蘭州理工大學研究生專業(yè)介紹：工程熱物理

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工程熱物理

工程熱物理是一個體系完整的應(yīng)用基礎(chǔ)學科，就其主要研究領(lǐng)域應(yīng)屬技術(shù)學科，每一個分支學科都有堅實的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用背景。工程熱力學與能源利用分學科的基石是熱力學第一、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，其它分支學科在熱力學定律基礎(chǔ)上，擁有各具特色的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。熱機氣動熱力學與流體機械分學科的理論基礎(chǔ)是牛頓力學定律，傳熱傳質(zhì)分學科的理論基礎(chǔ)是傳熱、傳質(zhì)定律，燃燒學分學科的理論基礎(chǔ)是化學反應(yīng)動力學理論等等。

1. 工程熱力學與能源利用分學科

熱力學基礎(chǔ)研究方面，在統(tǒng)計熱力學及分子模擬領(lǐng)域有兩方面進展，一是分形理論等新的分析手段的引進，取得了好的效果；另一方面，統(tǒng)計熱力學及分子模擬研究開始向?qū)嵱没�邁進。

為滿足國家節(jié)能減排的重大需求，各種余熱驅(qū)動、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，熱聲制冷和熱聲發(fā)電技術(shù)在實驗、應(yīng)用方面的研究進展很快。

能的綜合梯級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)。化學能與物理能綜合梯級利用原理的提出拓展了能的梯級利用原理，提出了化石燃料與太陽能互補的間接燃燒能量釋放新機理，拓展了一系列化學能與物理能綜合梯級利用系統(tǒng)集成的創(chuàng)新。

可再生能源與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)歷了對各種太陽能熱發(fā)電形式的關(guān)鍵技術(shù)研究，并啟動了國家太陽能熱發(fā)電技術(shù)專項研究。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)等方面取得實驗室進展。太陽能燃料轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究有望實現(xiàn)實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展。我國學者首次提出了能源轉(zhuǎn)換利用與CO2分離一體化原理，實現(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。

2. 熱機氣動熱力學與流體機械分學科

國際上現(xiàn)已采用三維粘性計算流體動力學設(shè)計航空發(fā)動機諸部件，尤其是葉輪機械設(shè)計。葉輪機械設(shè)計系統(tǒng)由二維、準三維、定常設(shè)計到全三維、粘性、非定常設(shè)計的過渡是學科發(fā)展的趨勢。在航空發(fā)動機設(shè)計方面，上述趨勢也充分體現(xiàn)在對風扇／壓氣機、對轉(zhuǎn)渦淪技術(shù)和旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機技術(shù)的研究中。

從熱機氣動熱力學角度看，未來燃氣輪機的科學技術(shù)發(fā)展需要進一步研究高性能葉輪機械內(nèi)部非定常復(fù)雜流場結(jié)構(gòu)和機理、與氣動熱力學緊密相關(guān)的燃氣透平葉片冷卻技術(shù)及其流熱固耦合機理與優(yōu)化設(shè)計方法。相關(guān)工作圍繞著壓氣機內(nèi)部非定常流動及其控制結(jié)構(gòu)的耦合問題、透平提高級負荷與非定常氣動性能問題、透平葉片冷卻及其流熱固耦合基礎(chǔ)問題，以及葉輪機械全三維設(shè)計理論及設(shè)計體系基本構(gòu)架研究等科學問題展開。

流體機械方面的研究在透平壓縮機、水輪機、泵類流體機械、風力機等方向取得較大進展，上述工作為西氣東輸、三峽工程、南水北調(diào)以及風力發(fā)電等國家重大工程和緊迫需要提供了技術(shù)支持。

3. 傳熱傳質(zhì)分學科

在導熱研究方面，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，導熱過程在時間尺度、空間尺度、環(huán)境溫度以及熱流密度等都在向極端狀況擴展。微納尺度下的導熱規(guī)律的研究是傳熱學發(fā)展的新的重要研究方向，它對微納熱電轉(zhuǎn)換裝置等高科技產(chǎn)品的研發(fā)具有重要的意義。
對流傳熱的研究在保留了經(jīng)典方向的深化和再認識拓展等內(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流研究的主要方向。對流換熱過程強化和優(yōu)化的研究熱點是換熱器和換熱網(wǎng)絡(luò)中的場協(xié)同理論、節(jié)能型強化技術(shù)的開發(fā)，以及污垢形成機理以及新型抗垢技術(shù)。

輻射傳熱目前的發(fā)展趨勢是研究內(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、目標與環(huán)境的紅外特性、強激光及應(yīng)用、功能材料制造以及生物醫(yī)學等現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展對輻射傳熱的需求。

4. 燃燒學分學科

在基礎(chǔ)燃燒理論方面主要完善燃燒化學動力學機理，同時現(xiàn)階段研究也偏重于污染物形成機理的探索和復(fù)雜機理的簡化，另一方面越來越多地通過精確的燃燒過程的數(shù)值模擬來替代一般的實驗性研究。根據(jù)不同的研究對象和應(yīng)用領(lǐng)域，燃燒學分別在燃料及生物質(zhì)燃燒、垃圾廢棄物焚燒、火災(zāi)燃燒、燃燒診斷，以及燃燒污染物控制等方面開展了大量研究。

5. 多相流分學科

多相流數(shù)理模型及數(shù)值模擬方法當前的研究重點仍在兩相流，三相流已在起步階段，將逐漸成為重點。近年來單相湍流流動中興起的細觀模擬方法, 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、雙流體/多流體等方面的研究展現(xiàn)出新的思路和前景。此外在顆粒動力學，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，我國工程熱物理學科在熱力循環(huán)開拓、葉輪機械流動理論、熱聲理論、太陽能和風能開發(fā)利用等研究領(lǐng)域已經(jīng)形成了較強的國際競爭力，而整體研究水平與世界先進水平還有較大差距，主要體現(xiàn)在技術(shù)開發(fā)落后于理論研究，實驗設(shè)備、測試手段落后，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。