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主管單位：陜西省教育廳
主辦單位：陜西理工學院
出版周期：季刊
出版地址：陜西省漢中市
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種：中文
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本：大16開
國際刊號：1673-2944
國內刊號：61-1444/N
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發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1985
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1引言
冰箱制冷劑CFC12的現有替代物主要有HFC134a、HC600a和HFC152a/HCFC22,它們分別在加工工藝、可燃性、環保和熱工性能方面存在缺陷[1,2,尋求新型環保節能的冰箱工質仍是人們探究的方向。
三氟碘甲烷(CF3I)是作為哈龍替代物而開發的新型滅火劑,其臭氧層破壞勢(ODP)為0,20年的全球變暖勢(GWP)低于5,不燃,油溶性和材料相容性很好[3,飽和蒸汽壓曲線和CFC12相近,具備了作為冰箱制冷劑的前提條件(至于毒性目前還沒有定論[3,4)。有關CF3I的熱物性,只有文獻[3進行了較為系統的探究,目前還缺乏適用于汽液兩相區的狀態方程;CF3I在冰箱工況下的循環性能,還沒有被系統地分析。根據文獻[3的PVT實驗數據,確定同時適用于CF3I汽液兩相的PT方程;并在此基礎上,對CF3I在冰箱工況下的循環性能進行系統地理論分析,旨在考察其作為冰箱制冷劑的可能性。
2理論循環分析的工具
2.1PT狀態方程兩參數F、ζc的求解
式中,R為工質的通用氣體常數,Tr=T/Tc。確定PT狀態方程需要具體物質的四個參數摘要:臨界壓力Pc、臨界溫度Tc、虛擬壓縮因子ζc、斜率F。對于CF3I,文獻[3給出其Pc=3.953MPa,Tc=396.44K[3。ζc、F的求解方法如下摘要:(1)選取n個飽和液相數據點(T、P、ρL)i(i=1,…,n;(2)假設一個ζc初值;(3)由式(6)、(7)、(8)求出Ωa、Ωb、Ωc,代入式(4)、(5)求得b、c;
(4)由汽液平衡條件fL=fV,輸入某數據點i的(T、P)i,由式(1)、(2)求出αi;(5)由n個數據點的(Ti,αi)用最小二乘法擬合式(3),求出F;(6)由ζc和已求出的Ωa,Ωb,Ωc,F,根據方程(1)～(2)和汽液平衡條件計算各點的和的相對誤差，以及個數據點的平均相對誤差；
(7)以一定的步長改變ζc,重復步驟(3)-(6)。選取最小EYL所對應的ζc、F作為PT方程的參數。
文獻[3給出了CF3I在301K-Tc范圍內的25個飽和液相密度點,其中3個數據點是為了確定臨界點而測的;把這3個數據點當作一個臨界點對待,選取其余22個數據點按照上面的步驟求解得到CF3I的F=0.6514、ζc=0.3105。
2.2PT狀態方程精度的驗證
為了檢驗如上確定的適用于CF3I的PT方程的計算精度,以該方程對CF3I的飽和液密度、飽和蒸汽壓、氣相區PVT性質進行了計算,并和文獻[3的實驗數據進行了對比。對比實驗數據為T%26lt;0.9Tc(即T%26lt;356.80K)范圍內的13個飽和液相點、22個飽和蒸汽壓點和T%26lt;Tc內77組氣相區數據。結果表明,飽和液密度、飽和蒸汽壓、氣相區密度的最大相對誤差分別為2.94%、0.42%、5.87%,平均相對誤差分別為1.54%、0.25%、2.17%。相對誤差、平均相對誤差計算式分別為
（9）
（10）
式中,X-所要比較的物理量,cal-PT方程的計算值,exp-實驗值,n-數據點的個數。
冰箱的名義工況為蒸發溫度tevap=-23.3℃,冷凝溫度tcon=54.4℃,吸氣溫度、過冷溫度32.2℃[6,處于上述溫度區間?？梢?確定的適用于CF3I的PT方程,能夠用于對CF3I的冰箱循環性能分析計算,而且精度良好。
3CF3I蒸汽壓曲線的分析
從熱力學角度看,替代制冷劑最好具有和原制冷劑相似的蒸汽壓曲線[7。圖1為幾種工質的蒸汽壓對比,其中CF3I的蒸汽壓方程為[3
（11）
式中,
A1=-7.204825,A2=1.393833,A3=-1.568372,A4=-5.776895,適用范圍243K～Tc;其它制冷劑的蒸汽壓數據來自ASHARE[8。
由圖1可見,在冰箱名義工況的溫度區間內,HFC152a/HCFC22、HFC134a的蒸汽壓曲線和CFC12吻合得很好;HC290的蒸汽壓高于CFC12,HC600a的蒸汽壓則比CFC12低許多。CF3I的蒸汽壓介于HC600a和CFC12之間,在冰箱名義工況下和CFC12的最大差距為20%左右。由蒸汽壓看,CF3I比HC600a更適合作為CFC12的灌注式替代物;按照優勢互補原則選擇HC290和CF3I組成混合物,灌注式替代CFC12的效果可能會更好。
4CF3I作為冰箱制冷劑的循環性能分析
4.1冰箱名義工況
采用帶回熱的冰箱制冷循環模型,即用回熱器來實現工質的過冷和過熱,并設工質經過回熱器換熱后節流前的溫度和壓縮機的吸氣溫度相等,這一溫度稱為回熱溫度。
計算CF3I的循環性能所需的理想氣體比熱式[3為摘要:
（8）
式中T的單位為K,R為CF3I的氣體常數,單位為J/(K·kg)。計算焓、熵的參考態為ASHRAE規定的-40℃的飽和液態,參考態上h=0kJ/kg,s=0kJ/(kg·K)。
在冰箱名義工況下,設壓縮機的總效率為0.70,計算了幾種工質的循環性能?；旌瞎べ|的蒸發溫度取為蒸發器進口和露點溫度的平均值,冷凝溫度取其冷凝壓力下的泡露點平均值。計算結果見表1。表中MIX1、MIX2分別表示質量百分比85/15、75/25的HFC152a/HCFC22。
觀察表1中各種工質的性能參數,在壓力水平方面,除了HC600a、HC290外,現有的幾種冰箱制冷劑的蒸發壓力Pevap、冷凝壓力Pcond和CFC12都很接近。CF3I的壓力水平和CFC12有一定偏差,其Pevap略低于大氣壓,蒸發器為微負壓,不利于系統運行。CF3I的壓比和CFC12的最接近。壓縮機排氣溫度方面,HC600a和HC290的tdisch較低。CF3I的tdisch較高,不利于壓縮機的運行;但和MIX1、MIX2十分接近,表明目前的冰箱壓縮機能夠承受這樣的溫度。CF3I的單位容積制冷量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%,這是CF3I的優勢,而HC290是最低的。通過以上的比較可以看出摘要:(1)CF3I的循環性能指標和CFC12相近,可以在對原有制冷系統稍作改動的基礎上,作為CFC12的灌注式替代物;(2)HC290和CF3I在循環性能指標上具有互補性,若將兩者組成混合物,在性能上可能更接近CFC12。
4.2變工況
變工況循環性能分析,一般包括COP、qv、tdisch、隨冷凝溫度、蒸發溫度、回熱溫度的變化規律。相比之下,各性能指標隨回熱溫度的變化規律比隨蒸發溫度、冷凝溫度的變化規律更重要一些,這是因為冰箱的回熱器一般在環境中[1,回熱溫度的變化幅度、頻率要比蒸發溫度、冷凝溫度要大、要快。分析幾種制冷劑循環性能指標隨回熱溫度的變化規律,分析方法是固定蒸發溫度、冷凝溫度,變化回熱溫度,看性能指標的變化趨向。
結果如圖2-圖5所示?；責釡囟扔?℃變化到50℃,幾種工質的COP都降低,其中CF3I降低得最慢。在qv方面,HC290隨回熱溫度的變化顯著,其他工質的變化規律相似。隨著回熱溫度的升高,CF3I的tdisch增加速度比其它工質快,這是不利于冰箱運行的。由于在計算中固定了蒸發溫度、冷凝溫度,所以對于純質來說保持不變,而對于混合工質來說,有稍微地上升。由圖還可以發現,CF3I和HC290的循環性能指標分布在CFC12的兩側。
CF3I各項性能指標隨回熱溫度的變化所表現的規律和CFC12基本類似,數值幅度上的偏差也不太大。COP優于CFC12,tdisch較CFC12為高?？偲饋碚f,CF3I存在作為CFC12灌注式替代物的潛力。
5CF3I/HC290混合物作為冰箱制冷劑的循環性能分析
5.1冰箱名義工況
由以上分析可知,CF3I和HC290的循環性能具有互補性,下面具體分析不同配比下HC290/CF3I混合物的循環性能。
計算工況、壓縮機總效率的選取同上。表2列出了循環性能計算結果。
由表1已經知道CF3I的Pevap、Pcond、q0、qv都比HC290的小,所以隨著HC290在混合物中所占比例的增加,HC290/CF3I混合物的Pevap、Pcond、q0、qv都應該呈現增大的趨向,而∑、tdisch、COP應該減小,這種規律在表2中得到了很好的體現。
對比表2和表1,可以看到CF3I/HC290混合物在65/35、60/40、55/45、50/50四種摩爾百分配比下各個性能指標和CFC12吻合得很好。
5.2變工況
對上面所給4種配比下的CF3I/HC290混合物進行了循環性能參數隨回熱溫度變化規律的計算。結果表明,混合物的循環性能和CFC12十分接近,從理論循環分析的角度看,是CFC12理想的灌注式替代物。
圖2-圖5中列出了摩爾百分比為65/35(質量百分比為89.2/10.8)的CF3I/HC290的計算結果,其它3種配比下CF3I/HC290混合物的性能也和之相近。
5.3可燃性分析
以上4種配比的CF3I/HC290混合物中,HC290的摩爾比例最大為50%,其相應的質量比例最大為18.4%。一般家用冰箱的制冷劑的充灌量為0.1kg左右[6,9,以本文提出的4種CF3I/HC290混合物作為冰箱制冷劑,HC290的最大充灌量僅為0.0184kg。文獻[10指出,在密封性好的制冷系統中,只要碳氫化合物的充灌量小于0.15kg,那么系統就是平安的。因此,CF3I的摩爾組成在50%～65%范圍的CF3I/HC290混合工質在應用中的平安性是可以得到保證的。
6結論
(1)求得了適用于CF3I的PT方程,此狀態方程對于CF3I的熱力學性質和循環性能計算具有較高的精度。
(2)通過對CF3I的蒸汽壓曲線、冰箱名義工況、變工況的計算分析,發現CF3I的循環性能和CFC12相近。
(3)按照優勢互補的原則,篩選提出了CF3I的摩爾組成在50%～65%范圍的CF3I/HC290混合工質,其循環性能和CFC12十分接近,可作為CFC12的灌注式替代物。
參考文獻
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關鍵詞 ：研究生培養質量；創新人才培養；校企合作；培養模式
經過改革開放30多年的建設和社會進步，我國研究生教育取得長足發展。特別是近幾年，研究生教育規模呈現出發展的高峰期。但是，我國研究生教育長期以來以單一學術性、科研型研究生培養為主導的模式，已遠遠不能滿足當前的產業結構和就業結構。在經濟日益增長的今天，研究生在科研高層次專門人才中的地位逐漸削弱，各行各業對不同類型高層次專門人才的需求變得多樣化。高校沿襲的這種研究生培養模式已經越來越不能適應和滿足社會對不同層次專門人才的需求。因此，研究生教育改革越來越迫切，特別是加強工科院校這類行業性強的院校的研究生培養，比如能源動力類研究生培養，更是迫在眉睫。
研究生教育是培養高層次人才的主要途徑，是國家創新體系的重要組成部分，需要深化綜合改革，創新人才培養模式，健全質量保障體系，促進研究生教育質量提升和內涵發展，為實現中國夢提供高端人才支撐。其中，加強課程建設是基礎，我們須重視發揮課程教學在研究生培養中的作用。增強學術學位研究生課程內容前沿性，通過高質量課程學習強化研究生的科學方法訓練和學術素養培養。構建符合專業學位特點的課程體系，改革教學內容和方式，加強案例教學，探索不同形式的實踐教學。
一、充分挖潛的研究生培養模式
為了更好地使研究生在學習階段獲得更加全面的訓練，成為復合型人才，適應社會對高層次人才的要求，需要采用多方位交叉的形式，構建多種平臺促進研究生對外交流。使他們得以不斷提升自我，更加適應社會的需求。
1.理工學科充分交叉
交叉學科實質上指的是一個學科群，即交叉性的科學?！敖徊妗倍质菍W科性質的形象化描述，實際上可以看做普遍聯系的，每一個學科在整個連續認識過程中占一個具體的位置。發展交叉學科正是為了填補人類認識上的空白，使這個科學認識過程更加完善。我國的交叉學科研究始于1950 年代，而后蓬勃發展，并隨著時代的進步日趨成熟。對于高等學校教育，交叉學科的發展有著重要的意義。交叉學科是培養高素質、高層次創新人才的搖籃。探索與發展交叉學科及其人才培養模式，對高等院校學科齊全、人才集聚、科研水平和教育質量提升，有能力承接重大的科研課題，易形成新的學科及學科群，具有重要意義。提高高校交叉學科教學和科研水平是促進交叉學科發展的直接動力。
能源與動力工程學科群主要研究能量的轉換、傳輸和利用的理論、技術和設備，需要應用到動力工程、工程熱物理、應用物理等多門學科的知識，具有很高的學科交叉特性。交叉學科的綜合性、跨學科性及交融性要求交叉學科人才的知識結構應兼具整體性、層次性及應變性等多元特點。整體性或綜合性知識有助于交叉學科研究者把其它學科的成果、方法引入自己的專業，從而將自身的專業知識和其它學科知識聯系起來，產生新的見解，創造新的知識。層次性知識有利于交叉學科研究者正確組織各種學科知識之間的有機聯系，并結合自己所從事的專業領域及選擇的目標，處理好廣博與精深的關系。交叉學科的應變性有助于交叉學科研究者不斷自覺吸取新知識，進行知識的自我調節，不斷調整自身的知識結構。
動力工程及工程熱物理學科的研究生教育需要新的學科交叉，以加強研究生解決各類復雜問題的能力。而現有的研究生教育模式尚不能完全滿足該要求，探索新的人才培養模式尤為重要。
本校數理學院應用物理專業與能源與機械工程學院一起，承擔著動力工程及工程熱物理一級學科下的可再生能源二級學科的研究生培養，為學科交叉打下了天然的基礎。針對能源與動力學科和應用物理學科的特點，組建學科群，搭建各種跨學科的平臺，整合師資隊伍、儀器設備、科研場所和科技資料等，避免重復建設和浪費以及學科間的不良競爭，充分實現學科資源的優化配置。使各個學科的人力資源、物力資源、專業資源能夠產生強大的合力，并以此為支撐探索培養創新型綜合性人才。
2.充分利用校企兩種資源
研究生教育要緊密圍繞企業發展需求,學校對研究生實行雙導師制,充分發揮校企雙方導師在理論研究、生產實踐方面的優勢互補。企業實踐基地可以為研究生提供非常廣泛的選題內容,很多研究課題都是企業發展中面臨的“急、重、難、新”問題。這為研究生提供大量前沿性、實用性、系統性的論文選題方向,使研究生科研創新能力的培養有了保證。企業研究生實踐基地使接受校企兩種資源的研究生的理論聯系實際、技術創新能力得到很好的鍛煉和提高。同時,研究生將在學校學到的新理論、新技術及時引入企業科研及生產實踐中,可在一定程度上推動企業科研水平的提升。企業研究生實踐基地所在企業也可以在培養過程中盡早發現人才、選擇人才,避免了人才招聘的盲目性。校企合作是高校與企業在資源、技術、師資培養、崗位培訓、學生就業、科研活動等方面的合作，利用學校與企業不同的教育資源和教育環境，培養適應市場經濟發展、適合企業需要的應用型人才為目的的培養模式。利用學校與企業在人才培養方面各自的優勢，把以課堂傳授間接知識為主的教育環境，與直接獲取實際經驗與能力為主的生產現場環境有機結合起來，最終實現校企雙贏的研究生培養模式。
本校和多家知名企業合作，經常組織研究生到電廠參觀學習，更多的還包括導師承擔企業橫向課題。研究生到電廠現場進行實驗，不但對企業生產過程、企業難題有了了解，并在解決這些問題時，與企業技術人員進行面對面的交流，有了更多不斷學習和提高的機會。在企業實踐基地參觀學習，了解生產流程，有利于研究生更好了解電廠的具體參數和目前存在的問題，使他們在學生期間研究也更具有針對性和實際性，提高了學習的效率和主動性，避免了閉門造車。
同時，學校還聘請實踐基地所在企業理論水平較高、實踐經驗豐富、具有高級專業技術職稱的人員擔任研究生導師,由學校頒發研究生導師聘書。企業導師主要負責研究生的學位論文選題、研究工作安排、現場學術指導、學位論文初審等。學校導師與企業導師密切合作,根據培養方案共同制定和實施培養計劃,在研究生的實踐環節、論文和實際工作等方面進行指導。
3.挖掘國內外兩個資源
研究生教育是在本科教育基礎上的專業化、個性化的創新教育。導師的學術水平和科研能力直接影響著學生,導師的人格魅力潛移默化地熏陶著學生。柔性引進高端師資，我院聘請了一大批國外的教授作為海外名師，指導學科發展、合作科研，指導研究生也作為其任務之一。他們為研究生做學術講座、全程指導研究生論文等。校內配備副導師，實行雙導師聯合培養的模式。海外名師定期來我校進行講座、面對面交流指導，同時，定期進行視頻交流，研究生匯報，導師點評，還包括樣品制備后送到國外研究機構進行測試等多種形式，充分挖掘國內外資源。
本校還十分注重對外交流，積極組織研究生對外交流，在學術切磋實踐中提高自己。通過承辦的上海市研究生學術論壇，搭建平臺使研究生與外校專家、研究生交流，拓寬研究生的視野。組織并支持研究生積極參加全國性學術會議，訓練他們闡述學術觀點的能力。讓研究生們聽取校外專家、學者、研究生的學術演講時，在對比中明白自己的不足，產生壓力和動力。在國際工業博覽會、高技術交易會等大型展覽會上，也會組織研究生積極參與，研究生帶著自己的學術成果，面對面和企業交流，大大增進了科學研究最終要為社會服務的意識。
二、研究生培養模式實施的成效
經過一系列探索形成的能源動力類研究生培養模式，立足于自身實際，大力推進學科交叉，充分利用校企兩種資源，挖潛國內外資源，大力推動研究生多與學術界交流，逐步形成了具有特色的能源動力類研究生培養方式，取得了一系列成效。導師隊伍學術水平不斷提升，研究生培養基地不斷完善，海外高端人才引智于研究生教育，大大提高了研究生的創新實踐能力和綜合素質。
研究生的主動性、創新性、實踐能力獲得了很大的提高。在上海市研究生創新創業訓練計劃中，每年有十個左右的研究生團隊拿到項目，在全國大學生“挑戰杯”、全國研究生數模大賽、全國大學生節能減排等國家級賽事及上海市各類賽事中，研究生成績斐然。每年研究生發表sci、EI 收錄的文章，發明專利申請和授權，蔚然成風，給學校研究生教育帶了新的氣象。更重要的是，就業競爭力大大提升，不少同學已經有了創業意向。在就業方面，研究生就業的平臺更高，滿意程度也在不斷地提升。
高校肩負著向社會輸送符合社會經濟發展需要的高素質人才的重任，培養復合型、創新型人才逐步成為高等教育的發展必需。充分運用校內外資源，特別是行業企業的實踐基地資源、具有豐富實踐經驗的工程技術人員的資源，以及柔性引進的海外高端人才，進行多學科交叉創新型人才的培養，可以作為一條經驗。本文正是論述了筆者這些年的做法，總結出能源動力類研究生培養模式，構建理工學科交叉，充分利用校企兩種資源，挖掘海外名師與國內知名專家的資源,注重研究生創新能力和綜合素質的提高，希望對高校研究生培養有一定的借鑒意義。
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同學力申碩考試報考時間：凡進入“信息平臺”的申請人，須在每年3月20日前通過“信息平臺”申請參加考試的語種或學科、參加考試的地點?？忌话銘诮邮芷浯T士學位申請的學位授予單位所在?。ㄗ灾螀^、直轄市）參加考試。如有特殊情況，需申請在工作單位所在地參加考試的，必須經接受其碩士學位申請的學位授予單位同意。
學位授予單位要認真核對考生的資格、報考語種或學科以及參加考試的地點等信息。發現不符的或有弄虛作假的要及時糾正或取消申請資格。
外國語水平和學科綜合水平考試的報名信息的匯總、命題、考務及閱卷工作委托教育部學位與研究生教育發展中心（以下簡稱“學位中心”）組織實施，相關工作的具體安排由“學位中心”另行通知。各省、自治區、直轄市學位與研究生教育主管部門根據“學位中心”的統一安排，組織本地區的考務工作。
同等學力考試形式：同等學力申碩統考即全國統一組織的外國語水平考試和學科綜合水平考試，于每年5月份舉行。
同等學力考試科目：外國語水平考試的主要語種有：英語、俄語、法語、德語和日語。
門窗是影響建筑節能水平的重要組成部分之一，也是建筑圍護結構節能、保溫或隔熱中的關鍵環節，其傳熱性能對于改善建筑室內環境，控制能耗至關重要，從而對其傳熱性能檢測一直是研究熱點之一?？傮w上門窗玻璃傳熱性能檢測分節能現場檢測和實驗室測試兩種。其中實驗室檢測作為玻璃質量監督監測的主要手段，我國1997年就制定了JC/T675-1997《玻璃導熱系數試驗方法》國家標準[1]。目前玻璃傳熱性能實驗室測試主要有穩態法和非穩態法。如金太權基于單向穩態熱流法測石英玻璃導熱系數[2]，并建立了實驗測試系統；劉海增以紅外燈為加熱熱源，基于傅立葉導熱定律和牛頓冷卻定律，測玻璃鋼板導熱系數[3]；周菁華則基于穩態法原理對節能玻璃導熱系數的測試方法進行了研究[4]。近年來，隨著各種新型玻璃的出現，比熱容逐漸成為玻璃的重要性能指標之一，針對此非穩態平面熱源法在玻璃熱物性測試中得到了應用，其優點是測試時間短，對實驗環境要求不高。本文對已有玻璃熱物性實驗室測試方法進行分析，并提出了改進思路。
1. 穩態法測試原理
穩態法分穩態護板法和穩態圓筒法等，針對玻璃的物理特征及應用特點此處特指穩態護板法（如圖1所示）。穩態法原理上基于傅立葉定律，僅能獲取材料導熱系數。
圖1 防護熱板法原理圖
由圖1所示，主熱板放置于兩塊被測試樣中間，為了盡量保證主熱板熱流垂直穿過試樣，其兩側分別設置一塊與主熱板保持相同溫度的護熱板，通常為了保證效果，護熱板內往往設置與主熱板加熱絲相同功率的熱絲。冷板是為了使試樣端面維持均勻恒定的溫度，可通過恒溫水浴實現。理想情況下，主熱板熱量均勻恒定的向兩側試樣流出，則被測試樣的導熱系數可用下式獲得：
d = （1）
式中：Q為主加熱板釋放的熱量，J；A為主加熱板加熱面積，m2；T1=T2-T1，和T2= T3-T4分別是主加熱板與上冷板與下冷板間的溫差。
由測試原理可以看出，穩態法測試時間較長，且對實驗環境有較高要求，但其原理簡單，JC/T675-1997《玻璃導熱系數試驗方法》國家標準即基于穩態法測試原理。
2. 非穩態法測試原理
針對穩態法測試時間長，對實驗環境要求高的缺點，近年來非穩態法在材料熱物性測試中得到了廣泛應用看，其中適用于玻璃熱物性測試的有非穩態平面熱源法、非穩態熱帶法、非穩態熱線法等。
2.1 非穩態平面熱源法
與傳統的穩態法原理上只能測玻璃導熱系數相比，可實現導熱系數、熱擴散率的同時測定，其原理結構如圖2所示。
圖2 物理模型
設平面熱源熱流只在豎直方向（x方向）上傳遞，且其熱流強度Q恒定，則試樣內的溫度變化分別可歸結為如下定解問題[5]：
（2）
式中：j為試樣密度，Cp為定壓比熱容，d為導熱系數，而熱擴散率Z=d/（jCp）。
在上述定解問題的基礎上衍生了快速測量法（恒流法）和脈沖法，其中快速測量法適用于導熱系數較大的材料熱物性測量，而脈沖法適用于導熱性能差的絕熱保溫材料等[5]。根據門窗玻璃的熱物性參數參考范圍，應適用于脈沖法。對式（2）作拉氏變換進行求解，可得：x=0處，如有強度為q的熱源從零時刻開始加熱，加熱時間t后，試樣任意位置x處的溫升為：
= B（y） （3）
2.2 非穩態熱線法
設在固體介質中放置一根細長線狀熱源，其熱能僅能在熱線徑向傳遞，將構成一個無限長圓柱導熱模型。當熱線以恒定熱流持續加熱時，如已知熱線上通過的電流 及其電阻 ，其單位長度發熱量 ，W/m。
在加熱功率恒定的情況下，熱線上的溫升 值隨時間 的變化曲線呈近似線性[6]，直線的斜率為k=q/（4id） ，據此可以得到被測試樣的導熱系數 d
式（4）即交叉熱線法測導熱系數的理論公式。
利用熱線上的溫升數據結合交叉熱線法測得松散煤體導熱系數 ，同時測得距熱線r距離處的溫升得到
式中
B（y）=-2y dy1 （4）
y2= （5）
加熱片發熱強度可用下式計算：
q=（I2R-m0Cp0） （6）
從熱源加熱開始計時，至t1時刻斷電停止，熱量仍繼續向冷面傳播，同時熱面溫度下降，至時刻t2，導熱系數 可用下式計算：
= （7）
式（10）中包含有無窮級數，參照文獻[1]提供的煤樣熱物性數據，經實驗，該級數取前5項即可滿足精度要求，即有
（y） = （ （r， _-2 ）/q =- -lnp- （11）
式（11）為超越方程，傳統方法是無法求解的，只能通過如對分法等近似數值解法編程求解，從而對于某一特定時刻 可求得對應的熱擴散率a 值，對應若干個時刻將計算得一組 a值，取加權平均作為最終熱擴散率的測試值。這里需要注意的是，為了防止煤樣受到熱震損傷，實驗過程中試樣各處的溫升最好不要超過10℃/min。
求得熱擴散a 后，試樣的比熱容Cp根據下式算得：
Cp= /（ a） （12）
2.3 非穩態熱帶法
熱帶法原理與熱線法類似，區別在于熱帶法用窄薄的金屬帶（熱帶）代替熱線。測試時待測材料中夾持薄金屬帶，從某時刻起金屬帶被以定功率加熱，同時記錄熱帶的溫度響應，并繪制曲線，根據被測材料熱物理參數與溫度變化間關系的理論公式，可測得其導熱系數和熱擴散率。熱帶的溫度變化可以通過測量熱帶電阻的變化來獲得，也可以通過在熱帶表面上焊接熱電偶來直接測量。
最常用的熱帶材質是純鉑，其它已知電阻溫度系數的性能穩定的金屬也可以，熱帶典型的長度為100mm-200mm，寬度為3mm-5mm，厚度為10um或更小。
熱帶法溫度響應的理論公式或模型如下
T（t）={ erf（ -1）-[1-exp（- -2）]-Ei（- -2）} （13）
式中： = ， wh--熱帶寬度；erf（z）--誤差函數；q--熱帶每單位長度的加熱熱流。
當加熱一定時間，即 >>wh 時，可得簡化公式
T（t）= [lnt+ln ] （14）
對于熱電阻式的熱帶法，溫度響應是通過測量熱帶上的電壓變化來獲得
U（t）= [lnt+ln ] （15）
如果畫出溫升 T（t）或電壓U（t） 隨對數時間的變化曲線，曲線呈線性變化趨勢，直線的斜率為m= ，截距為n=mln ，根此可以得到被測試樣的熱導率 和熱擴散率
= a=exp（） （16）
由式可見，熱擴散率的測量精度比熱線法要好，因為wh 的數值（1mm-10mm）比熱線的半徑大的多，可保證熱擴散率值達到滿意的精度。
3. 存在的問題
綜前所述，門窗玻璃作為典型固體材料，適用的測試方法較多，穩態法及非穩態法均在玻璃熱物性測試中得到了應用。目前針對玻璃熱物性測試的主要有穩態法和非穩態平面熱源法，實際使用過程中均存在一定的優缺點。
3.1 穩態法
穩態法具有原理簡單、易于實現等優點，在固體材料熱物性測試得到了廣泛應用，玻璃導熱系數測試國家標準就是基于此撰寫的。但穩態法測試時間長且對實驗環境要求較高，例如要求保證試件側向絕熱條件，否則將直接影響測試精度。如圖3所示為試件側向絕熱與不絕熱條件下的溫度場變化情況。由圖可以看出，側向絕熱條件對玻璃內的溫度變化影響是明星的，如圖（a）和（b）所示，分別為側向不絕熱和絕熱情況下，底部用50w/m的平面熱源加熱時玻璃內的穩態溫度場分布，可以看出區別明顯。側向不絕熱時，玻璃側向存在熱傳遞過程，溫度場受側向熱流影響明顯。而側向絕熱時，面熱源加熱熱流只在垂直方向傳遞，溫度場均勻。由此可見，基于穩態法原理測玻璃導熱系數時，側向絕熱條件直接影響測試精度。
（a） 側向不絕熱時玻璃內的溫度場分布
（b） 側向絕熱時玻璃內的溫度場分布
圖3 側向絕熱條件對玻璃內溫度場分布影響情況
除了對實驗條件要求較高外，原理上穩態法也僅能測玻璃導熱系數，可測參數單一，從而一定程度上限值了其推廣。
3.2 非穩態平面熱源法
針對穩態法存在的問題，近年來非穩態平面熱源法在玻璃熱物性測試中得到應用，如圖4所示為某公司基于脈沖法和恒流法原理設計生產的熱物性測試儀，適用于玻璃等固體材料，測試時間短且效率高。
圖4 非穩態平面熱源法熱物性測試系統
平面熱源法原理公式假設設面熱源與被測試樣間接觸良好，也即不存在接觸熱阻，而實際上熱源與被測試樣間是存在接觸熱阻的，且對面熱源及試件內的溫度場變化影響明顯。如圖5所示為面熱源加熱條件下，考慮接觸熱阻與不考慮接觸熱阻時，面熱源與試件內（導熱系數 為0.7695）的溫度變化情況。面熱源加熱功率50w/m，參照有關資料接觸熱阻設定為0.01k*m2/W，初始溫度293K。
（a） 考慮接觸熱阻影響玻璃及熱源溫度場
（b） 不考慮接觸熱阻影響玻璃及熱源溫度場
圖5 側向絕熱條件對玻璃內溫度場分布影響情況
如圖6所示為面熱源溫升對比曲線圖。
圖6 面熱源溫升對比曲線圖
由圖5可以看出，接觸熱阻對面熱源溫升及玻璃內溫度場影響明顯，同樣加熱條件下，熱源溫升相差近10℃，從而對熱物性參數測試精度的影響是不可忽視的。
4. 發展趨勢
隨著計算機技術的不斷發展，物理參數自動測試、處理進而得到被測材料的熱物性參數已成為現實，材料熱物性測試精度更多取決于原理模型、實驗條件、基本參數測試精度。針對門窗玻璃熱物性測試需求，穩態法在原理上僅能獲取導熱系數，已無法適應現代門窗玻璃質量監督檢驗要求，能夠同時測玻璃導熱系數、熱擴散率的非穩態法將成為發展趨勢。而隨著建筑節能技術的發展，對門窗玻璃的熱物性測試精度必然提出更高的要求。完善原理模型、提高參數測試精度和尋求新的測試技術將是進一步提高玻璃熱物性參數測算精度的可行手段：
1）研究試件與加熱熱源間的接觸熱阻問題。如前所述，試件與熱源間客觀存在接觸熱阻，無論是熱線法、平面熱源法，接觸熱阻的存在均會對熱物性參數測試精度帶來影響。對試件與熱源間的接觸熱阻問題進行研究，并在測試原理模型中有效表征是提高熱物性參數測試精度的有效途徑。
2）尋求更適合的測試方法。如前所述，目前應用于玻璃熱物性測試的穩態法與非穩態平面熱源法，受原理模型及熱源溫度均勻度影響，測試精度不高。熱線法由于受加熱絲直徑影響較大，同時測溫熱電偶布置不便，應用受到一定限制，解決極細熱絲與測溫傳感器連接問題，將可能應用于玻璃熱物性測試。近年來，熱帶法在材料熱物性測試中得到廣泛應用。熱帶法使用范圍廣泛，不僅可測液體、松散材料、多孔介質及非金屬固體材料，還可用于金屬熱物性測試。且與線狀（圓柱狀）熱源相比，薄帶狀熱源更易與被測材料保持良好的接觸狀態。而與平面熱源法相比，熱帶夾持在被測試件中間，受側向熱流的影響較小，實驗條件較易控制。故熱帶法更適于測固體材料導熱系數，同時熱擴散率的測量結果也較為準確。設計適用于玻璃熱物性測試的熱帶法裝置，將是可行的研究方向之一。
致謝：本文受安徽省教育廳自然科學基金項目（KJ2012B064）與安徽省質量監督局科技計劃項目資助。
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中圖分類號：TU832文獻標識碼： A
一、引言
根據不可逆過程熱力學，換熱器的不可逆性用熵產率來度量。前人普遍認為換熱器的總熵產率包括兩個部分，一部分是冷、熱流體間有限溫差傳熱產生的熵產率，另一部分是粘性流體有摩阻流動產生的熵產率。熵產率最小對應于換熱設備最優，這一優化準則被稱為換熱過程（設備）優化的最小熵產原理，也被稱為熱力學優化。
二、換熱器散熱場
針對以導熱或對流方式冷卻電子器件的散熱通道網絡，給出了散熱通道網絡的等效熱阻和等效流阻的定義，并把它們作為散熱通道網絡導熱和流動不可逆性的度量。以等效熱阻或等效流阻最小為目標優化了散熱通道網絡的結構參數。以下是網絡優化常用數學模型：
多股流溫差場均勻性因子為：
該多股流換熱器溫差場均勻性因子，考慮多股流溫差性造成的均勻性因子與換熱性能的不統一性，而將冷熱流體間的不同溫度采用了無量綱溫差。通過對多股流換熱器溫差場均勻性因子的溫度無量綱形式，使得冷熱流體間的溫差都處于0~1的范圍內。該因子能夠有效地反映熱交換流體沿程(換熱器縱向)的溫度均勻分布特性，而不會將不同組(換熱器橫向)溫差不均勻造成的影響誤差引入，更能較為有效的反映多股流換熱器的熱交換性能。
三、散熱網絡優化
針對網絡多流的換熱器綜合與優化，在兩股流網絡換熱器綜合與優化的概念中，本文提出了多股流網絡換熱器優化與綜合的方案，這種方法可以直接使用常規的兩股流換熱器網絡綜合及優化的理論成果。具體研究方案為：
四、多股流優化方案
獲得整體網絡初始優化構型，再依據合并法則將多個兩股流換熱器進行有機組合成換熱器的多股流，得到換熱器多股流的伊始出入口溫差和其它相關匹配數據。換熱器的多股流形成以后，從多股流換熱器的絕對優選設計著手，利用多股流換熱器溫差場的均勻性因子作為評價主要目標和指標函數，在特定數據的優化多股流換熱器條件下，得到多股流換熱器本身的最佳流體結構和并行通道排組列方式。
多股流換熱器的設計方案多是在某一局部的工況下進行的，并且采用入口參數在其柔性變化范圍內不會對多股流換熱器性能產生影響。在換熱器多股流優化網絡中，可加入多股流換熱器的柔性方案，將換熱器多股流的進口區間處進行優化變量約束，即在尋求多股流換熱器的最佳進口溫度的柔性區間范圍內。以上概述相應的推導過程：
對平均配置冷卻流體的網絡流動通道規定它的流阻等效為網絡流動通道的耗散率粘性除以流量總體積的二次方。以流阻等效最小值做為網絡流動通道的優化方向，討論了其對影響最優網絡流動通道結構的三個因素，第一因素是結構維數（又分為一維、二維和三維），第二因素是通道直徑分布（可以是不規則或規則），以及第三因素的幾何限制因素（散熱表面積一定或兩者均一定、散熱通道總體積一定）?？梢钥偨Y三個因素的影響為：隨節點數目的增長，流阻等效最小的網絡結構通道會向單維（幾字形）向二維（并行通道）、進而向多維（多分道）轉變。
在平均配置的前提下，散熱率均分可表示為：即將打造某一通道網絡采取耗費某種限制的“源泉”，則最先的通道網絡則會使單位“源”所發出的散熱率在整個網絡通道上呈現均勻。
五、方案的實例應用
針對發動機內艙散熱場區域，如發動機本身、車輪內徑、車身內柱、變速箱傳動面等表面形狀十分復雜，采用平均配置結構化并行生成網絡流動通道；對于發動機艙外部網絡流動通道，以及在車體表面附近的網絡流動通道計算區域，也可采用多股流優化生成流場網格；同時，在距離汽車較遠的流場計算區域，采用結構化多股流。因此，對于整個流場計算區域，生成了結構化、多股流優化等組成的網格，全流場流體單元網絡得到有效整合。
多股流換熱器也可應用于低溫情況，但是低溫縱向溫度呈現與熱負荷分布情況具有其獨特性，這也是因為換熱器中多元并行工做介質組分及系統運行高低壓等熱力學因素、多股流換熱器本身換熱性能以及混合工質沿程不均勻的相變傳熱特性共同決定的。需要注意多股流作用下的特殊條件，其他的均相同即可。
五、結論
在網絡換熱器兩股流基礎上，對優化網絡換熱器多股流的綜合方案可以直接采用還算捷徑的常規網絡流換熱器兩股優化與綜合的技術，在換熱器多股流的引導下，較為方便的簡化網絡優化資源配置。
六、參考文獻
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中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A 文章編號：
引 言：早在1942年，Gauler就曾提出熱管技術原理。熱管是用綜合液體蒸發、冷凝和毛細管現象設計的。熱管理論是在1965年有Cotter首次提出較完整的理論的。熱管的結構主要有外殼、吸液芯和工作液組成。本文對熱管技術在通風空調工程節能應用中出現的一般性問題進行較系統的分析,為實際工程應用和設計提供參考。
1、通風空調的能流特征
采用集中式空調的建筑物，為了保證室內空氣品質,要進行適當的新風置換，小型建筑物主要通過門、窗自然排出、滲入,而大型建筑物往往設集中排風、新風系統。建筑物通風空調廢熱(冷)具有以下特點:(1) 排出的空氣狀態參數接近室內空氣的溫、濕度，對于大型建筑物，排出的廢熱(冷)相當于總負荷的30% ~40%。(2) 排風中的廢熱(冷)與新風處理所需能源品位比較接近。(3) 排風中的廢熱(冷)與新風處理能源需求在時間上完全同步,如果通過熱交換方式回收排風中的廢熱(冷)則無須增設復雜的蓄熱裝置。
2 熱管技術在通風空調節能中的應用
2.1 熱管技術在通風空調節能中的優勢
熱管換熱器與其他形式的換熱器相比，用于通風空調能源回收的熱管屬于常溫熱管，具備以下優勢: （1）傳熱效率高。熱管換熱器主要通過工質相變傳熱,具有很高的軸向傳熱能力,在小溫差傳熱方面具有很強的適應性。但徑向傳熱并無太大的改善,應重點考慮徑向傳熱強化。（2）環境適應性強。熱管換熱設備的冷凝、蒸發段的結構設計和空間布置非常靈活,特別適應空間狹小和改造工程等情況下的排風廢熱(冷)回收。（3） 管壁溫度具有可調性?？瑟毩⒏淖冋舭l段或冷凝段的傳熱面積,達到獨立改變蒸發段和冷凝段熱流密度的目的。（4） 屬于二次間壁換熱?？梢员苊庑嘛L與回、排風的交叉污染,因此特別適合工廠、醫院等特殊場合下排風熱(冷)回收。（5）管壁溫度具有可調性?？瑟毩⒏淖冋舭l段或冷凝段的傳熱面積,達到獨立改變蒸發段和冷凝段熱流密度的目的。
2.2 熱管技術在通風空調節能中的應用
2.2.1 房間空調的換氣熱(冷)回收
房間空調器在潮濕地區使用時,會因除濕能力不足而不能很好地形成舒適的室內環境。熱管-空調器系統的整體性能受旁通風量比例、新風、回風、送風參數等運行條件的影響較大,系統優化設計和優化運行很重要[12]。另外,由于增加了熱管換熱器,氣流阻力有所增加,需要適當增加空調器風機壓頭。設備造價、總體尺寸都有所加大。
2.2.2 集中排風廢熱(冷)回收
公共建筑規模大,同時由于人員密度大或者生產工藝要求,換氣次數大,例如醫院潔凈手術室要求換氣次數40次/h以上,因而集中排風廢熱(冷)回收潛力很大。通過分離式熱管換熱器,利用空調系統排風熱(冷)能量預處理新風,新風比按30%計算,可使空調系統節能7%以上。隨著排風與新風溫差的增大和新風比的增大,節能效果更加顯著,實驗表明冷、熱氣流溫差只要超過3e即可回收能量。據此,上海、南京等長江中下游地區夏季排風廢冷能量回收的時間可達1 500 h以上, 3 a內可收回設備造價。平翅片、百葉式翅片比錐形翅片、針形翅片換熱效果好,而且壓力損失小,主要原因是平翅片、百葉式翅片與管壁接觸更充分,而錐形翅片、針形翅片導致氣流擾動增強。風道風速為0. 5 m/s時,采用一排平翅片或百葉式翅片熱管,熱交換效率可達40%,二排可接近70%,之后隨著熱管排數增加,熱交換效率提高的趨勢漸緩,壓力損失明顯增大。熱管單元交錯排列與矩形排列比較,熱交換效率略有提高,但壓力損失顯著提高。
3 熱管技術在工程中的應用
3.1傳統形式熱管
傳統形式熱管換熱器中的熱管的熱傳遞存在著一系列制約因素,主要有毛細力極限、聲速極限、攜帶極限、沸騰極限等,并與熱管結構、工作介質、吸液芯結構、工作溫度等有關[3]。毛細力極限是最有普遍意義的制約因素,對于適當數量網目的吸液芯,增加層數,可以提高熱管的傳熱能力和毛細力極限,但是,增加到一定層數時,由于通道減少,傳熱能力有可能受聲速極限的制約而下降[13]。另外,傳統熱管生產工藝復雜,成本較高。
3.2 分離式熱虹吸管
分離式熱虹吸管由于蒸氣與液體分道流動,故不存在攜帶極限,限制其傳熱能力的因素主要有干涸極限、聲速極限和冷凝極限。實際上,它是一個氣液自然循環系統,循環動力是下降管系統與上升管系統中工作介質壓力差,因此,只有當冷凝段和蒸發段達到一個最小高度差,足以克服各段循環阻力,這時蒸發段出口截面含氣率為1,工質循環倍率為1,即認為達到最佳工作點。
3.3 熱虹吸管
熱虹吸管沒有吸液芯,冷凝液在重力作用下回流,傳熱極限主要有攜帶極限、干涸極限和沸騰極限。影響熱虹吸管傳熱性能的因素有熱虹吸管幾何尺寸、放置傾角、充液量、工質的熱物理性質和工作溫度等,其中充液量和傾角影響最大。關于充液量,Imura[14]得到的結果是最佳充液量為熱虹吸管總容積的1/5~1/3, Harada[15]等提出充液量為熱虹吸管總容積的25% ~30%為宜,還有人[16]得到的最佳充液量為熱虹吸管總容積的18% ~20%。
3.4 熱管工質的選擇
熱管依靠工質的相變來傳遞熱量,工質選擇一般考慮以下原則:
（1）工作液體與殼體、吸液芯材料應相容,且應具有良好的熱穩定性。
（2） 工作液體應適應熱管的工作溫度區,并有適當的飽和蒸氣壓。
（3）工作液體應具有良好的綜合熱物理性質要求液體的輸運因子、熱導因子較高,還要考慮液體在工作溫度下的過熱度。
（4）其他原則包括經濟性、毒性、環境污染等。
結 語：
熱管換熱技術應用于通風空調能源回收,結構形式建議首選熱虹吸管或者分離式熱虹吸管,工質建議選用甲醇、丙酮,充液率等問題有待系統和深入研究,其經濟性也有待更多的實際工程檢驗。由于通風空調工況條件與工業節能應用有很大差異,在設計和應用上不能簡單套用工業節能應用的方法和理論體系。熱管傳熱機理復雜,由于實驗模型、試驗條件、分析方法等的差異,不同研究者得出的一些具體結果差異較大,其一般性意義有待檢驗。
參考文獻:
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1．引言
換熱器作為一種各工業領域廣泛使用的設備，它的研究倍受重視。目前關于換熱器的研究大致有兩個方向，一是研究換熱器傳熱強化，主要目的是提高換熱器流體和固壁間的對流換熱系數，進而提高換熱器的效能。二是從可用能的角度研究換熱器的熱力學優化，包括換熱器的熵產分析、火用效率分析等，從使換熱過程不可逆性最小的角度來優化換熱器。其中過增元提出的換熱器溫差場均勻性原則，一方面可以指導新的提高換熱器效能的方法，另一方面也可以對換熱器熱力學優化做分析。本文是從溫差場均勻性原則出發，將其應用于逆流換熱器的優化過程，并對各種優化方法進行分析比較。
2．換熱器溫差場均勻性原則
過增元在1992年《熱流體學》[1]一書中定義了溫差場不均勻因子，應用于順流、逆流和叉流換熱器，發現在相同的傳熱單元數NTU、熱容量比W和流體進口溫度的條件下，逆流換熱器溫差場最均勻，效能也最高，熵產也最小。進而在1996[2]年定義溫差場均勻性因子，提出了換熱器熱性能的溫差場均勻性原則：在NTU和W一定時，換熱器的溫差場越均勻，其效能越高。并采用數值方法對13種換熱器的溫差場和效能進行了分析，驗證此原則的正確性。通過熵產分析指出此原則是以熱力學第二定律為理論依據的。同時針對叉流換熱器，提出了分配換熱面積來改善換熱器性能的新方法。過先生又在2002[3]年給出了簡單順流、逆流、叉流換熱器溫差場均勻性因子的解析表達式，同時通過實驗的方法對此原則進行了驗證，針對多流程叉流換熱器，舉例說明用改變管路連接的方法來改變溫差場均勻因子，進而改變換熱器的效能。在2003[4]年提出基于溫差場均勻的場協同原則，同時將此原則應用于多股流換熱器中，提出換熱器傳熱性能的高低取決于冷熱流體溫度場的協同程度，而不是流動方式。
從上述溫差場均勻性原則的提出、驗證和發展歷程來看，這一理論已經比較成熟，也是從傳熱物理機制方面優化換熱器的新探索，可以利用它比較實際換熱器的換熱性能。很多換熱器大都是復合型流動方式的換熱器，基本上沒有解析表達式；尤其對于叉流換熱器，應用此原則，可以在NTU和W給定時，改變傳熱面積的分布或是管路連接方式，來改變換熱器的效能。溫差場均勻性原則前提條件是NTU和W值恒定。對于換熱方式（逆流）已定的換熱器，在W和NTU變化時，應該如何應用此原則是本文討論的主要內容。
3．溫差場均勻性原則在逆流換熱器熱力學優化中的應用
過先生[3]將溫差場均勻性原則用于指導叉流換熱器的優化，并對優化效果進行了分析驗證。溫差場均勻性原則，是從研究對流換熱的物理機制出發[5]，用于指導各種形式換熱器的優化。本文目的就是應用這一原則來指導逆流換熱器優化方法的選擇。
3.1逆流換熱器已有熱力學優化方法比較分析
以目標函數區分的優化方法大概有兩類：一是傳熱過程熵產分析，二是定義火用效率分析。
關于熵產，徐志明、楊善讓[6]等人定義熵產生數Ns：單位換熱量的熵產。以Ns最小為目標，通過泛函求極值求得換熱器溫度和熱流的最優分布，得到結論：使W略大于1實現最優參數分布。他們從溫度分布的角度來優化換熱器，提供了一種從換熱內部的細節研究問題的思路。能大曦[7]等人在分析換熱器的熵產時得到了類似的結論：在W為1時，換熱器的Ns最小。同時指出徐志明等人研究得到的W略大于1的結論，是因為他們定義的NTU與常規的定義不同。綜合分析前二者可以得到：當NTU一定W變化時，使W為1，換熱器性能最佳。對于逆流換熱器，W為1就意味著溫差場均勻，符合溫差場均勻的原則。當W不變NTU變化時，對于Ns的變化，能大曦[7]等人的研究得到：對于逆流換熱器，W不變，隨著NTU的變化，Ns單調減小。
關于火用效率分析，徐志明、楊善讓[8]等人，給出考慮阻力的火用效率取極大值的方法。通過定義火用效率：
分析火用效率隨NTU和W的變化，下圖是他們分析的結果。從上述結果看出：對于逆流換熱器，W不變，NTU較大時，隨著NTU的變化，η會越來越低，NTU不變，W變化時，η在W近似為1時取得最大。
比較熵產和火用效率兩種方法的結論可以得到，NTU不變，W變化時，二者結論基本一致。而對于W不變，NTU變化的情況，隨著W增大，Ns單調減小，而也降低了。兩種方法出現了矛盾。下面通過溫差場均勻性原則對兩種方法比較選擇。
3.2逆流換熱器熵產和溫差場均勻性分析
3.2.1逆流換熱器W變化時，看換熱器的效能、Ns、溫差不均勻因子變化規律。
分析中采用文獻中已有的表達式：
(a)換熱器的效能[8]：
(b)換熱器的熵產[7]：
(c)熵產生數[7]：
其中：。
的解析表達式見文獻[7]，換熱器的表達式見[3]，圖1給出W從0.1變到0.9時，、以及變化結果。其中
由圖中得到：隨著熱容量比接近于1，換熱器溫差場均勻性因子增加了，熵產減小了。同時結合徐志明[8]等人分析火用效率的結論，綜合得到：在NTU不變，W越接近于1，換熱器溫差場均勻性因子越大，熵產生數越小，火用效率越高。即熵產分析和火用分析均符合溫差場均勻性原則。另外從圖中看出效能隨著溫差場的均勻而降低了，用效能來評價換熱器性能和熱力學分析結論出現了矛盾。當NTU一定，如果要求不同的W得到相同的換熱量的話，那么W小的流體，熱側流體的流量很大，保證如此高的流量也要有代價，同時由于流量大，通過換熱器時阻力損失也大，與之相對應的火用損失也大，火用效率[7]降低了。因此同時得到單純用效能來評價換熱器是不可靠的結論。
3.2.2W一定，NTU變化時，溫差場均勻性因子、熵產生數以及效能的變化。為便于和火用效率[7]分析的結果作對比，取熱容量比：
得到結果如下：
圖2Ns－NTUφ-NTU和ε-NTU曲線
由上圖可見，當W不變時，隨著NTU的增加，Ns變小了，效能增加了，但溫差場變得不均勻了。結合徐志明[8]的結論，火用效率變小。發現此時火用效率判據符合溫差場的均勻性原則，而熵產分析卻和原則相反了。Bejan[10]曾把逆流換熱器傳熱過程的熵產分為不平衡流動即熱容量不匹配的熵產和由于傳熱面積有限引起的熵產。能大曦[7]等人對兩部分熵產比較得到：兩部分的熵產隨NTU的變化，趨勢是相反的。由于換熱面積有限引起的熵產隨NTU增加而減小，由于不平衡流動的熵產隨NTU增加而增大。對于逆流換熱器，溫差場均勻與否只取決于W是否為1。不難理解只有由熱容量不匹配引起的熵產變化趨勢能用溫差場均勻性原則來解釋。換句話說，熵產生數來做判據包含了換熱的物理機制之外的部分，在對換熱器做優化時，應怎樣用它還有待進一步的分析。從這個角度考慮，基于換熱的物理機制建議選擇火用效率作為換熱器熱力學優化的判據。
4．結論
（1）針對逆流換熱器，比較已有優化方法，發現熵產分析和火用效率分析在W一定，NTU變化時得到的結論出現了矛盾。
（2）應用溫差場均勻性原則，對比溫差場均勻性程度變化的趨勢和熵產生數、火用效率的變化趨勢，得到火用效率和溫差場均勻程度變化趨勢相協調，選用火用效率來做優化更能反映換熱的物理機制。因此建議用火用效率來優化換熱器。
參考文獻
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如何加強地源熱泵系統換熱器的換熱性能已成為地源熱泵系統大面積推廣的瓶頸。本文主要對前人關于垂直U型地埋管閉式地源熱泵系統的埋管換熱器的換熱性能的研究進行整理和總結。
一、系統運行模式對U型管換熱性能的影響
地源熱泵系統在適應不同場合的供冷、采暖需求時有全天連續運行、晝開夜停間歇運行、全天不連續運行等模式，不同的運行模式下其埋管的換熱效率是不盡相同的。Stevens以有限差分模型為基礎分析了不同運行條件下地埋管內流體和周圍土壤的換熱性能，結果發現，間歇運行時流體和周圍土壤的換熱性能高于連續運行時。于紅海在建立了鉆孔內二維、準三維傳熱模型的同時，又引入了脈沖熱流對連續運行和間歇運行時的溫度響應，建立了埋管換熱器的較為完善的模型，對60m深U型埋管換熱器地源熱泵進行了夏季運行的實驗測試。結果表明，在最佳流速0.42m/s時，由于連續運行時管內介質與周圍土壤交換的熱量來不及向周圍擴散而影響了進一步的傳熱而使得全天連續運行時單位孔深換熱量與系統制冷系數隨運行時間的延長而減少，且晝開夜停運行模式易于保證地溫的恢復，使對提高單位孔深換熱量更加有利。
二、熱短路現象對埋管換熱性能的影響
由于埋管空間的限制和進出水間存在溫差，相距較近的管群之間直接或通過土壤間接發生熱量傳遞，造成埋管換熱器制冷工況下出水溫度升高，或制熱工況下出水溫度降低，進而使得系統的制冷量或制熱量減少，效率下降。
潘彥凱通過在GAMBIT中建立地埋管換熱器模型并對模型中的線、面進行結構化和非結構化的網格劃分，以細長圓柱體為模型對不同井深垂直埋管的換熱性能進行檢測并與模型進行比對后發現，井深越深，流速越小，U型埋管支管間的熱短路現象越嚴重，而與進口水溫和管徑大小無關；且雙U型管的熱短路現象比單U型管更為嚴重。同時，在出水管處鋪設聚氨酯泡沫塑料等保溫材料對減弱熱短路的影響也是有利的。
三、埋管深度對埋管換熱性能的影響
由于地下深層土壤溫度受地面環境影響較小，當深度增加到一定程度時，土壤溫度便不再增加，而此時埋管與土壤間的溫差也逐漸減小，進而使得埋管和土壤的換熱性能下降。
吳玉庭以經典的圓柱源理論為基礎，采用GAMBIT軟件建立了地源熱泵垂直U型管地埋管的三維全尺寸數值模型，對U型管在冬夏不同工況下運行時的傳熱性能進行了研究。結果表明，在冬季工況2℃進口水溫的工況下，低流速時，隨著埋管深度的增加，管內水和周圍土壤進行更加充分的換熱，單位井深換熱量也隨之增加；但隨著水溫的上升，水和土壤的溫差逐漸減小，致使單位井深換熱量也減小。因此，埋管深度對單位井深換熱量的影響隨著流速的降低而逐漸加大。
四、進口水溫對埋管換熱性能的影響
制冷工況下，水與土壤的傳熱溫差隨進口水溫的升高而增大，進而導致換熱量的增大，但出口水溫隨之增加，機組制冷效率下降。
陳旭等基于地下埋管換熱器的熱滲耦合傳熱模型，對地源熱泵在制冷工況下的運行特性進行了數值模擬，通過對模擬計算結果進行單因素敏感性分析及回歸分析，并用SPSS軟件進行統計分析，得到了單U型地埋管換熱器夏季工況單位井深換熱量與巖土熱物性、地下水滲流速度、埋管深度、管內流體流量、進口溫度、運行模式等的關系。結果表示，各參數中，對單位井深換熱量影響最大的是進口水溫，其次是地下水流速、巖土導熱系數、埋管深度、日運行時間、管內流量。就地埋管的進水溫度而言，在每天運行8小時，總共運行10天的試驗中，進口水溫每升高1℃，單位井深換熱量便增加2.358W/m。而在冬季采暖工況下，降低進口水溫，將有助于增加水與土壤的有效傳熱溫差，使水獲得更大的吸熱量，進而增加單位管長換熱量。如何合理地控制進水溫度對于提高地埋管熱泵系統的效率至關重要。
五、土壤導熱系數對埋管換熱性能的影響
目前，土壤導熱系數主要由現場熱響應實驗測試法【12】來測試。於仲義【13】通過測定致密黏土、致密砂土、砂巖這三種土壤結構在相同條件下與地埋管換熱器換熱的能效系數得出結論，土壤的導熱能力高時有助于強化地埋管內流體與周圍土壤間的熱量傳遞。
高青等人利用有限元熱分析平臺，建立了二維瞬態有限元模型，對地下非穩態傳熱過程進行分析，對比了采用現場熱響應實驗測試法測試土壤導熱系數時的各影響因子。實驗表明，當試驗時間足夠長時，土壤的傳熱系數將不再波動而趨于穩定；當土壤初溫增加時，其導熱系數幾乎呈直線上升；作為對測試結果影響較大的因素，管間距每增加0.002m，土壤導熱系數便降低0.115W/（m*℃）。
目前國內外關于地源熱泵埋管換熱器的研究通常都是基于圓柱源模型的理論，并未綜合考慮各因素的影響，存在一定的局限性，且大多的研究都是以單井為單位，未考慮井群間各井換熱對整個系統換熱的干擾和影響。同時，冬夏季工況下運行時熱量的不平衡、初投入過大、地理位置等的限制、研究與實際應用脫節等現實問題使得我國的地源熱泵技術尚未大面積地推廣和應用。在能源日益短缺的今天，加強地源熱泵系統的研究是建設節約型社會的必要途徑。
參考文獻：
[1]王景剛，馬一太，張子平，等.地源熱泵的運行特性模擬研究[J].工程熱物理學報，2003，
[2]于紅海.地源熱泵垂直U型埋管換熱器不同運行模式的性能模擬及實驗研究[D].上海：東華大學碩士論文，2008.
作者簡介：
隨著機電產品使用時間的增加，通電時間越長必然導致集成芯片發熱量增大，其散熱問題是一個必須要考慮的問題。如果熱量不能以合適的方式及時的散出去，必將影響機電產品的功能。光碟機就是一個比較典型的機電產品，其散熱問題的考慮是一個很經典的設計。ANSYS是目前應用比較廣泛的有限元分析軟件，具有強大的有限元分析功能和人性化的人機交互界面，使用該軟件，能夠有效地降低分析成本，縮短設計時間[1]。本文通過對這一問題的分析研究，對光碟機的熱分析問題進行了深入的分析，采取了合情合理的散熱方式，采用有限元分析軟件ANSYS9.0對散熱墊的散熱狀況進行散熱模擬，并對分析結果進行對比。
1 散熱理論
熱分析是基于能量守恒原理的熱平衡方程[2]：
1．1輻射
輻射是指機體以發射紅外線方式來散熱，物體發射能量并被其他物體吸收轉化為熱量能量交換[2]。當皮膚溫高于環境溫度時，機體的熱量以輻射方式散失。輻射散熱量與皮膚溫、環境溫度和機體有效輻射面積等因素有關。在一般情況下，輻射散熱量占總散熱量的40%。當然，如果環境溫度高于皮膚溫，機體就會吸收輻射熱。
1．2傳導
傳導就是機體通過傳遞分子動能的方式散發熱量，幾個完全接觸的物體之間或同一物體不同部分之間由于溫度梯度而引起的熱量交換[2]。當人體與比皮膚溫低的物體（如衣服、床、椅等）直接接觸時，熱量自身體傳給這些物體。臨床上，用冰帽、冰袋冷敷等方法給高熱病人降溫，就是利用這個原理，CPU上的平板式散熱片[3]也是利用了傳導的原理。
1．3對流
對流就是空氣的流動，這是以空氣分子為介質的一種散熱方式，物體表面與周圍環境之間，由于溫度差而引起的熱量交換[2]。與身體最接近的一層空氣被體溫加熱而上升，周圍較冷的空氣隨之流入。這樣，空氣不斷地對流體熱就不斷地向空氣中散發。對流散熱量的大小，取決于皮膚溫與環境溫度之差和風速。
1．4蒸發
液體汽化需要熱量，自人體表面每蒸發1ml水，可帶走2.32/kJ熱量。當氣溫高于皮溫時，其他幾種散熱方式都失去作用，蒸發便成為唯一的散熱途徑。
2 光碟機介紹
2.1 光碟機組成
光碟機組成按結構功能來劃分主要有三大部分，一是機芯，二是PCBA，三是承載機構和外殼等，如圖1所示:
圖1 碟機結構
Fig1. ODD structure
2.2光碟機熱量散發系統
散熱系統主要有：下蓋（BC），散熱墊（Heat sink），集成芯片（IC）和PCB四部分相接觸的物體組成，如圖2所示：
圖2 散熱系統
Fig2. Heat dissipating system
3 熱傳導散熱分析
ANSYS的熱分析是基于能量守恒原理的熱平衡方程，通過有限元法計算各節點的溫度分布，并由次導出其他熱物理量參數[2]。電子元器件功率的不斷提升導致了更多熱量的產生[3]，因而散熱顯的極為重要[4]。本例中采用穩態分析，參數設定：自然對流條件(10W/m2.K)，熱源設定6W(12V*0.5A)，光碟機內部環境溫度設定為42℃，光碟機器外部環境溫度設定為30℃。各零件的熱傳導系數如表1：
表 1
零件縮寫
熱傳導系數k(W/m.K)
BC
18.5
Heat sink
3.2
IC
50
PCB
0.36
4 分析結果
經過上述設置后，可得到散熱墊的溫度場分布圖，如圖3所示：從圖中可看出，使用該散熱墊后最高溫度可達165.92℃。
圖3 溫度場分布
Fig3.Temperature field distribute
5 結束語
ANSYS不僅能用于常規工程結構問題的靜態或動態有限元分析，還能在諸如流體力學，熱力學（溫度場）、電磁場等方面進行有限元的模擬與計算[5]。一個成熟的熱設計可以為為我們帶來一個可靠的產品,同時也為我們的使用創造舒適性[6]。本例中通過對散熱墊模擬現場情況的分析，得出散熱墊的溫度場分布，進而可比較不同散熱墊帶來的不同散熱效果,選擇合適的散熱墊來散熱，為碟機的散熱設計提供了有力的數據支撐。同時也值得其它需要散熱的產品設計者借鑒學習。
參考文獻：
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[4] 盧中林．電子產品的散熱設計［J］．可靠性分析與研究(集成電路與元器件卷)，2004，（12）
專業定位。新能源科學與工程專業圍繞浙江大學“以人為本、整合培養、求是創新、追求卓越”的教育理念，以“培養知識、能力、素質俱佳，具有國際視野的新能源科學與工程專業拔尖創新人才和未來行業領導者”為宗旨，以新能源的開發、儲運、利用為特征，緊密結合學科前沿和行業發展需要，積極培養滿足國家戰略性新興產業的創新型人才。
培養目標。培養具備熱學、力學、電學、機械、自動控制、能源科學、系統工程等寬厚理論基礎，掌握可再生能源和新能源專業知識，能從事清潔能源生產、可再生能源開發利用、能源環境保護、新能源開發、工程設計、優化運行與生產管理的跨學科復合型高級人才。
課程設置。專業課程設置按照浙江大學“通識課程+大類課程+專業課程”體系進行構建，其中專業課程包含專業基礎課、專業核心課和專業實驗實踐課。專業基礎課的安排上，設置了如工程流體力學、工程熱力學、傳熱學、能源與環境系統工程概論等基礎課程，使學生具有熱學、力學、機械、能源科學和系統工程等寬厚理論基礎。專業核心課程開設了包括生物質能源、太陽能、風能、氫氣大規模制取的原理和方法、新型液體燃料能源等課程，旨在讓學生掌握新能源領域相關科學原理、工藝以及新技術研究發展趨勢方面的知識。在專業實驗實踐課程上，安排了新能源實驗、認識實習、風電風機課程設計、生物質發電系統課程設計等，使學生掌握新能源的有關實驗，掌握現場運行，工程設計和生產管理等知識，為今后從事新能源開發利用工作打下基礎。
專業建設特色
依托動力工程及工程熱物理國家重點一級學科平臺，浙江大學新能源科學與工程專業建設體現出鮮明的科研與教學相長的教學特色。
強大的學科平臺。能源系擁有國內一流的學科與科研優勢，具備國際競爭的實力?，F有國家重點一級學科1個，一級學科博士點1個，國家重點實驗室1個，國家工程研究中心2個。設博士點8個、碩士點8個、博士后流動站1個。連續5年科研經費超過億元。依托強大的學科與科研優勢，以及不斷在學科交叉領域取得的創新型研究進展，為學生直接參與項目研究、在實踐中培養創新精神創造了條件；同時為優秀大學生繼續深造提供了寬廣的平臺。能源系在新能源領域已有大量的研究積累，開展了大量新能源的研究方向，如太陽能熱利用發電技術，生物燃料電池，微藻制油等，并已承擔了新能源方向的973項目2項，863項目多項。
一流的師資力量。能源系擁有一批在國際上具有競爭力的中青年人才，其中院士1人，“973計劃”項目首席科學家3人，長江學者獎勵計劃特聘教授6人，國家杰出青年基金獲得者5人，浙江省特級專家2人，國家百千萬人才工程人選7人，教育部跨世紀和新世紀優秀人才5人。全系教師隊伍具有博士學位比率達93.1%，已形成了一支知識結構、學歷結構和學緣結構優化、年齡結構合理、教育教學能力和研究能力突出、具有國際競爭力的教學團隊。在新能源專業方向上，已形成了由院士牽頭，5位長江學者和一大批教授為核心的新能源研究隊伍。
先進的教學模式。專業建設以拓寬專業基礎、專業知識面為宗旨，制訂與國家發展需求相適應的本科教學計劃和課程體系?？蒲谐晒ㄟ^教學改革、課堂教學、大學生科技創新活動、畢業論文（設計）等途徑，轉化為教學資源，實現教學科研互動，為學生創新能力的培養提供了平臺。能源系積極開展本科教學改革，“結合國家重大需求，創建能源與環境復合型人才培養新體系”獲2009年國家級教學成果二等獎；《工程熱力學》、《熱工實驗》課程獲國家級精品課程稱號；“國家級能源與動力實驗教學示范中心”2012年通過專家驗收。
開放的實踐體系。經過多年的建設，能源系建立和發展了與學科前沿及行業發展緊密結合的能源與動力創新型人才培養實驗實踐教學體系。依托動力工程及工程熱物理國家重點一級學科、能源清潔利用國家重點實驗室，以能源與動力國家級實驗教學示范中心建設為契機，通過實驗課程精品化、建設學生創新實驗室和節能減排實踐基地、開展以全國大學生節能減排競賽為代表的各類學生科技創新活動、與行業領軍企業共建創新實踐教學基地等形式，構建了多層次訓練、多學科交叉、全方位輻射的立體創新實踐平臺。
專業建設成效
學科資源與科學研究成果及時、有效地引入本科教學建設中，為本科教育提供了大量優質資源，有效地提升了教學質量。本科生對該專業的認同度高，目前該專業已經成為最受學生歡迎的熱門專業之一，學生主修專業確認平均績點在4以上，在工科專業中排名第三。
核心課程精品化建設。專業依托教師在新能源領域的前沿研究方向，將科研方法、體驗與成果引入課程，推進核心課程精品化建設。2013級培養方案修訂中，確定《太陽能》、《生物質能源》2門專業核心課程建設，并增設了《非常規天然氣和合成氣開發與發電技術》、《生物質直燃發電技術》、《新型液體燃料能源》等課程，優化了課程結構，體現了專業特色。
專業教材高質量建設。近年來，教師總結多年科研和教學經驗，出版了《能源與環境系統工程概論》、《能源工程管理》等2部“十一五”國家級規劃教材。出版了《熱學基礎》、《核電與核能》、《熱能專業英語閱讀與寫作》、《燃燒理論與污染控制》、《多孔介質燃燒理論與技術》、《二氧化碳捕集封存和利用技術》、《生物質液化原理及技術應用》等專業課程指導教材。
實驗教學創新性建設。教師結合新能源領域的科研項目研究成果和科研項目實驗臺開展新開實驗課程項目的建設與研究，開設了“硫碘熱化學循環制氫”、“流動和霧化的激光測量”、“生物能源實驗”等實驗項目，同時充分利用學科實驗室的設備為學生提供優質的實驗環境。
實習基地全面性建設。在校外實踐教學基地建設中，與東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司、上海鍋爐廠、浙能集團等9家企業簽訂了校企合作協議，并根據行業面向與專業培養目標，對校企合作的課程進行了合理的規劃，注重實習企業的交叉互補。如東方鍋爐、上海鍋爐廠等企業提供熱能轉化設備的實踐實習；深圳東方鍋爐控制有限公司提供熱能設備控制方面的實習；藍天環保等提供燃燒污染控制方面的實習；華電電力科學研究院提供測試方面的實習；廣州瑞明電力股份有限公司提供電廠整體的實習。上海鍋爐廠有限公司、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司成為首批國家級工程實踐教育中心。
學生科技創新活動開展。能源工程學系打破教學、科研、學科實驗室界限，學生通過自主立項或參加教師的科研項目，自定實驗方案、自主完成大學生科研訓練計劃、節能減排競賽等課外科技創新活動。目前，新能源科學與工程專業本科生已獲得SRTP立項31項，浙江省大學生科技創新活動計劃項目3項，全國大學生創新創業訓練計劃項目1項；獲校級大學生節能減排學科競賽獎項15項，獲國家級大學生節能減排競賽三等獎1項。
未來專業建設的方向
