工程热物理论文

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工程热物理论文范文第1篇

摘要：工程热物理冰箱制冷剂理论循环分析CF3ICF3I/HC290

1引言

冰箱制冷剂CFC12的现有替代物主要有HFC134a、HC600a和HFC152a/HCFC22,它们分别在加工工艺、可燃性、环保和热工性能方面存在缺陷[1,2,寻求新型环保节能的冰箱工质仍是人们探究的方向。

三氟碘甲烷(CF3I)是作为哈龙替代物而开发的新型灭火剂,其臭氧层破坏势(ODP)为0,20年的全球变暖势(GWP)低于5,不燃,油溶性和材料相容性很好[3,饱和蒸汽压曲线和CFC12相近,具备了作为冰箱制冷剂的前提条件(至于毒性目前还没有定论[3,4)。有关CF3I的热物性,只有文献[3进行了较为系统的探究,目前还缺乏适用于汽液两相区的状态方程;CF3I在冰箱工况下的循环性能,还没有被系统地分析。根据文献[3的PVT实验数据,确定同时适用于CF3I汽液两相的PT方程;并在此基础上,对CF3I在冰箱工况下的循环性能进行系统地理论分析,旨在考察其作为冰箱制冷剂的可能性。

2理论循环分析的工具

2.1PT状态方程两参数F、ζc的求解

式中,R为工质的通用气体常数,Tr=T/Tc。确定PT状态方程需要具体物质的四个参数摘要:临界压力Pc、临界温度Tc、虚拟压缩因子ζc、斜率F。对于CF3I,文献[3给出其Pc=3.953MPa,Tc=396.44K[3。ζc、F的求解方法如下摘要:(1)选取n个饱和液相数据点(T、P、ρL)i(i=1,…,n;(2)假设一个ζc初值;(3)由式(6)、(7)、(8)求出Ωa、Ωb、Ωc,代入式(4)、(5)求得b、c;

(4)由汽液平衡条件fL=fV,输入某数据点i的(T、P)i,由式(1)、(2)求出αi;(5)由n个数据点的(Ti,αi)用最小二乘法拟合式(3),求出F;(6)由ζc和已求出的Ωa,Ωb,Ωc,F,根据方程(1)～(2)和汽液平衡条件计算各点的和的相对误差，以及个数据点的平均相对误差；

(7)以一定的步长改变ζc,重复步骤(3)-(6)。选取最小EYL所对应的ζc、F作为PT方程的参数。

文献[3给出了CF3I在301K-Tc范围内的25个饱和液相密度点,其中3个数据点是为了确定临界点而测的;把这3个数据点当作一个临界点对待,选取其余22个数据点按照上面的步骤求解得到CF3I的F=0.6514、ζc=0.3105。

2.2PT状态方程精度的验证

为了检验如上确定的适用于CF3I的PT方程的计算精度,以该方程对CF3I的饱和液密度、饱和蒸汽压、气相区PVT性质进行了计算,并和文献[3的实验数据进行了对比。对比实验数据为T%26lt;0.9Tc(即T%26lt;356.80K)范围内的13个饱和液相点、22个饱和蒸汽压点和T%26lt;Tc内77组气相区数据。结果表明,饱和液密度、饱和蒸汽压、气相区密度的最大相对误差分别为2.94%、0.42%、5.87%,平均相对误差分别为1.54%、0.25%、2.17%。相对误差、平均相对误差计算式分别为

（9）

（10）

式中,X-所要比较的物理量,cal-PT方程的计算值,exp-实验值,n-数据点的个数。

冰箱的名义工况为蒸发温度tevap=-23.3℃,冷凝温度tcon=54.4℃,吸气温度、过冷温度32.2℃[6,处于上述温度区间。可见,确定的适用于CF3I的PT方程,能够用于对CF3I的冰箱循环性能分析计算,而且精度良好。

3CF3I蒸汽压曲线的分析

从热力学角度看,替代制冷剂最好具有和原制冷剂相似的蒸汽压曲线[7。图1为几种工质的蒸汽压对比,其中CF3I的蒸汽压方程为[3

（11）

式中,

A1=-7.204825,A2=1.393833,A3=-1.568372,A4=-5.776895,适用范围243K～Tc;其它制冷剂的蒸汽压数据来自ASHARE[8。

由图1可见,在冰箱名义工况的温度区间内,HFC152a/HCFC22、HFC134a的蒸汽压曲线和CFC12吻合得很好;HC290的蒸汽压高于CFC12,HC600a的蒸汽压则比CFC12低许多。CF3I的蒸汽压介于HC600a和CFC12之间,在冰箱名义工况下和CFC12的最大差距为20%左右。由蒸汽压看,CF3I比HC600a更适合作为CFC12的灌注式替代物;按照优势互补原则选择HC290和CF3I组成混合物,灌注式替代CFC12的效果可能会更好。

4CF3I作为冰箱制冷剂的循环性能分析

4.1冰箱名义工况

采用带回热的冰箱制冷循环模型,即用回热器来实现工质的过冷和过热,并设工质经过回热器换热后节流前的温度和压缩机的吸气温度相等,这一温度称为回热温度。

计算CF3I的循环性能所需的理想气体比热式[3为摘要:

（8）

式中T的单位为K,R为CF3I的气体常数,单位为J/(K·kg)。计算焓、熵的参考态为ASHRAE规定的-40℃的饱和液态,参考态上h=0kJ/kg,s=0kJ/(kg·K)。

在冰箱名义工况下,设压缩机的总效率为0.70,计算了几种工质的循环性能。混合工质的蒸发温度取为蒸发器进口和露点温度的平均值,冷凝温度取其冷凝压力下的泡露点平均值。计算结果见表1。表中MIX1、MIX2分别表示质量百分比85/15、75/25的HFC152a/HCFC22。

观察表1中各种工质的性能参数,在压力水平方面,除了HC600a、HC290外,现有的几种冰箱制冷剂的蒸发压力Pevap、冷凝压力Pcond和CFC12都很接近。CF3I的压力水平和CFC12有一定偏差,其Pevap略低于大气压,蒸发器为微负压,不利于系统运行。CF3I的压比和CFC12的最接近。压缩机排气温度方面,HC600a和HC290的tdisch较低。CF3I的tdisch较高,不利于压缩机的运行;但和MIX1、MIX2十分接近,表明目前的冰箱压缩机能够承受这样的温度。CF3I的单位容积制冷量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%,这是CF3I的优势,而HC290是最低的。通过以上的比较可以看出摘要:(1)CF3I的循环性能指标和CFC12相近,可以在对原有制冷系统稍作改动的基础上,作为CFC12的灌注式替代物;(2)HC290和CF3I在循环性能指标上具有互补性,若将两者组成混合物,在性能上可能更接近CFC12。

4.2变工况

变工况循环性能分析,一般包括COP、qv、tdisch、随冷凝温度、蒸发温度、回热温度的变化规律。相比之下,各性能指标随回热温度的变化规律比随蒸发温度、冷凝温度的变化规律更重要一些,这是因为冰箱的回热器一般在环境中[1,回热温度的变化幅度、频率要比蒸发温度、冷凝温度要大、要快。分析几种制冷剂循环性能指标随回热温度的变化规律,分析方法是固定蒸发温度、冷凝温度,变化回热温度,看性能指标的变化趋向。

结果如图2-图5所示。回热温度由0℃变化到50℃,几种工质的COP都降低,其中CF3I降低得最慢。在qv方面,HC290随回热温度的变化显著,其他工质的变化规律相似。随着回热温度的升高,CF3I的tdisch增加速度比其它工质快,这是不利于冰箱运行的。由于在计算中固定了蒸发温度、冷凝温度,所以对于纯质来说保持不变,而对于混合工质来说,有稍微地上升。由图还可以发现,CF3I和HC290的循环性能指标分布在CFC12的两侧。

CF3I各项性能指标随回热温度的变化所表现的规律和CFC12基本类似,数值幅度上的偏差也不太大。COP优于CFC12,tdisch较CFC12为高。总起来说,CF3I存在作为CFC12灌注式替代物的潜力。

5CF3I/HC290混合物作为冰箱制冷剂的循环性能分析

5.1冰箱名义工况

由以上分析可知,CF3I和HC290的循环性能具有互补性,下面具体分析不同配比下HC290/CF3I混合物的循环性能。

计算工况、压缩机总效率的选取同上。表2列出了循环性能计算结果。

由表1已经知道CF3I的Pevap、Pcond、q0、qv都比HC290的小,所以随着HC290在混合物中所占比例的增加,HC290/CF3I混合物的Pevap、Pcond、q0、qv都应该呈现增大的趋向,而∑、tdisch、COP应该减小,这种规律在表2中得到了很好的体现。

对比表2和表1,可以看到CF3I/HC290混合物在65/35、60/40、55/45、50/50四种摩尔百分配比下各个性能指标和CFC12吻合得很好。

5.2变工况

对上面所给4种配比下的CF3I/HC290混合物进行了循环性能参数随回热温度变化规律的计算。结果表明,混合物的循环性能和CFC12十分接近,从理论循环分析的角度看,是CFC12理想的灌注式替代物。

图2-图5中列出了摩尔百分比为65/35(质量百分比为89.2/10.8)的CF3I/HC290的计算结果,其它3种配比下CF3I/HC290混合物的性能也和之相近。

5.3可燃性分析

以上4种配比的CF3I/HC290混合物中,HC290的摩尔比例最大为50%,其相应的质量比例最大为18.4%。一般家用冰箱的制冷剂的充灌量为0.1kg左右[6,9,以本文提出的4种CF3I/HC290混合物作为冰箱制冷剂,HC290的最大充灌量仅为0.0184kg。文献[10指出,在密封性好的制冷系统中,只要碳氢化合物的充灌量小于0.15kg,那么系统就是平安的。因此,CF3I的摩尔组成在50%～65%范围的CF3I/HC290混合工质在应用中的平安性是可以得到保证的。

6结论

(1)求得了适用于CF3I的PT方程,此状态方程对于CF3I的热力学性质和循环性能计算具有较高的精度。

(2)通过对CF3I的蒸汽压曲线、冰箱名义工况、变工况的计算分析,发现CF3I的循环性能和CFC12相近。

(3)按照优势互补的原则,筛选提出了CF3I的摩尔组成在50%～65%范围的CF3I/HC290混合工质,其循环性能和CFC12十分接近,可作为CFC12的灌注式替代物。

参考文献

1何茂刚.三氟甲醚作为冰箱制冷剂的理论分析.李惠珍,李铁辰等.西安交通大学学报,2003,37(1)摘要:10～14

2梁荣光.环保制冷剂CN-01的应用.曾恺,简弃非.制冷学报,2003,24(1)摘要:57～60

3段远源.三氟碘甲烷和二氟甲烷的热物理性质探究摘要:[博士学位论文.北京摘要:清华大学,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.碳氢化合物在家用小型制冷装置中的替代探究摘要:[硕士学位论文.天津摘要:天津大学,2000

7刘志刚.CFCS替代工质筛选的热力学原则.傅秦生,焦平坤等.全国高等学校工程热物理第四届学术会议论文集,杭州摘要:浙江大学出版社,1992,73～76.

81993ASHRAEHANDBOOKFUNDAMENTALS,SIEdition,1993

工程热物理论文范文第2篇

关键词：门窗玻璃；热物性参数；实验室测试；稳态法；非稳态热带法

门窗是影响建筑节能水平的重要组成部分之一，也是建筑围护结构节能、保温或隔热中的关键环节，其传热性能对于改善建筑室内环境，控制能耗至关重要，从而对其传热性能检测一直是研究热点之一。总体上门窗玻璃传热性能检测分节能现场检测和实验室测试两种。其中实验室检测作为玻璃质量监督监测的主要手段，我国1997年就制定了JC/T675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准[1]。目前玻璃传热性能实验室测试主要有稳态法和非稳态法。如金太权基于单向稳态热流法测石英玻璃导热系数[2]，并建立了实验测试系统；刘海增以红外灯为加热热源，基于傅立叶导热定律和牛顿冷却定律，测玻璃钢板导热系数[3]；周菁华则基于稳态法原理对节能玻璃导热系数的测试方法进行了研究[4]。近年来，随着各种新型玻璃的出现，比热容逐渐成为玻璃的重要性能指标之一，针对此非稳态平面热源法在玻璃热物性测试中得到了应用，其优点是测试时间短，对实验环境要求不高。本文对已有玻璃热物性实验室测试方法进行分析，并提出了改进思路。

1. 稳态法测试原理

稳态法分稳态护板法和稳态圆筒法等，针对玻璃的物理特征及应用特点此处特指稳态护板法（如图1所示）。稳态法原理上基于傅立叶定律，仅能获取材料导热系数。

图1 防护热板法原理图

由图1所示，主热板放置于两块被测试样中间，为了尽量保证主热板热流垂直穿过试样，其两侧分别设置一块与主热板保持相同温度的护热板，通常为了保证效果，护热板内往往设置与主热板加热丝相同功率的热丝。冷板是为了使试样端面维持均匀恒定的温度，可通过恒温水浴实现。理想情况下，主热板热量均匀恒定的向两侧试样流出，则被测试样的导热系数可用下式获得：

d = （1）

式中：Q为主加热板释放的热量，J；A为主加热板加热面积，m2；T1=T2-T1，和T2= T3-T4分别是主加热板与上冷板与下冷板间的温差。

由测试原理可以看出，稳态法测试时间较长，且对实验环境有较高要求，但其原理简单，JC/T675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准即基于稳态法测试原理。

2. 非稳态法测试原理

针对稳态法测试时间长，对实验环境要求高的缺点，近年来非稳态法在材料热物性测试中得到了广泛应用看，其中适用于玻璃热物性测试的有非稳态平面热源法、非稳态热带法、非稳态热线法等。

2.1 非稳态平面热源法

与传统的稳态法原理上只能测玻璃导热系数相比，可实现导热系数、热扩散率的同时测定，其原理结构如图2所示。

图2 物理模型

设平面热源热流只在竖直方向（x方向）上传递，且其热流强度Q恒定，则试样内的温度变化分别可归结为如下定解问题[5]：

（2）

式中：j为试样密度，Cp为定压比热容，d为导热系数，而热扩散率Z=d/（jCp）。

在上述定解问题的基础上衍生了快速测量法（恒流法）和脉冲法，其中快速测量法适用于导热系数较大的材料热物性测量，而脉冲法适用于导热性能差的绝热保温材料等[5]。根据门窗玻璃的热物性参数参考范围，应适用于脉冲法。对式（2）作拉氏变换进行求解，可得：x=0处，如有强度为q的热源从零时刻开始加热，加热时间t后，试样任意位置x处的温升为：

= B（y） （3）

2.2 非稳态热线法

设在固体介质中放置一根细长线状热源，其热能仅能在热线径向传递，将构成一个无限长圆柱导热模型。当热线以恒定热流持续加热时，如已知热线上通过的电流 及其电阻 ，其单位长度发热量 ，W/m。

在加热功率恒定的情况下，热线上的温升 值随时间 的变化曲线呈近似线性[6]，直线的斜率为k=q/（4id） ，据此可以得到被测试样的导热系数 d

式（4）即交叉热线法测导热系数的理论公式。

利用热线上的温升数据结合交叉热线法测得松散煤体导热系数 ，同时测得距热线r距离处的温升得到

式中

B（y）=-2y dy1 （4）

y2= （5）

加热片发热强度可用下式计算：

q=（I2R-m0Cp0） （6）

从热源加热开始计时，至t1时刻断电停止，热量仍继续向冷面传播，同时热面温度下降，至时刻t2，导热系数 可用下式计算：

= （7）

式（10）中包含有无穷级数，参照文献[1]提供的煤样热物性数据，经实验，该级数取前5项即可满足精度要求，即有

（y） = （ （r， _-2 ）/q =- -lnp- （11）

式（11）为超越方程，传统方法是无法求解的，只能通过如对分法等近似数值解法编程求解，从而对于某一特定时刻 可求得对应的热扩散率a 值，对应若干个时刻将计算得一组 a值，取加权平均作为最终热扩散率的测试值。这里需要注意的是，为了防止煤样受到热震损伤，实验过程中试样各处的温升最好不要超过10℃/min。

求得热扩散a 后，试样的比热容Cp根据下式算得：

Cp= /（ a） （12）

2.3 非稳态热带法

热带法原理与热线法类似，区别在于热带法用窄薄的金属带（热带）代替热线。测试时待测材料中夹持薄金属带，从某时刻起金属带被以定功率加热，同时记录热带的温度响应，并绘制曲线，根据被测材料热物理参数与温度变化间关系的理论公式，可测得其导热系数和热扩散率。热带的温度变化可以通过测量热带电阻的变化来获得，也可以通过在热带表面上焊接热电偶来直接测量。

最常用的热带材质是纯铂，其它已知电阻温度系数的性能稳定的金属也可以，热带典型的长度为100mm-200mm，宽度为3mm-5mm，厚度为10um或更小。

热带法温度响应的理论公式或模型如下

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

式中： = ， wh--热带宽度；erf（z）--误差函数；q--热带每单位长度的加热热流。

当加热一定时间，即 >>wh 时，可得简化公式

T（t）= [lnt+ln ] （14）

对于热电阻式的热带法，温度响应是通过测量热带上的电压变化来获得

U（t）= [lnt+ln ] （15）

如果画出温升 T（t）或电压U（t） 随对数时间的变化曲线，曲线呈线性变化趋势，直线的斜率为m= ，截距为n=mln ，根此可以得到被测试样的热导率 和热扩散率

= a=exp（） （16）

由式可见，热扩散率的测量精度比热线法要好，因为wh 的数值（1mm-10mm）比热线的半径大的多，可保证热扩散率值达到满意的精度。

3. 存在的问题

综前所述，门窗玻璃作为典型固体材料，适用的测试方法较多，稳态法及非稳态法均在玻璃热物性测试中得到了应用。目前针对玻璃热物性测试的主要有稳态法和非稳态平面热源法，实际使用过程中均存在一定的优缺点。

3.1 稳态法

稳态法具有原理简单、易于实现等优点，在固体材料热物性测试得到了广泛应用，玻璃导热系数测试国家标准就是基于此撰写的。但稳态法测试时间长且对实验环境要求较高，例如要求保证试件侧向绝热条件，否则将直接影响测试精度。如图3所示为试件侧向绝热与不绝热条件下的温度场变化情况。由图可以看出，侧向绝热条件对玻璃内的温度变化影响是明星的，如图（a）和（b）所示，分别为侧向不绝热和绝热情况下，底部用50w/m的平面热源加热时玻璃内的稳态温度场分布，可以看出区别明显。侧向不绝热时，玻璃侧向存在热传递过程，温度场受侧向热流影响明显。而侧向绝热时，面热源加热热流只在垂直方向传递，温度场均匀。由此可见，基于稳态法原理测玻璃导热系数时，侧向绝热条件直接影响测试精度。

（a） 侧向不绝热时玻璃内的温度场分布

（b） 侧向绝热时玻璃内的温度场分布

图3 侧向绝热条件对玻璃内温度场分布影响情况

除了对实验条件要求较高外，原理上稳态法也仅能测玻璃导热系数，可测参数单一，从而一定程度上限值了其推广。

3.2 非稳态平面热源法

针对稳态法存在的问题，近年来非稳态平面热源法在玻璃热物性测试中得到应用，如图4所示为某公司基于脉冲法和恒流法原理设计生产的热物性测试仪，适用于玻璃等固体材料，测试时间短且效率高。

图4 非稳态平面热源法热物性测试系统

平面热源法原理公式假设设面热源与被测试样间接触良好，也即不存在接触热阻，而实际上热源与被测试样间是存在接触热阻的，且对面热源及试件内的温度场变化影响明显。如图5所示为面热源加热条件下，考虑接触热阻与不考虑接触热阻时，面热源与试件内（导热系数 为0.7695）的温度变化情况。面热源加热功率50w/m，参照有关资料接触热阻设定为0.01k*m2/W，初始温度293K。

（a） 考虑接触热阻影响玻璃及热源温度场

（b） 不考虑接触热阻影响玻璃及热源温度场

图5 侧向绝热条件对玻璃内温度场分布影响情况

如图6所示为面热源温升对比曲线图。

图6 面热源温升对比曲线图

由图5可以看出，接触热阻对面热源温升及玻璃内温度场影响明显，同样加热条件下，热源温升相差近10℃，从而对热物性参数测试精度的影响是不可忽视的。

4. 发展趋势

随着计算机技术的不断发展，物理参数自动测试、处理进而得到被测材料的热物性参数已成为现实，材料热物性测试精度更多取决于原理模型、实验条件、基本参数测试精度。针对门窗玻璃热物性测试需求，稳态法在原理上仅能获取导热系数，已无法适应现代门窗玻璃质量监督检验要求，能够同时测玻璃导热系数、热扩散率的非稳态法将成为发展趋势。而随着建筑节能技术的发展，对门窗玻璃的热物性测试精度必然提出更高的要求。完善原理模型、提高参数测试精度和寻求新的测试技术将是进一步提高玻璃热物性参数测算精度的可行手段：

1）研究试件与加热热源间的接触热阻问题。如前所述，试件与热源间客观存在接触热阻，无论是热线法、平面热源法，接触热阻的存在均会对热物性参数测试精度带来影响。对试件与热源间的接触热阻问题进行研究，并在测试原理模型中有效表征是提高热物性参数测试精度的有效途径。

2）寻求更适合的测试方法。如前所述，目前应用于玻璃热物性测试的稳态法与非稳态平面热源法，受原理模型及热源温度均匀度影响，测试精度不高。热线法由于受加热丝直径影响较大，同时测温热电偶布置不便，应用受到一定限制，解决极细热丝与测温传感器连接问题，将可能应用于玻璃热物性测试。近年来，热带法在材料热物性测试中得到广泛应用。热带法使用范围广泛，不仅可测液体、松散材料、多孔介质及非金属固体材料，还可用于金属热物性测试。且与线状（圆柱状）热源相比，薄带状热源更易与被测材料保持良好的接触状态。而与平面热源法相比，热带夹持在被测试件中间，受侧向热流的影响较小，实验条件较易控制。故热带法更适于测固体材料导热系数，同时热扩散率的测量结果也较为准确。设计适用于玻璃热物性测试的热带法装置，将是可行的研究方向之一。

致谢：本文受安徽省教育厅自然科学基金项目（KJ2012B064）与安徽省质量监督局科技计划项目资助。

参考文献：

[1] 周菁华，刘芸，陈俊逸，等.节能玻璃的热学特性测量[J].重庆大学学报， 2009，32，：1-5.

[2] 国家建筑材料工业局.JC/T玻璃导热系数试验方法[M].北京：中国标准出社，1997.

[3] 金太权. 测定石英玻璃的导热系数[J]. 吉林工学院学报， 1991， 12（1）： 39-42

[4] 刘海增， 王龙贵. 玻璃钢板导热系数的测定[J]. 实验技术与管理， 2000， 17（5）： 124-126

[5] 陈昭栋. 平面热源法瞬态测量材料热物性的研究[J]. 电子科技大学学报， 2004， 33（5）： 551-555

工程热物理论文范文第3篇

关键词：逆流换热器热力学优化温差场均匀性因子火用效率熵产

1．引言

换热器作为一种各工业领域广泛使用的设备，它的研究倍受重视。目前关于换热器的研究大致有两个方向，一是研究换热器传热强化，主要目的是提高换热器流体和固壁间的对流换热系数，进而提高换热器的效能。二是从可用能的角度研究换热器的热力学优化，包括换热器的熵产分析、火用效率分析等，从使换热过程不可逆性最小的角度来优化换热器。其中过增元提出的换热器温差场均匀性原则，一方面可以指导新的提高换热器效能的方法，另一方面也可以对换热器热力学优化做分析。本文是从温差场均匀性原则出发，将其应用于逆流换热器的优化过程，并对各种优化方法进行分析比较。

2．换热器温差场均匀性原则

过增元在1992年《热流体学》[1]一书中定义了温差场不均匀因子，应用于顺流、逆流和叉流换热器，发现在相同的传热单元数NTU、热容量比W和流体进口温度的条件下，逆流换热器温差场最均匀，效能也最高，熵产也最小。进而在1996[2]年定义温差场均匀性因子，提出了换热器热性能的温差场均匀性原则：在NTU和W一定时，换热器的温差场越均匀，其效能越高。并采用数值方法对13种换热器的温差场和效能进行了分析，验证此原则的正确性。通过熵产分析指出此原则是以热力学第二定律为理论依据的。同时针对叉流换热器，提出了分配换热面积来改善换热器性能的新方法。过先生又在2002[3]年给出了简单顺流、逆流、叉流换热器温差场均匀性因子的解析表达式，同时通过实验的方法对此原则进行了验证，针对多流程叉流换热器，举例说明用改变管路连接的方法来改变温差场均匀因子，进而改变换热器的效能。在2003[4]年提出基于温差场均匀的场协同原则，同时将此原则应用于多股流换热器中，提出换热器传热性能的高低取决于冷热流体温度场的协同程度，而不是流动方式。

从上述温差场均匀性原则的提出、验证和发展历程来看，这一理论已经比较成熟，也是从传热物理机制方面优化换热器的新探索，可以利用它比较实际换热器的换热性能。很多换热器大都是复合型流动方式的换热器，基本上没有解析表达式；尤其对于叉流换热器，应用此原则，可以在NTU和W给定时，改变传热面积的分布或是管路连接方式，来改变换热器的效能。温差场均匀性原则前提条件是NTU和W值恒定。对于换热方式（逆流）已定的换热器，在W和NTU变化时，应该如何应用此原则是本文讨论的主要内容。

3．温差场均匀性原则在逆流换热器热力学优化中的应用

过先生[3]将温差场均匀性原则用于指导叉流换热器的优化，并对优化效果进行了分析验证。温差场均匀性原则，是从研究对流换热的物理机制出发[5]，用于指导各种形式换热器的优化。本文目的就是应用这一原则来指导逆流换热器优化方法的选择。

3.1逆流换热器已有热力学优化方法比较分析

以目标函数区分的优化方法大概有两类：一是传热过程熵产分析，二是定义火用效率分析。

关于熵产，徐志明、杨善让[6]等人定义熵产生数Ns：单位换热量的熵产。以Ns最小为目标，通过泛函求极值求得换热器温度和热流的最优分布，得到结论：使W略大于1实现最优参数分布。他们从温度分布的角度来优化换热器，提供了一种从换热内部的细节研究问题的思路。能大曦[7]等人在分析换热器的熵产时得到了类似的结论：在W为1时，换热器的Ns最小。同时指出徐志明等人研究得到的W略大于1的结论，是因为他们定义的NTU与常规的定义不同。综合分析前二者可以得到：当NTU一定W变化时，使W为1，换热器性能最佳。对于逆流换热器，W为1就意味着温差场均匀，符合温差场均匀的原则。当W不变NTU变化时，对于Ns的变化，能大曦[7]等人的研究得到：对于逆流换热器，W不变，随着NTU的变化，Ns单调减小。

关于火用效率分析，徐志明、杨善让[8]等人，给出考虑阻力的火用效率取极大值的方法。通过定义火用效率：

分析火用效率随NTU和W的变化，下图是他们分析的结果。从上述结果看出：对于逆流换热器，W不变，NTU较大时，随着NTU的变化，η会越来越低，NTU不变，W变化时，η在W近似为1时取得最大。

比较熵产和火用效率两种方法的结论可以得到，NTU不变，W变化时，二者结论基本一致。而对于W不变，NTU变化的情况，随着W增大，Ns单调减小，而也降低了。两种方法出现了矛盾。下面通过温差场均匀性原则对两种方法比较选择。

3.2逆流换热器熵产和温差场均匀性分析

3.2.1逆流换热器W变化时，看换热器的效能、Ns、温差不均匀因子变化规律。

分析中采用文献中已有的表达式：

(a)换热器的效能[8]：

(b)换热器的熵产[7]：

(c)熵产生数[7]：

其中：。

的解析表达式见文献[7]，换热器的表达式见[3]，图1给出W从0.1变到0.9时，、以及变化结果。其中

由图中得到：随着热容量比接近于1，换热器温差场均匀性因子增加了，熵产减小了。同时结合徐志明[8]等人分析火用效率的结论，综合得到：在NTU不变，W越接近于1，换热器温差场均匀性因子越大，熵产生数越小，火用效率越高。即熵产分析和火用分析均符合温差场均匀性原则。另外从图中看出效能随着温差场的均匀而降低了，用效能来评价换热器性能和热力学分析结论出现了矛盾。当NTU一定，如果要求不同的W得到相同的换热量的话，那么W小的流体，热侧流体的流量很大，保证如此高的流量也要有代价，同时由于流量大，通过换热器时阻力损失也大，与之相对应的火用损失也大，火用效率[7]降低了。因此同时得到单纯用效能来评价换热器是不可靠的结论。

3.2.2W一定，NTU变化时，温差场均匀性因子、熵产生数以及效能的变化。为便于和火用效率[7]分析的结果作对比，取热容量比：

得到结果如下：

图2Ns－NTUφ-NTU和ε-NTU曲线

由上图可见，当W不变时，随着NTU的增加，Ns变小了，效能增加了，但温差场变得不均匀了。结合徐志明[8]的结论，火用效率变小。发现此时火用效率判据符合温差场的均匀性原则，而熵产分析却和原则相反了。Bejan[10]曾把逆流换热器传热过程的熵产分为不平衡流动即热容量不匹配的熵产和由于传热面积有限引起的熵产。能大曦[7]等人对两部分熵产比较得到：两部分的熵产随NTU的变化，趋势是相反的。由于换热面积有限引起的熵产随NTU增加而减小，由于不平衡流动的熵产随NTU增加而增大。对于逆流换热器，温差场均匀与否只取决于W是否为1。不难理解只有由热容量不匹配引起的熵产变化趋势能用温差场均匀性原则来解释。换句话说，熵产生数来做判据包含了换热的物理机制之外的部分，在对换热器做优化时，应怎样用它还有待进一步的分析。从这个角度考虑，基于换热的物理机制建议选择火用效率作为换热器热力学优化的判据。

4．结论

（1）针对逆流换热器，比较已有优化方法，发现熵产分析和火用效率分析在W一定，NTU变化时得到的结论出现了矛盾。

（2）应用温差场均匀性原则，对比温差场均匀性程度变化的趋势和熵产生数、火用效率的变化趋势，得到火用效率和温差场均匀程度变化趋势相协调，选用火用效率来做优化更能反映换热的物理机制。因此建议用火用效率来优化换热器。

参考文献

[1]过增元，热流体学，清华大学出版社，1992

[2]过增元、李志信、周森泉、能大曦，中国科学（E辑），1996.2

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

[4]过增元、魏澎、程新广，科学通报，2003.11

[5]过增元，科学通报.2000.45(19):2118-2122

[6]徐志明、杨善让、陈钟颀，化工学报，Vol.46No.1,1995.2

[7]能大曦、李志信、过增元，工程热物理学报，Vol.No.1,Jan.1997

[8]杨善让、徐志明等，工程热物理学报，Dec.1996

[9]杨世铭、陶文铨等，传热学，高等教育出版社，1998

[10]BejanA.EntropyGenerationthroughHeatandFluidFlow.NewYork:Wiley-Interscience,1982

工程热物理论文范文第4篇

专业建设概况

专业定位。新能源科学与工程专业围绕浙江大学“以人为本、整合培养、求是创新、追求卓越”的教育理念，以“培养知识、能力、素质俱佳，具有国际视野的新能源科学与工程专业拔尖创新人才和未来行业领导者”为宗旨，以新能源的开发、储运、利用为特征，紧密结合学科前沿和行业发展需要，积极培养满足国家战略性新兴产业的创新型人才。

培养目标。培养具备热学、力学、电学、机械、自动控制、能源科学、系统工程等宽厚理论基础，掌握可再生能源和新能源专业知识，能从事清洁能源生产、可再生能源开发利用、能源环境保护、新能源开发、工程设计、优化运行与生产管理的跨学科复合型高级人才。

课程设置。专业课程设置按照浙江大学“通识课程+大类课程+专业课程”体系进行构建，其中专业课程包含专业基础课、专业核心课和专业实验实践课。专业基础课的安排上，设置了如工程流体力学、工程热力学、传热学、能源与环境系统工程概论等基础课程，使学生具有热学、力学、机械、能源科学和系统工程等宽厚理论基础。专业核心课程开设了包括生物质能源、太阳能、风能、氢气大规模制取的原理和方法、新型液体燃料能源等课程，旨在让学生掌握新能源领域相关科学原理、工艺以及新技术研究发展趋势方面的知识。在专业实验实践课程上，安排了新能源实验、认识实习、风电风机课程设计、生物质发电系统课程设计等，使学生掌握新能源的有关实验，掌握现场运行，工程设计和生产管理等知识，为今后从事新能源开发利用工作打下基础。

专业建设特色

依托动力工程及工程热物理国家重点一级学科平台，浙江大学新能源科学与工程专业建设体现出鲜明的科研与教学相长的教学特色。

强大的学科平台。能源系拥有国内一流的学科与科研优势，具备国际竞争的实力。现有国家重点一级学科1个，一级学科博士点1个，国家重点实验室1个，国家工程研究中心2个。设博士点8个、硕士点8个、博士后流动站1个。连续5年科研经费超过亿元。依托强大的学科与科研优势，以及不断在学科交叉领域取得的创新型研究进展，为学生直接参与项目研究、在实践中培养创新精神创造了条件；同时为优秀大学生继续深造提供了宽广的平台。能源系在新能源领域已有大量的研究积累，开展了大量新能源的研究方向，如太阳能热利用发电技术，生物燃料电池，微藻制油等，并已承担了新能源方向的973项目2项，863项目多项。

一流的师资力量。能源系拥有一批在国际上具有竞争力的中青年人才，其中院士1人，“973计划”项目首席科学家3人，长江学者奖励计划特聘教授6人，国家杰出青年基金获得者5人，浙江省特级专家2人，国家百千万人才工程人选7人，教育部跨世纪和新世纪优秀人才5人。全系教师队伍具有博士学位比率达93.1%，已形成了一支知识结构、学历结构和学缘结构优化、年龄结构合理、教育教学能力和研究能力突出、具有国际竞争力的教学团队。在新能源专业方向上，已形成了由院士牵头，5位长江学者和一大批教授为核心的新能源研究队伍。

先进的教学模式。专业建设以拓宽专业基础、专业知识面为宗旨，制订与国家发展需求相适应的本科教学计划和课程体系。科研成果通过教学改革、课堂教学、大学生科技创新活动、毕业论文（设计）等途径，转化为教学资源，实现教学科研互动，为学生创新能力的培养提供了平台。能源系积极开展本科教学改革，“结合国家重大需求，创建能源与环境复合型人才培养新体系”获2009年国家级教学成果二等奖；《工程热力学》、《热工实验》课程获国家级精品课程称号；“国家级能源与动力实验教学示范中心”2012年通过专家验收。

开放的实践体系。经过多年的建设，能源系建立和发展了与学科前沿及行业发展紧密结合的能源与动力创新型人才培养实验实践教学体系。依托动力工程及工程热物理国家重点一级学科、能源清洁利用国家重点实验室，以能源与动力国家级实验教学示范中心建设为契机，通过实验课程精品化、建设学生创新实验室和节能减排实践基地、开展以全国大学生节能减排竞赛为代表的各类学生科技创新活动、与行业领军企业共建创新实践教学基地等形式，构建了多层次训练、多学科交叉、全方位辐射的立体创新实践平台。

专业建设成效

学科资源与科学研究成果及时、有效地引入本科教学建设中，为本科教育提供了大量优质资源，有效地提升了教学质量。本科生对该专业的认同度高，目前该专业已经成为最受学生欢迎的热门专业之一，学生主修专业确认平均绩点在4以上，在工科专业中排名第三。

核心课程精品化建设。专业依托教师在新能源领域的前沿研究方向，将科研方法、体验与成果引入课程，推进核心课程精品化建设。2013级培养方案修订中，确定《太阳能》、《生物质能源》2门专业核心课程建设，并增设了《非常规天然气和合成气开发与发电技术》、《生物质直燃发电技术》、《新型液体燃料能源》等课程，优化了课程结构，体现了专业特色。

专业教材高质量建设。近年来，教师总结多年科研和教学经验，出版了《能源与环境系统工程概论》、《能源工程管理》等2部“十一五”国家级规划教材。出版了《热学基础》、《核电与核能》、《热能专业英语阅读与写作》、《燃烧理论与污染控制》、《多孔介质燃烧理论与技术》、《二氧化碳捕集封存和利用技术》、《生物质液化原理及技术应用》等专业课程指导教材。

实验教学创新性建设。教师结合新能源领域的科研项目研究成果和科研项目实验台开展新开实验课程项目的建设与研究，开设了“硫碘热化学循环制氢”、“流动和雾化的激光测量”、“生物能源实验”等实验项目，同时充分利用学科实验室的设备为学生提供优质的实验环境。

实习基地全面性建设。在校外实践教学基地建设中，与东方电气集团东方锅炉股份有限公司、上海锅炉厂、浙能集团等9家企业签订了校企合作协议，并根据行业面向与专业培养目标，对校企合作的课程进行了合理的规划，注重实习企业的交叉互补。如东方锅炉、上海锅炉厂等企业提供热能转化设备的实践实习；深圳东方锅炉控制有限公司提供热能设备控制方面的实习；蓝天环保等提供燃烧污染控制方面的实习；华电电力科学研究院提供测试方面的实习；广州瑞明电力股份有限公司提供电厂整体的实习。上海锅炉厂有限公司、东方电气集团东方锅炉股份有限公司成为首批国家级工程实践教育中心。

学生科技创新活动开展。能源工程学系打破教学、科研、学科实验室界限，学生通过自主立项或参加教师的科研项目，自定实验方案、自主完成大学生科研训练计划、节能减排竞赛等课外科技创新活动。目前，新能源科学与工程专业本科生已获得SRTP立项31项，浙江省大学生科技创新活动计划项目3项，全国大学生创新创业训练计划项目1项；获校级大学生节能减排学科竞赛奖项15项，获国家级大学生节能减排竞赛三等奖1项。

未来专业建设的方向

形成特色鲜明的专业课程体系。顺应国内外新能源产业发展趋势，结合学科研究特色，进一步梳理现有课程设置，完善“重基础、强实践”的课程体系；进一步凸显新能源科学与工程专业的建设特色，形成以力学、热学为专业基础教学内容，太阳能、生物质能、风能等新能源的开发、储运、利用技术为专业核心教学内容，课内外实验实践环节相结合的专业课程体系。

工程热物理论文范文第5篇

关键词：工科大学生；实践能力；培养方案 

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：10017836（2015）01002102现今工科大学生的实践能力普遍偏低，难以适应社会发展的需要。目前，我国必须拥有数量众多的具有创新能力和实践能力的人才，才能在风云变幻的世界竞争中立于不败之地。为此，普通高等工科学校的责任就是培养并造就一批具有竞争性、高素质、高质量的工程技术人才，工科大学生实践能力的培养和提高是我国跨世纪经济发展的需要，也是我国高等工程教育不断改革发展的趋势。 

[S2][10][SZ]1[SBZ]我国工科大学生实践能力的现状[5"SS] 

现代大学教育的根本目标是培养具有创新精神和实践能力的高素质人才，随着世界工业科技日新月异的发展，知识经济时代已经来临，高等教育培养质量代表着一个国家经济的发展潜力，如何培养工科大学生的实践创新能力是当代教育最大的核心所在。当前，我国工科大学生的实践能力普遍较差，主要表现在以下两个方面： 

11企业对工科大学生的实践能力评价不高 

工科毕业生在校期学习了专业学科理论知识，但是不能把所学与具体工作实际相结合。同时，对企业生产模式熟悉较慢，甚至不熟悉，再加上不愿意深入去研究企业的生产实际，又不能虚心地与企业技术管理干部及工人进行沟通，有的毕业生已经工作两三年还不能独立承担工作任务。基本技能不过硬，如做图软件的应用、技术文件的总结等基本功不扎实，也没有养成用图形、图表进行交流和表达设计方案、技术思想的习惯，缺乏吃苦耐劳精神，不愿意到科研和生产一线去工作等等。 

企业希望大学生能深入了解社会，端正就业态度；了解社会目前的情况，及时调整就业心态，丰富自己的实践经验；提高自身素质，多参加社会实践，增强社会适应能力，务实勤奋。 

12工科大学生就业困难 

随着我国高校毕业生就业形势的日益严峻，大学生就业已成为社会关注的焦点，而开展大学生创新实践教育是高等教育的迫切要求，也是破解当前就业难问题的重要途径。现在的大学毕业生中，只有能够充分满足并能尽快适应用人单位需求的人才才有竞争的优势。现今企业招聘大学毕业生时，最看重的是毕业生的“综合能力”，其次为“潜力”，再次为“品德”。 

每年应届毕业生在就业时，都要参加各种各样的招聘会，有的企业走进校园举办专场招聘会，各高校的学生通过网络，了解到招聘信息后，纷纷到招聘地点去投简历，有的学生甚至把自己的简历做成像宣传单一样，向各企业投放，但是真正能够收到企业面试信息的却很少。这一方面说明学生不了解企业的基本情况，盲目地投简历，没有做好充分的准备，不知道自己将来想要做什么，能否胜任企业的工作；另一方面，在就业之前，没有充分对在校期间完成的各项学习任务进行归纳总结，其中包括：国家对学生要求的外语及计算机等级考核是否合格、在校期间参加的各项实践活动、国家级或省（校）级各类创新能力赛等。以上几方面原因导致毕业生被企业拒之门外。 

近几年佳木斯大学热能与动力工程专业学生的就业情况如下：（1）格力空调公司首先要通过招聘网页中的能力测试题（基本上是理论与实践相结合的题目），对学生进行测试，通过后才能进入面试阶段，学校今年有5名同学在网上答题，其中有3人不过关，没有得到面试的机会；（2）长城汽车公司在笔试中，出一些行测题目，目的是要考核学生的综合能力，通过笔试后才能进入面试。佳木斯大学热能与动力工程专业学生近三年共有25人签约长城汽车公司，这些学生都是通过该公司层层面试选的，通过对这些学生走访，学校了解到了现今企业需要什么人才，为下一步重新制定培养方案奠定了理论基础。还有些企业在招聘学生时会出一些工程实践的题目，目的是考核学生的动手能力。虽然大部分学生在校期间成绩相当好，但在公司笔试及工程实践能力测试中却不能通过，说明当前我国工科大学生的实践及综合能力普遍偏低，而导致这种现状的原因是多方面的。 

[S2][10][SZ]2[SBZ]工科大学生实践能力培养方案的确定[5"SS] 

我国现今工科大学生的知识结构如下图所示，各工科院校都对培养方案进行了相关的修订，但也存在着一些不足，课程设置不能与具体实践相结合，专业工程实践比较少，造成学生在就业后不能很快地适应所签工作的需要，这主要是培养目标出现偏差造成的。 

由于人们大多狭义地理解实践能力就是动手能力、操作能力，所以一些工科教师认为学生的实践能力应该通过实践教学活动来培养，而忽视了课堂教学活动也是培养学生实践能力的重要环节。所以制定好培养方案，是所有工科院校面临的主要问题。佳木斯大学针对国家教育部专业骨干课程调整文件，对毕业生进行了走访，与有关用人单位进行沟通，修订了能源与动力工程专业的培养方案，主要加强了学生动手能力的培养，增加了实践环节的周次，在选修课中注重现今的企业对本专业的需求。基于以上情况， 2012—2014年，热能与动力工程专业连续三年对培养方案进行了修定。针对实践能力培养，2014年制定的修定培养方案如表1所示。[6][J1][6SS]表1[JZ][5"]热能与动力工程专业实践性教学环节[6SS][J2][BG（！][BDFG2，W4，13，4，4，4W]序号实 践 名 称学 期周 数备 注[BDG12，W4，13ZQ2，4，4，4W]1金工实习42周[B]2机械综合课程设计52周[B]3驾驶实习71周[B]4专业测试实习72周[B]5专业课程设计73周[B]6生产实习82周[B]7毕业设计813周[B]8工程制图测绘短Ⅰ1周[B]9专业认知实习短Ⅰ1周[B]10金工实习C短Ⅱ2周[B]11科技创新与科研训练实习短Ⅱ2周[B]12专业综合实训短Ⅲ1周[B]13发动机拆装与锅炉运行实习短Ⅲ3周[BG）F][J0][5"SS][J5/9]设置实践性教学环节时，在原有培养方案的基础上，增加了带“”的实践环节，同时增加了实践学时，如表2所示。[6][J1][6SS]表2[JZ][5"]学分要求及学时比例[6SS][J2][BG（！][BDFG2，W14，4，6，5W]课 程 模 块学 分学 时学时比例[BDG12]通识教育课程497762915%[B]学科基础课程5511184200%[BDG42，W6，23W]专业课程[ZB（][BDWG12，W8，4，6，5W]专业必修课3255582096%[BDG12]专业选修课105210[G2]789%[B]实践性教学环节3838周[ZB）W][BDG12，W14，4，6，5W]合计1852662+38周[BG）F][J0][5"SS][J5/9]佳木斯大学通过对热能与动力工程专业培养方案的重新修定，使毕业生掌握了工程热物理、机械学和电子控制技术的综合理论知识和实践技能，具有从事能源与动力工程领域的科学研究、设计开发、制造、运行和管理的基本能力，有良好的适应性和继续深造的基础，符合教育部对本科教学的基本要求。同时，能够更好地满足企业的需要，避免学生到企业中不能够适应企业的工作，为国家培养出了具有创新实践能力的人才。