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热能工程学科

时间:2014-08-01来源:机械动力工程学院作者:管理员点击:

学科名:学术型为热能工程、专业型为动力工程

负责人:路义萍

所属类别:学科介绍

 

简介:

热能工程专业始建于1985年的原哈尔滨电工学院,2013年国家统一将热能工程专业更名为能源与动力工程专业。本专业一级学科为动力工程及工程热物理,2006年至今,本专业二级学科学术型硕士点名称为热能工程,2010年至今,本专业获得了专业型的动力工程硕士学位授予权。目前,学科带头人为路义萍教授,后备带头人:吕薇教授、李九如教授。

整体状况与结构如下:

1)学科队伍本学科现有教师12人,其中:教授7人,副教授4人,讲师1人;中青年教师中具有博士学位者6,具有硕士以上学位者10人;博士占教师总数的50%;硕士占教师总数的83.3%41岁以上8人,40岁以下者4人。

2)科学研究在完成本科教学任务前提下,本专业更加注重科学研究学科建设。考虑本学科专业技术人员在一级学科下属的二级热能工程学科中的学历、研究兴趣和研究历史,发展和建立了以下三个主要研究方向:

1.电机中湍流、辐射等流体流动与传热耦合仿真技术及实验研究;

2.生物质锅炉、流化床洁净燃烧领域的污染控制技术、节能与环境保护技术;

3.可再生能源、蓄能技术及热舒适、空气洁净技术。

其中电机中流体的流动与传热研究主要是针对各种电机中的流动及传热特性进行研究。因此,坚持电与热科学的交叉结合,注重节能与环境保护统筹研究,拓宽热科学与流体工程的仿真计算研究,坚持走产学研一体化道路,形成鲜明的理工大学能源动力学科特色之一;特色之二为燃烧设备中的洁净能源与污染控制技术、节能与环境保护技术。

本学科近10年以来,科学研究方面取得了长足进步。其中,主持与参与结题的国家自然科学基金面上项目3项,青年基金项目2项;获得省自然科学基金立项5项,获得哈尔滨市科技局人才培养4项、省教育厅7项,横向课题仅50多项,科研进款近300万元。与工厂企业建立了广泛联系,有的放矢进行科学研究。在电器冷却等方面曾获省科学技术进步二等奖一项、与三等奖两项、发明一等奖一项。获得国家发明专利2项、实用新型专利40多项。结合科研项目完成了具有较高学术价值的科技论文约150余篇,其中学校认定A10多篇,10多篇文章被SCI收录,70多篇被EI收录。

3)人才培养首先注重教师本身素质与时俱进,派出多名教师出国访学及国内进修培养。另外,多年来共招收学术型与专业型研究生共69人,一次就业率100%,目前,毕业并获得硕士学位率为100%。为火箭军培养2名高级技术人才,为大学培养三名专业教师,为国家及省市特检院、哈电集团、华为、北京北重、中国南北车集团、海信集团、格力电器、荣成核电、建筑设计院等单位培养了60多名从事能源管理、热设计、电机冷却技术的企业技术骨干高级技术人才,受到企业好评。

4)条件建设近几年,在学校及学院的大力支持下,又借中央与地方共建基金项目、人才培训基地建设及日行贷款的东风,投入了200万元进行实验室建设,使实验设备上了档次,扩大了实验室的规模,增强了实验室的功能,根本上改善了热能工程实验室的实验条件。

5)学术交流在国内,本学科与哈尔滨工业大学、上海理工大学、西安交通大学、哈尔滨工程大学等大学建立了良好的交流与合作关系。经常参加中国工程热物理学会等等组织的学术活动。在国际上,学科成员经常参加国际会议进行学术交流,平均每年超过4人次。

6)社会服务与工厂企业建立了广泛联系,如哈尔滨电气动力装备有限公司、哈电机厂等为振兴老工业基地服务,解决电器装备中的通风冷却问题;与南方的一些企业长期合作,共同开发、研制燃烧生物质的小型热水锅炉及热风炉,解决生物质能源利用方面的课题,满足了有些城市不允许锅炉燃煤的环保要求,这种燃生物质锅炉的开发利用能达到“节能减排,废物利用”,进一步促进可再生能源的利用发展,有的放矢进行科学研究,服务社会。

本学科主要研究方向如下:

1.电机中湍流、辐射等流体流动与传热耦合仿真技术及实验研究;

2.生物质锅炉、流化床洁净燃烧领域的污染控制技术、节能与环境保护技术;

3.可再生能源、蓄能技术及热舒适、空气洁净技术。

 

研究方向及特色:

1.电机中湍流、辐射等流体流动与传热耦合仿真技术及实验研究

流动与传热现象广泛存在于热能工程、采暖通风、工业加热与冷却(热加工、电机转子发热冷却、绝缘材料特性研究、刀具冷却、电子元件冷却)等工业领域。通过数值计算与仿真计算,进行多参数优化设计,对研究过程进行机理研究,弥补试验的不足之处;同时,经优化的实验具有典型性、代表性,因而可以减少实验次数,节省试验经费。校内已购进大型的CFD计算软件FLUENT,具有多台计算机工作站,为流动与传热现象计算提供软件保障,也为研究生的数值计算工程仿真能力的培养提供技术平台。多年以来,本方向一直从事工程热物理与电机交叉学科方面的流场与温度场数值模拟及实验研究研究,研究经历主要包括

1)大型空冷汽轮发电机;

2)轴流风扇;

3)隐极同步电动机主机、励磁机通风系统几何结构优化设计、通风系统选择;

4)凸极同步电动机定转子系统通风计;

5)无刷励磁机、空冷汽轮发电机通风实验研究;

6)立式异步电机;

7)从事低压电缆紫外交联设备内的流场、辐射与对流耦合温度场参数研究等;

8)核电用双屏蔽电机及换热器一体化研究。

主持参与国家基金4项,主持黑龙江省自然科学基金、哈尔滨市人才项目、黑龙江省教育厅项目7项,厂校结合横向课题20多项。其中,关于电机内采用计算流体力学方法研究旋转流场温度场耦合研究方面,本人为国内主要创始人之一,积累了大量经验,发表的多篇电机转子通风温升方面论文得到国内外的广泛认可,引用率较高。发表SCIEI收录论文近60余篇,SCI单篇影响因子6.48,获批发明和实用新型专利20余项。荣获黑龙江省发明一等奖一项、技术进步二等奖一项,三等奖一项。该方向2006~2016年毕业研究生25人,目前在读10人,该方向自成立以来为华为、各电机有限公司等单位培养了大量从事热设计的骨干人才。

该研究方向团队以路义萍教授为主,包括:路义萍教授,王芳教授、韩家德副教授,秦柏教授,王佐民副教授,孙博讲师。

 

2.生物质锅炉、流化床洁净燃烧领域的污染控制技术、节能与环境保护技术

2.1清洁能源

清洁能源是指在生产和使用过程、不产生有害物质排放的能源。可再生的、消耗后可得到恢复,或非再生的(如风能、水能、天然气等)及洁净技术处理过的能源(如洁净煤油等)

学科研究方向主要以可再生的生物质能源利用、水煤浆配制研究、减少环境污染的流化床燃烧方法的研究、仿真等为课题目标,合作的一些项目充分对农业废弃物的生物质进行研发利用,比如对生物质成型、生物质燃烧锅炉的研发、燃煤锅炉改燃生物质锅炉等方面进行研究。我国是目前世界上第一大能源消费国,面对我国能源紧缺、环境逐步恶化的现状,该方向项目的研究积极响应了国家:“节能减排”的方针政策,并实现了废物利用,此方向的研究对我国有着重要的现实意义。

课题组还针对造纸黑液制备水煤浆进行研究,既可解决环保问题,又可节约水资源,并大大降低纸厂黑液处理费用,也降低煤浆制备成本,具有显著的经济效益、社会效益和环保效益,是一项黑液处理新技术。近几年,已与多个企业合作进行洁净能源方面的研究,并在该方面发表了近二十篇文章,其中被EI检索十余篇,并获批了10项专利。该方面研究以吕薇教授为主。

 

2.2流化床洁净燃烧与气化技术

针对目前煤炭资源匮乏及环境污染严重等问题,流化床作为一种新型锅炉可以燃用劣质煤、生物质甚至生活垃圾等燃料,并通过控制温度大大降低污染物排放,真正实现了节能减排的目的。本方向致力于研究流化床洁净燃烧及气化技术,是“十三五规划”主要研究方向。本课题组从理论上基于颗粒动理学理论提出了表征流化床内颗粒速度脉动各向异性的二阶矩模型,真实地反映了流化床洁净燃烧与气化过程,研究成果得到了国家自然科学基金委、黑龙江省基金委、哈尔滨市科技局、哈尔滨理工大学科技处等资助,应用本方向研究成果为多家企业解决了流化床技术问题。同时,本方向结合理论模型发明了循环流化床与鼓泡流化床联合运行锅炉、燃烧与气化多能级利用等流化床锅炉,申报专利60余项,为流化床设备的改进与优化提供了有效的依据。本方向已发表相关学术论文被SCI/EI源检索50余篇,单篇最高影响因子5.613,并作为优秀论文被Bio resource Technology(IF:4.494)杂志选为封面论文。成果获得了黑龙江省科学技术(自然类)三等奖及黑龙江省高校科学技术(自然类)二等奖的奖励。该方面研究以陈巨辉副教授为主。

该研究方向的教授与导师:吕薇教授,陈巨辉副教授,黄波副教授,付国民高级实验师。

 

2.3、锅炉内辐射传热与节能环保技术

本研究方向的特色在于:在强调能源高效利用研究同时注重解决环保问题,研究方向涉及交叉学科,需要研究新理论、新方法及新设备;为能源与动力工程中先进设备优化理论方面的研究。目前进展较大的部分是,针对中小型企业的创新发展需求,结合有市场商机的小型的燃油、气及生物质锅炉及蒸发器等,以降低能量消耗、碳减排与减少污染物排放为目标,进行炉内传热、燃烧与流动的多目标优化理论及应用技术的研究,进行产学研一体化研发设计。

该研究方向的团队教师包括:路义萍教授、韩家德教授、刘兴家教授,秦柏教授,黄波副教授、王佐民副教授。至今,已发表相关学术论文10篇,3篇被EI收录。完成省部级项目2项,在研企业横向课题项目3项,申请发明及获批实用新型专利10多项。

 

3.可再生能源、蓄能技术及热舒适、空气洁净技术

在经济高速发展的今天,制冷与空调技术已广泛应用于经济领域的各个方面。随着全球变暖,环境日益恶化,人类所居住的地球变得越来越脆弱,气象灾害将成为人类社会面临的最严重的自然灾害。迫于能源危机和环境保护的压力,低碳经济及可持续发展的要求日益迫切,我们必须着手改善和调整能源结构,提高能源利用效率,开发利用新能源和可再生能源,实现低碳经济,使能源、经济、社会可持续发展。

本学科方向主要是开发新能源、可再生能源(太阳能、地热能、风能等)及蓄能技术;探讨建筑物的节能技术、节能墙体技术、室内及人热舒适性及空气品质技术;提高热泵利用效率及除霜技术。

1)太阳能虽然分布广泛,但它的利用却不是轻而易举的。对太阳能的收集、蓄存和利用的研究意义重大,太阳能与土壤源热泵有机的结合,扬长避短,发挥太阳能及土壤源热泵各自的优点,达到了可再生能源最大限度的利用。近几年相继发表学术论文20余篇,其中,SCI检索一篇,EI检索5篇。在此领域取得了一定的成果。

2)蓄冷通常意义上是指在晚间电力谷荷阶段,利用电动制冷机制冷,把冷量以显热或潜热的形式蓄存在某种介质中.到白天用电高峰期,把储存的冷量释放出来,以满足建筑物空调或生产工艺的需要。蓄冷技术是现代空调技术的重要组成部分,蓄冷材料主要有水、冰、水化盐、共晶盐等。采用土壤作为蓄冷载体,在国内还很少见,在这方面的研究已有了一定的进展。已发表相关文章10余篇,获得省教育厅资助课题一项。

3)建筑物的节能墙(窗)体技术是建筑物节能的基本保障,室内热舒适性及空气品质是决定该空调系统品质优劣的根本因素,因此,建筑物节能和空气品质的研究至关重要。近几年这方面的相关论文已发表10余篇,EISCI检索5篇以上,获得省教育厅资助课题一项。

4)室内空气品质及污染物研究

在工业生产中会产生很多污染物,比如:家禽舍污染物会对家禽产生致命伤害,导致产蛋减少,生病甚至死亡,控制室内污染物,提高室内空气品质非常重要。测试室内流场流动情况,温度场温度偏高、污染物浓度高的区域,采用合理的通风方式(设置通风管道或通风口),防止流动死角产生,有效地除去有害气体,达到室内空气质量在合理范围内,保证生产质量,降低成本,提高利润,达到双赢的目的。

5)热舒适、空气洁净技术

随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高,人们对室内环境热舒适的要求也越来越高,室内良好的热舒适环境不仅可使人们身体健康、精神愉快,而且有助于提高工作效率;而且热舒适作为人工环境工程学科的重要基础问题,探讨人体感受、工效和热湿环境之间的关系,是暖通空调系统设计的依据和基础。所以研究热舒适的基本规律,创造一个健康舒适的环境非常必要。

主要研究:人体热舒适客观评价指标、热舒适的节能研究、服装对人体热舒适的影响、服装对室内洁净的影响研究。

近几年这方面的相关论文已发表4篇。

该研究方向的教授与导师:王芳、李九如、秦柏、孙博

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