热能动力工程论文范文

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1.热能与动力工程存在的问题分析

早在商周时期，我们国家就已经开始了工业炉的生产工作，那时主要是通过加热来提炼铜器。铸铁工艺最早出现于春秋战国时期。与此同时熔炼铸铁相关高炉出现于十八世纪九十年代，且马丁于十九世纪六十年代有机改造同气体燃料相关的那些加热平炉。此时的热能项目在锅炉中应用中获取了一些成绩，不过还是有不利点。热能与动力工程中工业炉的应用发展分析对于工业生产来讲，工业炉的地位非常关键。在早些时候，工业炉一般是经由燃烧材料的方法来提供热能。在这种过程中，人们发现此种方法虽然能够带来热能，但是也会对我们的环境产生非常恶劣的影响。随着技术的不断发展，人们发现可以通过工业炉来实现电和热的有效转化。目前热能相关的研究工作在不断开展，而且锅炉的管理能力也得到了很大的提升，目前已经可以使用电脑控制锅炉，这就在无形中将能量的利用率显著的提升了。当前锅炉有两大类型，分别是推钢型的和步进型。这两者的差别是它们的输送材料方法不一样。

2.热能项目中风机面对的问题

锅炉设计风机的目的是为了压缩并且运输气体，也就是说把机械能合理的变化为动能。当设备运行的时候，风机能够将有关的气体运输到特定的设备中，它的功效比较显著。最近几年，我们国家的经济和社会获取了非常显著的成就，人们对于能源也更为需求，有关能源生产单位若想在激烈的竞争中获取发展，实现效益最大化，就应该切实的提升锅炉的工作总量。正是因为不断的增加其活动量导致风机因为长久的运转而发生破损，一旦破坏就会影响到设备的正常运行。所以必须变换风机的工作模式。除此之外我们还需要注意一个事项，叶轮本身结构非常复杂，在其测量温度的时候外在要素会对它的工作产生一定干扰。对于这个问题当前还没有合理的解决方法。虽然如此，然而值得一提的是为采取热能与动力工程已研发出的相关软件可从多种方向对风机叶片燃烧的速度进行有效测定，且可对数值进行二维模型的模拟，通过此创建来对网格进行有效划分，之后采取求解器对网格输出、所需结果进行有效求取，最终获取较为准确的一些模拟结果。

二、热能与动力工程的广泛运用了所取得的科技创新

1.燃烧控制

对于设备的燃烧控制来讲，其中非常重要的一个部分是怎样调节能量。我们国家的设备大多数使用的是人力模式，通过手工将燃料放到炉中，这样能够保证运转稳定，不过非常的耗费人力。最近几年大部分的单位都开始使用自动化模式。当前的燃烧方式有以下类型：第一是持续控制体系，它是由控制器和有关分析部件组合得到的，利用热电来测定数值，进而使用电脑分析存在的偏差数值，只有这种方法可以确保结果是精确的，进而对设备燃烧合理控制。通过不断的实践我们发现上述这种设备在开工时存在一定的偏差，所以需要进行合理的研究以此来保证数值的精确性。交叉式燃烧控制系统。锅炉由燃烧的控制器、烧嘴、流量阀、热电偶等相关部分构成，其对所需测量的温度进行转换是经过温度进行计算测量，分析设备能否和设定好的数值保持一致，进而起到控制燃烧的意义。这种燃烧方法的优点非常多，不但能够节省零件，还能够更为精准的控制温度，所以在当前的工业生产中被大范围的应用。

2.仿真类锅炉风机的翼型

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关键词：燃烧；燃烧技术；教学内容；热能与动力工程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0055-02

目前，化石燃料在世界各国能源中占有主导地位，约占全球能源消费的87%，而且在未来可以预见的时期内，全球能源结构仍是以化石燃料为主，其他新型能源为辅的格局。随着社会和科技的发展，对能源的需求越来越多，能源短缺已成为一个全球各国共同面临的现实问题。由于化石燃料的大规模使用，其所带来的环境污染问题也日趋严重。目前，节能减排已成为世界各国当前和未来的重要发展目标。研究和开发高效、低污染燃烧装置，提高燃料燃烧能量利用率，减少对环境的污染，是目前世界各国迫切需要解决的重大关键技术。

哈尔滨工程大学基于当前对节能减排的迫切需求，自2006年起，在动力与能源工程学院热机专业本科教学计划中，开设了“燃料与燃烧”课程；自2007年起，分别在硕士研究生和博士研究生相关专业培养计划中开设了“高等燃烧学”和“燃烧学的理论方法及应用”等课程。

一、“燃料与燃烧”课程定位

哈尔滨工程大学作为工业和信息化部直属学校，其动力与能源工程学院热能与动力工程专业是国家级特色专业，同时拥有工信部教学中心和黑龙江省级教学示范中心。作为燃烧机械的基础，“燃料与燃烧”与大学普通物理、工程热力学和流体力学等多门基础课程密切衔接，课程在科学理论指导下，密切联系实际工程应用。通过课程学习，可以拓宽学生专业眼界，了解燃烧学科发展前沿和发展重点，培养学生综合运用知识的能力和动手能力。“燃料与燃烧”课程对于培养学生的独立思考能力、创新能力和团队合作能力具有重要作用[1，2]。自2006年设课以来，“燃料与燃烧”一直作为本科热能与动力工程专业的骨干基础课程。

“燃料与燃烧”课程的教学水平直接影响我校热机各专业方向的学生素质和教学质量。对“燃料与燃烧”课程进行教学内容改革，提高其教学质量，对于提升哈尔滨工程大学热能与动力工程专业在国内的影响和地位具有重要意义。

二、“燃料与燃烧”课程教学内容设计

除基础理论部分外，“燃料与燃烧”课程中工程应用部分教学内容更新很快。随着科学技术的不断发展，燃烧技术不断进步，燃料及燃烧装置不断推陈出新，相应教学内容也需不断随时更新，要求授课教师有坚实和广阔的理论基础，掌握国内外燃烧理论和技术的最新发展。

哈尔滨工程大学是我国进行船舶动力装置研究和培养该领域高层次创新人才的重要基地，近年来对高性能船舶动力装置进行了大量深入的研究，承担完成了包括工信部高技术船舶项目、省市部委项目和各级基金项目等多项课题研究，对发动机预混燃烧、扩散燃烧、均质燃烧、稀薄燃烧和低温燃烧等燃烧模式均有深入的研究，取得了多项具有国内外先进水平的研究成果，发表了大量的相关论文和专利。这些科研成果为“燃料与燃烧”课程教学和师资平台搭建提供了丰富的资源，对“燃料与燃烧”的教学改革起到了很大的推动作用。

随着燃料技术、燃烧技术和燃烧装置的不断发展和进步，为满足教学需求，及时反映燃烧技术的最新进展，我校教学团队编写了《燃料与燃烧》本科教材。该教材是根据船舶动力装置燃烧的特点，基于我校“三海一核”教学和学科的研究特色编写的。《燃料与燃烧》教材系统阐述了燃烧的基本原理和理论；详细讲述了燃料动力学燃烧的计算方法，详细论述了燃烧热力学和燃烧化学反应动力学，着重介绍了船舶动力装置涉及的预混燃烧和油滴蒸发控制的扩散燃烧；最后，为及时反映燃烧技术的研究进展，增添了新型船舶动力装置所采用的高效低排放燃烧技术[3]。在教材的编撰过程中，大量引用了我校燃烧理论和燃烧装置研究领域相关教师及硕博研究生的研究成果和国内外最新研究进展。教材内容丰富新颖、专业针对性强，可为我校及其他院校热能与动力工程专业各研究方向本科生奠定系统的专业理论知识。通过课程学习，使学生在掌握扎实理论知识的同时，获取燃料与燃烧相关工程应用知识。教材强调了“燃料与燃烧”课程教学内容的系统性、理论性以及工程应用性，编写过程中注重了教学内容的易懂性，和培养学生应用所学知识、实际动手实验以及团队合作的能力。

通过“燃料与燃烧”课程的教学，使学生对燃料性质、燃烧现象的本质以及燃烧基本理论有一定的认识，进而掌握燃烧技术中所必须的热化学、燃烧动力学及燃烧过程的基本知识与基本理论。掌握动力机械中气态、液态和固态燃料的相互关系和区别，以及它们的特性、燃烧特点和规律，包括闪点、着火点和自燃点，不同燃料闪点、着火点和自燃点的变化规律，以及着火的形式和条件、火焰的传播、燃烧产物的生成机理等。课程侧重预混气的爆震、层流预混燃烧、气体扩散燃烧和燃料液滴燃烧等与动力机械密切相关的燃烧理论[3]。

国内外对动力装置节能减排的要求实质上推动了燃料、燃烧理论及燃烧装置的快速发展，为确保“燃料与燃烧”课程教学内容能充分反映相关理论和技术的发展，最新国内外燃料技术、新型燃烧技术及燃烧装置应作为课程教学的重点更新内容。“燃料与燃烧”课程先后介绍了燃料及燃料特性、化学反应动力学、燃烧理论和燃烧装置等，涵盖了燃料、燃料的燃烧计算、燃烧化学动力学、燃烧反应系统的守恒方程、着火理论和燃烧界限、预混燃烧、扩散燃烧、液体燃料的燃烧、固体燃料燃烧、燃烧排放控制和燃烧装置等方面的教学内容。课程各教学模块内容主要包括：（1）燃料，主要包括燃料的来源、种类、组成，燃料性质、参数及变化规律，燃料物性计算方法；（2）燃烧过程的物质平衡与热平衡，包括生成焓、反应焓、燃烧焓，固体燃料、液体燃料和气体燃料的理论空气需求量，实际空气供给量和空气过量系数，完全燃烧产物生成量、成分和密度，不完全燃烧产物及燃烧过程的质量检测，燃烧温度和热离解对燃烧温度的影响；（3）燃烧与化学平衡，重点为化学反应速度及化学平衡，反应度与平衡常数的关系；（4）化学反应动力学，内容包括基元反应、质量作用定律、反应级数，化学反应速率及其影响因素、各种级的单步化学反应，链锁反应；（5）燃烧系统守恒方程，分子传输方程，基本守恒方程，流动边界与热边界层；（6）着火和燃烧界限，热自燃理论、强迫着火、熄火、着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题，燃烧界限的影响因素；（7）预混气的燃烧，重点为燃烧波及其区别、瑞利公式、雨果尼奥曲线、雨果尼奥曲线上熵的分布、爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较、查普曼-焦格特爆震波速度的确定、爆震波的速度、开爆震性和化学反应动力学决定的爆震极限；（8）层流预混火焰，主要包括热理论，参数对火焰传播速度的影响，火焰驻定原理，火焰淬熄；（9）层流扩散燃烧，主要内容为伯克和舒曼理论的基本假定和求解方法、燃料射流的唯象分析（层流火焰高度和湍流火焰高度）和层流扩散火焰射流（层流射流的混合和有化学反应的层流射流）；（10）气体湍流燃烧，重点为湍流火焰的唯象方法；（11）液体燃料的扩散燃烧，主要包括单油滴的蒸发及质量燃烧速度，气流中的燃料液滴，火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧及油滴群燃烧；（12）固体燃料的燃烧，内容包括固体燃料的燃烧过程、固体碳粒的燃烧（扩散燃烧、动力燃烧和过渡燃烧）、碳粒燃烧的化学反应（碳和氧的反应、碳和二氧化碳的反应、碳和水蒸汽的反应、一氧化碳的分解反应）、多孔性碳粒的燃烧、二次反应对碳粒燃烧的影响、碳粒燃烧速率及燃尽时间、灰分对碳燃烧的影响、固体燃料的燃烧方式和燃烧装置；（13）燃烧排放控制，包括燃烧过程中NOx、SOx和颗粒等污染物的生成机理，影响污染物生成的因素，控制污染物排放的技术措施（改变燃烧途径的措施和后处理措施）；（14）液体和气体燃烧技术及燃烧装置，主要包括船舶动力装置（船舶柴油机、船用锅炉和船用燃气轮机等）的燃烧技术。

三、结论

“燃料与燃烧”是当今国内能源动力类本科专业前沿课程之一。作为哈尔滨工程大学动力与能源工程学院热机专业方向的一门核心基础课程，“燃料与燃烧”在我校热能与动力工程本科教学体系中扮演着重要角色。通过对““燃料与燃烧”课程教学内容设计的探讨，确定了以船舶动力装置共性燃烧理论作为基本的教学内容，用国内外最新燃料与燃烧技术的发展更新课程教学内容，以期夯实学生的专业理论知识、扩展学生的眼界、提高学生的综合素质。根据燃料和燃烧应用技术的发展，尤其是船舶发动机行业燃烧技术的发展，及时更新、丰富和优化课程教学内容，是实现课程教学目标、培养创新型人才的关键。通过教学内容的设计和改革，我校近几年的教学实践表明，“燃料与燃烧”课程教学取得了良好的效果。

参考文献：

[1]苏磊.《燃烧学》教学有感[J].中国科教创新导刊，2009，（34）：134.

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论文关键词：专业实验 开放 教学 素质培养

论文摘要：本文通过对专业实验室传统实验教学模式对学生综合素质培养存在的不足，结合专业实验室的特点，讨论了专业实验室开放型实验教学的模式和相应的保障措施。

随着社会对人才要求的不断变化，对高等教育的要求也在发生着变化。现代社会对人才的需求要求高等学校对学生的培养应注重能力和素质的培养，特别是加强创新意识、创新能力和实践能力的培养[1]。高等学校的实验室是培训学生实验能力、进行实验教学、开展科学研究和社会科技服务的重要基地。尤其是专业实验室，由于其教学内容非常贴近科学研究，实验设施又多为科研成果的转化产物，最有利于学生的科研能力、创新能力和实践能力的培养[2]。

我校车辆与动力学院设有3个专业实验室：车辆与交通实验室、热能动力工程实验室和农业工程实验室，分别承担车辆工程、热能与动力工程、农业机械及其自动化、交通运输等专业的实验教学任务和科学研究工作。长期以来，各专业实验室的运行一直沿袭着传统教学和管理模式，没有发挥出专业实验室在提高学生专业素质、培养学生实践动手能力和创新能力上的作用，影响到对学生思维和创新能力及综合素质的培养。而专业实验室施行开放不仅可以提高实验室的效率和效益，而且有利于培养学生的思维能力和创新能力，提高学生的综合素质。

因此，开展专业实验室对学生全面开放的实践探索，对充分发挥专业实验室在实践教学中的重要作用、加强对学生综合素质的培养是非常必要的。

一、专业实验教学目前存在的问题

长期以来，专业实验教学一直沿用传统的教学模式和管理模式，这种传统的教学管理模式对于培养学生的综合素质而言，存在许多问题：

1.在实验内容与实验时间上，学生只能在规定的时间内、按照指导书规定的内容进行实验；同时，由于实验指导书内容过于详细，学生实际上只能完成实验过程。由于在内容、时间和教材方面存在上述问题，而学生实际动手能力和主观积极性存在差异，因而不能做到因人、因材施教，无法调动学生的主动性，学生实验的积极性不高。

2.由于专业实验设备比较昂贵，专业性强，实验室购置专业设备多为单台套购置，为了保证实验室实验教学的进行，在实验分组方面必然会由于分组人数多而导致使部分学生没有充分的操作机会，实验教学效果不理想；另一方面分组过细也会使实验周期拖得很长，严重影响整个实验室实验教学工作的正常进行。

3.由于某些专业实验设备只为某门课程的实验教学服务，而一门课的实验时间毕竟有限，从而导致一些投资很大的专业实验设备和场地利用率很低。由于专业发展等因素，几年后设备又需要更新，几乎没怎么用的设备就被淘汰了，造成很大的浪费。

4.目前专业实验教学多为验证性实验，从属于某一门专业课程，设计性、综合性和研究性实验少。无法调动学生的主观能动性，不利于学生的思维能力、独立工作能力和创造能力的培养，不利于学生的个性发展。

由于现行的实验教学模式存在的问题，严重制约了学生实际动手能力、创新能力的培养。实行专业实验室开放，有利于克服现行实验教学模式存在的问题，有利学生综合素质的培养和提高实验教学的水平。

二、专业实验室开放式实验教学的形式

专业实验室是本科生专业素质培养的重要场所，承担学生专业技能、实际操作和动手能力训练的教学任务。面向学生实行全方位开放，是专业实验室运行方式发展的趋势，专业实验室面向学生开放主要有以下形式：

1.对专业课程实验教学开放

在保质保量地完成课程大纲所要求的基本实验教学任务的前提下，专业实验室可以时间上和内容上要适当开放。在时间开放方面采用预约实验方式，将实验项目、完成实验的基本人数和及进行实验的时间对学生公布，学生可以根据自己的安排预约实验。这种开放形式，在时间上给学生较大的灵活性， 可以提高学生学习的主动性，而且由于实验人数不致过多，使每个学生都有动手参与实验的机会，可以改善实验效果。

在实验内容方面，可以在教学大纲的基础上，根据专业课程的内容开设部分选做实验。在课程要求的基本实验后， 学生可以根据自己的兴趣爱好，在选做实验中选择实验。这有利于发挥学生的学习专业知识和专业技能的主动性。

2.对专业课程设计、毕业设计开放

车辆动力工程学院的车辆工程、热能动力机械、农业机械及其自动化均为产品设计类专业，主要是培养产品开发设计、产品性能改进的高级专业技术人才。在人才培养过程中，专业课程设计和毕业设计是非常的重要实践性教学环节，是学生在运用所学基础理论知识和专业知识基础上对专业问题进行分析的综合能力培养的重要环节。而专业实验室在相关专业产品结构认知、产品性能试验与检测等方面为学生进行专业课程设计、毕业设计、提供了良好的必备基础条件，所以，在专业课程设计、毕业设计过程中，专业实验室起着关键作用。实验室对学生进行专业课程设计、毕业设计开放，有利于提高专业课程设计和毕业设计的质量。

3.对学生参与科学研究活动开放

专业实验室有较为先进的仪器设备和较高水平的教师，学科专业承担了大量的科学研究和产品开放课题，将教师的科研活动和学生的专业素质和科研创新能力培养有机地结合起来， 将科研活动融入到教学过程中， 鼓励和吸收学生参与一定的科研工作。通过参与科学研究活动， 学生可以了解科学研究的过程和科学研究方法， 体会科研工作的艰辛和成功的喜悦， 激发起学生的成就感和创造欲望。

三、专业实验室开放式实验教学的组织和实施

为了加强专业实验室面向学生全面开放、促进实验教学效果的改善，提高学生参与专业实践性环节训练的积极性和主动性，还应由完善的管理制度和相应的激励措施，保证专业实验室开放式实验教学的组织和实施。结合我们专业实验室的特点，主要应有以下几方面的措施：

1.制定相关的政策，提高学生参加开放型实验的主动性和积极性

目前，学校制定了《学生课外素质教育学分管理办法》，对学生参加科技创新、科学研究活动等规定了课外素质教育学分，以鼓励学生通过参加各类活动提高自身的综合素质。但没有与开放型实验相对应的素质教育学分，现行的专业培养计划和专业课程大纲也无相应的要求，这不利于调动学生的积极性。所以应在《学生课外素质教育学分管理办法》（或专业培养计划）中增加与开放型实验环节相对应的素质教育学分规定。根据开放实验的数量、难度，设置相应的学分，并规定毕业生必须获得的最低实验分数，以鼓励学生主动参与开放型实验，发挥学生学习的主动性。

2.发挥专业教师的引导作用

学生进入专业课学习阶段，专业理论知识还处在学习和逐渐积累的过程中，此时，授课教师在学生专业知识和相关专业技能的传授方面具有非常重要的作用。因此，授课教师在讲授专业理论知识的同时，应结合课程内容和相关的学科进展、学科专业正在进行的有关科研项目以及专业技术人员所必须掌握的基本技能的要求，主动引导学生注重专业操作技能和动手能力的训练，使学生了解参与开放型实验对自身素质提高的重要性，从而调动学生参与开放型实验的积极性，并积极参与到开放性实验的具体指导。

3.适当改善实验教师的待遇和增加实验运行费的投入

专业实验室的实验设备大多比较复杂，一个实验需要3-5人分别操作，实验人员之间需要相互协调，合作完成。同时，开放型实验多为学生自主实验，因此，在实验过程中，学生在实验仪器设备的操作、实验过程的进行、实验数据的分析处理遇到的问题问题较多，这对指导教师的进行设备维护管理、实验管理、专业知识储备和实验指导能力提出了更高的要求，实验指导教师也就必然要付出更多的辛勤劳动，因此实验指导教师的待遇应当适当提高，适当增加他们的工作量补贴，调动他们的积极性和主动性，让他们有更多的精力投入开放实验室的建设和完善，投入开放型实验的指导工作。

由于开放型实验多为学生自主实验，是学生根据自己的兴趣和想法来选择和设计实验，因此，实验室的实验设备必须保持良好的状态，以满足学生进行实验的需求。随着开放型实验的进行，实验设备的使用率提高，实验材料的消耗也相应增加，实验设备的运行费用相应提高。因此，为保证实验室开放的正常进行，有必要加大相应的经费投入。经费的来源可改革实验室投资机制，多渠道筹措资金，为实验室开放创造条件。

4.建立完善的实验室开放监督和评估体系

在开放型实验教学活动中，为了保证实验教学的质量，必须建立有效的监督和评估体系。应当对实验项目的确定、开放型实验计划、开放型实验的实施、开放型实验的效果考核、仪器设备使用和维护等一系列过程的监督和评估，通过监督和评估，可以发现在实验室开放过程存在的问题，不断加以改进，提高专业实验教学的整体水平。

三、结束语

传统的专业实验教学模式在学生实践动手能力和专业技能培养方面存在许多不足，专业实验室对学生实行开放型实验教学模式，有利于学生综合素质的培养。

为使专业实验室开放型实验教学获得良好的教学效果，可采取以下措施：

1.通过政策引导，激励学生主动参与开放型实验，发挥学生学习的主动性；

2.发挥专业理论课教师的作用，在专业理论教学过程中引导学生注重专业操作技能和动手能力的训练，积极参与开放型实验；

3.适当提高实验教师的待遇，增加实验运行经费投入；

4.建立完善的实验室开放监督和评估体系，不断提高专业实验教学的整体水平。

通过上述措施，通过学校和实验教学人员等多方共同努力，加强实验室建设和管理水平，专业实验室的开放型实验教学必将在学生的专业操作技能、实践动手能力、科研创新能力等方面发挥不可替代的作用，成为高素质专业人才培养过程中重要的实践性教学环节。

参考文献

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论文关键词：工程流体力学；教学研究；改革探索

“工程流体力学”课程在能源动力类工科专业中占有非常重要的地位，主要研究流体（液体和气体）的平衡、运动规律及其实际工程应用的技术科学，是力学的一个重要的分支学科。通过本课程流体力学的基本概念和基本原理的学习，学生掌握分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力，为后续专业课程学习奠定基础，然而当前的教学效果并不理想。自然界和人类生活中，以及工农业生产的各行各业中均广泛存在流体流动现象，但是由于缺乏对生活的观察，学生很难做到对课本讲授内容形成直观映像。此外，自然界中的流动现象往往包含多种流动方式，在理论分析与公式推导中涉及许多复杂的数学理论与方法，经验公式多，且不易理解记忆，给学生的学习带来很大困难，导致教师难教、学生难学，实践与应用起来更是难上加难，教学效果不理想，教学目的难以实现。还对后续专业课的学习造成很大影响，进而影响本科教学的整体质量。因此，“工程流体力学”教学改革势在必行。

一、“工程流体力学”教学调查研究

“工程流体力学”课程通常是开设于热能动力工程专业二年级阶段。对扬州大学的学生的问卷调查显示，多数学生对“工程流体力学”课程的评价是“难学”。为何会有这样的评价，通过分析发现，存在几个方面的原因。

1.研究对象比较抽象

“工程流体力学”课程本身研究对象是流体，没有一定的形状和具有流动性，这是流体区别于固体的本质特征。这一特征决定了流体力学研究理论比较抽象、经验公式繁多且推导过程复杂不易理解、易混淆，进而导致了本课程教师难教、学生难学，教学效果不够理想。因此，能否将前面学习过的对“固体”平衡和运动物理规律的分析方法通过比拟的方式移植到“流体”上，并使其形成正向的学习迁移是学生能否很快的掌握本门课程学习方法、学好本课程的一个很重要的方面。

2.教师与学生

“教学”包括“教”与“学”两个方面的内容，忽视任何一个方面都有可能造成教学效果的不理想。理论课教学是工程流体力学课程教学的主要方面，是进行实验指导和应用于工程实践的基础。某些任课教师为了自己的方便省事，教材和教学内容仍然是多年前的老教材，对现阶段流体力学的发展方向和研究成果，以及本学科的最新科技前沿理论及工程应用进展不能做到及时更新，教学内容与实际应用严重脱节。

教学方法单一呆板，无法吸引学生的兴趣。经常看到这样一种现象：教师在讲台上只顾着自己滔滔不绝地讲，忽视了课堂教学的互动性和学生的主观能动性，学生了无兴趣的在座位上睡觉、开小差、玩手机，基本上是教师在向学生单方面地传授知识，这样的教学效果是很低的。

本专业本科生新的培养方案中课程设置有这样一个特点：课程增加，课时压缩，总学分保持不变。“工程流体力学”课程理论课学时从64压缩到48学时，在教学内容总量不变的情况下，每堂课教授的内容，即学生需要接受的信息量就大大增加了，严重增加了学生的负担。“浮躁”是当代很多大学生所普遍具有的心理特征，导致的直接结果是学生自制力差、怕吃苦，上课前不预习、课后不认真复习、作业普遍抄袭。

二、教学改革的目标

围绕当前“工程流体力学”课程教学中存在的问题，以提高课程教学质量、实现教学目标为目的，进行了如下方面的改革：改变教育理念，以课程改革与教学适应新时代的要求为目的；加强教学方法与教学手段的改革，提高“教”的质量；加强课程的应用性，解决基础理论课程的知识教育、应用能力与创新能力的培养，全面提升学生的综合素质；加强课程教学评价与考核体系改革，引入全程教学评价与考核机制。

三、“工程流体力学”教学改革探索

从上面的分析可知，“工程流体力学”课程教学效果不理想存在很多方面的原因，因此，教学改革也要同时从多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是笔者在扬州大学热能与动力工程专业本科生课程教学中进行的探索与尝试，取得了较好的效果。

1.教学方法的探索与实践

（1）俗话说“良好的开端是成功的一半”，第一堂课的重要性也就不言而喻了。兴趣是学生学习的直接原动力，能否在开始就激发学生对“工程流体力学”课程的学习兴趣是学好本课程的关键。运用多媒体技术，通过生动的视频和动画向学生展示生活中随处可见的流体力学现象。如，男孩子喜欢足球、乒乓球的比较多，可以用“香蕉球”和“弧圈球”现象的流体力学解释来吸引他们的注意力，还有其他的现象如高尔夫球表面的凹坑设计依据，飞机机翼能够产生巨大升力，跑车外形设计成流线型又是什么道理等等。此外我国正在实施的“南水北调”工程同样涉及很多流体力学相关知识，以上这些事例都是学生所非常熟悉而又在学习之前无法用理论来解释的现象，很容易引起学生的注意力和想要探索的兴趣。

（2）合理使用多媒体。在流体力学的教学过程中，采用多媒体有利于学生对流动现象的感性认识，加深对概念的理解，提高学习兴趣。但是，采用过多或华丽的多媒体也会产生一些负面作用，如多媒体教学替代板书节约了时间，增加了授课容量，但相应的讲课速度也就比较快，学生不易吸收和消化，容易造成学生“跟不上”进度，产生厌学情绪。因此，传统板书与多媒体有机结合的教学方式可以充分利用各自的优点，达到最佳教学效果。当然，不同教学方式之间的比例分配的“度”是需要关注的问题。

2.教学内容的选择

“工程流体力学”课程是机械、能源、化工、动力、建筑、生物、航天等专业的重要的专业基础课，这些专业具有不同的特点，对流体力学知识需求的侧重点也不同。因此，教材的选取要有针对性，即根据本专业特点和要求、学生层次来选择教材。此外，教师要能够跟踪掌握现阶段流体力学最新的发展方向与研究成果，不断更新和补充教学内容，做到课程内容的与时俱进。

3.重视实验教学

实验教学是“工程流体力学”课程教学必不可少的组成部分，属于实践教学环节。通过实验对理论进行验证，从而加深对课程基本概念和理论的理解和掌握。在基础实验外增加设计性实验、建立开放性实验室，锻炼学生的动手能力，培养学生发现问题、分析问题和综合运用所学知识解决实际问题的能力。

4.课程评价与考核体系

对于“工程流体力学”课程来说，学习要达到的目的是学生运用所学知识对实际工程问题的进行分析和解决的能力，而不是对课本理论知识和大量复杂公式的记忆能力。因此建立合理、公正、客观的课程评价与考核体系非常重要。针对学生普遍存在的平时不努力、考前几天突击考试的现象，摒弃“一考定成绩”的考核方式，采用灵活的、全程考核方式取得了很好的教学效果。具体做法是：提高平时成绩所占最终成绩权重，包括出勤率、课堂互动和讨论、小测试、作业质量等平时学习各方面的表现；期末考试成绩权重减少，采用闭卷方式，但考题中所涉及的公式、图表等会在试卷中集中给出，并增加一些干扰公式进去，既避免了学生花大量时间去记忆毫无规律可言、而又易忘的经验公式，同时也达到了考核学生选取基本理论和公式去分析、解决实际问题的能力，实现了教学目的。

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自学考试时间

辽宁辽阳2020年上半年理论课考试时间为4月11日星期六、12日星期日（上午9:00-11:30；下午14:30-17:00），各专业考试课程和时间安排详见（附表四、五）。2020年上半年实践环节考核和论文答辩的时间由各主考学校确定，各专业实践环节考核课程及时间安排详见（附表六、七）。

停考专业和遗留问题处理

（一）停考专业

1．能源管理（专科和独立本科段）专业自2017年下半年起停止接纳新生报名，2020年下半年起不再安排课程考试。

2.会计、会计（会计电算化方向）、护理学、船舶与海洋工程（航海技术方向）、船舶与海洋工程（轮机工程方向）、法律、日语、机械制造及自动化（数控加工方向）、焊接、视觉传达设计、广告、环境艺术设计、饭店管理和信息管理与信息系统等14个专科专业和电厂热能动力工程（应用本科）、数控技术（应用本科）、园林（应用本科）、计算机器件及设备（应用本科）、英语、物流管理、日语、石油工程、机电一体化工程、采矿工程、珠宝及材料工艺学、模具设计与制造、广告学、旅游管理、工业工程和新闻学等16个本科专业自2018年上半年起停止接纳新生报名，2021年上半年起不再安排课程考试。

3.艺术设计（人物形象设计方向）1个专科专业和服装设计与工程（应用本科）、营养、食品与健康、应用化学、机电设备与管理（矿山方向）、电子信息工程和教育技术等6个本科专业自2018年下半年起停止接纳新生报名，2021年下半年起不再安排课程考试。

以上停止接纳新生报名的39个专业的专业代码和专业名称不进行调整，仍按照原专业名称和专业代码报名考试及办理转考、免考和毕业，2021年下半年起停止颁发毕业证书。

（二）停考专业遗留问题处理

停考专业停止安排课程考试后，该专业的考生可按下述办法选择遗留问题处理方式：

1、停考专业中未合格的课程，可选择其它专业中名称和课程代码相同的课程进行考试。

2、停考专业中，尚有二门以下（含二门）理论课没有合格成绩不能毕业的，可自主选择自学考试其它原则上相近专业的相关课程参加考试，取得原专业考试计划规定的课程门数和学分即可按原专业申请毕业，最后办理毕业时间为2021年6月30日。

3、停考专业中，尚有二门以上理论课没有合格成绩不能毕业的，可按自学考试相关规定转入其它专业参加考试，取得专业考试计划规定的合格成绩后，按照转入专业申请毕业。

开考专业

专科专业：汉语言文学、英语、连锁经营管理、汽车检测与维修技术、数控技术、机电设备维修与管理、文秘、学前教育、计算机应用技术和物联网应用技术等10个专业。

专升本专业：汉语言文学、旅游管理、电子商务、计算机科学与技术、动物医学、电气工程及其自动化、软件工程、视觉传达设计、机械设计制造及其自动化、市场营销、动画、土木工程、护理学、药学、中药学、眼视光学、公安管理学、社会工作、化学工程与工艺、过程装备与控制工程、自动化、交通运输、人力资源管理、汽车服务工程、学前教育、环境设计、数字媒体艺术、小学教育、国际经济与贸易、金融学、船舶与海洋工程、会计学、工商管理、工程管理、法学和物联网工程等36个专业。

根据《教育部办公厅关于印发〈高等教育自学考试专业设置实施细则〉和〈高等教育自学考试开考专业清单〉的通知》（教职成厅〔2018〕1号）文件精神，我省制定了《2018年辽宁省高等教育自学考试专业调整工作实施方案》，从2018年下半年起，开考的专业全部调整为《高等教育自学考试开考专业清单》（已下简称《专业清单》）内专业，原开考专业不在《专业清单》内的，专业调整后全部取消，并停止接纳新生报考，2021年下半年起停止颁发毕业证书。专业调整对照情况详见（附表一、二、三）。专业调整后，原本科专业“第二学历”专业计划文件已不适用，2018年下半年起停止接纳新生报考“第二学历”，不再按照“第二学历”专业计划给新生办理课程免考。

旅游管理、电子商务、市场营销、人力资源管理、金融学、会计学（AB计划）和工商管理（AB计划）等九个专业，按照教育部文件要求，计划中增加公共政治课“基本原理概论”（课程代码：03709）。2019年下半年起报考该九个专业的新生，须考“基本原理概论”（课程代码：03709）。符合《辽宁省高等教育自学考试学历认定和课程免考实施细则》（辽招考委字〔2009〕21号）要求的考生，可以申请课程免考。

附表四：辽宁省自学考试2020年4月考试课程安排表（开考专业）（点击链接查看）

附表五：辽宁省自学考试2020年4月考试课程安排表（停考专业）（点击链接查看）

篇6

关键词：电煤 锅炉 煤质特性 煤灰特性

中图分类号：TK22文献标识码： A

目前，我国雾霾天气频现，多方证据表明燃煤是雾霾天气产生的主要原因之一。而我国动力煤消费在煤炭消费中占据很大的比重，电煤需求量又占到了动力煤总需求量的60%以上。所以选取高效绿色煤源，进一步提高燃煤运行锅炉热效率将成为电煤应用中首先考虑的问题。准格尔煤田煤层平均厚度32.8米，属低硫、中等水分、中等灰分、较高挥发分、较高发热量和高灰熔点的长焰煤。其煤质特性和煤灰特性在电煤应用中优势明显，适合多数大型电厂煤粉炉燃烧，同时也适合同其他煤种一起掺烧以提高煤炭利用率。

1 煤质特性和燃烧特性分析

1.1煤质特性分析

以准能公司生产煤炭洗选产品准2、准5为例,2013年1月-10月每月平均煤质分析数据见表1、表2。

表1准2（4900千卡/公斤）煤质分析数据

表2准5（4300千卡/公斤）煤质分析数据

目前我国大多数电厂采用煤粉炉，锅炉设计要求入炉煤的发热量在（4000-5000）千卡/公斤范围内。从表1和表2中可以看到准2、准5的发热量正好与锅炉炉型相适应，可以提高锅炉热效率，充分利用其热能。其挥发分均维持在36%-37%，可以保证燃料的着火温度不会太高。并且在发热量相同的情况下，燃用挥发分高的煤，锅炉的的热效率会进一步提高。而且挥发分值小于38%，对于多数煤粉炉不必担心因火焰中心逼近喷燃气出口，可能因烧坏喷燃气而停炉。从表1、表2中，我们还看到该煤磨制后折算出的水分也是不高不低恰到好处。不仅不会因为水分过大造成制粉系统堵塞，也不会因为汽化吸收带走过多热量，反而在水分蒸发后，煤层变疏松，可均匀通风，同高挥发分一样有利于煤的燃烧。平均0.60%的硫分，不用过度担心粉煤在燃烧过程中对设备的腐蚀和环境的污染。我们也可以判断出该产品中硫化铁含量非常低，不会造成磨煤部件的磨损。电厂在除硫方法和脱硫工艺的成本控制方面也有了更大的选择余地。

灰分波动范围在22%-33%，虽然离优质动力煤（Ad%

燃烧特性分析

准格尔煤田产品品种属于长焰煤，作为电煤使用可用下面公式估算其着火温度Td。

Td=654-1.9Vdaf+0.43Ad-4.5Mad（1）

将表1、表2中数据代入式（1）中，计算出Td的范围是（580-588）°C。从下面表3可以判断，该煤在锅炉中燃烧具有非常好的稳定性。

表3燃烧稳定性判断依据

将表1、表2中数据经过换算后代入到式（2），计算出Fz的范围是3.0-5.0。从下面表4可以判断，该煤属极易燃煤，完全可以燃尽。

表4燃尽特性判断依据

以准能公司煤场储存大堆煤为例，从东至西随机选取四个煤堆采样，最终合并为四个总样后做煤灰特性分析，具体数据见表5。

表5煤灰特性分析数据

评价煤灰是否容易结渣的一个重要指标，一般较常用的是软化温度。对于固态排渣炉，当ST>1350℃时,管壁上积灰层和附近烟气的温度很难超过灰的软化温度，所以不会发生结渣。从表5中可以看出该煤种ST全部大于1350℃，即使因为锅炉方面的原因最多也是轻微结渣，易于处理。另外，由于煤灰中的酸性成分比碱性成分的熔点普遍要高一些，因此也可以从碱酸比来判断煤灰结渣的难易。当碱酸比小于0.1时，一般可判断该煤为不结渣煤。所以从碱酸比也可以判断出准格尔煤田的产品在锅炉中燃烧一般不会结渣。而灰中所含碱性物质（主要是Na2O和K2O）越多，灰的烧结性越强，过热器就越容易积灰。从表5中可以看到，该煤种碱性物质含量很低，作为燃料吹灰除渣工作量相对较小。

更为重要的是，从表5中可以看到煤灰中硅（二氧化硅平均含量达到40%以上）和铝（氧化铝平均含量达到50%）含量较高，完全可以对其进行高附加值的资源化回收利用, 实现可持续发展。目前我国对从粉煤灰中提取氧化铝、二氧化硅的工艺均有深入的研究，特别是提取氧化铝已经可以进行规模化生产。不过要求粉煤灰中铝含量至少要达到30%以上，超过45%才能保证生产的连续性和产品质量。从这一点来说，准格尔煤田产品在锅炉中燃烧后产生的粉煤灰不仅不再是固体废弃物，而且将为我国电力行业的可持续发展规模化道路探索做出巨大贡献。

3 结论

准格尔煤田在电煤应用中具有其独有的优势。其低硫、中等水分、中等灰分、较高挥发分、较高发热量和高灰熔点的煤、灰特性不仅可以让其成为绿色、优质动力煤，保证锅炉安全高效运行，而且可以和其他低挥发分或是低灰熔点的煤种混合掺烧，改变其他煤种在锅炉中着火温度高、不易燃尽和容易结渣的缺点，提高煤炭利用率，确保锅炉的燃料供应。同时，该煤种作为燃料产生的粉煤灰不再是电力行业的主要废弃物，可以对其进行资源化利用，最大限度地减少灰渣堆存占用土地面积，达到环境保护的要求，真正实现可持续发展。

参考文献：

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【2】樊泉桂，樊增权等．300MW锅炉掺烧铜川长焰煤的运行特性分析．热力发电，2004，7:43-45．

【3】高小涛．电站锅炉燃用混煤的煤质特性分析．江苏电机工程，2009，1：63-65．

篇7

论文摘要： 本文针对现行跨专业选修课教学模式和考试方式所存在的问题，探讨了一系列的改革方案，如设立专题讲座、采用一页开卷式考试等，以努力提高高校的素质教育。

一直以来，由于面向的教学对象是没有经过该学科前期基础课程学习的学生，跨专业选修课在高校教学中一直是难以驾驭的课程类别。让学生掌握晦涩难懂的外专业知识，激发学生学习外专业知识的兴趣，提高学生的综合素质，跨专业选修课教学模式和考试方式的改革势在必行。下面笔者以我校的一门跨专业选修课《电力生产概论》的教学改革为例做一些探讨。

1.现行教学模式及考试方式

我校基于电力行业背景，办学形式有浓厚的电力特色。为了让我校各专业学生都了解电力生产知识，《电力生产概论》课程应运而生。该课程为全校选修课，所有非热能动力工程的学生都要选修这门课程，这样就存在两点问题：一是教学对象均为跨专业跨学科学生，没有该专业的理论背景，有些甚至没有工科背景；二是课堂容量较大，超过百人，课堂上难以做到面面俱到，控制较难。

现行的教学模式采用的是讲稿式的多媒体教学。在这种模式下课堂教学内容死板，专业性较强，学生感觉专业跨度大，有很多晦涩难懂的专业名词，学起来非常吃力，久而久之，不少学生对该课程提不起兴趣，单纯只为了赚学分，没有达到让学生了解先进的电力生产知识的教学目的，教学效果很差。

考试形式采取的是传统的闭卷考试形式，往往是面对课本知识和课堂教学内容命题，考试功能单一，基本上是终结性的评价，而不是教育进行中的诊断性的评价和水平发展性的评价，偏重理论化，在这种情况下就造成学生为了考试而考试，考前死记硬背，考试基本上是考记忆力，考试内容不合理，局限于教材。客观性试题比例大，而综合性考题、分析论述题少，制约、干扰、阻碍了学生分析综合能力的培养和创新精神的培养。

2.教学模式改革

2.1设立专题讲座形式。

电力生产概论体系设置比较系统。根据我国的主要发电形式，教学内容分为火力发电、水力发电、核电、新能源发电等几部分，其中新能源发电又包括风力发电、太阳能发电、生物质发电等。各章独立，自成系统，各部分内容均有很多前沿的技术，而且发展迅速，仅靠讲述书本知识已经不能适应科技的进步。因此设置专题讲座形式，使学生学习起来更系统，而且在讲座过程中，运用通俗易懂的语言，由浅入深，学生可以积极参与，对感兴趣的问题进行提问，了解最新的发电技术，做到课堂互动，真正达到该课程的教学目的。

2.2改进多媒体，教学内容更加多样化。

原有的多媒体是以文字为主的PPT，大多是从书本复制过来的讲稿。对于没有专业背景的外专业学生，显然有些内容是晦涩难懂的，学生面对干巴巴的文字也提不起兴趣。要让这些专业内容变得通俗易懂、生动活泼，这就需要在多媒体的形式上多下功夫，大量地采用图片、视频、CAI课件、Flas等，做到图、文、声、像并茂，激发学生的学习兴趣。

2.3分组讨论，合作学习。

改变传统单一的教师“教”的模式，把学生“学”生动地引入到课堂教学中去，改变一言堂教学。在每一个专题授课结束后，在课堂上教师布置与该专题的相关开放性课题，比如现代风力发电的诸多问题的研究，对班级学生进行分组，并要求各组成员课下去检索相关资料，确定议题，就此议题发表各自看法。在下一次课上，每组派代表将自己的研究内容简要报告，并进行讨论。

这种分组讨论合作学习的方式要想能够达到预期效果，在实践中必须强调合作学习的三意识：

（1）责任意识。让学生明确参加小组讨论是每个人的责任，在小组讨论中有敞开心扉、畅所欲言的意识。

（2）质疑意识。善用批判思维，巧用发散思维，大胆质疑，提出问题，并在合作的过程中有所争论、有所发现、有所创新。

（3）整体互补意识。在讨论中既理性地审视自己，又海涵他人的智慧。不要怕争论。许多真知灼见往往是在创造性氛围下的冲突中产生的，这样才能产生集体智慧高于个人智慧总和的效果。

3.考试方式改革

采用原有闭卷考试方式，学生考前突击复习，死记硬背，试题内容单一，偏重理论知识，最终导致成绩评定不能完全体现学生的真正学习水平。因此考试及成绩评定宜由以下两部分组成：

3.1撰写小论文或调查报告。

其题材可以由教师提供，也可以学生自选；可以是综述、述评，或做理论上的新阐释、方法上的改造、技术上的创新、操作上的变革等，也可以是对已有观点的新阐发或商榷等，但必须要以探索、创新、发展为其突出特征。在撰写完成后，还需安排答辩，以检验其写作的真实程度、下工夫程度，考查所获取的与论文相关信息的广度以及信息批判思维和信息创新思维的深度，作为评分的重要依据之一。

3.2一页开卷考试。

“一页开卷”既不是闭卷考试又不同于我们常见的普通开卷考试，它的实施方法是允许学生在考试之前的复习中准备一张纸，将自己认为的课程重点写在上面，考试时这张记录纸可以带入考场以备查阅，但不得在考生之中交换。这种考试方法是符合电力生产概论教学目标的，因为电力生产概论教学强调让学生学懂和应用电力生产知识，而不要求学生死记硬背，因此在考试目的上也就要求我们要考查学生运用知识解决实际问题的能力，而不是考查记忆能力。

“一页开卷”的考试方法有三个明显的优点：（1）可以在考试之前极大地调动学生认真复习、准备考试的积极性，因为考试的成绩与自己准备的充分程度相关，准备越全面，考试的总体效果就越好，同时也锻炼了学生的总结归纳能力。（2）有利于让学生避免死记硬背的学习方法，而更专注于对知识的理解和活学活用，从注重记忆的学习转向注重理解的学习。（3）有利于减轻学生不必要的学习负担，缓解学生考试前的心理紧张和焦虑状态。

4.结论

笔者通过跨专业选修课的教学实践，分析了原有教学中存在的问题，努力探讨跨专业选修课的教学模式与考试方式的改革方案，为培养出有创新能力、有合作精神、有解决实际问题能力的高素质学生，使我们的教育教学更趋科学化、合理化提供了建议。

参考文献：

［1］廖仁光.合作学习模式的运用及考试成绩的评定［J］.科技情报开发与经济，2007，17（7）.

［2］罗军.跨专业选修课《家用电器》的教材电子化探索［J］.重庆教育学院学报，2002，15（3）.

［3］尚坚.浅谈跨学科、跨专业混合班《有机化学》教学［J］.高等理科教，1997，2.

篇8

论文摘要：针对油田注水工况下，恒流堵塞器易受固体悬浮颗粒冲刷磨损作用的问题进行了数值模拟。以商业CFD软件Fluent 6.1为基础，建立了恒流堵塞器流场三维几何模型，对堵塞器内部流场进行了计算；采用Lagrangian离散相模型、Haider曳力公式和随机轨道跟踪方法求解了湍流中颗粒运动轨道；应用Bitter颗粒冲刷磨损模型对冲刷磨损失重进行了计算；对现场测试数据和数值模拟结果进行了对比，证明了数值模拟的有效性；对模拟结果数值上不够精确的原因进行了分析，指出了在注水流量控制装置流体磨损腐蚀分析中充分考虑电化学腐蚀和不锈钢钝化作用的必要性。

恒流堵塞器是一种用于油田分层注水系统的新型井下分层流量控制装置，它通过机械结构的流量负反馈或压力前馈作用对流量进行自动调节，具有结构简单、体积小、成本低、使用方便、可靠性高等诸多优点，加上可直接应用于原分层注水管柱，因此具有很好的推广价值[1，2]。但油田注入水存在一定固体悬浮颗粒，且恒流堵塞器阀口处的流速很高，因此不可避免地要发生冲刷磨损现象，进而对其流量调节精度造成不利影响。

目前对油田注水井井下流量控制装置冲刷磨损情况的研究不多，对传统的固定水嘴堵塞器，一般采用陶瓷或硬质合金水嘴提高其耐冲刷腐蚀性能，但水嘴刺损仍是堵塞器最常见的失效形式之一。对于恒流堵塞器，目前的研究一般限于其流量特性方面，现文献中仅文[1]对恒流堵塞器现场试验中的冲刷磨损问题有所提及。但Russell等人通过CFD方法对一种井下滑套的速度场进行了模拟，并采用全尺寸加速冲刷磨损试验装置对其冲刷磨损情况进行了分析，可为恒流堵塞器等油田注水井下流量控制装置的冲刷磨损研究提供参考[3，4]。

对颗粒冲刷磨损问题的试验研究存在成本高、周期长等问题，而采用CFD进行数值模拟可以较好地解决这一问题，因此受到人们的日益重视，在管道[5]、叶片[6]、泵、阀[7]等过流部件的冲刷磨损研究中都有所应用。

1 Lagrangian离散相模型

作为当前的主流商业CFD软件之一，Fluent提供了Lagrangian离散相模型、混合物模型、Euler模型等多相流模型。其中Lagrangian离散相模型在分散相体积分数小于10%的颗粒流计算中应用较多，此时，流体相被处理为连续相，通过一般的时均N-S方程进行计算；而离散相则是通过计算流场中大量的粒子的运动得到的，且粒子运动的计算是独立的，它们被安排在流体相计算的指定间隙完成。

1.1 颗粒运动微分方程

颗粒运动遵循牛顿第二运动定律，其微分方程为：

(1)

式中，uP、u分别为颗粒相和流体相的速度，m为流体相的动力学粘度，CD为曳力系数， ReP为相对雷诺数，ρP、ρ分别为颗粒相和流体相的密度，dP为颗粒直径，g为重力加速度；F则主要包括附加质量力和升力，前者在颗粒密度大于流体相密度时的数值很小，而升力对细小颗粒的影响通常也可忽略，为简化计算过程，本文不考虑这些力的影响。因此，颗粒在t时刻的位移可表示为：

(2)

1.2 湍流扩散作用

针对湍流对颗粒存在的扩散作用，Fluent 6.1提供了随机轨道模型和颗粒群模型两种模拟方法，其中随机轨道模型可用于各向同性扩散为主的流动，此时，式(1)、(2)中的流体速度应按下式进行计算：

u=ū+u'

(3)

式中，ū流体相的时均速度，u'为其随机脉动速度，Fluent 6.1采用随机游走模型来确定该脉动速度，对k-ε湍流模型，有：

(4)

式中，k为湍动能，ς为服从正态分布的随机数。

随机游走模型假定流体的脉动速度在流体涡的特征生存时间内保持为常量，同时应用了积分时间尺度的概念，对于具有良好跟随特性的细小颗粒，颗粒的积分时间尺度简化为流体的Lagrangian积分时间尺度TL，对k-e湍流模型，有：

TL=0.15k/e

(5)

式中，e为湍动能耗散率。

1.3 壁面碰撞恢复系数

运动颗粒和壁面碰撞过程中，存在能量损失和转化，因而反弹速度低于入射速度。Southampton大学的研究人员对AISI 4130钢在固体颗粒冲击时的速度变化进行了研究，结论如下[7]：

(6)

式中，a为颗粒冲击角，eT、eN分别为恢复系数的切向和法向分量。Fluent 6.1中，上述拟合多项式形式的恢复系数可直接在壁面边界中进行设置。

2 冲刷磨损计算模型

由于冲刷磨损破坏过程较为复杂，存在微切削、疲劳破坏、二次冲击、磨损腐蚀交互作用等多种物理化学过程，到目前为止，人们仍未能全面揭示其内在机理。现在常用的塑性材料冲刷磨损模型主要有Finnie的微切削理论、Bitter的变形磨损理论等。

Finnie的微切削理论主要考虑颗粒对材料的切除作用，因此主要适用于塑性材料在多角形磨粒、低冲击角下的磨损分析，对于塑性不很典型的一般工程材料、脆性材料及非多角形磨粒、冲角较大的情况下往往存在较大误差。而Bitter提出的冲刷磨损模型可以分为变形磨损和切削磨损两部分，其中切削磨损部分采用了与Finnie相似的分析方法，其计算公式为：

(7)

式中，mP为颗粒质量，c1、c2为与材料性质等有关的系数，uc为冲刷磨损临界速度，a0为切削磨损模型的临界角度，eC、eD分别为材料表面产生单位切削和变形失重时吸收的能量。变形磨损部分是由颗粒冲击时产生的疲劳破坏造成的，存在亚表面层裂纹成核长大及屑片脱离母体的过程，计算公式为：

(8)

总磨损量为：

(9)

Bitter提出的冲刷磨损模型充分考虑了颗粒的微切削和冲击疲劳两种主要破坏作用，在冲刷磨损试验机上和实际工程运用中得到了较好的验证，合理地解释了塑性材料的冲刷磨损现象，同时计算模型较为简单，模型中的各参数比较明确且相对容易获得，在一些实例中也得到了较为理想的计算结果。因此，本文通过用户自定义函数(UDF)将Bitter冲刷磨损模型引入到Fluent 6.1并用来计算恒流堵塞器的冲刷磨损量。

3 计算过程及结果分析

恒流堵塞器结构如图1所示，不同流量恒流堵塞器对应的节流阀口直径不同；而不同工作压差下，阀芯位置不同，即减压阀口开度不同。本文对额定流量为40 m3/d和90 m3/d的恒流堵塞器在工作压差2.0 MPa和8.5 MPa时的冲刷磨损情况进行了模拟。

图1 恒流堵塞器结构示意图

Fig.1 Structure of the constant flux blanking plug

3.1网格划分、边界条件及参数设置

额定流量qV为40 m3/d的恒流堵塞器的节流阀口直径d为4.46 mm，对应工作压差2.0 MPa和8.5 MPa时的减压阀口开度Dx分别为0.49 mm和0.18 mm；额定流量qV为90 m3/d的恒流堵塞器的节流阀口直径d为6.55 mm，对应工作压差2.0 MPa和8.5 MPa时的减压阀口开度Dx分别为1.20 mm和0.44 mm。取流场的1/2进行计算，网格为三维分区网格，在阀口处适当加密(图2) 。

图2 流量40 m3/d、阀口开度0.49 mm时的计算网格

Fig.2 Mesh， flow rate=40m3/d， opening=0.49 mm

边界条件包括入口压力、出口压力、壁面颗粒反弹、冲刷磨损等参数，较为重要的参数及选项设置情况见表1，其中一些数据参考了文献[7，9-11]及大庆等油田的相关测试资料。

表1 重要参数及选项

Table 1 Important parameters and options

2.46×10-3

3.2 计算结果

四种情况下恒流堵塞器流道内的水流速度如图3所示。可见减压阀口处为流速最大的部位，工作压差8.5 MPa时最大流速已可达约110 m/s，导致相应颗粒冲击壁面的速度也较高，因此冲刷磨损量也将急剧增大。减压阀口处的冲刷磨损率分布情况如图4所示，可见该处的磨损率还是比较大的，且工作压差较大时磨损尤为严重。这说明文献[4，5]中通过流速大小分析油田注水流量控制装置冲刷磨损特性的方法具有一定意义。

对于定差减压-节流式恒流堵塞器，影响其额定流量的主要是节流阀口的直径和流量系数，理论分析表明，节流阀口磨损后，恒流堵塞器的流量将显著增大；而减压阀口磨损后，恒流堵塞器本身的调节特性使得相同工作压差下阀芯产生相应微小位移补偿了阀口磨损量，因此流量变化较小。图5给出了节流阀口和减压阀口磨损对流量影响的计算机仿真结果，恒流堵塞器的地面流量特性试验也得到了相近的结论。冲刷磨损模拟计算中，减压阀口和节流阀口的最大冲刷磨损量如表2所示，可见节流阀口磨损量同减压阀口冲刷磨损量相比很小，这对恒流堵塞器的使用寿命是有利的。 图3 速度云图

Fig. 3 Velocity cloud map

图4 冲刷磨损量云图

Fig. 4 Particle erosion rate cloud map

图5 阀口磨损对流量的影响

Fig. 5 Influence of the valve ports wear on the flow rate

表2 阀口计算冲刷磨损率

Table 2 Calculated erosion rates of the valve ports

3.3 现场试验情况及分析

在大庆等油田进行的现场试验中，经过近10个月的井下应用，各恒流堵塞器都出现了一定的磨损，经观察，主要磨损部位均出现在减压阀口处，而节流阀口处的磨损现象不明显，实际磨损率同数值计算结果也在一定程度上相吻合；另外，郭英伟等[1]对KHPX-20型恒流堵塞器的井下应用情况作了一些更长周期的监测，18个月后减压阀口的最大磨损量为1 mm左右，与本文的计算结果也基本相符。但是，一方面实际磨损率相对预测结果普遍偏大，另一方面相近流量和工作压差下不同井层恒流堵塞器的磨损率存在较大差别。产生这一结果的主要原因在于：① 各注水井层的水质等环境因素差别较大，水中杂质含量也存在较严重的超标现象。据2003年12月大庆油田完成的注水质量调查报告，该油田深度水处理站水质达标率仅为21.4%，部分超标井固体悬浮颗粒含量高达几十甚至几百mg/L，粒径超标现象也较普遍。② 注入水中含有腐蚀性的成分如硫离子、氯离子、溶解氧等，金属材料在井下的冲刷磨损、电化学腐蚀过程相互影响和促进，加剧了流体磨损腐蚀程度。③ 即使单纯考虑冲刷磨损机械作用，由于湍流模型、两相流耦合模型、壁面作用模型、冲刷磨损模型等都存在一定近似性和经验性，加上一些边界条件和参数的不确定性，要想完全真实地反映实际磨损情况也是比较困难的。

4 结论

(1) 采用CFD方法可以在一定程度上对恒流堵塞器的冲刷磨损情况进行模拟，便于分析易冲刷磨损部位和冲刷磨损程度，模拟结果具有一定可信性，是一种成本低、耗时少、应用方便的方法，可在一定程度上代替现场和模拟试验，但要求计算模型和参数设置应尽量符合实际情况。

(2) 油田注水流量控制装置在井下工作时一般受到磨损和腐蚀的交互作用，单纯考虑冲刷磨损作用进行分析误差可能较大，因此有必要加强井下流量控制装置磨损腐蚀交互作用的试验和理论研究，以更好地分析流量控制装置的可靠性并对其结构、材料及表面处理等进行优化。

参考文献

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[4] Russell R， Gai H， Barrilleaux M F， et al. Design， Analysis and full-Scale erosion testing of a downhole flow control valve for high rate water injection wells [A]. 2004 SPE Annual Technical Conference and Exhibition Proceedings [C]. Houston， TX， United States: SPE Annual Technical Conference and Exhibition， 2004. 3805-3815.

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篇9

[关键词]天然气 循环发电 经济性 能源

中图分类号：TM611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0112-01

一、天然气联合循环发电是社会经济发展的需要

1.1经济发展带来的环境污染日益增加

随着经济的发展，提高对煤和石油等能源的利用率，但同时也带来了严重的环境问题，我国对于能源消费巨大，对于煤炭的使用率高达75%，许多行业的发展都离不开对煤炭的利用，其中我国的电力工业就是用煤大户，从而导致电力行业成为造成环境污染的主要行业，煤炭的使用会产生二氧化硫，二氧化硫又会形成酸雨，给环境造成巨大的破坏。

虽然我国已经意识到煤炭的使用，会造成严重的环境影响，并且提出了相应的环保法，电力部门为了遵照环保法的要求，在电力生产中做出了相应的调整，燃煤发电站增设了高性能脱硫等净化装置，但是由于造价较高还会降低机组运行效率，大大增加了电力运行成本，所以这种技术存在很多不足之处，不能从根本上控制对环境造成的污染。天然气是一种清洁型能源，从技术、经济、环保及可持续发展的角度，电力行业利用天然气代替煤炭，通过天然气联合循环发电技术，这是解决发电站造成环境污染的重要出路。

1.2适应调整我国能源结构势在必行

对于能源的使用，经历了几次大的变革，首先是人类用煤炭代替柴薪成为主要能源，使资本主义经济得到了发展；后来是利用石油代替煤炭成为主要能源，促进了世界经济的繁荣；现在人们使用天然气这种清洁型的能源代替石油成为主要能源，这是能源消费的又一大变革，促进经济快速发展的同时，控制了对环境造成的污染，天然气能源将成为人类生产中的第一大环保型能源。

能源结构的变化促进经济的发展，经济的飞速发展，会使用到大量的能源材料，煤炭的开采已经不能满足工业对能源的需求，适当增加石油和天然气的利用率，尤其是加大对天然气的使用，满足工业生产对于能源的需求量，促进经济稳定、快速的发展。我国的能源结构以天然气为主，发展天然气联合循环发电系统，为电力行业创造了可行的条件。

1.3天然气联合循环发电有利于电网调峰

电力在人们的日常生活工作中占据必不可少的地位，随着经济的发展，人们对于电网的需求也是越来越大，使得昼夜的用电量的峰谷差越来越大，在日常的电力生产中需要采取有效措施进行调峰任务。天然气联合循环发电具有迅速起停、调度灵活、机动性能好的特点，与常规发电系统相比，天然气联合循环发电更适合调峰任务，保证日常生活对用电量的需求，确保电网安全可靠的运行，天然气联合循环发电系统独有的特点，在我国有相当大的发展空间。

二、天然气联合循环发电是当今世界先进的发电方式

衡量发电技术是否先进的重要标准是清洁和高效，天然气是一种清洁型的能源，它的使用不会污染环境，同时天然气联合循环发电是一种高效的发电方式，成为当今世界最实用的发电技术，全世界的大部分发电容量均来自这种燃气蒸汽联合循环机组，所以天然气联合循环发电是世界上先进的发电方式。

天然气联合循环发电在电力市场中取得优胜是有一定原因的，主要原因是（1）高效节能，天然气联合循环发电净效率为58%以上，远远高出我国平均供电效率，成为我国最高的发电技术。（2）省地节水，天然气联合循环发电是以燃气轮机为主，蒸汽轮机为辅的发电方式，燃气轮机运行时用水少，所以与常规的发电厂相比，天然气联合循环发电厂的耗水量少，具有节水的特点。而且天然气联合循环发电厂，不需要设置煤场和灰场，缩小了厂房的占地面积，节约了土地资源。（3）建设投资少、工期短，发电厂常规带有脱硫装置的燃煤蒸汽轮机造价昂贵，相对来讲燃气轮机的造价低，而且燃气轮机发电机不超过半年就可以投入商业运行，大幅度增加工作效率，对于电厂建设，还可以分阶段施工，有利于企业的资金运转。（4）操作简单，自动化程度高，运行安全可靠，设备的可用率高，没有复杂的操作系统，机动性比较强，可以利用天然气联合循环发电系统进行有效地电网调峰任务。

三、天然气联合循环发电的经济性

天然气联合循环发电在我国能否快速发展，不仅取决于天然气能源的供给量，还包括天然气发电的经济性。相对于常规电站的建设，天然气联合循环电站的投资成本较低，设备操作简单，不需要过多的劳动人员，节省了一部分开销。

3.1天然气价格的影响

目前我国的天然气的气价由井口家、净化费和管输费三部分构成，具体定价由国家规定。我国的电力生产仍以煤为主要燃料，相对低廉的煤炭价格对电力的价格起着主导作用，煤炭与天然气的比价决定了天然气发电的经济性。煤炭与天然气的价格受到资源丰富程度的影响，按照一般来讲，热值计算的天然气价格比煤炭高出约一倍，与国际市场相比，天然气和煤炭的价格差较大。

发电成本一般是由总资源的折旧成本、运行和维护成本、燃料成本三部分组成。总资源的折旧成本与运行维护成本，在项目落成以后，变化因素不大，基本上算是固定成本。当发电成本一定时，为了满足内部收益率、投资回报率的要求，电厂必须有一个对应的最低定价。通常发电固定成本所占的比例小，燃料成本所占比例较大，所以天然气的价格决定了电站运行的经济性。降低天然气的价格可以从根本上控制燃气轮机联合循环发电的成本，不可以让天然气的价格制约了这种先进的发电方式。

3.2年运行时间的影响

如果燃气联合循环发电不带基本负荷，只是作为调峰机组或备用电源，对年运行时间并没有过多自主选择，但是选择价格偏高的天然气为燃料，就必须注意年运行时间对天然气联合循环发电的经济性影响。年运行时间增加，固定成本和收益分摊到运行时间中，分摊后的发电成本减少了，燃料的价格不变，所以电价会有所下降。所以为了发电成本可以降低，应该尽量提高燃气轮机联合循环电站的运行小时数。

3.3年平均热效率的影响

天然气联合循环的年平均热效率与电厂的运行方式和联合循环热效率有着直接的关系，要想减少发电成本，提高运行经济性首先应该提高年平均热效率。对于发电的方式，为了提高热效率，总希望可以长期满负荷发电，但是由于天然气联合循环发电方式受到很多因素的影响，所以不能以理想的方式运行。天然气联合循环热效率可以通过选择机组从而有效地改变热效率，在建厂规模确定的情况下，为了提高联合循环热效率，可以尽可能选用先进技术并且具有大容量高参数的燃气轮机。

四、结语

当今社会的经济发展快速，人们不能只考虑发展的速度，也要考虑到工业对环境造成的影响，坚持可持续发展战略的基本原则。电力部门应该适应我国持续发展的要求，选择效率高、污染少的发电方式，天然气联合循环发电正是具有这种特点的先进发电方式，通过科学论证和合理规划，可以为电力企业带来丰厚的经济效益。

参考文献

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[2]赵振、陈瑞娟.若干天然气联合循环电站实例的经济性[J].热能动力工程.2005

[3]王铭忠.天然气能源与天然气联合循环发电[J].热力发电.2001