序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇工程熱力學論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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2課程設計的理念與思路

高職學生在學習基本專業知識的基礎上，如何把知識轉化為技能，技能轉變為職業素質是我們需要破解的難題。金屬熱處理生產工藝是金屬材料及熱處理技術專業必修的核心主干課程，是培養金屬材料熱處理專業實用型人才的重要組成部分。在金屬熱處理生產工藝精品課程建設中，堅持以金屬熱處理生產典型工作任務為載體，培養學生掌握金屬熱處理生產的基本知識和基本技能，初步形成分析問題和解決問題的能力，熟練掌握金屬熱處理生產的工藝設備和機械設備的相關知識，使學生畢業后能在金屬熱處理生產企業進行生產和解決實際操作技術問題，成為高級技術技能型的專門人才。通過對本課程的學習，學生應具備以下主要技能:①掌握常規金屬材料熱處理的基本知識，能編制鋼鐵件的典型熱處理工藝;②能對熱處理設備、常用的工裝及輔助設備、熱處理爐的溫度進行測量與控制;③會典型零件熱處理的基本操作;④能進行表面改性熱處理的工藝制訂;⑤能進行化學熱處理的工藝制訂;⑥掌握復雜工件的畸變規律與矯正方法，掌握分析判斷工件變形的原因及預防工件畸變的方法;⑦能借助金相檢驗報告判斷材料及熱處理質量的方法，能分析工件淬火產生常見缺陷的原因并提出預防和補救的方法;⑧能對金屬材料進行常規檢驗及對常見的熱處理缺陷進行分析。

3教學內容的改革

3.1根據熱處理典型的工作任務，組織教學內容，改革教學方法

在教學內容的選擇上，以《金屬熱處理工國家職業標準》為依據，確定熱處理工的崗位職責、工作任務和技能要求，在教學的實施過程中把典型的工作任務轉換為學習情境，制定課程標準，圍繞熱處理設備操作、熱處理工藝的編制、典型零件熱處理的操作技能等典型工作任務，遵循由淺入深、由簡單到復雜的原則，設置了8個學習情景:①熱處理工藝準備;②熱處理設備與操作;③退火與正火;④淬火與回火;⑤表面改性熱處理;⑥化學熱處理;⑦復雜工件的畸變規律與矯正方法;⑧質量檢驗與缺陷分析。通過對8個教學子領域的學習讓學習者能在金屬熱處理生產企業進行生產，并具備編制熱處理工藝的能力和熱處理操作技能。同時編制實訓指導書，完成實訓室實訓項目的開發，在教學過程中聘請企業技術人員擔任實踐指導教師，使課程體現工學結合的特點。在本課程8個學習情景中，以典型的工作任務為載體，以項目為導向，按“理實一體化”展開教學。在課程教學中根據不同要求的教學內容的不同特點，采用講授教學法、項目教學法、任務驅動教學法、分組討論法、以實踐技能為導向的課題式教學法等教學方法，引導學生積極思考、樂于實踐，提高教學效果。表1列出了8個教學情景所須學習的內容、項目和使用的教學方法。

3.2教學內容的針對性與適用性

課程教學內容選取針對熱處理崗位群的職業標準，以就業為導向，以金屬材料熱處理人才培養目標為標準，以滿足就業崗位對所學人才能力的要求為宗旨，進行面向崗位的教學內容設計。充分體現教學內容來源于企業、服務于企業的教學宗旨，密切聯系生產實踐，做到學以致用。通過對熱處理生產各崗位知識、能力、素質要求進行分析，以學習內容和工作過程為導向的原則，課程設計創設“三結合”的學習情景:學習內容與工作內容相結合，學習過程與工作過程相結合，學習情景與工作情景相結合。按照熱處理生產崗位的需求，以熱處理工的職業標準為依據，設計了8個學習情景。課程內容在設計過程中參考熱處理崗位群多工種的職業標準，歸納出典型的工作任務作為教學情景，每個情景由若干項目任務組成，形成8個教學情景。各情景教學內容以熱處理工國家職業標準中初級工—高級工的知識和技能要求為依據選取教學內容，設計實訓項目，進行單元考核。由于教學內容考慮了工種職業資格的需要，不僅適合教學，還可作為企業員工培訓教材使用。

3.3教學方法的多樣性

傳統的教學模式具有其自身的優勢，如傳授的知識系統、嚴密，較好地發揮了教師的主導性，但弊病也十分明顯:其一，教材抽象，體系嚴密，學生難以學習;其二，學生的主體地位難以體現;其三，重理論輕實踐，學生動手的能力比較差，與素質教育的要求不相適應;其四，以教師為中心，只強調教師的“教”而忽視學生的“學”。在這樣的教學模式中，學生參與教學活動的機會少，動手更少，大部分時間處于被動接受狀態，學生的學習主動性很難發揮，更不利于創新、創造型人才的培養，不利于學生的發展［3］。為此，在課程教學中針對不同要求的教學內容既采用了傳統的講授教學法，又采用了任務驅動教學法、項目教學法、分組討論法、以實踐技能為導向的課題式教學法等教學方法，引導學生積極思考、樂于實踐，提高教學效果。

4課程的特色與創新

4.1采用任務驅動式教學法，實現“理實一體化”教學模式

金屬熱處理生產工藝課程實踐性強，為了加強實踐性教學的效果，教學中注重理論與實踐相結合，在教學中以典型工作任務為載體，以任務為導向，突出“練”，邊講基礎知識，邊應用到典型的工作任務中。實現“理實一體化”教學模式，提高學生學習的積極性和能動性，當下發了項目任務書后，學生必須積極學習基礎知識，才能完成相關的項目任務。本課程以提高學生分析、發現、解決工程實際問題的能力為重點，強調學生個性發展。深化教育改革的關鍵，是改變以往單一的課堂講授的教學形式，改變傳統的系統式學科教學體系，提倡進行“教、學、做”一體化改革，使學生在專業理論知識方面以“夠用”為主，更多突出技能的培養。采用任務驅動式教學法，就是要兼顧理論知識與技能的合理配置。任務的設計很重要，它是為實現一定的教學目標，依據課程內容主題，為學生策劃學習資源和學習活動的過程。教學任務設計的最終目的是使學生掌握實際工作崗位對本課程所要求的知識和技能［4］。通過項目任務和專題設計等自主學習方式，體現學中做、做中學，活學活用，注重了學生的實踐能力、創新能力及團隊協作能力等綜合素質培養。金屬材料熱處理技術校內實訓基地的建設及實訓項目的開發應用，解決了困擾熱處理技術專業進行生產性實訓所面臨的困難和矛盾，實現了課堂與實習地點一體化的行動導向教學。通過系統實訓，不斷訓練，極大地提高了學生崗位操作能力，同時也促進了學生的學習方式由個人競爭學習模式向團隊協作學習模式的重要轉變，提高了學生對企業生產組織方式的適應能力，實現與企業的“零距離”接觸。以“淬火與回火”學習情景為例，任務驅動教學模式如表2、3所示。

4.2遵循了由淺入深、由簡單到復雜的原則

遵循了職業成長的規律。以學習情景4的淬火與回火為例，設計了2個項目任務，項目8與項目10雖然都是淬火與回火工藝，但前者是試樣的淬火與回火，后者是零件的淬火與回火，項目任務書如表4所示。2個項目任務中，1個是實驗室試樣，1個是軸，在編制淬火工藝時，淬火方法、加熱溫度、冷卻介質、加熱設備的選擇都有差異。20鋼、45鋼、T10鋼制試樣按AC3或AC1±(30～50)℃的原則選擇加熱溫度，按t=αkD選擇保溫時間，在箱式爐中進行加熱后，以水作為介質進行冷卻即可獲得馬氏體組織，硬度達到55～63HRC。對于軸，從技術要求上看，心部和表面硬度不同，在選擇淬火方法和加熱設備時需要充分考慮。結合材料65Mn淬透性曲線，可采用水－油雙液淬火的方法進行處理。操作時掌握好在第一種淬火劑中的停留時間，同時注意上下移動工件。2個項目遵循了由淺入深、由簡單到復雜的原則，通過反復訓練，使學生工藝編制和操作技能由生疏到熟練，遵循了職業成長的規律。

4.3構建了TEST評價系統

評價的實質在于肯定學生的學習過程，重視學生學習中的知識積累和實踐能力的發展，培養科學的思維方法，這是評價學生的理論依據，也是學生學習過程的目標導向［5］。傳統課程的考試都是在課程結束后進行一次閉卷考試，這對該課程的學習來說是有局限性的，它難以測試學生綜合性分析問題的能力，故此在精品課程建設中構建了TEST評價系統。新評價系統構建思路重視考核評價學生學習的過程及過程的動態化、評價內容的多元化。TEST評價系統是指課程總成績由教師評價(T)、企業工程師評價(E)、學生評價(S)、總評價(T)組成。教師評價主要對學生的學習行為過程(包括學習態度、學習意識、精神、態度、價值觀、行為習慣等)進行相應的評價。企業工程師評價主要根據項目任務從加熱溫度、加熱設備、保溫時間、冷卻介質的選擇進行考核評價，學生評價是對各組查閱資料、PPT的效果、匯報表現、實訓準備和完成情況進行互評，使評價觸及到學生的內心深處，使評價產生教育意義。總評價(T)由項目考核(40%)、期末考核(30%)、過程考核(30%)組成。其中項目考核由教師評價(T)(15%)、工程師評價(E)(15%)、學生評價(S)(10%)3部分組成。為方便不同角色對課程進行評價，開發了昆明冶金高等專科學校金屬材料與熱處理技術專業教學資源庫，在這個網絡平臺上，教師、企業工程師、學生以不同角色進行登錄，即可完成T、E、S的評價，理論考試課由網絡系統根據考試大綱生成不同的試題，可進行在線測試，最終由系統按不同角色的權重自動生成總成績(T)。在金屬材料與熱處理教學資源庫社會評價系統中，用人企業登錄后可對畢業生進行評價，教師根據企業的評價對教學進行改進，校企合作不斷提高教學質量，共同培養出大批社會需求的高級技術技能型人才。

5教學效果

昆明冶金高等專科學校金屬熱處理工生產工藝課程于2012年獲批云南省精品課程建設立項，如圖1所示。金屬熱處理生產工藝的教學改革從2010級金屬材料與熱處理專業開始實施，為了對比教改前后的教學效果，分別對采用傳統教學法、多媒體教學法、項目教學+任務驅動教學法的學生成績進行統計分析，結果見表4。由表4可知，在試卷難度基本不變的情況下，采用項目教學+任務驅動教學法后，學生成績優良率和平均分均明顯高于傳統教學，不及格率明顯下降。通過4年的教學實踐，學生反映項目教學+任務驅動教學法能調動學習的積極性:每次課都有不同任務，帶著任務查閱資料，互相討論，完成項目任務，把任務完成的結果上傳到教學網絡系統進行評價，得到項目考核的成績。最終成績中，項目考核占40%，期末考試占30%，過程(作業和考勤)考核占30%。在項目+任務教學過程中，教師的主導地位沒有動搖，以項目和任務作為載體，運用網絡平臺提供的學習資源，引導學生自主學生，不斷培養學生分析問題和解決問題的能力，提高學生專業綜合素質和創新能力，構建學生知識、能力、素質協調發展的合理結構，并得到用人企業的好評。

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作者簡介：裘薇（1976-），女，浙江臨安人，上海電力學院能源與環境工程學院，講師；朱群志（1972-），男，浙江臺州人，上海電力學院能源與環境工程學院，教授。（上海?200090）

基金項目：本文系上海市教育委員會重點課程建設項目（編號：20105302）的研究成果。

中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）21-0062-02

工程熱力學是研究熱能和其它形式能量（特別是機械能）相互轉換規律以及提高能量轉換效率的一門學科，是熱能與動力工程專業的一門必修的主干專業基礎課程，也是學生開始接觸的第一門和熱能工程有關的課程。工程熱力學不僅為學生學習相關的專業課程提供必要的基礎理論知識和基本技能，也為學生日后從事熱能利用、熱設計、熱管理和熱控制等方面的專業技術和科學研究工作打下必要的理論基礎。

近幾年，隨著學校的不斷發展，上海電力學院先后開設了“熱動卓越工程師班”、“電廠自動控制”、“電廠測控”、“電廠核電”新專業和獲得了“熱能工程”碩士點的授予權。為了適應新時期人才培養及“085工程”的需要，教師除了繼續承擔“熱動專業”的“工程熱力學”教學任務外，還將面向“電專業”和研究生開設不同層次內容的工程熱力學課程，因此，為了提高本課程的教學質量，有必要對“工程熱力學”課程教學方法及手段開展更高層次的研究工作。

一、教學目標

根據專業人才培養的需要，“工程熱力學”課程的教學目標是通過本課程的學習，應使學生掌握工程熱力學的基本理論和基本知識，受到較強的基本技能訓練，能正確進行熱力過程和熱力循環的分析和計算。教學方向定位于基礎科學理論與工程實際之間的橋梁，著重培養學生應用基礎知識解決工程實踐問題的能力，為后續專業課的學習奠定堅實的理論基礎。課程的特點是：將工程熱力學作為一個整體來組織教學，并借助于現代教育手段、密切結合實驗與專業課程，進行完整、系統的教學。

二、教學改革采取的措施

教學方法和教學手段的改革是服務于課程體系和教學內容的改革，它是實現教學目標的重要措施。”工程熱力學”課程的邏輯性很強，各部分內容又交叉滲透，一環扣一環，而且概念抽象，是一門難教難學的課程，所以在教學的過程中，需要注意教學的方法和手段，使學生能較好又容易地理解教學內容。

1.教學方法的改革

（1）開展教學研討活動，理解教學思路。通過開展多次教師試講活動，對本課程的教學目標、教學要求、教學方法等有比較清楚的認識。教學目標要從學生專業課的學習以及職業發展的需求考慮。基礎課不只是為后續課程服務，為專業的學習服務，更重要的是培養學生的科學素質和科學思維方式，提高他們分析問題和解決問題的科學研究能力，使學生眼光遠、層次高、后勁足。教學上需要控制教學內容的難度。注意將教學內容及習題的難度控制在適當的水平，難度太大的習題，會過度加大學生的負擔，不提倡作為作業而布置。教學中需要清楚講述知識點產生的背景和來龍去脈，爭取用一條主線將各章節的內容穿起來，避免對知識點的孤立講授，避免學生孤立地理解知識。教學中需要介紹本學科在工業、民用及高新技術領域的一些應用實例，加深學生對基礎知識的理解，使學生充分認識本門課程的重要性，提高學習的興趣和積極性。

（2）注重學生應用能力和創新能力培養。在課程教學過程中注意理論聯系實際，注重工程應用。以往學生反映“孤立系統熵增原理和作功能力損失”這部分內容抽象難懂。在教學中可舉一個工程實例：大氣環境溫度為-10℃，為保持計算機房內20℃，需每小時向機房供熱7500kJ。若采用三種方式供熱：（1）電熱器；（2）電動機帶動熱泵；（3）溫度為80℃的熱水供暖，讓學生分析三種情況的熵增和作功能力損失。使用這種工程例子好處是：學生接觸的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和實用價值，可以使學生加深對這部分內容的理解。同時從實例的比較中，學生自己也可領悟出一個道理：對能量應從量和質兩方面綜合評價，才能真正找到節能途徑。

講述教材內容和工程實踐有機聯系。例如：制冷循環的原理與制冷裝置、冷藏庫、家用空調、電冰箱的聯系，濕空氣的相關知識在空氣調節、電廠冷卻塔中的應用，郎肯循環與火力發電廠實際循環等。通過介紹這種內在聯系，使課堂教學內容生動，幫助學生理解所學知識和原理在實際中運用。

改變以往全部由教師做習題點評的方式，請學生上講臺講演自己的解題方法，其他同學評判和討論。通過各抒己見，對比分析，最后達到“明辯是非”。教學實驗表明：采用這種做法，激發了學生學習興趣，學生的解題方法明顯增多，有些學生的解題思路相當活躍。

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Destruction of Resources

2011，500pp

Hardback

ISBN9780521884556

B. R. Bakshi等編

本書從獨特的多學科的視角努力把嚴格的熱力學基礎知識在各個學科領域的應用展示出來，所有這些領域的探索都涉及了可持續發展問題。這些領域包括機械、化學工程、物理學、地理學、經濟學、生態學和工業生態學。

編者相信：需要一本像本書那樣能綜合反映熱力學基本原則在各個領域應用的專著，使人們能充分地了解熱力學基本原則可以在定性判斷“人類活動如何影響自然資源和環境”方面發揮重要的作用。所以本書的目的就是匯集各個領域的專家撰寫的各自領域內熱力學規則應用的最新成果，并將本書的最終目的演化為：不是在領域以外尋求解決本領域內的嚴格的科學和工程問題的方法，但是要吸取其他領域解決類似科學問題的經驗和智慧，定義好所要解決的問題的核心、堅定“環境保護”的原則，在本領域解決方法的基礎上適當融合其它學科的有效辦法，為將來有可能被稱之為“可持續性科學”的解決方法打下基礎。

全書分為4部分，含19篇論文，第1部分基礎，含第1-3章：1. 熱力學：廣義的有用能量和可用的最大功或放射本能（exergy）；2. 能量和放射本能（exergy）：研究資源利用需要的兩個概念？3. 熱力學給出的資源使用帳單。第2部分產品和過程，含第4-8章：4. 材料的分離和回收；5.轉換技術發展的一種基于熵的度量；6. 在生產過程中所用資源的熱力學分析；7. 超純度和能源利用：半導體制造的個案研究；8. 能源和利用：現狀、未來可能的發展路徑和熱力學的觀點。第3部分生命周期的評估和度量，含第9-13章：9. 用熱力學和統計學提高生命周期庫存數據的質量；10. 可持續發展技術：來自熱力學的度量；11. 生命周期評估中的熵的生產和資源消耗；12. 在工業和生態系統中的能量和物流；13.物流分析和投入產出分析的合成。第4部分經濟系統、社會系統、產業系統與生態系統，含第14-19章：14.能源和生態系統投入產出分析的早期發展；15. 放射本能（exergy）經濟學和放射本能（exergy）環境分析；16. 熵、經濟學和政策；17. 人口的一體化和隔離：熱力學家的一個觀點；18. 在生態系統中的放射本能（exeergy）分析：背景和挑戰；19. 熱力學用于可持續發展科學發展的思考。附錄：標準化學放射本能。

本書是由來自世界各個國家的24位專家撰寫。可供相關領域的大學生、研究生、教師、工程師和研究人員閱讀和參考。

吳永禮，

研究員

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關鍵詞：能分析 分析 能效率 效率 損失

0 引言

隨著人們節能意識的不斷提高，為了獲取更大的經濟效益，人們將熱力學原理應用于工程實際各能量系統的分析中。能量系統的熱力學分析是根據熱力學原理對各種能量系統進行研究分析，以明確系統各部位的能量損失狀況，求取各種性能指標，對所研究的系統進行客觀評價。

1 熱力學分析的方法、內容

熱力學分析的方法主要包括兩種：以能量平衡為基礎的叫做能分析法，它是傳統的分析方法，依據熱力學第一定律，建立在能量“量”的守恒上，對熱力系統進行分析。而以平衡為基礎的叫做分析法，是近些年發展起來的一種方法，依據熱力學第二定律，是對能量“質”的分析[1][2]。

1.1 能分析法

能分析法是以熱力學第一定律為基礎，應用熱平衡原理，并以熱效率為基本評價準則，分析、評價系統能量有效利用狀況的方法。它依據能量系統建立熱力學模型，進行能量平衡計算，得出系統的熱效率和各項熱損失，得到系統熱損失的分布，從而找出系統中熱損最大的薄弱環節和部位，為改進設備和系統的用能狀況提供技術依據。

1.2 分析法

分析法是以熱力學第二定律為基礎的熱力學分析法。它是依據能量中的平衡關系，列出平衡方程并求解，通過分析，揭示能量中的轉換、傳遞、利用和損失的情況，確定出該系統或裝置的利用效率。

分析法的主要內容有[3]：

①進行物流、熱量衡算，確定輸入、輸出體系中各種物流量、熱流量、功流量以及各物流的狀態參數（如溫度、壓力、組成等）。

②流計算。

③由平衡方程確定過程的損失。

④確定效率。

參與用能系統的流，可以分為三類，即輸入流、輸出流和系統內流。

①輸入流類：是指由外界的源，物流穿過系統邊界而進系統的。

②輸出流類：是指由系統通過邊界向外輸出的。

③系統內部類：是指系統的輸入于輸出之差的部分。

1.3 兩種熱力學分析法的比較

兩種熱力學分析方法都是通過輸入輸出，有效利用能和損失的平衡，求解系統的總損失，進而確定損失的分布。并通過計算出的效率有效利用率來評價系統的完善程度。但能分析法只是從不同質的能量在數量上的守恒來計算損失，因而只計算外部損失而忽視了內部損失，其評價指標也只是計算了被利用部分能的數量和輸入能的數量而忽略了其質量的變化，即忽略了過程的不可逆性所帶來的損失。而且能效率的分子分母常常是不同質的對比，不能準確地表征能量的利用程度，而效率和分析法正好能解決上述缺陷，所以分析法要比能分析法更科學、更深入也更全面，它能準確地揭示損失的原因、部位以及指出改進方向等。分析方法既可以進行系統分析，又可以進行優化綜合，它可以很便捷地進行系統優化，與經濟因素結合后還可作設備全壽期成本統計等[4]。

隨著節能工作的一步步深入，分析方法在能源管理、熱能動力、制冷技術、石油化工和冶金等許多領域得到了廣泛的應用。目前，有些國家已經將方法用于熱力系統的熱經濟分析當中，而我國火電機組熱力系統的分析方法實際上都是基于熱力學第一定律的分析方法，其存在的缺點是不能揭示內部不可逆性大小，不能反映能質的蛻變情況，不能體現不可逆性對經濟性造成的影響。因此對熱力系統進行研究分析，根據分析結果所提出的問題采取相應的措施提高熱力系統的熱經濟性，具有十分重要的現實意義[5][6]。

2 鍋爐系統的熱力學分析

2.1 原始數據

某電廠鍋爐，其出口蒸汽壓力為p=13.72MPa，溫度為330℃，給水溫度tw=215℃，尾部排煙溫度為135℃，過熱蒸汽量為410t/h，空氣預熱器出口空氣溫度為226℃，爐膛過剩空氣系數為1.1。理論空氣量為4.907m3/kg，每小時燃煤量為58298kg，其燃煤的低位發熱量QL=18636

kJ/kg，全水分ω=4.9%。環境溫度為19℃，依據上述數據分別對此鍋爐系統進行能分析和分析。

2.2 分析計算

設圖中mf、ma、ms、mg和mw分別為燃料、空氣、蒸汽、煙氣和給水的質量流量；而ha、hs、hg分別表示相應物質的焓，QL為燃煤的低位發熱量，QB是損失的熱量；ef、ea、es、eg和ew表示相應各物質流的比，IQ為向環境散失熱量而引起的損失。由題設得：mf=58298kg，ma=4.907×1.293×1.1×58298=406875kg，ms=410000kg，不考慮鍋爐排污損失mw=ms=410000kg，由已知溫度查表得：

ha=509.4kJ/kg sa=7.2245kJ/（kg?k） hs=3469.8kJ/kg，ss=3.5449kJ/（kg?k），hw=598.4kJ/kg，sw=2.4747kJ/（kg?k），ha=292.25kJ/kg，so=6.6732kJ/（kg?k）

圖1 鍋爐的能量平衡

圖2 鍋爐的平衡

按照圖1所示的鍋爐能量平衡關系，得出能量平衡方程：

mfQL+maha+mwhw=mshs+mghg+QB （1）

其中QB、mghg為損失的能量，而mshs-mwhw=ms（hs-hw）為有效利用的能量，則該鍋爐的能效率為：

η=

=

=1.91（2）

按照圖2所示的鍋爐平衡關系，可以寫出下面的平衡方程：

mfef+maea+mwew=mses+mgeg+IQ+IB（3）

式中IB表示整個鍋爐內部過程總的損失。考慮到mw=ms，則鍋爐內部過程總損失為：

IB=mfef+maea-ms（es-ew）-mgeg-IQ（4）

該鍋爐的目的效率η應為：

η= （5）

由于es=（hs-h0）-T0（Ss-S0），ew=（hw-h0）-T0（Sw-S0）兩式相減得：

es-ew=（hs-hw）-T0（Ss-Sw） （6）

用（5）對應除以（2）可得：

η=η （7）

將（6）式代入上式，則有：

η=η（1-T0） （8）

代入數據得：

ea=（ha-h0）-T0（sa-so）

=（509.4kj/kg-292.25kj/kg）-292.3（7.2245-6.6732）

=56.01

η=η（1-T0）

=0.91（1-）

=0.69

3 結論

從以上的計算結果可以看出，雖然是對同一臺鍋爐進行效率計算，但能效率和效率相差很大，能效率為91%而效率僅為69%，能效率的計算主要取決與鍋爐排煙向外界散熱的多少，主要考慮的是能量“數”的變化。但效率則不同，它不僅考慮了鍋爐燃燒過程中的外部損失，而且考慮了燃燒、傳熱等鍋爐內部各個過程所造成的不可逆損失。實際上，蒸汽鍋爐的損失中最大的一項就是燃料燃燒和傳熱造成的損失，所以雖然從能效率即能量的數量上來看鍋爐損失的不多，但這部分能量都是高品位的能量，價值都很高[7][8]。

由此可見，效率比能效率更能完善地反映鍋爐的熱經濟性。所以，通過系統分析計算，找出損高的部位，采取相應措施進行改善。對目前我國火電機組熱力系統分析具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]鄭體寬.熱力發電廠.中國電力出版社，2001.

[2]郭民臣，魏楠.電廠熱力系統矩陣熱平衡方程式及其應用[J].動力工程，2002，22（2）：1733-1738.

[3]杜亞榮.600MW機組熱力系統的熱力學分析與優化.碩士學位論文，保定：華北電力大學動力系，2007.

[4]朱明善.能量系統的分析.清華大學出版社，1988.

[5]林萬超.火電廠熱系統節能理論.西安：西安交通大學出版社，1994.

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中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（c）-0170-02

材料物理專業是材料科學與物理學的一個交叉學科，專業特點要求在課程設置上既有材料科學方面的課程又要有物理類課程。安徽工業大學材料物理專業于2003年開始進行籌劃建設，2005年實現了首次招生。經過幾年的探索、規劃和實踐，基本完成了專業定位和課程體系設置[1]，正逐步完善專業建設。現階段，保留了量子力學，熱力學與統計物理（以下簡稱熱統）和固體物理學作為本專業的物理類必修課程。其中，熱力學與統計物理是一門重要的專業基礎課，無論對后續的物理類還是材料類課程的學習都起到承上啟下的知識連接作用。本課程的設置目的使學生能夠熟練掌握熱力學和統計力學的基本原理和研究方法，逐步建立分析微觀世界的思路和方法，訓練學生嚴格的邏輯思維能力，培養演繹推理能力，提高解決具體問題的能力。

1 熱力學與統計物理課程教學中存在的主要問題

熱統課程內容由熱力學和統計物理兩部分組成。其中，熱力學是研究熱現象的宏觀理論，它從若干經驗定律出發，通過嚴密的邏輯演繹方法，最終給出系統的宏觀熱性質；而統計物理則是研究熱現象的微觀理論，它從微觀粒子的力學規律出發，加上統計假設，獲得系統的宏觀性質。從內容上來看，熱統課程的理論性強，教學內容繁雜。尤其，在當前高校推行素質教育和培養應用型人才的指導下，基礎理論課課程教學學時均有不同程度的壓縮。我校熱統課程安排為40個學時，由此帶來了教學學識少和教學內容多的嚴重矛盾。我們根據我校材料物理專業特色方向和后續課程，在熱統教學內容上做出了適當的調整。

現行的熱統教材理論性強，較適合理科生使用，缺乏較合適的工科材料類學生使用的熱統教材。在組織教學中，我們以汪志誠編寫的《熱力學?統計物理（第四版）》作為主要參考教材[2]，同時綜合了多本經典教材，如：胡承正編著的《熱力學與統計物理學》，包景東編著的《熱力學與統計物理簡明教程》等[3～4]。根據我校材料物理專業培養目標和專業特色方向，本著“先進、有效、有用”的原則，對熱統課程的教學內容應該進行認真清理與重構，形成適合本校實際的課程講義。

在教學方法和考核方式上也應根據我校實際進行相應的改革。熱統課程是一個理論性強的課程，其中的物理概念抽象，物理公式繁雜。安徽工業大學材料物理專業是在工科背景下成立并發展起來的，學生的數理基礎相對薄弱，在學習的過程中會有些吃力。長期的教學實踐告訴我們，如果采取傳統的灌輸式教學方法，只能使熱統課堂教學枯燥無味，學生被動的接受知識，失去了學習興趣，甚至對后續的專業課學習產生抵觸情緒。另外，傳統的閉卷考試常造成學生不重視平時的學習過程，期末復習只看教學課件，期待老師劃重點，搞突擊記憶。

針對上述現狀，我們嘗試著進行了教學內容，教學方法和考核方式的改革和實踐。

2 教學內容的改革

2.1 優化教學內容

熱統課程的熱力學部分與先修課程，如大學物理、物理化學和工程化學基礎的部分內容重復率較高。我們在充分了解本專業學生的先修課程和后續課程的教學內容后，對與其他課程有交叉重疊的部分進行了壓縮和刪減。比如：熱力學部分的熱力學基本定律，熱力學函數，化學平衡條件，理想氣體的化學平衡等都在先修課程里面作為重點內容進行講授的。在實際教學時，只作復習性的簡述或以學生自學的方式完成。但為保證熱力學基本概念與規律的嚴格性與系統性，對重要的基本概念和定律還是進行重點講解。通過這樣的調整，節省了熱力學部分的教學學時，加大了統計物理部分的學時講授。統計物理是從宏觀系統的微觀結構入手，從內容上與量子力學和固體物理課程聯系緊密，也為后續的計算材料學課程，甚至可為本科畢業論文工作提供前期的知識準備。在統計物理教學部分，將在先修課程中學習過的麥克斯韋速度分布率和能均分定理略講；固體的熱容量的德拜理論是固體物理課程的重點教學內容，在熱統教學中，這部分只簡單提及。經過這樣的教學內容優化后，節省了課時，加強了課程之間的聯系，提高了教學效率。

2.2 適當引入材料學科前沿內容

創新型人才的培養要求課程內容要體現先進性和現代化。通過合理的補充與熱統課程相關的材料學和物理學最新的學術成就與進展，有意識的突出課程的廣度，豐富和具體化基本理論內容。增加學科前沿內容，我們從兩個方面進行。一方面是在講授基礎理論知識的同時，引入與該知識密切相關的科學技術發展的介紹。例如：在對溫度和溫標作復習簡述的時候，介紹測溫儀表和測溫技術。電阻溫度計，熱電偶測溫技術，紅外測溫技術等在后續的材料類課程學習，課程設計和實驗及畢業論文工作是非常重要的一部分。在講授氣體的節流和膨脹過程一節時，介紹了獲得低溫的技術，以及與低溫有關的材料性能的變化，超導電現象的發展歷史及科研現狀等；在講授單元系的相變時，加強了對二級相變和臨界現象的講授，介紹了磁性材料，超導材料，超流體等方面的最新研究進展；在統計物理部分，介紹玻色-愛因斯坦凝聚的新進展，講授統計物理部分的金屬中的自由電子時，適當介紹計算材料學和計算物理方面的研究現狀等。另一方面是通過鼓勵學生現場聽取相關的學術報告，或者觀看相關報告的視頻。通過前沿知識的適當引進，開闊了學生的視野，激發了學生的學習和科研興趣，獲得了較好的教學效果。

2.3 注重理論聯系實際

材料類專業是應用性很強的專業，要求熱統課程教學內容要體現實用性，加強理論與實際的聯系。我們鼓勵學生通過本科生科研訓練計劃（SRTP）和大學生創新創業計劃的方式參與相關教師的課題研究，或者開設課程設計和實驗。如在講授相變的章節時，為了讓學生加深對二級相變的理解，開設了高溫超導轉變的實驗，巨磁電阻材料的相變實驗等。組織學生參觀學校相關的實驗室，如參觀計算材料實驗室，使學生了解相圖的理論計算方法，第一性原理計算及材料設計方法。經過這樣的訓練，學生對物理概念有了深入的理解，提高學生的應用能力，研究能力和創新能力。

3 教學方法和考核方式的改革

3.1 學生為主體，教師為主導

在組織課堂教學時，認真貫徹以學生為主體，教師為主導的教學思想，加強師生互動，爭取使學生由被動接受知識變為主動探索知識。在課前，給學生預留思考題進行課前預習，讓學生帶著問題去聽課，做到有的放矢。在組織教學時，對重點章節進行精講，適時開展物理基本概念和基本問題的討論，啟發學生思考和推理。對相對容易理解的章節組織學生自學，或者制作成ppt課件，在課堂上講解，教師在做總結式講授。課后，要求學生獨立完成作業和習題，以期加深對基本概念的理解和應用。

3.2 重物理思想 簡化數學推導

在組織教學的過程中，重點講解基本概念，突出物理思想。借助于多媒體教學，對于較抽象、難理解的概念和原理，可通過制作圖文并茂的課件，或者觀看相關視頻的方式，使抽象的概念形象化，增強學生的感性認識。適當補充基本概念辨析題和思考題以促進學生對基本概念的深入理解和掌握。對于必要的數學推導，使用板書的方式進行詳解和推導，留給學生足夠的時間思考并跟上教師的思路。

3.3 考核方式的改革

考核是教學過程的主要環節之一，應具有實用性和針對性，并能體現學生的綜合素質。我們在考核方面，加大了平時成績的比例，增加了課堂回答問題，課堂討論，撰寫科研小論文等環節的考核。在期末的閉卷考試中，減少死記硬背的概念題和公式，把考核重點放在學生對基本物理概念的理解和基本理論知識的實際應用上。

4 實踐效果

在教學實踐中逐步形成了適合我校材料物理專業實際的熱統課程講義。實踐證明，改革措施在緩解授課學時與教學內容的矛盾，拓寬學生知識面等方面效果顯著。尤其，熱統課程作為材料物理專業的前期先修基礎課，對后續的課程學習起著承上啟下的重要作用。通過上述的教學改革后，學生的學習積極性大大提高，熱愛本專業的學習，踴躍參加SRTP和大學生創新創業的計劃，甚至部分同學提前加入教師團隊的課題組，對未來的工作或者繼續深造充滿信心。

參考文獻

[1] 方道來，童六牛，夏愛林，等.材料物理專業定位及課程體系設置的探索[J].安徽工業大學學報：社會科學版，2011（23）：104-105.

篇（6）

《工程熱力學》是一門將經典熱力學理論與工程實際應用相結合的應用基礎學科[1]，在我校該課程是面向“過程裝備與控制工程”（以下簡稱“過控”）、“油氣儲存工程”（以下簡稱“儲運”）等專業學生開設的一門重要的基礎理論課，為《過程流體機械》、《壓縮機與泵》等后續專業核心課程奠定熱力學基礎，在專業人才培養方案中占有舉足輕重的地位。可近年來，學生對該課程的學習熱情、學習掌握情況均每況愈下，教學現狀堪憂，影響到后續相關課程的開展，嚴重制約學生專業知識體系的形成。因此，筆者對不同專業的人才培養計劃方案、不同專業學生學習情況等進行相關調查與分析，并科學合理地開展一系列教學探索與實踐。

一、嚴把課程考核質量關

對本校過控專業和儲運專業中《工程熱力學》的課程性質、購買教材情況、學生學習情況等多方面進行對比（如表1所示），從表中可知，不同專業學生的到課率和認真聽課率懸殊均很大，究其原因有以下三點。其一，學生未認識到選修課與必修課同等重要性，誤認為選修課教材不由學校統一購買且選修課程不由學校統一安排考試說明學校不重視選修課程。其二，由于學校多媒體教室有限，因此需要使用多媒體教室的選修課程原則上只能安排在周末或晚上，與學生的休閑娛樂時間沖突。其三，在選修課堂上做與學習無關事情的學生不在少數，學習功利心強。

表1 不同專業課程情況

選修課程成績評定重視課堂點名、課堂討論、課堂回答問題、課堂小測試、課后作業、小論文等過程考核環節，授課教師嚴把選修課程考核質量關，不給人情分。另外，可以借鑒西安交通大學、北京石油大學、西安石油大學等高校的做法，在學時允許的前提下，將《工程熱力學》改為必修課。

二、重視緒論課程建設

緒，絲端也，即是絲的頭，比喻事情的開始。《現代漢語詞典》中闡述為“學術論著的開頭部分，一般說明全書的大旨和內容等”[2]。筆者認為，“千頭萬緒，在此概論”，故稱“緒論”。可見，緒論課是對整體課程的總體概述和高度概括，起著提綱挈領、綱舉目張的作用。然而，通過查閱歷年的教學檢查資料和教學反饋意見，筆者發現在往屆教學環節中，課程緒論部分的教學安排和教學設計并未充分在“課程教學大綱”、“教學計劃進度表”、教案及授課過程中體現出來，存在對緒論課輕描淡寫甚至根本不講授緒論課的現象。直接進入正題，讓學生在第一課就面對抽象枯燥的知識，這讓很多學生無所適從。緒論課被忽視，究其原因，有以下三點：第一，起教學主導作用的教師乃至高校教學管理部門在主觀意識層面上沒有認識到緒論課的重要性。第二，緒論課既是課程的重點，又是課程的難點，并不容易把握。據報道，在美國通常只有資深教授才有資格講授緒論課。就緒論課對總體課程的統領作用及課程的廣度和深度而言，一堂精彩的緒論課，是對授課教師教學藝術、科研水平及知識面等綜合素質的全面考驗，因此緒論課最能體現一個教師的教學水平，有的教師深知其利害關系，不敢貿然應戰。第三，專業人才培養方案中課時被大量壓縮，教師無暇顧及緒論部分，此乃客觀原因。

在過控專業的選修課程開設中，允許學生以試聽第一節課的方式決定是否選擇此門課程，且要求教師合理設計板書。這一舉措對教師而言，要求更高，壓力與挑戰更大，促使教師摒棄照本宣科和敷衍應付，努力擴大知識面，結合理論與實踐，融入科研進課堂，學習教學藝術與授課技巧，等等。

作為課堂教學的第一課，緒論課既是課程的重點，更是課程的難點。《工程熱力學》緒論部分主要講授課程的研究對象、研究內容和研究方法等。研究對象是工程中能量轉換的基本規律及能量轉換與工質性質之間的關系，研究內容包括基本概念、基本定律、工質性質、熱力過程及工程應用，研究方法涉及宏觀和微觀兩方面。通過緒論課的學習，要求學生了解熱力學發展概況及工程熱力學發展現狀與趨勢，明確課程的學習目的、任務和主要內容，并掌握正確的學習方法。在緒論課中，教師要讓學生明白以下五點：為什么要學習這門課？這門課有什么作用？要學些什么內容？各內容之間存在哪些千絲萬縷的聯系？怎樣才能學好這門課？

要生動詳盡地闡明上述五方面內容，絕不能局限于書本，必須在有大量信息支撐的前提下，串講整本教材，舉工程事例，列工程現象，提出與生產生活緊密相關的問題，吊足學生胃口，在后續課程中陸續分析并解決問題，要讓學生在教師啟發下積極主動思考、收獲自己解決問題的喜悅與滿足。在緒論課中，有必要闡明此課程與后續課程的聯系，詳細介紹哪些知識點會在后續課程中涉及，讓學生重視并意識到課程學以致用的必要性。

三、全程注重學習力培養

對本科生而言，大學課堂并不是知識的簡單灌輸，而是思考能力、自學能力、分析解決問題能力的鍛煉與培養。并非所有畢業生均會從事本專業工作，在工作中也并非所學知識會直接涉及，只要學生能運用大學期間積累的學習力，通過正確途徑最終順利解決問題，便是本科教學的成功之處。

學習力的培養并非一蹴而就，需要在不同教學環節中全方位、多角度地練習。《工程熱力學》秉承這一授課理念，不將死記硬背的知識列為考核內容，亦不把簡單的套公式計算作為重要考核環節，重點落足于分析與思考，課堂全程采用啟發式提問教學方式，教師負責提問和引導，學生參與討論并回答問題，課堂氛圍輕松活躍。為避免抄襲作業現象的發生，應給每人布置不同題目，力求課外鞏固環節的有效性。

參考文獻：

[1]沈維道，等.工程熱力學（第四版）[M].高等教育出版社，2007.

篇（7）

中圖分類號 X799.5文獻標識碼：A 文章編號：

一.前言

焚燒法己成為發達國家處理城市生活垃圾、工業有害廢棄物、醫院廢棄物以及市政廢水處理后污泥的主要技術途徑之一。

焚燒技術因可對垃圾進行有效減容及資源利用而獲青睞，目前在國內得以積極推廣。但垃圾焚燒爐渣和煙氣富含有機氯、重金屬等有毒有害物質，給環境帶來二次污染，必須對其進行有效處理。處理焚燒爐渣及飛灰的方法主要有固化、酸提取、熔融等。由于熔融過程中二惡英去除率可達到99%以上；飛灰經熔融后可減容2/3；高沸點重金屬被穩固的包裹在SiO2所形成的Si-O網狀結構中，熔渣浸出毒性大大降低，可作為建筑材料得以資源利用等優點，熔融處理技術逐漸成為當今研究熱點。為了掌握重金屬在熔融過程中的遷移分布規律，以指導熔融工藝條件優化，以Pb、Zn元素為例，利用FACT 軟件對其進行熱力學模擬計算分析。

二.分析方法

以重慶市同興垃圾焚燒廠為例，其焚燒爐溫為950℃左右，其焚燒飛灰中鉛、鋅、硫、氯元素含量組成如表1所示：

表1 飛灰中鉛、鋅、硫、氯元素含量（%）

Table1the contents of Pb、Zn、S、Cl in fly ash（%）

采用FACT 軟件[6]進行化學熱力學平衡分析。該軟件的理論計算模型如下：

（1）

（2）

（3）

FACT軟件數據庫存儲了比容隨溫度變化的系數（a、b、c），

（4）

通過（4）可計算出

（5）

中的系數，從而獲得單一物質在不同溫度下的吉布斯自由能；以最小吉布斯自由能為理論基礎，認為體系達到熱力學平衡的充要條件為：

or （6）

從而預測出體系平衡時可能出現的產物。

文章計算分析了200-2000℃溫度范圍內 ，0.1MPa 壓力條件下不同系統中鉛、鋅的遷移分布。

三. 模擬計算結果與討論

2.1 直接熔融飛灰體系

模擬飛灰熔融過程， 以同興垃圾焚燒廠飛灰的主要化學組成（見表2）作為輸入數據，分析其中Zn、Pb的遷移分布規律，結果見圖1、圖2。

表2飛灰主要化學組成（除Zn、Pb、S、Cl外%）

Table 2 the main components of fly ash (beside Zn、Pb、S、Cl% )

由圖1-圖2可以看出，在模擬實際的飛灰熔融體系中，在900℃以下Zn、Pb主要以其固態硫化物存在，1000℃左右才開始以其氯化物揮發至氣相中，并隨溫度的不斷升高，其氣態單質及硫化物的量有不斷上升的趨勢。

圖1飛灰體系中Zn的分布圖2飛灰體系中Pb的分布

Fig.1 the distribution of Zn in the fly ash system Fig.2 the distribution of Pb in the fly ash system

2.2 鐵浴熔融飛灰體系

模擬飛灰鐵浴熔融過程，生鐵與飛灰的比例為1：1，鐵的輸入值為17.857mol，生鐵的含碳量為2% （1kg生鐵中含碳量為1.667mol），分析鐵浴熔融飛灰體系中 Zn、Pb的遷移分布規律，結果見圖3、圖4。

圖3 鐵浴熔融飛灰體系中Zn的分布圖4鐵浴熔融飛灰體系中Pb的分布

Fig.3 the distribution of Zn in the iron melting bath system Fig.4 the distribution of Pb in the iron melting bath system

由圖3-圖4可以看出，Zn受鐵浴的影響，較直接熔融提前在800℃即從固態ZnS形態全部轉變為ZnCl2揮發至氣相。Pb在低溫段（500℃以下）以其單質態取代PbS存在于渣相中；在600℃到1000℃溫度段，Pb幾乎全部進入鐵相，隨溫度的不斷上升，鐵相中的Pb逐漸以PbCl2 、PbCl形態進入氣相；并于1200℃時在鐵水相中的分布達到一個峰值50%左右，可推測在1200℃鐵浴熔融分離Pb的效果最佳。

四. 結論

根據重慶同興垃圾焚燒飛灰的理化性質，通過模擬飛灰熔融過程的條件，對Zn、Pb在不同系體系中不同條件下進行熱力學計算，可以得到以下結論：

1）熔融溫度一般為1300℃左右，在此范圍內，焚燒飛灰中的Zn、Pb均以氯化物形態揮發至熔融煙氣中，Zn、Pb的主要形態為ZnCl2、PbCl2，伴有少量PbCl；

2）通過模擬計算，驗證了鐵浴熔融分離重金屬的可行性。模擬預測在1300℃左右Pb在鐵水相中分布率可達35.9%，對現實鐵浴熔融工藝具有指導意義。

基金項目：“十二五”國家科技重大專項2011ZX05041-004

作者簡介：姚成林（1981～），男，學士，工程師，主要從事煤礦安全與煤層氣利用技術方面的研究

參考文獻：

[1] 徐杰英.煤燃燒過程中痕量元素鉛的反應機理研究.華中科技大學碩士學位論文，2004.4

[2] 張衍國，武俊，李清海等．垃圾焚燒重金屬遷移特性及其影響因素．環境污染治理技術與設備，2005，6(12)

[3] 薛文穎，李薇，申勇峰.鎳精煉過程中Pb和Zn的熱力學探討.礦冶，2007，16(2)：35~37

[4] 薛浩棟.危險廢棄物重金屬遷移和控制機理研究.浙江大學碩士學位論文，2006，1

篇（8）

實。也許是我的水平不足，希望讀者加以補充。

關于實驗問題，理論有它的獨立性，不會依附于實驗。比如，狄拉克的磁的單極子理論，現在人

們沒有人證實它。愛因斯坦在1905年發表的3篇論文，都是在以后幾年才證實。我的思想只要內在邏

輯比原來好系就行。讀者中間一定有實驗物理學家，他們可以完成這項有意義的工作，并且可以設想

理論對人們的生產生活有什么影響。

作者：周伯利

題目：熱力學第二定理的運用

提要:由于熱力學第二定理存在局域性要求,在運用到存在遠程相互作用(這里主要討論電磁相互作用)的體系

時就會發生問題。（如果不存在遠程相互作用，熱力學第二定理是適用的。）

主題詞：局域性 遠程相互作用

1 理論邏輯部分

1。1兩杯水里的熱力學

> 熱力學第二定理有許多表述,根據我的學習體會,描述為;孤立體系的熱運動總是向著熵增的方向發展,并達

到熵極大,(穩定的平衡態)

> 熱力學第二定理包含有兩個內容:1,時間之箭的方向 2,時間之箭的目標

> 熱力學第二定理對研究對象有個限制:孤立體系。下面的一個孤立體系，但是，熱力學第二定理在運用上

卻存在問題：> 桌面上有兩杯水A B，水里懸浮有大量的電荷，外界對它們沒有作用，可以把它們整體看

作孤立體系，由熱力學第二定理得，體系應該有一個穩定的平衡態。我們從部分看：比如A，它受到B的

電作用，不能視為孤立體系，它有沒有穩定態，就很成問題。同樣B也是如此。同一研究對象，可能存在

不同研究結果，只能說明理論對于這樣的研究對象存在先天不足。

> 這一體系有沒有穩定態，得有物理方程確定，物理方程應該包含熱和電

> 1 泊松方程

> 2 波爾茲曼方程 p=A*exp（qu/kT）

>求解方程是困難的，它是非線型的，從直覺上講，有解的可能性小。

1。2普朗克熵理論的研究

下面是熵和熱力學幾率的關系的推導：普郎克發現孤立體系的熵和熱力學幾率存在單調的變化，猜測熵和熱

力學幾率存在如下關系：

S=f（W）

設體系有獨立的兩部分，

S---------體系總熵 S1-------1部分的熵

S2-------2部分的熵 W-------總幾率

W1-----1部分的幾率 W2-----2部分的幾率

設S=S1+S2=f（W）

S1=f（W1）

S2=f（W2）

W=W1*W2---------（1）

通過微積分運算，得到

S=k*In（W）----------（2）（參閱王竹溪<統計物理學導論>第2版）

如果體系由無限獨立部分組成，則S=S1+S2+S3+。。。。Sn+。。 Si是局域熵熱力學第

二定理表示為：S1=S1max S2=S2max。。。。。（3）

以上推倒體現了熱力學明顯的局域性，也暴露了這種性質的力學本質：要求每個局域的

獨立性，如果不獨立，則

W=W1*W2---------（1）

不成立，則普朗克的推導就有漏洞，

實際上，世界上存在破壞這種局域獨立性的現象，比如桌面上有兩杯水，（可以看作總體系的兩個部分，部

分的劃分是任意的）水里懸浮有大量電荷，兩杯水之間存在遠程相互作用，獨立性就沒有意義，普朗克的熵

理論不能適用于這樣的研究對象。

普朗克的熵理論的背景是熱力學第二定理，普朗克提出

S=f（w）

原因為：孤立體系的熱運動總是朝著熵增的方向發展，而熱力學幾率也是在增加，現在的體系不適用于普朗

克的理論，則也會不適用于熱力學第二定理，我們知道，熱力學第二定理要求平衡態的出現，平衡態的表示

為S1=S1max S2=S2max

這個體系中的局域獨立性已經破壞，S1，S2沒有意義。

1。3條件概率的研究

在電磁遠程相互作用的體系不能用熱力學第二定理說明。其中最明顯的是整體幾率與部分幾率的關系：

W=W1*W2

不成立，從而普郎克的熵與幾率的推導存在矛盾。

概率論中提供了一種叫條件概率的東西來說明兩個幾率事件的相互作用。比如；

明天下雨的概率是0.2,晴天的概率為0.8。如果是雨天，爬山的人占0.3,如果是晴天，爬山的人占0.7。那么

明天有百分之幾的人要爬山呢

p=0.2*0.3+0.8*0.7=0.62

天氣情況對人的出行有作用，但是人的出行對天氣的幾率是沒有影響的，條件的幾率是相對穩定的。如果人

的出行對天氣變化有影響，你可以想象一下幾率會是怎樣？而我們要研究的熱力學幾率就是相互的。上面的

兩杯帶電水存在相互作用，狀態之間的影響不是單向的。我們已經可以體會到其中的味道了

下面作一系簡化計算：

設想體系1（杯子1）只存在兩個狀態A B 。體系2（杯子2）存在兩個狀態C，D。

兩個體系的存在相互作用。我們讓體系1處于A狀態，體系1激發的場

會影響2。C，D的幾率(幾率的設定只有數學意義。即滿足0.2+0.8=1)

P(c)|A=0.2

P(d)|A=0.8

同樣有

P(c)|B=0.3 P(d)|B=0.7

P(a)|C=0.4 P(b)|C=0.6

P(a)|D=0.5 P(b)|D=0.5

那么ABCD四個狀態的幾率為多少。我們社Xa，Xb，Xc，Xd，就有

0.4*Xc+0.5*Xd=Xa

0.6*Xc+0.5*Xd=Xb

0.2*Xa+0.3*Xb=Xc

0.8*Xa+0.7*Xb=Xd

化解得到

Xa+Xb=1

Xc+Xd=1

幾率不可求出。

你可以設想有許多的電子，狀態有很多，可以將體系分為很多部分，分析出的結論是一樣的。

數學具有數學邏輯的自由性，顯然可以包含熱力學幾率的具體情況。

2。 具體的列子

2。1 靜電平衡的研究

電荷在導體表面分布不均，到底會不會產生擴散呢？

有位老師說：不會，擴散只適用于中性的物質，對電荷是不適用的，因為電荷受到強大的電場力的作用。另

外他說，導體上的電荷分布滿足最可幾率分布（熱平衡分布）。

我認為：1，擴散定理并沒有強調它不適用于電荷，它的提法破壞了物理定理的普遍性； 2，電荷所受的電

場力垂直于導體表面，而電荷分布濃度梯度沿導體表面存在，顯然電場力不會影響沿表面的擴散。3，我讀

過熱力學方面的著作，我沒有看到過有關用統計力學方法推倒靜電平衡電荷分布的，熱力學統計理論發展

了100多年，熱學家沒有去研究經常的事實，是一種疏忽吧。

如果用熱力學的統計理論去推導靜電平衡電荷分布，必然電荷分布是溫度的函數，因為統計力學的形式為：

p=A*exp（-E/kT）

統計出的結論與溫度大大有關。事實并不如此，只能表明靜電平衡事實不能滿足平衡態的統計理論，他不可

能達到熱平衡態 。

在我看來，電荷是可以擴散的，擴散會影響電荷分布，擴散隨溫度的升高而變大，則30度的電荷分布與50度

的不同，而等勢分布是唯一的，不能適應溫度的變化，所以帶電的導體上必然存在電勢差；另一方面，單單

存在擴散電流必然導致電荷均勻分布，事實并不如此，證明存在一種矛盾的運動，帶電的導體上存在電勢差，

電勢差引起傳導電流可以與之“平衡” 。一般情況下，導體所帶電荷相比于導體自身的正負電荷來說是太少

了。引起的電勢差太小。等勢之說只具有工程意義，不具有理論意義。靜電平衡的電荷分布是一個未知數

進一步分析擴散存在表面，擴散的方向必然與電場力的方向相反（電勢差引起傳導電流可以與之“平衡”）

則電荷的動能會減少，溫度降低，電勢差不會只存在于表面，導體的內部存在傳導電流（歐姆電流），溫度

會上升。

讀者聽了一定會覺得太難令人置信，但是我們在前面已經說明了那么多的理論邏輯的問題，注意這里的導體

表面電荷存在遠程相互作用，帶電導體不會達到熱平衡。

我們應該相信理論所確信的東西是真實的。現在所應該作的應該是實驗證明。

2。2電荷布郎運動對導體的影響

圖中容器內帶電塵埃q，帶電塵埃在空氣中做布郎運動。容器附近有一導體。

導體處在激發的電場中，會發生靜電感應，q的位置不斷變化，靜電感應（感應電流）不能停止。感應電荷分

布不可確定。實際上，空間的電場是在不斷的變化，由前面的結論可知，這一體系不存在穩定態。

有兩點與現有熱力學不符：1感應電荷分布不可確定，意味著導體的宏觀表現不是唯一的，現有熱力學認為：

孤立體系的平衡態的宏觀表現是唯一的，（容器，導體，q組成孤立體系）；2感應電流的本質是傳導電流，

會產生熱量，導體溫升，能量來自于的布郎運動，容器溫降，布郎運動不會停止，這種單向能量輸送不會停

止，不需要溫差的先決條件

---------------------

> |...................|

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2。3為什么不能將熱力學第二定理簡單應用到宇宙，

19世紀，克勞修思將熱力學第二定理運用到宇宙上，得出宇宙最終會達到熱寂的狀態。事實并不如此，宇宙

的有序運動沒有減少的跡象。我們的課本上說，不能將有限時空中的規律運用到無限時空中，為什么不能，

書本沒有說明。有的作者甚至說熱寂說是唯心論，這西都沒有用物理學自身的邏輯去說明問題，下面我將分

篇（9）

【基金項目】本文系2013年哈爾濱工程大學教學改革項目“基于創新型人才培養的《燃料與燃燒》教學模式改革研究與實踐”（JG2013YB09）的研究成果。

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）18-0057-02

現代社會能源主要來源于化石燃料的燃燒，能源短缺已成為世界各國面臨的迫切問題，尋求新型燃料以及研發高效低污染燃燒裝置已成為各國面臨的重大任務。 “燃料與燃燒”是一門研究化石燃料及其燃燒規律的傳統學科，同時又是一門反映最新燃料及燃燒技術，并與之保持同步的新學科。

作為高等院校熱能與動力專業方向的重要專業基礎課，“燃料與燃燒”以“高等數學”、“大學物理”、“大學化學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“流體力學”等傳統基礎課程的知識為基礎，由于涉及學科多，應用知識繁復，與其他基礎課程相比，具有課程理論難度大、跨度大、知識點多且零散和對數學要求高等特點[1，2]。為此，針對我校熱能與動力工程專業人才培養特點和要求，結合多年教學實踐經驗，對“燃料與燃燒”課程教學內容的制訂及教學手段的選擇提出自己的建議。

一、課程內容及特點

1.課程內容

“燃料與燃燒”包括燃料、化學熱力學、化學動力學、燃料的著火理論、火焰的傳播與穩定理論、預混燃燒理論和擴散燃燒理論等基礎理論，液體燃料、固體燃料的燃燒過程及其經典的模型等教學模塊；課程主要包含：（1）燃料、（2）燃燒過程的物質平衡與熱平衡、（3）化學反應動力學、（4）燃燒系統守恒方程、（5）著火和燃燒界限、（6）預混氣的燃燒、（7）層流預混火焰、（8）層流擴散燃燒、（9）氣體湍流燃燒、（10）液體燃料的擴散燃燒、（11）固體燃料的燃燒、（12）燃燒污染與防治、（13）船舶動力裝置的燃燒等教學內容。

2.課程特點

實際燃燒過程涉及質量、動量和能量的交換和變換，涉及燃料和氧化劑之間的化學反應，具體過程十分復雜。“燃料與燃燒”課程知識點多、理論性強、學科交叉性強。因此，一方面，該課程的學習要求學生很好地掌握前期“大學物理”、“大學化學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“流體力學”等專業基礎課程的內容；另一方面，該課程的學習又可以促進了學生對上述課程知識點的理解。

“燃料與燃燒”課程理論性強、知識涉及面廣，是一門典型的理論和實驗相結合的學科。由于燃燒過程的復雜性，截至目前，燃燒科學的研究仍然以實驗研究為主。先進診斷技術的不斷出現使得燃燒實驗獲取的數據更加可靠、準確[3]。20世紀以來，著火模型、火焰傳播理論、反應流體力學和計算流體力學等的建立使燃燒理論有了長足的發展。并且，隨著大型計算機的出現，使得采用數值模擬方法研究燃燒過程已經成為發展趨勢[4]，這些都有力地促進了燃燒技術的發展。但這些理論模型對于本科生而言很難理解。這就要求授課老師探索適合本科生知識結構及認知水平的教學內容和教學手段。

二、教學方法

1.教材的選擇

“燃料與燃燒”這門課程知識點多、理論性強、概念抽象，如何上好這門課，選擇適合的教材是非常重要的環節。好的教材有利于制訂合理的教學內容和教學計劃，可以有效促進教師的教學和學生的學習。目前市面上發行的教材主要有國外教材的國內翻譯版和國內教材兩類，比如Kuo. Kenneth K.的《Principles of Combustion》和Turns. S. R.的《An Introduction to Combustion》以及國內顧恒祥編著的《燃料與燃燒》教材和嚴傳俊的《燃燒學》等，這兩類教材各有特點。合適的教材應該能夠與學生的知識結構及認知能力相適應，與該課程的教學目標相適應[5]。

針對本課程的特點，教材的內容要全要新，應能夠較好地反映當前燃燒理論發展水平及技術發展現狀。教材內容應當包括燃料、化學熱力學、化學動力學、燃燒物理基礎、預混燃燒及擴散燃燒、液體及固體燃料的燃燒等。由于是面向本科生的教材，應當內容簡單易懂、表述深入淺出、實例豐富直觀、結構邏輯清晰，能有效銜接理論分析與工程實例，這樣才能提高學生學習興趣。目前國內出版的《燃料與燃燒》教材要么理論性太強，要么涵蓋內容不全面，要么內容深度不夠，總之都存在這樣或那樣的問題。為此，根據我校本科熱能與動力工程專業方向學生培養的目標和特點，我校“燃料與燃燒”課程組的老師編寫了適合我校學生使用的《燃料與燃燒》教材，該教材系統地闡述了燃燒的基本原理和理論；詳細講述了燃料動力學燃燒的計算方法，詳細論述了燃燒熱力學和燃燒化學反應動力學，著重介紹了船舶動力裝置涉及的預混燃燒和油滴蒸發控制的擴散燃燒；最后，為及時反映燃燒技術的最新研究進展，增添了新型船舶動力裝置所采用的燃燒技術[6]。在教材的編撰過程中，大量引用了我校教師及研究生們的研究成果。教材針對性強、內容新穎，強調了“燃料與燃燒”課程的理論性和工程應用性，培養了學生學以致用、理論聯系實際的能力和素養。

2.教學內容設計

“燃料與燃燒”課程教學內容應該具有目標性、實效性、科學性、啟發性，為此在其教學內容的設計過程中，應該注意以下幾點：

①內容要重點突出。“燃料與燃燒”課程內容包括化學熱力學、反應動力學基礎、著火理論、火焰傳播與穩定理論、液體燃料及固體燃料的燃燒等部分，但在各部分內容的講解上要有重點。課程中化學熱力學和化學動力學基礎是整個課程的理論基礎，講解內容包括化學平衡、熱化學、化學反應速率、質量作用定律、反應級數、活化分子碰撞理論及鏈鎖反應理論等。其中，化學反應速率、質量作用定律、阿累尼烏斯公式和鏈鎖反應理論可作重點講解。關于著火理論，授課重點放在閉口系統著火理論模型的建立和結果分析上，并分析燃燒放熱量和散熱量隨溫度的變化曲線，確定著火溫度與初始溫度、物理化學因素和散熱強度的關系。對于火焰傳播與穩定理論，授課的重點在火焰傳播概念、氣體的動力燃燒與擴散燃燒及火焰穩定的基本原理與方法的講解。對于預混燃燒，授課的重點在瑞利公式、郎肯-雨果尼奧公式的推導，以及爆震波、緩燃波的性質，并分析層流火焰的傳播速度。對于擴散燃燒和液體燃料的燃燒，重點在伯克-舒曼理論、燃料射流的唯象分析、液體燃料的霧化、蒸發模型及液滴的質量燃燒速率。對于固體燃料的燃燒，碳的燃燒化學反應及碳粒的燃燒速度可作為授課重點。

②理論與實踐相結合。“燃料與燃燒”是一門理論性及實踐性都很強的學科。課程涉及的相關理論模型比較抽象，不易掌握。因此，該課程的教學內容必須與工程或生活實踐緊密結合。在課程教學內容設計過程中必須將理論與具體工程案例或燃燒相關生活案例相結合，以具體案例作為切入點，將復雜抽象的理論概念穿插到生動、具體的案例中進行講解。對于熱能與動力專業的本科生，筆者結合船舶柴油機，利用燃燒學理論講解燃燒室結構設計、燃油燃燒過程、過量空氣系數、著火等這些具體設計方案背后的理論依據，從而強化對燃燒理論的理解；結合汽油機和柴油機，講解點燃和壓燃，講解不同燃燒方式對汽油機和柴油機的影響，講解烴類燃料著火點和自燃點的區別；結合家用燃氣灶臺，講解燃料的擴散燃燒。通過以上措施，使學生課本理論與實踐統一。

3.教學方法設計

①采用啟發式教育。在“燃料與燃燒”課程教學過程中從學生的知識結構及認知能力出發，結合具體的教學內容和教學目標，采用提問、討論和案例分析等多種方式，讓學生參與教學過程，激發學生的學習熱情，使他們在活躍、開放的教學氛圍中理解掌握燃料與燃燒相關的知識點，并逐步掌握應用相關知識點分析解決實際問題的能力和提升團隊合作能力。

②多媒體與板書的有機結合。隨著計算機技術的發展，多媒體技術已成為課堂教學的重要手段。多媒體教學課件圖文并茂、內容豐富、信息量大。就“燃料與燃燒”而言，燃燒過程細節可以被生動地顯示出來，危險實驗也可被充分地展示出來，使學生能夠更加深刻、有效地理解相關燃燒理論和燃燒過程。但是，使用多媒體技術授課，老師講課速度加快，課程信息量增加，學生課堂緊張度增加，易造成學生的思維跟不上授課速度，影響教學效果。板書比較靈活，便于控制授課節奏，適合于講解復雜理論模型，教師在授課過程中，可以通過板書引領學生的思維，進行詳細的講解和推導，學生易于理解和融會知識。但是，板書速度慢、效率低。因此，在“燃料與燃燒”課程教學過程中，將多媒體教學與傳統板書有機結合，揚長避短，充分發揮各自優勢，以達到最佳的教學效果。

③多種考核手段的結合。在教學過程中，采用多樣化的考核手段，了解學生對課程知識點的掌握情況，督促學生的學習。平時成績、課堂提問、課后作業、案例分析、階段考試和小論文等都可以作為考核手段。但無論采用何種形式的考核手段都應當從激發學生的學習熱情、提高學生的學習效果和增加學生對本課程本專業的認識出發。

三、結論

綜上所述，“燃料與燃燒”融合了“大學物理”、“工程熱力學”、“傳熱學”、“流體力學”、“氣體動力學”和“高等數學”等課程的知識。在教學過程中應點面集合，重點突出，理論聯系實際，加強對學生實踐能力、團隊合作能力和創新能力的培養，不斷更新教學內容。同時，作為老師，需要不斷學習，及時掌握該課程新的知識點，及時更新教學內容。

參考文獻：

[1]鄧文義，蘇亞欣. “燃燒學”課程建設與探討[J]. 中國電力教育， 2012（27）：70-71.

[2]蘇磊. 燃燒學-教學有感[J]. 中國科教創新導刊，2009（34）：134.

[3]Kuo， Kenneth K. Principles of Combustion

[4]嚴傳俊， 范瑋. 燃燒學[M]. 西安： 西北工業大學出版社， 2008.

[5]王保文， 王為術， 高傳昌. 電廠熱能動力工程專業“燃燒學”教學內容設計[J]. 中國電力教育， 2010， （30）：100-102.

篇（10）

1 前言

利用水合物進行氣體分離是一門新穎的學科。水合物法分離氣體是基于各種氣體形成水合物的壓力差別很大，控制壓力使易生成水合物的組分發生相態變化（從氣態到固態），因此通過形成水合物易進行某些氣體分離，如甲烷和乙烷、甲烷和乙烯等。與超臨界萃取、深冷分離和冷凍結晶分離相比，水合物的生成條件溫和、能耗低、分離效率高而且對環境無害，具有廣闊的應用前景。

利用水合物進行氣體分離就必須對水合物的相平衡條件進行深入的研究，氣體水合物相平衡熱力學主要解決氣體水合物形成和存在的溫度、壓力條件，預測已知狀態系統是否可形成水合物。其理論依據主要是多相系統相平衡理論，而這要涉及到水合系統所有相中每一組分化學勢（逸度）的計算。因此，建立所有物質在每一相中的化學勢（逸度）模型是氣體水合物相平衡熱力學的主要任務。

2 熱力學預測模型的分析

根據相平衡準則，平衡時多元混合物體系中的每個組分在各相中的化學勢相等，采用水（W）作為考察組分，即：

由上式可知，預測水合物生成條件的理論模型可分為水合物相和富水相的熱力學模型兩部分。

范德瓦爾-普朗特根據水合物晶體結構的特點，應用統計熱力學方法結合蘭格繆爾氣體等溫吸附理論，推導出如下的表達式：

C為客體分子j在i型空穴中的蘭格繆爾常數；

NC為氣體混合物中可生成水合物的組分數目。

以后針對ijC的計算，又提出了多種對此模型的改進，主要有：Parrish-Pransnitz模型，Holder-John模型，Ng-Robinson模型和Du-Guo模型等。

Chen-Guo模型

1996年陳光進和郭天民提出了一個完全不同于范德瓦爾-普朗特模型的全新的水合物模型。

Chen-Guo認為水合物的成核過程同時進行著以下兩種動力學過程。

準化學反應動力學過程：氣體分子和水絡合生成化學計量型的基礎水合物。

吸附動力學過程：基礎水合物存在空穴，一些氣體小分子吸附于其中，導致整個水合物的非化學計量性。

在第一個過程中，溶于水中的氣體小分子與包圍它的水分子形成不穩定的分子束，分子束的大小取決于氣體分子的大小，一種分子只能形成一種大小的分子束。分子束實際上是一種多面體，它們締合過程中為保持水分子四個氫鍵處于飽和狀態，不可能做到緊密堆積，締合過程中必然形成空的胞腔，稱其為連接孔，這就是水合物中另一種大小不同的空穴。這一過程可由下面的反應表示：

對范德瓦爾-普朗特模型的改進主要集中于蘭格繆爾吸附常數計算方法的改進，但結果始終不能令人滿意，筆者認為，這是因為這些模型都是以統計吸附理論為基礎，范德瓦爾和普朗特在最初提出該模型時，假設水化物生成過程服從蘭格繆爾等溫吸附理論，但事實證明這種假設過于簡單，水合物生成機理極其復雜。這也正是Chen-Guo模型優于范德瓦爾-普朗特模型的原因。ChenGuo認為水合物生成過程同時存在著兩個動力學過程，以此理論為基礎得到的模型其計算結果與實驗數值符合得較好。上述七種理論模型的精確度依次為：Chen-Guo>DuGuo>NR>HJ>PP>VDW。

更重要的是。Chen-Guo模型形式更為簡單，避免了較難直接計算的化學位，因此也就避免了去選擇一些易于造成混亂的基本參數，計算更為簡便，總之，比起范德瓦爾-普朗特系列模型，Chen-Guo模型更適用于工程技術人員進行工業計算。

4 氣體水合物熱力學模型的修正與改進

綜合上述各種模型的優點，結合實際工業需要，本文以Chen-Guo模型為理論基礎，引用Nasrifar的混合規則，并且考慮了氣體溶解度的影響，對Chen-Guo模型進行了改進。

由前述可知，對混合氣體而言，ChenGuo模型的相平衡準則為：

該模型假設液相中的電解質、醇類和溶解氣三者相互之間沒有影響。

5 模型考核

為了證明本模型的預測能力，應該用本模型的預測結果和實驗數據相比較，本模型即可預測平衡溫度又可預測平衡壓力，當考核預測溫度的準確性時，采用溫度的統計平均絕對誤差（AATD）來表示。AATD按下式給出定義：

式中NPTS代表所取的點數。

壓力的平均誤差百分數（AAPE）由下式給出：

本文首先利用該模型預測甲烷在電解質（NaCl、KCl、CaCl）溶液中生成水合物的能力，然后將計算值與實驗值相比較，見下表2，從表中可以看出計算值與實驗值符合的比較好。

6 結論

本文對水合物相平衡熱力學模型進行了總結和改進，將測試溫度以冰點為分界點劃分為兩個區域，在不同的區域采用不同的方法計算水的活度。可以預測含醇或/和電解質溶液水合物的相平衡條件，考慮了氣體在水中溶解度對水合物相平衡條件的影響。論文還對水合物氣體分離技術進行了闡述。

參考文獻

[1] Van der Waals，J.H..Clathrate solutions. Advances Chenical Physics，1959