一套開放型研究用程序。HST3D采用控制容積的能量平衡法對三維流動、傳熱和傳質微分方程進行離散求解，能夠實現(xiàn)飽和含水層中流動、傳熱和傳質過程的非穩(wěn)態(tài)模擬，可用于飽和地下含水層相關流動、傳熱和傳質問題的模擬，包括熱田和土壤熱、海水入侵、放射性核廢料填埋等問題。HST3D具有很強的實用性，其性能包括程序設計結構的模塊化、離散方法的簡單化和求解方法的多樣化、允許采用多種坐標系及不等距網(wǎng)絡等，其開放性的模塊化結構信紙科研人員可以根據(jù)需要添加、修改或刪除相應的模塊。

HST3D所求解的流動、傳熱以及物性方程[11]分別如下：

飽和含水層的流動微分方程：

（1）

飽和含水層的傳熱微分方程：

（2）

假定密度ρ為壓力和溫度的函數(shù)，其液體物性方程：

（3）

HST3D對于離散方程的系數(shù)矩陣的求解方法包括：（1）三對角直接求解法（2）逐次超松弛迭代法（3）基于紅黑排序的通用共軛梯度法（4）基于D4Z排序的通用共軛梯度法。

HST3D能夠處理第一、第二和第三類邊界條件，能夠處理點源和面源問題，在三維網(wǎng)格坐標方向允許設置不同的土壤傳導參數(shù)及容積參數(shù)。能夠處理承壓含水層問題，以及存在自由水面的潛水含水層問題。

我們選擇HST3D作為問題計算分析工具，為進一步評價該程序應用于本問題的功能性和適用性，利用HST3D對一典型近似工況下的雙井承壓含水層的全年溫度場和流場進行了模擬。

4雙井承壓含水層模擬

選取區(qū)域為長300m×寬200m×厚30m的具有上下不透水層的雙井承壓含水量水層為計算模型（見圖1），中部承壓含水層以及上下不透水層的厚度均為10m，相關水力熱力參數(shù)見表1。模型區(qū)域中央為一抽水井和一回灌井，兩井相距100m，兩井均為完整井（透水井壁空越整個承壓含水層）。模型的初始溫度為15℃，ABCD、EFGH邊界面為15℃恒溫邊界條件，ABFE、CDHG邊界面為定水頭邊界條件，ADHE、BCGF邊界為不透水邊界。模型設定為無自然水頭條件。

圖1承壓含不層計算模型示意圖

模擬模型的含水層水力熱力參數(shù)表1

承壓含水層不透水層單位

滲透率5.3×10-111×10-12m2

孔隙度0.250.35

固體骨架可壓縮系數(shù)4.6×10-44.6×10-4Pa-1

固體骨架比熱容696696J/(kg·℃)

固體骨架的熱傳導系數(shù)26002600kg/m3

縱向彌散率40m

橫向彌散率10m

為了盡可能模擬水源熱泵系統(tǒng)的全年"大溫差，小流量"的運行工況，首先進行持續(xù)50天的夏季工況運行，抽水及回灌流量均為1200t/d，回灌水溫恒為25℃；然后為持續(xù)50天的過渡季工況，兩井停止運行；最后為持續(xù)50天的冬季運行，抽水及回灌井輪換角色，流量均為1200t/d，回灌水溫恒為6℃。需要強調的是，由于HST3D程序的輸入功能限制，本算例不得不采用固定流量和固定回灌溫度。

該算例的模擬結果如下：

由圖2可以看出，夏季工況期間，回灌熱水鋒面已經(jīng)到達抽水井，出現(xiàn)"熱貫通"現(xiàn)象，同時部分回灌熱量以導熱為主的方式向上下不透水層傳遞。由圖3可以看出，過渡季工況期間，熱量傳遞過程以導熱為主，大部分夏季回灌熱量在含水層內部實現(xiàn)"跨季節(jié)"儲存。由圖4可以看出，冬季工況期間，回灌冷水鋒面同樣已經(jīng)到達抽水井，但是由于夏季回灌熱水的存在，在一定程度上緩解了冷水鋒面對于抽水井出水溫度的影響。

圖225℃連續(xù)回灌50天（夏季工況）含水量水層中心剖面溫度分布，A井回灌，B井抽水

圖3停止運行連續(xù)50天（過渡季工況）含水層中心剖面溫度分布，A和B井停止運行

圖46℃冷水回灌連續(xù)50天（冬季工況）含水層中心剖面溫度分布，A井抽水，B井回灌

由圖6可以看出，夏季工況期間，抽水井出水溫度逐步上升，由原始含水層溫度15℃升至約19℃；冬季工況運行開始階段，由于夏季回灌熱量在含水層中的蓄存，抽水井出水溫度遠高于含水層原始水溫，達24℃，可以看出在冬季運行期間實現(xiàn)了部分夏季回灌熱量的"熱回收利用"。

圖5雙井運行期間含水層中心平面流速分布示意圖

圖6冬夏季抽水井出水水溫變化曲線

5HST3D適用性評價

筆者認為，作為適用于深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)井群部分含水層水熱運動的模擬分析的工具，需要能夠實現(xiàn)以下幾方面的功能：（1）能夠處理非穩(wěn)態(tài)問題，能夠讀入動態(tài)的邊界條件參數(shù)（2）能夠實現(xiàn)對于井群的參數(shù)設置（3）能夠處理熱邊界條件（4）能夠實現(xiàn)壓力場（水頭）的計算（包括單井水頭和遠端邊界的水頭影響）（5）能夠反映符合工程實際的真實的物理過程，能實現(xiàn)地面系統(tǒng)與井群兩部分的聯(lián)合運行工況分析。

通過利用HST3D進行雙井承壓含水層的模擬，可以看出HST3D可以滿足以上所列前4項功能，能夠實現(xiàn)一定水文地質條件下含水層水熱運動的非穩(wěn)態(tài)模擬，能夠給出在一定的井群運行工況下能量在含水層中轉移、蓄存的過程分析，能夠給出抽水井的動態(tài)溫度變化。

但是HST3D還不能夠實現(xiàn)地面以上部分（熱泵機組）和地面以下部分（井群及共周邊土壤）的全年聯(lián)合運行分析，也就是說不能夠根據(jù)建筑物全年動態(tài)負荷變化判斷回灌溫度和水量，從而對于符合工程實際上的過程進行模擬。由于HST3D具有一定的開放性和可拓展性，進一步的工作將為添加相關的建筑物負荷模塊，完善其作為深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)井群運行的地下含水層傳、蓄熱性能模擬研究的計算分析工具。

6結論

井群是深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)的設計和分析過程的關鍵部分，研究井群周邊土壤的水熱運動與當?shù)厮牡刭|條件因素、環(huán)境氣象因素和工程措施之間的關系，為集中式水源熱泵機組的進一步推廣提供科學的依據(jù)，是當前迫切需要解決的問題。

通過比較目前流行的含水層流動傳熱模擬程序，選擇利用了美國地質調查局編寫的HST3D程序，對于一典型雙井承壓含水層的溫度場和流場進行了全年運行模擬，通過對于計算結果的評價，我們認為HST3D能夠作為對于本問題的分析計算工具，但是還需要實現(xiàn)地面以上部分（熱泵機組）和地面以下部分（井群及其周邊土壤）的全年聯(lián)合運行分析。

另外，關于計算輸入?yún)?shù)以及邊界初始條件的合理選取問題，是利用數(shù)值模擬方法分析問題的一個重要前提，現(xiàn)場水力實驗和相關的熱物性實驗是獲得工程當?shù)睾畬雍侠韰?shù)的一個有效途徑。特別是關于含水層內部的微觀和宏觀熱彌散問題，有必要從理論角度作進一步的研究工作。

符號表

n--有效孔隙度；

ρ--密度，kg/m3；

t--時間，s；

μ--黏度，kg/(m·s)

K--滲透率張量，m2；

P--相對大氣壓強，Pa；

R*--源匯項，kg/(m3·s)

T--溫度，℃；

DH--熱彌散張量，W/（m·℃）；

Q*--熱源匯項，W/m3；

c--比熱容，J/（kg·℃）；

k--熱傳導系數(shù)，W/（m·℃）；

βP--流體壓縮系數(shù)，Pa-1;

βT--流體熱膨脹系數(shù)，℃-1。

下標l和s分別表示地下水流體和多孔介質固體骨架。

參考文獻

1殷平，地源熱泵在中國，現(xiàn)代空調3，空調熱泵設計方法專輯，中國建筑工業(yè)出版社，2001

2范新等，水源熱泵系統(tǒng)及其應用，現(xiàn)代空調3，空調熱泵設計方法專輯，中國建筑工業(yè)出版社，2001

3江億，解決住宅供熱空調需求的水源熱泵系統(tǒng)，全國暖通空調制冷2000年學術文集，2000-10：127～131

4ChinFuTsang,ThomasBuscheck,ChristineDoughty.Aquiferthermalenergystorage:anumericalsimulationofAuburnuniversityfieldexperiments.Waterresourceresearch,vo1.17,No.3,June1981.

5陳兆祥，承壓含水層單井的蓄冷模擬及其蓄冷效果分析：[清華大學碩士論文]，1983

6Xue,Y.,C.XieandQ.Li.Aquiferthermalenergystorage:anumericalsimulationoffieldexperimentsinChina.WaterResour.Res.,1990,Vo1.26,No.10,2365～2375

7G?ranHelstr?m,IEAECESImplementingAgreementAnnex8:UTESS,Subtask4:UTESSDesignandAnalysisTools,FinalReport,November2000

8AndrewD.Chiasson,MasterThesis:AdvancesinModelingofGround-sourceHeatPumpSystems,OklahomaStateUniversity,December1999

9Kipp,K.L.,Jr.,1997,Guidetotherevisedheatandsolutetransportsimulator,HST3D-Version2:U.S.GeologicalSurveyWater-ResourcesInvestigationsReport97-4157

篇10

利用廢舊聚酯生產(chǎn)聚酯多元醇

項目簡介：該技術成果是利用工業(yè)和生活中廢棄的聚酯塑料（如礦泉水瓶、飲料瓶、食用油桶）以及聚酯廠生產(chǎn)中的廢料，聚酯制品的邊角料、廢料等材料，經(jīng)化學處理制成聚酯多元醇，作為生產(chǎn)聚氨酯發(fā)泡材料以及塑料、橡膠、涂料、粘合劑等合成材料的中間體。聚酯多元醇與目前市場上應用廣泛的聚醚多元醇相比，耐溫、耐磨、耐油和機械強度高占有優(yōu)勢，因此在聚氨酯發(fā)泡材料、合成革、涂料、粘和劑、彈性體等制品中顯示出其特性而得到發(fā)展。特別是近年來大量應用的聚醚型聚氨酯硬泡材料中，加入一定比例的聚酯多元醇，可較大幅度提高材料的強度，從而可顯著降低聚氨酯硬泡材料的生產(chǎn)成本；由于聚酯型發(fā)泡材料導熱系數(shù)小，保溫隔熱性能優(yōu)異，目前在管道保溫及建筑隔熱等方面得到廣泛應用。

科技成果的綜合優(yōu)勢是：

1.利用廢棄的聚酯塑料制品廢料，屬環(huán)境保護大力支持項目；

2.產(chǎn)品用途廣泛，市場需求量大；

3.生產(chǎn)設備和工藝簡單，投資少，回收資金快；

4.利用廢料生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低廉；

5.應用少量的化學溶劑，可以回收，基本上做到無污染物排放。

該技術經(jīng)實驗室研究并完成100立升反應釜中間放大試驗，工藝成熟，市場前景看好，機器設備可成套訂貨，原材料國內即可隨時購買，充分滿足生產(chǎn)需求。

應用范圍：聚氨酯材料是我國近十年來發(fā)展最快的合成材料之一。聚氨酯行業(yè)提出了“加強結構發(fā)泡和高承載泡沫塑料的研制和推廣應用”，對聚酯多元醇將會提出更多的要求。

廢輪胎減壓催化裂解制檸檬油精優(yōu)質燃油與活性碳

項目簡介：我國是橡膠消費大國，2003年橡膠消費量超過310萬噸，居世界第一位。我國也是輪胎生產(chǎn)和消費大國，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的急速發(fā)展，年產(chǎn)生的廢舊輪胎在1億條左右，國內主要大都市的市郊結合處，隨處可見綿延上千米堆積如山的廢輪胎堆積點，加上近年來廢舊輪胎進口量有增無減，帶來了日益嚴峻的回收處理問題。由于國際原油價格的上漲，國內燃油供應趨于緊張，價格直線攀升，巨大的利潤空間導致土法廢輪胎煉油一度盛行屢禁不止，對環(huán)境造成了嚴重污染。

該項目針對日益嚴峻的廢輪胎回收處理問題，將減壓熱解與催化技術相結合，在較低的溫度和停留時間下由廢輪胎熱解制取含有高濃度檸檬油精的燃油產(chǎn)品，并明顯改善熱解碳黑的品質，碳黑經(jīng)粉碎風選所得超細粉可直接用作補強碳黑或油墨工業(yè)，粗粉經(jīng)活化造孔制備高比表面積活性碳，可廣泛地用在廢水廢氣治理方面，經(jīng)蒸餾提取富集的檸檬油精產(chǎn)品可作為優(yōu)質溶劑，用在去污劑、涂料、溶劑等方面，精制的檸檬油精可用在制藥行業(yè)，具有很好抗癌作用。

主要技術性能及指標：

(1)處理1噸廢輪胎制取濃度為90％的檸檬油精45－50公斤；

(2)熱解碳黑超細粉達到商業(yè)補強碳黑和油墨碳黑標準；

(3)熱解碳黑粗粉經(jīng)造孔活化制備的活性炭比表面積達到600m2/g。

適用范圍及應用條件：生產(chǎn)的優(yōu)質燃油可在燃油鍋爐上廣泛應用，碳黑主要用作橡膠制品補強，檸檬油精產(chǎn)品可廣泛地作為優(yōu)異的溶劑用在去污劑、涂料、溶劑等方面，精制的檸檬油精可用在制藥行業(yè)，具有很好的抗癌作用。

已應用情況：生產(chǎn)的燃油產(chǎn)品已供不應求，碳黑產(chǎn)品也逐漸在制鞋行業(yè)應用。

已具備的推廣應用條件：小試技術已經(jīng)成熟，產(chǎn)品性能超過行業(yè)應用的相關標準。

推廣應用計劃及措施：計劃建設年處理廢輪胎10000噸的示范裝置。

廢水污泥資源化―與生物質或低階煤共混生產(chǎn)固型燃料

項目簡介：該項目根據(jù)污泥的粘結性、能量性，采用與生物質廢棄物（木粉、稻草等）或低階煤進行混合，加入脫硫、脫氯添加劑后生產(chǎn)固型燃料，這種固型燃料可作為發(fā)電燃料。具有減量性好，無害化程度高，容易進行能量利用等優(yōu)點。

該項目內容分兩個部分：（1）對將通過對污泥固型燃料的配比、添加劑選擇、成型條件等的優(yōu)化；（2）對現(xiàn)有型煤鍋爐進行適應性改造，并對鍋爐燃燒、發(fā)電系統(tǒng)能量利用優(yōu)化，建設日處理污泥150噸（相當于30萬噸污水廠的脫水污泥產(chǎn)量）的固型燃料發(fā)電示范工程。

主要技術性能及指標：

污泥固型燃料的成型水分低于20%，成型壓力150～200kg/cm2，抗壓強度大于50kg/個，落下強度>75%，轉鼓強度大于>70%；示范工程日處理污泥150噸；發(fā)電裝機容量6000kW，發(fā)電效率20%以上；每噸污泥型煤的制造成本約為市場煤炭價格的50％；發(fā)電后煙氣經(jīng)處理排放應符合《燃煤電廠大氣污染物排放標準》GB 13223―91。

適用范圍及應用條件：適合具有10萬噸以上（脫水污泥產(chǎn)量在50噸/日以上）的地區(qū)進行污泥資源化利用。

造紙廢液生產(chǎn)有機無機復混肥與調理劑

項目簡介：根據(jù)亞銨法麥草紙漿廢液測試報告表明：廢液中含有豐富的營養(yǎng)元素和有機物質，pH中性偏酸。其中含氮達1.1%，含鉀0.2%，固形物10%，而且還含有少量的磷、硅及微量營養(yǎng)元素。含有這些高濃度營養(yǎng)物質的廢液，若直接排放到江河，不僅是浪費資源，而且引起水系富營養(yǎng)化，導致生態(tài)環(huán)境嚴重惡化。麥草紙漿廢液含有大量的木質素磺酸，木質素磺酸是很好的絡合劑，常被用來作為提高微量營養(yǎng)元素肥效的一種有效措施。木素磺酸鹽同時也是一種新型、天然、高效廣譜的植物生長調理劑。

經(jīng)過對多種農作物的應用試驗和大面積應用示范，試驗表明：它對多種作物增進光合作用，提高分蘗能力，增強植物創(chuàng)傷部位的愈合能力，增強抗逆性，調節(jié)活性氧的代謝，穩(wěn)定植物細胞膜系統(tǒng)，并有保綠和延緩衰老的功能，可廣泛應用于各種農作物、蔬菜、瓜果、果樹及苗木的扦插、嫁接等。

充分合理利用紙漿廢液中的有效營養(yǎng)成分，變廢為寶，應該是造紙行業(yè)解決和處理造紙廢液的最佳途徑。本公司在原有復混肥生產(chǎn)技術的基礎上潛心研究，開發(fā)出利用紙漿廢液生產(chǎn)有機無機復混肥產(chǎn)品的生產(chǎn)新技術。

利用紙漿廢液，經(jīng)濃縮作為有機源，比其它有機源有如下特點：

1.具備絡合微量元素肥料的增效功能；

2.植物生長調理功能；

3.重金屬含量低，符合無公害農產(chǎn)品的肥料無害化要求；

4.生產(chǎn)成本更低，利潤更高。紙漿廢液用作有機源，噸成本僅為50元人民幣。市場前景非?？捎^。

產(chǎn)品性能：環(huán)境保護

堆制法去除有機化工廢渣的遺傳毒性

項目簡介：利田廢棄物土壤處理的一種技術――“堆漚”方法，促進有機化工廢渣被土壤微生物降解而降低乃至消除遺傳毒性(致突變性)和急性毒性。該技術包括“堆漚”構筑物，工藝條件，降解菌的培育等。無滲漏地下堆漚60天，能有效地降低油漆廢渣、染化廢渣的急性毒性(發(fā)光細菌法和大白菜幼苗存活試驗為檢驗指標)，使油脂化工和染化渣中主要化合物降解83-99%，油漆渣中主要化合物降解55%。

廢棄光盤資源化處理技術

項目簡介：我國每年產(chǎn)生數(shù)十萬噸(準確數(shù)量很難統(tǒng)計，數(shù)十億張），重量雖然不大，但其面積很大，10萬噸光盤平鋪面積約96平方公里，相當于老北京城區(qū)的面積。每年集中于北京地區(qū)的光盤估計有1萬噸左右。隨著信息業(yè)的發(fā)展和廢物分類回收管理的推進，廢光盤處理日漸必要。

填埋――難于降解(幾十年時間)，污染土壤和水資源（金屬水解）。光盤上金屬重量雖然只占總量的0.8%左右，但其厚度僅有幾微米，單位重量金屬與土壤接觸面積很大。10萬噸光盤含有金屬雖然只有800噸，但其面積相當于約150萬噸5毫米厚金屬板的表面積。因此光盤金屬雖少，但其污染速度相當大。焚燒――產(chǎn)生二惡英（致癌物質，最難解決的環(huán)保問題），造成大氣污染。

技術特點：在一特定反應裝置內將光盤置入含有表面活性劑的溶液內，在電磁波的作用下，光盤基體上的金屬膜和保護層被分離，溶液經(jīng)過濾后循環(huán)使用，并將金屬層和保護層分離出來，干凈的VCD基片可作為新的VCD基片生產(chǎn)原料或工程塑料原料。其生產(chǎn)過程無二次污染。

含鎳廢催化劑綜合回收新工藝

項目簡介：該項目是處理多種含鎳廢催化劑，并綜合回收其有價金屬元素的提取及分離新工藝。依據(jù)物料組分的差異，開發(fā)了兩套通用與獨立相結合的技術路線。特別為高鋁廢鎳催化劑的合理利用開辟了一條新途徑。對促進大工業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)，充分挖掘二次資源潛力都具有特別重要的意義。該項目在河南省長葛化工有限公司完成了年處理200噸能力的工業(yè)實驗，并于1990年10月通過了中國科學院與河南省科委組織的聯(lián)合鑒定。是中國科學院的重要研究成果。

技術特點：新工藝創(chuàng)新之處在于它在理論上利用多種化學反應過程的動力學差異，在工藝流程設計上采用三段合一，一步交叉完成中和殘酸、產(chǎn)出不需重結晶的優(yōu)質鋁鹽副產(chǎn)品，并實現(xiàn)了大量鋁鎳分離等多種目的。

新工藝解決的技術關鍵：(1)通過調節(jié)浸取過程的各種參數(shù)，實現(xiàn)了鎳的最佳浸取及其他元素的控制浸取。(2)通過對沉淀劑加入濃度和加入速度的規(guī)律性改變，獲得良好的分離凈化效果，微量鐵鋁的去除率均大于99%。并形成過濾性能好的渣型，提高過濾速度近6倍。(3)新工藝創(chuàng)造性地解決了硫酸鹽體系中大量鎳與大量鋁的分離難題。在多元素的綜合提取與分離技術方面屬國內首創(chuàng)，國際上未見報道。(4)新工藝較常規(guī)工藝降低成本約15%。主金屬鎳的收率可提高10%。具有明顯的經(jīng)濟效益。新工藝屬二次資源的綜合利用，且過程不產(chǎn)生二次污染，具有較好的社會環(huán)境效益。

固體廢棄物綜合利用――功能材料開發(fā)

項目簡介：經(jīng)過多年的研究與開發(fā)，該技術有如下特點：

1.原材料基本上是工業(yè)固體廢棄物,是一種或多種工業(yè)固體廢棄物的混合物；

2.工藝流程不復雜,操作簡單, 設備投資不大；

3.生產(chǎn)規(guī)模選擇范圍寬,對不同條件的不同區(qū)域適應性。

隨著工業(yè)和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人類的生活水平逐步提高，與此同時，也引發(fā)了能源、廢棄物、環(huán)境污染等復合問題。就我國而言，連續(xù)多年超億噸的產(chǎn)鋼量使得冶金工業(yè)已經(jīng)成為固體廢棄物產(chǎn)生的最大行業(yè)之一，僅1999年固體廢棄物產(chǎn)出量就為7.8億噸，而綜合利用率只有45.6%，累積量已達53億噸，至今沒有理想的處理方法。這么大數(shù)量的廢棄物不僅需要大量的土地堆放，而且會導致嚴重的地下水質、土壤和大氣污染問題。此外，也造成了資源的浪費。這是因為傳統(tǒng)意義上所謂的工業(yè)固體廢棄物中實際上含有很多有用的成份，如：某發(fā)電廠的粉煤灰，其主要成份是SiO2和Al2O3，分別約占總重量的50%和30%，此外還含有一定量的Fe2O3、CaO、MgO和NaO等；某煉鋼廠的轉爐塵泥，其主要成份是Fe2O3，約占總含量的25%，此外，還含有一定量的CaO、ZnO、MgO等。如果能將這些工業(yè)固體廢棄物中的有用成份有效地加以資源化利用，對于解決我國目前所面臨的日趨嚴重的資源匱乏危機和環(huán)境污染問題、以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實現(xiàn)，都將有深遠的意義。基于這樣一種狀況，對固體廢棄物的有效利用和無害化處理在我國已迫在眉睫。

廢塑料熱熔膠裝飾板

項目簡介：該工藝特點：1.克服了游離甲醛等揮發(fā)性物質對人體的慢性中毒和廢塑料與石粉污染環(huán)境的公害；2.選擇不同材質的廢舊塑料和助劑，使得制出的裝飾板具有耐水、耐油、耐酸堿及阻燃等特殊功能；3.價格低廉，效益好，原料來源廣泛，工藝簡便等。

該技術領域國內外發(fā)展現(xiàn)狀 長期以來以脲醛、酚醛樹脂為膠粘劑的裝飾板，由于生產(chǎn)和使用過程都有游離甲醛逸出，污染環(huán)境，損害人的健康。世界各國都投入大量人力、物力致力于低醛膠粘劑的研制，至今均未得到徹底解決。

該產(chǎn)品改善生產(chǎn)條件和環(huán)境污染問題。利用廢舊塑料為熱熔膠粘劑代替脲醛、酚醛樹脂膠粘劑，是改善人造板加工工人條件和使用環(huán)境十分有效的根本性措施。在建材和家具制造方面有著廣泛的應用前景。

農業(yè)廢棄纖維制環(huán)保包裝材料

項目簡介：利用農業(yè)廢棄纖維（甘蔗渣、稻草、麥草、玉米稈等）為主要原料，用專利方法將多層不同纖維一次復合成模塑包裝材料，如工業(yè)品（尤其電器產(chǎn)品）內襯的緩沖防震材料、環(huán)保容器(觀賞花盆、快餐具)等產(chǎn)品。我國農村每年有稻草、麥草、玉米稈等總量為4.8億噸，其中僅有20%用于制漿造紙及制板工業(yè)。

技術特點：

1.變廢為寶：把農業(yè)廢棄植物纖維變工業(yè)原料。

2.環(huán)保：產(chǎn)品替代聚苯乙烯發(fā)泡塑料，減少“白色污染”。

3.技術創(chuàng)新：多層不同纖維一次復合模塑成型。

4.產(chǎn)品結構：農業(yè)廢棄纖維粉構成厚的中芯層，紙漿構成薄的內外表層。

5.外觀特性：外觀完全象紙漿模塑產(chǎn)品，性能與發(fā)泡塑料及紙漿模塑相似。

6.成本低廉：是廢紙漿或原紙漿的1/4－1/3。

廢舊塑料制水泥減水劑

項目簡介：以廢舊塑料為原料,經(jīng)化學預處理后，加進有機溶劑及填料，制備出高效水泥減水劑。產(chǎn)品主要用于水泥混凝土的拌制，既可減少混凝土拌制時的用水量，提高混凝土的強度，又可保持混凝土具有良好的流動性，產(chǎn)品經(jīng)質量檢驗部門檢測，各項技術指標達到（部分超過）國標一等品水平，綜合性能優(yōu)于市面銷售的密胺型高檔減水劑。

1.環(huán)保技術：變廢塑料為生產(chǎn)原料，大大降低原料成本。

2.泌水率：小于85.7%。

3.減水率：在添加量為0.8 %時，減水率可達20%以上。

4.無腐蝕：對鋼筋無腐蝕作用。

5.抗壓強度：水泥混凝土28天的抗壓強度可提高35%。

6.抗?jié)B能力：達到國標最高級S12。

7.價格優(yōu)勢：質量優(yōu)于密胺型高檔減水劑，而售價卻低得多。

生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)5000噸 原料成本：2000元/噸

主要設備：2噸反應釜5臺

綜合成本：2500-2900元/噸，2噸中和反應釜5個

市場售價：5500元/噸

用于核廢料回收的納米LiAlO2粉體制備技術

項目簡介：該技術提供了一種基于水熱合成法和燃燒合成法的γ－LiAlO2高活性粉體和陶瓷制備技術，可以將非溶性鋁源通過水熱處理后獲得可溶性鋁源，可以處理和回收再利用γ－LiAlO2中子輻照和提取氚后的核廢料。這種γ－LiAlO2陶瓷制備技術所使用的原材料可以是各種形態(tài)的氧化鋁，也可以是氫氧化鋁的凝膠或各種結晶相粉體，或是經(jīng)過中子輻照后的γ－LiAlO2陶瓷的廢料，制備過程中首先將上述鋁源的各種原材料的粉體與一定的酸堿度LiOH和NaOH水溶液混合配制成一定固含量的泥漿，在適當?shù)乃疅釛l件下水熱處理后制得前驅粉體。前驅粉體主要是鋰和鋁的混合氫氧化物，即LiAl2(OH)7.2H2O粉體，也可能含有一定量的偏鋁酸鋰。將前驅粉體溶于硝酸溶液，以NH4NO3調節(jié)其PH值，以甘氨酸、尿素等燃料進行結合后通過燃燒反應均可直接獲得納米級的γ－LiAlO2陶瓷粉體。

這種技術的一個優(yōu)點是在水熱條件下可將一些對熱中子的俘獲截面較大且輻照生成物半衰期長的元素特別是金屬鈉具有很好的分離效果。

可以處理和回收再利用γ－LiAlO2中子輻照和提取氚后的核廢料。

固體廢棄物高值化―廢舊塑料和粉煤灰復合新材料開發(fā)與應用

項目簡介：根據(jù)產(chǎn)品不同使用要求和加工條件，添加不同品種、不同含量的輔助劑，通過在熔融共混過程中在合宜的加工溫度和時間下各成分間的協(xié)同作用和在線反應，極大的改善塑―灰界面粘結性，且使粉煤灰能均勻地分散于塑料中，達到增塑、增韌、增容的目的，使制品具有良好的力學性能和抗腐蝕性、耐水性、抗老化性、耐磨；使所開發(fā)制品的力學性能與廢舊塑料相比提高15%以上，使用溫度提高10oC上。該項目通過吉林省科技廳和吉林省環(huán)保局共同主持的中試成果鑒定；與會專家一致認為此項目已達到國際先進水平，具備年產(chǎn)千噸級的生產(chǎn)能力，為進一步規(guī)?；a(chǎn)提供可靠理論依據(jù)；申請發(fā)明、實用新型專利各3項，現(xiàn)已獲權2項。

該項目研制的新材料可制作市政工程檢查井蓋、排水池箅、樹池箅、各種板材、管材等。檢查井蓋產(chǎn)品特點：一是性能優(yōu)良，抗壓、抗彎、抗沖擊能力高于其它同類產(chǎn)品，而且耐熱、耐寒、耐酸堿、耐老化，制品力學強度高（鑄鐵重型井蓋國標為360KN,我們研制的產(chǎn)品可達420KN），我們研制的復合材料檢查井蓋是國內唯一通過了權威部門北京市政工程研究院檢測；二是價格低廉，該產(chǎn)品原料的95％為工業(yè)粉煤灰和廢棄塑料，生產(chǎn)成本低，可取代鋼材水泥；三是凈化環(huán)境，資源再生，四是美觀、安全、不丟失。

該項目研制的新材料可制作市政工程檢查井蓋、排水池箅、樹池箅、各種板材、管材等。

市場前景及經(jīng)濟效益分析：如果投資200萬元，年產(chǎn)值可達到500萬元，利稅200萬元，投資回收期2年，凈資產(chǎn)收益率在20%以上。

市政工程：各種檢查井蓋、排水池箅、樹池箅；公路：防護欄、護坡板、隔離墩；建筑：建筑用管材、板材等；交通：礦山用鐵路枕木、高速公路防護欄樁；這些工程將為廢舊塑料和粉煤灰復合新材料固體廢棄物高值化產(chǎn)品提供幾十億元的市場份額。

（規(guī)模、需要資金、所需廠房、設備及特殊要求的公用工程等）：

投資200萬元，年生產(chǎn)能力設計3000噸，需要廠房600平方米，主要設備包括：高攪機、擠出機、塑料壓制機、粉碎機、模具、檢測設備等。

等離子體廢物處理技術

項目簡介：等離子體通常是含有大量電子、離子、分子、原子以及自由基的電離氣體，但其宏觀上呈電中性，并具有很高的化學活性。是物質固、液、氣三種形態(tài)之外的第四種形態(tài)。用等離子體廢物處理技術，其主要內容是利用大功率等離子體矩(Plasma Torch)處理危險有害的廢棄物，等離子體炬的中心溫度可高達攝氏2~3萬度。炬邊緣溫度也可達到3千度左右。處理過程為廢料分解和再重組過程，使得這類廢物無害化，減容化和資源再生化，并達到污染“零排放”標準，為解決危險或有害垃圾的處理問題提供一個科學、有效、經(jīng)濟的技術手段。等離子體廢物處理技術可用于處理包括有機溶劑廢物、廢礦物油、含多氯聯(lián)苯廢物、醫(yī)院廢藥物及其他廢物、農藥廢物、有機樹脂類廢物、爆炸性廢物、含金屬羰基化合物廢物、含有色金屬及重金屬的廢物、石棉廢物、放射性廢物在內的數(shù)千種有毒有害廢物。

產(chǎn)品性能：具有技術先進和不可替代性，市場前景寬廣等優(yōu)勢

多功能――可以處理所有種類的有毒有害危險及非危險廢物，包括有機的、無機的、氣體、液體及固體。

卓越的性能――能夠完全地、安全地將有毒廢料轉化成無毒有使用價值的產(chǎn)品。

零排放――不會排出有毒物質及產(chǎn)生二次污染，符合最嚴格的排放標準。

資源循環(huán)――廢物可轉換成具有循環(huán)使用價值的產(chǎn)品。

減容比高――減小廢物體積高達百分之九十九點七。

等離子體處理廢物系統(tǒng)可用于以下方面：

1.有機溶劑廢物、廢礦物油、含多氯聯(lián)苯廢物；

2.醫(yī)院廢物、廢藥物、藥品、農藥廢物、爆炸性廢物；

3.含金屬羰基化合物廢物、石棉廢物、有機樹脂類廢物；

4.含有色金屬、重金屬廢物、射性廢物、生化武器的銷毀等數(shù)千種有毒有害廢物。

應用范圍：等離子體弧對垃圾的處理機理，完全不同于普通的焚燒。高溫的等離子體炬對垃圾的處理，是將垃圾中的分子和原子進行重新組合和分類，因而也就避免了目前在社會上普遍使用的普通焚燒方法中的許多問題。幾乎所有廢料均可被等離子體處理并轉換成有用的產(chǎn)品，而且沒有產(chǎn)生新的對環(huán)境有害的物質。

市場前景及經(jīng)濟效益分析：因此在對環(huán)保越來越重視的今天，各種環(huán)保法規(guī)陸續(xù)出臺，使等離子體處理廢物技術具有了巨大的市場潛力。

城市生活固體廢棄物（垃圾）處置與綜合利用

項目簡介：進行我國大中城市生活垃圾成分分析及優(yōu)化分選技術研究：促進生活垃圾中易降解物快速濕解處置制肥單元技術研究與提高；重點研究生活垃圾篩上物易燃類高效低污染能源轉換單元技術的研究；并根據(jù)用戶情況選擇單元技術，建立2套200－300噸/日垃圾處置和綜合利用工業(yè)示范；實現(xiàn)城市垃圾處置與綜合利用系統(tǒng)的優(yōu)化與集中。

從2001年起，在中國科學院和工程熱物理所的大力支持下，按照項目任務書和課題任務書的具體要求，在城市生活固體廢棄物(垃圾)處置與綜合利用方面進行了研究和示范工作，按計劃完成了相應的內容，部分方面略有超前。

1．實（試）驗裝置的建設(1)RDF5中試裝置(2)小型濕解研究裝置，(3)生活垃圾處置新技術研究小型綜合實驗裝置。

2．工業(yè)應用(1)200噸/日處理中試系統(tǒng)的建設(2)正在開展其它示范系統(tǒng)的落實。

3．實驗室和中試線的主要研究工作(1)垃圾基礎數(shù)據(jù)的收集和垃圾處置政策的調查(2)RDF5的制備和適用性實驗(3)可降解物快速濕解反應過程的機理研究(4)濕解系統(tǒng)的中試實驗研究和設備參數(shù)的優(yōu)化

4．其他(1)論文與發(fā)表7篇(2)獲得了日本政府NEDO項目經(jīng)費支持(3)獲得了日本IHI經(jīng)費支持，共同開展研究

下一步工作重點：落實第二套示范系統(tǒng)，開展深入的研究工作經(jīng)費年度計劃安排*/已撥經(jīng)費已用于實驗裝置的建設和部分實驗工作，第一套示范系統(tǒng)經(jīng)費已經(jīng)到位，第二套示范系統(tǒng)經(jīng)費爭取之中，下年度實驗經(jīng)費按時到位對后續(xù)的實驗和示范非常重要。

廢舊塑料回收制水泥減水增強劑

項目簡介：在現(xiàn)代建筑施工中，一般都采用機械運輸和操作，要求水泥混凝土要具有良好的流動性，為了提高流動性，只有加大所加入的拌合水總量，但是，水泥混凝土的強度與所加入的拌合水量成反比關系，加水量越大，水泥混凝土的強度越低，影響了工程的質量。水泥減水劑的作用，就是可明顯減少拌和水泥混凝土時所加入的水量，同時大大提高水泥混凝土漿的流動性能和水泥混凝土的強度，提高工程的質量。

該技術是以廢舊聚苯乙烯泡沫塑料為主要原料，將其改性成水溶性的改性高分子溶液，制得建筑用高效水泥混凝土減水增強劑，經(jīng)權威部門檢測和用戶應用證明，其減水率達20%，水泥混凝土的的最終強度可提高30%，其各項性能指標可達到國標緩凝凝高效減水劑一等品的標準，并賦于水泥混凝土良好的抗?jié)B性能和較低的收縮比。產(chǎn)品穩(wěn)定性好，不含對水泥混凝土有害的物質，施工操作方便易行。

應用范圍：混凝土減水、增強

市場前景及經(jīng)濟效益分析：我們研制的新型減水劑產(chǎn)品90%由廢舊聚苯乙烯構成，成本低廉，初步估計原料成本為2500元/噸，生產(chǎn)成本700元/噸，綜合成本3200元/噸，綜合性能十分優(yōu)良，而目前市場上同類同性能產(chǎn)品的售價在6000-7000元/噸之間，因此是一高附加值的新型建筑材料。我國水泥年產(chǎn)量已超過4億噸，其中至少有5%的水泥混凝土需添加減水劑，因此，國內市場對減水劑的需求量相當大?，F(xiàn)在國內也有許多生產(chǎn)水泥減水劑的廠家。