发布时间：2023-03-23 15:16:49
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的工程热物理论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：行业类高校；高等流体力学；电力特色
作者简介：张莉（1973-），女，河南商丘人，上海电力学院能源与机械工程学院，教授；李永光（1957-），男，湖南长沙人，上海电力学院科研处处长，教授。（上海 200090）
基金项目：本文系上海电力学院研究生学位课程建设项目（项目编号：YKJ-2012004）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0086-02
2007年，上海电力学院（以下简称“我校”）热能工程二级学科首次招生，“高等流体力学”首次开课，授课人数20余人，随后几年间授课人数逐年增长。2012年我校动力工程与工程热物理一级学科又增设了工程热物理、动力机械及工程两个二级学科，“高等流体力学”授课范围扩大的同时，授课人数也增加到60余人。但是鉴于我校研究生数量较少、研究生培养历史较短以及师资力量相对薄弱等方面的原因，课程教学的教材只能选用已有的教材。在组织教学内容的过程中发现，大多数教材普遍存在一些问题，如过于强调基本理论、对数学知识的要求偏高、工程应用方面涉猎很少，或者有些工程学科专业的相关研究生教材又往往缺乏理论深度，工程应用背景针对性强，有的强调高速气动、有的强调水动叶栅流动、有的强调涡动力学等等。鉴于此，作为行业类非重点高校，在“高等流体力学”课程的教学中有必要结合我校电力特色进行教学内容和教学模式的研究和探讨。
一、课程教材的调研
为了能更好地做好此次教学研究工作，课程组首先对高校相关研究生专业的“高等流体力学”教材进行了调研，分别对清华大学、西安交通大学、上海交通大学、浙江大学、东南大学、华中科技大学、华北电力大学、东北电力大学等国内若干所大学相关课程的教材及内容做了简单分析。
从调研情况看，所有高校都对流体力学的基本理论很重视，主要教学内容均包括了流动的基本概念和基本方程、流体运动学、势流理论、涡旋流动、理想流体流动、粘性流体流动等，目的是使研究生通过学习流体的运动规律，掌握研究流动的方法进而分析解决实际的工程流动问题。同时，各高校的教材和主要教学参考书还注重与自身学科研究方向的结合，课程的某些重点内容与培养方向相接轨，突出了自身的特色。通过调研发现，“高等流体力学”作为研究生学位课，其教学内容在注重理论基础的同时，还必须要与自身的相关学科研究方向相结合，在注重通用理论的基础上，形成自己的特色。
二、我校授课对象的情况分析
做好此次的教学研究工作，还必须对我校的授课对象有一个清楚的认识。目前，“高等流体力学”已列为本校工程热物理、热能工程、动力机械及工程三个二级学科的研究生学位课程。尽管上述三个二级学科涉及能源、动力、机械等宽广的工程领域，但结合我校的电力特色，这三个二级学科主要是为电力行业培养高级的专业人才，而在电力行业中流动现象多存在于流体机械、动力机械、换热设备、容器、管道等部件，因此，在教学内容上应在透彻讲解流体力学微分方程组的基础上，注重联系工程实际，偏重于讲解流体在上述部件中的流动以及与这些部件间的相互作用。
研究生生源的实际情况也是教学过程中需要考虑的因素。到目前为止，我校共招收6届研究生，通过向历届学生了解发现有以下情况存在：部分同学跨专业（如：数学专业、电力系统及其自动化专业、计算机与信息专业等）考入学校，本科阶段没有学习过“工程流体力学”课程；即使是研究生与本科专业背景相同的同学，他们也普遍认为”工程流体力学”较难，硕士入学考试时，大都不选考“工程流体力学”，这也使得他们可能在大三、甚至大二学完以后，再也没有系统地梳理过流体力学知识。由于各高校专业方向的侧重点不同，大部分同学对电力行业内的流体知识也不是特别了解；考入学校的学生多数为调剂生，入学成绩整体不高。这些情况都表明，我校硕士研究生入学时的流体力学知识基础相对比较薄弱，需要在授课过程中讲授深层次新知识的同时，及时地对基础知识进行回顾和提醒。
三、教学内容的组织
基于以上的调研和分析，课程组首先对教材进行了选取，对教学内容进行了组织。
1.教学目标的明确
“高等流体力学”是为工程热物理、热能工程以及动力机械与工程专业研究生设置的专业学位课程。根据专业人才培养的需要，结合长期本科教学的经验，确定了课程的教学目标：通过对流体力学的基本概念、基本方程、理想不可压缩流体的流动、粘性不可压缩流体的流动、层流边界层与紊流流动、理想可压缩流体等内容的学习，深化学生对流体力学基本内容的理解，提高学生的理论水平，为相关专业课程的学习、课题的研究及论文的撰写打好理论基础。
2.教材的选用
“高等流体力学”是动力工程及工程热物理学科的一门传统课程，有很多课程教材可供选用。通过调研比较，西安交通大学有关电力生产的学科研究方向与我校的研究方向比较吻合，其在“动力工程及工程热物理”一级学科中的学位课 “高等流体力学”选择了西安交通大学出版社出版、张鸣远等编著的《高等流体力学》一书作为教材，课程组通过对该书内容的分析，也一致认为张鸣远等编著的《高等流体力学》比较适合我校侧重于电力人才培养的需求，因此决定选用该书作为本校“高等流体力学”课程的教材。与此同时，将调研中搜寻到的各有特点的教材作为参考书目推荐给学生供他们参考使用。
3.教学内容的组织
在进行“高等流体力学”课程教学内容的组织时，结合我校研究生培养方案和学科建设，既照顾到经典流体力学的通用知识，又重视课程知识的针对性、行业应用的特殊性、学生学习的兴趣以及与学校其他研究生课程的关联性。课程内容的组织主要从以下几个方面考虑：
（1）奠定扎实基础。“高等流体力学”是一门系统性、逻辑性较强的课程，作为硕士研究生的学位课，在加深学生对流动所伴随的物理现象的认识、概念的建立及规律分析的同时，还应努力加深学生学科知识分析和研究问题的基本思想和方法的理解和掌握，提高分析和解决流体力学问题的水平及能力。
（2）突出电力生产特色。针对我校研究生的专业背景和学科研究方向，强调本学科与电力生产流程和设备的结合，强化学生应用流体力学知识，认识并解决相关电力工程问题的能力。教学内容应注重理论与实践相结合，保持基础理论知识与工程应用知识的相对平衡。
（3）注重课程的关联性和完整性。在关联性方面，首先与本科阶段的教学内容要有恰当的分工和衔接，其次要避免与其他相关课程之间缺乏衔接；在自身内容体系的完整性方面，既要注意到对数学知识回顾和补充的必要性，又要对工程中不常见的复杂流动概念的介绍有所兼顾。
考虑以上几个方面，课程组将教学内容梳理成五部分，第一部分安排了“矢量运算分析”、“场论知识”的回顾以及曲线坐标、张量分析知识的补充；第二部分“流体力学的基本方程”主要介绍流体力学的基本概念，流体力学的控制方程组以及一些相关的重要定理；第三部分“理想不可压缩流体的流动”介绍平面势流，空间轴对称势流和理想流体中的旋涡运动，其中对平面势流里的复位势、叠加法、镜像法和保角变换法做重点讲解；第四部分“粘性不可压缩流体的流动”中介绍纳维―斯托克斯方程的精确解，小雷诺数流动，层流边界层流动和紊流，其中对工程中应用较多的层流边界层流动和紊流做重点讲解；第五部分“理想可压缩流体的流动”分别介绍一维流动和平面流动，其中对一维流动做重点讲解。
四、教学模式的探讨
学生的学习情况在不断地发生变化，这就需要教师不断根据实际情况，进行教学模式的探讨，充分调动学生学习的主动性和积极性，使他们在有限的学习时间中学习好内容繁多的“流体力学”。
1.教学方法
“高等流体力学”是一门基础课，基本概念和基础理论部分内容较多，涉及的公式推导也比较多，传统的“黑板板书”的教学手段对教学信息的处理和呈现都比较单一，造成学生对于传热学内容的理解和掌握有一定的难度。为此，课程组以教材为蓝本编制了电子课件，教学中采用板书与多媒体相结合的教学模式，突出传统板书中能够清晰讲解复杂理论推导的优点，充分利用多媒体教学信息量大、图像清晰生动的特点。经过一段时间的尝试，这种教学方法既达到了避免研究生在课堂上因长时间精力高度集中而产生疲劳的问题，又有利于他们理解并掌握复杂的流体力学基本理论的教学效果。
2.教学手段
尽管本课程以课堂讲授教学方式为主，但要避免“填鸭式”的讲授，要注重以启发式讲授为主的多种教学方法的综合应用，提高课堂教学的趣味性，以提高学生学习兴趣和主动性。课程组结合本科“工程流体力学”多年的教学经验，在教学过程中注意做到几个注重：注重物理概念与数学方法的有机结合，强调物理含义的数学表示以及数学内容的物理解释；既注意严格的理论推导，又注意叙述的深入浅出；注重教学思路，教学方法，在引进概念介绍方法时，突出解决问题的思维方法及推理要点；注重从与教材不同的角度或思路来讲述同一教材内容，以丰富学生思维和联想能力；注重引导学生围绕课程内容，发现问题、提出问题、解决问题，同时再结合课程组教师的科研积累，搜集并提炼出了大量与电力生产紧密关联的工程案例，通过案例的讨论和分析，增强学生学习理论知识的兴趣，提升课堂教学的互动效果，增强学生运用理论知识分析并解决工程实际问题的能力。
3.辅助教学
仅仅通过课堂上对教材的学习是远远不够的，还必须配套地做大量的习题，才能较好地使学生掌握具有理论性强、公式多、数理基础要求高的“高等流体力学”课程。考虑到我校研究生教学的特点，课程组根据教材的主要内容编写了典型习题集。习题集力图做到习题具有典型性，能够对应教学内容的各个知识点，学生通过习题的练习，能有效地掌握教材中的基本知识。此外，习题集中的习题也尽可能地结合电力生产中的流动问题，帮助学生对专业关联工程问题进行认识和思考，培养学生应用知识的能力。
4.课程考核
课程考核成绩应该能够较为客观地反映学生对课程的整体学习情况。为了全面地反映学生的全程学习过程和最终的学习效果，课程组经讨论明确了课程的总评成绩由平时成绩和期末考试成绩综合评定得出，平时成绩与期末考试成绩的分配比例是2∶8。平时成绩包含作业、考勤、课堂表现等几部分。期末考试采用笔试形式，考试试卷从建立的试卷库中随机抽取。
期末考试是课程考核的重头戏，为了提高学生的学习积极性，同时也为了增强教师的工作责任心，实行考、教分离是一个较好的督促办法。为此，2012年课程组根据课程的教学要求组织编写了试卷库。试卷库中的试题符合教学大纲的要求，内容丰富、形式多样、题型一致，试题表述清楚，要求明确，无偏题、怪题，难易得当，考核的知识点覆盖面宽，能考核学生掌握知识以及应用知识进行综合分析能力的情况。此次编写的试卷库共包含试卷6份，至少够三年使用，随着试卷库的使用，课程组还拟将对试卷库进行不断扩充。
五、结束语
“高等流体力学”的日常教学工作一个任重而道远，为了适应高等流体力学服务于日新月异的学科发展的需求，提高该学位课程的教学效果，更好地为本校研究生人才培养服务，课程组将把教学研究工作不断地持续进行下去，搜集最新最前沿的相关信息以补充教学内容，探讨教学模式以提高教学效果，及时对习题库和试卷题库进行更新。相信只要教师多花一点时间，多动一点脑筋，多找一些教育学生的切入点，因材施教，一定能取得好的教育效果。
参考文献：
[1]张鸣远.高等流体力学[M].西安：西安交通大学出版社，2006.
[2]董守平.高等流体力学[M].东营：中国石油大学出版社，2006.
[3]王献孚.高等流体力学[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.
[4]王松岭.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2011.
[5]周云龙.高等流体力学[M].北京：中国电力出版社，2008.
关键词：食品物性学 有效教学
中图分类号：G642.4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.01.044
《食品物性学》是一门研究食品物理特性，并对其进行准确的分析和评价的学科。物性学通过对食品及其原料的流变特性、食品质构、食品的力学、光学、电学、热学等物性的研究，来达到指导食品的高品质和安全生产的目的[1]。《食品物性学》是食品科学与工程专业的重要专业基础课程，不仅在整个专业体系中占有重要的地位，其研究和应用更具有广泛性和必要性。
与传统的食品专业课程相比，《食品物性学》是一门新兴的学科，我国将其作为独立学科开设较晚，且主要是面向研究生开设[2]。在2001年教育部高等学校轻工与食品教学指导委员会第一次会议讨论才决定将《食品物性学》列入食品科学相关专业的主干课程，可参考的资料很少[3]。由于《食品物性学》课程主要是通过对食品的物理特性进行研究，进而指导食品的品质和生产过程，因此该课程的教学理念、教学内容、教学手段和考试方式等相应的教学资料不能照搬其它食品专业基础课的教学模式，而应当从该门课程的特点入手，制定有效的教学方案[4]。
有效教学中的“有效”，主要是指教学应当让学生学到知识，并做到愿学、乐学、学得有趣、主动[5]。对于食品物性学的有效教学，应当让学生不仅学到食品物性特征的大部分学科基础知识，还要学到物性学在生产和管理中的实践应用，并且不是强迫学生学习，而是使学生主动学习。为了达到有效教学的目的，笔者认为要从以下几点进行：
1 教学理念
教学理念是教师对教学和学习活动内在规律的认识的集中体现，同时也是教师对教学活动的看法、持有的基本的态度和观念，是教师从事教学活动的信念。有效教学的教学理念对教学活动有着极其重要的指导意义[6]。
学生是学习的主体，有效教学的目标就是要培养学生的综合素质和创新能力。食品物性学的教学理念必须按照科学发展观的要求，坚持以学生为本的理念，从提高大学生的综合素质和能力入手。《食品物性学》课程是食品科学专业学生必学的专业基础课，对食品科学专业学生物性分析能力和品质管控能力的培养是无可替代的，其教学效益的高低，直接影响到学生后续专业课的学习和实践。因此，食品物性学的教学理念应当实现由“教师为主”转变为以“学生为主”，着重对学生基础知识和实践能力的培养，才是真正体现有效教学的关键所在。要在教学过程中确立学生的主体地位，培养学生的主体意识，才能达到爱学乐学的有效教学效果。
2 教学内容
在讲授本门课程时，应当根据本课程的发展趋势和实际应用要求，有针对性地选取重点、关键点、应用热点、前沿问题来进行讲解，组织重要的知识点进行分专题讨论，这样可以培养学生的自学能力和分析问题的能力，并能使学生对食品物性的基础知识有着更深刻的理解。因此，在整体课程的讲授中，我们对力学部分进行了最为深入和全面的讲解与研究，对食品流变学的相关模型和公式都进行了推导和分析，以理论和基础知识的学习为主。而对于食品热物性、电特性和光学性质部分，在授课内容安排上结合国内外最新研究成果，以实例展示为主，不再进行基本公式的推导，只理解其实际应用原理和意义。对于食品的质构和感官评定部分，由于学生已学过食品感官评定的相关课程，这个部分的讲授以食品质构的仪器测定方面为主，主要讲解物性仪、流变仪的使用方式及图例分析，对食品的感官评价与仪器分析的关系进行说明。对于这样的教学内容安排，学时主要放在食品的力学基础，食品质构的仪器测定，食品的电、热、光学特性的应用上，既避免了知识点的重复讲授，又能在最短的时间内突出重点地进行知识讲授，达到有效教学的目的。
3 教学手段
由于《食品物性学》是一门新开设的课程，学生对课程的内容和定位都不甚明晰，学习兴趣不高。因此，在教学过程中我们要更善于引导学生的学习积极性，使其达到愿学乐学的目的。在教学中，应当采用多媒体技术，PPT的展示中应当以国内外最新研究技术、高新设备和产品的图片材料为主，把抽象的问题具体化，把枯燥的问题趣味化。通过图片和实例引出的问题，也更容易让学生参与到课堂讨论中来，对基本的基础概念有更明晰的认识。如在食品质构分析的分散体系部分讲解，就可以从巧克力的质构分析入手，对巧克力的分散介质油脂以固态晶格的形式出现，对晶格的情况分别进行分析，从而达到引起学生学习兴趣的目的。在食品热物性部分的讲授过程中，可以通过西瓜的图片引出对食品冷冻冷藏过程进行模拟，进而确定工艺条件的重要性问题。再通过问题的引出讲述食品的冷冻冷藏过程与其自身的导热系数、形状和表面积等因素有关，需要确定准确的导热系数、比热和密度值，为数值模拟提供必要的物性参数。这种图片引出所学内容的教学方式，可以激发学生对物性学的学习兴趣，达到有效教学的目的。
在授课的过程中，还需要采用互动式的教学手段，创建研究型的学习气氛。课堂上可充分利用与教学内容密切相关的、可以激发学生兴趣的材料，向学生提出相关专题的研究性问题。如在食品热物性的讲授中，可提出基于宗教和健康问题的油炸食品中猪油的检测问题，引发学生的讨论。然后通过对DSC的学习，了解到可以用DSC法来测量油炸豆饼、鸡肉、牛肉中的猪油含量，达到解决问题的目的。这样的互动式教学手段，既能从实际问题引出教学的相关内容，又能让学生充分参与到讨论中来，达到掌握所学知识的目的。
物性学作业是该课程不可或缺的必备实践环节，针对章节作业，我们改变了以往的课后简答题作业的方式，而是通过专题讨论汇报的形式，将学生分成4～5人一组的学习小组，让他们互相讨论并分工制作专题的PPT，采取学完一章或相关的几章之后进行一次汇报的方式，以充分发挥学生的主动性、独立性和创造性。如在学习完食品质构的章节后，给作业组的学生提出物性仪在面包品质测定中的应用举例专题，让学生自主地去查阅相关的文献和视频资料，从不懂到逐渐理解再到完全理解，问题解决中的一步步分析和推进都由学生自己负责。在PPT制作好后，让学生在课前向全班同学汇报，对PPT展示中的相关难题、难点，给予集体讲解和答疑，教学效果非常好。
4 考试方式
在考试方式的改革中，我们采用了设计论文与平时成绩相结合的方式，不但要求学生掌握基础的理论知识，更要求学生具备一定的解决实际问题的能力。
在课程结束后的考察学习效果阶段，我们引入项目化的设计论文方式，让学生利用自己所学的食品物性学方面的知识，来具体来解决实际生产中遇到的问题，从而反映出学生真实的学习水平。让学生自由选择相应的问题如：如何利用物性学对冷冻面条进行品质改良？如何利用食品的光学特性进行无损检测？如何利用奶油蛋糕的蠕变曲线改进生产配方，等等。将这些食品物性学在生产实践中的实际问题向学生展示出来，让学生任选其中感兴趣的项目进行分析和解决，从而写出符合要求的课程设计论文。采用这样的考察方式，不但能加强学生对课堂知识的理解，结合地域特色灵活掌握所学理论知识，并且能激发学生的学习积极性，最终提高其在实践中解决问题的能力。
讲授《食品物性学》课程应顺应时代的发展，以学生为主体，教学内容重点突出，教学手法和考试方式多样，才能将创新思想融入食品物性学教学过程各个环节中，使《食品物性学》课程教学改革达到有效教学的最终目标。
参考文献：
[1]万茵，付桂明，胡晓波，涂宗财.《食品物性学》课程教学方法的探索[J].江西食品工业，2010，（1）：14-15.
[2]姜燕，张海悦.研究生《食品物性学》课程教学方法研究[J].农产品加工（学刊），2013，（9）：86-88.
[3]张朝辉，高昕，付晓婷.《食品物性学》课程的实践教学改革探讨[J].教育教学论坛，2012，（S1）：58-59.
[4]袁美兰，赵利，苏伟，刘华.高校食品科学与工程专业开设《食品物性学》的现状和必要性[J].现代农业科技，2010，（23）：36-38.
[5]钟启泉.“有效教学”研究的价值[J].教育研究，2007，（6）：31-35.
[6]吴跃.科学发展视角的大学食品学科教学改革与创新探讨[J].中国科教创新导刊，2011，（22）：19.
作者简介：王英（1984-），女，硕士，讲师，研究方向为农产品贮藏及加工，新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052
杨海燕，新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052
关键词：研究型教学高等工程热力学课程实践
如何激励研究生的创新意识，锻炼和培养研究生的创新和研究能力，是研究生教育改革的重要课题之一。当前，传统的接受式教学模式面临巨大的挑战，这种教学方式的特点是：教师在讲台上讲授，学生在台下做笔记，学生被动地接受知识，这种传统的单向灌输式教学方式，无法调动学生学习的积极性和主动性，学生往往在没有压力的状态中学习，教学效果不佳。本科生相比，研究生身心已较为成熟，思维活跃、求知欲望和实践意向都较为强烈，若还是采用传统的灌输式教学，注重结论和公式的推导，而这些结论和公式到底有何作用，学生常常并不清楚，学习积极性不高，教学效果事倍功半。学生缺乏研究创新，不能很好地解决实际问题，是传统教学模式最大弊端，有的研究生在进入论文阶段后不清楚科研论文如何写作，对科学问题的敏感性不强，将文献的阅读变成简单的课程学习，科研能力、创新能力都不强，专业课程内容呈老化，教学特点日益淡化，甚至浪费了课程学习阶段，因此，有必要对研究生的课程，尤其是专业课程的教学方法和教学理念进行改革，引进国内外先进的教学方法和教学理论，提高研究生的科研能力和创新能力。
研究性教学模式是在综合美国布鲁纳的“发现学习模式”和瑞士皮亚杰的“认知发展学说”基础上构建的教学模式，主要强调它在与工程实践结合较紧密的专业课程中的应用，是一种培养创造性人才的新途径。因为学生学习的过程与科学家的研究过程在本质上是一致的，因此学生应像“科学家”一样，以主人公的身份去发现问题、分析问题、解决问题，并在探究过程中获取知识、发展技能、培养能力，特别是培养创新能力，发展自己的个性。研究性教学将科学研究的思想和过程融入课堂教学中，鼓励和带领学生从课本固有知识框架中走出来，勇敢且智慧地去发现未知，帮助学生形成自己对某一事物的分析路径和独特观点。
《高等工程热力学》是动力机械、制冷与低温工程、工程热物理、化工等与能源相关专业研究生的重点基础课程，其理论对高效利用能源、节约能源以及开发新能源有重要的指导意义。其主要教学内容包括热力学理论基础、流体工质的热力性质计算、多组分系统热力学和相平衡、管内气体流动热力学。其教学目的是让学生更深刻地理解热力学三大定律，以及用热力学知识去解决问题的方法。从以往的教学情况看，学生普遍反映理论较难理解，课程实用性不强，学习兴趣不高。针对这种情况，笔者结合研究型教学的特点进行以下方面的尝试。
一、改变教学手段，传统教学模式和课堂讨论式教学相结合
《高等工程热力学》是本学院研究生的专业基础课程，一些必要的理论和方法需要通过传统教学模式教授给学生。在讲授过程中，针对以往学生提出的实用性不强的问题，在讲解某一理论的时候，更侧重该理论及方法的应用背景，让学生在结合使用背景去理解理论知识，达到事半功倍的效果。课堂讨论则是研究型教学的一种方法，研究导向的教学模式侧重于营造情境，提出问题，引导学生独立思考，形成自己的观点，而不在于给学生提供权威性的标准答案。在进行传统教学的一个阶段结束之后，进行一堂课堂讨论，一方面，有利于加深学生对所学知识的理解；另一方面，也可以提高学生对问题独立思考的能力。但组织课堂讨论，要注重讨论内容的选择，过难或过于抽象的问题会使学生丧失兴趣和信心，导致冷场。在课堂讨论过程中，教师要始终把握讨论的重点和方向，不致偏题，对于学生提出的观点，教师要给予适当的点评和鼓励，指出其不足，并引导讨论逐步深入进行。同时为了避免同学在课堂上提出的问题比较空洞、缺乏一定的论据，在课堂讨论的前二周时间会给学生布置下去题目，让学生在课下进行查阅资料并归纳总结，最终在课堂上提出自己有理有据的论点。
同时笔者鼓励学生自由思考、标新立异，引导学生在已有的学习和生活经验基础之上形成假说。比如，在进行“准平衡过程和可逆过程”这两个基本概念的课堂讨论中，有很多同学提出了对这两个概念自己的理解，对原有的概念提出了质疑。同时通过课堂讨论，大家也更深刻地理解了在经典热力学中为什么要引入这两个概念。
二、完善课程内容，追踪研究领域的最新进展
学生要完成研究型的学习，单靠一本教材是不可能完成的。所以笔者在教学的过程中，针对某一部分教学内容，笔者经常是结合着国内外最新的研究文献或者硕博论文进行讲解，同时附上参考文献。在整个课程的讲解过程中，笔者共引用了10余本书，并对其进行简短评价，学生可以根据自己的兴趣和研究方向，有重点地对这些参考书和文献进行深入的研究。研究生阶段学生对研究领域内的所有未知充满好奇，通过对本领域最新进展的学习，可培养学生创造性思维的意识。科研工作如果缺少创新性，则研究的价值就不能体现出来。因此笔者在授课过程中，一方面介绍当前研究的热点问题，比如说开发环保型工质的问题、先进联合循环的问题、不可逆热力学中有限时间热力学的问题等。同时还给学生介绍本专业的一些高水平期刊，比如说《Progress in Energy and Combustion Science》、《Microscale Thermophysical Engineering》等。让学生追踪本学科领域的最新研究进展，开拓自己的思路和视野。
三、改变评价体系，考核形式多样化
过去的考试体系往往是一卷订终身的形式，教学围绕考试转。最终考核的不是学生的综合能力，而是学生的记忆能力。因此笔者和课程组其他人员讨论，拟定采取“小组作业”和“个人作业”相结合的考核方式。小组作业一般由6～8人分工完成。在学期初期就将学生分组，每个小组的题目不同，要结合所学的内容和研究专题去确定题目。小组成员要定期进行讨论。在小组研究过后，需要撰写科技类的小论文，字数一般为3000字左右。之后，由小组成员分工把主要内容采用适当的形式（多采用PowerPoint）讲解出来，其他小组的成员和教师会就作业内容提出问题。小组作业一般占个人总成绩的40%，个人作业占个人成绩的60%，其由期末考试、平时讨论发言情况成绩组成。期末考试改变过去闭卷考试的形式，而采取开卷考试的形式，试题题目侧重于运用知识去解决实际问题的方法，而不再是公式的死记硬背。
通过这种考试形式的改变，在很大程度上调动了学生主动学习的积极性，对高等工程热力学产生了浓厚的兴趣。“小组作业”的形式改变了过去学生只是一个人闷头拿着教材看和学的状态，注重和组内其他人的交流，加强合作意识。同时小组的经常讨论，也使得每个学生都得到了表达自己的机会，使学生的表达能力得到了加强。而科技论文的撰写，是研究生今后从事科研的必备能力，因此课堂上科技论文的撰写是其练兵的过程。这大大地激发了学生的学习兴趣，同时也鼓励学生的创新思维。
研究型大学培养的研究生更应该具有创新意识，因此在研究生专业基础课上进行研究型教学的探索是非常有必要的，根据笔者进行的教学模式、教学内容和评价体系三方面的改革探索，已经确定初步的成效。但这仅仅是课程改革的开始，在教学模式和教学内容上我们还有许多工作要做，旨在使我们培养出来的研究生都符合知识经济时代对创新人才的要求。
参考文献：
[1]翟亚军，哈明虎．我国研究生课程教学中存在的问题及对策研究[J].中国高教研究，2004，(6)：39-41.
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[3]孙旭峰。有限元法课程中的研究型教学实践[J].高教论坛.2009，(3)：86-88.
[4]马风华.研究性教学方法在“国际金融”教学中的运用[J].2008，(8)：101-102.
关键词：Mixture模型；脉动热管；振荡流
引言
随着计算机等电子科技产品逐渐朝小型化、多功能化、高稳定性的方向发展，更加迫切需要低功耗、低成本的新型散热元件，传统传热装置多有赖于增强空气的对流散热效果，已不能满足实际需要。脉动热管[1-3]具有结构简单、运行高效、可在多种重力环境下工作特点的振荡热管必将在越来越多的领域得到应用，脉动热管发展时间不长，因而对它的研讨还处于初步阶段，论文相对较少。目前各国学者对脉动热管的研讨主要以实验为主[4-5]，主要是为了研究它的操作过程和现象，研究管径[6]、加热位置[7]、管内工质[8]、充液率[9]等因素对脉动热管运行和传热效果的影响。数值模拟作为现代物理研究的一个重要手段，被越来越多的应用到科学研究和生产实践中，因有良好的可视化结论和精确的数据分析，能够对理论和实验研究方式进行有效补充，使彼此相互印证。本文采用混合模型（Mixture Model）模拟脉动热管内传热和流动现象，揭示气液两相流速度场分布和运动规律。
1 几何物理模型和数学模型
1.1 几何模型和边界条件
本文以文献[10]的实验台为依据，建立二维几何模型，内径为0.004m，高为1m。管壁材质为紫铜，脉动热管内抽真空后充入59.82%的无水乙醇，因脉动热管为规则结构，网格划分时并未采取分区和局部加密方式，整个计算区域采用四边形网格，生成网格数大约为200000。
边界条件时是把脉动热管划分为四个区域，分别是下部为蒸发段，加热温度设置为573K，两边为绝热段，热流密度为0，上部为冷凝段，设置冷凝温度为372K。
1.2 数学模型
本文采用的混合模型（Mixture Model）是多相流模型的一N简化，可以模拟计算两相或多相流中各相以不同速度运动的流体问题。通过求解混合相的连续性方程、第二相的体积分数方程，以及相对速度的代数表示来实现多相流体的模拟计算。
守恒方程：
2 计算结果的分析与讨论
2.1 不同时刻气相体体积分数分布云图
图2中分别为Mixture模型在1s、5s、10s时的气相体体积分数分布云图，从图中可以看出：在1s时刻只在在脉动热管的加热段和冷凝段有明显的气相存在，其他位置还是液相存在，随着加热的进行，气相逐渐充斥在脉动的各个部分，气液两相互相夹带，混合流动，5s时刻气液两相相互夹带、混合流动，随时间增加在10s时刻，气泡增多，逐渐聚合成长，液相与气相逐渐分离，形成液塞与气柱，在流动过程中液塞与气柱交替出现，形成活塞式流动，并且逐渐达到稳定。说明随着时间的进行，液相无水乙醇在脉动热管的蒸发段吸收热量，迅速气化并膨胀，压力增大，向冷凝段运动并被冷凝释放出热量，压力降低，使冷热端形成很大的压差，促使脉动热管内的无水乙醇产生强烈的往复振荡流动，往往频率也大，释放的热量就会越多。
2.2 不同时刻气相体积分数比较
图3为不同时刻气相体积分数沿脉动热管中轴线分布均呈水波形状，波峰位置显为气塞所在位置，波谷为液塞所在位置，说明脉动热管内形成明显的汽-液柱塞交错分布，另外从图中可以看出在1s时刻脉动热管内已经呈现震荡现象，这也是脉动热管的一大优点，热传递迅速。相对其他时刻，10s时刻气体体积分数上升的波峰区间更广，且波峰较高，振荡频率增大，说明此时脉动热管内气液相应经呈现剧烈的往复振荡流动。
2.3 不同时刻气相速度云图比较
图4中分别为Mixture模型在不同时刻气相速度等值线在脉动热管内分布，通过比较可以明显看出1s时刻气相在脉动热管中间部分气相速度很小，而在脉动热管的冷凝段达到最大，说明气相在冷凝段迅速冷凝释放出气化潜热，随着时间的进行，5s时刻和10s时刻气相的速度场变化不大，气相速度云图逐渐充斥整个脉动热管段，并趋于均与分布，说明脉动热管在很短的时间内达到稳定的振荡流动。
2.4 不同时刻间气体速度比较
图5为Mixture模型在不同时刻的气相速度沿脉动热管中轴线分布，可以看出不同时刻的速度曲线均呈波动形状，10s时刻的波形图最为稳定，几乎呈现对称分布，说明此时脉动热管内呈现稳定的气液两相交替存在，并往复运动。从1s到5s气体速度明显增长，在第5s时刻气相速度曲线就已基本达到稳定。
3 结束语
本文采用Mixture模型对脉动热管内的流动和传热现象进行了数值研究，通过脉动热管内的气相的体积分数云图和气相速度云图分析得出，脉动热管在1s时刻已经热启，在5s时刻已经达到稳定。从气相的体积分数云图看到热管内出现小气泡聚合成大气泡，并逐渐形成液塞与气柱的现象，从气相速度云图中看出脉动热管内呈稳定的振荡流运动，且气液两相运行速度相对稳定，其数值模拟结果能为脉动热管的运行机理提供理论基础。
参考文献
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论文关键词：教育；能源与环境；公共选修课
“能源”与“环境”是当今世界发展的两大主题。能源是人类社会赖以生存的重要物质基础，是工业的食粮、社会经济的命脉。随着社会生产力的发展，人类对能源的需求量日益增大。但是，当今世界所使用的能源绝大多数仍取自地球，随着不断地开采和利用，各种能源资源日渐枯竭，能否满足未来世界不断增加的能源需求是人类共同面临的问题。
为适应上述形势需要和公选课要求，苏州大学于2006年面向全校非动力机械与工程专业开设能源可持续发展公选课。公共选修课是高校课程体系的重要组成部分，是学生扩展横向知识、培养自学和动手能力的最佳平台。多年来，学校在加强全校本科生能源与环境意识的培养上不断探索与创新，逐步摸索出一套行之有效的方法。由于其他专业的学生不具备相关的专业基础，因此，在授课过程中讲授能源与环境的基本概念、国内、国际能源使用现状与严峻形势、能源与世界政治、经济的关系、新能源的开发与使用、世界环境现状、环境与人类的生存以及各种环境保护的一般方法等科普性的知识，以使学生易于理解和接受。
这门课程主要讲授以下内容：当代科学技术发展趋势及我国科技发展的战略部署；热工基础（热力学、传热学及流体力学和燃烧学基础部分）；工程热物理学科的发展战略；能源基础知识；可持续发展；能源科技发展及可再生能源发展状况（生物能、太阳能、地热能、风能、潮汐能、氢能和燃料电池）和开发利用技术；火力发电厂基本知识；核能发电；大气环境保护原理基础；洁净煤技术概论；洁净煤技术（SOx）产生机理及控制技术；洁净煤技术（NOx）的产生机理及排放控制技术；节能原理简介及相关技术（能量系统的分析方法、工业过程节能的途径与方法）；针对当下能源与环境中的热点问题和新技术进行专题讨论。
在近些年的“能源与可持续发展”教学摸索与实践中，学生反映良好，笔者总结出一些方法和经验，以下就较为典型的几个突出问题谈谈自己的认识与实践。
一、与时俱进引入新概念，引发学生思考
科研为教学创设一种学术氛围和探索研究的环境，将新的科学技术成就和成果及时引入教学，则能使课程教学更具现实性、前沿性，提高教学质量和水平。能源利用基础部分涉及到热学知识，笔者引入了过增元院士提出的热学新概念，但是并不深入介绍，而是介绍现有概念来龙去脉，引起学生思考，感受大师的思维方法。
先从日常生活中的热现象着手，介绍热学基本概念。
其次从热的本质讲其发展简史，引经据典，如介绍南北朝成书的《关尹子》、东汉王充的著作《论衡·寒温篇》、汉代《淮南万毕术》、《武林旧事》等热现象记载，讲述古希腊科学家对热的认识，引出两种观点即热质说和热动说。热质说认为热是一种没有质量的特殊物质，热动说认为热是物质粒子的微观运动。这两种思想相互碰撞、辩论了好几个世纪，但是这两种思想并不是鲜明的对立，很多思想中都包含着两种思想的影子。
再就现有传热学面临的挑战引发同学思考，如：
其一，经典的传热规律面临极端条件下传热现象的巨大挑战。例如以激光的利用为代表的超快速加热，如激光武器和激光加工技术，激光脉冲宽度可达到飞秒量级，如何预测激光加热过程是传统热学原理遇到的问题。
其二，经典热学中还没有以提高能源利用率为目的的传热过程的优化理论和技术。当前面临世界性的能源短缺问题，我国面临的节能减排的形势更为严峻。因此，提高能源利用效率更为重要。然而，传热学中只有热量传递速率而没有热量传递效率的概念，所以只有传热过程的强化而无传热过程优化的理论和技术。
其三，傅立叶导热定律导致热传播速度为无穷大的缺陷还没有很好地解决。早在1822 年，法国的数学家、物理学家傅利叶就提出了著名的傅立叶导热定律，即热流与温度梯度成正比。尽管作为实验定律的傅利叶导热定律已为大量的工程实践所证实，并获得了广泛的应用。然而，用傅利叶导热定律描述瞬态导热过程时，由于所得到的热传导方程是抛物型的。这隐含着热是以扩散的方式传播，因此出现了热扰动传播速度无穷大的佯谬。傅立叶定律的这一缺陷表明，它只是一个唯象的近似定律，在物理上是不完善的。
其四，传热学缺乏同物理其他分支学科之间共性的量和规律。傅立叶在他的热学专著《热的解析理论》中指出“……无论力学理论的研究范围如何，它们都不能应用于热效应。这些热效应构成一个特殊的现象类，它们不能用运动和平衡的原理来解释……自然哲学的这一部分不可能与动力学的理论有关，它有它本身特有的原理。”
与物理学的其他分支学科相比，热学没有的概念有：质量、力、速度、动量；波、振动等。热学独有的概念有：熵、可用能、状态量和过程量等。
由于学生们是学过大学物理学的，对物理学内容的构架有基本认识。通过以上纵向比较，同学们一致认为对物理学有了更深刻的认识，激发了学生的学习兴趣，收到了良好效果。
二、加强学生的社会、生产实践，培养工程的观念
社会实践、调研是本科生教学的一个重要教学环节，是学生接触社会、工程或生产实际的一个基本手段。同时，教学中实际例题分析是最具说服力的，对学生知识认知、理解和分析帮助很大，他们也比较感兴趣。
例如笔者结合实际项目介绍：在分布式能源系统中，让学生实践调研华东地区气候条件，统计华东四省一市主要城市月度气温，调查华东四省一市或华东地区主要城市天然气资源、华东四省一市或华东地区主要城市电价及华东地区医院、酒店、商业、娱乐设施、办公、机场、学校、居民等用户的冷负荷、热负荷和电负荷需求、持续时间。同学们利用假期在所在地区积极调研，得出华东地区民用电价平均值为0.5645元/度，燃气销售价格2.2元/立方米，工业电价平均值为0.9元/度，燃气销售价格3.5元/立方米。通过调查，同学们得到华东地区空调供应时间一般是：制冷100～150天，采暖90～100天，过渡期110～170天，制冷和采暖的需求时间相对比较长些。这些是华东地区发展天然气分布式能源系统的有利条件和基础。而学生实践也为笔者丰富了教学内容，使笔者感受到教学的乐趣，实现了教学相长。
笔者结合具体设计案例引发学生思考，如：宾馆的主楼建筑面积27000m2，裙房建筑面积约3000m2。宾馆用电量较高，同时也有夏季冷负荷、冬季热负荷和全年热水的需求。本宾馆分布式能源系统主要由1台内燃机发电机组和2台溴化锂吸收式冷温水机组组成。系统的总发电量、制冷量、制热量、制热水量分别为600kW、3000kW、2400kW、7.7t，分布式能源系统设计年运行天数330天（扣除检修时间）。本项目为全年运行，其中供冷期主要为夏季年运行120天左右，供热期主要为冬季年运行105天左右，热水供应全年运行330天左右（扣除检修）。
系统配置从原理上进行科普性介绍，而不详细展开，如本分布式能源系统所用发电机组选用曼海姆的TCG2016V12C。选用的两台远大溴化锂吸收式冷温水机组分别为1台BZHEY125XD 一体化烟气热水直燃机和1台 BZY125XD 一体化直燃机。
分布式能源系统注重技术与经济的结合，结合本案例分析气价、电价对系统影响，指出技术上合理还要经济上合算的工程经济学思想，介绍最简单的投资回收年限的概念。本案例中主要取决于投资成本和收益额的大小。其中，投资成本是指购买设备所需要的费用，主要指新设备的初投资、收益额表示系统年收益（输出的冷、热、电）减去系统运行及维护费用。
理论方法与生产和生活实际相结合，调动学生学习的积极性，通过案例分析使学生初步掌握工程思想，并学会用所学知识解决实际问题。
三、可持续发展与古代朴素的人与自然的基本关系
鉴于公选课从内容到教学形式相对自由一些，针对学生的专业特点逐年加大了素质教育的内容。
“可持续发展”一词是在1980年的《世界自然保护大纲》中首次作为术语提出的。在此期间还提出了“可持续性”和“持续发展”等概念。“可持续性”是指社会系统、生态系统或任何其他不断发展中的系统继续正常运转到无限将来而不会由于耗尽关键资源而被迫衰弱的一种能力。1987年，挪威首相布伦特兰夫人主持世界环境与发展委员会，在长篇专题报告《我们共同的未来》中第一次明确提出了可持续发展的定义。“可持续发展”概念应该是“可持续性”和“持续发展”的结合，既要考虑发展也要考虑环境、资源、社会等各方面保持一定水平。
但是讲到这些，强调可持续发展的思想其实在中国源远流长，下面列举如下例子以引发人们对中国传统文化的崇尚：“为人君而不能谨守其山林菹泽草莱，不可以立为天下王”；“斩伐养长，不失其时，故山林不童，而百姓有余材也”；“竭泽而渔，岂不得鱼，而明年无鱼；焚薮而田，岂不获得，而明年无兽”。孔子说：“断一树，杀一兽，不以其时，非孝也。”他还说：“启螫不杀则顺人道，方长不折则恕仁也。”孔子在他自己的生活实践中一向是“钓而不网，戈不射宿”。
中国传统文化的“天人合一”思想即把人类放在大自然生态环境中加以考虑，主张人与大自然息息相通，和谐一致，天、地、人一体化。孔子说：“大哉，尧之为君也，巍巍乎，唯天为人，唯尧则之。”孔子肯定了天之可则，即肯定了自然的可则、人与自然具有统一性。《中庸》中有“万物并育而不相害，道并行而不相悖”，把人与自然的发展变化看作是相辅相成的和谐、平衡运动。人与大自然的关系不是对抗的而是协和共存的，不应把天、地、人孤立起来考虑，而应把三者放在一个大系统中作整体的把握，强调天人的协调、和谐，人与自然的协调、和谐。“天人合一”是中国传统文化对于人与自然关系的最基本的信念。人是大自然中的一群生命体，是属于大自然的一个组成部分，人不应该随心所欲地征服自然、统治自然、支配自然。人必须学会尊重自然，爱惜自然。人与大自然的关系是一种相互依存的关系。
解决生态环境问题的根本就集中在如何看待人与自然的关系上。对此，可以从博大精深的中国传统文化（孔教学说）所蕴含的生态环境理念中去汲取营养。孔教生态环境理念能够引导人们正确认识和处理人与自然、局部利益与全局利益、眼前利益和长远利益的关系，使全社会的生态意识、环境意识得到增强，从而达到可持续发展的目的。
通过上述内容引入，使同学们深入了解中华传统文化的博大精深。中华传统文化不仅对中国的经济和社会发展发挥着巨大影响，也为中国人的世界观和行为方式的形成奠定了基础。它的影响一直延续至今。课堂中引入和加强对中国传统文化的了解，同学们反映良好。
四、结束语
关键词：柔性电热膜；专利申请；发展路线
人类自从学会用电以来，对加热器的研究从没有停止过，对加热材料的发明也没有中断过。然而我国是一个能源短缺的国家，所以开发节能电加热产品是很有意义的。电热膜主要由导电物质和成膜物质或膜状材料组成，不同的导电物质和成膜基体可以形成多种电热膜，其加工方法有许多种，有的是将膜直接制备在被加热载体上，在载体上形成的薄膜不能和载体分离，有的是将电热膜元件化，例如将导电物质和成膜物质混合成浆料后进行干燥成膜，利用粘结的方式贴在被加热物体上；也有的采用物理气相沉积、真空喷涂、离子喷涂、溅射等方法，使导电物与膜状基片组成一体，或将电热膜浆料制成转印纸等。从根本上讲，柔性电热膜就是一种面状发热的薄膜加热元件，因其良好的柔韧性、导电性及安全性，成为某些应用领域中其它加热元件所不能取代的产品，在家用电器、电力电子、通信、能源、航空航天领域有着广泛的应用前景[1-2]。
1.国外专利申请状况
1.1国外专利申请重要申请人分析
鉴于电热膜加热技术起源于美国，因此美国的申请量处于领先地位是毋庸置疑的。但是，德国在20世纪70、80年代对柔性电热膜进行大量的理论研究和技术开发，从而在该领域占据了举足轻重的地位。与此同时，日本也是柔性电热膜领域的重要申请国。从FT有关面状发热体的形状、结构、材料和使用条件等详细分类中，可以佐证柔性电热膜技术在日本非常发达。图1-1示出了国外专利申请量排名前10名的申请人，排在前四位的分别是：松下电器产业株式会社（日本）、汽车系统公司（德国）、松下电工有限公司（日本）、美国瑞侃公司。
2.中国专利申请状况
2.1国内专利申请重要申请人分析
当国外柔性电热膜技术处于稳定发展的阶段时，同时期中国专利申请从零开始并有了初步的萌芽，国内电热膜技术的研究起步晚。业界认为，1989年蔡淑珍研究所发明的陶瓷型电热膜技术属国内外首创，是电加热领域的一项重大突破。图2-1表示柔性电热膜领域中国专利申请量排名前13名的申请人。柔性电热膜领域的重要申请人主要集中在汽车电热装置和供暖领域的企业中。从图2-1可以看出，国外企业占到柔性电热膜中国专利申请总量的32.3%，说明国外企业因为前期的技术积累，仍然占据柔性电热膜领域的重要地位。同时，可以发现国内企业例如鸿富锦精密工业有限公司和宁波锦春电器有限公司，通过自身的努力，不断的发展，专利申请量占据柔性电热膜中国专利申请总量的34.5%。
3.柔性电热膜技术专利技术发展分析
如图3-1所示，高分子电热膜技术发展路线。美国瑞侃公司作为柔性电热膜领域的开创者，早在1979年12月11日，提出了添加碳黑作为导电填料，通过丝网印刷、喷涂在柔性基底上形成导电加热元件。由此，开始引起了许多国家对高分子电热膜加热技术及其应用的重视。1989年10月4日，BOYELDIEU A提出了使用导电油墨作为电阻发热体制作柔性电热膜，电热转换率高、节电效果非常明显。在随后的10年间，导电油墨作为电阻发热体成为主流技术，通电加热产生红外辐射。为了解决导电聚合物电阻率高、导电稳定性和重复性差的问题，美国的一家公司于2002年提出了通过在高分子中添加导电颗粒如石墨或银粉等，增加电导率，从而形成柔性电热膜加热元件。研究填充型导电高分子作为加热层，属于目前的研究热点。而国内的高分子电热膜的研究起步比较晚，始于70年代。由于柔性电热膜最开始是用于航空领域，所以在早期研发阶段，研究所和高校对柔性电热膜的理论基础研究奠定了基础，例如，中国江南航天工业集团江南工业贸易公司。以北京新宇阳科技有限公司，黑龙江中惠地热股份有限公司，以及清华大学联合鸿富锦精密工业（深圳）有限公司为代表，在柔性电热膜领域地位越来越重要。
4.总结
本文通过DWPI和CNABS数据库收录的专利为样本，分析了国内外柔性电热膜的专利申请趋势，以及主要申请人等等，并对柔性电热膜发展所解决的技术问题为技术分支的技术发展做了进一步分析。随着市场国际化的发展，势必会有大量的国外申请进入中国市场，对于国内申请人来说，针对目前研究的热点问题如高分子电热膜进行研究有良好效果，或者研究一些对该领域的专利有重大改进的专利，实现弯道超车，加快柔性电热膜领域的发展。
参考文献
（1.安徽建筑大学，安徽 合肥 230022；2.阜阳市建苑节能监测有限公司，安徽 阜阳 236000）
摘 要：相变储能材料应用于建筑结构中，可以有效的提高建筑物的隔热保温性能，并可以解决一部分能源消耗问题.本文综述了相变材料在建筑领域的研究现状，对目前使用的相变材料进行分类和分析.并展望相变材料在建筑领域未来的研究热点和方向.
关键词 ：相变储能材料；建筑节能；应用发展
中图分类号：TU5文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）04-0043-03
基金项目：安徽省科技厅2013年度第二批科技计划项目(1305073037）；2013年安徽建筑大学教学团队项目；2013年安徽建筑大学专业综合改革试点项目
1 引言
随着我国人民的物质生活水平的显著提高，人们对于所居住环境的关注度也是同步的增加，尤其表现在室温这一方面，理想的室温应该维持在20℃左右这一舒适的范围.为了满足这种要求，人们使用空调变的更加频繁，而这将会造成更的多能源消耗和对环境的污染等一系列问题.所以，对房间的舒适度、室内温度和环境污染等问题的研究已成为建筑和节能设计中必须考虑的问题.
相变材料是指在一定温度下，自身的内部结构和物理化学状态发生改变，同时伴随着热量的吸收和释放，可以利用这种原理对室内温度进行调控，使其达到舒适理想的范围.将相变储能材料（PCM）加入建筑基体结构中，可以很好的改善室内温度、房间的舒适度和减少环境污染.
相比于国外，国内的相变储热技术的技术成果，包括研究理论还是比较薄弱.本文综述了相变储能材料在建筑领域的研究现状，对目前使用较多的相变储能材料进行了分类并分析其优缺点，最后还展望相变储能材料在建筑领域未来的研究热点和发展方向.
2 相变储能材料的发展研究现状
1982年，相变储能材料的研究最早是由美国能源部发起的，并且是应用在建筑方面.上个世纪90年代，一些学者已经开始对相变储能材料进行了研究探讨，如Feldman对脂肪酸及其衍生物进行了广泛的研究，包括对相变储能材料的物理性质、化学稳定性和环境保护等问题进行了研究[1].1992年，美国的P.Kanramen研究出了一种熔化温度可调的有机相变蓄热的材料贮热系统[2].法国Fittinaldi E等人曾报道过一些有机金属化合物，这类材料的固—固转变是可逆的，相变潜热较高，在0~120℃的范围内可供选择进行温度转变[8].日本Hokkaido大学工程研究生院人类环境工程所的K.Naganno和S.Takeda等人采用了颗粒状的相变材料来进行研究，主要用于增大建筑蓄热能量的地板空调系统[9].该研究结果发现，这种加入了相变储能材料的空调系统可以将室内夜间的热量进行冷热转化，从而来满足白天的热量负荷的需求.
中国科技大学的叶宏、葛新石[10]从1978年开始研究相变材料，并对其做了大量的理论阐述和研究工作[10].其试验研究发现了熔点在32℃左右的定形相变储能材料，该材料是新型的地板辐射采暖系统中较为理想的贮热材料，最后研究表明这种采暖系统不仅能源消耗少、易于简单操作，而且还可以提供舒适的热环境.1985年，河北省科学院能源研究所唐钰成等对相变储能材料进行研究，并且研制和试验了太阳房相变蓄热器[11].华南理工大学张正国等人将一种有机相变材料RT20与有机蒙脱土进行混合，研制出一种新型的复合相变储能材料[12].实验研究表明，这种材料的物理化学性质与RT20材料的数据很接近，但是相比RT20材料，该复合材料具有更高的热流量和更好的稳定性.
随着科学研究技术的进步，采用的相变储能材料从固—液状态已经逐步转变为固—固状态材料和固液共晶相变材料.在这方面已经有些成功的研究案例，如姜勇等采用了化学方法制备固—固高分子相变储能材料[3].Hawlader等利用微胶囊技术[4,5]和张羽中等采用纳米制备技术制得了固—固相变储能材料[6].俄国俄州戴顿大学在1999年成功的研制出一种新型的建筑相变材料—固液共晶相变材料[7].这种材料的固液共晶温度是在23℃，当温度高于23℃时，该材料的晶相就会出现熔化现象，并吸收外界热量；当温度低于23℃时，该材料的结晶开始固化，内部重新出现晶相结构，并同时释放热量.这种材料与建筑墙体或是混凝土板结合可以有效的控制室内温度变化.
以上研究表明，相变材料可以成功应用于建筑结构中，并有利于建筑节能和环境保护.
3 相变蓄热建筑材料的分类和分析
3.1 目前使用的相变蓄热建筑材料
3.1.1 无机相变材料
无机相变储能材料的种类比较多，其中较为典型的就是结晶水和盐类，被频繁采用的是碱金属、硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、磷酸盐、碳酸盐的水合物和碱土金属的卤化物.这类相变材料普遍相变温度不高，但都具有恒定的熔点值和很大的溶解热.其优点是：导热系数高、相变体积小，熔解热大、价格比较便宜等.但是这类相变材料的缺点是容易出现过冷和相分离现象.
3.1.2 有机相变材料
常用的有机相变材料有：脂肪酸或其酯或盐类、芳香烃类、醇类、高级脂肪烃类、多羟基碳酸类和氟利昂类等，另外高分子类材料主要包括：聚酰胺类、聚烯烃类、聚多元醇类以及其他的一些高分子材料.一般来说，同系的有机物会随着其碳链的不断增长，其相变温度和相变焓也随着增大，这样就容易得到许多类似的相变储能材料，但随着材料分子中的C链的不断增长，其相变温度所增加的数值会逐渐的减小，并且熔点也会趋近于某一固定值.目前学者们研究的较多的有机相变储能材料主要包括脂肪酸类、石蜡类等固一液相变材料以及高密度聚乙烯、多元醇等固一固相变材料，其中用的最多的有机相变储能材料是石蜡.这类储能材料的优点是：稳定性好、不易发生相分离及过冷现象、固体成型好、腐蚀性较小.缺点是：易挥发、导热系数较小、易燃和相变时材料的体积变化较大等.为了解决这类材料导热系数较小的缺点，可以在其中加入铝粉、铜粉等导热系数高的金属粉末.
4 目前制备相变储能建筑材料的主要方法
如何将相变材料融入建筑结构中是制备相变储能建筑材料的关键问题之一.目前制备相变储能建筑材料的方法主要有三种:
4.1 浸渍法
即先将相变材料用水浸泡，然后选取多孔的建材基体进行渗透，比如这类建筑基体有水泥混凝土试块、石膏墙板等.其优点是工艺比较简单，容易使传统的建筑材料（如水泥混凝土试块）按照特定的要求将其变成相变储能建筑材料.Chahroudi在20世纪70年代就利用芒硝等无机相变储能材料，采用直接浸泡法制备了相变储能混凝土试块，但是这类相变材料对混凝土的基体有腐蚀作用[13].Hawes利用脂肪酸类有机相变储能材料、采用直接浸泡法制备了相变储能混凝土，并对相变储能混凝土作了深入的研究[14].Hadjieva等研究了无机水合盐类作相变材料的混凝土，并用DSC测试仪测试了无机水合盐类作相变材料的混凝土体系的蓄热能力，用红外光谱分析了该体系的结构稳定性[15].
4.2 直接混合法
即将相变储能材料直接与建筑基体材料相混合，如在具有流动性的粉末中添加相变材料，然后掺入建筑基体材料中，许多固—固相变储能材料不断的开发推动了这种工艺的应用发展.直接混合方法的优点表现在性质均匀，工艺简单，更容易做成各种形状和大小的建筑构件，可以满足不同的建筑需求.加拿大的Concordia大学建筑研究中心采用49%丁基硬酯酸盐和48%丁基棕桐酸盐的复合物作相变材料[16].他们采用了直接混合法将相变材料与灰泥砂浆相混合，然后按照工艺要求制备出相应的相变储能墙板，并对相变储能墙板的导热系数、凝固点、熔点等进行了实验测试.测试结果表明，这种相变储能墙板的贮热能力比普通墙板增加了10倍.目前，直接混合法已经成为相变储能材料贮热的热门技术.
4.3 微胶囊法
即采用微胶囊技术或纳米复合技术将相变储能材料封装成胶囊，再把胶囊掺入建筑基体材料中，从而可以制备出相变储能建筑材料.Takeshi等用95%正十八烷和5%正十六烷作复合相变材料[17]，并将其压入聚乙烯中制成胶囊，然后再把这种胶囊加到其它多孔基体材料中，从而可以得到具有储热效果的相变储能建筑材料.但是，由于微胶囊材料的制作成本高，且其技术比较复杂，使得微胶囊法只在某些领域适用.
5 相变储能建筑材料的应用及其展望
对于相变储能材料的应用研究，国外的发展水平高于国内.而我国的建筑耗能亦远高于国外许多国家，受到能源消耗方面的危机和环境保护的影响，科学研究表明可以将相变储能材料应用于建筑结构中，从而有效的提高建筑物的隔热保温性能以及可以解决一部分能源消耗问题.如果在建筑墙体中加入相变储能材料，这样不仅可以减少能源的消耗，还减轻了建筑结构的自重.相变地板、相变墙体、相变砂浆的研制成功为相变储能材料在建筑领域的应用起到了巨大的推动作用.
Hawes等研究了不同类型的混凝土块中多种复合相变材料的储热性能[14].Pause将相变材料融入窗帘之中，与普通的窗帘进行热量损失对比，试验研究表明，其热流量可降低30%[18].Neeper研究了影响石膏板相变的三个主要因素：相变储能材料的融化温度、融化温度的范围、单位面积墙板的储热性能[19].
在具体的建筑应用中，相变储能材料可以与建筑覆盖材料混合，如石膏板、混凝土、石膏等.将相变材料用于不同的建筑结构中会发生不一样的功能效果，例如，它们可以用于太阳能利用、余热回收等功能.
要想更好的将相变储能材料投入到建筑领域中使用，还需要对以下许多问题进行研究和探讨：
(1)对于各种不同的室内外的环境因素，研究具有相适应的相变焓和相变温度的相变材料，并将其加入建筑材料中，形成可以化学性能稳定、长期使用且物美价廉的建筑储能材料.
(2)耐久性.相变储能材料的热物理性质在相变循环过程会有所改变，而且随着时间的变化，相变材料可能会从基体材料中泄露出来，表现为在材料表面结霜[20].其次，相变材料在基体机构中如果发生变化，会影响基体结构材料的应力和应变减少.
(3)目前已经投入使用的大部分相变储能材料的导热系数比较低，所以如何提高相变储能材料的储能效率也是需要急于解决的问题.
(4)实现生产工业化.在生产过程中，如何减低生产成本，改进工艺条件以及实现工业化也是相变储能材料面临的问题之一.
6 结束语
本文对相变储能材料在建筑上的应用进行了研究，得出以下结论：
(1)在建筑结构中，使用相变材料可以有效的储存或释放由太阳辐射或是内部载荷产生的热量.并应用于与建筑覆盖材料相混合，如石膏板、混凝土、墙体材料等，相变储能材料还可以与货仓等其他系统有较好的结合，如地板采暖系统、热回收系统、太阳能热泵系统等.
(2)一种材料的稳定性如何是决定该材料是否可以在现实应用中被长期使用，对于相变储能材料来说，其稳定性的好坏在建筑领域上影响更为明显.目前被研究出来的稳定性较好的材料也有不少，其中高固固状态发生转变的具有高潜热物质可以作为良好的热存储材料.
(3)相变储能材料种类很多，但应用于建筑领域的材料应优先选择相变潜热更高和转变温度更低的相变材料.相变储存材料在建筑领域被广泛使用的一个问题是如何降低相变储存材料的成本.
相变储能材料在建筑上的应用研究仍然还是一个比较漫长的道路，这就需要科技人员去进行探索研究，以便使相变储能材料（PCM）的技术更加成熟，提高室内房间舒适度以及建设能源效率.
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关键词:绿色建筑;舒适性;消费者
中图分类号:F293.3文献标识码:A
一、引言
2005年出台的《绿色建筑技术导则》和2006年出台的《绿色建筑评价标准》表明,绿色建筑有广阔的前景,但是我国的绿色建筑理论和实践还处于起步阶段,绿色建筑的环境效益和社会效益毋庸置疑是有利于社会可持续发展的,但由于绿色建筑由于采用了各种生态节能技术,其初始投资成本高要比传统建筑高5%～10%,绿色建筑的推广一直举步维艰。绿色建筑建设的盲目:一是盲目追求建筑智能化系统的高档次、全覆盖,造成系统完成后不能够充分利用或置之无可用,导致投资的浪费;二是开发商追求建筑的销售过程中的“卖点”,各种智能化系统都要上,但都是浅尝辄止,未能真正达到满足实际的应用效果。而绿色建筑的首要目标是为使用者创造舒适环境、提供优质服务的同时,最大限度地节约能源,它不一定是豪华的,但必须满足建筑功能需求的,是低能耗的。同时,人居委提倡的绿色节能建筑理念是“首先要解决的是舒适度”。
二、国内外现状
从国内外关于绿色建筑评级标准来说,各国关于何为绿色建筑都制定了相应的标准,如英国建筑研究组织环境评价法(BREEAM系统)、绿色建筑挑战(GBC),美国的LEED等,我国《标准》的评价指标体系,目前国内绿色建筑要求的重点,比较偏向于对外界环境冲击的考量,包括在环保与能源资源方面的要求,此部分可与先进国家相媲美。不过,在室内有关居住环境方面的要求着墨较少,尤其是室内空气品质部分,国内目前的状况有非常多的问题,但是在绿色建筑评估手册内尚未有较具体的规定,并且各国关于舒适性方面的评级标准,除了澳大利亚是消费者都可以去判断是否是绿色建筑外,其他国家均是从专业人士的角度来判断的。
三、文献综述
从文献方面来说,有个误区是把热感觉和舒适感视为统一概念,只考虑了有关热感觉方面的因素。近来研究表明,除热因素外,眩光、噪声、空气新鲜度等都对人体舒适感有很大的影响。也就是说,热舒适仅仅是人体总体舒适感的一个方面。到目前为止,已有很多有关舒适性指标被提出,如著名的PMV等。但大多数指标只适用于温湿度环境大体处于稳态的人工室内环境,对于非稳态占主导地位的室外环境并不一定适用。也有采用标准有效温度SET3作为室外舒适性指标进行动态的热舒适性研究。由于室外环境的复杂性,至今该研究领域的成果还不多,没有全面考虑生理和心理的因素。
综合以上,缺乏的是从消费者的角度去了解绿色建筑中哪些给消费者提供了他的舒适性,并且他愿意为享受的舒适性买单。
四、目的
绿色建筑具有外部性,绿色建筑与传统建筑相比,得到了更好的舒适性,但也要付出更多的成本,并且这些成本最终由消费者买单。消费者认为绿色建筑中哪些是他需要的舒适性,并且愿意为这个舒适性支付费用。
五、从消费者角度进行绿色建筑舒适性分析的建议
目前,国际上所倡导的绿色建筑,除了强调对外界的环保,要求从建筑本体中,寻求一种低成本、建材可回收,且在建造过程中,对地球环境影响最低的建筑方法之外,也同时要求能兼顾到室内居住环境的品质,包括居处的舒适性与健康需求等。由国内所颁布的针对绿色建筑评估的七项指标来分析,目前国内绿色建筑要求之重点,比较偏向于对外界环境冲击考量,包括在环保与能源资源方面之要求,此部分可与先进国家相媲美。不过,在室内有关居处环境方面的要求着墨较少,尤其是室内空气品质部分,国内目前的状况有非常多的问题,但是在绿色建筑评估手册内尚未有较具体的规定。一般人平均每天约有八成的时间在室内活动,基于室外噪音问题,以及装设空调系统后,节能的考量,现代的大楼都很重视气密性。由于室内使用的装修与粉刷材料,大多属于化工制品,在使用过程中均会释放出一些对人体有不良影响的气体,但是所有这些评价指标有一个共同的特点,即把热感觉和舒适感视为统一概念,只考虑了有关热感觉方面的因素。
关于室内舒适性,其形成涵盖以下几个方面:呼吸性的护结构系统;中央新风系统(无灰尘污染);空气净化系统;考虑过敏患者的舒适性;为客户单独提供的健康计划和室内温度指标;室内防辐射系统。
时间节约舒适性指标涵盖了以下几个部分:自动窗户玻璃、立面清洁系统;地面自动清洁系统;建立厨房清洁计划;设立墙体内换洗衣物投掷井;中央除尘、吸尘系统。
智能舒适性指标包括:自动防盗门装置系统;自动警报系统;语音对讲系统;利用再生能源的供热系统;网络、电话、电子设备集成系统。
休闲舒适性包括:阳光房;桑拿房;室外休闲区;冬天花房、及其他按个人需要。
舒适和健康的生活环境包括:建筑内部不使用对人体有害的建筑材料和装修材料,室内空气清新,温、湿度适当,使居住者感觉良好,身心健康。
其他国家也积极致力于绿色建筑的评价工作,如英国的建筑研究机构环境评价方法(BREEAM);美国的环境评估工程(EVE)和能源与环境设计向导(LEED);国际标准化组织的环境管理体系(ISO14000);加拿大的建筑物环境性能评价准则(BEPAC)和绿色建筑挑战(GBC);英国等国家的可持续项目建设与评价(MFI)、日本政府和学术单位建立的日本地区建筑环境综合评估指标(CASBEE)等。在我国,目前已有的评估工具最新的有国家建设部于2005年10月份出台的《绿色建筑技术导则》和为《绿色建筑技术导则》提供评价标准的于2006年6月份出台的《绿色建筑评价标准》。另外,还可以借鉴的评价体系有:《绿色生态住宅小区建设要点与技术导则》、《中国生态住宅技术评估手册》、《绿色奥运建筑评估体系》、《香港地区建筑环境评估法》等。
笔者建议,可以采用模糊数学的方法,从消费者角度了解绿色建筑中哪些是他需要的舒适性,并且愿意为这个舒适性支付费用。模糊数学是1965年美国加利福尼亚大学的控制论专家Zadeh提出的,它是研究和处理模糊性事物的一种新的数学方法。所谓模糊性事物,是指那些边界不清晰的事物,这种边界不清是由客观差异的中间过渡性所引起的划分上的不确定性所决定的。世界上的万物千差万别,形形,除了确定性的事物或者概念外,更广泛的是不确定的事物和概念。将模糊理论用来解释这些问题,随着各评判函数系数的确定,随着科学技术的发展,人体生理学家、心理学家、建筑师、建筑热物理工作者、空调技术人员等多学科专家合作的结果,使得这种模糊评判更加合理化。
所谓模糊评判,就是根据给出的评价标准和实测值,经过模糊变换后对事物作出评价的一种方法,这种方法特别适用于因素较多、相互影响难以定量确定的情况。模糊综合评判可归纳为以下几个步骤:①给出备择的对象集:X={x1,x2,…,xi｝;②找出因素集:u={u1,u2,…,un｝;③找出评语集:v={vl,v2,…..,vn｝;④确定评判矩阵R;⑤确定权矩阵A;⑥由A・R进行评判,按序择优,得评判结果。
其中,根据确定的因素集u将权重集表示为:A={a1,a2,a3,a4…｝。其中,1为u1的重要性系数;2为u2的重要性系数;3为u3的重要性系数,等等。具体的确定方法有很多,常用的方法有德尔斐、专家调查法和判断矩阵分析法。前两种主要是考虑专家的意见,后一种是考虑居住者的意见,各有利弊,应当针对具体环境做出具体的分析。
六、结语
本文旨在从消费者的角度来关注绿色建筑的舒适性,只有消费者真正需要的,消费者才肯为此买单,才能更好地促进我国绿色建筑的健康发展。
(作者单位:重庆大学建设管理与房地产学院)
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