工程热物理论文范文

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【关键词】能源新形势 动力工程及工程热物理 研究生 课程教学

【基金项目】长沙理工大学2016年度校级研究生教研教改项目：新形势下动力工程及工程热物理研究生课程优化设置研究（JG2016YB05）。

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0158-02

1.引言

能源是人类活动的物质基础，社会的发展离不开优质能源。对于目前的中国而言，实现经济增长与保护环境的平衡将是未来面临的一个严峻挑战。为此， 2014年国务院了《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》，明确强调要深化能源体制改革，加快重点领域和关键环节改革步伐。2016年，国家发改委等联合《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，提出了未来十年中国能源互联网发展的路线图。改革与发展已经成为了能源行业的显著特征。随着产业结构调整与培育新兴战略产业步伐加速，节能减排与新型能源产业的战略地位将愈加突出，能源行业的机制体制改革以及能源互联网的兴起，对能源技术人才提出了更新和更高的要求。中国能源产业近几年发展迅速，社会各界都积极投入到先进能源技术的开发与产业的建设当中，但在这繁荣的表象背后，由于技术、管理、投资等原因，还存在诸多问题。这些问题究其本质仍然是人才的问题，要解决这个问题，就必须从教育入手，大力培养人才[1]。然而，目前我国新型能源技术人才普遍匮乏，高校的科技资源优势还未完全在能源领域释放出来，在人才培养方面急需跟上国家战略发展新常态。

研究生教育是一项系统工程，它包括了课程学习、实践研究和学位论文等诸多环节。其中，课程学习是整个研究生培养中的基础环节，其质量直接决定着研究生教育的质量和水平。因此，良好的课程教学是达到学习目标、提高研究生培养质量的前提。为此，2013年教育部等部门联合发出《关于深化研究生教育改革的意见》，明确要求加强课程建设，重视发挥课程教学在研究生培养中的作用。

动力工程及工程热物理一级学科以能源的开发、生产、转换和利用作为主要的学科应用背景，在整个能源领域起着支撑和促进作用。经过多年的探索和努力，国内研究生教育在动力工程及工程热物理领域取得了较好的成绩。但总体上看，我国研究生教育还未能完全适应经济社会快速发展的多样化需求。随着研究生教育的深入发展，现行的研究生课程体系出现了许多亟待解决的问题。因而，如何根据国家的战略需求及行业的人才需求， 改革和完善现行的研究生课程教学状况， 是一项十分紧迫的任务。

2.现状及存在的问题

2.1对研究生课程教学认识上存在偏差

就目前我国大部分高校研究生教育重点而言，以各省、直辖市相应的优秀研究生学位论文评选为契机（2013年之前还有全国百篇优秀博士论文），各高校每年也进行相应的优秀研究生学位论文评选，此外学校还制定了各种优秀研究生论文奖励办法等相关的质量激励措施，出台了研究生创新计划，研究生国家奖学金的评选也直接与学生的论文及参与的项目直接挂钩，研究生培养过程中“学术论文为重”的培养取向日益明显，这在一定程度上确实能保障研究生的培养质量，无疑具有积极意义[2]。但作为研究生培养过程中的另一个基本环节――课程教学，获得的相对关注较少，这直接导致了高校研究生课程教学工作相对滞后，其课程教学质量还有待进一步提升。

2.2研究生课程结构有待进一步优化

我国特色的研究生教育课程体系一般由学位课程和非学位课程组成。但是动力工程及工程热物理是一门综合性学科，涉及到工程热力学、燃烧学、传热传质、多相流等多方面知识，此外随着科学技术的飞速发展，人们在不同的学科基础上不断开拓新的研究热点，学科交叉的趋势越来越明显。然而课程内容是实现课程教学目标的有效载体，因此在科学知识更新速度的加快和人才培养课程结构的滞后性之间，矛盾日趋明显，课程结构的基础性、先进性和综合性承载着调和这一矛盾的重担[3]。尽管课程优化设置已经成为我国研究生教育改革的一项重要内容，但与国外一流研究生教育机构相比，差距仍很大。因此，如何建立科学的研究生课程体系，满足不断发展的行业和国家需求，是一项重要而紧迫的任务。

2.3 跨学科课程和有关科学研究方法的课程缺乏

在现有的课程教学体系中，一个比较薄弱的环节是只开设了传统的研究生理论课程，而忽视了一些重要的跨学科课程和有关科学研究方法的课程。目前我国研究生课程教学管理实行的是学分制，从课程内容上看，包括政治课、英语课、专业基础课以及本研究方向的专业课程。动力工程及工程热物理下辖若干个二级学科，其学科交叉性强，理论与技术发展迅速，许多问题仅靠某一学科的专业知识是难以解决的，需要多学科知识去协同应对，如若缺乏跨学科课程及科研能力培养方面的课程，那么对于学生在该领域的创新发展极为不利。

3.对策及建议

3.1 提高对研究生课程教学的认识

首先要真正重视课程设置在研究生培养中的作用，改变长期以来重学术论文、轻课程学习的现状。针对此问题，以长沙理工大学为例，2015年学校研究生院出台了《长沙理工大学研究生课程建设实施方案》，把研究生教学工作的重要性提到了一个新的高度，规范了课程设置审查，加强了教学质量评价，研究生院还成立了由教学经验丰富的老教师组成的课程教学督导小组，实时检查研究生课堂教学并反馈意见，教学效果将直接影响教师的个人考评。这些措施都极大地强化了研究生课程教学在培养过程中的作用。

3.2 对课程内容进行国际化和工程化

总体上，我国的能源科学与工程与发达国家相比还是有一定的差距，多年前美国、澳大利亚等国就投入巨额资金大力发展能源学科，大力培养能源人力资源。因此，可以通过与国外高校间研究生联合培养项目，设置国际化课程，增强课程内容的国际前沿性，也可以通过发达的网络技术充分利用国外丰富的网络课程资源，加强国际化课程设置。动力工程及工程热物理学科面向能源科学，具有极强的工程应用性，已经渗透到工业社会的各行业中，因此研究生课程也必须具有较强的工程适用性，可适当引入实践课程，在师资队伍中引入企业导师或者与企业联合培养学生。此外，针对该学科快速发展的特点，可以增加专业选修课的比例，拓宽学生的知识面，增强专业科学素质。

3.3 增设跨学科选修课及科学研究方法的课程

根据研究生研究方向与培养目标，适当增设跨学科选修课更有利于学生科学能力的培养。如对于太阳能研究方向的学生，可以跨学科选修物理学、材料类的课程；对于风力发电技术方向的学生，可以选修部分机械结构强度、结构完整性等方面的课程。研究生只有具备跨学科的知识，才能更好地从另一个角度了解本专业，才能够充分借鉴相近领域的理论和方法，在专业领域内做出新的成绩。学习一定的科学研究方法，对刚开始从事研究工作的研究生十分必要，提高研究效率，也能使得学生在不断发展的科学中始终具有学习与研究的能力，始终保持较强的创新能力。

4.结语

各高校必须根据自身发展特色和国家战略需要，紧跟能源行业发展新形势， 对动力工程及工程热物理研究生课程教学进行新的思考与研究， 深化课程教学理论、完善培养单位课程体系改进、优化机制；增强研究生课程内容的国际前沿性和工程实践性，通过高质量课程学习强化研究生的科学方法训练和学术素养培养，构建符合专业学位特点的课程教学体系。这些对进一步提高学科建设水平具有重要意义。

参考文献：

[1]张珏.新能源产业发展所需专业人才培养探讨[J]. 中国人才， 2010，（8）： 29-30

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关键词：应用型研究生；工程化教育；培养模式；校企合作

作者简介：王洪杰（1962-），男，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，教授；刘全忠（1978-），男，河南浚县人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150001）

基金项目：本文系黑龙江省高等教育学会“十二五”教育科学研究规划课题（课题编号：HGJXH B2110292）的研究成果。

中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0016-02

根据教育部的全国研究生学历教育的统计情况，2001～2011年我国在校研究生数从约40万增长到约165万人。招生规模的扩大使得研究生不再是稀有的高层次“研究型”人才，而是成为满足社会需要的普通劳动力要素，对硕士研究生的要求已经由原来的学术型人才需求转变成应用型人才需求。[1]目前培养应用型人才已经成为研究生教育的重点，尤其是对于工科研究生，其学科特征及培养目标决定了其所学的专业知识与工作领域的对应性很强，在培养过程中更强调学生的实际动手操作能力。[2]2008年哈尔滨工业大学开始根据硕士研究生本人志愿、毕业去向、就业形势、学科建设及研究生培养条件来对硕士研究生进行分类培养，将硕士研究生分为学术研究型和应用研究型两种类型，改革研究生培养模式以培养适应社会发展需求的人才。[3]本文结合动力工程及工程热物理学科研究生培养的实际情况，对应用型工科硕士研究生培养模式的构建和应用进行了探索。

一、应用型研究生培养目标的定位

我国工科硕士研究生的培养仍然以学术研究型的培养为主，应用研究型的规模小且没有形成完整的培养体系，这一点和发达国家的研究生培养是存在一定差距的。以美国为代表的发达国家在应用型研究生的培养过程中主要采取协作式培养，通过大学和企业联合培养研究生，实现研究生教育与社会生产相结合，满足社会发展对人才的需求。[4]这种协作式的培养模式是随着世界各国高等教育工程化改革而出现的。

工程化教育是科研与实践的有机结合，目的是培养学生的科研意识、科研能力和创新能力，提高学生分析问题、解决问题的能力。美国较早就意识到改革研究生培养模式的必要性，并加强大学与企业的合作。1967年的《工程教育目标报告》提出了五年一贯制和工程硕士计划，改变了美国高校以研究为取向的传统路线；1989年美国国家研究委员会发表《美国工程教育实践模式》，强调理论与实践相结合的工程教育实践模式。2005年美国工程院发表《2020工程师培养报告》，研究了2020年工程教育的战略与机制。欧盟也在改革与发展过程中先后推出了一系列研究计划，对工程教育的类型、模式和核心课程等问题进行了阐述。[5]

为了解决我国工程教育过于学术化和偏离实际需要的问题，教育部在全国范围内推进了卓越工程师培养计划。卓越计划的目标是促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量。按照卓越工程师培养计划的要求，对于应用型工科研究生的培养应该以校企的深度合作模式为主，强化培养学生的工程能力和创新能力。卓越工程师培养的目标与美国协作式培养的目标是类似的，但是在我国只有较少的工科院校能很好地与企业进行合作培养研究生，因此如何创建高校与行业企业联合培养人才的新机制、创新工程教育的人才培养机制、建设高水平工程教育师资队伍、制订人才培养的标准和评价体系成为当前应用型工科研究生培养模式改革的重点建设内容。

二、应用型研究生培养模式的构建

1.构建应用型研究生课程体系

为了适应应用型工科研究生的培养，必须调整目前的研究生课程体系，更新课程的教学内容。对于工程问题的解决，通常需要多学科知识的综合应用，因此在课程体系的构建过程中应该注重跨学科的培养，对于课程的设置应该更加广泛，而不是学位课和选修课都局限于某一个学科甚至是一个专业方向。从培养过程来看，广泛的课程设置有助于学科间知识的联系和知识体系的完善，使研究生在掌握扎实的专业基础知识之上有更丰富的综合应用能力。因此，在公共基础课程和学科平台课程组成的学位课之外应该按照综合培养的目标构建跨学科的课程选修体系，以学位课为平台、选修课为模块，构建跨学科的应用型课程体系。

2.改进教学方式与方法

对于应用型工科研究生，不宜采用“满堂灌”的注入式教学方法。教师可以“专题讨论”、“专题报告”和“专题文献”等教学形式，要求研究生在导师指定的专题下查阅国内外有关资料，使研究生有了一定的读书量，增强了查阅资料和综述的能力。研究生根据自己的读书心得在教师组织的讨论会或报告会上提出自己的见解，有问答、有辩论，师生共同商讨，这样有利于培养研究生的自学能力和提出问题、解决问题的能力，有利于培养研究生思维表达能力和分析问题的能力。在对教学方式与方法的改革中，应该鼓励教师采用启发式、研究型、案例教学等方式，从而实现由知识传授为主向工程能力培养为主转变，由教师为主导向以学生为中心转变，学生由被动依赖向研究型学习转变。

3.实行校内外导师的联合指导

目前大多数研究生还是由一位硕士生导师指导，受导师个人学术水平和工程能力的束缚，研究生的培养具有很大的局限性。企业具有大量工程能力强的高级技术人才，如果能够深入参与研究生的培养，将很大程度上提高教师队伍的工程化实践能力。因此，应该由所在学科点和企业实习基地共同安排校内导师和企业合作导师，共同负责制订培养计划、选定学位论文题目。研究生在完成课程学习、文献检索并做好开题报告后，尽早进入企业开展课题研究。由于是双导师联合指导，在研究生培养过程中应注意做到责任分工明确，充分交流与合作，避免互相牵制与责任推脱。所在学科应该对指导教师队伍加强监督并创造机制化的交流渠道。

4.加强校企联合培养基地建设

应用型研究生校企联合培养基地是开展研究生工程实践能力培养的基本条件，同时，联合培养基地也应该是科学研究成果的转化平台。也就是说，联合培养基地应该为研究生从工程实践中提炼出科研课题，通过科学研究解决工程问题并实现研究成果的合理转化。通过校内指导教师和企业合作导师的联合指导，使应用型研究生充分利用企业内部各种实践条件，开展与工程实际紧密联系的各种应用型课题研究。通过充分接触具体工程实践环节，培养其实验技能、专业技能、设备操作技能，使其充分接触具体生产实践环节，将所学专业知识融入社会生产实际之中，培养实践能力强的应用型研究生。

5.加强教学过程管理，完善质量评价体系

教学过程管理和质量评价体系是应用型工科研究生培养模式正常化、制度化运行的有力保障，尤其是学生在校企联合培养基地从事研究工作期间，由于学校和企业制度的差异，容易出现教学过程管理的缺失。校企联合培养研究生实践基地的日常运行通常由企业负责，学校要安排专人负责与企业的具体联络工作，定期交换信息，沟通和协调双方关系。培养基地应按照依托企业的规章制度对学生进行管理，同时也要健全内部管理规章制度。学校应加强对教师选派、教学安排、质量评价等关键环节的管理，教育学生自觉遵守各项规章制度和劳动纪律，服从培养基地管理人员和指导教师的管理，保守商业机密。对于研究生的毕业论文的评价也应区别于传动学术研究型研究生的论文评价体系，注重论文成果的实际应用性。

三、应用型研究生培养模式的应用与实践

哈尔滨工业大学动力机械及工程热物理学科为国家一级学科重点学科，教学和科研实力雄厚。卓越工程师培养计划实施以来，学科所在学院与哈电集团下属的哈尔滨电机厂、锅炉厂和汽轮机厂等企业签署了“卓越工程师培养计划合作协议”，与哈尔滨电机厂共建了面向全国高校的国家级工程实践教育中心及校级研究生教育实践基地，校企合作层次得到了很大的提高。校企双方共同制定了校外研究生培养基地管理制度并制定了学位论文工作方案，使研究生的校企联合培养有章可循，有据可依。学科由校内硕士生导师和企业合作导师共同指导应用型硕士研究生，研究生入学后由学科点和企业实习基地商讨安排校内导师和企业合作导师，学校导师负责制订培养计划，并与企业导师充分协商，为研究生选定学位论文题目。研究生按培养计划要求在第一学年内完成课程学习、文献检索并做好开题报告，第二学年进入企业开展课题研究，按要求完成论文后回校参加答辩。

哈尔滨工业大学动力机械及工程热物理学科每年派遣一定数量的青年教师到企业接受工程化培养，也为企业科技人员提供攻读博士、硕士学位研究生、在职培训、学术讲座等形式的继续教育。另外，依托哈尔滨锅炉厂、电机厂、汽轮机厂等国有企业的资源，以动力机械及工程热物理学科与国内大中型企业进行长期的科研和教学合作为基础，从企业中聘请富有教学经验的高级工程师壮大教师队伍。国有企业的工程师具有丰富工程经历，掌握了较先进的工程技术，是补充应用型工科研究生培养教师队伍的师资源泉。目前学校已有6位高级工程师作为校外研究生培养基地的企业导师，已合作指导博士研究生1人，硕士研究生8人。在应用型研究生培养期间，通过企业的国内外技术交流平台选送5人参加国际会议，发表EI、SCI检索学术论文20余篇，参加校企合作培养的研究生工程意识、工程素质和工程实践能力有了大幅提高。

四、结束语

校企协作式的应用型工科研究生培养模式使得研究生教育能更好地面向社会需求，推动研究生教育的可持续发展，已经得到了广大教师的充分认同。结合各工科院校的学科特色，充分利用企业的科研和人才资源，锻炼学生的工程实践能力和科技创新精神，是应用型工科研究生培养模式改革的基本思想。由于各工科院校办学定位不同，合作企业的文化也有较大差异，构建一种适合学科发展的应用型工科研究生培养模式需要在长期的实践过程中总结和完善。

参考文献：

[1]刘耘.对地方大学应用型人才培养模式的探索[J].中国高教研究，2006，（5）：7-9.

[2]周德俭，徐建平.试论普通工科院校硕士研究生培养的地位、作用与模式[J].高教论坛，2004，（3）：6-10.

[3]吴杨，丁雪梅.欧洲硕士学位类型、学制的研究以及对我国的启示[J].中国高教研究，2006，（2）：50-53.

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本文针对供热空调系统偏大设计的现状，分析了设计过程中涉及的许多因素的不确定性本质；提出供热空调系统保证率设计的概念，它直接以室内热环境的保证率为依据去做设计，真正体现了工程设计中投资与功能的对立统一；给出随机分析方法的思路和开发智能集成化的建筑热环境分析系统的构想，为实现供热空调系统保证率设计打下基

础。

关键词：供热空调系统 保证率设计 建筑热环境 随机分析

近年来，随着国民经济的增长和人们物质生活水平的提高，供热空调系统的应用日益广泛，使得建筑物的供热空调能耗也逐年增大。我国是发展中国家，资金和能源的供求矛盾日趋激烈，因此供热空调系统的合理设计已提到日程上来。

虽然建筑热物理理论近来有较大发展，从稳态传热算法到动态传热算法，从单一围护结构的。到建筑物整体的传热算法传热算法。但是长期以来，建筑热物理基本上都是作为确定性过程来研究的，即在确定的室外气象参数和室内发热量的条件下，做建筑热物理的有关计算，如建筑物冷热负荷的计算等，再去设计供热空调系统，分析建筑物能耗等。在供热空调设计过程中往往对每个不确定环节乘以一个大于1的安全系数，如此层层加码设计出的系统不可避免会造成设备容量选择偏大，这一方面浪费了初投资，别一方面由于设备常运行于低负荷状态，也降低了设备效率，造成了运行和维修费用的增加。

供热空调系统的偏大设计有社会经济体制和管理体制不合理方面的原因，如设计费用按建筑总投资的固定比例计算，建筑物供热按建筑面积而不是实际耗热量收费，甲方往往只是控制建筑物初投资，忽视建筑物的运行和维修费用等。此外，设计人员也缺乏一套科学的方法来处理各种不确定性因素对供热空调系统设计的影响。

由于室外气象和室内热源都是随机过程，它们作用在建筑物上产生的建筑热环境也是随机过程，因此应该采用随机分析的方法去研究建筑热环境。随机分析的方法追求的是某个量（如室温、供热负荷等）的概率分布，而不是具体的某个数值。建筑热环境是复杂的系统，其中存在许多不确定性。因此，在研究建筑热环境时，不仅要了解建筑热环境的系统性能指标的期望值（平均值），而且要了解这些指标的标准偏差。这样，就能在概率意义上定量描述这些不确定性因素对建筑热环境的影响。而以往确定性的方法只能得到建筑热环境系统性能指标的某个数值，由于在处理室外气象和室内热源这些不确定性因素时采用简单的保守数值，往往使得计算得到的性能指标远远高于实际需要的性能指标。1978年诺贝尔经济学奖得主H·A·Simon提出的有限合理性原理[1]，从哲学意义上精辟地论述了客观世界复杂性与不确定性的本质："…客观世界是极其复杂的，人们头对它的认识总是有限的，因此客观总是的角是个集合，而不是一个点…"。也就是说，客观世界中的，它们构盛开个集合，这个集合中的每个解都可看成某种程度上的满意解。如果片面地追求唯一解或最佳解，那么往往不得不引进许多假设、近似或约束，这样求得的所谓唯一解或最佳解很可能反而远离真实解的集合，见图1。

图1 Simon的有限合理性原理示意图

以空调设计负荷的计算为例，传统的确定性方法取室外气象和室内热的最不利数值，采用动态模拟程序去计算空调设计负荷。实际空调负荷是随机变化的，而确定性模拟方法并没有给出实际空调负荷小于空调负荷的可能性大小，致使设计人员在选定空调设备时，为安全起把空调设计负荷乘以一个大于1的安全系数。由于各种不确定性因素的作用，实际空调系统的运行状态也是随机变化的，因此应根据空调负荷这一随机变量的概率分布来确定空调设计负荷，选择空调设备，也就是在不同概率信度下确定不同的设备容量。概率信度的确定则与建筑物的使用功能和甲方的经济观念密切相关，体现了空调系统设计中功能与投资的对立统一关系。

供热空调系统的设计和建筑结构的设计不同。建筑结构设计的目的在于提供居住、生产和科研的场所，因此要求几乎绝对的保证，一旦发生事故，如房屋倒塌，那么不仅会损坏产品、仪器，而且会造成生命危险。供热空调系统的设计目的在于提供生活、生产和科研需要的室内热环境，如果在一定短时间里室内热环境偏离设计要求，并不会造成太大的损失或危害。对于精密仪器车间等对空调精度和可靠性要求比较高的工艺空调系统，设计的可靠性可以定得高一些，因为一旦空调系统出故障，会影响产品质量或仪器寿命；而对于一般民用住宅、办公楼和宾馆的舒适空调系统，往往允许室内热环境在一定短时间里偏离设计要求，这不仅不会损害人体健康，反而有利于消除或防止空调建筑普遍存在的综合症。可见，供热空调系统的设计允许一定的不保证率，如果设计要求的不保证率越小，那么需要空调系统的容量就越大，这正好体现了工程设计中投资与功能的对立统一关系。

由于供热空调系统的设计涉及许多不确定因素，如室外气象、室内热源、建筑物的围护结构、整个建筑中各房间的空调系统的同时使用情况、空调系统本身的设备故障、衰老以及建筑物空调面积的扩大等。因此，如果片面地追求供热空调系统的安全性，那么常常导致以最不利的条件作为设计条件，势必造成供热空调系统的容量偏大。实际空调系统的运行状态是随机变化的，也就是说，空调负荷系统是随机变量，它服从一定的概率分布，如图2所示。

图2　空调负荷的概率分布

从图2可见，在95%的概率信度（即5%的不保证率）下，空调负荷小于1820kW；如果信度提高到99%，那么空调负荷小于2160 kW。换言之，在100年里，空调负荷大于1820 kW和2160 kW的年头分别不可能超过5个和1个。图2还说明，在大部分时间里（90%的概率），空调负荷不超过1640 kW，如果概率信度提高5%和9%，那么负荷分别增加11%和32%。按传统的安全设计思想，采用最不利的室外气象和室内热源条件做计算，得到的空调负荷可能是3200 kW，据此选择空调设备，那么在大部分时间里（90%的概率），空调设备的负荷率不超过51%（1640/3200）；在很炎热的夏季里（100年一遇），空调设备的负荷率也不超过68%（2160/3200）。这样的设计不但导致初投资的增加，而且导致运行费用的增加。图2清楚地刻划了空调负荷的随机波动特性，也容易在工程设计中作用。

这种直接根据室内热环境的保证率去做设计新思想，即保证率设计，追求的是在某种不利条件下，合理确定保证率，使供热空调系统在保证时间内可靠地实现设计要求，而不是在任何条件下都要求保证室内热环境。因此，保证率设计是对传统安全发展方向。

保证率的确定则与具体建筑物类型、使用功能和甲方的经济观念有关，如果保证率取得偏大，会直接导致选择的空调设备容量偏大，造成一次投资和二次投资的增加；相反，如果保证率取得偏小，那么由于室内热环境在较多时间里偏离生产、生活或科研条件的要求，会导致工作效率的降低和产品质量的下降，造成损失费用的增加。因此，综合考虑投资和损失费用与空调系统设计保证率之间的关系，可以找到最优的保证率，使得按它设计出的空调系统的总费用（总投资与由于空调系统保证不了合适的室内热环境而造成的损失费用之和）最小（见图3）。可见，保证率设计的概念充分地体现了工程设计中投资与可靠性（保证率）之间的对立统一关系。

图3　空调设计中投资与可靠性之间的辩证关系

为实现供热空调系统的保证率设计，需要一套随机分析的方法，去定量刻划设计过程中诸多不确定性因素的影响，给出供热空调系统设计负荷的概率分布。为此需要解决以下一些基本问题：

·室外气象和室内热源的描述

建立室外气象的多维多阶自回归时间序列模型，以描述实际气象过程的不平衡性以及各气象参数在时间上的自相关和互相关性。建立描述室内热源随时间周期波动的简化的随机模型。

·建筑物的描述

现有的建筑物热模型都不适合于做随机分析，为此建立了状态空调建筑热模型，它能利用以上建立的随机气象模型和随机室内热源模型。

·供热空调系统二次设备（如散热器和风机盘管）的同时使用情况

·供热空调系统从一次设备到二次设备过程中各种介质传输管网能量损失的描述

·供热空调

设备衰老特性、故障特征和维修制度的描述

·供热空调设备的备用和供热空调面积的扩大考虑

·开发一个以CAD为基础的智能集成化的建筑热环境的分析系统，帮助工程师做设计

从80年代初其开始，江亿从事建筑热环境随机分析的研究工作，1988年到1992年完成中国科学院一个青年基金项目[2]，进行有关随机分析的基础理论研究；并和英国建筑研究中心的系统性能预测室合作，完成对随机分析程序的验证[3]。近年来发表了一些文章[4]～[10]对随机分析的意义、方法和应用都有较详细的论述。这些是空调负荷保证率设计的基础研究的一部分，还有许多工作要进行。但供热空调系统的保证率设计无疑提供了一种彻底改变该行业不合理的设计现状的方法，它有着光明的发展前程。

参考文献

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

2 江亿，洪天真，建筑热过程的随机分析，中国科学院青年基金项目研究报告，1992。

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

4 洪天真，建筑热环境的随机分析，博士学位论文。清华大学热能系。1994。

5 洪天真，江亿，冬季供暖系统负荷设计算用的室外综合计算温度，暖通空调，1993，（3）。

6 江亿，洪天真，建筑热过程随机分析的背景、方法和应用，暖通空调，1993（6）。

7 江亿，洪天真，张金乾等，IISABRE：智能集成化的建筑热环境分析系统，全国暖通空调制冷学术年会论文，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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促进学科建设

目前，“中心”已拥有5万元以上测试仪器30多台，各类研究平台12座，可资利用的教学和研究仪器设备约1500万元。中心的建设推动了能源学科科学研究的发展：近3年来“中心”骨干成员承担了省部级以上科研课题14个（其中国家级项目6个），国际合作项目2个；承担市厅级项目11个，企业委托开发课题14个.获批研究经费总额超过1000万元。发表了学术研究论文110多篇，其中被权威期刊和被SCI/EI收录论文近40篇；出版专著（教材）4部；申报获批授权技术专利30多项.转让技术成果5项；作为主要完成单位和完成者获福建省科技进步奖二等奖1个、三等奖1个；厦门市科技进步奖二等奖1个、三等奖1个。

“中心”的建设对学校的教学工作也起到了良好的促进作用。依托“中心”这一科技创新平台，新增设了10门专业课程的实验：通过“中心”建设.集大热能与动力工程专业与省内近50家企业建立了紧密的产学研合作关系，构建了满足专业人才培养需要的实践教学基地，并承担了省级教改项目“热能工程卓越工程师培养”的试点工作。2011年.依托本平台取得的教学成果《“热能工程”创新型人才培养体系的构建与实践》被评为集美大学第六届教学成果一等奖。

另外，中心的建设对促进学术交流方面也起了积极作用。“中心”分别于2008年5月、2008年8月和201O年11月承办了三次全国性大型学术会议.“中心”的研究骨干还多次参加国内外学术交流并被邀请担任本学科国内和国际顶级学术会议的会场主席.包括美国机械工程师学会动力工程分会2011年学术年会（ASMEPower2011）分会场主席、国际制冷大会分会场主席、中国工程热物理学会全国学术年会分会场主席等，有力地提升了集美大学在国内和国际的知名度。

推动产业进程

“中心”自成立以来就一直致力于清洁燃烧理论与技术、低温余热利用与工业过程节能、新能源开发与利用及与循环经济相关的能源综合利用技术研究，为福建省的高效节能及可再生能源利用技术的产业化进程做出了一系列积极贡献。

近年来.“中心”在冰蓄冷空调及低温送风技术、烘干系统的优化集成节能技术、旋风除尘技术、太阳能蝶形反射聚光光伏发电技术、余能（热）回收利用技术、降低燃烧福建无烟煤锅炉的飞灰含碳量技术、燃烧无烟煤链条炉的节能改造技术、先进的垃圾焚烧炉技术、燃油荷电雾化清洁燃烧技术、可再生能源与低品位热能海水淡化技术等方面均取得了较大突破，已开发了10多项科技成果，为省内近50家企业提供了节能减排技术服务，服务行业涉及电力、建材、化工、冶金、纺织印染等诸多领域。例如，与厦门同力节能科技有限公司签订了《立体多层次蝶型反射聚光光伏发电技术》技术转让协议，该项技术直接经济效益在年1000万元以上；与镇江市电站辅机厂有限公司共同进行了《低温工业烟气余热资源化利用成套技术开发》，通过回收余热，可为企业节省大量燃料从而产生可观的经济效益，每年可节能折价人民币5000～；以上：与厦门银鹭重工有限公司共同进行了《20t/h级高效燃烧福建无烟煤的CFB锅炉技术开发》，每年通过煤的高效燃烧和资源综合利用可增收500万元以上。近年来.“中心”通过技术转让、技术服务、推广新技术等形式进行了成果推广，累积每年为企业产生经济效益近3500万元。

服务经济发展

篇5

[关键词]联合培养 专业学位 研究生

[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）22-0005-02

一、引言

为了更好地满足国家科技发展对工程应用型、复合型、高层次交叉学科、多领域技能型人才的迫切需要，进一步优化全日制专业学位研究生培养的类型和结构，完善研究生培养体系，增强研究生服务于国家和社会全方位综合性能力，推动全日制专业学位研究生“多学科交叉培养、多领域共同教育，同时校企间通过深度合作、资源间积极共享”的培养模式与培养理念，实现东北石油大学全日制专业学位硕士研究生培养模式转变。石油与天然气工程结合自身学科的专业特点与学科优势，努力探索出跨学院、跨企业的“两跨”深度合作全日制专业学位硕士研究生培养模式，依据全日制专业学位硕士研究生的生源特点，以“生源招生、学位培养与考核评估”三个主体方面为研究主线，开展多学科、多领域之间专业理论的全日制专业学位硕士研究生交叉教育培养。以东北石油大学与中石油集团公司、中石化集团公司、中海油集团公司沉淀的多年产学研结合深度合作关系，开展跨企业（校企之间）的全日制专业学位硕士研究生的人才培养、技术研发、科研攻关的深度合作，以培养专业学位硕士研究生为主体，实现校企之间的产品设备、技能人才、科研成果的资源共享，努力提高石油与天然气工程全日制专业学位硕士研究生培养质量。

二、主要研究内容

通过建立跨学院跨企业联合培养模式，充分发挥各二级院系多学科协同培养的优势，利用长期与油田企业深度合作形成的良好平台，打造一支适合于石油与天然气工程全日制专业学位硕士研究生培养的导师队伍和管理团队，构建和谐的培养环境，为稳定和提高研究生的培养质量探索出一种创新性培养模式，为丰富拓展其他院校其他领域的研究生培养提供示范作用。主要研究内容如下：

（一） 跨学院跨企业联合培养模式研究

石油工程学院石油与天然气工程专业与机械工程学院、土木工程学院相关专业结合，建立跨学院联合培养模式；与大庆油田、吉林油田科研院所及生产单位结合，建立跨企业联合培养模式，确定联合培养硕士研究生的选择标准（包括学生的原专业、学生的发展意向、动手能力、创新能力等）、招生计划；制订联合培养方案，建设优化组合联合培养研究生课程体系。

（二）联合培养专业学位硕士研究生的指导教师队伍建设

由石油工程学院牵头，协同相关院系相关企业组成跨学院跨企业联合培养石油与天然气工程全日制专业学位硕士研究生的管理小组，研究制定研究生指导教师筛选原则与标准，建成在石油与天然气工程领域具有较好科研基础和科研成果的导师队伍。定期聘请现场有科研、生产经验的研究人员为专业学位研究生开设课程与讲座，增强学生的专业实践教育环节。

（三）联合培养专业学位硕士研究生实践基地建设

校内以石油工程学院提高采收率教育部重点实验室、国家工程技术研究室等，机械工程学院化工过程机械重点实验室、石油井架检测实验室等，土木建筑工程学院防灾减灾工程及防护工程实验室等为依托，加强实验设备与相关建设，为学生进行校内试验，提高动手能力提供条件；校外与油田开发研究院、采油研究所、钻井研究所、地面工程设计院等结合，加强开放交流，选派专业学位硕士研究生到上述单位进行培训实习，开展学位论文的相关研究，增强学生的实践创新能力。

（四）构建联合培养模式下的培养机制与管理机制

1.确定研究方向

以把握石油与天然气工程学科内涵为核心，寻找与机械工程、工程热物理等相关学科的知识交叉点和问题突破口，找准突出学科特色、体现学科水平的跨院跨企业联合培养全日制专业学位硕士研究生的研究方向。

2.资源共享

以东北石油大学的国家级重点实验室、国家工程技术研究室、国家工程教育中心以及省部级研究基地、校企共建工程技术研发中心等为主要平台，充分利用大庆油田、吉林油田的地缘优势，整合相关学科科研经费、实验设备、软件设施、图书资料及其它物质条件，形成跨学院跨企业联合培养的有效资源。

3.培养机制

按照教育部关于专业学位硕士研究生培养的有关要求，以有效提高油气储运专业硕士研究生的综合素质、创新能力及实践能力为侧重，依靠具有较深学术造诣的多学科导师团队，借助校企多学科协同攻关的独特优势，研究提出构建强化基础性、前沿性和学科交叉性的跨学院跨企业联合培养机制。

4.管理机制

以保证跨学院跨企业联合培养全日制专业学位研究生质量为前提，强调满足社会多样化需求、加快培养高层次应用型专门人才的需要，同时体现“以生为本”的办学理念和“因材施教”的教育思想，构建导师、研究生和培养环境三者和谐发展的管理机制。

（五）改革联合培养模式下的教学方法

增加案例教学与现场实践教学内容，提高专业学位硕士研究生的综合素质。

三、拟解决的关键问题

（一）跨学院跨企业联合培养硕士研究生的导师队伍建设问题

石油与天然气工程专业导师，即第一导师，对研究生培养过程的各个环节及培养质量负主要责任，校内合作导师与企业导师协助主导师指导学生。尽量明确三方导师各自的权限，避免出现管理混乱的情况。同时要建立三方导师的沟通机制，强化导师队伍的自身建设，开阔导师的视野，提高导师队伍的水平。

（二）跨学院跨企业联合培养硕士研究生的资源整合问题

由于各培养单位之间相互独立，联合培养工作不论是在观念上，还是在操作管理上都还存在着一定的困难，在某种程度上可能会限制培养单位之间的合作交流。另外，由于受到教学体制和科研环境的影响，学术讨论环境不理想，需要各院之间、企业与学校之间、导师与学生之间及时加强沟通，共同解决面对的问题。

（三）跨学院跨企业联合培养硕士研究生的管理机制问题

跨学院跨企业联合培养研究生是研究生教育改革和创新的重要尝试，仍处于摸索阶段，还没有一套切实可行的管理工作流程， 会给实施过程带来一系列问题，例如研究生的课题选择、毕业答辩等环节安排，课题的经费筹措、合作协调、奖励惩罚、学术交流、监督评价、考核、成果归属认定及知识产权保护等等，必须建立一套切实可行的管理模式，保障跨学院跨企业联合培养的顺利推进。

四、采取的解决方法

以石油与天然气工程专业为主导，确立主干专业在联合培养中的主导作用；以工程热物理与机械工程等相关专业为支撑，寻找相关学科的知识交叉点和问题突破；以企业为依托，充分调动企业在研究生联合培养中的积极性；以研究生为中心，以培养研究生的实践应用能力和创新能力、提高研究生培养质量为核心，树立研究生在联合培养中的主体地位。以市场为导向，充分发挥市场机制的作用，形成竞争性的市场机制，最终实现研究生培养对接市场需求，跨学院跨企业联合培养的制度化及企业对联合培养的内需化。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张秀梅.中国高校与企业合作的现状与前景[J].教育发展研究，1999，（1）：52-55.

[2] 刘云，李阿利.地方院校研究生联合培养基地现状及发展趋势概论[J].当代教育理论与实践，2010，2（3）：23-25.

[3] 施锦华，辛梅.面向跨企业资源配置的合作制造（CM）[J].经济师，2007，（3）：20-22.

[4] 方伟.对研究生联合培养基地建设的思考[J].甘肃科技，2009，25（21）：213-214.

[5] 吴照金.对校企联合培养硕士研究生模式的思考[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2012，29（1）：103-105.

篇6

【关键词】投影仪吊箱 温度场 Ansys 散热系统

目前，多媒体教学已经在全国各高校中普及，投影仪和计算机作为主要的多媒体教学设备，正发挥着越来越重要的作用。通常情况下，为了节省空间，投影仪一般通过悬挂设备悬挂于屋顶，而较多情况下为了防盗和防尘会将投影仪放入较为密闭的吊箱内。但是，投影仪位于高处，长期处于高温气流环境中工作，易出现死机等现象，投影仪工作的稳定性较差，减少了投影仪的使用寿命。因此在吊箱内安装散热系统就十分必要了，但散热系统的安装位置及工作方式的合理设定直接影响到散热效率，如果散热系统不能快速将投影仪周围的热量及时排走的话，就会使散热系统失去意义，而且还浪费了大量的电能。因此分析吊箱内温度场进而优化箱体散热系统就十分必要了。

1 研究方法

本论文主要通过数值模拟，同时辅以实验的方法，以某型号投影仪吊箱为研究对象，分别研究其处于稳态和非稳态时的温度场进行数值模拟分析，为投影仪吊箱散热系统的设计提供理论依据。研究内容如下：

（1）建立该投影仪吊箱的物理模型模型，通过测试实验分析该模型的可行性。

（2）在稳态、内部投影不工作的情况下，应用Ansys软件对其内部温度场进行模拟研究，确定外部环境对箱体内温度场的影响，并且可以确定散热模块最佳的安装位置。

（3）在非稳态、内部投影仪正常工作的条件下，应用Ansys软件对其内部温度场进行模拟研究，确定非稳态下箱体内温度场的分布，继而将两种计算结果进行比较以进一步确定散热系统最佳设计方案，本部分为主要研究内容。

（4）通过对数值计算结果的对比分析，对投影仪吊箱物理模型进行优化。

2 模型分析

2.1 物理模型

本文针对某型号投影仪吊箱进行分析，如图1所示，该箱体是由顶盖、底板、前门、后门和两块侧板组成，其材料为1mm厚的铁皮，在箱体的两块侧板上装有带防尘网的散热孔，在顶盖上固定安装孔，箱体前面有圆形投影仪镜头孔，直径80mm。投影仪安装位置如图，以O为坐标原点，X，Y，Z轴如图所示，投影仪中心位置坐标为（170，210，140），投影仪内装有散热风扇，不断地把投影仪产生的热量排到外部环境中，其散热出风口位于X=340的平面上，风向沿X方向。

2.2 箱体结构分析的基本假设

（1）由于箱体为对称结构且投影仪安装在箱体中央因此整个结构具有轴对称或近似轴对称结构，边界条件也是轴对称，所以温度场分布也是轴对称的。

（2）忽略箱体向外的辐射导热。

（3）投影仪工作时，由于投影仪在不断地向箱体内排放热量，其箱内温度随时间而不断变化，既温度场是非稳态的。投影仪不工作时，属于稳态过程。

3 ANSYS模拟过程

3.1 温度场的定义

材料在每一个点的温度采集系统被称为温度场。这是一个时间和空间坐标的函数。温度，通常是空间坐标（x，y，z）和时间变量的函数，即T =（x，y，z，T）。这是一个三维非稳定温度场，导热温度场的三维非稳态导热。不随着时间的推移被称为稳定的温度场，温度场的T =（x，y，z），此时的三维稳定导热。一维和二维温度场，可以分别表示为稳定状态，当T = f（x）和T = f（x，y），不稳定状态。如图1所示。

3.2 运用ANSYS 进行热分析的一般步骤

运用ANSYS对投影仪吊箱进行热分析的步骤如下：（1）依照箱体的物理模型与实际尺寸建立包括箱体、投影仪、半导体散热器的三维计算模型；（2）定义热分析的类型，即确定“非稳态热传导”；（3）确定箱体的材料组成，设置模型的材料属性，并将三维计算模型进行有限元划分；（4）加载边界条件和初始条件分别应用于模型的边界，只需选择对流边界条件，对流传热系数和温度，然后分析；（5）计算结果的后处理，如计算模型或部分的温度分布和热通量分布等等。

3.3 热分析

热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取

或损失、热梯度、热流密度等。箱体物质系统所处的温度场为这是三维非稳态温度场，在此温度场中发生的导热为三维非稳态导热。导热主要方式为热对流，指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量的交换。有限空间的空气流数学语言描述如下：

（1）

箱体由铁皮包裹，关键参数换热系数125W/*K，钢板的比热为460J/kg*℃，密度为7850kg/m?，导热系数为50W/m*K，采用热分析单元SOLID90，二十节点六面体单元。

投影仪吊箱为半封闭式结构，内部有唯一热源投影仪，当投影仪内半导体受到光照或者加有电压时，即变为非热平衡状态，其中的载流子称为非平衡载流子。非平衡载流子浓度与外界作用有关，而且在外加作用去掉以后，非平衡载流子浓度将要随着时间而发生衰减，最后又将逐渐回复到热平衡状态。

3.4 网格划分

依照箱体的物理模型与实际尺寸建立模型。利用有限元思想，确立单元密度。有限元分析，也称FEA，它把结构分解成离散的单元，精度取决于单元的尺寸和分布。划分网格之前一般都需要对网格密度进行必要的控制。合理的单元网格密度是获得高精度结果的保证，确保准确捕捉场量的分布和梯度变化。单元阶次与有限元的计算精度有着密切的关联，单元一般具有线性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的单元称为高阶单元。高阶单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且高次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以增加单元阶次可提高计算精度。但增加单元阶次的同时网格的节点数也会随之增加，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模相对较大，因此在使用时应权衡考虑计算精度和时耗。采用Full Graphics，以全局密度单元0.1，将箱体模型网格化如图2所示。

3.5 初始条件与边界条件

初始条件即模型中各点的初始温度，边界条件即模型外边界温度.均根据模拟投影仪工作功率所推算出的内部空间初始温度、直接通过箱体表面的温度变化模拟箱体内空气的降温过程.为了使计算结果更具可靠性，修正公式如下：

（2）

对于气体流动问题，可以设置壁面无滑移，也可以指定壁面切向速度分量（壁面平移或者做旋转运动），也可以给出壁面切应力从而模拟壁面滑移。壁面热边界条件包括固定热流量、固定温度、对流热传导、外部福射热传导、外部福射热传导与对流热传导的结合等，对于作为两个区域之间界面的壁面（例如，共轭热传导问题中的流、固界面），系统会默认为是导热与对流的合换热。本文所做计算涉及到的壁面热边界条件有：固定温度、对流热传导以及导热与对流的合换热。

3.6 载荷的施加

有限元分析的主要目的是检查在反应一定的载荷条件下的结构或组成部分。因此，在分析中指定的条件适当的负载是关键的一步。在ANSYS程序，可以使用多种方式载荷模型，并借助载荷步选项，可以控制加载解决方案中如何使用它。施加载荷，可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷：恒定的温度、热流率、热流密度、生热率。

在开始求解时，将实体模型载荷自动转换到有限元模型。将实体模型载荷与有限元模型载荷、藕合或约束方程混合起来，转换过的实体模型载荷将取代现有的节点或单元载荷，而不管这些载荷的输入顺序。

3.7 结果分析

影响箱体温度的主要因素包括：箱体材质、工作时限、外界环境温度、半导体散热器工作效率、投影仪的本体散热。综合模拟结果如图3所示。

由模拟结果可以看出，投影仪本体的单向散热和箱体的半封闭式结构致使箱体单侧温度明显高于其他部分，热量的集中间接提高了导热的效率。若高热侧开启对流通道，将高效的降低投影仪工作温度，提高工作时限。因此，半导体散热系统加装于高热侧。

在稳态、内部投影不工作的情况下，其温度场分布均匀，可知箱体外部环境对非稳态时的温度场分布影响较小，因此可以忽略。

4 结论

（1）对于非稳态情况下箱体内温度场的分析和研究可以得出结论，散热系统的热量外排模块和制冷模块的安装位置对温度场分布影响较大。此结论为箱体物理结构优化提供了思路。

（2）外部温度对于箱体内温度场分布有所影响，但影响相对较小，因此在设计散热系统时可不用考虑

（3）通过计算结果和实验数据的比较， 验证了本文所采用的数学物理模型及计算结果的可靠性，为箱体散热系统的设计提供了理论依据。

参考文献

[1]雷强萍.半导体冷箱温度场模拟及性能优化[J].南昌大学报，2012（12）：2-4.

[2]罗勇，常冰，张子辉，张贵荣.高热流密度自然对流条件下改善热传导性能的实验研究[J].流体机械，2003，31 （11）：45-46.

[3]单晓，胡欲立.基于Ansys的机械密封环温度场分析[J].与密封，2006（9）：117-119.

[4]张登春，翁培奋.载人列车车厢内空气流场温度场数值模拟[J].系统工程与电子技术，2005（6）：20-25.

[5]刘宗霭，朱洪波.基于单片机的智能投影仪吊架[J].信息通信，2013（1）：64-65.

作者简介

李涵（1993-），男，江苏省徐州市人。大学本科学历。研究方向为电子信息工程。

赵志勇（1991-），男，河北省承德市人。大学本科学历。研究方向为光信息科学与技术。

刘宗霭（1990-），男，山东省烟台市人。大学本科学历。研究方向为测控技术与仪器。

方欣栋（1992-），男，山东省烟台市人。大学本科学历。研究方向为通信工程。

作者单位

篇7

关键词：焊接模拟；焊接变形预测；主要方法；特点

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

引言

几种常用的预测焊接变形的主要方法，包括解析法、热弹塑性有限元法、焊缝收缩力法和固有应变法。解析法是最早采用的方法，由于对模型要求较高，只能用于较简单、规则的小构件，所以现在很少使用，但它作为其他几种方法的基础在本文中也有所介绍。热弹塑性有限元法是能全面的模拟焊接过程的一种方法，计算过程中涉及到几何非线性和材料非线性以及各种场的耦合，所以对计算机要求较高并且计算时间较长，适用于小构件的模拟。焊缝收缩力法和固有应变法是只关注于最终变形结果的方法，是用来预测大型构件焊接变形的主要方法。

1 解析法

解析法是以结构力学理论、残余塑变理论等为基础，能准确、有效的计算规则等截面梁焊接变形的方法。下面以求解T形梁焊接挠度为例说明解析法的计算过程[1]。

(1)

式中f——梁纵向挠度；C——纵向弯曲的曲率；L——梁的长度

(2)

式中——单位长度上沿焊缝方向的固有应变总和；——中心到截面中心的距离；

——截面惯性矩。

(3)

式中——比例系数。焊接结构刚度较大时，一般取 cm3/J；——焊接热输入量。

2 热弹塑性有限元法

2.1 焊接温度场基本理论

焊接过程中高度集中的瞬时热源在焊接构件上造成的不均匀温度场是引起焊接变形的根源，同时，在加热时熔化区发生的各种冶金反应以及冷却过程中发生的组织转变也会对焊接变形造成不可忽略的影响，因此，准确的模拟焊接温度场是获得可靠焊接变形结果的前提。

由傅里叶定律和能量守恒原理得到的焊接温度场控制方程为[2]：

(4)

式中，是与坐标和时间相关的温度分布函数，为材料的密度，为材料的比热容，τ为时间，、、分别为材料沿、、方向的热导率，为材料内部的热源密度(W/kg)。

通过初始条件和边界条件求解微分方程，得到温度分布函数，即可求任意时刻任意位置的温度值。

2.2 焊接本构关系及平衡方程

材料属于弹性或塑性状态的本构关系为[3,4]：

(5)

式中，为弹性或弹塑性矩阵，为与温度相关的向量。

在弹性区，

(6)

(7)

式中，为线膨胀系数，为温度。

在塑性区，设材料进入塑性状态的条件为：

(8)

式中，为屈服函数，为与温度和塑性应变有关的屈服应力的函数。

考虑到焊件模型的某一单元，平衡方程如下：

(9)

式中，力在单元节点上的增量，温度引起的节点力增量，为节点位移增量，单元刚度矩阵。

3 焊缝收缩力法

焊接时，焊缝及其附近金属会受热膨胀，这种变形受到周围温度较低的金属的束缚，产生了压缩塑性变形，它的存在相当于在构件上施加一个外力而使构件发生变形，我们称这个假想的外力为焊缝收缩力[5]。收缩力的大小主要取决于塑性区的尺寸，而塑性区的尺寸则由焊接工艺参数及材料的热物理性能参数(如热导率、比热容、密度和导热系数等)决定。此外收缩力还和构件刚度和焊接接头的热流密度有关。

焊接过程主要的工艺参数为焊接热输入，焊接热输入是指熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝上的热量。热输量和焊缝截面积成正比：

=(10)

式中，的单位为；的单位为mm2；为比例系数，焊接方式不同取值不同，对于药皮焊条电弧焊=61，金属极气体保护焊=41，埋弧焊=72。

对于结构软钢，可以用下式求出焊接收缩力：

(11)

式中，为纵向刚度系数，取值为0.335；为线膨胀系数；E为弹性模量；为单位长度的热输入量；为比热容；为密度。

4 固有应变法

焊接过程的固有应变包括塑性应变、温度应变和相变应变。焊件恢复到室温后，温度应变即变为零，所以最后对焊件产生影响的就只剩下塑性应变和相变应变的残余值之和。固有应变法的计算过程是把求得的固有应变值加到有限元模型上进行一次弹性分析。下面以T形焊接接头为例，说明固有应变的求解方法。

在一个T型接头中，焊接热输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()的热量表达式如下：

(12)

(13)

式中，为总的热量输入；为腹板厚度；为底板厚度；、分别为左侧和右侧焊道的热输入。

纵向收缩力和热输入量之间存在线性关系，热输入量不同也会产生不一样的纵向收缩力，所以底板和腹板的纵向收缩力分别为：

(14)

(15)

腹板和底板纵向固有应变(、)表达式如下：

(16)

(17)

式中，为总的纵向收缩力；为腹板处固有应变的高度；为底板处固有应变的宽度；为弹性模量。

底板横向固有应变()的表达式为：

(18)

式中，为底板总的横向收缩力。

纵向收缩变形会对横向收缩变形产生影响，横向固有应变()的最终表达式应为：

(19)

式中，为泊松比；为纵向收缩固有应变。

此外，由于底板上下表面收缩量不同引起的角变形通过沿着x方向的曲率来描述：

(20)

式中，为焊缝左右两侧底板角度变形的平均值，曲率可以认为是底板的角应变。

固有应变法计算快速，对于分析实际工程，尤其是大型构件的变形问题很有意义。

5 小结

本文总结了预测焊接变形的一些基本理论和主要方法，阐述了各种方法的特点和适用条件，对于不同的构件选择不同的计算方法，规则的小构件采用解析法，结构复杂的小构件可以采用热弹塑性有限元法，大型构件则采用固有应变法和收缩力法。

参 考 文 献

[1]马继等. 预测焊接变形几种方法的比较[C]. 第十次全国焊接会议论文集. 哈尔滨. 2001: 512-515.

[2]罗晓燕等. 基于ANSYS平台焊接模拟中不同焊接热源的比较[J]. 电焊机, 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

作为我国基础研究的卓越领导者、我国化学激光和分子反应动力学研究的开拓者之一，张存浩院士从事科学研究60多年，涉及多个前沿科技领域，取得了多项达到国际先进甚至领先水平的科研成果。而今已是耄耋之年的他，依旧是“老骥伏枥，志在中华复兴”，求索的脚步仍未停止。

家国情怀入心化行

1950年10月，获得密歇根大学化学工程硕士学位的张存浩从美国回国，带着他的一片赤子之心，一份报国之情。

触发他决定回国的因素却是1950年6月美国入侵朝鲜。“必须立即回国，否则自己的科技报国梦可能会落空。”张存浩心里琢磨着，他料定美国会很快阻止中国留学生归国，因此毅然决定放弃继续深造的机会和国外多家单位给予丰厚待遇的工作机会，在国家最需要他的时候，回到当时条件还十分艰苦的祖国。

“从那个时代过来的人，亲历了颠沛流离，目睹了山河破碎，总有一种强国富民的情怀，太想为国家出一份力。”张存浩说。

1937年，爆发，正在天津读小学的张存浩被父母寄养到重庆的姑父母身边。张存浩的姑父傅鹰、姑母张锦是经受了“”洗礼、怀抱科技救国理想留学归国的化学家，受姑父母的熏陶，强国富民的理想在年幼的张存浩心中滋生。

张存浩回忆：“记得我在福建长汀上中学时，每晚与傅、张两先生在同一盏油灯下攻读，傅先生向我谈到了祖国的灿烂文化，谈到了振兴中华，谈到了青年一代的责任，教导我一定要学好祖国的文化，当时让我感动得泪流满面，对我一生产生了深远影响。”

1951年春，张存浩来到了东北科研所大连分所（中科院大连化学物理研究所的前身），开始了他的科技强国征程。

20世纪50年代初，我国石油供应十分短缺，又面临西方国家的全面封锁。为解决国家急需，张存浩和楼南泉等人日夜奋战承担了研究，在短时间内研制出了水煤气合成液体燃料高效氮化熔铁催化剂，并“中试”成功。

20世纪50年代末，在紧张的国际形势迫使下，张存浩迅速转入火箭推进剂这一对他来说几乎是全新的领域，在文献资料很少的情况下，不顾毒性和爆炸危险，大量实验，最终和何国钟院士等提出了固体推进剂燃速的多层火焰理论。“没想到中国在20年前就有了这么完美的燃速理论。”改革开放后，美国科学家在一次交流中惊叹道。

一心扑在科研上，国即是家。甚至“有次回家时，竟然把孩子的名字都忘了”。豁达的妻子迟云霞至今仍把此事当成笑话叙说。“国家需要什么，我就做什么。”这是张存浩那一代人的科研哲学。有人问过他：“你回国后，做了这么多任务性科研，没有关注过自己的科学兴趣，后悔吗？”张存浩说：“不后悔，我回国，就是为了报效祖国。”

回首60多年的科研经历，张存浩说：“科学无国界，但科学家是有国界的。现在的年轻人，爱国主义是应该无条件接受的。”

殚精竭虑培养人才

在张存浩的心中，这一切都是为了一个期盼：青年强，则国强。

2013年12月19日，中科院工程热物理研究所研究员金红光迎来了他学术生涯中最难忘的时刻，从中科院院长白春礼手中接过“院士证书”。

像金红光这样获得过“国家杰出青年基金”资助并后来当选院士的，他不是第一个。国家自然基金委主任杨卫介绍：“国家杰出青年基金至今已资助了3000余名优秀青年科学家，其中已有近200名当选为中国科学院或中国工程院院士。”

而当初两次致函总理，力荐设立国家杰出青年科学基金的，正是张存浩。

l991年初，张存浩出任国家自然基金委主任。当时处于科研一线的老一辈科学家年龄基本上都在50岁以上，人才老化问题严重，出国留学的人多而人才引进却很困难。

“我们的理解力并不差，但缺少原创性，有时和别人同时起步，但逐渐落后，这与对基础研究在培养人才中的作用认识不够有很大关系。”

“其他国家的经验表明，科技创新的关键取决于高层次人才的数量和质量。培养高层次人才，是基础研究的根本任务，应该创造一个这样的环境。”

正是因为这些思考，张存浩提出了基础研究要瞄准国家目标的战略。他说：“科技工作者围绕国民经济和社会发展中重大深层次问题，瞄准科技前沿，在国家需求和科学前沿的结合上开展基础研究。”

如今，许多科技工作者，不管是否曾得到过国家自然科学基金资助，都称赞：“张先生是一个了不起的战略科学家。”

大处得气魄，小处也见精神。张存浩不仅是一位科技界的领航者，也是一位慈父般的长者。他关心青年，丝丝入怀。“期间，我因为营养不良，全身浮肿，老师二话不说，将国家补贴的营养品鸡蛋和牛奶全部给了我。”现已担任博士生导师的徐正每忆起这段往事，还禁不住热泪盈眶。

他提携后学，任劳任怨。中国科学院大连化学物理研究所副研究员石文波说：“谈到张先生，我首先想到的是幸福。”最让石文波感怀的是：“张先生在病床上给我修改论文。当时我将论文发给先生，并不知道他生病了，先生也没提及，只告诉我他看看。”忆及此事时，石文波哽咽在喉。

一点一滴总关情。在张存浩的心中，这一切都是为了一个期盼：青年强，则国强。张存浩说：“我坚定地相信，新世纪一定会大书特书中国科学的丰功伟绩，这些丰功伟绩将属于新一代的中国科学家。”

另辟蹊径创新求索

越是新的、难的前沿研究，就越不惧怕，这是张存浩的性格，也是他所说的在科研上“不入虎穴，焉得虎子”。

如果说从研究合成燃料转到研究火箭催化剂，张存浩偏离他的专业还不算太远的话，那么，研究化学激光，对张存浩来说，意味着一次真正“改行”。

重提当年，张存浩至今仍记忆犹新。他说：“化学激光技术是一项真正的尖端技术，当时什么都没有，缺资料、仪器、设备，连基本的光谱仪、示波器也没有。”

就是在这样艰苦的条件下，1973年1月，大连化物所成立激光化学实验室。张存浩与一大批中青年科学家一起，从头学起，迎难而上，着手研制超音速燃烧型氟化氢（氘）激光器。

敢干，并不是蛮干。创新意味着要巧干，要另辟蹊径。

当时，国外氟化氢（氘）激光器也是刚刚起步，但有关文献上发表的却是没有实用价值的等离子加热体系。张存浩决定，不照国外的路子走，独立进行燃烧体系选择。

在接下来的两三年里，张存浩和他的同事夜以继日地攻关，终于在较短时间内扫除了拦路虎，解决了相关关键技术，大大促进了实验的进程。1973年氟化氢（氘）激光器输出功率从零做到了几瓦，两年后，输出功率又增加了几个量级，整体性能指标达到当时世界先进水平。

“后来了解到，我们的效果与国外基本一致，但走的是完全不同的技术路线，”张存浩感慨地说，“并不是我们想要标新立异，而是因为在关键技术的应用研究上，发表出来的，往往是走不通的，而能走通的技术路线往往严密封锁。因此，在确定研究路线时，一定保持清醒的头脑。”

篇9

关键词深井回灌水源热泵含水层水热运动热贯通建筑容积率HST3D

1问题的提出

深井回灌式水源热泵技术作为一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式，在国内外空调工程界已经得到了越来越多的应用[1][2]，文献[3]给出了其基本原理与相关技术经济分析。这一系统方式利用温度全年相对恒定的地下水作为水源热泵的水源，通过建造抽水及回灌井群，实现夏季抽冷水、灌热水，冬季抽热水、灌冷水的这一全年角色轮换的运行过程，地下含水层内部的热量或冷量被提取、蓄存和转移。井群是深井回灌式水源热泵系统的一个关键组成部分，其正常运行与否决定了应用水源热泵系统工程的成败，井群的设计布局应当是慎之又慎的关键环节。目前国内进行此类工程的井群设计和施工过程中，系统方案的可行性判据基本取决于单井出水量是否满足要求，以及能否实现良好的人工回灌。然而在进行该类工程井群部分的可行性分析和设计中，还需要考虑以下几方面的问题：

（1）当地含水层中的能量蓄存、转移过程。

应用深井回灌方式，需要在设计阶段知道当地含水层的能量提供能力有多大，也就是系统可负担的建筑容积率极限是多

少。当建筑物全年冷热负荷不均匀时，系统对于含水层温度的常年影响效果如何，是否会造成含水层"背景温度"逐年降低或升高，从而导致系统运行失败，相关的应对策略如何制定？

（2）"热贯通"影响的避免

由于回灌水与原始含水层温度存在的差异，在导热和对流等作用下，回灌井水"温度锋面"会导致近抽水井出水温度有不同程度的升高或降低，通常称为"热贯通"现象。如何确定适宜的井间距，如何确定井群的布局，避免"热贯通"的影响，是设计人员关心的主要问题。对于高密度住宅小区或城区商用建筑应用深井回灌式水源热泵系统来说，由于可利用建筑用地的面积限

制，如何优化井群布局及其各自对应的抽水或回灌角色，最大限度地避免"热贯通"的不利影响是尤为关键的。

（3）水文地质条件的影响作用

该问题的核心是如何考虑速度相对较大的当地地下水自然流动的存在对于地下含水层温度场和井群布局的影响，如何在建筑物冷全年热负荷不均匀的情况下，利用自然地下水流场的存在，合理地优化各井的抽水、回灌角色和轮换方式，从而实现对于能源的最优利用。

（4）地面机组和管道系统形式和运行模式的影响作用

利用"小流量、大温差"的系统运行方式，能够实现对于含水层蓄能的最大利用，同时减少对于地下水资源最小程度的开采利用[3]。在"小流量、大温差"和传统的"大流量、小温差"两种运行工况下，地下含水量水层温度场全年变化过程，以及所导致对应的井群布局差异如何，也是研究设计人员所关心的问题。

以上这些问题都需要寻求对于井群部分的含水层水热运动过程适用的计算分析工具，研究井群当地地下含水层的水热运动与水文地质条件、环境气象因素和工程措施之间的关系，为该类系统的相关设计与分析提供科学的依据，以推动集中式水源热泵机组应用的进一步推广。

在此工程背景下，笔者通过比较目前工程学术界流行的含水层流动传热模拟程序，选择利用了美国地质调查局开发的地下水流动、传热、传质三维有限差分模拟程序HST3D，对一典型双井承压含水层进行了全年温度场和流场模拟，对该程序应用本问题的功能性和适用性作出评价，指出其需要完善之处。

2含水层中的水热运动及相关数值模拟

2．1含水层中的水热运动

自然界含水层中的地下水流动一般满足达西定律，而含水层内部的传热过程包括：

（1）地下水的对流换热过程；

（2）地下水的导热过程；

（3）固体骨架的导热过程；

（4）由于通过多孔介质孔隙的不同流动通道液体的机械混合造成的局部热弥散，以及由于不同地质成分构造混合所造成的宏观热弥散过程；

（5）地下水与固体骨架之间的传热。

在含水层传热中，当含水层骨架颗粒较小和流体流动雷诺数较低时，可以假定流体温度场与固体骨架的温度场时一致的，因此可以不考虑上面第5项的热量传递。

第4项由含水层多孔介质热弥散机理所造成的热量传递，对于含水层内部的整体传热过程存在着不可忽略的影响，特别是单井周边含水层中由于相对较高的地下水孔隙流速，热弥散的影响作用尤为突出。

2．2含水层水热运动数值模拟

含水层水热运动的建模和模拟计算工作，在含水层季节性热蓄能等相关领域已经进行了较长时间的深入研究。含水层季节性热蓄能的应用和研究，早于上世纪七十年代中期已经相继在我国、北欧、北美等地区和国家开展。美国加州大学的LawrenceBerkeleyLaboratory(LBL)建立了相应的单井含水层蓄能有限差分数值模拟程序CCC，并通过该程序对现场实验进行了模拟和分析[4]。国内陈兆祥[5]和薛禹群[6]等亦完成了相关模拟计算和现场实验工作。国际能源组织于1993年至2000年期间所完成的IEAANNEX8：ImplementingUndergroundThermalEnergyStorage，其中一个子项目就是关于地热蓄能的设计分析工具应用与评价，G?ranHelstr?m[7]在其为该子项目所作的总结报告中列出了适用于含水层水热运动分析现行软件，包括AST、TWOW、SUTRA、Tradikon、HST3D等程序。Chiasson[8]的论文中亦列出了适用于含水层水热运动分析的现行软件，除以上所列以外，还包括SWIFT、AQUA3D、FEFLOW等。下面将对HST3D程序作原理和功能介绍。

3HST3D简介

HST3D[9][10]是英文Three-Dimensionalflow，Heat,andSoluteTransportmodel的简称，它是美国地质调查局（USGS）于80年代末开发的一套开放型研究用程序。HST3D采用控制容积的能量平衡法对三维流动、传热和传质微分方程进行离散求解，能够实现饱和含水层中流动、传热和传质过程的非稳态模拟，可用于饱和地下含水层相关流动、传热和传质问题的模拟，包括热田和土壤热、海水入侵、放射性核废料填埋等问题。HST3D具有很强的实用性，其性能包括程序设计结构的模块化、离散方法的简单化和求解方法的多样化、允许采用多种坐标系及不等距网络等，其开放性的模块化结构信纸科研人员可以根据需要添加、修改或删除相应的模块。

HST3D所求解的流动、传热以及物性方程[11]分别如下：

饱和含水层的流动微分方程：

（1）

饱和含水层的传热微分方程：

（2）

假定密度ρ为压力和温度的函数，其液体物性方程：

（3）

HST3D对于离散方程的系数矩阵的求解方法包括：（1）三对角直接求解法（2）逐次超松弛迭代法（3）基于红黑排序的通用共轭梯度法（4）基于D4Z排序的通用共轭梯度法。

HST3D能够处理第一、第二和第三类边界条件，能够处理点源和面源问题，在三维网格坐标方向允许设置不同的土壤传导参数及容积参数。能够处理承压含水层问题，以及存在自由水面的潜水含水层问题。

我们选择HST3D作为问题计算分析工具，为进一步评价该程序应用于本问题的功能性和适用性，利用HST3D对一典型近似工况下的双井承压含水层的全年温度场和流场进行了模拟。

4双井承压含水层模拟

选取区域为长300m×宽200m×厚30m的具有上下不透水层的双井承压含水量水层为计算模型（见图1），中部承压含水层以及上下不透水层的厚度均为10m，相关水力热力参数见表1。模型区域中央为一抽水井和一回灌井，两井相距100m，两井均为完整井（透水井壁空越整个承压含水层）。模型的初始温度为15℃，ABCD、EFGH边界面为15℃恒温边界条件，ABFE、CDHG边界面为定水头边界条件，ADHE、BCGF边界为不透水边界。模型设定为无自然水头条件。

图1承压含不层计算模型示意图

模拟模型的含水层水力热力参数表1

承压含水层不透水层单位

渗透率5.3×10-111×10-12m2

孔隙度0.250.35

固体骨架可压缩系数4.6×10-44.6×10-4Pa-1

固体骨架比热容696696J/(kg·℃)

固体骨架的热传导系数26002600kg/m3

纵向弥散率40m

横向弥散率10m

为了尽可能模拟水源热泵系统的全年"大温差，小流量"的运行工况，首先进行持续50天的夏季工况运行，抽水及回灌流量均为1200t/d，回灌水温恒为25℃；然后为持续50天的过渡季工况，两井停止运行；最后为持续50天的冬季运行，抽水及回灌井轮换角色，流量均为1200t/d，回灌水温恒为6℃。需要强调的是，由于HST3D程序的输入功能限制，本算例不得不采用固定流量和固定回灌温度。

该算例的模拟结果如下：

由图2可以看出，夏季工况期间，回灌热水锋面已经到达抽水井，出现"热贯通"现象，同时部分回灌热量以导热为主的方式向上下不透水层传递。由图3可以看出，过渡季工况期间，热量传递过程以导热为主，大部分夏季回灌热量在含水层内部实现"跨季节"储存。由图4可以看出，冬季工况期间，回灌冷水锋面同样已经到达抽水井，但是由于夏季回灌热水的存在，在一定程度上缓解了冷水锋面对于抽水井出水温度的影响。

图225℃连续回灌50天（夏季工况）含水量水层中心剖面温度分布，A井回灌，B井抽水

图3停止运行连续50天（过渡季工况）含水层中心剖面温度分布，A和B井停止运行

图46℃冷水回灌连续50天（冬季工况）含水层中心剖面温度分布，A井抽水，B井回灌

由图6可以看出，夏季工况期间，抽水井出水温度逐步上升，由原始含水层温度15℃升至约19℃；冬季工况运行开始阶段，由于夏季回灌热量在含水层中的蓄存，抽水井出水温度远高于含水层原始水温，达24℃，可以看出在冬季运行期间实现了部分夏季回灌热量的"热回收利用"。

图5双井运行期间含水层中心平面流速分布示意图

图6冬夏季抽水井出水水温变化曲线

5HST3D适用性评价

笔者认为，作为适用于深井回灌式水源热泵系统井群部分含水层水热运动的模拟分析的工具，需要能够实现以下几方面的功能：（1）能够处理非稳态问题，能够读入动态的边界条件参数（2）能够实现对于井群的参数设置（3）能够处理热边界条件（4）能够实现压力场（水头）的计算（包括单井水头和远端边界的水头影响）（5）能够反映符合工程实际的真实的物理过程，能实现地面系统与井群两部分的联合运行工况分析。

通过利用HST3D进行双井承压含水层的模拟，可以看出HST3D可以满足以上所列前4项功能，能够实现一定水文地质条件下含水层水热运动的非稳态模拟，能够给出在一定的井群运行工况下能量在含水层中转移、蓄存的过程分析，能够给出抽水井的动态温度变化。

但是HST3D还不能够实现地面以上部分（热泵机组）和地面以下部分（井群及共周边土壤）的全年联合运行分析，也就是说不能够根据建筑物全年动态负荷变化判断回灌温度和水量，从而对于符合工程实际上的过程进行模拟。由于HST3D具有一定的开放性和可拓展性，进一步的工作将为添加相关的建筑物负荷模块，完善其作为深井回灌式水源热泵系统井群运行的地下含水层传、蓄热性能模拟研究的计算分析工具。

6结论

井群是深井回灌式水源热泵系统的设计和分析过程的关键部分，研究井群周边土壤的水热运动与当地水文地质条件因素、环境气象因素和工程措施之间的关系，为集中式水源热泵机组的进一步推广提供科学的依据，是当前迫切需要解决的问题。

通过比较目前流行的含水层流动传热模拟程序，选择利用了美国地质调查局编写的HST3D程序，对于一典型双井承压含水层的温度场和流场进行了全年运行模拟，通过对于计算结果的评价，我们认为HST3D能够作为对于本问题的分析计算工具，但是还需要实现地面以上部分（热泵机组）和地面以下部分（井群及其周边土壤）的全年联合运行分析。

另外，关于计算输入参数以及边界初始条件的合理选取问题，是利用数值模拟方法分析问题的一个重要前提，现场水力实验和相关的热物性实验是获得工程当地含水层合理参数的一个有效途径。特别是关于含水层内部的微观和宏观热弥散问题，有必要从理论角度作进一步的研究工作。

符号表

n--有效孔隙度；

ρ--密度，kg/m3；

t--时间，s；

μ--黏度，kg/(m·s)

K--渗透率张量，m2；

P--相对大气压强，Pa；

R*--源汇项，kg/(m3·s)

T--温度，℃；

DH--热弥散张量，W/（m·℃）；

Q*--热源汇项，W/m3；

c--比热容，J/（kg·℃）；

k--热传导系数，W/（m·℃）；

βP--流体压缩系数，Pa-1;

βT--流体热膨胀系数，℃-1。

下标l和s分别表示地下水流体和多孔介质固体骨架。

参考文献

1殷平，地源热泵在中国，现代空调3，空调热泵设计方法专辑，中国建筑工业出版社，2001

2范新等，水源热泵系统及其应用，现代空调3，空调热泵设计方法专辑，中国建筑工业出版社，2001

3江亿，解决住宅供热空调需求的水源热泵系统，全国暖通空调制冷2000年学术文集，2000-10：127～131

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

5陈兆祥，承压含水层单井的蓄冷模拟及其蓄冷效果分析：[清华大学硕士论文]，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

利用废旧聚酯生产聚酯多元醇

项目简介：该技术成果是利用工业和生活中废弃的聚酯塑料（如矿泉水瓶、饮料瓶、食用油桶）以及聚酯厂生产中的废料，聚酯制品的边角料、废料等材料，经化学处理制成聚酯多元醇，作为生产聚氨酯发泡材料以及塑料、橡胶、涂料、粘合剂等合成材料的中间体。聚酯多元醇与目前市场上应用广泛的聚醚多元醇相比，耐温、耐磨、耐油和机械强度高占有优势，因此在聚氨酯发泡材料、合成革、涂料、粘和剂、弹性体等制品中显示出其特性而得到发展。特别是近年来大量应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，可较大幅度提高材料的强度，从而可显著降低聚氨酯硬泡材料的生产成本；由于聚酯型发泡材料导热系数小，保温隔热性能优异，目前在管道保温及建筑隔热等方面得到广泛应用。

科技成果的综合优势是：

1.利用废弃的聚酯塑料制品废料，属环境保护大力支持项目；

2.产品用途广泛，市场需求量大；

3.生产设备和工艺简单，投资少，回收资金快；

4.利用废料生产，生产成本低廉；

5.应用少量的化学溶剂，可以回收，基本上做到无污染物排放。

该技术经实验室研究并完成100立升反应釜中间放大试验，工艺成熟，市场前景看好，机器设备可成套订货，原材料国内即可随时购买，充分满足生产需求。

应用范围：聚氨酯材料是我国近十年来发展最快的合成材料之一。聚氨酯行业提出了“加强结构发泡和高承载泡沫塑料的研制和推广应用”，对聚酯多元醇将会提出更多的要求。

废轮胎减压催化裂解制柠檬油精优质燃油与活性碳

项目简介：我国是橡胶消费大国，2003年橡胶消费量超过310万吨，居世界第一位。我国也是轮胎生产和消费大国，随着汽车产业的急速发展，年产生的废旧轮胎在1亿条左右，国内主要大都市的市郊结合处，随处可见绵延上千米堆积如山的废轮胎堆积点，加上近年来废旧轮胎进口量有增无减，带来了日益严峻的回收处理问题。由于国际原油价格的上涨，国内燃油供应趋于紧张，价格直线攀升，巨大的利润空间导致土法废轮胎炼油一度盛行屡禁不止，对环境造成了严重污染。

该项目针对日益严峻的废轮胎回收处理问题，将减压热解与催化技术相结合，在较低的温度和停留时间下由废轮胎热解制取含有高浓度柠檬油精的燃油产品，并明显改善热解碳黑的品质，碳黑经粉碎风选所得超细粉可直接用作补强碳黑或油墨工业，粗粉经活化造孔制备高比表面积活性碳，可广泛地用在废水废气治理方面，经蒸馏提取富集的柠檬油精产品可作为优质溶剂，用在去污剂、涂料、溶剂等方面，精制的柠檬油精可用在制药行业，具有很好抗癌作用。

主要技术性能及指标：

(1)处理1吨废轮胎制取浓度为90％的柠檬油精45－50公斤；

(2)热解碳黑超细粉达到商业补强碳黑和油墨碳黑标准；

(3)热解碳黑粗粉经造孔活化制备的活性炭比表面积达到600m2/g。

适用范围及应用条件：生产的优质燃油可在燃油锅炉上广泛应用，碳黑主要用作橡胶制品补强，柠檬油精产品可广泛地作为优异的溶剂用在去污剂、涂料、溶剂等方面，精制的柠檬油精可用在制药行业，具有很好的抗癌作用。

已应用情况：生产的燃油产品已供不应求，碳黑产品也逐渐在制鞋行业应用。

已具备的推广应用条件：小试技术已经成熟，产品性能超过行业应用的相关标准。

推广应用计划及措施：计划建设年处理废轮胎10000吨的示范装置。

废水污泥资源化―与生物质或低阶煤共混生产固型燃料

项目简介：该项目根据污泥的粘结性、能量性，采用与生物质废弃物（木粉、稻草等）或低阶煤进行混合，加入脱硫、脱氯添加剂后生产固型燃料，这种固型燃料可作为发电燃料。具有减量性好，无害化程度高，容易进行能量利用等优点。

该项目内容分两个部分：（1）对将通过对污泥固型燃料的配比、添加剂选择、成型条件等的优化；（2）对现有型煤锅炉进行适应性改造，并对锅炉燃烧、发电系统能量利用优化，建设日处理污泥150吨（相当于30万吨污水厂的脱水污泥产量）的固型燃料发电示范工程。

主要技术性能及指标：

污泥固型燃料的成型水分低于20%，成型压力150～200kg/cm2，抗压强度大于50kg/个，落下强度>75%，转鼓强度大于>70%；示范工程日处理污泥150吨；发电装机容量6000kW，发电效率20%以上；每吨污泥型煤的制造成本约为市场煤炭价格的50％；发电后烟气经处理排放应符合《燃煤电厂大气污染物排放标准》GB 13223―91。

适用范围及应用条件：适合具有10万吨以上（脱水污泥产量在50吨/日以上）的地区进行污泥资源化利用。

造纸废液生产有机无机复混肥与调理剂

项目简介：根据亚铵法麦草纸浆废液测试报告表明：废液中含有丰富的营养元素和有机物质，pH中性偏酸。其中含氮达1.1%，含钾0.2%，固形物10%，而且还含有少量的磷、硅及微量营养元素。含有这些高浓度营养物质的废液，若直接排放到江河，不仅是浪费资源，而且引起水系富营养化，导致生态环境严重恶化。麦草纸浆废液含有大量的木质素磺酸，木质素磺酸是很好的络合剂，常被用来作为提高微量营养元素肥效的一种有效措施。木素磺酸盐同时也是一种新型、天然、高效广谱的植物生长调理剂。

经过对多种农作物的应用试验和大面积应用示范，试验表明：它对多种作物增进光合作用，提高分蘖能力，增强植物创伤部位的愈合能力，增强抗逆性，调节活性氧的代谢，稳定植物细胞膜系统，并有保绿和延缓衰老的功能，可广泛应用于各种农作物、蔬菜、瓜果、果树及苗木的扦插、嫁接等。

充分合理利用纸浆废液中的有效营养成分，变废为宝，应该是造纸行业解决和处理造纸废液的最佳途径。本公司在原有复混肥生产技术的基础上潜心研究，开发出利用纸浆废液生产有机无机复混肥产品的生产新技术。

利用纸浆废液，经浓缩作为有机源，比其它有机源有如下特点：

1.具备络合微量元素肥料的增效功能；

2.植物生长调理功能；

3.重金属含量低，符合无公害农产品的肥料无害化要求；

4.生产成本更低，利润更高。纸浆废液用作有机源，吨成本仅为50元人民币。市场前景非常可观。

产品性能：环境保护

堆制法去除有机化工废渣的遗传毒性

项目简介：利田废弃物土壤处理的一种技术――“堆沤”方法，促进有机化工废渣被土壤微生物降解而降低乃至消除遗传毒性(致突变性)和急性毒性。该技术包括“堆沤”构筑物，工艺条件，降解菌的培育等。无渗漏地下堆沤60天，能有效地降低油漆废渣、染化废渣的急性毒性(发光细菌法和大白菜幼苗存活试验为检验指标)，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%。

废弃光盘资源化处理技术

项目简介：我国每年产生数十万吨(准确数量很难统计，数十亿张），重量虽然不大，但其面积很大，10万吨光盘平铺面积约96平方公里，相当于老北京城区的面积。每年集中于北京地区的光盘估计有1万吨左右。随着信息业的发展和废物分类回收管理的推进，废光盘处理日渐必要。

填埋――难于降解(几十年时间)，污染土壤和水资源（金属水解）。光盘上金属重量虽然只占总量的0.8%左右，但其厚度仅有几微米，单位重量金属与土壤接触面积很大。10万吨光盘含有金属虽然只有800吨，但其面积相当于约150万吨5毫米厚金属板的表面积。因此光盘金属虽少，但其污染速度相当大。焚烧――产生二恶英（致癌物质，最难解决的环保问题），造成大气污染。

技术特点：在一特定反应装置内将光盘置入含有表面活性剂的溶液内，在电磁波的作用下，光盘基体上的金属膜和保护层被分离，溶液经过滤后循环使用，并将金属层和保护层分离出来，干净的VCD基片可作为新的VCD基片生产原料或工程塑料原料。其生产过程无二次污染。

含镍废催化剂综合回收新工艺

项目简介：该项目是处理多种含镍废催化剂，并综合回收其有价金属元素的提取及分离新工艺。依据物料组分的差异，开发了两套通用与独立相结合的技术路线。特别为高铝废镍催化剂的合理利用开辟了一条新途径。对促进大工业生产的良性循环，充分挖掘二次资源潜力都具有特别重要的意义。该项目在河南省长葛化工有限公司完成了年处理200吨能力的工业实验，并于1990年10月通过了中国科学院与河南省科委组织的联合鉴定。是中国科学院的重要研究成果。

技术特点：新工艺创新之处在于它在理论上利用多种化学反应过程的动力学差异，在工艺流程设计上采用三段合一，一步交叉完成中和残酸、产出不需重结晶的优质铝盐副产品，并实现了大量铝镍分离等多种目的。

新工艺解决的技术关键：(1)通过调节浸取过程的各种参数，实现了镍的最佳浸取及其他元素的控制浸取。(2)通过对沉淀剂加入浓度和加入速度的规律性改变，获得良好的分离净化效果，微量铁铝的去除率均大于99%。并形成过滤性能好的渣型，提高过滤速度近6倍。(3)新工艺创造性地解决了硫酸盐体系中大量镍与大量铝的分离难题。在多元素的综合提取与分离技术方面属国内首创，国际上未见报道。(4)新工艺较常规工艺降低成本约15%。主金属镍的收率可提高10%。具有明显的经济效益。新工艺属二次资源的综合利用，且过程不产生二次污染，具有较好的社会环境效益。

固体废弃物综合利用――功能材料开发

项目简介：经过多年的研究与开发，该技术有如下特点：

1.原材料基本上是工业固体废弃物,是一种或多种工业固体废弃物的混合物；

2.工艺流程不复杂,操作简单, 设备投资不大；

3.生产规模选择范围宽,对不同条件的不同区域适应性。

随着工业和经济的飞速发展，人类的生活水平逐步提高，与此同时，也引发了能源、废弃物、环境污染等复合问题。就我国而言，连续多年超亿吨的产钢量使得冶金工业已经成为固体废弃物产生的最大行业之一，仅1999年固体废弃物产出量就为7.8亿吨，而综合利用率只有45.6%，累积量已达53亿吨，至今没有理想的处理方法。这么大数量的废弃物不仅需要大量的土地堆放，而且会导致严重的地下水质、土壤和大气污染问题。此外，也造成了资源的浪费。这是因为传统意义上所谓的工业固体废弃物中实际上含有很多有用的成份，如：某发电厂的粉煤灰，其主要成份是SiO2和Al2O3，分别约占总重量的50%和30%，此外还含有一定量的Fe2O3、CaO、MgO和NaO等；某炼钢厂的转炉尘泥，其主要成份是Fe2O3，约占总含量的25%，此外，还含有一定量的CaO、ZnO、MgO等。如果能将这些工业固体废弃物中的有用成份有效地加以资源化利用，对于解决我国目前所面临的日趋严重的资源匮乏危机和环境污染问题、以及可持续发展战略的实现，都将有深远的意义。基于这样一种状况，对固体废弃物的有效利用和无害化处理在我国已迫在眉睫。

废塑料热熔胶装饰板

项目简介：该工艺特点：1.克服了游离甲醛等挥发性物质对人体的慢性中毒和废塑料与石粉污染环境的公害；2.选择不同材质的废旧塑料和助剂，使得制出的装饰板具有耐水、耐油、耐酸碱及阻燃等特殊功能；3.价格低廉，效益好，原料来源广泛，工艺简便等。

该技术领域国内外发展现状 长期以来以脲醛、酚醛树脂为胶粘剂的装饰板，由于生产和使用过程都有游离甲醛逸出，污染环境，损害人的健康。世界各国都投入大量人力、物力致力于低醛胶粘剂的研制，至今均未得到彻底解决。

该产品改善生产条件和环境污染问题。利用废旧塑料为热熔胶粘剂代替脲醛、酚醛树脂胶粘剂，是改善人造板加工工人条件和使用环境十分有效的根本性措施。在建材和家具制造方面有着广泛的应用前景。

农业废弃纤维制环保包装材料

项目简介：利用农业废弃纤维（甘蔗渣、稻草、麦草、玉米秆等）为主要原料，用专利方法将多层不同纤维一次复合成模塑包装材料，如工业品（尤其电器产品）内衬的缓冲防震材料、环保容器(观赏花盆、快餐具)等产品。我国农村每年有稻草、麦草、玉米秆等总量为4.8亿吨，其中仅有20%用于制浆造纸及制板工业。

技术特点：

1.变废为宝：把农业废弃植物纤维变工业原料。

2.环保：产品替代聚苯乙烯发泡塑料，减少“白色污染”。

3.技术创新：多层不同纤维一次复合模塑成型。

4.产品结构：农业废弃纤维粉构成厚的中芯层，纸浆构成薄的内外表层。

5.外观特性：外观完全象纸浆模塑产品，性能与发泡塑料及纸浆模塑相似。

6.成本低廉：是废纸浆或原纸浆的1/4－1/3。

废旧塑料制水泥减水剂

项目简介：以废旧塑料为原料,经化学预处理后，加进有机溶剂及填料，制备出高效水泥减水剂。产品主要用于水泥混凝土的拌制，既可减少混凝土拌制时的用水量，提高混凝土的强度，又可保持混凝土具有良好的流动性，产品经质量检验部门检测，各项技术指标达到（部分超过）国标一等品水平，综合性能优于市面销售的密胺型高档减水剂。

1.环保技术：变废塑料为生产原料，大大降低原料成本。

2.泌水率：小于85.7%。

3.减水率：在添加量为0.8 %时，减水率可达20%以上。

4.无腐蚀：对钢筋无腐蚀作用。

5.抗压强度：水泥混凝土28天的抗压强度可提高35%。

6.抗渗能力：达到国标最高级S12。

7.价格优势：质量优于密胺型高档减水剂，而售价却低得多。

生产规模：年产5000吨 原料成本：2000元/吨

主要设备：2吨反应釜5台

综合成本：2500-2900元/吨，2吨中和反应釜5个

市场售价：5500元/吨

用于核废料回收的纳米LiAlO2粉体制备技术

项目简介：该技术提供了一种基于水热合成法和燃烧合成法的γ－LiAlO2高活性粉体和陶瓷制备技术，可以将非溶性铝源通过水热处理后获得可溶性铝源，可以处理和回收再利用γ－LiAlO2中子辐照和提取氚后的核废料。这种γ－LiAlO2陶瓷制备技术所使用的原材料可以是各种形态的氧化铝，也可以是氢氧化铝的凝胶或各种结晶相粉体，或是经过中子辐照后的γ－LiAlO2陶瓷的废料，制备过程中首先将上述铝源的各种原材料的粉体与一定的酸碱度LiOH和NaOH水溶液混合配制成一定固含量的泥浆，在适当的水热条件下水热处理后制得前驱粉体。前驱粉体主要是锂和铝的混合氢氧化物，即LiAl2(OH)7.2H2O粉体，也可能含有一定量的偏铝酸锂。将前驱粉体溶于硝酸溶液，以NH4NO3调节其PH值，以甘氨酸、尿素等燃料进行结合后通过燃烧反应均可直接获得纳米级的γ－LiAlO2陶瓷粉体。

这种技术的一个优点是在水热条件下可将一些对热中子的俘获截面较大且辐照生成物半衰期长的元素特别是金属钠具有很好的分离效果。

可以处理和回收再利用γ－LiAlO2中子辐照和提取氚后的核废料。

固体废弃物高值化―废旧塑料和粉煤灰复合新材料开发与应用

项目简介：根据产品不同使用要求和加工条件，添加不同品种、不同含量的辅助剂，通过在熔融共混过程中在合宜的加工温度和时间下各成分间的协同作用和在线反应，极大的改善塑―灰界面粘结性，且使粉煤灰能均匀地分散于塑料中，达到增塑、增韧、增容的目的，使制品具有良好的力学性能和抗腐蚀性、耐水性、抗老化性、耐磨；使所开发制品的力学性能与废旧塑料相比提高15%以上，使用温度提高10oC上。该项目通过吉林省科技厅和吉林省环保局共同主持的中试成果鉴定；与会专家一致认为此项目已达到国际先进水平，具备年产千吨级的生产能力，为进一步规模化生产提供可靠理论依据；申请发明、实用新型专利各3项，现已获权2项。

该项目研制的新材料可制作市政工程检查井盖、排水池箅、树池箅、各种板材、管材等。检查井盖产品特点：一是性能优良，抗压、抗弯、抗冲击能力高于其它同类产品，而且耐热、耐寒、耐酸碱、耐老化，制品力学强度高（铸铁重型井盖国标为360KN,我们研制的产品可达420KN），我们研制的复合材料检查井盖是国内唯一通过了权威部门北京市政工程研究院检测；二是价格低廉，该产品原料的95％为工业粉煤灰和废弃塑料，生产成本低，可取代钢材水泥；三是净化环境，资源再生，四是美观、安全、不丢失。

该项目研制的新材料可制作市政工程检查井盖、排水池箅、树池箅、各种板材、管材等。

市场前景及经济效益分析：如果投资200万元，年产值可达到500万元，利税200万元，投资回收期2年，净资产收益率在20%以上。

市政工程：各种检查井盖、排水池箅、树池箅；公路：防护栏、护坡板、隔离墩；建筑：建筑用管材、板材等；交通：矿山用铁路枕木、高速公路防护栏桩；这些工程将为废旧塑料和粉煤灰复合新材料固体废弃物高值化产品提供几十亿元的市场份额。

（规模、需要资金、所需厂房、设备及特殊要求的公用工程等）：

投资200万元，年生产能力设计3000吨，需要厂房600平方米，主要设备包括：高搅机、挤出机、塑料压制机、粉碎机、模具、检测设备等。

等离子体废物处理技术

项目简介：等离子体通常是含有大量电子、离子、分子、原子以及自由基的电离气体，但其宏观上呈电中性，并具有很高的化学活性。是物质固、液、气三种形态之外的第四种形态。用等离子体废物处理技术，其主要内容是利用大功率等离子体矩(Plasma Torch)处理危险有害的废弃物，等离子体炬的中心温度可高达摄氏2~3万度。炬边缘温度也可达到3千度左右。处理过程为废料分解和再重组过程，使得这类废物无害化，减容化和资源再生化，并达到污染“零排放”标准，为解决危险或有害垃圾的处理问题提供一个科学、有效、经济的技术手段。等离子体废物处理技术可用于处理包括有机溶剂废物、废矿物油、含多氯联苯废物、医院废药物及其他废物、农药废物、有机树脂类废物、爆炸性废物、含金属羰基化合物废物、含有色金属及重金属的废物、石棉废物、放射性废物在内的数千种有毒有害废物。

产品性能：具有技术先进和不可替代性，市场前景宽广等优势

多功能――可以处理所有种类的有毒有害危险及非危险废物，包括有机的、无机的、气体、液体及固体。

卓越的性能――能够完全地、安全地将有毒废料转化成无毒有使用价值的产品。

零排放――不会排出有毒物质及产生二次污染，符合最严格的排放标准。

资源循环――废物可转换成具有循环使用价值的产品。

减容比高――减小废物体积高达百分之九十九点七。

等离子体处理废物系统可用于以下方面：

1.有机溶剂废物、废矿物油、含多氯联苯废物；

2.医院废物、废药物、药品、农药废物、爆炸性废物；

3.含金属羰基化合物废物、石棉废物、有机树脂类废物；

4.含有色金属、重金属废物、射性废物、生化武器的销毁等数千种有毒有害废物。

应用范围：等离子体弧对垃圾的处理机理，完全不同于普通的焚烧。高温的等离子体炬对垃圾的处理，是将垃圾中的分子和原子进行重新组合和分类，因而也就避免了目前在社会上普遍使用的普通焚烧方法中的许多问题。几乎所有废料均可被等离子体处理并转换成有用的产品，而且没有产生新的对环境有害的物质。

市场前景及经济效益分析：因此在对环保越来越重视的今天，各种环保法规陆续出台，使等离子体处理废物技术具有了巨大的市场潜力。

城市生活固体废弃物（垃圾）处置与综合利用

项目简介：进行我国大中城市生活垃圾成分分析及优化分选技术研究：促进生活垃圾中易降解物快速湿解处置制肥单元技术研究与提高；重点研究生活垃圾筛上物易燃类高效低污染能源转换单元技术的研究；并根据用户情况选择单元技术，建立2套200－300吨/日垃圾处置和综合利用工业示范；实现城市垃圾处置与综合利用系统的优化与集中。

从2001年起，在中国科学院和工程热物理所的大力支持下，按照项目任务书和课题任务书的具体要求，在城市生活固体废弃物(垃圾)处置与综合利用方面进行了研究和示范工作，按计划完成了相应的内容，部分方面略有超前。

1．实（试）验装置的建设(1)RDF5中试装置(2)小型湿解研究装置，(3)生活垃圾处置新技术研究小型综合实验装置。

2．工业应用(1)200吨/日处理中试系统的建设(2)正在开展其它示范系统的落实。

3．实验室和中试线的主要研究工作(1)垃圾基础数据的收集和垃圾处置政策的调查(2)RDF5的制备和适用性实验(3)可降解物快速湿解反应过程的机理研究(4)湿解系统的中试实验研究和设备参数的优化

4．其他(1)论文与发表7篇(2)获得了日本政府NEDO项目经费支持(3)获得了日本IHI经费支持，共同开展研究

下一步工作重点：落实第二套示范系统，开展深入的研究工作经费年度计划安排*/已拨经费已用于实验装置的建设和部分实验工作，第一套示范系统经费已经到位，第二套示范系统经费争取之中，下年度实验经费按时到位对后续的实验和示范非常重要。

废旧塑料回收制水泥减水增强剂

项目简介：在现代建筑施工中，一般都采用机械运输和操作，要求水泥混凝土要具有良好的流动性，为了提高流动性，只有加大所加入的拌合水总量，但是，水泥混凝土的强度与所加入的拌合水量成反比关系，加水量越大，水泥混凝土的强度越低，影响了工程的质量。水泥减水剂的作用，就是可明显减少拌和水泥混凝土时所加入的水量，同时大大提高水泥混凝土浆的流动性能和水泥混凝土的强度，提高工程的质量。

该技术是以废旧聚苯乙烯泡沫塑料为主要原料，将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减水增强剂，经权威部门检测和用户应用证明，其减水率达20%，水泥混凝土的的最终强度可提高30%，其各项性能指标可达到国标缓凝凝高效减水剂一等品的标准，并赋于水泥混凝土良好的抗渗性能和较低的收缩比。产品稳定性好，不含对水泥混凝土有害的物质，施工操作方便易行。

应用范围：混凝土减水、增强

市场前景及经济效益分析：我们研制的新型减水剂产品90%由废旧聚苯乙烯构成，成本低廉，初步估计原料成本为2500元/吨，生产成本700元/吨，综合成本3200元/吨，综合性能十分优良，而目前市场上同类同性能产品的售价在6000-7000元/吨之间，因此是一高附加值的新型建筑材料。我国水泥年产量已超过4亿吨，其中至少有5%的水泥混凝土需添加减水剂，因此，国内市场对减水剂的需求量相当大。现在国内也有许多生产水泥减水剂的厂家。