工程熱物理的學(xué)科方向

熱心網(wǎng)友：工程熱物理是一個(gè)體系完整的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，就其主要研究領(lǐng)域應(yīng)屬技術(shù)學(xué)科，每一個(gè)分支學(xué)科都有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用背景。工程熱力學(xué)與能源利用分學(xué)科的基石是熱力學(xué)第一、第二定律，目的是為從基本原理上考慮能源利用和環(huán)境問題提供理論與方法，其它分支學(xué)科在熱力學(xué)定律基礎(chǔ)上，擁有各具特色的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。熱機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)與流體機(jī)械分學(xué)科的理論基礎(chǔ)是牛頓力學(xué)定律，傳熱傳質(zhì)分學(xué)科的理論基礎(chǔ)是傳熱、傳質(zhì)定律，燃燒學(xué)分學(xué)科的理論基礎(chǔ)是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論等等。 熱力學(xué)基礎(chǔ)研究方面，在統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)及分子模擬領(lǐng)域有兩方面進(jìn)展，一是分形理論等新的分析手段的引進(jìn)，取得了好的效果；另一方面，統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)及分子模擬研究開始向?qū)嵱没~進(jìn)。為滿足國家節(jié)能減排的重大需求，各種余熱驅(qū)動(dòng)、低溫余熱利用以及大溫差的制冷循環(huán)研究不斷深入，吸收、吸附式制冷循環(huán)，復(fù)疊式制冷循環(huán)以及水基有機(jī)混合物相變蓄冷等新型蓄能技術(shù)被廣泛研究。熱聲理論得到快速發(fā)展的同時(shí)，熱聲制冷和熱聲發(fā)電技術(shù)在實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用方面的研究進(jìn)展很快。能的綜合梯級(jí)利用理論不斷完善和發(fā)展。分布式能源系統(tǒng)作為能的梯級(jí)利用技術(shù)的典型代表，在基本原理、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)集成等全方位開展研究，為該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范奠定了基礎(chǔ)?；瘜W(xué)能與物理能綜合梯級(jí)利用原理的提出拓展了能的梯級(jí)利用原理，提出了化石燃料與太陽能互補(bǔ)的間接燃燒能量釋放新機(jī)理，拓展了一系列化學(xué)能與物理能綜合梯級(jí)利用系統(tǒng)集成的創(chuàng)新?？稍偕茉磁c溫室氣體控制是能源與環(huán)境領(lǐng)域研究的重要主題。我國近年來經(jīng)歷了對(duì)各種太陽能熱發(fā)電形式的關(guān)鍵技術(shù)研究，并啟動(dòng)了國家太陽能熱發(fā)電技術(shù)專項(xiàng)研究。太陽能光催化分解水制氫研究在催化劑、制氫設(shè)備和制氫系統(tǒng)等方面取得實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展。太陽能燃料轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究有望實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的太陽能燃料開發(fā)。在生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)制氫和液體燃料等方面也取得一定進(jìn)展。我國學(xué)者首次提出了能源轉(zhuǎn)換利用與CO2分離一體化原理，實(shí)現(xiàn)低能耗甚至無能耗分離CO2，研究制定了適合我國國情的溫室氣體控制技術(shù)路線。 國際上現(xiàn)已采用三維粘性計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)諸部件，尤其是葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)。葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)由二維、準(zhǔn)三維、定常設(shè)計(jì)到全三維、粘性、非定常設(shè)計(jì)的過渡是學(xué)科發(fā)展的趨勢(shì)。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方面，上述趨勢(shì)也充分體現(xiàn)在對(duì)風(fēng)扇/壓氣機(jī)、對(duì)轉(zhuǎn)渦淪技術(shù)和旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研究中。從熱機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)角度看，未來燃?xì)廨啓C(jī)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展需要進(jìn)一步研究高性能葉輪機(jī)械內(nèi)部非定常復(fù)雜流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和機(jī)理、與氣動(dòng)熱力學(xué)緊密相關(guān)的燃?xì)馔钙饺~片冷卻技術(shù)及其流熱固耦合機(jī)理與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。相關(guān)工作圍繞著壓氣機(jī)內(nèi)部非定常流動(dòng)及其控制結(jié)構(gòu)的耦合問題、透平提高級(jí)負(fù)荷與非定常氣動(dòng)性能問題、透平葉片冷卻及其流熱固耦合基礎(chǔ)問題，以及葉輪機(jī)械全三維設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)體系基本構(gòu)架研究等科學(xué)問題展開。流體機(jī)械方面的研究在透平壓縮機(jī)、水輪機(jī)、泵類流體機(jī)械、風(fēng)力機(jī)等方向取得較大進(jìn)展，上述工作為西氣東輸、三峽工程、南水北調(diào)以及風(fēng)力發(fā)電等國家重大工程和緊迫需要提供了技術(shù)支持。 在導(dǎo)熱研究方面，隨著超快速激光加熱技術(shù)以及MEMS/NEMS等微納科技的發(fā)展，導(dǎo)熱過程在時(shí)間尺度、空間尺度、環(huán)境溫度以及熱流密度等都在向極端狀況擴(kuò)展。微納尺度下的導(dǎo)熱規(guī)律的研究是傳熱學(xué)發(fā)展的新的重要研究方向，它對(duì)微納熱電轉(zhuǎn)換裝置等高科技產(chǎn)品的研發(fā)具有重要的意義。對(duì)流傳熱的研究在保留了經(jīng)典方向的深化和再認(rèn)識(shí)拓展等內(nèi)容之外，多趨向復(fù)雜和交叉領(lǐng)域。非線性問題，湍流直接模擬，微尺度、跨尺度問題是自然對(duì)流研究的主要方向。對(duì)流換熱過程強(qiáng)化和優(yōu)化的研究熱點(diǎn)是換熱器和換熱網(wǎng)絡(luò)中的場(chǎng)協(xié)同理論、節(jié)能型強(qiáng)化技術(shù)的開發(fā)，以及污垢形成機(jī)理以及新型抗垢技術(shù)。輻射傳熱目前的發(fā)展趨勢(shì)是研究?jī)?nèi)容的深化，以及趨向復(fù)雜和交叉領(lǐng)域，以符合航空航天、紅外探測(cè)、目標(biāo)與環(huán)境的紅外特性、強(qiáng)激光及應(yīng)用、功能材料制造以及生物醫(yī)學(xué)等現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展對(duì)輻射傳熱的需求。 多相流數(shù)理模型及數(shù)值模擬方法當(dāng)前的研究重點(diǎn)仍在兩相流，三相流已在起步階段，將逐漸成為重點(diǎn)。近年來單相湍流流動(dòng)中興起的細(xì)觀模擬方法, 主要是直接模擬和大渦模擬，也逐漸引入到兩相湍流研究。數(shù)值模擬方法在氣（汽）液/液液界面、氣固/液固多相流、氣液固三相離散流動(dòng)、雙流體/多流體等方面的研究展現(xiàn)出新的思路和前景。此外在顆粒動(dòng)力學(xué)，多相流中波的產(chǎn)生、傳播及其不穩(wěn)定性理論、多相流與傳遞參數(shù)測(cè)試方法等方面也開展了廣泛研究，形成了有特色的研究成果。從總體上看，我國工程熱物理學(xué)科在熱力循環(huán)開拓、葉輪機(jī)械流動(dòng)理論、熱聲理論、太陽能和風(fēng)能開發(fā)利用等研究領(lǐng)域已經(jīng)形成了較強(qiáng)的國際競(jìng)爭(zhēng)力，而整體研究水平與世界先進(jìn)水平還有較大差距，主要體現(xiàn)在技術(shù)開發(fā)落后于理論研究，實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試手段落后，溫室氣體控制等能源、環(huán)境交叉領(lǐng)域基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究薄弱。