时间：2023-01-02 23:09:04
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇传热学论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：传热学；教学改革；教学方法
作者简介：齐晓霓（1974-），女，山东临淄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师；刘永启（1965-），男，山东枣庄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，教授。（山东 淄博 255049）
基金项目：本文系山东理工大学教学项目基金“传热学教学方法的研究与探索”（项目编号：112024）的研究成果。
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0091-02
“传热学”是高等学校能源动力类、化工制药类、航空航天类、机械类、环境与安全类等专业的主要专业基础课，其与“工程热力学”、“流体力学”一起被称作热工类专业的三大支柱，[1，2]由此可以看到这些课程在上面专业中占有非常重要的地位。只有认真掌握这三门课程，才有利于后面课程的学习和相关的工作研究，所以要求教师在实际教学过程中，运用新型教学方法，采取先进教学手段，保证教与学都能达到最佳目标。本文根据“传热学”的课程特点，依据笔者自己的教学经验，从课程定位、教学方法以及培养学生的实际应用水平和创新性思维等方面，针对教与学的过程中出现的问题及解决要点进行分析和探讨。
一、明确课程定位
传热学是研究具备温度差异时发生的热量传递规律和测试的科学。因为自然界和不同生产领域普遍存在着温度差异，所以传热现象非常广泛。传热学也普遍应用在现代科学技术当中，是能源动力、化工制药、机械、航空航天等领域的必备技术课程。具有很强的实践作用，在具体学习过程中要重视基本概念和基本理论的掌握。因此在教学中要重视理论与实践相结合，使学生学会分析问题和解决问题的思路和方法，提高工程分析的能力，注重学生能力的培养，提倡节约能源，让学生灵活运用各章的经验公式和通过图表进行计算的能力。同学们在传热学的学习过程中普遍存在的问题是学习时不觉得有多难，但处理具体问题时却感觉力不从心、无从下手。究其原因，传热学的理论推导较多，而且经验公式难以理解和记忆，做习题时学生难以下手。
在教学实践中，笔者发现并归纳出中学时学过的能量守恒原理作为一条横线贯穿着传热学计算问题的始终，能将复杂的问题简单化。以导热问题的数学描写为例来说明这种方法的思路，[3]在要研究的物体中任意去除一个微元平行六面体作为该微元体能量收支平衡的分析对象。假设物体中有内热源，它代表单位时间内单位体积中产生或消耗的热量，在空间三个坐标方向上，将任一方向上的热流量分解成x、y、z坐标轴方向的分热流量，对于微元体应用能量转化和守恒定律建立起能量平衡关系式，即导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量。将三个方向上的能量平衡关系式写出后，相加即可获得总的能量平衡关系式，然后将各项热量传递方式的表达式代入平衡关系中求解，该方程可以针对物体的边界条件用简单积分求解。无论使用导热微分方程式直接结合边界条件求解还是简单积分求解，通过上述两种方法的讲解，可以让学生思路清晰，处理实际问题时起到事半功倍之效。如果在实际问题中出现了更复杂的热传递问题，可以划分不同的单元，一个个解决。将这种能量守恒的思路融入整个教学过程中，可以使学生加深对各章节中定律的连贯理解，达到了相当好的教学效果。
二、优化教学内容，适应传热学技术发展
世界范围内科学技术的迅速发展和我国经济建设取得的显著成就都对“传热学”课程的发展产生了积极的影响。尽管传热学的基本规律并无变化，但是研究手段的发展和工程应用领域的扩大进一步丰富了传热学的内涵。与此同时，在我国加入世界贸易组织以后，关于高等教育的国际化与本土化已成为热门话题，部分国外优秀的原版教材被引进了大学讲台上。如何借鉴国外优秀教材，不断更新教学内容，让学生经常接触到本学科的前沿知识，成为“传热学”教学中的必要任务。传热学的发展日新月异，为了适应我国相关行业的发展，体现本学科的进展，要使学生学到最新的知识，必须不断更新教学内容，把最新的知识引入到教学中。因此在教学内容的选择上，删减了部分比较繁琐的数学推导内容，如一维无限大平板非稳态导热分析解的推导过程等；对于传统传热学中相对陈旧的内容也做了删减，包括管内湍流传热的齐德-泰特公式、米海耶夫公式、流体横掠管束的格里森公式等；增添了教材上没有涉及或涉及不深的有关传热学新技术的内容，如微纳米传热内容、强化单相对流换热的纵向涡方法。
向学生传授知识，同时也是培养学生分析问题、解决问题能力的过程。从人才培养的整体计划来看，培养能力是更为根本的任务，因此在教学过程中对这一任务做了很大的努力：在每一章节末增加了本章内容的应用部分，举例更为接近工程实际，需要学生应用更多知识进行综合分析；对例题进行讲解时更为注重较为复杂的实际问题的分析和讲授，对此类问题分层次进行剖析讲解；在每一章最后增加了小论文题目，在教学实践中组织学生撰写与课程学习内容相关的小论文，激发学生的学习兴趣，培养分析问题、解决问题的能力。
三、“传热学”教学中的教学方法分析
大部分高校教师的教学模式都已从“独角戏”式的填鸭式教学过渡到“教与学的互动阶段”，例如在课堂教学中不再是教师一人唱独角戏，而是采用提问回答式、小范围对话式、逻辑启发式等教学方式，因材施教，因人施教。随着教育改革的逐步深入，现代科技的发展对教学的影响越来越大，例如为了使教学过程信息量增大，生动形象，激发学生的学习兴趣，大学课堂中大部分课堂教学都采用多媒体教学。[4]那么，“传热学”采用多媒体教学是否能够达到预期的教学效果呢？“传热学”是以传导、对流、辐射和换热器四大内容去展开的。所以在教学中适当辅以多媒体课件有利于讲清有关现象的物理本质和基本原理。比如在介绍三种传热方式时用空调制冷过程、烧开水的过程等生动的动画，来说明热量传递的分类，就能使学生留下非常深刻的印象。肋片导热一节中，同学们对稳态下的肋片沿着热量传递方向的热量逐渐减少这一动画过程去分析问题时，很快就明白了肋片的导热实质与传统的一维稳态导热过程的差别。
但在实际教学中，运用多媒体课件教学并不是为了运用现代教学方法。那么运用多媒体课件是否可以收到良好的教学效果呢？笔者调查了很多学生，他们大多认为：“传热学”中的纯理论推导难度很大，如果仍然采用多媒体课件，很难留下较深的印象，无法真正领会推导过程，虽然多媒体课件信息量大，但不逐步推导，能接受的内容就会很少，收效甚微。所以“传热学”作为一门专业基础课程，如果在教学活动中运用多媒体，就要预先确定教学内容。在讲解基础理论时，要以板书为主。多媒体课件作为一种辅助手段，把抽象的事物用生动的语言和画面展现在学生面前，更加形象和具体，再列举一些生活当中的实际例子，可以使教学活动收到良好的效果。在讲解较为复杂的公式时，最好的办法是板书，再加上对学生的提问，可以调动学生的学习兴趣。把理论的讲解和生动形象的事物联系起来，有利于学生掌握。学生在学习过程中，对不易理解的内容要适当做些记录，不但可以调动学生的学习积极性，而且取得了良好的教学效果。
四、考试方法及成绩评定方法改革
为了考核学生解决实际问题的能力，调动学生的学习积极性，死记硬背的内容不列入考核范围。笔者在“传热学”的考核中也进行了改革。考试采用三种考核方式综合进行，这三种方式是闭卷、开卷和大作业。任课教师在进行课程考核时要出具两套试题：一套试题是开卷，主要目的是为了考核学生运用所学内容分析实际传热问题和解决实际传热问题的能力，并且在开卷试题中也要有考查学生创新能力和创造性思维的内容；另一套试题为闭卷试题，主要用于考查学生对课程的基本概念、基本理论和基本规律等基础知识的掌握程度，题目主要包括简答题、选择题、填空题、名词解释等。开卷试题和闭卷试题的考试时间和分值分别占总考试时间和分值的50%。开卷考试和闭卷考试在同一考场中先后进行。
学生的成绩评定方法由传统的考试成绩评定改为“考试成绩+实验成绩+平时成绩”综合评定。为了提高学生的学习积极性，并保证学生的大作业质量，提高学生参与课堂讨论和课堂讲授的能动性，任课老师在课程一开始就要在课堂上宣布最终成绩的评定方法：考试成绩占总成绩的60%；实验成绩占总成绩的10%；平时成绩考核根据课堂讨论情况、回答问题、大作业成绩综合评定，占总成绩的30%。
五、教学效果
1.课堂和实验课教学效果
通过一个学期的教学改革思路下的教学设计和教学实践，笔者发现学生在课堂上能够积极主动地思考和回答问题，对“传热学”的学习比往届学生兴趣更高，在任课教师的引导下能够主动思考解决传热学问题的流程，主动查阅笔者提供的参考书目并提出问题。在导热、对流及辐射换热的实验课上，大多数同学能够自发、独立、主动地完成三个基本实验，有些同学还与教师探讨更深入的实验验证分析解的问题，完成笔者布置的选做内容。
2.大作业反馈教学效果
由于学生较多，从120个学生中抽查了交上来的50份大作业，学生在选题上发挥了积极性和主观能动性，选题范围从生活实例到气候变化，再到工程实践，如天气现象谚语中蕴含的传热基理、太阳能利用，制冷系统中的传热学应用等，涉及到“传热学”各个章节的内容。大部分学生还通过查阅相关文献和主动思考，初步掌握了模型建立、数值模拟及结果分析并验证这一流程，得到了一次系统的科学分析方法训练。学生在查阅资料并完成大作业的过程中，不仅巩固了课堂上教授的基本内容，还自发引入其它课程或参考资料中的信息并将信息加工消化，例如进行传热过程分析的火用分析方法等。
总之，学生在学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和创新能力。
六、结束语
总之，课程教学没有固定的模式，在实际教学中做到因人而异、因材施教是有一定难度的。作为教师，要不断应用新型教学方法，提高个人修养，制作丰富多彩的多媒体课件。要想使全部学生顺利完成学习任务，不但要适当运用多媒体课件辅助教学，还应经常和学生进行交流，有目的地指导学生，提高学生的学习兴趣，使全部学生感受到学习的乐趣，获得努力学习的动力。
参考文献：
[1]刘立平，师少鹏.传热学课程教学的改革探索[J].高等农业教育，
2004，（3）.
[2]刘晓慧.传热学课程内容分类教学法[J].建材高教理论与实践，
1996，（3）.
[3]涂虬.热平衡法在传热学教学中的应用[J].武钢职工大学学报，
传热学是研究由温差引起的热量传递规律的一门学科。由于传热学在科学技术领域的广泛应用，它已成为许多工科专业的一门基础技术课程。在华北电力大学（以下简称“我校”），传热学作为能源与动力工程（原热能与动力工程）及建筑环境与设备工程专业的核心专业基础课，其学时数为72学时，它不仅要为今后学习有关的后续课程打下理论基础，而且课程本身涉及的一些基本概念、原理和基本分析方法对于培养学生分析问题和解决问题的能力也十分重要。
像目前许多的大学课程一样，传统的传热学教学中存在着如下的问题：（1）教学目标过于重知识的传授，而忽视学生能力的培养。一般制定的教学大纲都是对课程知识点的要求，而没有明确课程在学生能力培养方面的要求。因此，教师在选择教学内容和教学方法上，也就主要围绕课程知识的传授而进行，特别是在教学学时限制的情况下，问题尤为突出；（2）教学内容多以学科体系为线索，内容过于理论化，很难与工程实际紧密结合；（3）教学方法多以教师为中心的讲授式，忽视学生在教学中的主体作用。课堂教学中基本上是教师的独自教授，学生在教学中基本处于被动和从属的位置。这种由教师主导的单向传播的方式使学生只能被动地学习知识，而难以发挥其学习的主动性，成了知识的“容器”。这种简单机械的学习无法培养学生的求知欲，反而消磨了他们原本的好奇心和求知欲。[1]
自2012年开始，我校传热学教学组的4位教师在传热学课程的教学上采用了研究性教学模式，学生主要是热能与动力工程专业的学生，含我校“卓越工程师教育培养”试点班的学生，每个教学班级的学生人数在30-50人之间，课程安排在学生的第五学期。现以2013-2014第一学期的传热学为例，介绍本课程的实践情况。
一、“传热学”课程的教学目标
按照研究性教学的理念，课程的教学目标是：课程教学不单是使学生更好的掌握系统的学科知识，而更重要的是使学生综合运用知识去发现、分析和解决问题，得到思维训练，学会知识的迁移或应用，真正学会学习，同时在以小组合作的研究中，学会与他人沟通交流的技能，形成健全的人格和丰富的思想[3]。它体现了教学目标从单一的知识传授到知识和能力并重的转变。
为此，本课程按照研究性教学的理念重新制定了本课程的教学目标。使学生：（1）系统了解传热学的基本概念、基本定律和知识框架；（2）能够正确判断一些实际问题中所存在的热量传递模式；（3）能够利用能量守恒的方法确定传热问题中各种热量传递之间的关系；（4）能够选择合适的计算方法或公式，对工程中典型的传热问题进行计算，并定性分析判断计算结果的合理性；（5）对一般的导热问题，能够建立其数学模型，并了解分析求解和数值求解的基本思路；（6）初步掌握有关传热的工程设计方法；（7）在计算机技能、合作能力、交流表达、学习能力等方面有所锻炼。
二、课程内容的整合
研究性教学的形式是多种多样的，教学内容的“问题性”是其研究性教学最突出特点。教学的过程是以围绕问题展开的教学过程，注重从问题开始而不是从结论开始，以探索学科知识的产生和发展规律为路径，以剖析工程原理的形成过程为载体，以分析、研究和解决工程实际和工程学科问题的过程为平台，以师生互动和同学合作为形式，将学习知识与研究问题相结合，使学生在学习学科知识、工程原理和思考、分析、探究问题的过程中获取、应用和更新知识，在解决问题的过程中培养和训练发现、研究和解决问题的能力，在合作学习和团队交流过程中形成和提高综合素质。
按照研究性教学的要求，对原有的教学内容调整为如下两部分。
1.基础传热学
将传热学中最基本的概念、理论和方法等提炼出来，形成传热学的主干知识，称之为基础传热学。主要内容包括：热量传递的机理和模式、能量守恒定律在分析传热现象中的应用、导热问题分类和导热基本定律、一维稳态导热分析解、非稳态导热的集总参数模型、对流传热的分类、边界层概念及其对流传热的研究方法、对流传热的特征数关联式、辐射的基本概念、两表面间的辐射传热计算、综合传热问题的分析等。[2]
2.主要的研究课题或项目
以工程实际问题为线索，整合部分教学内容，作为学生研究性学习的课题或项目。目前主要有如下几个问题：（1）平板式太阳能集热器的传热分析和计算；（2）套管式和管壳式换热器的热设计；（3）等截面直肋散热特性的研究，包括对其一维和二维模型的分析解和数值解；（4）高温金属件冷却过程温度场的研究，研究对象有大平板、长圆柱、球等典型一维几何形状的物体，研究方法包括集总参数模型、一维模型的分析解和数值解；（5）冬季房间热负荷计算的研究；（6）不可压流体外掠平板对流传热的研究，包括分析解、实验解。
三、具体的教学实践
1.教学安排
首先用20-24学时的时间进行基础传热学的教学，这一部分内容仍以教师教授式为主，这样可以让学生在较短的时间内对传热学的最基本的概念、理论和方法形成认知，这些内容也为学生开展研究性学习提供了必要的理论基础。
接下来32-36学时的时间，主要是以研究课题或项目为主线开展教学，教师给出每个课题的研究内容和时间计划，并对必要的方法给予讲解，学生以2-3人小组的形式自主开展学习研究。教师及时了解学生的进展和困难，适时进行反馈和指导，学生最终提交研究论文或项目报告，教师选择性地进行交流展示。表1给出了其中4个课题的具体教学安排。
2.课程的考核模式
由于课程的教学与以往发生了巨大的改变，因此课程的考核方式也必须进行调整，以起到激励学生的学习积极性，确保教学改革的成功。学生的成绩由期中考试、课题或项目的研究评价和期末考试三部分组成。在第一阶段学习完成后进行期中考试，其成绩占总成绩20%；课题或项目的研究评价包括学生学习的态度、课题的整体质量、个人在小组中的贡献等，这一部分占总成绩的20%；期末考试采用开卷的形式，其成绩占总成绩的60%。
四、取得的成效
经过2年多的教学改革实践，基本达到了预期效果，取得的成效主要体现在：
1.极大调动了学生的学习积极性，激发了学生的学习兴趣
在原来的教学中，总会有部分学生逃课，即使学生到课堂也不一定认真听讲，现在每个教师课堂的到课率都能达到96%以上，同学对课程的大作业（课题或项目）也表现了很大的热情。下面是部分同学的体会：“尤其是大作业，让我感觉很新鲜，很愿意去完成它。能够实实在在地去求解一个实际问题让我感觉很有成就感，这就叫学以致用吧。”“感觉是一种新的学习模式，从自己做的过程中思考，发现问题，解决问题，我觉得，这个过程是一种更大的收获。这种教学很容易引起我们学习的兴趣。”“我想之所以完成这种研究性学习的作业的感觉这么好，大概是因为我们从中感受到，用所学知识解决身边问题的惊喜，以及克服困难后的这种成就感。”
关键词：实践教学；创新；能源动力工程；改革
作者简介：代元军（1978-），男，河南正阳人，新疆工程学院电力工程系，副教授；孙玉新（1982-），女，吉林蛟河人，新疆工程学院电力工程系，讲师。（新疆 乌鲁木齐 830091）
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0102-02
能源是世界发展的重要资源和动力，能源的科学开发和优化配置，是当今各国现代工业以及国民经济和社会发展乃至富民强国的必由之路。新疆有着极为丰富的能源资源。据统计，新疆的石油、天然气和煤炭预测资源量，分别占全国陆地预测资源量的30%、34%和40%，光、热、风等资源也在全国占有较大份额，这为新疆建设国家能源战略基地奠定了坚实的基础。
在新疆如此丰富的特色资源下，新疆本科院校能源与动力本科专业如何在实践教学环节中结合新疆特色和学校特色，改革和创新层次分明、知识和能力逐级递增的实践教学体系，是摆在能源与动力工程教育工作者面前的难题。
一、分层次建立能源与动力工程专业基础教学实验中心
分层次建立能源与动力工程专业基础教学实验中心，将“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”三门能源与动力工程专业基础技术课程的相关实验组合起来，并提出把“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”课程所涉及的相关实验设置成四个层次的教学实验方案。
第一层次实验：基础性教学实验。主要是指与课堂教学内容紧密联系的实验（验证性实验），其中包括实验方法、实验技术的基本训练。例如在“工程流体力学”课程中设置了两个专项实验：雷诺实验、伯努利能量方程实验。在雷诺实验中，主要让学生观察水流的流态，即层流和紊流现象，然后测定上、下临界雷诺数，最终使学生了解流态与雷诺数的关系。在伯努利能量方程实验中，主要是观察流体流经能量实验管时的情况，并对实验中出现的现象进行分析，从而加深对能量方程的理解，并最终掌握测量流体流速的原理。在“工程热力学”课程中，设置CO2临界状态观测及P-V-T关系测定实验，通过该实验了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识，以及对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解，掌握CO2的P-V-T关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
第二层次实验：“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”中所涉及主要物理参数的测试手段和方法的实验。主要是指温度、压力、流量、比热、流速、传热系数、传热温差及数据采集等测试手段和方法的训练。例如在“工程热力学”课程中，设置气体定压比热测定实验。该实验让学生了解气体比热测定装置的基本原理和构思，熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法，掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法，分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。在“传热学”课程中，设置综合传热性能实验。该实验通过测定不同表面状态及气流条件下管道的综合传热系数，观察和分析影响传热的各种因素，从而对传热过程有一个直观的了解。
第三层次实验：实现设计目标的综合性实验。主要是指以实现某一功能为目的，构建工程性、设计性实验，培养学生构想、设计、解决问题的能力。例如换热器结构改造的传热性能对比测试实验。该实验的测试对象为学生设计的换热器外表面不同形状的肋片，通过实验测试其传热系数，找到最佳的肋片形状。
第四层次实验：知识延展性实验。主要是指通过互联网、多媒体、可视化技术介绍新知识、新技术、新发展，以期延伸和拓展学生知识视野和相关专业知识面。
通过以上四个层次的实验训练，能够培养能源与动力工程专业学生的流体及热工实验的实验方法、实验设计、实验技术等实验能力，为进一步开展专业课学习和专业性实验打下坚实的基础。
二、分级建立能源与动力工程专业实验基地及教学实验中心
1.初级为专业基本实验
主要培养学生掌握能源动力工程领域常用的实验方法，使用常用仪器、仪表，学会处理数据，具有规范、熟练、准确的实验操作技能，重在学知识、练技能，属于专业学习中的初级水平。专业基本实验主要包括“公差与金属材料”组建2个实验台位，“自动控制原理”组建2个实验台位，“热工过程检测技术”组建2个实验台位。
2.中级为专业综合实验
以专业方向课程设置为主线分别以热电工程模块、制冷空调工程模块、新能源工程模块三部分构建专业平台实验。
热电工程模块包括锅炉实验平台、汽轮机实验平台、热工过程自动化实验平台；制冷空调工程模块包括制冷原理及设备实验平台、空气调节实验平台、供热工程实验平台、食品冷冻冷藏原理与设备实验平台；新能源工程模块包括风能利用与控制技术实验平台、太阳能利用与控制技术实验平台。
3.高级为设计、创新实验
在三大专业方向模块综合实验的基础上，依据自主专业创新教学环节和毕业设计课题，组织大三、大四学生参加专业大赛或者参与教师科研项目。教师拟定实验大纲、提出问题让学生自行思考、分析、设计、优选，重在锻炼科学思维，发展创新能力，培养学生自主学习、大胆创新的学习习惯。这种设计创新实验是基于专业教学和科学研究之间的实验，主要结合专业大赛和毕业设计来进行。
三、建立能源与动力工程专业校内仿真实习基地，改革传统生产实习模式
生产实习教学环节是为了加强学生对所学专业理论课程的理解、增强对所学专业的感性认识，培养学生综合分析问题和解决问题的能力。在这一重要实践环节的实施过程中存在诸多问题，实习质量难以达到预期。以能源与动力工程专业方向之一的热电工程为例，能源与动力工程专业学生在电厂实习花费较大；电厂企业出于安全和经济效益的考虑，和学校很难建立起长期稳定的校外实习基地。由于电厂岗位工作的资质要求，实习学生不能上岗操作，生产实习只能是走马观花，流于形式，实习效果得不到保证。
为了解决以上问题，在自治区煤炭煤电煤化工实训基地建设工程的不断推进下，新疆工程学院能源与动力工程专业将传统的单纯的在电厂企业生产实习模式改为校内仿真实习与校外实习相结合，并逐步过渡到以校内仿真实习基地为主的生产实习模式。能源与动力工程专业的学生在新疆工程学院的300/600MW火电厂仿真实验室开展与实际电厂 1∶1仿真的运行操作和故障处理的训练。
在仿真实习中，学生主要熟悉、掌握锅炉机组及其主要附属设备的结构、工作原理和运行特性；熟悉锅炉机组各系统，如煤粉制备系统、风烟系统、疏水排污系统等的运行方式，运行监控系统及自动控制系统概况；熟悉锅炉机组正常运行中监视、调节的主要内容（参数）及其调节方法，如负荷、给水、燃烧、汽温等的调节和监视；熟悉锅炉机组起动前的准备内容，起动程序及起动过程中的有关注意事项；对锅炉机组的几种停运方式、停炉程序、停炉后的冷却和养护等熟练操作；掌握锅炉机组的事故预防和处理方法，学会分析有关事故，如给水、汽温、管子爆破、煤粉爆炸、熄火等，以及事故发生原因、预防处理的方法；熟悉考核锅炉运行的主要经济指标。生产实习模式的改革改进了学生的思维模式，强化了学生的工程意识，提高了学生参与实习的主动性、积极性，强化了学生的动手能力和综合能力，培养了学生严谨的科学作风。
四、改进能源与动力工程专业毕业设计，培养学生创新能力
毕业设计是能源与动力工程专业学生在毕业前关键性的综合性实践教学环节，是在教师的指导下学生独立完成的工程设计或者论文。通过该综合性实践教学环节的锻炼，复习和巩固本专业学生的专业基础知识和专业知识，培养学生对已学知识和未学知识的综合学习与运用能力。改进能源与动力工程专业的毕业设计，对培养学生的实践能力、创新能力和适应社会要求的能力具有重要意义。
毕业设计所涉及的内容，专业课程的任课教师应该在授课过程中加强讲授和训练，让学生尽早掌握毕业设计的理论知识。要根据专业方向和现有的新技术和新方法提出贴近生产一线的毕业设计题目，并且要保证题目的多样化，使得学生能尽量根据毕业后的工作方向确定题目，以便毕业后能够尽快适应工作岗位的专业要求。在毕业设计过程中，应该加强检查指导工作，保证学生能够按时按质的完成毕业设计。严格对毕业设计进行考核，通过考核评定出不同的等级，表彰设计过程中的优秀学生，以此来督促和提高学生做好毕业设计工作。
五、结束语
在新疆经济大发展的推动下，新疆工程学院热能与动力工程教研室通过积极调研和深入思考，对能源与动力工程专业实践教学环节进行了改革，并在实施过程中加以修订和调整，最终取得了较好的效果。
参考文献：
[1]秦春艳，才博.新疆新能源产业发展现状及对策研究[J].安徽农学通报，2009，15（22）：3-5.
[2]程远，俞端仪，吴重光.建立校内仿真实习基地 改革传统生产实习模式[J].高等工程教育研究，1997，（3）：32-36.
[3]新疆工程学院.2013级本科专业培养方案[Z].2013.
[4]李华彦，董丽娜.热能与动力工程专业毕业设计改革与探讨[J].中国电力教育，2010，（27）：140-141.
论文关键词：建筑节能技术；教学改革；土建
“建筑节能技术”此前只是建筑环境与设备工程专业的一门专业任选课，但是随着国家对建筑节能的重视，河南理工大学（以下简称“我校”）土木工程、建筑学、工程管理等专业增开了“建筑节能技术”这门课。目前，我国每年全社会终端能耗折合成电力总计为20000亿度/年。其中，正在飞速发展的建筑业作为我国经济发展的支柱产业，其总能耗占全社会终端能耗的27.6%。随着人民生活水平的逐步提高，住宅一般都配备了采暖和空调设施，建筑能耗大幅度增加，建筑能耗占总能耗的比重也越来越大。在发达城市，夏季空调、冬季采暖所消耗的能量已占建筑物总能耗的40％～50％。因此，在与建筑相关的专业中开设“建筑节能技术”课，对建筑节能技术的推广和我国建筑节能的发展是非常有利的。
但是，作为该课程授课教师，在授课时就遇到了新的问题：能不能照搬给建筑环境与设备工程专业授课时的所有内容和教学方法？答案肯定是不能的，因为授课对象发生了变化，学生的知识背景和将来的就业方向不一样。如何给土建类学生上好“建筑节能技术”这门课，怎样安排教学内容，采取什么样的教学方法，是教师应该深入思考的问题。
一、教学内容改革
“建筑节能技术”课程主要讲授的内容是建筑及其设备的节能原理与技术，可以分解为建筑本体或围护结构的节能、空调系统的节能和供暖系统的节能，每一部分又包括很多具体的节能技术。对于土建类专业来说，应针对学生的具体特点，对教学内容进行调整。
第一，由于土建类学生没有学过建筑环境与设备工程的专业基础课，直接讲“建筑节能技术”他们可能很难理解，所以笔者在讲具体的建筑节能技术之前，先给他们补充一些相关的基础知识，比如“工程热力学”、“传热学”的知识，这样在后面讲授墙体保温隔热、窗玻璃遮阳、低辐射玻璃等节能技术时学生就容易理解。需要注意的是，“工程热力学”和“传热学”等基础课的内容比较多，这部分内容的讲授又不能占用太多课时，所以教师在讲课之前要精挑细选，选择最合适的内容并进行精心编排。
第二，根据土建专业的特点，在教学中应重点讲授建筑本体节能这一部分内容，这部分包括建筑节能与气候的关系、围护结构保温隔热技术、合理利用太阳光、改善通风等。这些内容与土建专业是相关的，所以要安排较多的课时，对于空调系统节能和供能系统节能部分可以安排得相对少一些。比如，对于建筑学专业的学生来说，他们毕业后做的主要工作是建筑外形设计，我们重点讲授建筑本体节能，就能让他们明白建筑外形不是越美观越有艺术感越好，还要考虑不同建筑形状对能耗的影响，要考虑体形系数、窗墙比等参数，要让他们知道我国一系列建筑节能标准和规范中对建筑的体形系数、窗墙比都是有要求的，如果设计出来的建筑不满足标准规范要求是不能通过审批的，这对他们将来工作和推动我国建筑节能的发展都很有帮助。
第三，在整个教学过程中要向学生贯彻两种观点：节能不只是减少需求，不用能或少用能，不是要求所有建筑夏天都不开空调、冬天都不供暖，其真正的含义是要提高能源利用效率。建筑节能技术有很多种，但是，每一种具体的建筑节能技术都有其适用性，而不是万能的。对于国外先进的建筑节能技术我们不能完全照搬，如果不加分析地把国外那套拿过来用，可能不但不节能反而更加耗能。所以对于具体的建筑工程来说，要根据其地理位置、建筑类型、可用能源等选用适合的建筑节能技术。
二、教学方法改革
1.采用专题讲授的形式
对于土建类学生来说，建筑环境与设备工程专业所用的建筑节能教材都不太适用，况且该课程课时较少，一般在28学时左右，适合采用专题讲授的形式。专题讲授是指每次课讲授一个主题，它不局限于某一本教材，可以针对这一主题通过网络搜集很多资料，特别是跟这一主题相关的最新研究成果和不同的学术观点，因此，这种教学方式可以让学生获得更丰富的知识并且及时了解到最新最前沿的东西。 转贴于
2.采用启发式教学方法
教学应该是师生互动的过程，教学要取得良好的效果，必须能够激发学生的主观能动性，启发学生发现问题，进而分析问题、解决问题。启发式教学可以更好地发挥教师的主导作用和学生的主体作用，从而调动教学中的各种因素发挥积极作用。例如，在讲外墙保温技术时，讲过外墙保温的基本原理和做法之后，可以向学生提问：保温层是不是越厚越好？不同气候区外墙保温层的厚度是否都一样？外墙保温技术是否适用于我国所有地区？通过提问引起学生兴趣，让他们互相讨论，然后教师再给出答案，这样可以加深他们的理解，取得良好的效果。
3.与案例相结合
“建筑节能技术”是一门应用性、实践性很强的课程，因此，在教学中如果能挑选一些典型工程案例讲授，将有助于提高学生的学习兴趣，改善课堂教学效果。例如，在讲热泵技术时可以介绍上海世博园区江水源热泵和地源热泵联合系统，在讲空调系统节能时，可以介绍焦作本地的案例——解放军91医院的恒温恒湿恒氧系统，选择这些案例会使学生感觉更加亲近，更感兴趣。在讲授案例时不能只是教师讲，还要提出问题让学生思考讨论，这样才能让学生真正掌握。
在课堂讲授案例的同时，教师可以根据教学进度和内容，有针对性地让学生走出教室，融入社会的大课堂，到外面进行参观并据此写出调研报告，对节能工艺的优缺点和存在的问题进行分析并提出自己的看法，锻炼学生独立思考和分析问题的能力。
4.充分利用多媒体技术
多媒体技术是指采用计算机交互式综合处理文本、图形、图像、动画和声音等多种媒体信息的一种新技术。在教学过程中积极利用多媒体教学手段，可以将图形、文字、声音、动画等融为一体，使抽象的概念具体化，复杂问题简单化，繁琐内容精练化，实际问题形象化，便于学生接受和理解，大大提高了课堂教学的生动性。例如，在讲墙体外保温技术时，可以通过插入图片，让学生清楚地看到外墙保温的做法；在讲热泵技术原理时，可以通过动画形象展示热泵机组各组成部分以及流体的流动传热过程；在讲工程案例时，可以通过大量现场图片展示建筑外观、空调机房、室内末端等，使学生更快地了解该案例。
5.学生讲授法
学生讲授法是指教师在课堂教学中有计划地安排学生讲授部分教学内容，进而更好地完成教学任务。学生讲授法包括以下几个方面：选定课题，拟定提纲，课前准备，学生讲授，补充、评价总结。要想取得好的效果，每一个环节都要认真对待。学生讲授法的优点是能够让学生真正成为课堂的主人，提高课堂的教学效果，调动学生学习的积极主动性，提高学生的理解能力和表达能力，培养学生的自学能力，锻炼学生的心理素质。在“建筑节能技术”课的教学过程中可以安排1～2次课让学生来讲，比如让学生自己来搜集国内外著名的节能建筑实例，选取一个来分析其所用的节能技术及其优缺点。在整个过程中，学生要自己查阅文献搜集资料，还要认真写讲稿，要在全班同学面前讲授，这样其查阅文献能力、语言表达能力、分析问题能力都会得到提高，并且对知识的理解和掌握会更加深刻。
【关键词】管壳式换热器；工业设备；性能
1 引言
目前全世界比较关注的问题是能源问题，解决能源枯竭问题最好的办法是最大程度地降低能源的消耗。我国存储了很多的能源，但是由于我国的人口基数大，因此人均占有的资源比较少。我国人均能源少，而且能源的使用效率低下，工业生产商使用的设备陈旧，致使出现了严重的污染问题。我国能源的使用效率差不多只有百分之三十二，而那些发达国家差不多达到了百分之四十二；我国单个产品需要消耗的能源要比发达的国家高至少百分之三十五，多的时候差不多要达到百分之八十，所以我国的能源使用效率需要提高，这样才能够真正解决人均资源低下的问题。
在工业生产上，换热器应用的领域十分宽广，比如说化工、能源、机械等。换热器有很多种类型，区分的类型也大不相同。换热器可以按照使用的目的来分，可以分为加热、冷却、蒸发等；按照制造的材质可以分为金属、陶瓷等换热器；按照温度变化情况来区分，可以分为温度和不稳定换热器；根据换热器的工作原理可以间壁、蓄热和混合换热器。
管壳式换热器是间壁式中的一种，这种换热器制造工艺简单，材料便宜，而且换热的效率很高。管壳式换热器广泛应该于工业生产上，使用的换热器有百分之六十五是管壳式换热器。正是因为管壳式换热器的市场占有率，所以主要研究管壳式换热器的传热问题，这能够有效地提高换热器的传热效率，大幅度降低能源消耗，节约能源。
2 管壳式换热器的研究状况
近几十年，国内外对于管壳式换热器进行了大量的研究，主要从阻力、传热等方面进行了研究。一般加强传热效果可以通过两种，一种是主动强化，还有一种是被动强化。主动强化需要强化源，而被动强化则不需要源头。一般主动强化的方法有机械法、电磁法、表面振动法等。目前主动强化还没有被广泛使用，主要是需要大量资金投入，而且有复杂的使用机理，运作的时候会产生大量的噪音。因此，目前工业上使用的强化传热技术都是被动的。
强化管程主要是为了提高换热管一边的换热效率，一般强化管程的方法有：在管内加入填充物、管子使用新型的制造材料。比如说这些年在市场上面出现了多种类型的换热管，比如说单面管、螺纹管、薄壁纹管、多孔管等管道。管内的填充物主要有螺旋线圈、纽带等。不管是哪一种方式，它们的根本机理都是通过破坏层流的边界层，加快流体的湍流度，这样管子内部的传热系数增大，这样最终提高管道的传热效率。
目前，壳程强化传热的途径主要有两种，一是改变管子外形或在管外加翅片，即通过管子形状或表面性状的改造来强化传热，以提高换热器的效率，如螺纹管、表面多孔管等；另一种方法是将挡板的形式进行改变，这样就能够减少壳程的流动，传热的面积使用效率大幅度增加。
3 管壳式换热器的结构
管壳式换热器一般采用的是板式支撑结构，这种结构的挡板很多，比如说弓形板、网状板等。这些支撑结构都十分新式，而且还具备了共同的特点，这些结构能够把横向流动最大化地减少变为纵向流动，这样就能够消除传热的盲区，最大程度地降低阻力，最终提高壳程的传热效果。
3.1 双弓和多弓形折流板
一般的折流板管壳式换热器都是使用单弓形的挡板，流体在传递的过程中会出现死区。双弓形挡板换热器能够把流体平行划分为两股。因为压力降低和速度的二次方、横流管数等有关系，所以说最好选用间距和缺口一样的双弓换热器。这种类型的换热器的压力降低要明显比单弓的小。弓形不一样，传热系数也会发生改变，传热系数和速度存在关系，但是降低的程度要明显比压力降低的小。因此总的换热性能，双弓板要比单弓板好。三弓折流板和双弓的差不多，是把流体分成三股。
3.2 螺旋折流板
设计螺旋折流板主要是为了改变壳程流体的运动，使得流体运动呈现连续状态。这种流板的优势是大大提升传热系数，同样流体下压力降低下，壳程的结垢也大大减少，阻碍流体发生诱导振动。
最佳的折流板应该是连续的螺旋曲面，但是这种曲面在加工的时候比较困难，加上难以把换热管和折流板搭配起来。因此在加工的时候，一般用扇形面板来代替，形成一个近似的螺旋面，这样流体就能够进行螺旋运动。在加工的时候，一般一个螺距使用两块折流板。这种折流板能够强化传热主要是因为螺旋运动和柱塞流动相似，这大大提高了传热。还有就是螺旋流体破坏了边界层，这样就强化了传热。
4 增强传热的基本途径
要提升管壳换热器的换热效果，就需要增加传热。增加传热的方法有很多，最为基本的方法扩大传热面积和提升传热系数。
扩大传热面积增强也就是合理地扩大传热的面积，并不单单是增加设备。增大传热面积其实需要对传热结构加以深入研究，这样才能够达到增加传热面积，最终提高换热效果。
提高传热材料的传热系数也能够增加换热器的传热效果。传热过程中的热阻是单个器件热阻的总和，所以要改变总的传热系数就需要对每一个过程当中的热阻加以控制。在换热设备里面，一般都是在金属壁的两边加入冷热流体进行热量交换，金属薄壁的热阻一般可以忽略不计。
5 结论
我国的人均占有能源少，能源浪费严重。工业生产过程中，换热器的传热效果差，导致了严重能量损耗。强化传热能够明显改善换热器的传热效果，主要强化内部的元件，改变换热器的结构，这样能够提升换热器的换热效果。
参考文献：
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论文摘要：为适应创新型国家发展战略，教育创新应贯穿大学课堂理论教学和课程实践训练教学。针对“锅炉原理”课程实践训练教学，重点探讨了华北水利水电学院“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法，以期对电厂热能与动力工程专业实践能力训练方面起到一定的推动作用。
锅炉是用以生产热水或蒸汽的设备，在国民经济中具有异乎寻常的重要作用，电站锅炉是火力发电系统三大主机之一，对火电的高效、洁净和安全生产及其重要，因此，“锅炉原理”是热能与动力工程专业最核心专业课程之一。“锅炉原理”课程主要讲授锅炉的基本工作原理，包括锅炉的炉内燃烧原理及燃烧设备、锅炉的传热过程、锅内水动力、受热面外部工作过程和先进锅炉技术的发展等内容，要求学生掌握锅炉工作过程的基本理论及锅炉设备的相关知识，并培养学生分析工程问题、锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
为适应创新型国家发展战略，高等教育要实现从知识型向创新型培养目标转变，具体到“锅炉原理”的课程教学中，创新应贯穿课堂理论教学和课程实践训练教学。对“锅炉原理”课程的理论教学内容设计、教学手段、教学方法等方面已有较多的探讨和实践研究，[1-4]本文从“锅炉原理”课程实践能力的培养出发，重点讨论华北水利水电学院（以下简称“我校”）“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法。
一、“锅炉原理”课程实践训练教学的定位
“锅炉原理”课程实践训练教学的定位必须符合我校热能与动力工程专业定位，应全面贯彻党的教育方针，遵循大学教育教学规律，秉承我校办学理念，实施“基础、实践、创新”三位一体的培养模式，在教育教学中，坚持夯实基础、强化实践、注重创新的思想，培养吃得苦、下得去和用得上的专业技术人才。应以“宽基础、强能力、高素质”为培养人才的宗旨，注重学生的动手能力、创新意识与能力的培养，加强实践性教学环节，优化教学方法与教学手段。专业实践能力培养始终围绕“强化实践教学、提高学生素质、培养创新意识、重在实际应用”的教学指导思想，从人才培养目标、实验教学体系、实验教学内容和方法、实验教学队伍、实验环境条件和实验室管理体制等方面进行了全方位的改革与建设，探索实现基础性验证实验、测定试验、创新性科研训练实验和拓宽知识面的演示实验的“四级实验”教学体系，实现教育创新。“锅炉原理”课程实践训练教学应实施从理论到实际、从传统到创新、从课堂到工程项目的工程化实践教学思想，围绕动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力，达到加深理论知识的掌握和应用，在实践训练中切实培养学生处理工程问题，进行锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
二、“锅炉原理”课程实践训练教学内容的设计
“锅炉原理”课程实践训练教学内容尚无可参考材料，根据我校热能与动力工程专业人才培养和“锅炉原理”课程大纲的要求，基于我校的专业师资、实验室和实习资源以及用人单位和历届毕业生的建议，科学制定“锅炉原理”课程实践训练教学内容。
1.“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计原则
对我校“锅炉原理”课程实践训练教学内容进行设计时，实行“工程化”设计思路，并遵循四个原则，即实践训练内容以“锅炉原理”为中心、内容进程科学有序化、内容设计层次化和实施方式多元化。
（1）以“锅炉原理”为中心，多课程之间紧密联系化。鉴于“锅炉原理”是热能与动力工程专业的最重要专业课，处于前期的专业基础课程以及后续课程之间的中心地位，因此在设计“锅炉原理”课程实践训练教学内容之前，先对我校“流体力学”、“工程热力学”、“传热学”和“燃烧学”等基础课以及后续专业选修课程比如“大型锅炉运行”、“单元机组集控运行”和“循环流化床燃烧技术”等课程的教学大纲、实验大纲、知识点讲授情况以及实践实验训练情况进行详细调查、分析和总结，做到了然于胸，确保“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计与前期专业基础课程及后续专业选修课程的紧密联系，力求通过该课程实践训练，既可以巩固和加深学生对前期专业基础课的理解，加强对所学基础知识的实践应用，将所学的热工学知识、燃烧学知识在电站锅炉中加以应用，达到学生对锅炉原理中炉内燃烧、锅内传热及水动力和烟风阻力知识融会贯通、举一反三，为灵活应用打下坚实基础，又能激发学生学习后续专业选修课程的欲望和热情，培养学生学习后续课程的好奇心、主动性和积极性。
（2）实践训练课程内容进程科学有序化。“锅炉原理”课程本身知识点之间的顺序决定了课程实践训练教学内容的设计次序，要由浅入深、层层推进、由易到难，脉络清晰。因此，训练内容应严格按照锅炉原理本身的发展进行设计。内容主要包括客观认识实践、原理性演示验证实践和工程实践训练三大内容。
客观认识实践主要是对锅炉实物、锅炉机组整体模型、锅炉重要设备的直观认识，如在开设“锅炉原理”课程前进行电厂认识实习，对锅炉的实物直观认识，在“锅炉原理”课程第一节绪论课和锅炉组成课讲解后进行模型实验，通过模型参加实验、拆装模型和动画模型模拟巩固加深锅炉机组系统及组成知识。
原理性演示验证实践。笔者通过几年的“锅炉原理”教学发现，锅炉的水循环内容是该课程的难点之一，学生往往难以理解和掌握，通过课程原理性演示和实践可以帮助学生理解和掌握水循环等难点。该部分主要是对自然循环原理、直流锅炉原理等的演示验证实践内容。
工程实践试验主要是对锅炉的三大计算能力的训练实践，包括锅炉辅助计算、热力计算、水动力计算、烟风阻力计算和强度计算的实践训练、锅炉热平衡的实验和锅炉机组运行仿真实验训练。
（3）实践训练课程内容设计层次化。内容设计要贯穿层次化的思路，内容的难易程度要进行层次化设计，对训练中的每一个内容根据其在课程中的总体地位和重要程度按照“了解、理解、掌握”等不同层次进行分级定位；同时，根据学生个体水平的差异，对同一内容也要进行层次化设计，在满足分级定位要求和大部分学生学习基础上，对那些学有余力的学生进行进一步的拓宽设计。比如锅炉的计算，对于普通的学生则只要会进行锅炉的辅助计算、各受热面热力计算和简单的水循环计算即可，而对于部分学有余力的学生，则可更进一步进行较复杂的水动力计算、强度计算和烟风阻力计算，并完成一些计算程序的编制。
（4）实施方式多元化。课程实践训练教学是实践性课程，因教学学时、实验室资源等多方面的因素，决定教学实施的方式必须多元化，即课堂、实验室和企业生产三位一体，课堂演示、实验室参观验证实践和电厂实践构成全方位多层次的实践训练。传统与现代先进技术结合，实践训练中采用比如计算机程序模拟、动画设计模拟实践、锅炉事故仿真模拟等先进技术手段实施实践训练。
2.“锅炉原理”课程实践训练教学具体内容设计
我校“锅炉原理”课程计划学时64学时，其中实验6学时。其前期基础课程包括“流体力学”、“工程热力学”、“传热学和燃烧学”，还开设了后续课程“锅炉运行”和“单元机组集控运行”。“锅炉原理”课程内容多、难点多、实践性强，“锅炉原理”课程通常设置有锅炉原理课程设计，我校“锅炉原理”课程设计时间为1.5周。实际上，仅靠课程设计和6学时的实践训练难以达到学生牢固掌握锅炉原理理论知识、灵活运用所学解决实际问题的目标。“锅炉原理”课程实践训练教学包括锅炉原理6学时实验课、1.5周课程设计、16学时单元机组集控运行实验，但主要利用学生的课余时间进行。教学过程贯穿第5至第8学期，延续2年时间，实践训练教学包括13个内容，90小时。具体内容和建议学时如下。
电站锅炉机组实物模型和虚拟模型实践，2学时。标准煤样工业分析验证性实验，4学时。混合煤工业分析测试实验，4学时。煤的发热量测定实验，2学时。自然循环锅炉工作原理实验，1学时。多管水循环验证实验，1学时。直流锅炉工作原理实验，1学时。锅炉综合测试项目设计实验，13学时。锅炉原理课程设计训练，32学时。锅炉水循环计算训练，10学时。锅炉烟风阻力计算训练，6学时。锅炉启停仿真训练，8学时。锅炉运行仿真训练，8学时。
三、“锅炉原理”课程实践训练教学实践
我校“锅炉原理”课程实践训练教学课题在2008提出，在2006、2007和2008年级开始实施，实践证明，通过“锅炉原理”课程实践训练教学，激发了学生学习专业知识的热情，巩固和加深了锅炉原理知识的理解，提高了学生的专业素质，培养了学生动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力。我们对2006和2007年级的学生进行锅炉实践能力的调查分析发现，无论是研究生复试（锅炉及锅炉相关知识的笔试和面试），还是就业面试（热工学和锅炉等口试）过程中，学生对锅炉相关考题从容自如，安之若素。当然，在教学内容设计方面还需进一步改进，实施的方式还需更科学合理。
参考文献：
[1] 于广锁,林伟宁,梁钦锋.锅炉原理课程教学的探索与研究[j].化工高等教育,2007,(3):29-31.
[2] 赵雪峰.“电厂锅炉原理及设备”课程教学研究探讨[j].中国电力教育,2010,(22):97-98.
Abstract: Based on indirect evaporative cooling and heat transfer enhancement technology, several effective methods of enhancement of heat transfer of TIEC were researched intensively. These concrete measures includ that selecting better tube material, special treatment of heat exchanging tube, coating hydrophilic membrane on aluminum foil surface, designing reasonable influent distribution system and adding wetting agent in spray water.
关键词： 管式间接蒸发冷却器；强化传热传质；亲水铝箔；多孔陶瓷
Key words: Tubular Indirect Evaporative Cooler（TIEC）；enhancement of heat and mass transfer；hydrophilic aluminum foil；porous ceramics
中图分类号：TH69文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）11-0029-02
0引言
随着全球能源和环境危机的凸显，节能减排日益成为各国能源与环境战略制定和能源相关行业研发应用的重要考虑因素。换热器强化传热作为有效的节能措施也逐渐成为一个热点研究领域。因此如何在现有的设备上，增强传热，节能降耗，是摆在我们面前的一个重要课题。本文结合间接蒸发冷却技术和强化传热技术，分析了几种增强管式间接蒸发冷却器传热的行之有效的方法。
1管式间接蒸发冷却器理论
1.1 管式间接蒸发冷却器简介间接蒸发冷却技术是20世纪30年展起来的一种空调制冷技术，它能从自然环境中获取冷量，其制冷的COP值很高，现场实测和实验结果表明，与一般常规制冷机械相比，在炎热干燥地区可节能80%~90%，在炎热潮湿地区可节能20%~25%，在中间地区可节能40%。总体上来说COP可提高2.5~5倍，从而可以大大减低空调制冷能耗[1]。
间接蒸发冷却空气处理流程及I-D图如图1所示。间接蒸发冷却器的核心是空气―空气换热器。空气通过空气―空气换热器被冷却，之所以称之为间接蒸发冷却器，是因为两部分空气不直接接触。通常称被冷却的干侧空气为一次空气，而蒸发冷却发生的湿侧空气称为二次空气。通过喷循环水，二次空气侧的元件表面形成一层水膜，水膜的蒸发通过吸收热量来完成，使水膜温度维持在接近二次空气的湿球温度，一次空气通过换热元件、水膜，把热量传送给二次空气，从而达到降温目的，在此过程中，二次空气侧的情况和直接蒸发冷却相同，一次空气温度降低，其含湿量保持不变[2]。
管式间接蒸发冷却器换热管管外容易形成稳定的水膜，所以能实现相对比较均匀的布水效果，在二次空气横向掠过换热管管外时，有利于蒸发冷却的进行。而且管式间接蒸发冷却器的流道较宽，不会出现随系统运行时间的增加而堵塞换热器流道的现象，所以流道内流体的流动阻力小，能够使换热器保持稳定的换热效率。并且管式间接蒸发冷却器的单位体积成本较低，且加工工艺简单[3-5]。管式间接蒸发冷却器结构如图2所示。
目前，常用的管式间接蒸发冷却器的管子断面形状有圆形和椭圆形（异型管）两种。所采用的材料有聚氯乙烯等高分子材料和铝箔等金属材料。管外包覆有吸水性纤维材料，使管外侧保持一定的水分，以增强蒸发冷却的效果。这层吸水性纤外套对管式间接蒸发冷却器的冷却效果影响很大。喷淋在蒸发冷却管束外表面的循环水，是通过上部布水系统来实现的。
1.2 存在问题分析管式间接蒸发冷却器有许多难能可贵的优点，但是，它也存在着先天的不足，即在处理同样风量的空气时，效率没有板翅式那么高，体积大。因此，急需开发出一种适合于我国国情的低能耗、结构紧凑、高效率的管式间接蒸发冷却器。
造成管式间接蒸发冷却器换热效率低的主要原因是因为管式间接蒸发冷却器中的换热管换热性能低以及管内一次空气与管外二次空气、水膜之间的换热不充分[6]。管式间接蒸发冷却器二次空气侧实现的是水与空气直接接触，空气等焓冷却过程。根据蒸发冷却原理，水的蒸发是冷却降温的前提。如果二次空气侧水与空气间的换热不充分，那么水的温度就不会降到很低，而水的温降直接影响到一次空气的温降。也就是说，二次空气侧的传热效果直接影响到一次空气的温降，也将决定了换热器的效率。所以，设法提高二次空气侧空气与水的传热，就能提高管式间接蒸发冷却器的效率。
2强化传热技术理论
强化传热是20世纪60年展起来的一种改善传热性能的技术，被誉为第二代传热技术。它可以减小传热面积，从而降低换热器的体积和重量；提高现有换热器的传热能力，使换热器能在较低温差下工作；能够减小换热器的阻力，可使流体边界层减薄，使流体紊乱程度加强，从而提高换热器的传热与流阻性能。强化传热技术的应用不但节能环保，而且节约了投资和运营成本。因而在能源问题日趋严重的今天，强化传热技术显得十分重要。根据传热学的基本公式：Q=KFtm。可知增强传热有3条途径：加大换热器的换热面积F；加大对数平均温差值tm；提高换热器的传热系数K。
2.1 增大传热面积F扩展传热面积是增加传热效果现在使用最多的方法，是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的，如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料，通过这些材料的使用，单台设备的单位体积的传热面积会明显提高，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。
2.2 增加对数平均温差Δtm加大换热器传热温差Δtm是加强换热器换热效果常用的措施之一。依靠增加换热器传热温差Δtm只能有限度的提高换热器换热效果，使用过程中应该考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。
2.3 提高传热系数K传热系数K值与管内外换热系数αi（αo）、管内外污垢系数ri（ro）、换热管直径、壁厚、材料有关，而主要因素取决于αi、αo、ro、ri，即提高管内外换热系数αi（αo）、降低管内外污垢系数ri（ro）。提高αi和αo可以从流体的流动状态入手：一是适当增加流体的流速；二是设计适当的截面状态，实现湍流和程度较高的紊流，使流体不断冲击破坏边界层。降低ri和ro可以从减少管内外结垢入手。因为在换热器的运行中由于温度及其他条件的变化，流体中的一些污垢会增大换热器的总热阻。降低热阻需从以下几个方面考虑：适当提高流速、改变流动路径形状、选不易腐蚀的光滑材料。
3管式间接蒸发冷却器增强传热方法
基于以上间接蒸发冷却技术及强化传热技术理论，介绍几种可行的增强管式间接蒸发冷却器传热的方法。
3.1 选用优质管材可以选用亲水铝箔或多孔陶瓷等优质材料作为管式间接蒸发冷却器换热管的管材。与普通铝箔相比，水滴在亲水铝箔表面的接触角很小，可以形成均匀水膜，从而增大了蒸发表面，促进了蒸发传热。因此使用亲水铝箔的换热器，不仅能大大提高热交换效率，减少空调器体积，而且可以节省能源，延长空调器的使用寿命。多孔陶瓷最大的结构特征就是多孔性，多孔陶瓷的孔结构特征与陶瓷本身的优异性能结合，使其具有均匀的透过性、发达的比表面积、低密度、低热导率、低热容以及优良的耐高温、耐磨损、耐气候性、抗腐蚀性和良好的刚度、一定的机械强度等特性。由于具有这些优良特性，多孔陶瓷可以作为蒸发冷却的一种可用材料。
3.2 对换热管外壁进行特殊处理
3.2.1 灯芯效应传统金属热交换器主要有铝、铜或它们的合金制成，形状可以是板式和管式。这种表面有相对很小的毛细作用，很难保持住水分进行蒸发冷却作用。为了提高表面的毛细作用，可以考虑在板或管的一面用多孔材料代替光滑的表面。这时就要考虑一些多孔结构的金属，也就是具有灯芯结构的金属、金属泡沫或金属绒。灯芯效应可能是以下结构中的一种，例如烧结点、微孔、网眼、凹槽或须状，把它们制成管/板式保存蒸发的水分。依靠灯芯的结构、密度和外形，它的孔隙度在20%~90%范围内变化。
3.2.2 异型管管式换热器强化传热通常可以对光管进行加工得到各种结构的异形管，如波纹管、螺纹管、螺旋槽纹管、横槽纹管、翅片管、针翅管、多孔表面管等，通过这些异形管进行强化传热，提高工作效率，达到节能减排效果。
3.2.3 管外包覆材料在管式间接蒸发冷却器管外包覆吸水性材料的目的是在换热器管外表面形成均匀的水膜，增加水与换热器的接触面积和接触时间，以此达到强化管外的水、二次空气与管内的一次空气之间的换热，从而提高蒸发冷却器的传热传质效果。通过比较可知，不锈钢网状结构材料、金属纤维织物和丙纶纤维织物是很好的包覆材料，非常适于包覆在管式间接蒸发冷却器的换热管外来增强其传热传质。
3.3 亲水性涂层处理当前国际上提高金属或塑料管换热器热质交换效率的最佳途径是采用超亲水表面材料[7]。这是当前国际上最新的提高换热管效率的一种方法，是国际上最前沿最推崇的一种方法。实际工程中，管式间接蒸发冷却器的换热管的管材普遍为金属铝箔，铝箔是非亲水性表面，水在换热管表面不能均匀分布，存在“干斑”，从而使蒸发效率降低，降温效果很差。可见，换热管的亲水性能和管表面的水膜分布情况是强化传热的核心问题。也就是说，换热管的亲水性做好了，水膜能在管外均匀分布了，那么管式间接蒸发冷却器的效率就提高了。图3是亲水性表面处理前后光管上的液体流动外形图。可见，因为在水与管之间无湿润表面性能，所以液体在未经处理的管外壁形成分散的静止液滴，但是液体在经过亲水性处理的管外壁形成薄的液膜，可以促进蒸发传热[8]。
实验表明，对换热表面进行亲水涂层处理，能有效减少凝结水形成的液滴、液膜、液桥对换热的影响。进行亲水处理过的翅片，风压损失可减少40%~50%，风量增加5%~10%，换热量增加5%~10%。
3.4 设计合理布水系统为了提高间接蒸发冷却器的布水均匀性，进而增强换热管外水膜与二次空气之间的传热传质，西安工程大学黄翔教授进行了深入与细致的研究。西安工程大学硕士研究生嵇伏耀提出间歇性供水的概念。通过实验证明间接蒸发冷却器的淋水方式对出口温度有一定的影响，间歇性供水比持续性供水的一次空气出口温度降低0.5~1.2℃。西安工程大学硕士研究生周斌提出了间接蒸发冷却器二次布水的概念，并且用多层金属网格实现。通过对布水器加装二次布水网格等优化措施，达到了改进布水器均匀布水效果的目的。实验测定表明，加装二次布水网格后，?I10管径的管式间接蒸发冷却器的冷却效率提高了5%左右，?I20管径的管式间接蒸发冷却器的冷却效率提高了10%左右。一般而言，管径越大，则换热器效率越低，但在加装二次布水网格后。
3.5 喷淋水中添加润湿剂在喷淋水中添加润湿剂，再循环喷淋到换热管上，可以降低喷淋水表面张力，在管外形成均匀水膜。表面活性剂可以有效地降低水的表面张力，故常作为润湿剂加到水中以改善其润湿能力。显然，应该选择降低水表面张力能力最强的、效率最高的表面活性剂，也就是γcmc和cmc最低的表面活性剂，作为润湿剂[9]。
4结束语
本文结合间接蒸发冷却技术和强化传热技术，分析了几种增强管式间接蒸发冷却器传热的行之有效的方法。采用优质管材，对换热管外壁进行特殊结构处理，在换热管外涂敷亲水性涂层，设计合理的布水系统和在喷淋水中添加润湿剂，是几种行之有效的增强管式间接蒸发冷却系统中换热管传热的措施。管式间接蒸发冷却器的管外强化传热的研究，完善了蒸发冷却技术的理论，为开发和研究低能耗、高效率的管式间接蒸发冷却器奠定了基础，进一步推广了蒸发冷却技术的应用。
参考文献：
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[7]黄翔，周斌，于向阳，等.管式间接蒸发冷却器均匀布水的实验研究[J]，暖通空调，2006，36（12）：48-52.
[8]H.-Y.Kim，B.H. Kang，Effects of hydrophilic surface treatment on evaporation heat transfer at the outside wall of horizontal tubes [J]，Applied Thermal Engineering，2003，23，449-458.
关键词：机械制冷超长线列焦平面冷量传输
0前言
大规模超长线列扫描成像和凝视成像是航天光学遥感器的重要发展方向，它能够大大地提高视场面积和地面分辨率。红外探测器通常工作在低温下,因此需要用到低温制冷设备，如辐射制冷器、储能式制冷器、机械制冷机等。机械制冷机体积小、冷量大、安装方式灵活，且可靠性日益提高，因此在红外遥感系统中的应用越来越广泛。超长线列红外器件与制冷机的耦合方式通常为间接耦合，即探测器与制冷机冷头之间通过柔性“冷链”连接。这种方式可以明显地降低冷指振动对探测器的影响，且制冷机与探测器的设计位置也比较灵活，可以实现多点制冷。但由于在超长线列的焦平面系统中，冷平台的尺寸很大，单冷源多点制冷可能会造成探测单元间温度不均。当探测器单元间温度有差异时，单元间将产生D*和D(,T)的差异，从而在图像上产生由响应单元温差引起的空间非均匀性，导致红外成像系统的性能下降。因此解决好温度均匀性问题是至关重要的。同时，由于焦平面杜瓦（冷箱）的体积比小型的杜瓦大大增加，系统的漏热量将大幅增加，因此必须有高效的传热部件，以降低冷源与负载之间的温差，从而使制冷机发挥最大功效。
1耦合系统介绍
本文的研究对象，超长线列红外焦平面与制冷机耦合系统采用间接耦合方式，其结构如图1所示。该系统有两个波段，每个波段探测器的工作温度为100K，由一台斯特林制冷机制冷，试验时也可由液氮杜瓦代替。探测器冷平台尺寸约为200×40，制冷机冷头通过柔性冷链连接与之相连。为了实现探测器温度均匀性的目标，每个冷平台上都安装了5条由SITP研制的一种新型的柔性冷链。其由厚度为0.05mm或0.1mm的紫铜片构成。经测试得到，该冷链具有很高的热导率，且具有较大柔度。
2冷量传输理论分析
本耦合系统的热学目标是在斯特林制冷机提供6W@95K的制冷量时，探测器冷平台的温度达到100K，冷箱的寄生漏热达到使用要求。
由于需要进行多点制冷，柔性冷链两端的空间位置关系和冷链的折弯余量决定了冷链的长度不都相同，因此需计算确定不同冷链的厚度，进而确定每条冷链所需铜片的数目n，如式(1)：
(1)
Q—每条冷链需传输的热量；
L—冷链的长度；
—热导率；
a—冷链宽度;
b—组成冷链的铜片厚度；
由于耦合系统内部结构复杂，且存在很多不确定因素，要建立一个精确的热力学模型来研究冷平台的温度均匀性是比较费力的，因此需要对模型进行简化。如图2所示，
图2探测器冷平台热分析模型示意图
冷平台的得热包括：
Qg―探测器本身产生的热量
Qr－外壳的辐射漏热
Qc－通过支撑的传导漏热
而Q0为通过冷链传走的热量，根据能量守恒可知：
Q0=Qg+Qr+Qc
Qr的数值可以根据式(2)近似计算得
(2)
式中：称为相当发射率；
＝5.67W/m2K4；
T1、T2分别为外壳和冷平台的温度；
F1、F2分别为外壳的内表面积与冷平台的估算面积；
Qc可由式(3)算得：
(3)
式中：为支撑的热导率；
D、d分别为支撑的粗端外经与细端外经；
为薄壁支撑厚度；
分别为粗端与细端温度，可通过试验以往的实验数据中得到；
L为支撑高度；
假设冷平台的支撑部件及冷链从周围通过辐射得到的热量可以近似地转移到冷平台上，即包含于Qr中。此时冷链传热特性为线性，即(1)式是可行的。
同时假设Qr+Qc为等效冷平台体积热而作用于整个冷平台上，而Qg由于是探测器所耗散的热，故作用于冷平台的表面。
冷平台上冷链的布置点均匀分布于中间线上，当用6W@95K斯特领制冷机制冷时，其温度理论值应该为设计温度100K。
根据上述模型通过数值计算得到的结果如图3所示。
图3探测器冷平台的温度场
从计算结果中可以看出冷平台的温度均匀性较好。
3冷量传输试验
3.1试验台
为了测试系统从冷指到冷平台的传热特性以及冷平台温度均匀性，我们搭建了如图4所示的试验平台。由液氮杜瓦代替斯特林制冷机进行试验。冷箱内部的关键部位上共布置了27个Pt100电阻温度传感器，每个Pt电阻通过三点法标定（液氮、冰水混合物、常温）。为减小漏热，Pt电阻与冷箱电缆接口处用Ф0.1的锰铜丝连接。为了模拟红外探测器的耗散热，在一个探测器冷平台的上安装了4片相互串连的30×30的薄膜加热片，以提供总量为0.7—1w的加热量。
图4冷量传输试验台
1－液氮杜瓦；2－冷箱底板；
3－箱体罩；4－数据采集引线
3.2试验步骤
实验时，先对系统抽真空，同时对液氮杜瓦内的活性炭加热，以使其尽量放气，直至真空升至5×10－6Pa。这个过程进行了约2小时。
然后启动温度自动采集系统，将液氮灌入液氮杜瓦中，此时可以记录冷箱内部各点温度变化的过程。试验刚开始时，液氮蒸发量较大，液氮杜瓦管口有明显的雾气，随着冷箱内部部件温度的降低，液氮蒸发量逐渐变小，约3小时后管口仅有少量雾气。约4小时后，系统达到稳定状态。
随后接通加热电源，给冷平台加热1W，经过约1.5小时后达到稳定。
随后将加热量变为0.7W，约1小时后，达到稳定。
3.3实验结果和分析
中波冷平台中心点、液氮杜瓦冷头及冷平台钛合金支撑的上下端在无加热时的降温曲线如图5所示。可以发现，系统经过约4小时达到稳定状态。
图5降温曲线图
中波、短波冷平台上各测温点在无加热、加热0.7W、加热1W时的温度分别如图6、图7所示，图中横坐标的数值表示温度传感器的编号。
图6中波冷平台各测温点温度
图7短波冷平台各测温点温度
各工况下冷平台平均温度、液氮杜瓦冷头温度如表1所示。
表1冷平台与冷头温度汇总工况中波冷平台平均温度(K)短波冷平台平均温度(K)冷头(K)中波冷平台与冷头∆T(K)短波冷平台与冷头∆T(K)
无加热103.6106.698.55.18.1
加热0.7W104.9109.499.959.5
加热1W105.4110.6100.54.910.1
可以看出，中波冷平台与液氮杜瓦冷头的温差随着加热量的增加而略有减少，这是因为中波冷平台上无加热，其温升速度不及液氮杜瓦冷头；而短波冷平台与冷头的温差随着加热量的增大而增大，其趋势如图8所示：
图8短波冷平台温差与加热量关系曲线
经过计算得，冷箱的总寄生漏热约为2.7W，则在本实验中，中波得热Qm为2.7/2=1.35W，短波得热Qs为1.35+q(W)，其中q为不同工况下的加热值，分别取0、0.7、1。
设系统总热导K=Q/∆T,则中波传热机构平均总热导Km＝0.27W/K，短波传热机构平均总热导Ks＝0.21W/K。
排除个别奇异点，实验结果得到的温度均匀性与理论计算的结果有一定的差别，且表现出左右不对称，分析其原因可能是每条冷链与冷平台的接触面积及由于螺钉的紧固力不同造成接触热阻的不同。而同一冷平台上各温度传感器在不同工况下的温度走势相同，可以排除温度传感器故障因素，但不排除温度传感器的个体差异原因，造成这种传感器个体差异的原因可能是其引线的长短不完全相同，焊接不均造成的接触电阻不同等。
4结论
本文介绍了一种超长线列红外焦平面与空间机械制冷机的耦合方式，并对样机进行了传热性能实验。性能曲线显示了该方式能有效地传输冷量。同时分析了影响温度均匀性的因素。关于耦合系统的空间力学适应性研究也将在不久的将来积极地进行。
参考文献
[1]宣向春.HY-1卫星海洋水色扫描仪红外机械制冷系统研制:[博士学位论文].上海:中科院上海技术物理研究所，2000
[2]纪国林，吴亦农，许妙根.空间机械制冷机与红外焦平面耦合技术.真空与低温,1998，4(2):69-73
关键词：节能；锅炉烟气利用，改进措施
论文主体：
节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。为推动全社会开展节能降耗，缓解能源紧张，建设节能型社会，促进经济社会可持续发展，实现全面建设小康社会的宏伟目标，工业锅炉余热资源的利用是节约能源的重要措施，工业锅炉排烟余热占锅炉热量比重较大。
一、工业锅炉排烟余热的理论依据
由于工业锅炉排出的烟气温度有很大差别，高的超过300℃，低的则在160℃左右。理论上它所具有的余热为。
Q=VyCy﹝ty－t0﹞=BVn﹝hy－h0﹞=Hy-H0
﹝kJ/h﹞【1】
式中Vy______烟气量， m3/h
Cy______烟气平均定压比热容，Cy=1．34+0．000163 ty kJ/﹝m3·℃﹞
ty______烟气温度，℃；
t0______环境温度，℃
B______工业锅炉燃料消耗量，kg/h﹝或m3/h﹞
Vn______单位燃料产生的烟气量，kJ/m3
hy______烟气的单位焓kJ/m3
h0______在环境温度下烟气的单位焓，kJ/m3
Hy、H0______烟气在排气温度及环境温度下的总焓，k J/h。
如一台蒸发量10T/h的工业锅炉引风量11078M3/h，排烟温度180℃，环境温度25℃理论上它所排出的的热量为：
Q=VyCy﹝ty－t0﹞
Q=11078×﹝180－25﹞=1717090 ﹝kJ/h﹞=410198．28 kcal/h
相当与5000大卡的煤为82．03kg
理论上它可回收利用的烟气余热量将小于烟气的焓。余热回收量为
Qyr=﹙H＇y－H〞y﹚λbr= H＇y·λyr
﹝kJ/h﹞
H＇y、H〞y ______烟气进、出余热回收设备的总焓，kJ/h
Λbr______回收设备的保热系数，
λyr______余热回收设备热效率。
上式可写为
Qyr=Vy·Cy﹙t＇y-t″y﹚λbr ﹝kJ/h﹞
式中t＇y、t″y烟气进、出余热回收设备时的温度，℃。
当余热回收设备为空气预热器时，则可达到的空气预热温度tk为
tk= tk0＋﹝VyCy﹙t＇y-t″y﹚﹞×λbr÷VkCk ﹝℃﹞
tk0_____空气预热器的温度，℃
Ck____空气平均定压比热容，Ck=1.298+0.000109 tk kJ/ ﹝m3·℃﹞.
当回收余热用来产生热水时，产生的热水量为
Gs= VyCy﹙t＇y-t″y﹚×λbr ÷Cs﹙t″s-t＇s﹚ ﹝kg/h﹞
Cs____ 水的比热容，Cs=4.1868 kJ/ ﹝kg·℃﹞
t＇S、t″S____水的进、出口温度，℃。
λbr麻石保热系数1.32【2】
二、实际消耗在水膜除尘的热量
蒸发量为10T/h的工业锅炉，烟气经水膜除尘器后，水所吸收的热量为
进水膜除尘器前烟温180℃，水膜除尘器后烟温53℃，水膜除尘器进口水温度22℃，水膜除尘器出口水温度43℃，供给水膜除尘器水的流量18.5M3/h。
1千卡的热量在1标准大气压下能使1公斤的纯水温度升高1℃。【3】高原地区1公斤标准煤燃烧所放出的热量，比平原地区1公斤标准煤燃烧所放出的热量要低【4】。
在定压情况下【5】实际水所吸收的热量为
Q水吸/小时=﹙t1 –t2﹚G=﹙43–22﹚×18.5 =21×18.5×1000=388500 kcal/h以5000大卡的煤计算每小时消耗的煤、焦耳、功率为
388500÷5000=77.7公斤=1626261千焦耳=451.74千瓦特
三、热量未回收的原因
而现在的一些工业企业对烟气余热都还没进行回收利用，主要考虑的是SO2低温露点腐蚀，和换热器安装问题。
四、采取的预防措施
在蒸发量为10T/h的工业锅炉，进行烟气余热综合利用实现节能时，应注意以下几个问题。
低温露点腐蚀的部位主要在锅炉的空气预热器后，进一步降低排烟温度和提高热效率，要从设计，操作和选材安装等方面采取措施，来防止和减少低温露点腐蚀。
1．
避开烟气露点腐蚀温度
低温露点防腐蚀的一般方法是通过精心的设计，在热效率降低不大的情况下，提高换热面如热管的壁温，使之在烟气露点温度以上。但是，在低温部位如空气预热器空气入口处，由于操作工况的变化，也会出现低于露点温度的情况，造成酸蚀而使热管失效。烟气出口处热管失效后，会使延期露点温度逐步移向附近未失效的热管管壁处，依次发展，直至大部分热管失效。因此，设计上避开烟气露点腐蚀只能作为一般对策。另外，在日常操作中提高锅炉的排烟度，即锅炉的排烟温度高于烟气露点温度20~30℃，使排烟温度在还未降低到露点温度时，已经从预热器中通过了。但是，排烟温度对锅炉的热效率影响较大，排烟温度每升高10℃，热效率下降0.5﹪左右【6］。
2．
采用耐蚀金属材料
ND钢［7］（09CrCuSb）具有较高的抵抗低温腐蚀能力，不但能抗硫酸电腐蚀，而且在Cl-1或Cl-+SO-24中也具有较高的耐蚀性，其力学性能与碳钢相当。
3．
采用低硫煤或在煤中加入CaCO3、MgCO3
燃料中均含有少量的硫，硫燃烧后几乎全部生成SO2，由于燃烧室中有少量的氧气存在，所以有部分SO2进一步氧化形成SO3在正常的过剩空气系数的条件下，全部SO2中有约1﹪~3﹪转化为SO3。在高温烟气中的SO3气体不腐蚀金属，但当烟气温度降到400℃以下，SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸气其反应如下。
SO3+H2OH2SO4
如在煤中加入CaCO3、MgCO3 ，SO2转化为SO3的反应不起催化作用，相反缓慢、抑制了反应的进行，【8】同时它们还会与凝结在它们表面上的硫酸发生反应。燃料中含有相同的硫，所形成SO3的数量却不同，产生的腐蚀结果也各有不同。
4、烟气余热回收利用实现节能主要是在烟气进入水膜除尘器前2m左右的距离内增加烟道截面积的同时加入一组换热器。增加烟道截面积主要是为避免在烟道中加入换热器后影响锅炉的排烟流量和排烟阻力，同时避免增加风机功率。
由于锅炉给水都是用软水，因些在进入换热器内的水需从离子交换器的产水口供给软水经换热器加热后再流入软水箱。换热器选用翅片ND钢。也可选用不锈钢换热器在条件允许的情况下应选用热管换热器。如果被加热的介质是空气则应选用热管加热锅炉助燃空气，提高锅炉进风温度，锅炉进风温度每升高10℃锅炉热效率提高0．5％［2］由于热管的每根管子是独立的传热元件，即便是其中一根发生故障，也不会影响整个换热器的正常工作。烟气回收流程见后图
五、投资与回报
投资材料一览表
名称
规格型号
数量
单价(元)
合计
不锈钢换热器
换热面积18M2
1
12000
12000
金属板
δ5*1000*12000
468kg
4.5
2106
焊条
CE422*3．2
2包
30
60
安装人工费
8
60
480
管子阀门
铝塑管和阀门
50米 阀2个
4
50
350
其它
200
利润
30﹪
4558．8
合计
19754。8
回报
10T/h的工业锅炉烟气在水膜除尘器中，烟气与水的接触比较充分效率高达90﹪，而采用换热器时它只能达到水膜除尘器效率的50﹪左右，烟气在水膜除尘器中水所吸收的热量是388500 kcal/h转贴于 ，当地5000kcal的煤价490元/吨，锅炉每天运行20小时每年运行180天。
388500×50﹪=194250 kcal/h
194250÷5000=38.85kg/h
38.85×20×180=13986 kg
13986÷1000=13.986t
13.986×490=6853.14元
19754。8÷6853.14×180=518.86天
由此可见锅炉只需运行519天就可收回全部投资，采用烟气余热回收系统实现节能，具有重大的理论与现实意义。
参考文献
［1］热能转换与利用
冶金工业出版社 汤学忠主编
［2］管式加热炉安全与管理
中国石话出版社 徐木彬主编
［3］热工基础
高等教育出版社 王补宣张麦贵主编
［4］煤的燃烧与汽化手册
化学工业出版社 李芳芹等编
［5］传热学
高等教育出版社 杨世铭编
［6］云南省耗能设备岗位陪训教程
云南省经济委员会昆明理工大学编
【关键字】隧道，火灾，CFD，通风风速
中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：
0 引言
随着交通压力的增加，隧道规模的增加，也使得公路隧道内火灾的危险性呈上升趋势。火灾是一种失去控制的燃烧过程，它是各种灾害中危害面最广、发生几率最高的一种，它无情的夺去人的宝贵生命，并且将人类的财富顷刻间化为乌有。隧道火灾的危害尤为严重，一旦发生火灾，往往会造成隧道内外联络困难、救援人员无法进入现场和整体局面失控等问题，因此导致众多人员伤亡和巨大的经济损失。在公路隧道火灾意外事故中，多半时由车辆交通事故引起，在众多对于车辆火灾事故原因的调查研究中，车辆火灾主要具有下列三特性[1]：不易预防、燃烧快速或具爆炸性、抢救不易。
隧道内一旦发生火灾，中控室确认火灾后，正常通风应立即改变为事故通风，并根据预案设定，将风速控制到一定范围内，尽量减少传到人体上的热负荷，还要避免因纵向风流的湍流和涡流作用而使洞内烟雾弥漫，最大程度地给人员避难创造条件。通风应有利于消防队员救火，使消防队能从上风方向接近火场，开展灭火工作。
由于真实火灾场景的规模是随时间逐渐增加的，在火灾的初始阶段，火灾规模很小，释热量和释烟量都很低，如果此时的纵向风速过高，反而会破坏烟气的自然分层现象，对人员的逃生和救援都不利，而且通风速度过高也会使得设备费用的增加，因此选择一个合适的通风速度是非常必要的[2]。
1 CFD基本理论及使用软件介绍
CFD即计算流体动力学，利用质量、能量及动量守恒等基本方程对流场模型进行求解，分析其空气流动状况。通常数值计算方法有3种类型[3]：直接数值模拟（DNS）、大涡模拟（LES）、雷诺时均Navier-Stoke（N-S）方程（RANS）。控制方程可以表示成以下通用形式[4]：
(1)
其中，为密度；为广义扩散系数；为广义源项；为速度矢量；为通用因变量，代表 ，为速度，为运动粘性系数，为湍流粘度，为温度，为湍流动能，为湍流动能耗散率，为特征尺寸。
本文采用的是美国国家标准与技术研究所(NIST)开发的模拟程序 FDS，是最具特色的火灾烟气运动场模型，应当指出FDS在模型的构建过程中较其它模型采用了尽可能少的假设，其理论基础坚实，能够描述很宽范围的火灾现象，代表了目前火灾烟气运动数值模拟的世界领先水平。
FDS 是主要针对火灾驱动下的流体流动进行计算模拟。它主要有两部分，第一部分主要采用大涡模拟方法数值求解低速的、热驱动下流动的Navier-Stokes方程，重点在于火灾中的烟气和热量的传输计算。第二部分称为Smokeview，主要是用来显示计算结果的绘图程序。
2、建模与网格
火灾试验以公路隧道为模拟对象，根据相似原理进行了大比例的（1：6）模型试验。采用的模型隧道全长100m，隧道断面直径1.8m，管道内部以混凝土垫层，如图1所示。隧道禁止危险品车辆通过，因此，试验火灾规模的确定主要以轿车和大型载重卡车作为模拟对象，其规模为：24L柴油，1L汽油，30kg木材，火灾热释放率（HRR）约为4MW左右。
图1 模型试验断面尺寸示意图图2生成网格的隧道模型
根据试验隧道的几何物理参数，通过FDS用不同的网格尺寸建立如图2的模型，其中网格尺寸取0.1D*时生成的模型。壁面采用0.2m厚的混凝土材料，导热系数为1.0w/m·k，密度为2100kg/m3，定压比热为0.88kJ/kg·k；壁面与烟气间的对流和辐射换热量数由程序根据该处的温差和烟气流速等计算得到，壁面温度也由程序计算得到；混凝土壁面外部为空气；壁面及环境的初始温度为20℃。
3、模拟结果
3.1 烟气分布
把纵向通风速度3.0m/s和2.0m/s进行模拟，分析量工况下隧道内，烟气蔓延至火源下游450m所需时间及壁面参数的变化。
（a） V=3.0m/s,t＝112s
（b） V=2.0m/s,t＝126s
图3 烟气蔓延至火源下游450m
从图3烟气的蔓延可以看出，通风速度为3.0m/s时，只需要112s烟气便蔓延至450m处，而通风速度为2.0m/s时，经126s的时间，烟气便蔓延至450m处。比较两种工况，纵向通风风速在2.0m/s时，在火灾刚开始时尚能使烟气向下游扩散，但当火源进入完全燃烧阶段后，由于释烟量非常大，烟气开始向火源上游扩散，而且在火灾下游烟气由于烟气的蔓延速度较低，烟气几乎扩散到了隧道整个断面，因此从烟气的蔓延分布图可以判断，2.0m/s的纵向通风速度不足以抑制烟气的回流，满足不了火灾场景下人员逃生的需要。
3.2 温度分布
（a） V=3.0m/s
（b） V=2.0m/s
图4隧道纵向中心面的温度分布
在3.0m/s的通风风速下，隧道顶部烟气的温度仅有300℃左右，出现在火源及火源下游5m范围内；而在2.0m/s的风速下，烟气的温度有400℃，并且沿着火源上游扩散，非常不利于上游人员的逃生和救援。
在v＝2.0m/s和v＝3.0m/s的通风速度下，隧道内各横断面上烟气温度分布非常接近，只是2.0m/s的通风速度下，烟气温度略高，但是沿着隧道纵向，随着烟气温度的下降，这种差别也逐渐减小。值得注意的是，在火源下游，烟气温度除隧道顶部有所差别之外，在隧道底部，两种风速下的烟气温度分布也不一样，2.0m/s的风速下，隧道底部烟流的温度比3.0m/s风速下的温度普遍高10℃以上，说明烟气在向下游蔓延的过程中，不断的向隧道地面沉降，这个结果在烟气的蔓延图中看的更为清楚，2.0m/s的纵向风速不能很好的控制烟气的流动。
4、结论
根据两种通风速度的模拟结果对比分析，2.0m/s的风速下，隧道内烟流回流明显，且回流温度高、距离长；同时在火灾热释率达到20MW后，2.0m/s的风速不能及时的带走火源处的高温烟流，使得烟流在向下游蔓延的同时，向地面方向扩散，造成人体等高平面上污染物浓度较高，可见度较低，且温度较高，无法满足隧道通风的目的。
参考文献
[1] 李明儒，应用无线感测网络提高隧道防救灾机制之研究[J]，台湾中原大学硕士学位论文，2006..
[2] Li Xianting,Yan Qisen. Numerical analysis of smoke movement in subway[J].Fire Safty Science,1993,2(2):6-13..
（中国矿业大学安全工程学院 江苏 徐州 221008）
摘 要：为培养宽基础、强能力、高素质，具有创新精神和实践动手能力的消防工程专业人才，在十几年消防工程专业教学和实践工作基础上，结合毕业生及用人单位的反馈意见，提出消防工程专业本科培养方案采用5＋3模式。针对毕业生在实际工作中存在实践动手创新能力较弱的问题，提出改变传统的教学模式，将注入式教学转变为启发式、交互式教学，注重启发学生思维。此外通过推行教授课程负责制，革新课程教学内容，改进实验课教学模式、加强实习和进行针对性的毕业设计等实践动手环节，构建完善的消防工程专业创新本科人才培养体系，培养学生独立分析问题、解决问题和实践动手能力以及创新意识。
关键词 ：消防工程；课程体系；人才培养；创新；研讨式教学
中图分类号：X952 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．02．025
收稿日期：2014－11－14
0 引言
消防工程成为高等教育一门独立的专业是在20世纪50年代。1956年美国马里兰大学第一个建立了消防工程系，并于当年招收消防工程专业本科生。迄今为止，加拿大、澳大利亚、日本、新西兰、荷兰、比利时、韩国、巴西等国都在大学里开设消防工程专业课，有的大学还建立了专门的消防教育机构，提供正规化的学历教育，可授予学士、硕士和博士学位。
我国高等院校从20世纪80代初开始培养消防工程专业人才，当时只有中国人民武装警察部队学院一家高校设置了消防工程专业。随着社会对消防安全的逐渐重视，我国对培养高素质消防工程专业人才提出了更高的要求。经教育部批准，中国矿业大学于2000年设立消防工程专业，2001年招收第一届本科生，是国内地方高校设立的第一个消防工程专业，目前在全国本科专业排名中名列第一，同时被评为江苏省特色专业。到目前为止，已有中国人民武装警察部队学院、中国矿业大学、沈阳航空工业学院、中南大学、华北水利水电学院、西南林学院、西南交通大学、河南理工大学、辽宁工程技术大学等10余所院校开设了消防工程专业，且数量仍在增加。
经过十几年消防工程专业的教学和实践工作，结合毕业生及用人单位的反馈意见，目前该校消防工程专业的毕业生在消防专业知识的掌握上基本符合用人单位的要求，但是在实际工作中遇到新问题的解决能力以及现场实践动手能力较欠缺。为了解决这一问题，作为培养消防工程技术人才的高等学校有必要对现有的教学培养体系进行适当的调整，重点加强学生的创新能力和实践动手能力的培养。
1 消防工程专业创新本科人才培养体系
1．1 培养目标
消防工程专业培养宽基础、强能力、高素质，具有创新精神和实践动手能力，掌握火灾科学基本理论、消防安全技术，消防政策法规，具有消防安全技术研究、设计、监测、管理和火灾安全评估、控制及火灾事故调查分析能力的工程技术人才。
1．2 培养方案
消防工程专业本科培养方案采用5＋3模式，即前5个学期进行学院内大安全专业的课程学习，淡化专业方向，后3个学期分安全工程和消防工程2个方向进行专业课程学习。新生进入学校后只进入学院而不进入专业，在低年级学习基础课程，高年级时进入学科领域学习专业课程。这种课程安排使学生入学后能够得到宽口径、厚基础的培养，避免学生因过早进入专业学习而知识面狭窄的弊端。
1．3 课程体系
1．3．1 基础课程
基础课程主要有数学、英语、思想政治教育、物理、化学等全校统一设置的课程。如高等数学、线性代数、概率论与数理统统计、大学英语、大学物理、大学化学、工程力学、工程图学、电工技术与电子技术、工程热力学与传热学、工程流体力学等课程。
1．3．2 专业课程
专业课程分专业主干必修课和专业选修课。专业主干必修课主要有燃烧学、火灾动力学、建筑防火工程、水灭火工程、建筑防排烟工程、火灾识别与联动控制、建筑耐火结构。专业选修课程主要有火灾事故调查、电气防火、消防法规、现代灭火技术、消防专业英语、化工企业火灾防护、消防队伍管理与灭火战术、应急救援导论、火灾数值模拟、火灾风险评估、消防心理学、地下工程火灾防护。
1．3．3 实验课程
实验课程是学生巩固、理解课堂知识、提高动手和创新能力的重要环节。实验课程安排了火灾及烟气蔓延、材料热释放速率的测定、火灾时期烟雾特性的测定、灭火剂灭火、火灾自动报警系统、火灾自动灭火系统等。
1．3．4 专业实习
消防工程专业实习分为认识实习、生产实习和毕业实习。认识实习采用大组参观了解的方式。生产实习采用小组跟班学习的方式，直接参加消防系统的安装施工和调试工作。毕业实习安排到武警消防支队，参加消防系统的验收工作，并收集毕业设计资料。
1．3．5 毕业设计
毕业设计包含一般部分、专题部分和翻译部分。一般设计部分是在毕业实习期间收集资料的基础上，结合就业单位岗位需求，在建筑防火与安全疏散设计、建筑消防水灭火系统设计、建筑火灾自动报警系统设计、建筑气体灭火系统设计、建筑防排烟工程设计中选择1项内容完成设计。毕业设计专题由指导教师提供一些已经具备研究条件，切实可行，有研究和应用价值的题目，由学生通过实验研究完成。专业文献翻译部分是将与消防有关的英文专业论文翻译成中文。
2 消防工程专业创新本科人才培养教学改革
消防工程是一门新兴学科，其内容涉及多个学科。既有理论基础方面内容，又涉及到各种法律规范和工程实践等知识。学习内容十分繁杂，需要的基础知识门类较多，如建筑、力学、电子与计算机技术、传热学、燃烧学等。因此该专业的教和学均存在一定的难度，必须进行教学改革。
2．1 教材建设
以课程教学团队为依托，积极推行教授课程负责制，着力革新课程教学内容，规划建设与新课程体系相适应的专业教材体系。在新教材编写上注意易教易学、深浅适度、理论联系实际，加强“三基三新”（基础理论、基本概念、基本方法、新技术、新理论、新方法）内容，并在教材中设置一定的典型案例、讨论题、分析和思考题。
2．2 多媒体教学
全部课程均采用多媒体教学方式。这种教学方式和传统教学手段相比具有以下优点：重点突出；图文并茂；节约时间、增大信息量；促进交互式教学；易于补充和提高。
2．3 研讨式教学
开展研讨式教学，以特色课程“建筑防火性能化设计”为例，该课程共计32课时，要求学生先经过“建筑防火工程”、“火灾动力学”等专业课程的学习。32学时中，课堂教学12课时，主要由教师讲授建筑防火性能化设计的原则和方法，介绍相关信息的获取途径；余下20课时，由教师提供若干实际建筑物，将学生分成不同的设计小组进行设计，学生根据所学知识首先分析这一建筑存在哪些消防问题，然后提出性能化设计指标和解决方案。在具体实施时，可利用学院提供的实验室条件和计算机条件。在这一过程中，需要学生完成分工协作、查阅资料、设计实验、上机计算、编写报告和社会能力交流等。课程考核采用小组答辩方式进行。
2．4 改进实验课教学模式
为了提高实验课教学效果，实验课教学先由教师讲解实验系统的构造和基本原理、能够进行的实验内容、实验仪器的使用方法等，然后由同学们提出实验方案，在教师的指导下修改实验方案，完成实验，写出实验报告。
2．5 加强实践环节
消防工程实习基地建在徐州、无锡、苏州、杭州、厦门等城市。实习分为三个环节，即认识实习、生产实习和毕业实习。实习环节与教学紧密结合，针对性强，与学生的就业联系较紧，有利于调动学生积极性，提高实践效果。
2．6 有针对性的毕业设计
毕业设计选择徐州国际饭店、徐州金鹰国际商厦、 徐州金地商都等大型公共建筑作为蓝本，进行建筑防火与安全疏散设计、建筑消防水灭火系统设计、建筑火灾自动报警系统设计、建筑气体灭火系统设计、建筑防排烟工程设计。通过毕业设计让学生更好地掌握课程内容，使所学知识融会贯通。
3 加强消防工程专业师资队伍建设
3．1 建设目标
建设一支专业结构和年龄结构合理、能够承担消防工程本科教学相应基础和专业课程的教学工作，能够从事消防科学技术研究的师资队伍。
3．2 培养方式
采用“下现场”、“上学历”、“引进来”、“导师制”等多种途径建设师资队伍，为消防工程专业向更高层次的发展奠定了坚实的基础。对于现有师资和拟引进师资我们拟采用“导师制”、“国内外进修”和“岗位培训”等方式进行培养，以尽快适应本专业的本科教学、研究生教学和科学研究工作，提高专业的整体水平。
3．3 聘请兼职教授
根据本专业课程体系的设置特点，中国矿业大学已聘请了公安部天津消防科学研究所高水平研究人员作兼职教授，定期来校作有关专题报告，开阔了广大师生的视野、拓宽了他们的知识面。
4 结论
针对目前毕业生在实际工作中遇到新问题的解决能力以及现场实践动手能力较欠缺等问题，结合中国矿业大学消防工程专业10多年的教学实践工作，必须对现有的教学体系进行改革，重点加强学生的创新能力和实践动手能力的培养。本文得到的结论如下：
（1）消防工程专业本科培养方案采用5＋3模式，采取大类招生，学生通过对学科、专业的学习和了解后，结合自己的兴趣、特长，再在院系范围内自由选择专业或专业方向，这种课程安排使学生入学后能够得到宽口径、厚基础的培养。
（2）以课程教学团队为依托，积极推行教授课程负责制，着力革新课程教学内容，规划建设与新课程体系相适应的专业教材体系。将燃烧学、火灾动力学、建筑防火工程、水灭火工程、建筑防排烟工程、火灾识别与联动控制、建筑耐火结构作为消防工程专业主干必修课。
（3）通过实验课、专业实习和针对性的毕业设计来提高学生的创新能力和实践动手能力。
（4）采用先进的多媒体交互式教学方式，改变传统的教学模式，将注入式教学转变为启发式、交互式教学，转变以教师为中心的观念，把学生看作教学活动的主体，注重启发学生思维，培养学生独立分析问题、解决问题的能力以及实践动手创新能力。
参考文献
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论文摘要：多年冻土地区铁路桥梁工程往往由于地基的冻融作用，不良冻土地区现象的影响，会产生各种工程病害，从而影响工程使用。本文考虑了大气温度、水文地质条件，混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应，以传热学为基础，给出了冻土区单桩地温场控制微分方程、边界和初始条件，以及其空间分析的有限元计算模式，详细总结了多年冻土区桥梁桩基施工工艺及方法、保证工程质量的技术措施、施工中遇到的问题及解决方法。
冻土区桥梁桩基础施工，会给冻土引进一定的热量，这些热量在自然回冻过程中传到周围的多年冻土中，破坏冻土的稳定冻结状态。尤其是混凝土灌注桩中的水化热会给稳定的冻土带来很大的热扰动，可能会导致冻土的冻结强度降低，致使桩的承载力严重下降，直接影响施工进度。所以，研究大气温度、水文地质条件、入模温度、冻土本身的负温对桩自然回冻的影响及其计算模式，可以为施工计划的制定提供理论依据，有很重要的实用价值。
1、冻土地基的工程特性
（1）冻胀性 在自然界中，受大气温度变化的影响，土体中的水分产生相变，从而土体积膨胀或收缩，膨胀现象，称为土体的冻胀，收缩现象，称为冻土融化。膨胀现象，是由于土体在冻结过程中，水分冻结成冰，体积膨胀而引起的。土体的的冻胀性受土体埋深、土体含水量、土颗粒粒径、土体密度等因素影响。冻土地基的冻胀性，是影响多年冻土区工程结构物尤其是桥梁工程稳定性的重要因素。
（2）冻胀力 地基土冻结时，封闭体系中，冻土水分冻结体积扩张的内应力，开放体系中，孔隙水侵入推开土颗粒并冻结所产生的力，称为冻胀力。冻胀力作用于基础表面，当工程结构物的重量和附加荷载不足以与之平衡时，结构物将在冻胀力的作用下产生冻胀变形，严重将引起结构物的破坏。根据冻胀力作用于基础表面的部位和方向，可划分为切向冻胀力、水平冻胀力和法向冻胀力三种形式。切向冻胀力，即平等作用于基础侧表面上的力，法向冻胀力指垂直作用于基础侧表面上的力，法向冻胀力指垂直作用于基础底面上的冻胀力。切向冻胀力是作用于冻土区基础上的主要力系之一，如果设计时对此考虑不当，则会引起基础在切向冻胀力的作用下产生上拔变形，甚至破坏。
（3）融沉性 冻土融化过程中，在自重压密作用下，不断产生下沉伴随着孔隙水的消散，即为冻土融沉性。这个过程不仅是由于冻土中冰转变成水的相变时的体积减小，更重要的是在此过程中产生孔隙水的消散与排泄，土体的孔隙比减小，冻土的融沉性与冻土的粒度成分，含冰量密度及孔隙水的消散等因素密切相关。
2、计算模型及基本假设
(1)本文以具有代表性的青藏高原典型湿润性地段某长16m、3 孔的中桥桩基础的钻孔灌注桩作为分析模型，桩直径为1m，桩长为20m，鉴于所研究对象的特点，本问题可视为一个轴对称问题。桩侧和桩底界面应分别取在水化热对冻土热挠动范围外及冻土下限，经试验性计算，本计算模型的半径R取10m、深度取30m(即桩以下的冻土取10m)即可满足要求。
(2)混凝土入模初期，由于低温早强混凝土水泥的水化放热速度快，远大于传热速度，故可把浇注初期的混凝土作为绝热温升处理。计算中采用混凝土的绝热温升的温度作为混凝土的初始温度。混凝土放热主要在7～12d完成[4，5]，即混凝土在入模后7～12d 内放出绝大部分水化热使其升温。所以，将混凝土的绝热温升作为其初始条件，这样的考虑对混凝土达到龄期(28 d)后的强度的计算结果不会产生很大的影响。
3、冻土区桩基础施工技术
3.1施工准备
(1)进场前认真学习冻土知识和相应的规范、细则；
(2)桥梁施工前应仔细核对设计文件，对桥梁位的地质进行全面调查与核实，必要时进行补充地质勘探；
(3)认真做好机械设备的选型和配套工作，施工机械尽量采用适应高原的高效率机械，并充分考虑功率的降效；
(4)根据施工进度计划，做好施工材料的采购和储备；
(5)测量控制桩设置在稳定土层或基岩上，用混凝土包裹防护，埋入冻土层的控制桩跨冻融季节使用时，埋深≥2倍的天然上限，桩周回填粗粒土，以防冻融引起桩位变动；
3.2施工工艺和方法
(1)钻机选择:通过青藏铁路施工中的经验以及满足快速施工的原则，在桩基施工时宜采用旋挖钻机成孔。
(2)施工准备:首先测量放样，定出基础各桩的桩位。桩的纵横允许偏差≤±5cm，并在桩的前后左右设置护桩，以供随时检测桩中心和标高。钻孔场地布置尽量以填代挖，以减少对原地表开挖引起的热扰动。钻机底座下发动机散热部分宜铺设聚苯乙烯泡沫塑料隔热板，以减少对地基土的热侵入。
(3)埋设护筒:在青藏线，护筒除保护孔口，使钻孔作业正常进行外，还是采取有效措施，从而降低冻土对桩基础抗拔力的载体。具体的做法是，将护筒埋入冻土上限以上一定深度，并按设计要求外表面涂以渣油，成桩后不拆除护筒，以减少外表面的亲水程度，减小冻土对桩基础上拔力。护筒宜采用5～6mm厚的钢板卷制，内径比桩径大15～20cm；在多年冻土地区护筒埋至冻土上限以下≥0.5m；由于护筒外表面要涂渣油，其埋设方法与常规有所不同。当地表土稳定性较好，施工过程没有地表水时，在钻机就位后，先用比护筒直径大一级别的螺旋钻头施钻，钻至冻土上限以下>0.5m深度后停钻，安放护筒。安放前，护筒外侧预先满涂渣油。护筒准确就位后，护筒外侧与孔壁所形成的空隙用渣油拌制的粗粒土回填密实。
(4)钻机就位:钻机利用自动系统就位。钻孔前，应调整机架杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底虚土。
(5)旋挖钻机干法钻孔:护筒埋设完成后，进行正式钻进。旋挖钻进是利用旋挖钻头钻杆顶的液压马达往下压，同时利用旋挖钻头旋转切入土体，土被挤入料斗中，再提出孔外，直接装入自卸汽车。钻进过程中，根据地质情况选用不同的钻头。
(6)湿法作业:在粘性土、砂类土、碎石类处于地下水位以下，干法作业不能保证孔壁稳定时，采用湿法作业。湿法作业在干法作业基础上增加以下内容:
①泥浆拌制及废碴处理:钻孔泥浆采用优质粘土，采用制浆机制浆，存入钢制泥浆池中。现场设泥浆池、沉淀池各一个，串联并用。钻孔桩所需泥浆不得随意就地排放，不得就近挖坑作泥浆池。钻孔过程中，沉淀了中沉淀的废碴由人工装入泥浆车外运至设计指定地点倾倒。
②钻孔:开钻时，先低档慢速钻进，钻至护筒下1m后，再以正常速度钻进。在钻进过程中，经常注意进行泥浆循环，将钻渣捞取，沉淀后及时排除，并随时注意土层变化，对不同的土层采用不同的钻速、钻压、泥浆比重。
③清孔:当钻至设计标高后，经岩样确认到位后，停止钻进并及时清孔。清孔采用换浆法。将钻具提起约30cm，钻头不停转动，泥浆循环不断进行。不得用加深孔深来代替清孔。
④检孔:成孔过程中及成孔以至灌注混凝土之前，对钻孔的孔深、孔径及孔底质量情况进行检查。成孔之后用笼式探孔器检查孔径及孔形。
