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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇能源與動力工程,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
自從工業革命以來,城市發展的產業結構就收到了強烈的沖擊,第一產業比重逐年降低,而工業的比重卻逐年上升,其中基于資源開發和研究的能源產業的發展十分迅速。科技作為第一生產力的時代特征,為生產、生活都帶來了前所未有的便捷和效率。在當今社會,能源的消耗總量和利用效率同經濟發展和環境保護的關系十分密切,在經濟發展的背后,我國能耗、碳排放都表現為持續增長的狀況。節能減排成為了能源與動力工程研究的重點,并且也是今后長期需要堅持的工作。
關鍵詞:
能源與動力工程;環境污染;驅動因素;節能減排
一、引言
無論是汽車開動、輪船離港和飛機起飛等等機器的運轉,還是信件的郵寄、電話的通訊和網絡的傳輸等等我們日常生活所常見的現象都需要由能源作為支撐和動力。能源為我們所處的城市提供了源源不斷的能量流,有了能源我們的城市才能充滿生機與活力,才能不斷地向前發展。我國目前正處在城市化快速發展的關鍵時期,是能源消耗大國。能源的大量消耗帶來了環境的污染,能源供需矛盾顯而易見,成為了我國當下以及今后長期發展的重點所在,節能減排工作必須落到實處,節能技術的研究刻不容緩。節能減排是我國面對環境問題和能源的消耗而提出的政策方針,是通過不同的手段和措施,降低工業生產和居民生活過程中的能源投入以及污染物的排放,實現城市化進程不斷提升和城市經濟社會的永續發展的目標。但是由于我國的人口、經濟增長方式和經濟規模、產業結構和節能技術等因素的影響,能源浪費和排放超標的問題越來越嚴重,節能減排的工作效果甚微,加劇了能源消耗和保護環境的矛盾,導致了我國經濟發展帶的瓶頸,帶來了強大的制約作用。因此,本文試圖從能源和動力工程的角度入手,對我國能源問題和動力工程進行解析,明確能源消耗居高不下的內在原因,進而對節能減排從能源消耗因素和動力工程節能技術等角度出發,分析節能減排的具體方法和策略。
二、能源問題和動力工程
能源是人類活動的物質基礎和動力源泉,在一定程度上來說,人類的發展離不開能源的開發和利用。能源發展、環境可持續已經成為當下全球性的議題。能源的種類繁多,且因為新技術的發展,許多新能源逐漸出現在人們的視野當中,并有逐漸成為發展主流的趨勢。根據不同學者的研究和總結,能源有八種分類方法,但是人們對于能源的關注點在于它是否能夠可再生,是否能帶來嚴重的污染,是否能在現有技術的支撐下進行安全的利用等等,這些對于能源的關注也從側面反映出現今能源發展所遇到的問題。傳統化石能源的枯竭、新能源的開發實用技術不足、能源緊張導致的經濟和社會發展的一系列問題成為了當今能源問題的主要方面,統稱為能源危機。我國是世界上產能和耗能的大國,能源的產量僅次于美、俄,處在世界第三位的位次,但是能源消耗更大,位居世界第二。同時,我國的能源結構、能源利用技術、節能減排技術卻并不理想。能源危機成為我國面臨的重大挑戰之一,煤炭、電力、石油和天然氣等能源成為能源危機中的主要角色,尤其是石油的短缺以及由其引起的結構性矛盾成為我國經濟發展的最大難題。動力工程主要是致力于煤、石油等傳統能源的高效利用和新能源的創新開發。動力方面則包括內燃機、鍋爐、航空發動機、制冷及相關測試技術1。動力工程作為目前能源研發的主要領域,需要在能源轉換與熱力環境保護等方面具有較高水平的專業人才,同時也需要同自然科學、人文和社會科學等學科領域形成良好的學科交流局面,共同促進我國能源的可持續發展。
三、節能減排分析
節能減排的首要任務在于節能,節約生產和生活等方方面的能源使用以及提升能源的利用率,從源頭上治理能源問題。在節能的基礎上,嚴格控制污染物的排放,大力發展污染治理以及回收再利用的技術,實現能源使用終端的零排放或者少排放。首先,明確能源消耗的內在因素,對癥下藥2。能源的消耗是多方面因素的綜合作用,經濟快速的增長、經濟規模的不斷擴、產業結構的失衡、節能技術的落后,共同導致了能源的大量投入。因此,對癥下藥,根據不同的問題提出不同的針對性的解決方法,優化能源投入結構,達到節能目的。其次,從動力工程的角度出發,從內燃機、鍋爐、航空發動機、制冷等生產和生活的能源利用核心出發,發展核心環節的能源利用技術,提升能源利用效率。而動力工程技術的研發對于不同的能源類型又有不同的要求。對于煤來說我們需要提升其使用率和終端污染處理技術。對于石油來說,我們應該尋找替代能源以及替代能源的提煉方法。對于新能源來說,現有的太陽能、風能等能源的使用技術需要進一步的優化和普及,更多的新能源還需要專業人才去測試和研發。
四、結語
綜上所述,能源能夠決定一個城市甚至一個國家的發展,其中石油等戰略性資源的重要性更加突出。能源危機的出現對我們是一種警醒,更是一種促進,在能源危機的壓力下,不論是從國家的宏觀統籌還是從個體企業的技術優化都表現出積極的應對。在能源與動力工程領域,相關技術人處于起步階段,需要不同行業專家、不同專業學科等的共同努力,以科學發展觀和建立資源節約型和環境友好型的城市為指導,打破傳統能源制約,利用新技術和新工具,實現我國能源的高效、合理應用最終消除我國經濟發展的能源制約,為國家綜合國力的提升和國際話語權的改善等提供堅實的能源支撐。
參考文獻:
[1]徐祥博.淺談能源與動力工程的節能技術[J].黑龍江科技信息,2013,(36).
關鍵詞:能源與動力工程;網絡教學平臺;混合式教育
作者簡介:代乾(1981-),男,河北滄州人,天津城市建設學院能源與安全工程學院,講師;王澤生(1964-),男,天津人,天津城市建設學院能源與安全工程學院,教授。(天津 300384)
基金項目:本文系天津城市建設學院2012年度教育教學改革與研究項目(項目編號:JG-1207)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)05-0074-02
2012年9月,教育部頒布實施新的《普通高等學校本科專業目錄(2012年)》,熱能與動力本科專業更名為能源與動力工程專業。由專業名稱可見該專業的內涵更加廣闊和深遠,從而也說明隨著能源動力科學技術的飛速發展和新問題地提出,社會對人才的培養提出了新的要求。目前,大約有170多所高校設置了熱能與動力工程專業。[1]隨著經濟的發展,能源與環境逐漸成為世界各國所面臨的重大科技和社會問題。培養高素質的具有創新意識的能源工程專業人才是本學科義不容辭的責任。而熱工系列課程作為重要的專業基礎課程,其重要性不言而喻。合理的課程體系是體現教育教學理念的重要載體,是實現專業培養目標、構建學生知識結構的中心環節,建立適應社會主義市場經濟發展需要、體現熱能動力技術學科內在規律、科學合理的課程體系極為重要。[2]為了使該課程適應新的要求,非常有必要對其進行一定的改革,以培養適應21世紀社會發展需要的人才,同時對推動我國可持續發展戰略具有重要的意義。
一、實施混合式教育方式
開發混合式學習方案的關鍵因素在于確定適當的時機,使用適當的混合方式,為適當的學生施行教學。而教師想要運用適當的混合方式需要考慮學習地點的設置、信息傳輸技術及時間的安排、教學策略和績效援助策略等。[3]混合式教學模式一般可分為以下幾個階段:[4-6]
1.前期分析
學生作為學習活動的主體是有認知、有情感的,學生本身的知識水平、學習能力和社會特征都對學習的信息加工過程產生影響,教師進行學生特征分析有助于了解學生的學習準備和學習風格,從而為后面的學習環境設計和媒體的選擇提供依據。
2.混合式教學的組織與管理
教師應按照教學進度有針對性地選擇和設計教學活動,同時要參照已經設計好的課程目標、課程內容及其呈現形式,將其與具體的章節知識點相關聯。教學活動的作用在于為學生創造具體的學習情境,并加強師生、生生之間的交流互動,因此恰當的教學策略對于教學活動的順利展開尤為重要。
3.網絡教學平臺及教學資源建設
網絡的對于教學來說不應當只是教學內容,而更多的應該是支持教學交互、教學評價和教學管理,教學交互、教學評價和教學管理是保證教學質量的重要環節,這就需要有一個集教學內容與管理、課堂教學、在線教學交互、在線教學評價、基于項目的協作學習、發展性教學評價和教學管理等功能于一體的網絡教學平臺來支撐混合式教學。本校對“工程熱力學”、“傳熱學”、“工程流體力學”原有的教學網站進行了全面改版,并于2010年先后投入運行。其中“工程熱力學”課程教學網站主頁如圖1所示。網站按照省部級精品課程的要求制作,網上教學內容詳實,包括課程的概況、教學文件、習題及答案、實驗實踐教學等各種資源。學生可通過瀏覽網站學習更多的知識,這對課堂教育來說是一個非常有益的補充,并有助于實現教與學的互動。
二、教學內容優化
“工程流體力學”是理解能源動力系統工質流動與流量、能量分配的基礎。“工程熱力學”是研究如何充分和有效利用能量的學科,其基本內容是熱力學基本定律和工質熱物性、熱過程的研究,是理解能源動力系統中能量轉換基本規律和提高系統能源利用效率的理論基礎。“傳熱學”研究熱量傳遞的基本規律,是理解和控制能源動力系統熱量傳遞過程的理論基礎。“熱工學”集成了“工程熱力學”、“傳熱學”的基本理論和核心內容,為能源動力類安全工程專業等提供必要和少量學時的熱工理論基礎教育,也是其他非能源動力類專業節能技術及應用的理論基礎課程。“熱工測量技術”和“流體熱工基礎實驗”課程則是關于“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”的實驗理論的技術基礎課程,旨在揭示相關課程的實驗研究目標、原理、方法以及應用。
1.熱工系列課程間內容關聯性分析
(1)“工程流體力學”與“工程熱力學”在教學內容的關聯性之處主要體現以下兩個方面:“工程流體力學”中的一維無粘性重力流體流動能量方程(伯努利方程)與“工程熱力學”中的熱力學第一定律穩態穩流能量方程式具有相同的理論基礎,后者是普遍適用的能量方程式,而后者是前者在一維無粘性重力流體條件下的特例和不同的表達方式;“工程流體力學”中的可壓縮流體流動基礎與“工程熱力學”中的氣體和蒸汽的流動研究對象及理論基礎完全相同,只不過研究的側重點不同,前者強調流動特性,后者注重能量傳遞與轉換過程。
(2)“工程流體力學”與“傳熱學”課程在教學內容方面具有緊密的關聯性和延續性,主要體現在“工程流體力學”中粘性流動方面與“傳熱學”中對流換熱方面的相關內容,具體為:
1)研究對象均為傳遞現象,“工程流體力學”研究的是動量的傳遞,而“傳熱學”研究的則是熱量的傳遞,其規律及分析方法具有類比性。首先,傳遞驅動力分別為速度差和溫度差;其次,傳遞方式均為分子擴散和對流擴散,其中對于分子擴散基本規律兩者具有類似的形式,即牛頓摩擦定律及傅里葉定律,也均有描述傳遞能力的物性參數,即運動粘度(m2/s)和熱擴散系數(m2/s),而且流動邊界層與熱(溫度)邊界層具有相似的定義和相同的邊界層結構;最后,描述傳遞現象的控制方程,即動量微分方程式(N-S方程)和能量微分方程,也具有相似的形式。這也是“傳熱學”中動熱類比分析方法(類比律,即將阻力實驗結果直接用于表面傳熱系數的計算)的理論基礎。
2)如果粘性流體流經壁面且具有與壁面不同的溫度時,就會同時發生動量傳遞和熱量傳遞現象。此時“工程流體力學”與“傳熱學”研究的是同一現象的不同方面的特性,即阻力特性和傳熱特性。一般阻力特性是傳熱特性研究的基礎,某些特殊情況(流動及對流換熱具有耦合特征)下兩者相互影響,如流體外掠平板的層流與紊流流動及對流換熱、圓管內層流與紊流流動及對流換熱、外掠圓柱的層流與紊流流動及對流換熱、各類自由流動及對流換熱等等。顯然在此類教學內容中,“工程流體力學”是“傳熱學”的基礎。
3)具有相同的分析、計算方法。正是由于動量方程和能量方程具有相似的形式,理論分析法(包括微分方程組求解及積分方程組求解)、模化實驗方法(相似原理)、數值計算方法均可應用于阻力特性和傳熱特性的研究,甚至同一數值計算商業軟件(如FLUENT、ANSYS、PHINICS等)可同時分析求解同一現象的阻力特性和傳熱特性。因此在研究方法上,“工程流體力學”與“傳熱學”是并行的或者說是相同的。
(3)“工程熱力學”與“傳熱學”課程在教學內容具有關聯性之處主要體現以下兩個方面:“工程熱力學”中有關熱量傳遞只是討論熱力過程中熱量傳遞的量,而“傳熱學”研究的是熱量傳遞的機理、方式、影響因素、計算方法。在“熱力學”中熱量的單位是q(J/kg),而“傳熱學”中熱量(熱流密度)單位是q(W/m2),可見后者強調的是熱量傳遞的速率及能力,而后者以前者的理論(即熱力學第一定律—能量守恒規律)為基礎;“工程熱力學”中有關濕空氣焓及含濕量變化規律與“傳熱學”中的熱質交換有著內在聯系。如電廠冷卻塔中,“工程熱力學”討論了其工作原理及狀態參數的變化,而“傳熱學”則討論了其熱濕交換的具體方式和傳遞速率。
2.熱工系列課程教學內容體系優化原則
依據培養方案,流體熱工系列課程時間安排順序是“工程流體力學”—“工程熱力學”—“傳熱學”(或“熱工學”)—“熱工測量技術”,“流體熱工基礎實驗”課程與上述課程并行安排。因此,熱工系列課程教學內容體系優化按照以下原則進行:
(1)安排在前的課程。教師除完成本課程教學內容外,須根據上述各課程之間知識點的關聯性,有意識地為后續課程涉及的內容打下牢固的理論基礎。“工程流體力學”課程的教師需要向“工程熱力學”、“傳熱學”課程任課教師了解相關的內容,如一元絕熱穩定流動的能量轉換規律、相似原理等等,在“工程流體力學”的教學中兼顧這些內容的教學需求。
(2)安排在后的課程。教師依據上述各課程之間知識點的關聯性分析,在相關內容的教學過程中,須了解前面課程任課教師的授課內容和方法,精選授課內容,避免不必要的重復,使該課程與前面課程有機銜接,且注意采取比較教學法,讓學生更容易掌握課堂知識。
(3)“熱工測量技術”和“流體熱工基礎實驗”課程。課程任課教師應了解和引用其他理論課程相關教學內容,使實驗教學與理論教學內容有機結合。如溫度測量,教師除加強溫度測量原理、儀表、標定及使用方法教學外,對于高速氣流溫度測量,需引用“工程熱力學”中氣流一維絕熱流動能量方程以及滯止溫度和氣流溫度的關系等相關理論知識,說明氣流速度對溫度測量誤差的影響;而對于高溫氣流溫度測量,需引用“傳熱學”的輻射換熱相關理論,說明輻射對測溫誤差的影響以及消除誤差的措施;而對于鎧裝熱電偶或在加溫度計套管情況下,還需引用“傳熱學”的通過肋壁導熱的相關理論,說明套管的存在對溫度測量誤差的影響以及消除誤差的措施。
三、結束語
經過一定時間的教學體驗和學生的反饋表明,該教學模式使教學效果得到很大提高。筆者認為在以后的教學當中,要把這種模式繼續深化并推廣到其他課程的教學當中,熱工系列課程的教學改革也必然會取得成功。
參考文獻:
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19.Numerical analysis of rotating stall characteristics in vaneless diffuser with large width-radius ratioChuang GAO,Chuangang GU,Tong WANG,Zhengyuan DAI
20.NOx control in large-scale power plant boilers through superfine pulverized coal technologyJie YIN,Jianxing REN,Dunsong WEI
21.Flow characteristics of single-phase flow in narrow annular channelsHeyi ZENG,Suizheng QIU,Guanghui SU,Dounan JIA
22.Oxidation performance of graphite material in reactorsXiaowei LUO,Xinli YU,Suyuan YU
23.Steady-state thermal-hydraulic analysis of SCWR assemblyXiaojing LIU,Xu CHENG
24.New experimental technique to determine coal self-ignition durationXinhai ZHANG,Guang XI
25.Refrigeration cycle for cryogenic separation of hydrogen from coke oven gasKun CHANG,Qing LI,Qiang LI
26.Boiling heat transfer correlations for refrigerant mixtures flowing inside micro-fin tubesXiaoyan ZHANG,Xingqun ZHANG,Yunguang CHEN,Xiuling YUAN
27.New refrigeration system using CO2 vapor-solid as refrigerantDongping HUANG,Guoliang DING,Hans QUACK
28.Gas dynamic characteristic of displacer in Stirling cryocoolersXinguang LIU,Dongyu LIU,Yong WANG,Yinong WU
29.Applications of traditional pump design theory to artificial heart and CFD simulationYingpeng WANG,Xinwei SONG,Chuntong YING
30.Characteristics of force acting on adjustable axial flow pump bladePeiru WEI,Hongxun CHEN,Wei LU
31.Chaotic behavior of LNG after stratification in main stream region of storage tankJingjing WANG,Xiaoqian MA
32.Application of rapid thermal processing on SiNx thin film to solar cellsYoujie LI,Peiqing LUO,Zhibin ZHOU,Rongqiang CUI,Jianhua HUANG,Jingxiao WANG
33.Large eddy simulation of turbulent buffet forces in flow induced vibrationZhide XI,Bingde CHEN,Pengzhou LI
34.Supersonic flows over cavitiesTianwen FANG,Meng DING,Jin ZHOU
廣西大學機械工程學院的能源與動力工程專業是廣西自治區優質、特色本科專業,也是創新創業教育改革小范專業。能源與動力工程專業具有很強的工程實踐背景,多年來為國家和社會培養了數白名服務于國家基礎產業的應用烈人才,形成了“強化學生工程實踐能力,理論聯系實際的創新應用烈人才”的人才培養特色。廣西大學能源與動力工程專業的本科生通過理論教學與實踐環節相結合,基本具備了系統的構思與工程化的能力、系統設計能力、系統實施能力和系統運行和維護的能力。在培養模式方面,依托國家的網絡強國戰略“互聯網+”行動計劃和大數據戰略,突破了傳統的“單一化”和“同質化”模式,構建起“多樣化”和“個性化”的創新創業人才培養模式。
一、國內外創新創業教育的模式與經驗
(一)創新創業教育模式
1998年于巴黎召開的世界高等教育會議,聯合國教科文組織發表了《21世紀的高等教育:展望與行動世界宣言》。宣言中指出:為了提高畢業生的就業環境與機會,高等教育應提高和培養畢業生的創業技能與主動精神,畢業生將不再僅僅是求職者,而首先將成為工作崗位的創造者甚至是提供者。美國國內的四白多個學院和大學為大學生提供了多種創業課程,而哈佛、斯坦福等頂級大學更是為大學生提供創業方面的專業課程和學位。例如,白森商學院首先在本科教育中開設創業方向,東北大學則開設了美國國內的第一個創業學本科專業,而南加州大學則設立了有關創業的工商管理碩士學位。進入21世紀后,英國政府啟動了大學生創業項目,而口本則在高校里面倡導創業教育,并在國會中通過了《大學技術轉移促進法》以促進大學生的創新創業熱情。
白森商學院提出了“強化意識”的創新創業思想,重點開拓大學生在創業過程中創新思維方式和投資冒險精神,除此之外還極力提高學生把握市場方向和市場變化的洞察力。白森商學院通過設置前瞻性的課程設計、構建完善的課程內容體系、采用探究性的課程教學方法以及配備強大的師資力量,使其成為全球最著名的創新創業教育學府和和創新創業教育改革的排頭兵,在創新創業教育領域處于領先地位。斯坦福大學的“產學研一體化”創新創業教育模式則注重于實踐應用和基礎科研之間的相互轉換,追求一流的教學與科研成果,開創開放互動式的創新創業教育、建立大學與企業之間的科技工業園區互動互利式關系,結合創業者的個人能力、特長以及所處的社會環境從創業者的角度來規劃整個創業系統流程。
1991年聯合國教科文組織啟動了“創業教育”項目,在中國國內開啟基礎教育階段試點創業教育。21世紀初教育部將清華大學、上海交通大學和武漢大學等9所院校確定為創新創業教育的試點院校,通過“創業計劃大賽”等項目驅動大學生創新創業教育,從此拉開了我國創新創業教育的帷幕。十后國內的創新創業教育如火如茶展開,提倡把創新創業知識、技能培養與實踐相結合,將第一課堂和第二課堂結合起來開展創新創業教育,強調創新創業教育的意識培養和系統知識構建,以提高和完善學生的綜合能力,并為大學生提供創業所需資金和必要的技術咨詢。
(二)創新創業教育的經驗
進入21世紀后,世界上很多國家越來越重視創新創業教育,一些發達國家已經建立起一套相對成熟的創新創業教育和創新創業支持體系,并取得了良好的教育成果和實踐效果。國內外學者在研究創新創業教育實踐基礎上,總結了創新創業教育包含的三層深度:第一層是通過學習了解創新創業:第二層是通過學習成為具有創業品質、精神和能力的創新創業者:第三層是通過學習和實踐成為開發新產品的創新者或經營企業的創業家。
通過多年的創新創業研究及實踐,在大學生創新創業教育改革方面受到的啟迪包括:培養高校校園的創新創業文化理念,為大學生營造創新創業環境氛圍:構建高校創新創業教育多級組織架構,建立具有專業特色的創新實踐基地:樹立高校自身的辦學理念和教育思想,將專業教育同創新創業教育相結合,完善創新創業教學環節:結合市場需求走產學研結合之路,在專業技能訓練基礎上培養學生的創新創業能力:重視大學生創新創業訓練計劃導師隊伍建設,積極聘請企業導師指導學生創業訓練和實踐隊
二、能源與動力上程專業創新創業教育改革的研究
根據廣西大學“布局合理、特色鮮明的一流綜合性研究烈大學”辦學新定位,以及加強“協同發展科學烈和工程烈人才培養模式,強化科研、教育和工程實踐基地融合建設,具有區域小范作用”的辦學理念,廣西大學能源與動力工程專業自獲得廣西高等教育創優計劃教學相關項目以來,遵循“面向工程、面向創新、全程互動、協同發展”為特征的創新創業烈人才培養體系,在人才培養方案、創新創業教育課程體系建設、大學生創新創業實踐基地建設、創新創業類學科競賽等方面開展工作。
(一)專業特色人才培養方案的制定
在人才培養方案設計上,圍繞強化基礎、結合應用、尊重個J吐、注重實踐與創新的原則,提倡“主動實踐、理實交融、創新開拓、學研結合”理念,并先后兩次邀請廣西自治區高校、企業行業的專家來市閱能源與動力工程專業的建設發展規劃、人才培養方案,經過現場咨詢及探討交流,形成了富有建設性的論證意見。
(二)開設創新創業類課程
能源與動力工程專業開設創新創業類課程的目的在于:更新和變革傳統課程設置模式和內容,建立起更加適合創新創業烈人才的課程體系。廣西大學機械工程學院與商學院在深入探討基礎上,為能源與動力工程專業的大學生開設了三類選修課程:通識類課程(入門)、學科交義類課程(應用)、提升與研究類課程(研知,通過開設以上課程來提升大學生的創業動機、意識、觀念和激情。
(三)創新創業實踐基地的建設
創新創業實踐基地作為一種新興的科技創新主體,已經成為創新創業人才培養的重要支撐平臺,也是將“產學研”利益最大化的載體。2015年,廣西大學能源與動力工程專業與多個廣西高新技術企業簽署了產學研合作協議,在“技術創新和互聯網+銷售平臺”框架內同,雙方發抨各自在生產和科研中的優勢,聯合研發新技術和新產品,共同培養學生的創新能力。
(四)積極參加創新創業性學科競賽
鼓勵大學生參加學科競賽活動,擴大大學生參加國家級和全國性機械和能源學科競賽的力度,重點支持互聯網+、創新創業競賽等強調綜合能力的競賽。廣西大學能源與動力工程專業組織學生參加了第二屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽、全國大學生工業設計大賽、全國大學生機械產品數字化設計大賽、全國大學生機械創新設計大賽等大烈創新創業類學科競賽,并積極參與申報國家級和自治區級“大創計劃”創新創業項目。
[關鍵詞]熱能與動力工程 鍋爐 應用問題
中圖分類號:TK227 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)15-0386-01
引言
隨著當下我國能源問題的日益加劇,經濟的持續發展了也受到一定的影響,這就要求了我們在能源不充足的條件下,大力提高能源的利用率。鍋爐在我國的工業生產中使用很廣泛,也是我們主要研究的對象,研究在鍋爐中進行的能量轉換。由于某些企業貪圖私利,對資源無節制的開發,政府管理不力等造成能源大量浪費。我們知道,煤炭完全或不完全燃燒會產生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等有毒的氣體(二氧化碳無毒),對動植物和環境都有較壞的影響。因此,我們的主要任務是,在將煤炭資源較為高效的轉化和利用的同時,盡量減少有害氣體的產生。
一、熱能與動力工程簡介
“熱能與動力工程”是多門科學技術的綜合,其中包括現代能源科學技術,信息科學技術和管理技術等,主要涉及熱能動力設備及系統的設計、運行、自動控制、信息處理、計算機應用、環境保護、制冷空調、能源高效清潔利用和新能源開發等工作。我們顧名思義,也能了解熱能與動力工程專業是研究熱能和動力之間的相互轉化,具體了包括熱力發動機、熱能工程、流體機械及流體工程、熱能工程與動力機械、制冷與低溫技術、能源工程、工程熱物理、水利電動力工程和冷凍冷藏工程等九個方面。熱能動力工程的研究層面橫跨多種科學領域,并且,具有多方面的發展方向。熱能與動力工程是現代動力工程的基礎,其主要解決的問題是能源方面的,并且是可以用來解決熱能源問題的有效工具,應該起到一定的緩解資源壓力、保護環境的作用,我們應該給予熱能與動力工程專業以高度的重視。
二、熱能動力工程的發展前景
我國的動能與動力工程專業設置的比較早,近些年來,在實踐中又經過不斷地創新和發展,動能與動力工程專業的技術也漸趨成熟,主要發展趨勢如下:
一方面,控制工程方面會有發展,并且前景較廣,為了在該方面獲取較大的發展,需要我國的相關人員了解并熟悉控制工程方面的各種知識等,并且對實際進行大膽的創新,將熱能與動力工程與控制工程領域更完全的融合。
另一方面,在熱力發動機及汽車工程方向有一定的發展前景,這就需要相關人員了解并掌握“內燃機”的原理、設計結構、并對內燃機進行一系列的數據測試,內燃機所用燃料以及燃燒產物,汽車工程概論、環境工程以及能源工程概論,內燃機電子控制、熱力發動機排放與環境工程以及制冷低溫工程和流體機械方向等各方面的知識概念。在豐富的知識積累中,工作人員會對目前汽車工程中存在的熱力發電機問題做出改善,大大提高能源利用效率。
三、鍋爐的結構組成
熱能與動力工程鍋爐的兩個重要組成部分包括一個金屬殼和燒氣鍋爐電器的操縱部分。鍋爐的外殼包括底殼和面殼。鍋爐的底殼的作用是使鍋爐固定,以免發生未知的意外。同時,在其底殼上還放置著通過底殼連接著的其他的一些零件,能夠使功能發揮的更加完善。鍋爐的外殼作用與底殼不同,它主要是在鍋爐正常工作時,它能夠起到防風防塵的作用。筆者認為鍋爐最重要的還是燃氣鍋爐電器控制部分,它起著至關重要的作用。其主要是通過對燃料的充分燃燒使鍋爐能正常工作。之后,隨著計算機不斷走進我們的生活,它的精確度和科學性也受到了許多企業的青睞,因此,許多企業都會采用計算機來控制燃料的燃燒。
四、熱能動力工程中鍋爐的發展及存在的問題
鍋爐在世界上出現的歷史很悠久,鍋爐的創造和使用對人類文明的進步和發展有著很大的作用。鍋爐是由鍋和爐組成的,上面的盛水部件為鍋,下面的加熱部分為爐,鍋和爐的一體化設計稱為鍋爐。鍋爐是一種能量轉換設備,向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學能、電能、高溫煙氣的熱能等形式,經過鍋爐轉換成蒸汽能。在一般工廠的工業生產過程中,使用的是工業爐來進行燃料的燃燒和能量的轉換。根據文獻材料可知,最早的工業爐出現在我國的商代時期,它的主要作用是提煉熔鑄青銅器,并且,我國在春秋時期就能夠鑄造鐵器,這個進步說明了我國控制工業爐的工藝有了很大的進步。在當代,工業爐更是有著廣泛的應用和較大的發展。
工業爐在工業生產中仍然存在著較大的問題,主要包含四個,一是污染物排放量大、面廣。二是單體容量小,平均容量在8噸/小時左右,10噸/小時以下燃煤小鍋爐的數量為42萬臺,占總數的2/3.三是排放貼近地面,對環境質量影響很大。四是鍋爐技術、主輔機不匹配,運行狀況差。此外,大多數小鍋爐缺乏除塵、脫硫和脫硝裝置,導致現在鍋爐的二氧化硫和粉塵排放普遍不達標。煤粉燃燒是先進的燃煤技術,具有燃燒速度快、燃盡率高、煙氣熱損失低等優點,實踐證明,煤粉燃盡率達98%以上,鍋爐運行熱效率達88%以上,與傳統燃煤鍋爐相比,可節能35%。同時,我國還有幾個比較綜合型的大問題,工業鍋爐技術基礎工作比較薄弱,管理水平、工藝水平落后,制造廠家多且生產能力低,難以形成規模化生產等,所以,我國如果想解決工業爐的問題,還需要進行多方面的整治。
結束語
總而言之,熱能動力工程一定要根據實際出發。在鍋爐方面的掌握,我們一定要提高它的燃燒效率,降低它的能源損耗率。掌握了鍋爐的基本組成,從而促進對能源損耗的掌握。要熟練掌握熱能動力技術,才能使燃料在鍋爐的使用上,提高燃料利用率。要深刻意識到能源損耗與經濟發展息息相關。面對鍋爐的能源損耗問題上,我們要直面面對,努力學習相關的理論知識,掌握熱能動力工程技術,成為這方面的人才,降低能源的損耗。
參考文獻
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論文關鍵詞:特色專業;熱能與動力工程;能源動力;質量工程
為適應國家經濟、科技、社會發展對高素質人才的需求,引導不同類型高校根據自己辦學定位和發展目標,發揮自身優勢,辦出專業特色,“十一五”期間教育部、財政部將擇優重點建設一批高等學校特色專業,通過優化專業結構,提高人才培養質量,辦出專業水平和特色,為同類型高校相關專業建設和改革起到示范和帶動作用。
華北電力大學熱能與動力工程專業創辦于1958年,原名為電廠熱能專業,歷經五十多年的建設和發展,現已成為本校師資力量最強、就業形勢較好、招生人數較多和學生成才率較高的專業之一,本專業累計畢業生人數已達10616人,在校生人數2647人。尤其最近幾年,在兩大電網公司和五大發電集團共同組成的校理事會的支持和幫助下,學科實力得到了質的飛躍,畢業生就業形勢一直保持在全國各專業的前列。華北電力大學能源與動力工程學院已經成為我國發電領域最重要的人才培養基地,得到了發電行業的充分肯定,在我國發電領域具有重要的影響。
華北電力大學熱能與動力工程專業緊密結合國家經濟和社會發展需求,以培養“厚基礎、重實踐、強能力”的熱動專業技術人才和管理人才為目標,改革人才培養方案,加強課程體系和教材建設,優化師資隊伍,強化實踐教學,具有鮮明的“熱能與動力工程”專業特色和“電力行業”特色,取得了一系列顯著效果。
一、建設思路與改革措施
1.建立并形成熱動專業人才培養調研機制
通過校理事會定期開展能源動力、發電(火電、氣電、風電和核電等)、環保等相關行業的人才需求形勢調研和畢業生就業狀況研討與分析,根據國家的人才需求,制定適應不同專業方向的模塊化、層次化人才培養方案。
2.以本科教學水平評估所形成的規范性課堂教學、實踐教學和教學管理模式為建設起點,加強精品教材的培育和建設
課程教學體現相關領域的最新發展,普遍采用國內外高水平的新版教材,繼續組織編寫高質量的適用教材,形成深入開展教學研究的有效機制。
3.加強師資隊伍建設,改革教師培養和使用機制
有計劃地選派青年教師到企業進行鍛煉,到國內外高水平大學或研究機構做訪問學者或短期合作研究;鼓勵和支持教師參加企業的短期高級技術培訓、生產一線觀摩、調研和相關會議;聘請一定數量的具有企業生產和管理經驗的人員兼職授課,形成學校和企業、學校和國內外大學及研究機構的定期人員交流機制。
4.改革實踐教學,推進人才培養與生產實踐相結合
為了適應我國能源與電力發展對全新實踐型、創新型人才的需求,熱能與動力工程實驗教學中心整合相關實驗室資源,依托電站設備狀態監測與控制教育部重點實驗室為本科生設立的“能動之光”科技創新項目,建成了包含電廠實踐教學模塊、動力工程基礎實驗模塊、熱能動力工程實驗模塊、創新實驗模塊的集知識學習、技能拓展、工程訓練、創新能力培養為一體的實驗教學示范中心。涵蓋專業基礎實驗、專業實驗、綜合實驗、創新實驗,能夠滿足不同專業、不同層次學生的需要,實現理論與實踐、校內與校外的無縫鏈接,體現“厚基礎、重實踐、強能力”的人才培養特色。
二、建設成果
熱能與動力工程專業是一門跨學科、綜合性強、重實踐的學科,著重培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高,德、智、體全面發展的,集現代信息技術與熱能動力工程知識為一體的高級專門技術人才和管理人才,要求學生通過四年的學習不僅要掌握全面的理論知識,而且必須具備較強的實際操作能力,以適應現代能源、電力行業相關領域對高級人才的需求。華北電力大學熱能與動力工程專業以國家能源電力需求為建設導向,從方向凝練、人才培養、教學體系構建、師資建設、教材建設、實驗室建設等方面進行全方位探索和實踐,取得了豐碩的成果。
1.專業建設別具特色,人才培養模式靈活多樣
為適應國家能源電力行業發展的需要,熱能與動力工程專業依托一級學科“動力工程及工程熱物理”博士點,在熱能與動力工程和電廠集控運行方向的基礎上,拓展專業方向,開設燃氣輪機聯合循環、核工程與核技術、制冷與空調工程、新能源等專業方向,覆蓋主要發電形式,具有鮮明的電力特色。通過與國家大型企業合作,采用“訂單+聯合”的培養模式,使專業教育符合社會的發展需求,滿足了國家對社會緊缺的復合型拔尖創新人才和應用人才的需要,進一步提高高等教育教學質量,推進人才培養模式改革。
2.加強基礎、突出能力、注重創新,構建高質量人才培養體系
按照“夯實基礎、突出能力、注重創新、全面發展”的指導思想制定熱能與動力工程專業人才培養方案,既加強培養學生厚重的基礎,又注重培養學生的創新精神和實踐能力。近年來熱能與動力工程及相關專業方向畢業生的一次簽約率超過98%,畢業生因“作風扎實、動手能力強、有較強的創新精神”深得能源電力行業及其他用人單位的廣泛贊譽。
3.優化師資隊伍結構、積極打造優秀教學團隊
高水平教師隊伍是專業建設的有力保障。近年來,熱能與動力工程專業按“博士化、工程化、國際化”要求進行師資隊伍建設,引進急需人才、培養未來人才、用好現有人才,新引進的教師均為名牌高校的博士或博士后,有數名教師在華北電力科學研究院進行為期半年的工程化訓練,有計劃、分年度派教師赴美國、法國、英國、丹麥、日本等能源和電力較發達國家的高校或研究機構做訪問學者。目前熱能與動力工程專業教學團隊教師隊伍職稱結構、年齡結構、學位結構合理,2007年被評為北京市優秀教學團隊。
4.以精品課程建設為核心打造課程體系,帶動教材建設
根據熱能與動力工程專業課程建設計劃,以創建精品課程為課程體系建設重點,核心課程全部建成精品課程,同時帶動熱能與動力工程專業的教材建設,有力推動了熱能與動力工程專業的建設水平。到目前為止,已建成1門國家級精品課程、7門省市級精品課程、3門學校精品課程;國家“十一五”規劃教材3門及其他教材12門。
5.建設特色實驗中心,構建分層次、模塊化的實驗教學體系
熱能與動力工程實驗教學中心構建了“專業基礎-專業-綜合-創新”分層次、模塊化的實驗教學體系,進一步豐富了華北電力大學“四模塊”(基礎實驗模塊、校內實踐模塊、仿真實驗模塊、校外實踐模塊)實踐教學體系的內涵。2007年8月熱能與動力實驗教學中心順利通過北京市教委組織的專家組評審,榮獲北京市高等學校實驗教學示范中心稱號。
三、鮮明特色
華北電力大學熱能與動力工程特色專業時刻以國家能源電力需求為建設導向,以其包容并蓄、均衡有道的精神,不斷派生出一批新專業和學科方向,并將繼續不斷強化內涵、擴展外延,滿足國家對能源電力不斷發展的新需求,具有鮮明的專業特色。
1.突出專業特色和行業特色
華北電力大學熱能與動力工程專業以為國家能源與電力工業培養熱動專業技術人才和管理人才為主要目標,專業建設緊密結合國家經濟和社會發展需求,具有鮮明的“熱能與動力工程”專業特色和“電力行業”特色。
2.支撐學校的大電力學科體系
近年來,熱能與動力工程專業針對國家能源結構調整和節能減排工作所形成的新的人才需求,調整和優化了專業方向的設置,從熱能與動力工程專業孵化出來的風能與動力工程、核科學與核技術等專業成為華北電力大學大電力學科體系的重要組成部分,進一步提升學校服務于我國能源電力發展的能力和水平。
3.理論與實踐教學體系完備,特色鮮明
從復合型人才培養角度出發,建立了以能力培養為主線,分層次、多模塊相互銜接的理論與實驗教學體系,課程設置實現了系列化、層次化、模塊化、厚基礎、寬口徑,增加學生學習的選擇性、自主性,體現“重實踐、強能力”的人才培養特色。
4.探索創新人才培養的新模式
積極進行人才培養模式、課程體系、教學內容和教學方法的改革,通過設立“創新人才培養實驗班”,采用校企聯合“訂單式”人才培養模式,為全校本科創新人才培養起到推動和示范作用。
熱能與動力工程專業創新人才培養實驗班從2007年開始試辦,選派優秀博士生導師做班主任,因材施教,2007級實驗班學生在大一第二學期末一次性全部順利通過國家四級英語考試。實踐證明創新人才培養實驗班是成功的。
關鍵詞:熱能;動力;鍋爐
中圖分類號: R151 文獻標識碼: A
一、熱能動力工程
熱能動力工程顧名思義主要研究熱能與動力方面,其包括熱力發動機,熱能工程,流體機械及流體工程,熱能工程與動力機械,制冷與低溫技術,能源工程,工程熱物理,水利電動力工程,冷凍冷藏工程等九個方面,其中鍋爐的運行方面主要運用熱力發動機,熱能工程,動力機械,能源工程以及工程熱物理等部分專業技術。熱能動力工程主要研究方面為熱能與動力之間的轉換問題,其研究方面橫跨機械工程、工程熱物理等多種科學領域。其發展方向多為電廠熱能工程以及自動化方向、工程物理過程以及其自動控制方向、流體機械及其自動控制方向、空調制冷方向、鍋爐熱能轉換方向等,熱能動力工程是現代動力工程的基礎。熱能動力工程主要需要解決的問題是能源方面的問題,作為熱能源的主要利用工程,熱能動力工程對于我國的國民經濟的發展中具有很高的地位。
二、我國的熱能動力工程發展情況
隨著改革開放,我國國民經濟體制發生很大的變化。社會對人的培養提出了新的要求。為了適應這種要求, 1993年7月國家教委頒布的普通高等學校本科專業目錄,將幾十個小專業壓縮為9個專業,即熱能工程、熱能工程與動力機械、熱力發動機、制冷及低溫工程、流體機械與流體工程、水利水電動力工程、工程熱物理、能源工程和冷凍與冷藏。1998年教育部頒布的新專業目錄進一步將以上9個專業合并為1個,即熱能與動力工程專業。從原來的幾十個專業合并為1個專業,全國現在有120多所高校設有熱能與動力工程專業。熱動主要研究熱能與動力方面,是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。熱動主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。本專業涵蓋的產業領域十分廣泛。能源動力產業既是國民經濟的基礎產業,又在各行各業中有特殊的應用,也是國家科技發展基礎方向之一。能源動力領域人才教育的成敗關系到國家的根本利益。隨著我國市場經濟的建立,社會需求和經濟分配狀態的變化、科技發展的趨勢、對本專業的生源、就業等形成了挑戰,更是熱能動力專業教育的關鍵。同時,熱動還是現代動力工程師的基本訓練,可見熱動是現代動力工程的基礎。
三、熱能動力工程在鍋爐風機方面需要解決的問題
風機主要作用為氣體的壓縮和氣體的輸送,其原理是吧旋轉的機械能轉換為氣體壓力能和動能,將氣體輸送到特定的地點的機械,風機經常用于鍋爐中,隨著對于能源的需求越來越大,鍋爐中的風機在工作中經常會燒壞電機的事故,對于工廠的經濟產生巨大損失,嚴重危害工作人員的人身安全,因此,正確運用熱能動力工程技術不斷改進風機,對于風機和鍋爐的安全性提出更高的要求勢在必行。
四、熱能動力工程中鍋爐及工業爐的發展
1872 年第一臺鍋爐在英國被制造,隨著鍋爐的產生,蒸汽機時代出現,1796 年瓦特發明了分離冷凝器,代表著鍋爐的完整運作體系的初步確立,工業爐和鍋爐原理類似,從某些方面來講,鍋爐也是工業爐的一種,工業爐是指在工廠的工業生產過程中通過燃料的燃燒進行熱量的轉換,對材料進行加熱的設備,工業爐產生于中國商代,主要的工作方式是通過加熱提煉銅器,春秋時期產生了鑄鐵技術,這證明著工業爐的溫度控制正在進步。1794 年熔煉鑄鐵的高爐出現,1864 年馬丁建造了氣體燃料加熱的平爐,隨著現代化科技的進步,計算機逐漸代替了人工進行對鍋爐系統的控制,推鋼式爐和步進式爐成為吸納帶連續加熱爐的兩種基本類型,兩者只有運輸燃料的方式有所不同而已。
五、熱能動力工程爐內燃燒控制技術運用
鍋爐的燃燒控制是調整能量轉換幅度的核心技術,在當今社會,鍋爐由人力向鍋爐內填充燃料逐漸轉型為步進式的自動控制填充燃料所代替,更加先進的鍋爐甚至使用全自動燃燒控制,根據其運用熱能動力自動控制技術的不同,鍋爐的燃燒控制分為以下幾種:
1、以燒嘴、燃燒控制器、電動蝶閥、熱電偶、比例閥、流量計、氣體分析裝置以及PLC 等部件組成的空燃比里連續控制系統。這種燃燒控制系統是由熱電偶檢測出數據傳送至PLC 與其本身設定的數值進行比較,偏差值通過使用比例積分及微分運算輸出電信號同時分別對比例閥門以及電動蝶閥的開放程度進行調節,從而達到控制空氣與燃料比例調節鍋爐內溫度的目的,此種方式溫度控制并不十分精確,需要仔細確認額定數值。
2、由燒嘴、燃燒控制器、流量閥、流量計、熱電偶幾個部分組成的雙交叉先付控制系統,其工作原理主要是通過溫度傳感器熱電偶吧需要進行精確測量的溫度變成電信號,這個電信號即是用來代表測量點的實際溫度,此測量點溫度期望給定值是由預先存貯在上位機中的工藝曲線自動給定的,并根據兩者數據之間的偏差值的大小,由PLC 自動調整燃料與空氣流量閥門的開合程度,通過電動的方式運行機構的定位以及空氣和燃料的控制比例,并接住孔板和差壓變送器測量空氣的流量,燃料的控制也通過一個專用的質量控制裝置來測量,是溫度精確的控制在必要的數值上。這種燃燒控制優點在于方式節省部件,并且溫度控制精確。
六、仿真鍋爐風機翼型葉片
鍋爐的內部的葉輪機械內部流暢需要帶有十分強烈的非定常特征,并且其內部構造十分復雜,不容易進行十分細致的測量實驗,并且到目前為止,仍然沒有可以解釋流動分離、失速和喘振等流動現象的完善的流體力學原理,因此要了解機械內部流動的本質需要更加可靠詳細的流動實驗和數值模擬實驗,通過使用軟件二維數值模擬鍋爐風機翼型葉片,對空氣以不同方向吹入翼型葉片造成流動分離進行模擬,并根據模擬的數值創建而未模型,進行網格的劃分,設定邊界條件和區域,最后輸出網格,在使用求解器求解,這樣才可以對不同的氣流攻角的流動進行二維數值模擬,,達到模擬的目的,同時可以根據模擬不同攻角下所得到的速度矢量制成矢量圖進行比較和分析,最后得出鍋爐風機翼型邊界層分離和攻角的關系。
七、熱能動力工程的發展方向
1、熱能動力及控制工程方向(含能源環境工程方向)主要掌握熱能與動力測試技術、鍋爐原理、汽輪機原理、燃燒污染與環境、動力機械設計、熱力發電廠、熱工自動控制、傳熱傳質數值計算、流體機械等知識。
2、熱力發動機及汽車工程方向掌握內燃機(或透平機)原理、結構,設計,測試,燃料和燃燒,熱力發動機排放與環境工程,能源工程概論,內燃機電子控制,熱力發動機傳熱和熱負荷,汽車工程概論等方面的知識。
3、制冷低溫工程與流體機械方向掌握制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等方面的知識。使學生掌握該方向所涉及的制冷空調系統、低溫系統,制冷空調與低溫各種設備和裝置,各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。
4、水利水電動力工程方向掌握水輪機、水輪機安裝檢修與運行、水力機組輔助設備、水輪機調節、現代控制理論、發電廠自動化、電機學、發電廠電氣設備、繼電保護原理等方面的知識,以及水電廠計算機監控和水電廠現代測試技術方面的知識。
結束語
熱能動力工程的迅速發展使得熱力發動機專業方向,其中包括熱力發動機主要研究高速旋轉動力裝置,包括蒸汽輪機、燃氣輪機、渦噴與渦扇發動機、壓縮機及風機等的設計、制造、運行、故障監測與診斷以及自動控制等行業的發展都到了提速。熱動能的發展為航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、鐵路及輕工等部門培養高級工程技術人才,若能將這些理論知識轉換成實際的運用,我國的能源壓力將大大降低。
參考文獻
關鍵詞 電廠熱能 動力工程 問題研究
一、研究電廠熱能及動力工程中存在問題的意義
電能是當前社會不可或缺的能源,與人們的生活息息相關,具有重要的價值。目前,在我國的電廠運行中,還是以火力發電為主,整個過程中涉及熱能轉化為動能,需要使用大量熱能與動力設備。這些設備在使用時可能是處于長期高溫等復雜的工業環境,并且設備使用的位置也非常關鍵,缺失或有一處出現問題,都會造成不可挽回的后果。在能量轉化過程中,受到諸多因素的影響不可避免地會出現一定的能量損失。如果不能有效解決電廠熱能及動力工程中暴露出的問題,熱能損失就無法減少,電廠生產效率也無法提高,節約社會能源的目標也就無法實現。
二、電廠中熱能和動力工程的主要問題及改善策略
(一)重熱損失及其改善策略
重熱現象在電廠運營中屬于常見現象,其本身有一定的損害,對電廠能源的利用率造成較大影響。例如,會導致電廠無法儲存電能,影響電廠發電的穩定性等。此外,重熱現象還在一定程度上影響電廠氣壓的穩定性,從而導致電廠產出的電能品質無法保障。
對重熱現象的有效應用,應當是建立在了解其產生原因的基礎上的。因此,解決重熱損失首先就要充分了解可能導致重熱現象的原因。其中重熱系數是影響熱量回收的關鍵數值,其數值越高可以反映出在熱能轉化為動能的過程中對于熱量的回收效果越好,必須采取一定的技術手段提高重熱系數。為此,可以通過實現汽輪機中的熱量回收,從而降低能量浪費,提高能源利用效率。
(二)調壓調節損失及其改善策略
調解調壓是在電廠中處理機械動能產生損耗問題的方法,如果不能合理地利用,就會導致發電設備運行狀態不穩,機組運行的可靠性降低,同時也降低了機組對負荷的適應性。對調壓調節損失的忽視,會使機組運行中的經濟性降低,不利于熱電廠中熱能與動力工程的運用。
解決調壓調節問題,要想減少汽機組的能耗,可以通過合理布置噴管、葉片,避免其在工作中產生的蒸汽轉化,從而消耗能量,最終導致發電設備的運行效率降低。在正常運行時,通過調解負荷的方式可以提升機組運行的安全性和穩定性。
(三)濕氣損失及其改善措施
在電廠生產中,濕汽損失屬于一個不可避免的問題。這種問題一旦產生,不加以重視和解決,就會直接影響到相關機械設備的正常運行。所以,解決濕汽損失問題也是對當前電廠有效應用熱能與動力工程的重點研究。對于該問題的解決可以從以下方面著手:第一,加裝一些去濕裝置,處理蒸汽的水珠。第二,采用中間再熱循環。第三,增強機組的抗沖蝕能力,采用一些抗沖蝕的材料。第四,應用帶有吸水縫的噴灌。
(四)嚴密監控系統
熱電廠中對熱能與動力工程的應用研究是一個涉及因素較多的方面,因為在實踐中缺乏科學的理論指導,理論無法與實踐相結合,在具體應用中必然會遇到諸多問題。
第一,監控系統方面。可以采用在接口處設置開關控制,可以有效達到傳遞交換信號的目的。這種方法明顯的優勢體現在其操作簡單,并且也較為容易。雖然這種方法可以及時地控制問題,但因為接線比較多,如果出現緊急情況,控制起來可能就顯得比較笨拙,不利于突發問題的解決和整個系統的穩定運行。第二,對鍋爐的燃燒方面的監控。鍋爐中燃燒得不充分,會在一定程度上造成能源浪費。鍋爐燃燒是電廠獲取熱量和電力負荷的關鍵,燃燒的穩定性就會影響設備的運行,從而降低熱能的應用效率。采用一些儀器,實時監控與測量燃燒值的相關數據,監控燃燒充分的程度。另外,從鍋爐燃燒反映的相關因素出發,引進先進的設備提高鍋爐的燃燒效率。
三、結語
電廠熱能及動力工程在電廠運行中的運行研究尚未成熟,后期還可能會暴露出新的問題。我國電力企業的發展離不開創新和不斷地深入探討研究。在今后的工作中,還需要繼續加強對熱能與各項動力工程間關聯性的分析,提高相關人員的操作技能,進而全面提升熱能的有效利用率,推動電力行業的穩定發展,實現節能減排的社會目標。
(作者單位為北方聯合電力公司達拉特發電廠運行一部)
參考文獻
[1] 董晴.淺析電廠鍋爐方面對熱能與動力工程的應用創新[J].科技展望,2016 (09).
[關鍵詞]熱能動力;能源利用;特點
中圖分類號:TM621 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)17-0012-01
1、簡述熱能動力工程
1.1 熱能動力工程的基本定義
熱能動力工程培養的是掌握現代能源科學技術,信息科學技術和管理技術,從事熱能動力設備及系統的設計、運行、自動控制、信息處理、計算機應用、環境保護、制冷空調、能源高效清潔利用和新能源開發等工作的知識面廣、基礎扎實、創新能力強的復合型高級人才。畢業后基本就業于熱力發電廠及電力公司、電力設計研究院、大中型用能企業、政府規劃和環保部門、制冷和空調設備企業、高等院校等領域,從事設計、運行、自動控制、信息處理、環境保護、清潔能源利用和新能源開發等類型公司。
1.2 熱能動力工程中的不同專業方向
熱力發動機及汽車工程方向:掌握內燃機或透平機原理、結構、設計、測試、燃料和燃燒,熱力發動機排放與環境工程,能源工程概論,內燃機電子控制,熱力發動機傳熱和熱負荷,汽車工程概論等方面的知識。制冷低溫工程與流體機械方向:掌握制冷、低溫原理、人工環境自動化、暖通空調系統、低溫技術學、熱工過程自動化、流體機械原理、流體機械系統仿真與控制等方面的知識。使學生掌握該方向所涉及的制冷空調系統、低溫系統,制冷空調與低溫各種設備和裝置,各種軸流式、離心式壓縮機和各種容積式壓縮機的基本理論和知識。水利水電動力工程方向:掌握水輪機、水輪機安裝檢修與運行、水力機組輔助設備、水輪機調節、現代控制理論、發電廠自動化、電機學、發電廠電氣設備、繼電保護原理等方面的知識,以及水電廠計算機監控和水電廠現代測試技術方面的知識。
2、當前熱能動力工程的定義和現狀
改革開放以來,隨著科學技術的不斷發展,國家教育部在頒發的普通高等學校本科專業中把熱能動力工程從幾十個分支專業壓縮成為9個專業,再隨著后來的發展教育部頒布的新專業目錄中再將上述的9個專業統一為熱能與動力工程專業,這也使得熱力動力工程發生了質變。所謂“熱能動力”也可以稱之為熱能動力系統工程,它是指熱能安全、低污染、高效地轉換成動能,給電廠的生產和發展提供原動力。
熱力動力工程主要是對熱能與動力方面進行深入的研究,是跨熱能與動力工程、機械工程等學科領域的工程應用型專業。熱力動力主要學習機械工程、熱能動力工程和工程熱物理的基礎理論,學習各種能量轉換及有效利用的理論和技術。多能源互補與多功能綜合是當代世界能源動力系統發展的主要特征和趨勢。熱能動力多聯產系統是一個多種形式原燃料及電能等能源輸入、多種形式產品及熱能動力等能量輸出的復雜系統。隨著經濟的發展,能源、環境問題日益突出,由此而誕生的能源、環境、經濟等綜合的評價準則受到重視。
3、熱能的特點以及利用
3.1、熱能的特點。現階段當中,人類所使用的熱能,主要是通過一次能源的轉換而得來的,所以,分析熱能的特點,需要從以下三個方面來入手進行:(1)太陽能及其能量的轉換。太陽能,通過對植物的照射,進而使植物的內部存有的葉綠素,發生一系列的能源轉換以及光合作用,進而將太陽能轉換成為生物的質能,而太陽能的光,則是經過熱量的轉換以及點的轉換,進而成為我們所使用的能源物質;(2)燃料化學能及其轉換過程。燃料化學能的轉換,主要是通過燃燒的方式,將存在于其中的化學能,轉換成為熱能,進而再通過相關的技術手段,將其轉換成為人類生活和生產所需要的機械能,例如常見的汽輪機等,其工作的方式,就是首先將化學能源,轉換成為蒸汽的熱能,進而再通過相關的設備以及技術,將汽輪機之內的熱能轉換成為機械發動所需的機械能;(3)熱能的轉換,其中主要包括兩種能量的形式,即電能以及機械能,電能包括熱電發電機,而機械能,則主要有汽輪機以及內燃機。
3.2、熱能的利用。熱能在我國許多行業當中都有著廣泛的運用,并且,在國民經濟當中,也占據了核心的地位。總的來講,熱能的相關利用,在以下幾個行業當中最為廣泛:電力工業,熱能動力工程在其中有著非常重要的應用,在核發電、火力發電等裝置設備的使用之中,熱能動力工程及相關的技術,是其工作的基礎;鋼鐵工業,尤其在高爐煉鐵、煉鋼以及軋鋼等工藝當中,應用極為廣泛;相關的有色金屬工業,其中包括有鋁、銅等有色金屬,其冶煉,均使用的是熱能;化學工業,在化學工業的相關應用之中,合成氮、酸堿等的相關生產工藝程序,主要使用到的是熱能動力工程之中的技術手段,以其基本的原理來作為理論依據;石油工業,其中包括石油的采集、冶煉、運輸等等多個環節,都運用到了熱能動力工程當中的相關技術理論;機械工業以及相關的建筑工業,包括材料的生產、材料的制造、相關工藝鍛造、焊接技術以及鑄造等,都有熱能的利用;交通運輸領域當中,包括汽車、輪船、飛機等的使用;農業生產以及水產養殖等方面,也有著廣泛的運用,包括蔬菜的溫室培養、魚池的加溫加熱、電力方面的農業灌溉等方面,均有著廣泛的使用。同時,在人們的日常生活之中,熱能也有著廣泛的使用,例如冬天之時的供暖設備等。根據上述的分析,可以看出,熱能及其相關的動力工程,在人們的生活以及生產當中,發揮著非常重要的作用,是一項極為重要的能源,下文將針對熱能的特點,進行深入細致的探究,幫助在日常的使用過程當中,發揮出更大的效應。
4、對熱能動力工程設計的整體規劃設計
4.1 制定初步的設計方案
在充分考慮客戶的需求上,結合建筑物本身的功能,確定熱能動力系統目標。對實施所選用的技術、實施步驟和經費等情況進行論證,然后用通俗易懂的語言、直觀的圖表制定出初步的設計方案。熱能動力系統工程初步設計方案的制作一般包括三個步驟:第一,要涵括整體目標系統的概貌。第二,要確定目標系統的整體結構。第三,要對包括系統的目標、系統的實施計劃、系統的布線結構、系統的經費概算等子系統進行描述。
4.2、分析客戶的需求,做好客戶的溝通
設計人員首先需要了解客戶各方面的需求。一方面可以通過其他工作人員采集的客戶的信息材料了解客戶的需求。另一方面O計人員可以通過直接和客戶談話、討論、分析等方式了解客戶的需求。要從設計的功能、性能,以及費用等方面對客戶進行溝通。在充分了解客戶需求的基礎上根據設計人員自己的技術水平來進行合理的熱能動力設計。在設計的過程中遇到問題的時候也要和客戶進行及時的溝通,適時地改動設計方案。
4.3、研究設計方案的可行性
設計方案初步確定之后,要研究設計方案的可行性:分析目標熱能動力系統技術是否先進,方案的具體實施是否會遇到障礙,方案中的計劃經費是否符合實際施工,經濟效益是否合理等。只有設計方案具有以上的可行性,才能進入下一步的熱能動力設計工作。
關鍵詞:熱能與動力工程、鍋爐應用、分析
熱能與動力工程是一種對熱能源以及動力工程進行研究的有關學科,在其專業領域當中有很大一部分研究都和能源資源方面的利用有關,憑借熱能與動力工程方面的有關技術來提高能源的整體利用效率,同時其在諸多工程領域當中也合理發揮了很大的功能作用。
一、熱能與動力工程方面以及鍋爐構成方面的概述
熱能與動力工程有關研究領域方面包括熱力發動機、熱能工程、流體工程、流體機械、制冷技術、能源工程、冷藏冷凍工程以及工程熱物理等相關方面,總體上來說就是對熱能和動力之間的互相轉化進行研究。在鍋爐方面所應用的關鍵技術就是熱力發動機、熱能工程、工程熱物理、動力機械、以及能源工程等有關技術。對于熱能與動力工程來說,其作為一種有效利用能源的工程,首要一點就是必須要科學的處理能源以及環保等方面的技術應用問題。
我國公司(濟南鍋爐集團有限公司)制造的鍋爐是一種高效,低污染的新型鍋爐。該鍋爐是一種高壓、單汽包、自然循環的水管鍋爐。采用由膜式壁、高溫旋風分離器、返料器、流化床組成的循環燃燒系統,爐膛為膜式水冷壁結構,過熱器分Ⅲ級布置,中間設Ⅱ級噴水減溫器,尾部設三級省煤器和一、二次風預熱器。
鍋爐為室外露天布置,爐頂布置遮雨棚。運轉層標高為8米,鍋爐標高從零米層算起,鍋爐的構架全部為金屬結構,當使用于地震烈度≥7度的地區,應對鍋爐鋼結構進行加固。
二、在鍋爐領域當中有關熱能與動力工程方面的應用
(一)熱能與動力工程有關鍋爐風機監控方面的應用
鍋爐在實際運行的過程當中一定要有一個性能優越的風機,風機的運行能夠把外界夾雜大量氧氣的氣體送入鍋爐之中,從而確保鍋爐實際的燃燒質量。隨著社會經濟的整體進步,人們在能源方面的要求也越來越高,所以要想合理的提高鍋爐的使用效率,進而緩解能源危機,就需要應用高效的手段與措施延長風機運行的具體時間。需要注意的是,在這一過程當中必須要把握好相關的方式和方法,由于風機經過長時間的運行能夠產生大量的熱,如不能及時利用有效的措施使其降溫,很可能導致風機的某些部件被燒毀,嚴重影響到整個風機的工作質量以及水平。而將熱能與動力工程方面的有關理論合理的應用在風機當中能夠有效的解決這一問題。
風機內部結構非常的復雜,運用一些常規的相關測量方式無法獲得準確的溫度數據。由于受到技術發展方面的限制,如今還沒有妥善可行的相關電氣技術方案可以實時的對風機具體的運行溫度進行監控。目前一種有效的解決措施就是憑借熱能與動力工程相關的研發軟件,通過不同的方向對流入風機葉片實際的燃燒速度進行測定,并且利用創建數值模擬出來的二維模型,對網格進行劃分,最后憑借求解器得出需要的結果,即鍋爐風機有關翼型邊界層分離以及攻角之間的關系。這樣的方式盡管具有很好的效果,但是依然會出現一定溫度誤差,這需要相關的工作者通過不斷的研究與努力對其逐漸進行完善。
(二) 熱能與動力工程有關鍋爐燃燒控制方面的應用
鍋爐燃燒相關控制技術是對實際的能量轉換幅度做出合理調整的非常關鍵的技術。如今對于鍋爐燃燒方面來說,已經由傳統上的人工填料方式逐漸轉變成了相關的自動填料方式,同時還出現了一種全自動鍋爐相關控制系統,根據其實際應用有關自控技術我們能夠把鍋爐燃燒控制合理的分成兩種類型。
1、利用熱電偶、流量計、比例閥、電動蝶閥、燒嘴、氣體分析裝置、燃燒控制器以及PLC等有關部件組成的一種空燃比例進行連續控制的有關系統。這種燃燒控制相關系統是利用熱電偶檢測出有關數據,之后再傳送到PLC,和氣本身所設定的具體數值做出比較,將偏差值利用比例積分以及微分運算進行電信號輸出,與此同時還要對比例閥以及電動蝶閥具體的開合程度做出調節,進而實現控制空氣以及燃料比例,并對鍋爐內溫度進行調節的目的。而這種方式實際的溫度控制并不是非常的準確,還需要對額定數值進行仔細確認。
2、利用熱電偶、流量計、流量閥、燒嘴以及燃燒控制器等構成的一種雙叉限幅相關控制系統。這種系統的工作原理就是憑借溫度傳感器以及熱電偶將需要實施精確測量的相關溫度轉變成電信號,而測量點具體的溫度就是這個電信號。測量點相關的溫度期望值是利用預先存貯到上位機當中的有關工藝曲線自動機進行給定的,依照這兩個數據間存在的偏差值具體大小,憑借PLC自動調整燃料以及空氣流量閥門實際的開合程度。運用電動運行機構方面的定位,還有空氣與燃料之間的比例控制,并利用孔板以及差壓變送器對于空氣具體的流量進行測量,使用一個專用的相關質量控制裝置對燃料量進行控制,進而將溫度準確的控制到要求的數值上。
三、鍋爐在安全運行、節能減排以及環保方面的措施
(一)強化鍋爐在安全運行方面的管理
首先,依照鍋爐的設計以及安全運行方面的規范制定出合理的管理體系,同時妥善做好鍋爐有關安全運行管理具體體系方面的落實,利用對管理體系以及管理活動方面的強化,完成在鍋爐安全運行方面的有效維護。其次,嚴格執行有關鍋爐安全運行方面的管理制度,鍋爐相關管理人員以及運行人員依照管理方面的規范進行合理的操作,在制度層面上使鍋爐完成安全運行。最后,應該認真做好鍋爐有關日常運行以及維護工作方面的記錄,并且形成一定的規范,從而方便鍋爐技術人員可以快速的、準確的找到鍋爐運行當中的問題以及隱患,進而將安全事故有效的扼殺在萌芽階段。
(二) 鍋爐的節能減排以及環保
我國公司制造的鍋爐是一種高效,低污染的新型鍋爐。該爐采用了循環流化床燃燒方式,其煤種的適應性好,可以燃用煙煤、無煙煤、貧煤,也可以褐煤、煤泥、煤矸石等較低熱值燃料,燃燒效率達95-99%,由于采用分段燃燒方式、可大幅度降低NOx的排放,尤其可燃用含硫較高的燃料,通過向爐內添加石灰石,能顯著降低SO2的排放,可降低硫對設備的腐蝕和煙氣對環境的污染。另外,灰渣活性好可以做水泥等材料的摻合料。
除此之外,該鍋爐采用平衡通風的形式,其用風主要由一臺一次風機,一臺二次風機供給,一、二次風經送風機升壓后進入兩級管式空氣預熱器。上面一級為二次風預熱器,下面一級為一次風預熱器,煙氣在管內自上而下流動,空氣在管外橫向沖刷,二次風經過兩個行程進入二次風管,通過布置在燃燒室四周分層布置的二次風噴嘴進入爐膛,為分段燃燒提供空氣。一次風經過三個行程預熱后進入爐膛底部水冷風室,一部分通過布風板上的風帽使床料流化,另一部分作為播煤風。一、二次風量比約為6:4(根據煤種稍有區別)。
煙氣及攜帶的固體顆粒離開爐膛,從切向進入爐后兩側旋風分離器,粗顆粒由于離心力作用從煙氣中分離出來,落入物料回料裝置,由返料風送入爐膛再燃燒,而煙氣攜帶細顆粒則通過旋風筒從頂部引出,進入尾部豎井,從上至下流動,經過各級對流受熱面,進入布袋除塵器,除去飛灰后,再由兩臺引風機,經過濕法脫硫系統,從而,實現煙氣達標排放。
結束語:
熱能與動力工程對于工業動力能源方面的應用非常重要,作為一門現代工程學科,其可以極大地促進工業鍋爐實際性能方面的提高,在最大限度上提升能源利用效率。所以我們一定要對熱能與動力工程方面的技術在鍋爐領域應用上的不足進行充分分析與認識,并勇于創新,對其進行妥善的解決,同時還要不斷的進行實踐以及學習,從而挖掘出熱能與動力工程方面的技術在相關領域當中更大的潛力,能夠更加合理有序的確保鍋爐的實際運轉,提升燃料方面的利用效率。
參考文獻:
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1.1構建符合新能源(太陽能)行業應用型人才培養的課程體系我校能源與動力工程專業設有制冷與空調技術、制冷測試技術與自動化、太陽能利用三個專業方向。理論課程體系采用模塊化設置,分為公共基礎課模塊、專業基礎課模塊、專業課模塊和專業選修課模塊。前三個模塊構成了能源與動力工程專業的基礎知識體系,為學生繼續深造和進行能源動力方面的研究應用奠定了理論基礎。專業選修課模塊根據2014年3月德州及其周邊地區對新能源類特別是太陽能應用方向的人才需求設置了相關課程[2]。結合行業企業用人對畢業生實踐能力的要求,實踐環節穿插于整個教學過程,著重培養學生實踐動手能力。前三年,學生的實踐環節主要有包括認識實習、金工實習、制圖測繪在內的基本技能訓練,以及把課堂教學和工程實踐相結合的課內實驗、課程設計等專項技能訓練。學生在掌握了扎實寬厚的能源與動力工程專業基礎知識后,第四年有計劃地到校外實習基地進行為期一年的實習,包括專業方向實習和畢業設計、畢業實習,以提高學生綜合運用所學知識分析和解決工程實際問題的能力。2012年,能源與動力工程專業獲批國家級“專業綜合改革試點”項目,聘請中科院物理所孟慶波為教授,聘山東大學可再生能源研究中心主任韓吉田教授、天津大學“中低溫熱能高效利用”教育部重點實驗室負責人趙軍教授、國家太陽能熱利用研發中心主任趙玉磊為專業建設專家委員會成員,完成了德州學院能源與動力工程專業專業規范的撰寫、培養方案的修訂、基礎課和專業基礎課課程規范的撰寫工作。同時,德州學院機電工程學院與中國太陽能產業聯盟聯合成立能源與動力工程(太陽能熱利用方向)專業卓越工程師試點班,2012年9月首屆招生50人,2013級招生正在進行中。鑒于太陽能專業高校教材緊缺的現狀,機電工程學院編寫了7本太陽能系列高校教材,其中孫如軍教授編寫的《太陽能熱水系統施工管理》(清華大學出版社)已于2012年11月出版,其余幾本已經完稿,等待出版。
1.2培養適應新能源(太陽能)行業應用型人才培養的師資隊伍能源與動力工程專業現有專職教師19人,其中教授3人,副教授12人,具有博士學位教師2人,均擁有豐富的教學經驗和實踐經驗,是一支年齡、職稱、學歷結構合理、發展趨勢良好的師資隊伍。近三年來,專業教師共近120篇,其中在核心期刊發表20余篇,在外文期刊15篇,被SCI收錄9篇;承擔或參與國家、省科技廳、市科技局項目20余項,院級科研課題30余項,承擔國家教研立項課題5項,出版專著2部,參編教材28部,獲得實用新型專利20余項。
1.3能源類創新性、應用型人才培養成效顯著學生實踐創新能力強。近幾年在大學生科技文化創新大賽中,能源與動力工程專業學生在全國大學生節能減排課外科技作品競賽、全國大學生數學建模競賽、全國三維數字化創新設計大賽、全國大學生電子設計競賽、全國大學生電子商務“創新、創意及創業”挑戰賽、全國大學生計算機仿真競賽、大學生物聯網創新創業大賽、山東省機電產品創新設計競賽等各類國家級和省級比賽中都獲得了優異成績,獲得國家級獎勵20余項,省部級以上獎勵200余項,教師指導學生在公開發行的雜志上發表學術論文10余篇,獲得實用型新專利20余項,獲獎層次和數量均居全國同類院校和省屬高校前列。特別值得一提的是在教育部主辦的全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽中,參賽作品《太陽能電動車》、《太陽能服飾》、《綠色壓力環保鞋》、《自切換高效太陽能干燥裝置》連續四屆分獲國家級一等獎,尤其是在2011年8月的競賽中,學生的參賽作品《害蟲自殺式太陽能滅蟲器》,在全國182所參賽高校中,榮獲國家特等獎,現場總決賽全國成績排名第一,同時我校榮獲優秀組織獎。學生就業率高。能源與動力工程專業2006年開始招收本科生以來,一次性就業率在95%以上,主要就業行業為省內制冷、空調、汽車、太陽能等行業,許多同學現已成為企業設計主管或現場主管。到目前為止,與皇明太陽能集團聯合培養的太陽能專業的學生中已有160名進入了相應的崗位,得到了企業的一致好評。
1.4構建協同創新的新能源(太陽能)行業應用型人才培養校企合作模式2007年至今,德州學院機電工程學院先后在國家太陽能熱利用工程技術研究中心、皇明太陽能集團有限公司等建立實習實踐基地5個;2006年12月,機電工程學院與山東奇威特人工環境有限公司投入了30萬元,校企合作共建了“太陽能中央空調實驗室”。2007年3月與皇明太陽能股份有限公司合作共建,成立了“太陽能熱利用工程技術實驗中心”,面向全校相關專業師生、皇明太陽能股份有限公司及地方新能源企業開放。該專業分階段安排學生到各公司進行見習和實習,并聘請高級工程師進行專業知識和專業技能的講座和兼課,帶來了大量的課程設計、畢業設計以及科研課題,并進行卓有成效的指導,開闊了學生視野,實現了理論到實踐的結合,讓學生了解和掌握本學科的發展動態和社會需求狀況,為今后走向社會奠定了基礎。自2007年與皇明聯合辦學以來,相繼已經開設了五屆“太陽能班”,實驗室教學配置都相應固定且配備齊全。所用教材都是德州學院和皇明集團合作編寫,共20余部。集團派相應的各部門高級技術人員到校指導教學工作,聯合辦學借助皇明集團國際領先的檢測與研發設備,組織學生進行相關的研究與開發。借鑒與皇明太陽能集團聯合培養人才的經驗,2010年又先后與德州旭光太陽能集團、東營光伏太陽能有限公司等太陽能應用企業成立了相應的企業冠名班。2012年,德州學院與皇明太陽能股份有限公司聯合建設“本科教學工程”大學生校外實踐教育基地,已獲教育部批準。在合作辦學基礎上,總結出了“三三六”校企合作人才培養模式,這一校企合作人才培養模式的辦學經驗,在2010年山東省校企合作培養人才工作電視會議上做了大會典型發言。由此構建的“強化專業技能、突出創新能力、提升人文素養”為主要內容的三位一體的校企合作人才培養體系,保證了學生綜合素質的不斷提高。2009年至2011年,德州學院連續三年被評為“山東省校企合作先進單位”,2011年德州學院列入首批“山東省企業專業技術人員繼續教育基地”。
2建設規劃
能源與動力工程專業人才培養以服務區域經濟和社會發展為宗旨、以就業為導向,走產學研結合的發展道路,培養新能源行業創新性、應用型人才,建成在省內有一定影響力的能源與動力工程專業引領的能源類專業群和能源類卓越工程師培養基地,為德州及周邊地區新能源行業發展起到引領和推進作用。
2.1打造能源與動力工程專業引領的“特色突出、優勢顯著”的能源類、機械類、自動化類專業群目前,我校已確定重點打造能源與動力工程專業(暨新能源、節能環保裝備方向的機械設計制造及其自動化專業)引領的能源類、機械類、自動化類專業群,為德州市新能源產業共涉及的太陽能利用、風電裝備、生物質能、熱泵應用、新能源汽車和節能環保六大領域做好智力支撐。根據德州市及周邊地區對新能源裝備與環保機械領域人才的需求,對三個專業群教學計劃及教學內容進行調整,能源類專業群主要側重于新能源(太陽能利用、新能源汽車)技術的研究與應用,機械類專業群主要側重于新能源裝備與環保機械的設計制造,自動化類專業群主要側重于新能源裝備與環保機械的自動控制。在現有基礎上,完善理論———實驗———實踐人才培養路徑,培養滿足社會需要的能源類、機械類、自動化類創新性、應用型人才。同時加強師資隊伍建設,造就一支教學水平高,科研能力強、實踐經驗豐富的教學團隊。同時對現有實驗室進行升級改造,同時購進必需的教學、科研儀器設備,積極打造群內共享的公共實驗教學大平臺,建成山東省能源與動力工程實驗教學示范中心。
2.2深化能源與動力工程專業人才培養模式改革能源與動力工程專業將圍繞德州市及周邊地區新能源產業,特別是太陽能利用和新能源汽車行業的發展建設,根據教育部“卓越工程師培養計劃”,進一步完善“3+1”的人才培養模式,深化能源與動力工程專業人才培養模式改革。以滿足專業人才培養目標為核心,修訂教學計劃,將創新精神、實踐能力和創業能力納入課程體系和教學內容,參照職業崗位任職要求,校企共同制訂專業人才培養方案;將學校的教學活動和企業的生產過程緊密結合,靈活調整教學周期,學校和企業共同完成教學任務,突出人才培養的針對性、靈活性和開放性。
2.3打造一支滿足新能源(太陽能)行業創新性、應用型人才培養的“雙師型”師資隊伍依據德州學院的柔性人才引進制度,引進教授、博士、企業技術骨干為學科帶頭人和骨干教師。聘任(聘用)一批具有行業影響力的專家學者作為專業帶頭人,一批新能源行業專業人才和能工巧匠作為兼職教師,建立兼職教師資源庫,使專業建設緊跟產業發展,學生實踐能力培養符合職業崗位要求。同時結合實際需要,兼職教師對學生的課程設計,畢業設計等實踐環節進行指導。另一方面,加大在職教師培養培訓力度。通過下企業、做訪問學者、進修多種方式,在新能源行業造就出一批有一定影響力的專業人才,使專職教師下企業制度化,將教師參與企業技術應用、新產品開發、社會服務等作為專業技術職務和崗位聘用的重要內容。完善專業教師到對口企事業單位定期實習制度,提高專業教學水平和實踐能力,提升雙師素質。
2.4改革實踐教學體系,加強實踐基地建設在培養創新性、應用型人才,打造新能源行業卓越工程師的教學目標指導下,與校外實踐基地的共同研討,優化實驗教學內容,構建“基礎理論與實踐技能平臺設計應用能力平臺綜合實踐能力和工程應用能力平臺科技與創新能力平臺”的“漸進式四平臺”實驗教學體系按照校企聯合、共建共享、邊建邊用的原則,充分發揮校企合作的優勢,依托皇明太陽能股份有限公司和山東奇威特人工環境有限公司等校外實驗教學中心(研究所),以及東營光伏太陽能有限公司等5家實踐教學科研基地,建成集研究創新、基礎實訓、生產實訓、學工一體的綜合性實訓基地,創建山東省人才培養模式創新實驗區、山東省實驗實習示范中心、山東省工程技術研究中心,將學生的課堂教學、課程實習、專業實踐及畢業設計、論文等環節與企業實際、教學研究與企業產品開發結合起來,以提高學生的培養質量和就業能力。
3結束語
【關鍵詞】熱力學參數;熱能;動力工程
當前,隨著我國能源供應的日益緊張,我國能源利用效率問題倍受關注。眾所周知,我國的能源利用效率,相比西方發達國家,還有一定的差距。而在反映能源利用品質的研究方面,與西方國家的差距也比較大。如果反映能源利用的品質問題,成為當前業內研究的熱點問題。在本文中,筆者結合自身的理論知識和工作實際,探討了熱力學參數在熱能與動力工程中的實際應用。
一、熱力學參數的概念
熱力學的相關理論認為,熱力系統中的各種工質,只要狀態和環境這兩方面的差別很小,哪怕很小的差別,那么對環境也是做功的,可以產生一定的做功能力。不過從一個已知的熱力系統的狀態,從可逆條件過渡到環境平衡狀態,在這個過渡過程中,熱力系統對環境做功率會達到最大。熱力系統在此狀態下,用一個專門的術語概括便叫熵。。
這個概念的提出,醉倒可最追溯到十九世紀4年代卡諾的著作,也就是其著名的卡諾原理。根據卡諾的卡諾原理,熱能可劃分為兩個部分,一是無用部分,一是可用部分,把熱能的可用部分引入到工程熱力學當中。但是由于當時技術條件的限制,技術水平有限,這一概念并沒有引起人們的重視,指導是上世紀三四十年代,才把這一概念應用到熱能與動力工程的研究當中。
而在上世紀50年代中,這一概念的名稱還是存在爭議的,主要包括“做功本領”“做功能力”“可用性”等等,為了統一名稱,郎特做了大量的研究工作,最后得以統一,我國把這一概念譯作用熵。
在熱能與動力工程當中,一般情況下,穩定流動的情況經常出現,在熱力設備的穩定流動狀態作用下,工質便會進入熱力系統中,熱力系統中的流入能量與流出的能量是一樣的。但是,如果忽略系統出口處、進口處的工質的位能差別與動能差別,則能夠改變能量方程式。而如果能量流動過程可逆,則系統就不會出現熵增的狀況,在這種情況下,我們便可以得到熵的方程式。
二、熱力學參數熵的類型
熱力學參數的工質所具有的能量中,較為理想的情況時在技術上可以完全使用,可產生最高額,也就是在“能級”或者“最大可利用度”的情況下。在這種情況下,熱力學參數可應用于自然界中所有的能量形式。所以,熱力學參數可以分為熱量熵、機械功熵、電能熵和化學等不同的類型。
(一)機械功熵
在熱能與動力工程中,機械功熵,一般情況下,是指工質與外界之間的相互作用。筆者將通過例子來說明,比如能量的品質,機械功與工質機械能處于同樣的能級,這兩者不像熱量那樣,比較容易受到熱力學條件的限制,因此,二者最大可利用度搞到10.12%,或能級為1。因此,機械功炯,從數值方面來看,和機械功是相等的。
在熱能與動力工程中,一般情況下,以效率高低評價能量轉換裝置的優劣:裝置轉換或輸出能量與輸入能量的比值。
在衡量熱功轉換的各種指標,熱效率是一個關鍵指標之一,同時,其也是衡量熱能與動力工程能源利用效率的常用指標之一,它能夠從數量方面,在一定程度上揭示熱能動力工程在循環過程中的能源利用程度。實踐表明,衡量熱功轉化,只用熱效率這一個指標評價是不科學的、不合理的,比較片面。這主要是因為,系統裝置轉化效率的高低,不可以完全說明系統裝置轉換性能與理想的效果之間,與理想裝置之間的差距。所以,僅用熱效率也就無法準判斷裝置轉化效率的合理性。
不過,從節能環保的角度看,找出熱效率與理想裝置之間差距,并分析熱效率與理想裝置之間差距的成因,尋找縮小差距的途徑,是熱能與動力工程的關鍵所在。正是因為這個原因,以熱力學第二定律的基本前提的效率定義的確定過程,同時也是選擇和比較各種形態能量指標的一個過程。
事實上,實際所消耗的能量炯,與實際得到能量煙和所消耗的能量的煙,并不能簡單判定,而需要由各類熱工裝置的功能來確定。由上文中的分析可以得知,任何熱力系統或者熱工設備其炯效都比1要小,在理想條件下效率值才是1。
由此可以看出,上文中的兩種分析熱能動力循環過程方法,角度地不同的。熱效率法是從能量數量上來分析,按照熱力學的相關定律,從輸入、損失和有效轉換能量的角度分析,建立相應的循環、裝置和設備熱效率概念,分析各種系統和裝置的效率。這種分析方法僅涉及能量轉換中數量關系,本質以能量守恒定律為基礎的能量數量平衡。
但熵效率法則考慮到熱力學的所有定律,從做功能力變化角度分析。我們知道,做功能力概念包括能的質、量,即熵效率分析中,考慮能的數量,同時考慮能的質、量,分析指標做功能力損失數值;該方法實質是以熱力學第二定律為基礎的熵平衡。
(二)分析比較
熱效率分析法、做功能力損失分析法是不同的。由于這兩種分析法分析角度不同,因此結論差別較大。比如鍋爐效率大于90%時,熱效率法分析法認為,鍋爐效率較好。但用熵分析法認為,鍋爐生產效率有待提高。
在冷凝器中,熱效率法從能量平衡入手,排熱多、損失大,而熵分析方法熱為,排熱量雖多,但由于溫度低,所以做功能力損不大。通過以上分析,筆者歸納出熱效率法與煙效率法的應用原則:
熱效率法可計算熱能與動力工程裝置循環、各部件或各環節中能量利用率、損失部分數量等,比同等條件下循環、熱力設備分析效果好。尤其是分析結果,不管是循環熱效率,還是熱能與動力工程裝置總效率,分析的結果均可靠,相關經濟指標能說明能量能源的利用情況。因此,在過去,這是唯一循環分析法。截止到目前,該分析方法在熱能與動力工程仍然在使用,而且使用的范圍還比較廣。
由于熱效率法無法計算出,比如鍋爐中溫差傳熱等,這些具有不可逆性特征產生的做功能力損失,所以,其適用條件也有所限制的。但是從度量熱工設備熱力學理論來分析,尤其從節能環保的角度來考慮,計算該部分損失,可以說是具有重要意義的。同時,這也是熱效率分析法特點之一。
從質量方面看,熱效率分析法的結果,可準確找到效率比較低的環節、設備和部件等,包括準確找出效率低下的原因。同時,這是熱效率分析法的主要優點。所以,熱效率分析法各種熱工設備、系統、制冷裝置中,熱效率法的應用可以說比較廣泛。
三、熵在熱能與動力工程中的實際應用
目前,熵在熱能與動力工程中主要應用在以下方面:
第一,熱能與動力工程循環系統熱能利用設備的熵損失、熱能分配情況的計算;
第二,比熱能與動力工程電氣設備的熱力性能的比較;
第三,余熱利用資源的統計;
第四,熱能與動力系統的最優分析評定。
現階段,眾所周知,我國的供暖方式分為兩種,一種是集中式供暖,一種是分散使供暖,但無論哪種供暖方式,主要利用的是鍋爐產生蒸汽或熱水。從現階段的鍋爐生產實際狀況看,鍋爐效率平均沒有超過60%,不會超過這個數值。另外,如果考慮熱網中的損失、散熱設備熱能利用率等因素,則我國整個供熱采暖系統的熱效率數值可能遠遠低于60%。