热能动力工程前沿

祁海鹰（热能工程研究所）62796036,[e-mail]《热能动力工程前沿概论》2005.9.6.科学研究方法与思想姚强热能动力工程研究的规范倪维斗超临界循环流化床徐旭常能源消费与大气污染控制袁新动力设备中的非定长湍流流动与热工转换问题K.MakinoFundamentalsofLowNOxCoalCombustionS.WatanabeDesignandOperationofMulti-FuelCFB祁海鹰科学研究方法与思想段远源流体热物性研究进展曹树良新型环保型流体机械的开发与展望姜培学高新技术领域中的传热研究蔡宁生洁净煤技术发展路线图王维城中国可再生能源的立法及其利用前景吴玉林水力机械数值模拟进展姜学智热工过程控制中的先进控制策略与方法吴占松生活垃圾焚烧技术及发展题目例1：血液流动试验在没有任何Idea的时候，唯一的出路是仔细观察，观察还必须与周密的思考相结合，思考还应有所联想，才可能有所发现例2：烟气脱硫试验•思维不够慎密无法做出有效的判断•取“推断验证再推断再验证”之法方可逼近目标•采用非常手段应对时间压力•“沟通”也意味着“效率”吸收剂SO2问题•出口SO2数值低，但被吸收的量却不高•流量计有读数•时间紧迫，却依然没有进展•束手无策，却毫无思路例3：燃烧研究报告写作•判断不足和缺乏计划性——在初期无总体考虑和计划，时限将至而无紧迫感，并采取有效弥补措施；•沟通不足——不懂得寻求帮助和支持；•不分轻重缓急——主要精力不在分析上而是做图；•由此可见，非智力因素在科学研究中的重要性背景：•计算结果已有，图形均已输出；只待整理，时间一个月•要求：分析结果，提交完整报告；留数天导师审阅修改。特别交待：国家项目务必保证按时完成•结果呢……例4：分析与研究深度0.00.20.40.60.81.00.000.010.020.030.04ExperimentTwo-Time-ScaleModelUSM-k--kP-USMpr/R0.00.20.40.60.81.03456ExperimentTwo-Time-ScaleModelUSM-k--kP-USMUp/(m.s-1)r/R纵坐标问题只说明了模型与实验数据吻合。吻合程度？其他不吻合的原因？点评：•仅限于描述曲线形状，未解释原因•仅满足于定性吻合，不深究定量不吻合的原因，也就找不到应有的规律例5：超越思想的禁锢出处：NKK公司：“蓄热式烧嘴加热炉概要及其在钢铁设备上的应用”燃烧区氧气浓度(%)不燃烧区域传统技术要脱氧预热空气温度K低NOx稳定燃烧高NOx区域•让思想突破常规和权威认识的牢笼•在一定条件下，事物可以相互转化——哲学观和认识论•实现的前提：懂得哲学与辩证法；较宽的知识面科学研究方法与思想是成为专家或学者所必备的两个支柱之一是检验自我能力的多棱镜是通往成功彼岸的不可或缺的舟船是实现深度研究的基本工具一种精神“铁肩担道义，妙手著文章”众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处独上高楼，望尽天涯路衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴三个境界落霞与孤鹜齐飞秋水共长天一色独上高楼，望尽天涯路成为专家向导师学习，向文献学习目的：解读方法，把握前沿，明确方向——弄清已有的研究结果（基础），指出现有研究的不足，进而明确自己研究的目的、思路、主要研究方法What（Was）Why（Warum）How（Wie）文献，文献，文献……读呗…晕！例：燃气轮机干式低污染燃烧室DryLowNOxCombustionChamber关键词：DLNDocumentation！文献分类关键词；代表性研究者；研究机构；英语词汇为自我与后人的研究奠定基础，提供联系手段读快读or精读？精读读什么？读中、读后做什么？先快读，后精读——快读以短时通晓诸多类目，效率为先——精读以汲取所必须之精华，信息为重快读只读：标题、摘要、引言或概述(Introduction)、每段首句、图、结论即成读法：强迫眼睛快速、多次扫描一段话记录：在文献页眉处记录要点精读之要领有选择、有重点、反复读汲取所必须之精华，信息为重勿忘细节（如坐标、单位、流动方向等）再分析以超越作者——大阪大学Tsuji（1987）例：管内气固两相流湍流特性读后——笔记之重要性每份文献读后均留一页笔记——乃浓缩之精华好处：（1）手写可勾勒各种关系，突出文、图重点（2）便于日后查阅（英文中文）（3）便于撰写综述——看缩写较看全文来得迅捷、简易（4）其他：练字、练徒手绘图综述化阅读为报告集散乱成精华归无序为系统由无知向专家——厚积而薄发“催化剂的价格对燃煤污染物联合脱除的运行成本影响巨大，寻找廉价的吸收/催化剂一直是研究中的热点。“中国科学院山西煤炭转化研究所的刘守军等人6对CuO/-A12O3在200－400℃温度下的脱硫活性进行了评价，研制了能在较低温度下进行联合脱硫脱氮的Cu/活性炭吸收催化剂，并初步考察了添加少量K、Na、Ca、Mg、Fe、A1、V、Ti、Mn和Zn等金属氧化物助剂后的脱硫剂活性变化。“四川大学汪涛、梁斌等人7利用CaO-Fe2O3/-Al2O3制成脱硫剂，改变了活性物质与SO2的反应途径，使得在SO2脱除率、脱除速率、硫容等方面有了显著提高，SO2浓度对脱硫剂硫容影响很小。所制备的脱硫剂可以通过再生重复使用。……“另外，WestVirginia大学BilgesuH.I.和Ali,M.W.等人(2002)首次用计算流体动力学（CFD）软件，对直井和水平井2种特殊工艺下岩屑运移情况进行了初步的数学模拟分析，并与可比试验进行了对比，获得了较好的吻合效果。”罗列罗列罗列罗列罗列罗列……言之无物……问题罗列：某人做了某事——相互间无任何联系，事情反而未说清楚重事不重结果：只知道干了什么，不知道干得怎样，最终还是不知所云，问题的进展和前沿依旧未知改进例子：3高温空气燃烧技术的发展动态3.1技术概念的多样化国际上对高温空气燃烧已经形成了多种技术概念和称谓，归结起来主要有：Ÿ“低氧燃烧”（Lowoxygencombustion）；Ÿ“稀释燃烧”（Dilutioncombustion）；Ÿ“无焰燃烧”（Flamelesscombustion）；Ÿ“蓄热燃烧”（Regenerativecombustion）；Ÿ“空气高温预热燃烧”（Highlypreheatedaircombustion）；Ÿ“低氮氧化物燃烧”（LowNOxemissioncombustion）等。这些概念分别从燃烧原理、火焰形态、所采取的技术措施或污染排放等方面体现了高温空气燃烧的主要技术特征。原则：论述问题本身，勿罗列文献和作者做过之事情：内容：(1)论述前沿和进展；(2)围绕主题和目的讲；(3)有总结和评论；(4)言之有物和具体化，内容有利用价值主题124……3A,B,CB,CD,BA,C,D文献方面ABD……C1,21,2,31,2,43,4方面文献相互联系目的：在同一基准上比较差异，使问题论述得更清楚逐个论述方面A：现状、进展、不足（定性）…[文献1，4…]方面B,C,D写作方式：综述之要领•成为专家；•纵观全局和前沿；•确定未来研究方向；•站在巨人肩上创新（关键词，研究者，机构，英语词）•实验方法，数学模型等•结果的再分析•与作者交流•重点标记在文献上•笔记要点信息分类阅读综述火灾研究出气口取样检测天平加热器样品O2锥形罩O20510152025300.00.51.01.52.02.53.0(%)tBt(min)CO(×103,ppm)CO2[O2]火灾烟气中CO的生成机理：一次裂解二次裂解二次加热装置加热温度(oC)不加热5008001000木材氮气产率0.03010.04320.16760.1432产率倍数1.001.445.574.76空气产率0.09020.11780.15330.0303产率倍数1.001.311.700.34PVC氮气产率0.00070.00810.03190.0708产率倍数1.0011.5745.57101.14空气产率0.05710.08640.17190.1271产率倍数1.001.513.012.23结论：“二次反应”过程不仅存在，而且对CO产率有显著影响。设置“二次加热器”后，CO产率大幅度提高，温度增加时常为单调增加趋势，但在高温和氧气充足时又会降低。衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴发现成就已踏入科学研究的领域核心工作：分析与综合环境要求：静心与交流关键：任何时候都要问“为什么”渐入佳境机理？关键1：数据处理关键2：深入思考为什么是关键？相关？关键1：数据处理是否测得什么数据就用什么数据？例：气固两相流动的湍流变动-1.0-0.50.00.51.00.00.10.20.30.40.5GasonlyGasParticleurms/U0(-)r/R0(-)气固两相的湍流脉动速度分布常见分析方法-管道中心湍流脉动弱，边壁附近强-颗粒脉动大于气体-颗粒使气相脉动减弱，湍流变动较为均匀-单相11.1～32.6%-两相7.4～25.7%问：这是我们所要的流动规律吗？关键1：数据处理一次信息二次信息思考和分析信息不足……三次信息思考和分析规律、机理提取提取-1.0-0.50.00.51.00.00.10.20.30.40.5GasonlyGasParticleurms/U0(-)r/R0(-)气固两相的湍流脉动速度分布怎么分析呢？1.Gasonly2.Gas3.Particle注意：壁面处的特殊性目标探明颗粒加入后气相湍流的变化规律关键点：•剪切应力•颗粒浓度-1.0-0.50.00.51.00.00.40.81.21.6GasonlyGasParticleu/U0(-)r/R0(-)气固两相轴向速度的径向分布-1.0-0.50.00.51.00.00.10.20.30.40.5GasonlyGasParticleurms/U0(-)r/R0(-)-1.0-0.50.00.51.0-20246810GasonlyGas(-)r/R(-)024680.00.10.20.30.4GasonlyGasurms/U0(-)(-)信息提取分析渐深趋近真理二次三次通过以上分析了解到什么呢：1.颗粒浓度影响着湍流变动的程度2.趋势3.函数关系规律？-1.0-0.50.00.51.0-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0012345(-)r/R(-)s(10-4)0.00.51.01.52.02.5-0.8-0.6-0.4-0.20.0(-)s(10-4)湍流变动分析“听交响乐”方法特征捕捉比较——相互关系提问——思考和科学研究的真正开始思考过程中使用的“元素”熟悉关键2：深入思考问“为什么”推断1推断2推断3验证再问再推断1再推断2再推断3再验证从事科学研究的原则1.决不要停留在一次信息上，它绝非自然规律3.依靠什么？——你的大脑，你的积累，你的能力2.对象越复杂，需要的信息越多必须收集和提炼更多的信息？自然规律与一次信息的关系？什么是科学研究？哪个阶段是呢？有没有通俗一点的说法呢？自然过程科学研究：认识一棵树的过程——宇宙生成的逆过程只有在问了“为什么”之后才真正开始“收集黄豆榨油”“道”生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦生万物众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处感受探索和成功的乐趣成果论文发表，演讲，ppt……“绝大多数人都普遍承认”“丢失了半含在脉动运动中的大量有重要意义的信息”“这种方法于70年代开始提出，随着计算机的不断改善，这种方法发展很快”“人们普遍认为”“丢失了其中大量的重要信息”“这种方法于70年代提出，并随着计算机的不断改善而快速发展”要点：合理组织原始材料明确国内外进展和不足明确自我研究的动机、目的和方法清晰简洁的、有逻辑性的表述严谨的学风•温度范围介于400-800℃之间，….•发生了明显的流动沸腾现象，•如图2-18，随着温度的升高，…•对样品的酸化处理是该方案中的关键环