《动力工程和工程热物理前沿》课程论文12

工程热物理前沿探讨

摘要：概述了工程热物理学科及其重要性。从工程热物理的学科体系出发分析它们的发展方向，综合各分支科学的内涵、发展趋势、发展目标，预测工程热物理可能的发展趋势。

关键词：工程热物理、发展方向

Prospect of Engineering Thermophysics

Abstract: This article summarizes what is Engineering Thermal Physics and its importance . Form the discipline system of engineering thermal physical, we analyze their development .Combining the content, development tendency withdevelopment target of various scientific branches of engineering thermal physical ,we have predicted its possible development tendency.

Key word：Engineering Thermal Physics, development tendency

1.工程热物理学科概述

工程热物理学是一门研究能量以热的形式转化的规律及其应用的技术科学。它研究各类热现象、热过程的内在规律,并用以指导工程实践。按其应用又可包括:能源利用、热机、流体机械、多相流动等。工程热物理学有着自己的基本定律：热力学的第一定律和第二定律、Newton力学的定律、传热传质学的定律和化学动力学的定律。在这些定律和反映其本质的基本方程的基础上，需要根据研究对象的不同特点，在特别设计的实验装置上进行多种细致、可靠的试验，以发现其特有的规律和基本特征，为设计提供理论依据和计算方法，并在工程实践加以应用、验证、不断完善。由此可见，作为一门技术科学学科，工程热物理学的研究既包含知识创新的内容，也有许多技术创新的内容，是一个完整的学科体系。

热物理现象是普遍存在的自然趋向,对不同的技术领域成为必须予以考虑的主要或者耦合因素。动力机械的噪声污染; 制冷工质对大气臭氧层的破坏;以及各类燃料燃烧产生的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫化物以及粉尘、微粒等有害排放物对大气的污染等等[1],高新技术的迅速发展,都和工程热物理的各分支学科有着密切的关联,高新技术的迅速发展, 使工程热物理与能源利用学科的各分支学科拓宽了各自的边界,深入到材料、化工、信息、生命、冶金、建筑、轻工等等科技领域, 并推动着其迅速发展。因此，工程热物理的不断开拓,是经

济和社会发展的客观需要。

2．工程热物理学科体系的研究方向

工程热物理学科内涵丰富，外延广阔，近年来更是和现代高新技术学科相互如何交叉，创造衍生出众多前沿热点领域与方向，学科间的界限越来越淡化和模糊，具体包括工程热力学、内流流体力学、传热传质学、燃烧学、多相流、可再生能源等分支学科。

2.1工程热力学的研究方向

从工程热力学本身的发展看，主要有四个特点：①学科交叉、综合已成为当代能源科学发展的一个基本趋势与特征，能源科学的各分支学科之间，能源科学与化学、物理学、生物学、数学、材料学、计算机科学等都在不断交叉。②随着经济与社会对能源科技的需求愈来愈高，能源科学研究被放到更大系统中来发展，能源与社会、经济与环境等领域的渗透与综合成为能源科学发展的另一个重要趋势。③能源科学是能源高技术创新的源泉和先导，两者紧密相连相互促进，当代能源技术的发展很大程度上引导着能源科学发展的趋势。工程热力学的重点研究方向如下：

2.1.1工程热力学基础

①新型热力循环。此研究方向应用新概念、新机理、新材料、新技术去探索发明新颖热力循环，为开拓新一代发动机和动力系统奠定理论基础。其发展前沿：燃煤联合循环（CFCC）、湿空气透平循环、新型核能联合循环、化学链燃烧反应动力系统（CLSAS）、直接发电热力循环相结合的多重联合循环[2]。②基础学科深化与交叉综合发展的热力学分支。包括非平衡、不可逆过程热力学、有限时间热力学、热力学微观理论、热力学优化理论、能源利用仿生学、生物热力学等。

③制冷与低温工程基础。其研究重点：新型制冷循环与系统、制冷剂的热力学性质、CFC替代物、热化天然气冷能的利用。④中低温能源利用和储能基础研究。其前沿课题：可逆型供热系统、热泵与热品位转化你远离、中低温余热回收利用、化工余压、余热回收、绿色建筑能源系统。⑤热力系统动态学。它是工程热物理和自动控制、优化理论与方法等学科相互渗透而发展起来的。其前沿包括：动态、实时理论建模、状态监测与故障诊断、智能仿真。

2.1.2可再生能源与新能源利用

可再生能源将成为未来可持续发展能源系统的主体，包括太阳能、生物质能、海洋能、地热能、风能、水能及氢能等。①太阳能光热转换。太阳能集热、储热与热动力循环、太阳能制冷与泵热、光电化学、光敏及光分解作用。②生物质能。微生物电池；高效低污染生物质发电；固体生物质气化、液化；生物质废弃物综合治理与利用、生物质能多联产总能系统。③氢能。氢能将是未来最主要的优质

清洁能源载体之一。其前沿课题：氢的规模经济制备，包括高分子电解水制氢、太阳能热化学制氢、生物制氢和等离子体分解制氢；氢的储运；高效洁净氢能转换利用系统，包括氢燃料电池、氢内燃机和氢氧联合循环[3]。

2.1.3能源转换的物理化学与生物学

本课题研究各种能源转换过程中的物理、化学或生物学的现象和规律，为开拓新能源、储能、发电技术等技术提供科学支持。其前沿课题：①新型发电方式与原理基础。电化学反应直接发电，如燃料电池（MCFC/PEMFC/SOFC）;热与热离子直接发电，如磁流体发电；生物质发电，如生物燃料电池和微生物发电。②新型储能机理。物理储能（水位势、空气压缩），化学储能（相变、浓度差）、储能材料。高容量蓄能电池与电容器。③新型能量释放机理。无火焰燃烧，部分氧化，高温空气燃烧。

2.1.4能源环境基础理论

本方向研究能源转换利用过程中对生态环境的影响及防治对策的理论。其前

回收和利用，脱硫灰渣对沙漠改沿课题如下：①燃煤生态工程。燃烧产生的CO

2

造和盐碱土壤改良的理论。②能源转换利用系统环境污染与温室效应问题控制。

③低污染、无公害排放的能源动力系统。

综上所述，工程热力学学科的发展方向是：构建高效洁净的能源动力系统；大力开拓与利用新能源和可再生能源；提高中低品位能源转换利用水平；实施能源、资源与环境一体化理论与技术。

2.2燃烧学的研究发展方向

燃烧学是一门正在发展中的学科，能源、交通、航天航空、环境工程和火灾防治等方面都提出了许多有待解决的问题，诸如高强度燃烧、低品位燃料燃烧、流化床燃烧、燃烧污染物排放和控制、或在起因及防止、燃料合成制备、燃烧先进诊断技术等。进一步发展将与湍流理论、多相流体力学等学科相互渗透。同时随着计算机技术和计算方法的发展，燃烧过程数值模拟将向多参数耦合和直接数值模拟方向发展。

2.2.1基础燃烧理论

其研究重点问题是：①化石能源以及常规碳氢化合物燃料在燃烧过程中的污

等。②用做替代燃料和添加剂的各类新型燃料染物生成机理，包括颗粒物、NO

X

如生物质燃料的燃烧化学动力学[4]。③有助于提高燃烧效率和降低燃烧污染物的辅助燃烧技术，如催化辅助燃烧、等离子体辅助燃烧。

2.2.2燃烧数值模拟

建立描述湍流的多相流燃烧过程的物理模型，是现在燃烧数值模拟领域的重点研究方向。自适应化学理论AdapChem的提出和发展较为详细反应机理在反应