论述动力工程及工程热物理

1所谓学科，它的含义有两个：一是作为知识体系的科目和分支。它与专业的区别在于它是偏就知识体系而言，而专业偏指社会职业的领域。因此，一个专业可能要求多种学科的综合，而一个学科可在不同专业领域中应用；学科的第二个含义是高校教学、科研等的功能单位，是对教师教学、科研业务隶属范围的相对界定。学科建设中“学科”的含义偏指后者，但与第一个含义也有关联。长期以来学科和专业的概念经常被混淆，专业被等同于二级学科。在这种观念指导下，高校中必然出现分化过于综合的局面，造成学科之间各自独立分割，资源不能共享；在人才培养方面表现出过于专门化，知识面不宽；在科研方面也表现出研究方向狭窄和整体效益低下等等。故而一些名牌大学不得不采取精减、合并专业的措施，并强化大学科和学科群的意识。不少重点大学在竞争进入“211工程”时，才感受到尽管过去几年中横向课题增多了，但科研力量相对分散乃至个体化，而大项目、高水平研究的实力、学科的总体优势也随之削弱了。现在各类型的大学都在搞学科建设，无疑是对一段时期内学校发展的总结和反思。专业和学科是不同的，但也密切相关，相辅相成。专业以学科为依托、为后盾；学科的发展又以专业为基础。学科为专业建设提供发展的最新成果、可用于教学的新知识、师资培训、研究基地；而专业主要为学科承担人才培养的任务和发展的基础，更主要的是为社会的发展提供高素质的劳动者。另一方面，从面向社会培养人才的角度来看，学科的作用是间接的。在专业定位及培养目标、专业口径、教学计划、教学内容、教学方法、教学手段的研究与使用、教材、实验设计与开设、教学管理制度等方面的问题，学科建设是无法替代的。因此，将专业与学科混淆，或主张学科建设代替专业建设的观点是不正确的。以学科建设代替专业建设的结果必然是削弱专业特有内容的建设，不利于专业的改革与发展，因此，理清关系、搞好专业建设，给专业建设适当的地位很有必要。工学门类是最大的门类，其中包括30个一级学科：力学、机械工程、光学工程、仪器科学与技术、材料科学与工程、冶金工程、动力工程及工程热物理、电气工程、电子科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程、计算机科学与技术、建筑学、土木工程、水利工程、测绘科学与技术、化学工程与技术、地质资源与地质工程、矿业工程、纺织科学与工程、交通运输工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学与技术、兵器科学与技术、核科学与技术、农业工程、林业工程、环境科学与工程、生物医学工程、食品科学与工程。动力工程及工程热物理是工学门类的第7个一级学科，代号0807，它对应于本科教育的热能与动力工程专业，也对应于国家自然科学基金项目管理中的工程与材料科学部工程热物理与能源利用学科。动力工程及工程热物理一级学科下设6个二级学科——工程热物理、热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷及低温工程和化工过程机械学科。工程热物理学科是研究能量在以热、功以及其他相关的形式转化、传递和利用过程中的基本规律及其应用的一门应用基础学科。其内容包括：工程热力学、流体力学、传热传质学和燃烧学等，其工程应用辐射至能源、机械、材料、动力、化工、建筑、冶金、航空航天、轻工、交通、电子等广泛工业部门以及诸多民生领域。工程热物理学科是其他五个二级学科的基础理论，与各二级学科广泛交叉促进，相互渗透依存，在本一级学科中起着支撑和指导作用，它的原理甚至广泛渗透于其他一级学科范围，几乎与所有产业部门和科技领域密不可分。热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷及低温工程和化工过程机械学科属于工2程应用学科，它们运用工程热物理的理论与方法解决现实工程领域中的实际技术问题。工程热物理学科与其他学科的交叉是如此紧密，我们根本无法把它们分离出来。在实际工作中，没有任何一个从事与热沾边的工作的科技工作者不使用工程热物理理论，不研究工程热物理的问题，从事工程热物理理论研究的人们也决不可能完全脱离工程背景——从而必须介入热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷及低温工程和/或化工过程机械等等其他学科，甚至不只介入几个。建筑环境与设备工程、农业建筑环境与能源工程、飞行器动力工程、环境工程、核技术与核工程、特种能源工程与烟火技术、消防工程等学科的理论基础显然也是工程热物理，化学工程、石油化工等等学科还要使用工程热物理的理论方法，就连冶金学科发展到现在，也在使用工程热物理提供的理论和方法——运用流体力学、传热学、传质学的基本方程和解决方法来研究、掌握和控制冶金过程。如何更有效地、更持久地、更清洁地利用能源，是动力工程及工程热物理学科（暨热能与动力工程专业）所面临的首要的、最重要的课题。但如果仅仅从能源利用的观点来看待动力工程及工程热物理学科，则会大大束缚动力工程及工程热物理学者的思维，限制动力工程及工程热物理学科的发展。利用工程热物理理论解决各种工业工艺过程与自然过程中有关热的问题是动力工程及工程热物理学科另一类重要课题。例如化工、冶金、建筑等工业工艺过程热的利用，地质运动、天体运动中的热的作用，以及生命体中的流体流动、能量传递和作用等等。在工程应用方面，电力、航空航天、冶金、石油化工、人工环境等等许多领域不断对本学科提出新的要求和课题。在电力行业，各种联合循环技术的理论准备已经完成，可以使火力发电总效率提高到50%以上，但是从理论到实践还有很多工作需要工程热物理学者们去做。在航空航天领域，飞行器在大气层中的高速、高机动、低噪声、安全飞行，航天器穿梭大气层等等不断对工程热物理学者提出更高的要求。在火法冶金生产中，采用工程热物理理论对冶金反应与加工过程中的传热、流动、熔解和凝固等行为的认识和控制已经成为冶金科学的最新前沿，由于冶金行业的产值能耗远远高于其它行业，抓紧探索下一步节能降耗工作的前进方向成为冶金行业永恒的主题。石油化工行业向来是工程热物理学科的传统领域，随着化工原料和环境因素的不断苛化，这个行业面临的挑战是巨大的。建筑物是人类生活和工作的场所，在能源消费与人体健康等方面都具有重要影响。节能、自然、健康等理念势必引来人工环境工程的新浪潮。农村能源向来是能源工作者不十分重视的领域，但现代化农业已经是名副其实的“石油换食品”，二十一世纪是工程热物理学者们掉转目光，投向农业的时候了。在学科划分中，动力工程及工程热物理学科分为工程热物理、热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷及低温工程和化工过程机械等6个二级学科。此外，作为能源工作者必须了解能源问题的由来、状况和前景以及与经济等领域的联系，这方面的研究逐渐形成了实质上的一个新的二级学科——能源工程。随着本学科研究领域的拓展以及与其它学科的交叉，动力工程及工程热物理学科又生长出许多新的研究方向。它们逐步发展壮大，陆续形成本学科下的准三级学科以至于准二级学科。如材料工艺过程中的热物理研究、生态环境与生命系统中的热物理研究、环境科学与工程中的热物理研究、工业系统的热力学分析（包括以能量流、物质流分析为基础的工业生态学分析方法——即热力学第一定律分析和熵分析——即热力学第二定律分析。熵分析包括传输过程分析，所以不仅是热力学分析，而且是热物理分析）、大气运动与大气的传热传质作用（有别于气3象科学，其重点在于人工对小气候的影响，包括污染物传输、建筑与气候等，不包括人工影响大气候如人工降雨）等等。热能与动力工程是以工程热物理学科为主要理论基础，以内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及系统为研究对象，运用工程力学、机械工程学、自动控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的知识和内容，研究如何把燃料的化学能和液体的动能安全、高效、低（或无）污染地转换成动力的基本规律和过程，研究转换过程中的系统和设备的自动控制技术。随着常规能源的日渐短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或消除污染排放物、发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、汽车、船舶、电力、航空宇航工程、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越广泛的应用，在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。这方面人才在加强学生基础理论和综合素质教育的同时，加强计算机及自动控制技术的应用，强化专业实践教学，注重全能训练，全面提高自己的实践动手能力和科学研究潜力。我国能源动力类专业形成于20世纪50年代。以交通大学为例，1952年院系调整时，当时设在机械系中的动力组就单独成立了动力机械系。由于受当时苏联教育体制的影响，在该学科的发展过程中，专业面曾一度越分越细。50年代初期只有锅炉、气轮机、内燃机等专业，以后又先后办起制冷专业与风机专业，制冷专业又细分出压缩机，制冷及低温专业。在50年代末又创办了核能专业，在60～70年代有些学校先后设立了工程热物理专业。这样能源动力学科中的专业就先后包括有锅炉、涡轮机、电厂热能、风机、压缩机、制冷、低温、内燃机、工程热物理，水力机械以及核能工程等11个专业，形成了明显的以产品带教学的基本格局。热能与动力工程专业中包含的水利水电动力工程专业的前身为水电站动力装置专业。该专业形成于20世纪50年代。新中国成立以后，随着国家对水患的治理和经济建设的发展，国家设立了华东水利学院、武汉水利水电学院、华北水利水电学院等一些专门的水利院校，1958年起在这些院校和西安交通大学水利系（西安理工大学水电学院的前身）设立了水电站动力装置专业，以满足国家对水电建设人才的迫切需求。1977年恢复高考招生后，该专业更名为水电站动力设备专业。1984年该专业更名为水利水电动力工程专业，涵盖了原水能动力工程、水电站动力装置、水电站动力设备、水能动力及其自动化、机电排灌工程、水能动力与提水工程等专业，昆明工业学院、成都科技大学等一些院校都设置了该专业。1998年，按照国家教育部颁布的新的专业目录，水利水电动力工程专业并入热能与动力工程专业，新的热能与动力工程专业包含了原来的热力发动机、流体机械及流体工程、热能工程与动力机械、热能工程、制冷与低温技术、能源工程、工程热物理、水利水电动力、工程冷冻冷藏工程等9个专业。客观上说，这种专业划分与当时我国计划经济的体制以及工业发展的实际情况，在一定程度上是相适应的。过窄的专业面，但却培养了专业工作能力较强的学生。因此，在当时对我国经济的发展和工业体系的重建，曾经起到过积极的作用。但随着社会经济向现代化方向的发展和高新科学技术的进步，特别是我国改革开放以后，国外先进科技、管理体系的大量引进，学科的交叉融合不断产生新的经济增长点，当时实际存在的过细过窄的工科专业设置，总体上已不能适应新的形势和发展对人才的需要，必须进行专业调整。因此，在1993年原国家教委进行的专业目录调整中，将能源动力学科的上述前10个专业压缩为4个专业，即热能工程，热力发动机，制冷与低温工程，流体机械与流体工程，核工程与核4技术保留。1998年，教育部颁布了新的专业目录，将上述前4个专业进一步合并为热能与动力工程专业，核工程与核技术专业单独设立，而在引导性的专业目录中，则建议将热能工程与核能工程合并。但当时我国大多数学校还是采用了热能工程与核能工程单独设专业的方案。因此，在2000年教育部设立的新一轮教学指导委员中，在能源动力学科教学指导委员会下分设了三个委员会：热能动力工程，核工程与核技术以及热工基础课程教学指导分委员会。能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。近年来，随着我国各个方面改革的深化发展，包括市场经济的逐步建立，国有大中型企业机制的转换，加入WTO后面临的挑战，以及能源动力领域技术的发展，并考虑到我国核科技工业“十一五”以及到2020年发展所面临的形势与任务，我国能源动力类以及核相关专业人才的培养面临着严峻的挑战。能源动力及环境是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的76％，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量(煤炭、石油、天然气等)及可开采年限十分有限，2000年的统计