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学科基地

科研介绍

重点实验室简介

2010-07-08 00:00  点击:[]

重庆高校市级重点实验室——热工实验室属热科学和热工程及能源转换与利用领域的应用基础实验室,涵盖重庆大学热能工程学院的一个工程热物理博士学位授权点,工程热物理、热能工程、动力机械与工程、制冷与低温技术四个硕士学位授权点,是重庆市热工理论与新技术和工程热物理重点学科在实验和研究领域的延伸与发展。本实验室包括传热传质学、工程热力学、燃烧与环保、电站热力系统及设备仿真、热能利用与节能、制冷与空调及热力制冷六个研究方向,并已达到国内领先或者先进水平。


一、传热传质学方向

  主要进行传热传质及其强化,热管技术、相变传热及其强化、微尺度传热的应用基础理论,工程应用技术研究和产品开发。①在核沸腾、珠状与膜状凝结、食品冻结与熔化、换热设备的高温热保护等方面提出若干新分析模型、新的强化方法(抑泡孔板┅)、新的关联式(辛-曹Gea-T关联式和辛-曹Thermoex-ceL-E关联式┅)新的计算方法。达到国外同期研究水平。②研究多孔芯和重力热管的传输机理与特性,热管材料的兼容性与寿命,分离式热管换热器设计与工程应用。从技术上支撑,建立了国内最大的热管生产基地,在冶金(宝钢等)热回收、电站锅炉技术改造上取得显著的经济效益,在国内外具有很高的学术地位。③微传热是近年来国际传热界的新兴热点,我校是国内微传热研究最早的领先的单位,于1996年完成了国内第一项关于微传热的国家自然科学基金课题;在国家自然科学基金资助下,还提出了多孔壁微热虹吸蒸发段模型,建立了被国外学者称为张-张关联式的计算式;辛明道教授于1998年获国家自然科学基金重大课题(基础研究部分)资助,继续进行深入研究。目前正将该领域研究引向微散热器开发,电子与微电子设备的冷却等工程应用领域。此外在有限空间内的自然对流、新型三维内肋管内的受迫流动与换热、高温及高热负荷的热保护,生物传热等方面都作出了与国际同期研究水平的学术成果。


二、工程热力学方向

  以非平衡热力学及其工程应用研究为主,理论上侧重非线性热动力学系统的热力学与动力学行为,进行微分方程解的稳定性分析,探讨系统失稳后的行为及非线性系统呈现的特殊运动状态。自九十年代以来,完成二项国家自然科学基金项目和正在进行国家自然科学基金项目二项。研究有化学反应系统的传热传质、果蔬储藏保鲜、干燥、燃烧等耦合不可逆过程的热力学分析,力图总结出一套完整的应用非平衡态热力学解决工程问题的方法,形成一门新的学科分支---工程非平衡热动力学。此外,通过汽液相变问题的研究力图建立起新的非平衡态热力学相变理论;能量系统的热力学第二定律分析由此发展起来的热经济学研究;两相流动微分方程解的几何拓扑分析及其他工程性课题。该非平衡热力学及其工程应用研究居国内领先水平。

三、燃烧与环保方向

  主要进行化石燃料的高效低污染燃烧理论与技术的研究,包括煤的循环沸腾床燃烧与脱硫,工业型煤的燃烧与脱硫,城市固体废弃物洁净燃烧与能源化系统,燃煤锅炉脱硫与除尘技术与装置等。近二十年来,完成了国家攻关项目和省部级项目二十余项在煤的增压沸腾床燃烧、无烟煤型煤脱硫及无粘接剂成型研究上填补了国内空白,在沸腾床点火技术上有创新;针对西南产量很大的高硫无烟煤洁净燃烧与利用研究,获得了无烟煤脱硫剂、高效低阻组合式旋风除尘器、旋流雾化水膜除尘器、漂珠烘干沸腾床、沸腾床离子交换器等成果。在国家及有关部委的资助下,正进行MSW洁净燃烧与能源化、CFBC大型化等项目的研究。高硫无烟煤洁净燃烧与利用研究达国内领先水平。


四、热力系统及设备仿真方向

  本方向主要研究内容有:①热液系统及设备动态过程的模块化建模理论与建模方法研究;②火电站、核电站一体化工程仿真工具的研制、开发和应用;③反应堆热液系统,蒸汽发生器热液系统,锅炉热液系统,锅炉燃烧系统,蒸汽和燃气透平热力系统等的动态模型建立,动态特性方析,运行特性分析;④电站仿真培训装置的研制;⑤热力系统微机智能在线监控装置研制;⑥基于Web和知识库的热工自学习系统研究等。该方向多年来,在理论研究、工程应用、软件开发、产品开发方向取得了重大成果,承担的国家自然科学基金、国家85重点攻关、省部委等课题的圆满完成,获奖和推广应用,以及发表的60多篇论文表明,该方向的研究工作具有国内领先或先进水平,达到国际同期研究的先进水平。对提高电站运行的安全性和经济性、提高运行人员的素质具有重要意义。


五、热能利用与节能方向

  本方向主要研究热能生产利用中关键技术以及节能技术和蓄热器,换热器,热力机械的设计优化,及其新产品、新工艺、新系统的开发研究;余热、余压、余汽回收与综合利用技术,开发相应的节能产品。比如,由重庆市重点推广的节能产品蒸汽蓄热器,与工厂合作研制的分离式热管换热器,水热煤换热器,翅片管省煤器,余热干燥设备等,已在国内多家大、中型企业使用,产生了巨大的节能效果。


六、制冷与空调及热力制冷方向

  主要研究以热能制冷的核心的实用技术、工程应用及空气调节系统设计优化。着力于新产品、新工艺、新系统的开发研究。①余热空调器性能研究;②制冷与空调的传热与传质;③制冷压缩机及系统;④液氮热物性及技术应用。


  化石燃料和核能是我国和世界主要能源。化石能源和核能的转换、利用过程中都必须经过热能形式,火电、核电、化工、国防、冶金、建筑、交通、航空、轻工等国民经济主导部门,无一例外的与热能或热工相关,甚至许多工程技术的发展是以热科学与热工程技术为依托的。因此,许多国家及产业部门和著名大学均对热科学与热工程领域的研究与发展给予高度重视,投巨资推动其科技进步。 重庆市能源结构不合理和能源利用率低一直是制约经济发展的主要因素之一,建立重庆市热工重点实验室,加强上述领域,加强热科学与热工程技术的应用基础研究和创新与开发,对以化石燃料为主要能源的重庆市的科教和经济的可持续发展有着举足轻重的作用。




  主要研究规划及五年内预期发展目标、达到的水平(1000字以内)

五、

  热工重点实验室主要研究热科学和热工程理论与新技术在各工业领域中的应用,重点跟踪国际热工领域出现的新技术与新方法、以及他们的发展趋势,特别注重热科学与热工程新技术的创新,及在新的应用领域的渗透和交叉。本室五年规划为:在3~5年内建成6个学科方向,建立高水平的学科梯队;每年争取到国家级研究项目(国家自然科学基金、国家863计划项目、国家攻关项目等)1~3项,部省市级项目5~7项,横向项目7~10项。在几个方向的具体规划及目标如下:

1.建立国内领先的微传热实验研究基地。研究微米级通道的传热传质与热特性,热力学新特点为微尺寸传热工程应用奠定坚实基础,达到国内领先,国际同期研究水平;

2.建立国内领先,国际先进水平的非平衡热力学实验室,在非平衡热动力学,相变动力学等方面作出开拓性成果;

3.具有国内先进水平的热力系统仿真研究基地,开发新一代经济,实用的教学、科研仿真机,投放市场;建设具有国内先进水平的燃烧与环保研究基地,开发先进的、大型循环流化床燃烧技术与装置,在热污染控制和环境保护应用技术方面到国内先进水平;

4.建设热力制冷实验研究基地,为开发新一代经济适用,无污染,大型化制冷设备提供基础研究中试成果,达到国内先进水平。

5. 建立热能利用与节能技术实验室,为蓄热技术,隔热技术,高效换热技术,煤气,油燃烧技术的实验研究及企业提供可靠的产品设计基础资料和具有权威检测能力;

6.完善、提高热工教学实验基地和微机中心,使其能满足千名本、专科生,硕士生,博士生教学实验和上机计算要求。

  通过以上项目的实施,实验室五年将可望建成国内一流的热科学与热工程实验研究基地,为解决热科学与热工程领域及其应用领域的重大基础与技术问题发挥重要作用,为重庆市乃至全国培养具有创新能力和开拓精神的高水平科技人才提供良好的实验研究条件;在微传热应用基础研究、非平衡热力学研究、热力系统仿真研究上力争达到国际先进水平;在热工应用技术和高科技产品开发方面达到国内领先水平;年获得部省市级奖励1~2项,力争三年内获得1项国家级奖励,成为在西部大开发中,在热能及环保领域发挥重要作用的实验研究基地。




表1-3

已具备的试验设备、设备条件


  本实验室拥有1000余万元固定资产,占地3700M, 拥有一批现代化的先进研究手段和实验设备。(主要设备清单见附件1),具有开展科学研究、科技产品开发和为各层次学生开设实验三大功能,其中中心微机室、传热学、热力学、流体力学、热工仪表等基础实验面向校内外开放,大部分科研专项实验对外开放。主要实验能力和工作条件有:

1.传热传质方向

  该方向拥有一批世界银行贷款资助的实验设备,近年来在承担多项国家项目和横向项目中,实验设备进一步得到加强和更新,自制了一些在热管研究及工程应用,相变传热,强化传热等方面的实验台,主要有:热管性能实验台;汽液相变(含沸腾、凝结、两相流与传热)实验台;强化表面传热实验台;管束传热实验台;热管寿命实验台;低速风洞传热实验台。

  此外,该方向还有热物理过程数值模拟的一批微机和软件库。本方向具有基础研究, 应用研究,产品设计,开发和在学科前沿扩展研究的能力。大部分实验台及设备对外开发。

2.燃烧和环保方向

该方向拥有以下实验设备及配套的测试仪表:

①燃煤流化床燃烧、脱硫及除尘实验(热态);②细颗粒流化床冷态试验台;③漂珠、煤粉灰干燥试验台;④旋风除尘器试验台;⑤流化床热处理炉试验台(热态);⑥循环流化床冷态试验台;⑦尾部烟气静态脱硫试验台;⑧燃气燃烧实验台;⑨油喷嘴特性及燃烧实验台;⑩固体废弃物洁净燃烧试验台。此外,该方向还配有一批测试仪器及设备:①SC-3型气相色谱仪;②污染源气体浓度测试仪;③烟尘浓度测试仪;④DR-20温度测量仪,及三笔、四笔温度记录仪;⑤热重分析仪等。

  该方向除了具有对流化床燃烧、脱硫、除尘进行实验研究的能力外,还着力于基于流化床的新技术、新产品的设计和研制,以及对电站锅炉和工业锅炉的诊断和改造工作。大部分实验台及设备对外开放。

3.工程热力学方向

①以研究气体物态方程为目的气体P-V-T关系实验台;②气体定压比热CP 实验台;③喷管实验台④一批研究非平衡热力学的远的微机及软件包;⑤研究热力循环效率的软件包;

4.热力系统及设备仿真方向

具有:①火电站通用仿真工作站;②核电站通用仿真工作站;③水位动态特性实验台;④32阶模拟机;⑤调节系统仿真实验台;⑥火电厂、核电厂培训仿真开发工具。具有对大型火电站、核电站培训仿真装置的研制开发能力,对复杂热工系统及控制系统的仿真设计和运行、故障等的分析预测能力,对火电站的智能在线监测和分析能力。大部分实验台及工作站对外开放。

5.热能利用和节能技术

该方向具有:①型煤工艺实验生产线;②蒸汽蓄热器实验台;③多功能换热器实验台。该方向具有对用能设备,如蓄热器、换热器、热力机械等的实验研究能力,新产品、新工艺、新技术的开发能力,余热、余压、余汽的收回、利用的设计能力。实验设施对外开放。 6.制冷与空调方向

  该方向具有为研究生和科研使用的实验台和实验;①LiBr-H2O沸腾传热及强化实验;②油类介质强化传热实验台;③多功能制冷换热器实验台;④CPC太阳能光电光热转换实验台;⑤热泵型空调系统实验台;⑥活性碳-甲醇吸附式回收制冷实验台;⑦BX-H2O吸附式制冷强化传热实验台;⑧五冷吨集中式空调实验系统。以上实验台均采用了人工智能温度巡测仪,目前正在改进为微机程序控制系统。

  该方向具有进行以热能制冷为核心的实用技术工程应用及空气调节系统设计优化,以及新产品、新工艺、新系统的开发研究能力。实验设施对外开放。除了上述各方向的实验能力和条件外,实验室还具有40台486机的中心微机室,配有热工学科的许多应用软件供研究生、本科生和科研人员使用。大型通用试验手段还有激光全息信息仪、高速摄影仪、激光测速仪、数据采集系统、质谱检漏仪等价值10万美元的世界银行贷款设备。

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