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出版周期：季刊
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语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1673-2944
国内刊号：61-1444/N
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创刊时间：1985
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期刊简介
1引言
冰箱制冷剂CFC12的现有替代物主要有HFC134a、HC600a和HFC152a/HCFC22,它们分别在加工工艺、可燃性、环保和热工性能方面存在缺陷[1,2,寻求新型环保节能的冰箱工质仍是人们探究的方向。
三氟碘甲烷(CF3I)是作为哈龙替代物而开发的新型灭火剂,其臭氧层破坏势(ODP)为0,20年的全球变暖势(GWP)低于5,不燃,油溶性和材料相容性很好[3,饱和蒸汽压曲线和CFC12相近,具备了作为冰箱制冷剂的前提条件(至于毒性目前还没有定论[3,4)。有关CF3I的热物性,只有文献[3进行了较为系统的探究,目前还缺乏适用于汽液两相区的状态方程;CF3I在冰箱工况下的循环性能,还没有被系统地分析。根据文献[3的PVT实验数据,确定同时适用于CF3I汽液两相的PT方程;并在此基础上,对CF3I在冰箱工况下的循环性能进行系统地理论分析,旨在考察其作为冰箱制冷剂的可能性。
2理论循环分析的工具
2.1PT状态方程两参数F、ζc的求解
式中,R为工质的通用气体常数,Tr=T/Tc。确定PT状态方程需要具体物质的四个参数摘要:临界压力Pc、临界温度Tc、虚拟压缩因子ζc、斜率F。对于CF3I,文献[3给出其Pc=3.953MPa,Tc=396.44K[3。ζc、F的求解方法如下摘要:(1)选取n个饱和液相数据点(T、P、ρL)i(i=1,…,n;(2)假设一个ζc初值;(3)由式(6)、(7)、(8)求出Ωa、Ωb、Ωc,代入式(4)、(5)求得b、c;
(4)由汽液平衡条件fL=fV,输入某数据点i的(T、P)i,由式(1)、(2)求出αi;(5)由n个数据点的(Ti,αi)用最小二乘法拟合式(3),求出F;(6)由ζc和已求出的Ωa,Ωb,Ωc,F,根据方程(1)～(2)和汽液平衡条件计算各点的和的相对误差，以及个数据点的平均相对误差；
(7)以一定的步长改变ζc,重复步骤(3)-(6)。选取最小EYL所对应的ζc、F作为PT方程的参数。
文献[3给出了CF3I在301K-Tc范围内的25个饱和液相密度点,其中3个数据点是为了确定临界点而测的;把这3个数据点当作一个临界点对待,选取其余22个数据点按照上面的步骤求解得到CF3I的F=0.6514、ζc=0.3105。
2.2PT状态方程精度的验证
为了检验如上确定的适用于CF3I的PT方程的计算精度,以该方程对CF3I的饱和液密度、饱和蒸汽压、气相区PVT性质进行了计算,并和文献[3的实验数据进行了对比。对比实验数据为T%26lt;0.9Tc(即T%26lt;356.80K)范围内的13个饱和液相点、22个饱和蒸汽压点和T%26lt;Tc内77组气相区数据。结果表明,饱和液密度、饱和蒸汽压、气相区密度的最大相对误差分别为2.94%、0.42%、5.87%,平均相对误差分别为1.54%、0.25%、2.17%。相对误差、平均相对误差计算式分别为
（9）
（10）
式中,X-所要比较的物理量,cal-PT方程的计算值,exp-实验值,n-数据点的个数。
冰箱的名义工况为蒸发温度tevap=-23.3℃,冷凝温度tcon=54.4℃,吸气温度、过冷温度32.2℃[6,处于上述温度区间。可见,确定的适用于CF3I的PT方程,能够用于对CF3I的冰箱循环性能分析计算,而且精度良好。
3CF3I蒸汽压曲线的分析
从热力学角度看,替代制冷剂最好具有和原制冷剂相似的蒸汽压曲线[7。图1为几种工质的蒸汽压对比,其中CF3I的蒸汽压方程为[3
（11）
式中,
A1=-7.204825,A2=1.393833,A3=-1.568372,A4=-5.776895,适用范围243K～Tc;其它制冷剂的蒸汽压数据来自ASHARE[8。
由图1可见,在冰箱名义工况的温度区间内,HFC152a/HCFC22、HFC134a的蒸汽压曲线和CFC12吻合得很好;HC290的蒸汽压高于CFC12,HC600a的蒸汽压则比CFC12低许多。CF3I的蒸汽压介于HC600a和CFC12之间,在冰箱名义工况下和CFC12的最大差距为20%左右。由蒸汽压看,CF3I比HC600a更适合作为CFC12的灌注式替代物;按照优势互补原则选择HC290和CF3I组成混合物,灌注式替代CFC12的效果可能会更好。
4CF3I作为冰箱制冷剂的循环性能分析
4.1冰箱名义工况
采用带回热的冰箱制冷循环模型,即用回热器来实现工质的过冷和过热,并设工质经过回热器换热后节流前的温度和压缩机的吸气温度相等,这一温度称为回热温度。
计算CF3I的循环性能所需的理想气体比热式[3为摘要:
（8）
式中T的单位为K,R为CF3I的气体常数,单位为J/(K·kg)。计算焓、熵的参考态为ASHRAE规定的-40℃的饱和液态,参考态上h=0kJ/kg,s=0kJ/(kg·K)。
在冰箱名义工况下,设压缩机的总效率为0.70,计算了几种工质的循环性能。混合工质的蒸发温度取为蒸发器进口和露点温度的平均值,冷凝温度取其冷凝压力下的泡露点平均值。计算结果见表1。表中MIX1、MIX2分别表示质量百分比85/15、75/25的HFC152a/HCFC22。
观察表1中各种工质的性能参数,在压力水平方面,除了HC600a、HC290外,现有的几种冰箱制冷剂的蒸发压力Pevap、冷凝压力Pcond和CFC12都很接近。CF3I的压力水平和CFC12有一定偏差,其Pevap略低于大气压,蒸发器为微负压,不利于系统运行。CF3I的压比和CFC12的最接近。压缩机排气温度方面,HC600a和HC290的tdisch较低。CF3I的tdisch较高,不利于压缩机的运行;但和MIX1、MIX2十分接近,表明目前的冰箱压缩机能够承受这样的温度。CF3I的单位容积制冷量qv比CFC12小20%左右,也比HFC134a、MIX1和MIX2小,HC290比CFC12高40%左右。CF3I的COP是最高的,比CFC12高3.4%,这是CF3I的优势,而HC290是最低的。通过以上的比较可以看出摘要:(1)CF3I的循环性能指标和CFC12相近,可以在对原有制冷系统稍作改动的基础上,作为CFC12的灌注式替代物;(2)HC290和CF3I在循环性能指标上具有互补性,若将两者组成混合物,在性能上可能更接近CFC12。
4.2变工况
变工况循环性能分析,一般包括COP、qv、tdisch、随冷凝温度、蒸发温度、回热温度的变化规律。相比之下,各性能指标随回热温度的变化规律比随蒸发温度、冷凝温度的变化规律更重要一些,这是因为冰箱的回热器一般在环境中[1,回热温度的变化幅度、频率要比蒸发温度、冷凝温度要大、要快。分析几种制冷剂循环性能指标随回热温度的变化规律,分析方法是固定蒸发温度、冷凝温度,变化回热温度,看性能指标的变化趋向。
结果如图2-图5所示。回热温度由0℃变化到50℃,几种工质的COP都降低,其中CF3I降低得最慢。在qv方面,HC290随回热温度的变化显著,其他工质的变化规律相似。随着回热温度的升高,CF3I的tdisch增加速度比其它工质快,这是不利于冰箱运行的。由于在计算中固定了蒸发温度、冷凝温度,所以对于纯质来说保持不变,而对于混合工质来说,有稍微地上升。由图还可以发现,CF3I和HC290的循环性能指标分布在CFC12的两侧。
CF3I各项性能指标随回热温度的变化所表现的规律和CFC12基本类似,数值幅度上的偏差也不太大。COP优于CFC12,tdisch较CFC12为高。总起来说,CF3I存在作为CFC12灌注式替代物的潜力。
5CF3I/HC290混合物作为冰箱制冷剂的循环性能分析
5.1冰箱名义工况
由以上分析可知,CF3I和HC290的循环性能具有互补性,下面具体分析不同配比下HC290/CF3I混合物的循环性能。
计算工况、压缩机总效率的选取同上。表2列出了循环性能计算结果。
由表1已经知道CF3I的Pevap、Pcond、q0、qv都比HC290的小,所以随着HC290在混合物中所占比例的增加,HC290/CF3I混合物的Pevap、Pcond、q0、qv都应该呈现增大的趋向,而∑、tdisch、COP应该减小,这种规律在表2中得到了很好的体现。
对比表2和表1,可以看到CF3I/HC290混合物在65/35、60/40、55/45、50/50四种摩尔百分配比下各个性能指标和CFC12吻合得很好。
5.2变工况
对上面所给4种配比下的CF3I/HC290混合物进行了循环性能参数随回热温度变化规律的计算。结果表明,混合物的循环性能和CFC12十分接近,从理论循环分析的角度看,是CFC12理想的灌注式替代物。
图2-图5中列出了摩尔百分比为65/35(质量百分比为89.2/10.8)的CF3I/HC290的计算结果,其它3种配比下CF3I/HC290混合物的性能也和之相近。
5.3可燃性分析
以上4种配比的CF3I/HC290混合物中,HC290的摩尔比例最大为50%,其相应的质量比例最大为18.4%。一般家用冰箱的制冷剂的充灌量为0.1kg左右[6,9,以本文提出的4种CF3I/HC290混合物作为冰箱制冷剂,HC290的最大充灌量仅为0.0184kg。文献[10指出,在密封性好的制冷系统中,只要碳氢化合物的充灌量小于0.15kg,那么系统就是平安的。因此,CF3I的摩尔组成在50%～65%范围的CF3I/HC290混合工质在应用中的平安性是可以得到保证的。
6结论
(1)求得了适用于CF3I的PT方程,此状态方程对于CF3I的热力学性质和循环性能计算具有较高的精度。
(2)通过对CF3I的蒸汽压曲线、冰箱名义工况、变工况的计算分析,发现CF3I的循环性能和CFC12相近。
(3)按照优势互补的原则,筛选提出了CF3I的摩尔组成在50%～65%范围的CF3I/HC290混合工质,其循环性能和CFC12十分接近,可作为CFC12的灌注式替代物。
参考文献
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关键词 ：研究生培养质量；创新人才培养；校企合作；培养模式
经过改革开放30多年的建设和社会进步，我国研究生教育取得长足发展。特别是近几年，研究生教育规模呈现出发展的高峰期。但是，我国研究生教育长期以来以单一学术性、科研型研究生培养为主导的模式，已远远不能满足当前的产业结构和就业结构。在经济日益增长的今天，研究生在科研高层次专门人才中的地位逐渐削弱，各行各业对不同类型高层次专门人才的需求变得多样化。高校沿袭的这种研究生培养模式已经越来越不能适应和满足社会对不同层次专门人才的需求。因此，研究生教育改革越来越迫切，特别是加强工科院校这类行业性强的院校的研究生培养，比如能源动力类研究生培养，更是迫在眉睫。
研究生教育是培养高层次人才的主要途径，是国家创新体系的重要组成部分，需要深化综合改革，创新人才培养模式，健全质量保障体系，促进研究生教育质量提升和内涵发展，为实现中国梦提供高端人才支撑。其中，加强课程建设是基础，我们须重视发挥课程教学在研究生培养中的作用。增强学术学位研究生课程内容前沿性，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体系，改革教学内容和方式，加强案例教学，探索不同形式的实践教学。
一、充分挖潜的研究生培养模式
为了更好地使研究生在学习阶段获得更加全面的训练，成为复合型人才，适应社会对高层次人才的要求，需要采用多方位交叉的形式，构建多种平台促进研究生对外交流。使他们得以不断提升自我，更加适应社会的需求。
1.理工学科充分交叉
交叉学科实质上指的是一个学科群，即交叉性的科学。“交叉”二字是对学科性质的形象化描述，实际上可以看做普遍联系的，每一个学科在整个连续认识过程中占一个具体的位置。发展交叉学科正是为了填补人类认识上的空白，使这个科学认识过程更加完善。我国的交叉学科研究始于1950 年代，而后蓬勃发展，并随着时代的进步日趋成熟。对于高等学校教育，交叉学科的发展有着重要的意义。交叉学科是培养高素质、高层次创新人才的摇篮。探索与发展交叉学科及其人才培养模式，对高等院校学科齐全、人才集聚、科研水平和教育质量提升，有能力承接重大的科研课题，易形成新的学科及学科群，具有重要意义。提高高校交叉学科教学和科研水平是促进交叉学科发展的直接动力。
能源与动力工程学科群主要研究能量的转换、传输和利用的理论、技术和设备，需要应用到动力工程、工程热物理、应用物理等多门学科的知识，具有很高的学科交叉特性。交叉学科的综合性、跨学科性及交融性要求交叉学科人才的知识结构应兼具整体性、层次性及应变性等多元特点。整体性或综合性知识有助于交叉学科研究者把其它学科的成果、方法引入自己的专业，从而将自身的专业知识和其它学科知识联系起来，产生新的见解，创造新的知识。层次性知识有利于交叉学科研究者正确组织各种学科知识之间的有机联系，并结合自己所从事的专业领域及选择的目标，处理好广博与精深的关系。交叉学科的应变性有助于交叉学科研究者不断自觉吸取新知识，进行知识的自我调节，不断调整自身的知识结构。
动力工程及工程热物理学科的研究生教育需要新的学科交叉，以加强研究生解决各类复杂问题的能力。而现有的研究生教育模式尚不能完全满足该要求，探索新的人才培养模式尤为重要。
本校数理学院应用物理专业与能源与机械工程学院一起，承担着动力工程及工程热物理一级学科下的可再生能源二级学科的研究生培养，为学科交叉打下了天然的基础。针对能源与动力学科和应用物理学科的特点，组建学科群，搭建各种跨学科的平台，整合师资队伍、仪器设备、科研场所和科技资料等，避免重复建设和浪费以及学科间的不良竞争，充分实现学科资源的优化配置。使各个学科的人力资源、物力资源、专业资源能够产生强大的合力，并以此为支撑探索培养创新型综合性人才。
2.充分利用校企两种资源
研究生教育要紧密围绕企业发展需求,学校对研究生实行双导师制,充分发挥校企双方导师在理论研究、生产实践方面的优势互补。企业实践基地可以为研究生提供非常广泛的选题内容,很多研究课题都是企业发展中面临的“急、重、难、新”问题。这为研究生提供大量前沿性、实用性、系统性的论文选题方向,使研究生科研创新能力的培养有了保证。企业研究生实践基地使接受校企两种资源的研究生的理论联系实际、技术创新能力得到很好的锻炼和提高。同时,研究生将在学校学到的新理论、新技术及时引入企业科研及生产实践中,可在一定程度上推动企业科研水平的提升。企业研究生实践基地所在企业也可以在培养过程中尽早发现人才、选择人才,避免了人才招聘的盲目性。校企合作是高校与企业在资源、技术、师资培养、岗位培训、学生就业、科研活动等方面的合作，利用学校与企业不同的教育资源和教育环境，培养适应市场经济发展、适合企业需要的应用型人才为目的的培养模式。利用学校与企业在人才培养方面各自的优势，把以课堂传授间接知识为主的教育环境，与直接获取实际经验与能力为主的生产现场环境有机结合起来，最终实现校企双赢的研究生培养模式。
本校和多家知名企业合作，经常组织研究生到电厂参观学习，更多的还包括导师承担企业横向课题。研究生到电厂现场进行实验，不但对企业生产过程、企业难题有了了解，并在解决这些问题时，与企业技术人员进行面对面的交流，有了更多不断学习和提高的机会。在企业实践基地参观学习，了解生产流程，有利于研究生更好了解电厂的具体参数和目前存在的问题，使他们在学生期间研究也更具有针对性和实际性，提高了学习的效率和主动性，避免了闭门造车。
同时，学校还聘请实践基地所在企业理论水平较高、实践经验丰富、具有高级专业技术职称的人员担任研究生导师,由学校颁发研究生导师聘书。企业导师主要负责研究生的学位论文选题、研究工作安排、现场学术指导、学位论文初审等。学校导师与企业导师密切合作,根据培养方案共同制定和实施培养计划,在研究生的实践环节、论文和实际工作等方面进行指导。
3.挖掘国内外两个资源
研究生教育是在本科教育基础上的专业化、个性化的创新教育。导师的学术水平和科研能力直接影响着学生,导师的人格魅力潜移默化地熏陶着学生。柔性引进高端师资，我院聘请了一大批国外的教授作为海外名师，指导学科发展、合作科研，指导研究生也作为其任务之一。他们为研究生做学术讲座、全程指导研究生论文等。校内配备副导师，实行双导师联合培养的模式。海外名师定期来我校进行讲座、面对面交流指导，同时，定期进行视频交流，研究生汇报，导师点评，还包括样品制备后送到国外研究机构进行测试等多种形式，充分挖掘国内外资源。
本校还十分注重对外交流，积极组织研究生对外交流，在学术切磋实践中提高自己。通过承办的上海市研究生学术论坛，搭建平台使研究生与外校专家、研究生交流，拓宽研究生的视野。组织并支持研究生积极参加全国性学术会议，训练他们阐述学术观点的能力。让研究生们听取校外专家、学者、研究生的学术演讲时，在对比中明白自己的不足，产生压力和动力。在国际工业博览会、高技术交易会等大型展览会上，也会组织研究生积极参与，研究生带着自己的学术成果，面对面和企业交流，大大增进了科学研究最终要为社会服务的意识。
二、研究生培养模式实施的成效
经过一系列探索形成的能源动力类研究生培养模式，立足于自身实际，大力推进学科交叉，充分利用校企两种资源，挖潜国内外资源，大力推动研究生多与学术界交流，逐步形成了具有特色的能源动力类研究生培养方式，取得了一系列成效。导师队伍学术水平不断提升，研究生培养基地不断完善，海外高端人才引智于研究生教育，大大提高了研究生的创新实践能力和综合素质。
研究生的主动性、创新性、实践能力获得了很大的提高。在上海市研究生创新创业训练计划中，每年有十个左右的研究生团队拿到项目，在全国大学生“挑战杯”、全国研究生数模大赛、全国大学生节能减排等国家级赛事及上海市各类赛事中，研究生成绩斐然。每年研究生发表sci、EI 收录的文章，发明专利申请和授权，蔚然成风，给学校研究生教育带了新的气象。更重要的是，就业竞争力大大提升，不少同学已经有了创业意向。在就业方面，研究生就业的平台更高，满意程度也在不断地提升。
高校肩负着向社会输送符合社会经济发展需要的高素质人才的重任，培养复合型、创新型人才逐步成为高等教育的发展必需。充分运用校内外资源，特别是行业企业的实践基地资源、具有丰富实践经验的工程技术人员的资源，以及柔性引进的海外高端人才，进行多学科交叉创新型人才的培养，可以作为一条经验。本文正是论述了笔者这些年的做法，总结出能源动力类研究生培养模式，构建理工学科交叉，充分利用校企两种资源，挖掘海外名师与国内知名专家的资源,注重研究生创新能力和综合素质的提高，希望对高校研究生培养有一定的借鉴意义。
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同学力申硕考试报考时间：凡进入“信息平台”的申请人，须在每年3月20日前通过“信息平台”申请参加考试的语种或学科、参加考试的地点。考生一般应在接受其硕士学位申请的学位授予单位所在省（自治区、直辖市）参加考试。如有特殊情况，需申请在工作单位所在地参加考试的，必须经接受其硕士学位申请的学位授予单位同意。
学位授予单位要认真核对考生的资格、报考语种或学科以及参加考试的地点等信息。发现不符的或有弄虚作假的要及时纠正或取消申请资格。
外国语水平和学科综合水平考试的报名信息的汇总、命题、考务及阅卷工作委托教育部学位与研究生教育发展中心（以下简称“学位中心”）组织实施，相关工作的具体安排由“学位中心”另行通知。各省、自治区、直辖市学位与研究生教育主管部门根据“学位中心”的统一安排，组织本地区的考务工作。
同等学力考试形式：同等学力申硕统考即全国统一组织的外国语水平考试和学科综合水平考试，于每年5月份举行。
同等学力考试科目：外国语水平考试的主要语种有：英语、俄语、法语、德语和日语。
门窗是影响建筑节能水平的重要组成部分之一，也是建筑围护结构节能、保温或隔热中的关键环节，其传热性能对于改善建筑室内环境，控制能耗至关重要，从而对其传热性能检测一直是研究热点之一。总体上门窗玻璃传热性能检测分节能现场检测和实验室测试两种。其中实验室检测作为玻璃质量监督监测的主要手段，我国1997年就制定了JC/T675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准[1]。目前玻璃传热性能实验室测试主要有稳态法和非稳态法。如金太权基于单向稳态热流法测石英玻璃导热系数[2]，并建立了实验测试系统；刘海增以红外灯为加热热源，基于傅立叶导热定律和牛顿冷却定律，测玻璃钢板导热系数[3]；周菁华则基于稳态法原理对节能玻璃导热系数的测试方法进行了研究[4]。近年来，随着各种新型玻璃的出现，比热容逐渐成为玻璃的重要性能指标之一，针对此非稳态平面热源法在玻璃热物性测试中得到了应用，其优点是测试时间短，对实验环境要求不高。本文对已有玻璃热物性实验室测试方法进行分析，并提出了改进思路。
1. 稳态法测试原理
稳态法分稳态护板法和稳态圆筒法等，针对玻璃的物理特征及应用特点此处特指稳态护板法（如图1所示）。稳态法原理上基于傅立叶定律，仅能获取材料导热系数。
图1 防护热板法原理图
由图1所示，主热板放置于两块被测试样中间，为了尽量保证主热板热流垂直穿过试样，其两侧分别设置一块与主热板保持相同温度的护热板，通常为了保证效果，护热板内往往设置与主热板加热丝相同功率的热丝。冷板是为了使试样端面维持均匀恒定的温度，可通过恒温水浴实现。理想情况下，主热板热量均匀恒定的向两侧试样流出，则被测试样的导热系数可用下式获得：
d = （1）
式中：Q为主加热板释放的热量，J；A为主加热板加热面积，m2；T1=T2-T1，和T2= T3-T4分别是主加热板与上冷板与下冷板间的温差。
由测试原理可以看出，稳态法测试时间较长，且对实验环境有较高要求，但其原理简单，JC/T675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准即基于稳态法测试原理。
2. 非稳态法测试原理
针对稳态法测试时间长，对实验环境要求高的缺点，近年来非稳态法在材料热物性测试中得到了广泛应用看，其中适用于玻璃热物性测试的有非稳态平面热源法、非稳态热带法、非稳态热线法等。
2.1 非稳态平面热源法
与传统的稳态法原理上只能测玻璃导热系数相比，可实现导热系数、热扩散率的同时测定，其原理结构如图2所示。
图2 物理模型
设平面热源热流只在竖直方向（x方向）上传递，且其热流强度Q恒定，则试样内的温度变化分别可归结为如下定解问题[5]：
（2）
式中：j为试样密度，Cp为定压比热容，d为导热系数，而热扩散率Z=d/（jCp）。
在上述定解问题的基础上衍生了快速测量法（恒流法）和脉冲法，其中快速测量法适用于导热系数较大的材料热物性测量，而脉冲法适用于导热性能差的绝热保温材料等[5]。根据门窗玻璃的热物性参数参考范围，应适用于脉冲法。对式（2）作拉氏变换进行求解，可得：x=0处，如有强度为q的热源从零时刻开始加热，加热时间t后，试样任意位置x处的温升为：
= B（y） （3）
2.2 非稳态热线法
设在固体介质中放置一根细长线状热源，其热能仅能在热线径向传递，将构成一个无限长圆柱导热模型。当热线以恒定热流持续加热时，如已知热线上通过的电流 及其电阻 ，其单位长度发热量 ，W/m。
在加热功率恒定的情况下，热线上的温升 值随时间 的变化曲线呈近似线性[6]，直线的斜率为k=q/（4id） ，据此可以得到被测试样的导热系数 d
式（4）即交叉热线法测导热系数的理论公式。
利用热线上的温升数据结合交叉热线法测得松散煤体导热系数 ，同时测得距热线r距离处的温升得到
式中
B（y）=-2y dy1 （4）
y2= （5）
加热片发热强度可用下式计算：
q=（I2R-m0Cp0） （6）
从热源加热开始计时，至t1时刻断电停止，热量仍继续向冷面传播，同时热面温度下降，至时刻t2，导热系数 可用下式计算：
= （7）
式（10）中包含有无穷级数，参照文献[1]提供的煤样热物性数据，经实验，该级数取前5项即可满足精度要求，即有
（y） = （ （r， _-2 ）/q =- -lnp- （11）
式（11）为超越方程，传统方法是无法求解的，只能通过如对分法等近似数值解法编程求解，从而对于某一特定时刻 可求得对应的热扩散率a 值，对应若干个时刻将计算得一组 a值，取加权平均作为最终热扩散率的测试值。这里需要注意的是，为了防止煤样受到热震损伤，实验过程中试样各处的温升最好不要超过10℃/min。
求得热扩散a 后，试样的比热容Cp根据下式算得：
Cp= /（ a） （12）
2.3 非稳态热带法
热带法原理与热线法类似，区别在于热带法用窄薄的金属带（热带）代替热线。测试时待测材料中夹持薄金属带，从某时刻起金属带被以定功率加热，同时记录热带的温度响应，并绘制曲线，根据被测材料热物理参数与温度变化间关系的理论公式，可测得其导热系数和热扩散率。热带的温度变化可以通过测量热带电阻的变化来获得，也可以通过在热带表面上焊接热电偶来直接测量。
最常用的热带材质是纯铂，其它已知电阻温度系数的性能稳定的金属也可以，热带典型的长度为100mm-200mm，宽度为3mm-5mm，厚度为10um或更小。
热带法温度响应的理论公式或模型如下
T（t）={ erf（ -1）-[1-exp（- -2）]-Ei（- -2）} （13）
式中： = ， wh--热带宽度；erf（z）--误差函数；q--热带每单位长度的加热热流。
当加热一定时间，即 >>wh 时，可得简化公式
T（t）= [lnt+ln ] （14）
对于热电阻式的热带法，温度响应是通过测量热带上的电压变化来获得
U（t）= [lnt+ln ] （15）
如果画出温升 T（t）或电压U（t） 随对数时间的变化曲线，曲线呈线性变化趋势，直线的斜率为m= ，截距为n=mln ，根此可以得到被测试样的热导率 和热扩散率
= a=exp（） （16）
由式可见，热扩散率的测量精度比热线法要好，因为wh 的数值（1mm-10mm）比热线的半径大的多，可保证热扩散率值达到满意的精度。
3. 存在的问题
综前所述，门窗玻璃作为典型固体材料，适用的测试方法较多，稳态法及非稳态法均在玻璃热物性测试中得到了应用。目前针对玻璃热物性测试的主要有稳态法和非稳态平面热源法，实际使用过程中均存在一定的优缺点。
3.1 稳态法
稳态法具有原理简单、易于实现等优点，在固体材料热物性测试得到了广泛应用，玻璃导热系数测试国家标准就是基于此撰写的。但稳态法测试时间长且对实验环境要求较高，例如要求保证试件侧向绝热条件，否则将直接影响测试精度。如图3所示为试件侧向绝热与不绝热条件下的温度场变化情况。由图可以看出，侧向绝热条件对玻璃内的温度变化影响是明星的，如图（a）和（b）所示，分别为侧向不绝热和绝热情况下，底部用50w/m的平面热源加热时玻璃内的稳态温度场分布，可以看出区别明显。侧向不绝热时，玻璃侧向存在热传递过程，温度场受侧向热流影响明显。而侧向绝热时，面热源加热热流只在垂直方向传递，温度场均匀。由此可见，基于稳态法原理测玻璃导热系数时，侧向绝热条件直接影响测试精度。
（a） 侧向不绝热时玻璃内的温度场分布
（b） 侧向绝热时玻璃内的温度场分布
图3 侧向绝热条件对玻璃内温度场分布影响情况
除了对实验条件要求较高外，原理上稳态法也仅能测玻璃导热系数，可测参数单一，从而一定程度上限值了其推广。
3.2 非稳态平面热源法
针对稳态法存在的问题，近年来非稳态平面热源法在玻璃热物性测试中得到应用，如图4所示为某公司基于脉冲法和恒流法原理设计生产的热物性测试仪，适用于玻璃等固体材料，测试时间短且效率高。
图4 非稳态平面热源法热物性测试系统
平面热源法原理公式假设设面热源与被测试样间接触良好，也即不存在接触热阻，而实际上热源与被测试样间是存在接触热阻的，且对面热源及试件内的温度场变化影响明显。如图5所示为面热源加热条件下，考虑接触热阻与不考虑接触热阻时，面热源与试件内（导热系数 为0.7695）的温度变化情况。面热源加热功率50w/m，参照有关资料接触热阻设定为0.01k*m2/W，初始温度293K。
（a） 考虑接触热阻影响玻璃及热源温度场
（b） 不考虑接触热阻影响玻璃及热源温度场
图5 侧向绝热条件对玻璃内温度场分布影响情况
如图6所示为面热源温升对比曲线图。
图6 面热源温升对比曲线图
由图5可以看出，接触热阻对面热源温升及玻璃内温度场影响明显，同样加热条件下，热源温升相差近10℃，从而对热物性参数测试精度的影响是不可忽视的。
4. 发展趋势
随着计算机技术的不断发展，物理参数自动测试、处理进而得到被测材料的热物性参数已成为现实，材料热物性测试精度更多取决于原理模型、实验条件、基本参数测试精度。针对门窗玻璃热物性测试需求，稳态法在原理上仅能获取导热系数，已无法适应现代门窗玻璃质量监督检验要求，能够同时测玻璃导热系数、热扩散率的非稳态法将成为发展趋势。而随着建筑节能技术的发展，对门窗玻璃的热物性测试精度必然提出更高的要求。完善原理模型、提高参数测试精度和寻求新的测试技术将是进一步提高玻璃热物性参数测算精度的可行手段：
1）研究试件与加热热源间的接触热阻问题。如前所述，试件与热源间客观存在接触热阻，无论是热线法、平面热源法，接触热阻的存在均会对热物性参数测试精度带来影响。对试件与热源间的接触热阻问题进行研究，并在测试原理模型中有效表征是提高热物性参数测试精度的有效途径。
2）寻求更适合的测试方法。如前所述，目前应用于玻璃热物性测试的稳态法与非稳态平面热源法，受原理模型及热源温度均匀度影响，测试精度不高。热线法由于受加热丝直径影响较大，同时测温热电偶布置不便，应用受到一定限制，解决极细热丝与测温传感器连接问题，将可能应用于玻璃热物性测试。近年来，热带法在材料热物性测试中得到广泛应用。热带法使用范围广泛，不仅可测液体、松散材料、多孔介质及非金属固体材料，还可用于金属热物性测试。且与线状（圆柱状）热源相比，薄带状热源更易与被测材料保持良好的接触状态。而与平面热源法相比，热带夹持在被测试件中间，受侧向热流的影响较小，实验条件较易控制。故热带法更适于测固体材料导热系数，同时热扩散率的测量结果也较为准确。设计适用于玻璃热物性测试的热带法装置，将是可行的研究方向之一。
致谢：本文受安徽省教育厅自然科学基金项目（KJ2012B064）与安徽省质量监督局科技计划项目资助。
参考文献：
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中图分类号：TU832文献标识码： A
一、引言
根据不可逆过程热力学，换热器的不可逆性用熵产率来度量。前人普遍认为换热器的总熵产率包括两个部分，一部分是冷、热流体间有限温差传热产生的熵产率，另一部分是粘性流体有摩阻流动产生的熵产率。熵产率最小对应于换热设备最优，这一优化准则被称为换热过程（设备）优化的最小熵产原理，也被称为热力学优化。
二、换热器散热场
针对以导热或对流方式冷却电子器件的散热通道网络，给出了散热通道网络的等效热阻和等效流阻的定义，并把它们作为散热通道网络导热和流动不可逆性的度量。以等效热阻或等效流阻最小为目标优化了散热通道网络的结构参数。以下是网络优化常用数学模型：
多股流温差场均匀性因子为：
该多股流换热器温差场均匀性因子，考虑多股流温差性造成的均匀性因子与换热性能的不统一性，而将冷热流体间的不同温度采用了无量纲温差。通过对多股流换热器温差场均匀性因子的温度无量纲形式，使得冷热流体间的温差都处于0~1的范围内。该因子能够有效地反映热交换流体沿程(换热器纵向)的温度均匀分布特性，而不会将不同组(换热器横向)温差不均匀造成的影响误差引入，更能较为有效的反映多股流换热器的热交换性能。
三、散热网络优化
针对网络多流的换热器综合与优化，在两股流网络换热器综合与优化的概念中，本文提出了多股流网络换热器优化与综合的方案，这种方法可以直接使用常规的两股流换热器网络综合及优化的理论成果。具体研究方案为：
四、多股流优化方案
获得整体网络初始优化构型，再依据合并法则将多个两股流换热器进行有机组合成换热器的多股流，得到换热器多股流的伊始出入口温差和其它相关匹配数据。换热器的多股流形成以后，从多股流换热器的绝对优选设计着手，利用多股流换热器温差场的均匀性因子作为评价主要目标和指标函数，在特定数据的优化多股流换热器条件下，得到多股流换热器本身的最佳流体结构和并行通道排组列方式。
多股流换热器的设计方案多是在某一局部的工况下进行的，并且采用入口参数在其柔性变化范围内不会对多股流换热器性能产生影响。在换热器多股流优化网络中，可加入多股流换热器的柔性方案，将换热器多股流的进口区间处进行优化变量约束，即在寻求多股流换热器的最佳进口温度的柔性区间范围内。以上概述相应的推导过程：
对平均配置冷却流体的网络流动通道规定它的流阻等效为网络流动通道的耗散率粘性除以流量总体积的二次方。以流阻等效最小值做为网络流动通道的优化方向，讨论了其对影响最优网络流动通道结构的三个因素，第一因素是结构维数（又分为一维、二维和三维），第二因素是通道直径分布（可以是不规则或规则），以及第三因素的几何限制因素（散热表面积一定或两者均一定、散热通道总体积一定）。可以总结三个因素的影响为：随节点数目的增长，流阻等效最小的网络结构通道会向单维（几字形）向二维（并行通道）、进而向多维（多分道）转变。
在平均配置的前提下，散热率均分可表示为：即将打造某一通道网络采取耗费某种限制的“源泉”，则最先的通道网络则会使单位“源”所发出的散热率在整个网络通道上呈现均匀。
五、方案的实例应用
针对发动机内舱散热场区域，如发动机本身、车轮内径、车身内柱、变速箱传动面等表面形状十分复杂，采用平均配置结构化并行生成网络流动通道；对于发动机舱外部网络流动通道，以及在车体表面附近的网络流动通道计算区域，也可采用多股流优化生成流场网格；同时，在距离汽车较远的流场计算区域，采用结构化多股流。因此，对于整个流场计算区域，生成了结构化、多股流优化等组成的网格，全流场流体单元网络得到有效整合。
多股流换热器也可应用于低温情况，但是低温纵向温度呈现与热负荷分布情况具有其独特性，这也是因为换热器中多元并行工做介质组分及系统运行高低压等热力学因素、多股流换热器本身换热性能以及混合工质沿程不均匀的相变传热特性共同决定的。需要注意多股流作用下的特殊条件，其他的均相同即可。
五、结论
在网络换热器两股流基础上，对优化网络换热器多股流的综合方案可以直接采用还算捷径的常规网络流换热器两股优化与综合的技术，在换热器多股流的引导下，较为方便的简化网络优化资源配置。
六、参考文献
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中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
引 言：早在1942年，Gauler就曾提出热管技术原理。热管是用综合液体蒸发、冷凝和毛细管现象设计的。热管理论是在1965年有Cotter首次提出较完整的理论的。热管的结构主要有外壳、吸液芯和工作液组成。本文对热管技术在通风空调工程节能应用中出现的一般性问题进行较系统的分析,为实际工程应用和设计提供参考。
1、通风空调的能流特征
采用集中式空调的建筑物，为了保证室内空气品质,要进行适当的新风置换，小型建筑物主要通过门、窗自然排出、渗入,而大型建筑物往往设集中排风、新风系统。建筑物通风空调废热(冷)具有以下特点:(1) 排出的空气状态参数接近室内空气的温、湿度，对于大型建筑物，排出的废热(冷)相当于总负荷的30% ~40%。(2) 排风中的废热(冷)与新风处理所需能源品位比较接近。(3) 排风中的废热(冷)与新风处理能源需求在时间上完全同步,如果通过热交换方式回收排风中的废热(冷)则无须增设复杂的蓄热装置。
2 热管技术在通风空调节能中的应用
2.1 热管技术在通风空调节能中的优势
热管换热器与其他形式的换热器相比，用于通风空调能源回收的热管属于常温热管，具备以下优势: （1）传热效率高。热管换热器主要通过工质相变传热,具有很高的轴向传热能力,在小温差传热方面具有很强的适应性。但径向传热并无太大的改善,应重点考虑径向传热强化。（2）环境适应性强。热管换热设备的冷凝、蒸发段的结构设计和空间布置非常灵活,特别适应空间狭小和改造工程等情况下的排风废热(冷)回收。（3） 管壁温度具有可调性。可独立改变蒸发段或冷凝段的传热面积,达到独立改变蒸发段和冷凝段热流密度的目的。（4） 属于二次间壁换热。可以避免新风与回、排风的交叉污染,因此特别适合工厂、医院等特殊场合下排风热(冷)回收。（5）管壁温度具有可调性。可独立改变蒸发段或冷凝段的传热面积,达到独立改变蒸发段和冷凝段热流密度的目的。
2.2 热管技术在通风空调节能中的应用
2.2.1 房间空调的换气热(冷)回收
房间空调器在潮湿地区使用时,会因除湿能力不足而不能很好地形成舒适的室内环境。热管-空调器系统的整体性能受旁通风量比例、新风、回风、送风参数等运行条件的影响较大,系统优化设计和优化运行很重要[12]。另外,由于增加了热管换热器,气流阻力有所增加,需要适当增加空调器风机压头。设备造价、总体尺寸都有所加大。
2.2.2 集中排风废热(冷)回收
公共建筑规模大,同时由于人员密度大或者生产工艺要求,换气次数大,例如医院洁净手术室要求换气次数40次/h以上,因而集中排风废热(冷)回收潜力很大。通过分离式热管换热器,利用空调系统排风热(冷)能量预处理新风,新风比按30%计算,可使空调系统节能7%以上。随着排风与新风温差的增大和新风比的增大,节能效果更加显著,实验表明冷、热气流温差只要超过3e即可回收能量。据此,上海、南京等长江中下游地区夏季排风废冷能量回收的时间可达1 500 h以上, 3 a内可收回设备造价。平翅片、百叶式翅片比锥形翅片、针形翅片换热效果好,而且压力损失小,主要原因是平翅片、百叶式翅片与管壁接触更充分,而锥形翅片、针形翅片导致气流扰动增强。风道风速为0. 5 m/s时,采用一排平翅片或百叶式翅片热管,热交换效率可达40%,二排可接近70%,之后随着热管排数增加,热交换效率提高的趋势渐缓,压力损失明显增大。热管单元交错排列与矩形排列比较,热交换效率略有提高,但压力损失显著提高。
3 热管技术在工程中的应用
3.1传统形式热管
传统形式热管换热器中的热管的热传递存在着一系列制约因素,主要有毛细力极限、声速极限、携带极限、沸腾极限等,并与热管结构、工作介质、吸液芯结构、工作温度等有关[3]。毛细力极限是最有普遍意义的制约因素,对于适当数量网目的吸液芯,增加层数,可以提高热管的传热能力和毛细力极限,但是,增加到一定层数时,由于通道减少,传热能力有可能受声速极限的制约而下降[13]。另外,传统热管生产工艺复杂,成本较高。
3.2 分离式热虹吸管
分离式热虹吸管由于蒸气与液体分道流动,故不存在携带极限,限制其传热能力的因素主要有干涸极限、声速极限和冷凝极限。实际上,它是一个气液自然循环系统,循环动力是下降管系统与上升管系统中工作介质压力差,因此,只有当冷凝段和蒸发段达到一个最小高度差,足以克服各段循环阻力,这时蒸发段出口截面含气率为1,工质循环倍率为1,即认为达到最佳工作点。
3.3 热虹吸管
热虹吸管没有吸液芯,冷凝液在重力作用下回流,传热极限主要有携带极限、干涸极限和沸腾极限。影响热虹吸管传热性能的因素有热虹吸管几何尺寸、放置倾角、充液量、工质的热物理性质和工作温度等,其中充液量和倾角影响最大。关于充液量,Imura[14]得到的结果是最佳充液量为热虹吸管总容积的1/5~1/3, Harada[15]等提出充液量为热虹吸管总容积的25% ~30%为宜,还有人[16]得到的最佳充液量为热虹吸管总容积的18% ~20%。
3.4 热管工质的选择
热管依靠工质的相变来传递热量,工质选择一般考虑以下原则:
（1）工作液体与壳体、吸液芯材料应相容,且应具有良好的热稳定性。
（2） 工作液体应适应热管的工作温度区,并有适当的饱和蒸气压。
（3）工作液体应具有良好的综合热物理性质要求液体的输运因子、热导因子较高,还要考虑液体在工作温度下的过热度。
（4）其他原则包括经济性、毒性、环境污染等。
结 语：
热管换热技术应用于通风空调能源回收,结构形式建议首选热虹吸管或者分离式热虹吸管,工质建议选用甲醇、丙酮,充液率等问题有待系统和深入研究,其经济性也有待更多的实际工程检验。由于通风空调工况条件与工业节能应用有很大差异,在设计和应用上不能简单套用工业节能应用的方法和理论体系。热管传热机理复杂,由于实验模型、试验条件、分析方法等的差异,不同研究者得出的一些具体结果差异较大,其一般性意义有待检验。
参考文献:
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1．引言
换热器作为一种各工业领域广泛使用的设备，它的研究倍受重视。目前关于换热器的研究大致有两个方向，一是研究换热器传热强化，主要目的是提高换热器流体和固壁间的对流换热系数，进而提高换热器的效能。二是从可用能的角度研究换热器的热力学优化，包括换热器的熵产分析、火用效率分析等，从使换热过程不可逆性最小的角度来优化换热器。其中过增元提出的换热器温差场均匀性原则，一方面可以指导新的提高换热器效能的方法，另一方面也可以对换热器热力学优化做分析。本文是从温差场均匀性原则出发，将其应用于逆流换热器的优化过程，并对各种优化方法进行分析比较。
2．换热器温差场均匀性原则
过增元在1992年《热流体学》[1]一书中定义了温差场不均匀因子，应用于顺流、逆流和叉流换热器，发现在相同的传热单元数NTU、热容量比W和流体进口温度的条件下，逆流换热器温差场最均匀，效能也最高，熵产也最小。进而在1996[2]年定义温差场均匀性因子，提出了换热器热性能的温差场均匀性原则：在NTU和W一定时，换热器的温差场越均匀，其效能越高。并采用数值方法对13种换热器的温差场和效能进行了分析，验证此原则的正确性。通过熵产分析指出此原则是以热力学第二定律为理论依据的。同时针对叉流换热器，提出了分配换热面积来改善换热器性能的新方法。过先生又在2002[3]年给出了简单顺流、逆流、叉流换热器温差场均匀性因子的解析表达式，同时通过实验的方法对此原则进行了验证，针对多流程叉流换热器，举例说明用改变管路连接的方法来改变温差场均匀因子，进而改变换热器的效能。在2003[4]年提出基于温差场均匀的场协同原则，同时将此原则应用于多股流换热器中，提出换热器传热性能的高低取决于冷热流体温度场的协同程度，而不是流动方式。
从上述温差场均匀性原则的提出、验证和发展历程来看，这一理论已经比较成熟，也是从传热物理机制方面优化换热器的新探索，可以利用它比较实际换热器的换热性能。很多换热器大都是复合型流动方式的换热器，基本上没有解析表达式；尤其对于叉流换热器，应用此原则，可以在NTU和W给定时，改变传热面积的分布或是管路连接方式，来改变换热器的效能。温差场均匀性原则前提条件是NTU和W值恒定。对于换热方式（逆流）已定的换热器，在W和NTU变化时，应该如何应用此原则是本文讨论的主要内容。
3．温差场均匀性原则在逆流换热器热力学优化中的应用
过先生[3]将温差场均匀性原则用于指导叉流换热器的优化，并对优化效果进行了分析验证。温差场均匀性原则，是从研究对流换热的物理机制出发[5]，用于指导各种形式换热器的优化。本文目的就是应用这一原则来指导逆流换热器优化方法的选择。
3.1逆流换热器已有热力学优化方法比较分析
以目标函数区分的优化方法大概有两类：一是传热过程熵产分析，二是定义火用效率分析。
关于熵产，徐志明、杨善让[6]等人定义熵产生数Ns：单位换热量的熵产。以Ns最小为目标，通过泛函求极值求得换热器温度和热流的最优分布，得到结论：使W略大于1实现最优参数分布。他们从温度分布的角度来优化换热器，提供了一种从换热内部的细节研究问题的思路。能大曦[7]等人在分析换热器的熵产时得到了类似的结论：在W为1时，换热器的Ns最小。同时指出徐志明等人研究得到的W略大于1的结论，是因为他们定义的NTU与常规的定义不同。综合分析前二者可以得到：当NTU一定W变化时，使W为1，换热器性能最佳。对于逆流换热器，W为1就意味着温差场均匀，符合温差场均匀的原则。当W不变NTU变化时，对于Ns的变化，能大曦[7]等人的研究得到：对于逆流换热器，W不变，随着NTU的变化，Ns单调减小。
关于火用效率分析，徐志明、杨善让[8]等人，给出考虑阻力的火用效率取极大值的方法。通过定义火用效率：
分析火用效率随NTU和W的变化，下图是他们分析的结果。从上述结果看出：对于逆流换热器，W不变，NTU较大时，随着NTU的变化，η会越来越低，NTU不变，W变化时，η在W近似为1时取得最大。
比较熵产和火用效率两种方法的结论可以得到，NTU不变，W变化时，二者结论基本一致。而对于W不变，NTU变化的情况，随着W增大，Ns单调减小，而也降低了。两种方法出现了矛盾。下面通过温差场均匀性原则对两种方法比较选择。
3.2逆流换热器熵产和温差场均匀性分析
3.2.1逆流换热器W变化时，看换热器的效能、Ns、温差不均匀因子变化规律。
分析中采用文献中已有的表达式：
(a)换热器的效能[8]：
(b)换热器的熵产[7]：
(c)熵产生数[7]：
其中：。
的解析表达式见文献[7]，换热器的表达式见[3]，图1给出W从0.1变到0.9时，、以及变化结果。其中
由图中得到：随着热容量比接近于1，换热器温差场均匀性因子增加了，熵产减小了。同时结合徐志明[8]等人分析火用效率的结论，综合得到：在NTU不变，W越接近于1，换热器温差场均匀性因子越大，熵产生数越小，火用效率越高。即熵产分析和火用分析均符合温差场均匀性原则。另外从图中看出效能随着温差场的均匀而降低了，用效能来评价换热器性能和热力学分析结论出现了矛盾。当NTU一定，如果要求不同的W得到相同的换热量的话，那么W小的流体，热侧流体的流量很大，保证如此高的流量也要有代价，同时由于流量大，通过换热器时阻力损失也大，与之相对应的火用损失也大，火用效率[7]降低了。因此同时得到单纯用效能来评价换热器是不可靠的结论。
3.2.2W一定，NTU变化时，温差场均匀性因子、熵产生数以及效能的变化。为便于和火用效率[7]分析的结果作对比，取热容量比：
得到结果如下：
图2Ns－NTUφ-NTU和ε-NTU曲线
由上图可见，当W不变时，随着NTU的增加，Ns变小了，效能增加了，但温差场变得不均匀了。结合徐志明[8]的结论，火用效率变小。发现此时火用效率判据符合温差场的均匀性原则，而熵产分析却和原则相反了。Bejan[10]曾把逆流换热器传热过程的熵产分为不平衡流动即热容量不匹配的熵产和由于传热面积有限引起的熵产。能大曦[7]等人对两部分熵产比较得到：两部分的熵产随NTU的变化，趋势是相反的。由于换热面积有限引起的熵产随NTU增加而减小，由于不平衡流动的熵产随NTU增加而增大。对于逆流换热器，温差场均匀与否只取决于W是否为1。不难理解只有由热容量不匹配引起的熵产变化趋势能用温差场均匀性原则来解释。换句话说，熵产生数来做判据包含了换热的物理机制之外的部分，在对换热器做优化时，应怎样用它还有待进一步的分析。从这个角度考虑，基于换热的物理机制建议选择火用效率作为换热器热力学优化的判据。
4．结论
（1）针对逆流换热器，比较已有优化方法，发现熵产分析和火用效率分析在W一定，NTU变化时得到的结论出现了矛盾。
（2）应用温差场均匀性原则，对比温差场均匀性程度变化的趋势和熵产生数、火用效率的变化趋势，得到火用效率和温差场均匀程度变化趋势相协调，选用火用效率来做优化更能反映换热的物理机制。因此建议用火用效率来优化换热器。
参考文献
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如何加强地源热泵系统换热器的换热性能已成为地源热泵系统大面积推广的瓶颈。本文主要对前人关于垂直U型地埋管闭式地源热泵系统的埋管换热器的换热性能的研究进行整理和总结。
一、系统运行模式对U型管换热性能的影响
地源热泵系统在适应不同场合的供冷、采暖需求时有全天连续运行、昼开夜停间歇运行、全天不连续运行等模式，不同的运行模式下其埋管的换热效率是不尽相同的。Stevens以有限差分模型为基础分析了不同运行条件下地埋管内流体和周围土壤的换热性能，结果发现，间歇运行时流体和周围土壤的换热性能高于连续运行时。于红海在建立了钻孔内二维、准三维传热模型的同时，又引入了脉冲热流对连续运行和间歇运行时的温度响应，建立了埋管换热器的较为完善的模型，对60m深U型埋管换热器地源热泵进行了夏季运行的实验测试。结果表明，在最佳流速0.42m/s时，由于连续运行时管内介质与周围土壤交换的热量来不及向周围扩散而影响了进一步的传热而使得全天连续运行时单位孔深换热量与系统制冷系数随运行时间的延长而减少，且昼开夜停运行模式易于保证地温的恢复，使对提高单位孔深换热量更加有利。
二、热短路现象对埋管换热性能的影响
由于埋管空间的限制和进出水间存在温差，相距较近的管群之间直接或通过土壤间接发生热量传递，造成埋管换热器制冷工况下出水温度升高，或制热工况下出水温度降低，进而使得系统的制冷量或制热量减少，效率下降。
潘彦凯通过在GAMBIT中建立地埋管换热器模型并对模型中的线、面进行结构化和非结构化的网格划分，以细长圆柱体为模型对不同井深垂直埋管的换热性能进行检测并与模型进行比对后发现，井深越深，流速越小，U型埋管支管间的热短路现象越严重，而与进口水温和管径大小无关；且双U型管的热短路现象比单U型管更为严重。同时，在出水管处铺设聚氨酯泡沫塑料等保温材料对减弱热短路的影响也是有利的。
三、埋管深度对埋管换热性能的影响
由于地下深层土壤温度受地面环境影响较小，当深度增加到一定程度时，土壤温度便不再增加，而此时埋管与土壤间的温差也逐渐减小，进而使得埋管和土壤的换热性能下降。
吴玉庭以经典的圆柱源理论为基础，采用GAMBIT软件建立了地源热泵垂直U型管地埋管的三维全尺寸数值模型，对U型管在冬夏不同工况下运行时的传热性能进行了研究。结果表明，在冬季工况2℃进口水温的工况下，低流速时，随着埋管深度的增加，管内水和周围土壤进行更加充分的换热，单位井深换热量也随之增加；但随着水温的上升，水和土壤的温差逐渐减小，致使单位井深换热量也减小。因此，埋管深度对单位井深换热量的影响随着流速的降低而逐渐加大。
四、进口水温对埋管换热性能的影响
制冷工况下，水与土壤的传热温差随进口水温的升高而增大，进而导致换热量的增大，但出口水温随之增加，机组制冷效率下降。
陈旭等基于地下埋管换热器的热渗耦合传热模型，对地源热泵在制冷工况下的运行特性进行了数值模拟，通过对模拟计算结果进行单因素敏感性分析及回归分析，并用SPSS软件进行统计分析，得到了单U型地埋管换热器夏季工况单位井深换热量与岩土热物性、地下水渗流速度、埋管深度、管内流体流量、进口温度、运行模式等的关系。结果表示，各参数中，对单位井深换热量影响最大的是进口水温，其次是地下水流速、岩土导热系数、埋管深度、日运行时间、管内流量。就地埋管的进水温度而言，在每天运行8小时，总共运行10天的试验中，进口水温每升高1℃，单位井深换热量便增加2.358W/m。而在冬季采暖工况下，降低进口水温，将有助于增加水与土壤的有效传热温差，使水获得更大的吸热量，进而增加单位管长换热量。如何合理地控制进水温度对于提高地埋管热泵系统的效率至关重要。
五、土壤导热系数对埋管换热性能的影响
目前，土壤导热系数主要由现场热响应实验测试法【12】来测试。於仲义【13】通过测定致密黏土、致密砂土、砂岩这三种土壤结构在相同条件下与地埋管换热器换热的能效系数得出结论，土壤的导热能力高时有助于强化地埋管内流体与周围土壤间的热量传递。
高青等人利用有限元热分析平台，建立了二维瞬态有限元模型，对地下非稳态传热过程进行分析，对比了采用现场热响应实验测试法测试土壤导热系数时的各影响因子。实验表明，当试验时间足够长时，土壤的传热系数将不再波动而趋于稳定；当土壤初温增加时，其导热系数几乎呈直线上升；作为对测试结果影响较大的因素，管间距每增加0.002m，土壤导热系数便降低0.115W/（m*℃）。
目前国内外关于地源热泵埋管换热器的研究通常都是基于圆柱源模型的理论，并未综合考虑各因素的影响，存在一定的局限性，且大多的研究都是以单井为单位，未考虑井群间各井换热对整个系统换热的干扰和影响。同时，冬夏季工况下运行时热量的不平衡、初投入过大、地理位置等的限制、研究与实际应用脱节等现实问题使得我国的地源热泵技术尚未大面积地推广和应用。在能源日益短缺的今天，加强地源热泵系统的研究是建设节约型社会的必要途径。
参考文献：
[1]王景刚，马一太，张子平，等.地源热泵的运行特性模拟研究[J].工程热物理学报，2003，
[2]于红海.地源热泵垂直U型埋管换热器不同运行模式的性能模拟及实验研究[D].上海：东华大学硕士论文，2008.
作者简介：
随着机电产品使用时间的增加，通电时间越长必然导致集成芯片发热量增大，其散热问题是一个必须要考虑的问题。如果热量不能以合适的方式及时的散出去，必将影响机电产品的功能。光碟机就是一个比较典型的机电产品，其散热问题的考虑是一个很经典的设计。ANSYS是目前应用比较广泛的有限元分析软件，具有强大的有限元分析功能和人性化的人机交互界面，使用该软件，能够有效地降低分析成本，缩短设计时间[1]。本文通过对这一问题的分析研究，对光碟机的热分析问题进行了深入的分析，采取了合情合理的散热方式，采用有限元分析软件ANSYS9.0对散热垫的散热状况进行散热模拟，并对分析结果进行对比。
1 散热理论
热分析是基于能量守恒原理的热平衡方程[2]：
1．1辐射
辐射是指机体以发射红外线方式来散热，物体发射能量并被其他物体吸收转化为热量能量交换[2]。当皮肤温高于环境温度时，机体的热量以辐射方式散失。辐射散热量与皮肤温、环境温度和机体有效辐射面积等因素有关。在一般情况下，辐射散热量占总散热量的40%。当然，如果环境温度高于皮肤温，机体就会吸收辐射热。
1．2传导
传导就是机体通过传递分子动能的方式散发热量，几个完全接触的物体之间或同一物体不同部分之间由于温度梯度而引起的热量交换[2]。当人体与比皮肤温低的物体（如衣服、床、椅等）直接接触时，热量自身体传给这些物体。临床上，用冰帽、冰袋冷敷等方法给高热病人降温，就是利用这个原理，CPU上的平板式散热片[3]也是利用了传导的原理。
1．3对流
对流就是空气的流动，这是以空气分子为介质的一种散热方式，物体表面与周围环境之间，由于温度差而引起的热量交换[2]。与身体最接近的一层空气被体温加热而上升，周围较冷的空气随之流入。这样，空气不断地对流体热就不断地向空气中散发。对流散热量的大小，取决于皮肤温与环境温度之差和风速。
1．4蒸发
液体汽化需要热量，自人体表面每蒸发1ml水，可带走2.32/kJ热量。当气温高于皮温时，其他几种散热方式都失去作用，蒸发便成为唯一的散热途径。
2 光碟机介绍
2.1 光碟机组成
光碟机组成按结构功能来划分主要有三大部分，一是机芯，二是PCBA，三是承载机构和外壳等，如图1所示:
图1 碟机结构
Fig1. ODD structure
2.2光碟机热量散发系统
散热系统主要有：下盖（BC），散热垫（Heat sink），集成芯片（IC）和PCB四部分相接触的物体组成，如图2所示：
图2 散热系统
Fig2. Heat dissipating system
3 热传导散热分析
ANSYS的热分析是基于能量守恒原理的热平衡方程，通过有限元法计算各节点的温度分布，并由次导出其他热物理量参数[2]。电子元器件功率的不断提升导致了更多热量的产生[3]，因而散热显的极为重要[4]。本例中采用稳态分析，参数设定：自然对流条件(10W/m2.K)，热源设定6W(12V*0.5A)，光碟机內部环境温度设定为42℃，光碟机器外部环境温度设定为30℃。各零件的热传导系数如表1：
表 1
零件缩写
热传导系数k(W/m.K)
BC
18.5
Heat sink
3.2
IC
50
PCB
0.36
4 分析结果
经过上述设置后，可得到散热垫的温度场分布图，如图3所示：从图中可看出，使用该散热垫后最高温度可达165.92℃。
图3 温度场分布
Fig3.Temperature field distribute
5 结束语
ANSYS不仅能用于常规工程结构问题的静态或动态有限元分析，还能在诸如流体力学，热力学（温度场）、电磁场等方面进行有限元的模拟与计算[5]。一个成熟的热设计可以为为我们带来一个可靠的产品,同时也为我们的使用创造舒适性[6]。本例中通过对散热垫模拟现场情况的分析，得出散热垫的温度场分布，进而可比较不同散热垫带来的不同散热效果,选择合适的散热垫来散热，为碟机的散热设计提供了有力的数据支撑。同时也值得其它需要散热的产品设计者借鉴学习。
参考文献：
[1]郝兆明．基于ANSYS组合模具过盈配合有限元分析[J]. 机械工程师,2008(5)
[2]王建江，胡仁喜，刘英林．结构与热力学有限元分析[M]．机械工业出版社,2008(3)
[3]张远波.CPU散热片结构优化设计[J].华中科技大学学报.2008年第4期
[4] 卢中林．电子产品的散热设计［J］．可靠性分析与研究(集成电路与元器件卷)，2004，（12）
专业定位。新能源科学与工程专业围绕浙江大学“以人为本、整合培养、求是创新、追求卓越”的教育理念，以“培养知识、能力、素质俱佳，具有国际视野的新能源科学与工程专业拔尖创新人才和未来行业领导者”为宗旨，以新能源的开发、储运、利用为特征，紧密结合学科前沿和行业发展需要，积极培养满足国家战略性新兴产业的创新型人才。
培养目标。培养具备热学、力学、电学、机械、自动控制、能源科学、系统工程等宽厚理论基础，掌握可再生能源和新能源专业知识，能从事清洁能源生产、可再生能源开发利用、能源环境保护、新能源开发、工程设计、优化运行与生产管理的跨学科复合型高级人才。
课程设置。专业课程设置按照浙江大学“通识课程+大类课程+专业课程”体系进行构建，其中专业课程包含专业基础课、专业核心课和专业实验实践课。专业基础课的安排上，设置了如工程流体力学、工程热力学、传热学、能源与环境系统工程概论等基础课程，使学生具有热学、力学、机械、能源科学和系统工程等宽厚理论基础。专业核心课程开设了包括生物质能源、太阳能、风能、氢气大规模制取的原理和方法、新型液体燃料能源等课程，旨在让学生掌握新能源领域相关科学原理、工艺以及新技术研究发展趋势方面的知识。在专业实验实践课程上，安排了新能源实验、认识实习、风电风机课程设计、生物质发电系统课程设计等，使学生掌握新能源的有关实验，掌握现场运行，工程设计和生产管理等知识，为今后从事新能源开发利用工作打下基础。
专业建设特色
依托动力工程及工程热物理国家重点一级学科平台，浙江大学新能源科学与工程专业建设体现出鲜明的科研与教学相长的教学特色。
强大的学科平台。能源系拥有国内一流的学科与科研优势，具备国际竞争的实力。现有国家重点一级学科1个，一级学科博士点1个，国家重点实验室1个，国家工程研究中心2个。设博士点8个、硕士点8个、博士后流动站1个。连续5年科研经费超过亿元。依托强大的学科与科研优势，以及不断在学科交叉领域取得的创新型研究进展，为学生直接参与项目研究、在实践中培养创新精神创造了条件；同时为优秀大学生继续深造提供了宽广的平台。能源系在新能源领域已有大量的研究积累，开展了大量新能源的研究方向，如太阳能热利用发电技术，生物燃料电池，微藻制油等，并已承担了新能源方向的973项目2项，863项目多项。
一流的师资力量。能源系拥有一批在国际上具有竞争力的中青年人才，其中院士1人，“973计划”项目首席科学家3人，长江学者奖励计划特聘教授6人，国家杰出青年基金获得者5人，浙江省特级专家2人，国家百千万人才工程人选7人，教育部跨世纪和新世纪优秀人才5人。全系教师队伍具有博士学位比率达93.1%，已形成了一支知识结构、学历结构和学缘结构优化、年龄结构合理、教育教学能力和研究能力突出、具有国际竞争力的教学团队。在新能源专业方向上，已形成了由院士牵头，5位长江学者和一大批教授为核心的新能源研究队伍。
先进的教学模式。专业建设以拓宽专业基础、专业知识面为宗旨，制订与国家发展需求相适应的本科教学计划和课程体系。科研成果通过教学改革、课堂教学、大学生科技创新活动、毕业论文（设计）等途径，转化为教学资源，实现教学科研互动，为学生创新能力的培养提供了平台。能源系积极开展本科教学改革，“结合国家重大需求，创建能源与环境复合型人才培养新体系”获2009年国家级教学成果二等奖；《工程热力学》、《热工实验》课程获国家级精品课程称号；“国家级能源与动力实验教学示范中心”2012年通过专家验收。
开放的实践体系。经过多年的建设，能源系建立和发展了与学科前沿及行业发展紧密结合的能源与动力创新型人才培养实验实践教学体系。依托动力工程及工程热物理国家重点一级学科、能源清洁利用国家重点实验室，以能源与动力国家级实验教学示范中心建设为契机，通过实验课程精品化、建设学生创新实验室和节能减排实践基地、开展以全国大学生节能减排竞赛为代表的各类学生科技创新活动、与行业领军企业共建创新实践教学基地等形式，构建了多层次训练、多学科交叉、全方位辐射的立体创新实践平台。
专业建设成效
学科资源与科学研究成果及时、有效地引入本科教学建设中，为本科教育提供了大量优质资源，有效地提升了教学质量。本科生对该专业的认同度高，目前该专业已经成为最受学生欢迎的热门专业之一，学生主修专业确认平均绩点在4以上，在工科专业中排名第三。
核心课程精品化建设。专业依托教师在新能源领域的前沿研究方向，将科研方法、体验与成果引入课程，推进核心课程精品化建设。2013级培养方案修订中，确定《太阳能》、《生物质能源》2门专业核心课程建设，并增设了《非常规天然气和合成气开发与发电技术》、《生物质直燃发电技术》、《新型液体燃料能源》等课程，优化了课程结构，体现了专业特色。
专业教材高质量建设。近年来，教师总结多年科研和教学经验，出版了《能源与环境系统工程概论》、《能源工程管理》等2部“十一五”国家级规划教材。出版了《热学基础》、《核电与核能》、《热能专业英语阅读与写作》、《燃烧理论与污染控制》、《多孔介质燃烧理论与技术》、《二氧化碳捕集封存和利用技术》、《生物质液化原理及技术应用》等专业课程指导教材。
实验教学创新性建设。教师结合新能源领域的科研项目研究成果和科研项目实验台开展新开实验课程项目的建设与研究，开设了“硫碘热化学循环制氢”、“流动和雾化的激光测量”、“生物能源实验”等实验项目，同时充分利用学科实验室的设备为学生提供优质的实验环境。
实习基地全面性建设。在校外实践教学基地建设中，与东方电气集团东方锅炉股份有限公司、上海锅炉厂、浙能集团等9家企业签订了校企合作协议，并根据行业面向与专业培养目标，对校企合作的课程进行了合理的规划，注重实习企业的交叉互补。如东方锅炉、上海锅炉厂等企业提供热能转化设备的实践实习；深圳东方锅炉控制有限公司提供热能设备控制方面的实习；蓝天环保等提供燃烧污染控制方面的实习；华电电力科学研究院提供测试方面的实习；广州瑞明电力股份有限公司提供电厂整体的实习。上海锅炉厂有限公司、东方电气集团东方锅炉股份有限公司成为首批国家级工程实践教育中心。
学生科技创新活动开展。能源工程学系打破教学、科研、学科实验室界限，学生通过自主立项或参加教师的科研项目，自定实验方案、自主完成大学生科研训练计划、节能减排竞赛等课外科技创新活动。目前，新能源科学与工程专业本科生已获得SRTP立项31项，浙江省大学生科技创新活动计划项目3项，全国大学生创新创业训练计划项目1项；获校级大学生节能减排学科竞赛奖项15项，获国家级大学生节能减排竞赛三等奖1项。
未来专业建设的方向
