工程熱物理與能源利用學科發展戰略研究報告（2011～2020） epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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　　《工程熱物理與能源利用學科發展戰略研究報告（2011-2020）》作為學科發展戰略研究報告，內容既具有前瞻性和戰略性，又具有針對性和可操作性，全書分為工程熱力學；熱機氣動熱力學與流體機械等內容。

內容簡介

　　《工程熱物理與能源利用學科發展戰略研究報告（2011～2020）》是國傢自然科學基金委員會工程與材料科學部的學科發展戰略研究報告之一。這一係列研究報告是國傢自然科學基金委員會工程與材料科學部為不斷促進本領域的基礎研究工作，瞄準國際學科發展前沿，麵嚮未來國傢經濟建設和社會發展的重大需求，著力解決我國工程與材料領域中的重要科學和技術基礎問題，增強國傢原始創新和技術創新能力，而精心組織齣版的係列學科發展戰略研究報告。
　　《工程熱物理與能源利用學科發展戰略研究報告（2011～2020）》的撰寫站在國傢利益和學科總體的高度，綜閤考慮國際學術發展動嚮和中國實際，論述瞭工程熱物理與能源利用學科的內涵、戰略地位以及各分支領域的界定，詳細分析瞭各分支領域，包括工程熱力學、內流流體力學、傳熱傳質學、燃燒學、多相流、可再生能源等的國內外研究現狀、發展趨勢及科學問題，進一步明確瞭我國工程熱物理與能源利用研究中的中、近期發展方嚮和目標，擬定齣瞭2011～2020年期間的優先發展方嚮、資助領域和發展思路。
　　本書作為學科發展戰略研究報告，內容既具有前瞻性和戰略性，又具有針對性和可操作性。《工程熱物理與能源利用學科發展戰略研究報告（2011～2020）》可為國傢自然科學基金委員會工程與材料科學部工程熱物理與能源利用學科遴選2011～2020年期間優先領域提供依據，同時也可供從事工程熱物理與能源利用學科研究的科研人員、管理人員閱讀和參考，也可作為高等院校教師、研究生的參考資料。

目錄

序
前言
第1章 總論
1.1 概述
1.2 戰略地位
1.2.1 社會經濟持續發展的迫切需求
1.2.2 能源結構優化、推進節能減排的必然趨勢
1.2.3 資源和生態安全的雙重壓力
1.2.4 高新科學技術的推動促進
1.2.5 培育和發展戰略性新興産業的重要科技保障
1.2.6 國傢創新體係建設和基礎研究發展的需求
1.3 學科體係
1.3.1 學科分支
1.3.2 內涵與作用
1.4 基金資助現狀
1.4.1 麵上項目
1.4.2 重大項目和重點項目
1.4.3 國傢傑齣青年科學基金項目和創新群體科學基金項目
1.5 基金支持原則
1.6 工程熱物理與能源利用學科發展思路
參考文獻

第2章 工程熱力學
2.1 學科內涵與應用背景
2.2 國內外研究現狀與發展趨勢
2.2.1 非平衡態熱力學及計算統計熱力學
2.2.2 熱物性
2.2.3 熱力循環與總能係統
2.2.4 製冷與低溫工程學
2.2.5 交叉學科
2.2.6 工程熱力學的發展與比較分析
2.3 研究內容與科學問題
2.3.1 非平衡熱力學及計算統計熱力學
2.3.2 熱物性
2.3.3 熱力循環及總能係統
2.3.4 製冷與低溫工程學
2.3.5 交叉學科
2.4 近期優先領域和重點支持方嚮
2.4.1 非平衡態熱力學及計算統計熱力學
2.4.2 熱物性
2.4.3 熱力循環和總能係統
2.4.4 製冷與低溫工程學
2.4.5 交叉學科發展方嚮與目標
參考文獻

第3章 熱機氣動熱力學與流體機械
3.1 學科體係、研究範圍和任務
3.2 戰略地位和國內外發展現狀
3.2.1 燃氣輪機與蒸汽輪機
3.2.2 航空發動機
3.2.3 流體機械
3.3 目前和今後10年本領域科學研究牽引動力的分析
3.4 重點基礎研究內容建議
3.4.1 葉輪機械中的計算流體力學
3.4.2 葉輪機械中先進的實驗技術
3.4.3 葉輪機械的非定常流動及流固耦閤機理
3.4.4 葉輪機械氣動聲學基礎問題
3.4.5 非定常流動體係下的葉輪機械設計理論
3.4.6 葉輪機械中的流動控製技術
3.4.7 非常規葉輪機械及其流動機理
3.4.8 其他研究方嚮
3.4.9 學科交叉與拓展方嚮
3.4.10 近5年來論文發錶情況分析
參考文獻

第4章 傳熱傳質學
4.1 學科內涵、學術意義與應用背景
4.1.1 概述
4.1.2 學科內涵
4.1.3 前沿背景與動機的演變
4.1.4 機遇與挑戰
4.2 國內外研究現狀與發展趨勢
4.2.1 概述
4.2.2 導熱
4.2.3 對流傳熱與傳質
4.2.4 輻射傳熱
4.2.5 傳熱傳質測試技術
4.2.6 交叉研究
4.2.7 研究方法和技術手段
4.2.8 差距分析
4.3 研究內容與科學問題
4.3.1 研究內容
4.3.2 科學問題
4.4 近期優先領域和重點支持方嚮
4.4.1 支持總體考慮
4.4.2 基礎創新探索優先方嚮
4.4.3 經典內涵基礎研究優先方嚮
4.4.4 重點重大項目支持方嚮
4.5 建議
參考文獻

第5章 燃燒學
5.1 學科內涵、學術意義與應用背景
5.2 國內外研究現狀與發展趨勢
5.2.1 基礎燃燒理論
5.2.2 燃燒化學反應動力學
5.2.3 氣液燃料燃燒
5.2.4 固體燃料燃燒
5.2.5 火災燃燒
5.2.6 燃燒診斷
5.2.7 論文發錶情況分析
5.3 科學問題及優先資助領域
5.3.1 基礎燃燒理論
5.3.2 燃燒化學反應動力學
5.3.3 氣液燃料燃燒
5.3.4 固體燃料燃燒
5.3.5 火災燃燒
5.3.6 燃燒診斷
參考文獻

第6章 多相流
6.1 學科內涵、學術意義與應用背景
6.2 國內外研究現狀與發展趨勢
6.2.1 多相流數理模型及數值模擬方法
6.2.2 極端條件下的兩相流
6.2.3 多相流與傳遞參數測試方法研究發展趨勢
6.2.4 我國多相流學科的重要研究進展
6.2.5 論文發錶情況分析
6.3 研究內容與科學問題
6.3.1 多相流基本現象與規律
6.3.2 數值模擬理論與方法
6.3.3 能源高效轉化和清潔利用的多相流
6.3.4 多相流的實驗與測量新技術及方法
6.3.5 多相流與其他學科的相互滲透及交叉
6.4 重點支持方嚮
6.4.1 多相流基本現象與規律
6.4.2 多相流數理模型與數值模擬技術
6.4.3 高新科技中的兩相流
6.4.4 多相流及傳遞問題的測試方法
6.4.5 常規能源高效節約的多相流理論基礎
6.4.6 能源可再生轉化利用的多相流理論基礎
6.4.7 CO2地質封存研究中的多相流問題
6.4.8 多相流與其他科學的相互滲透及交叉
參考文獻

第7章 可再生能源
7.1 學科內涵、學術意義與應用背景
7.1.1 學科內涵
7.1.2 前沿背景與動機的演變
7.2 國內外研究現狀與發展趨勢
7.2.1 太陽能
7.2.2 生物質能
7.2.3 風能
7.2.4 地熱能
7.2.5 海洋能
7.2.6 論文情況統計與分析
7.3 研究內容與科學問題
7.3.1 太陽能
7.3.2 生物質能
7.3.3 風能
7.3.4 地熱能
7.3.5 海洋能
7.4 近期優先領域和重點支持方嚮
7.4.1 太陽能
7.4.2 生物質能
7.4.3 風能
7.4.4 地熱能
7.4.5 海洋能
參考文獻

附錄1 工程熱物理與能源利用學科資助重點項目一覽錶（2001～2010年）
附錄2 工程熱物理與能源利用學科部分重要國際學術會議
附錄3 工程熱物理與能源利用學科相關重要國際學術期刊列錶
附錄4 工程熱物理與能源利用學科有關實驗室簡介
附錄4.1 國傢重點實驗室
附錄4.2 省部級重點實驗室

精彩書摘

　　1.1 概述
　　工程熱物理與能源利用學科是一門研究能量和物質在轉化、傳遞及其利用過程中基本規律和技術理論的應用基礎學科，傳統研究主要針對熱和功的能源形式，現今學科範疇已擴展到幾乎涵蓋各種能量形式、能質相互轉化和有效利用的方方麵麵。本學科的任務是在自然科學和熱物理基本規律的基礎上，綜閤相關學科（包括數學、物理、化學、生物、信息、認知、社會科學等）基礎科學的新理論、新方法，認識和揭示能量物質轉化、傳遞的基本現象和規律，全麵深入地分析能量與物質轉化、傳遞的物理過程特性，建立物理數學模型，探究有效利用的基本規律及其應用的科學途徑，為有關高新技術發展及工程問題解決提供理論依據、設計方法和技術手段，藉鑒、移植和應用各科學技術領域的先進思想、方法和技術，不斷創新能量物質轉化、傳遞和高效利用的應用技術［1］。工程熱物理與能源利用學科內涵豐富，外延廣闊，是一門體係完整的應用基礎學科，包括工程熱力學、內流流體力學、傳熱傳質學、燃燒學、多相流、可再生能源利用，以及和工程熱物理與能源利用領域相關問題的基礎性與創新性研究。隨著對學科認識的不斷提高，學科的內涵不斷豐富，研究內容也在進一步擴大。先進的科學理念和基礎科學的最新進展極大地帶動瞭科學和技術的進步，近年來更是拓展衍生齣眾多前沿熱點領域與方嚮，諸如可再生能源利用、溫室氣體排放控製、微納米熱物理、微細能源係統和原理、生物與生命熱物理、生態與環境安全熱物理等，涉及自然世界能質相互作用與轉化的基本內涵和基本規律等的科學探索。21世紀，人類正麵對著能源和資源短缺、環境汙染、氣候變化等全球性問題，工程熱物理與能源利用學科將在能源和環境科技方麵尋求突破［2，3］。目前，工程熱物理與能源利用學科的發展趨勢可以概括為：①對能源傳遞、轉化、利用中基礎問題和規律的探索不斷深化，學科研究在不斷拓寬或突破原有界限與假定，如宏觀嚮介觀、微觀的過渡，常規參數嚮超常或極端參數的發展，以及隨機、非定常、多維、多相、多過程與多因素耦閤等復雜情況下的熱物理問題的研究；②隨著能源、環境問題的日益突齣，可再生能源、溫室氣體控製以及能源環工程熱物理與能源利用學科發展戰略研究報告（20112020）境問題也成為工程熱物理學科發展的重要方嚮之一；③不斷産生的新理論、新方法和新手段，以及研究的定量化和精確化，大大促進瞭本學科的發展；④本學科各分支學科之間以及本學科與其他學科之間多方位、大跨度的交叉與融閤，已成為當前工程熱物理與能源利用學科發展的一個基本趨勢與特徵，學科界限越來越淡化和模糊。
　　1.2 戰略地位
　　能源是國民經濟發展的動力和命脈，能源開發與閤理有效利用是整個社會發展的源泉和基礎，標誌著人類的文明和進步，決定瞭一個國傢的科學技術水準、競爭實力和綜閤國力，今天更成為國傢存亡和社會安全的重大問題，引起世界各國政府高度重視並作為最優先的國傢戰略考慮。能量的轉換、傳遞，能源與物質的相互作用和轉化，是自然界最普遍的物理現象和物質運動形式之一，幾乎和所有的生産工藝過程、技術領域以及人類社會生活密切相關，這些現象和過程中的基本規律及其技術理論是能源閤理有效利用的科學基礎和理論依據，因此，工程熱物理與能源利用學科的原理和技術也相應地具有普遍性和廣泛性，在人類文明和社會進步中占據極為重要的地位。
　　工程熱物理與能源利用學科的建立源於蒸汽動力裝置發明和廣泛應用所引起的工業革命的極大推動，從創立最基本的熱力學、熱機學開始，逐步發展、完善成為獨立的技術基礎學科。它為各種能源動力技術的發展提供瞭理論支撐和源泉，是能源科技的進步的重要依托。迴顧曆史，幾乎可以說每一次能源動力或能源利用方麵的突破都帶來瞭生産力的飛躍、社會的發展和觀念的變革。蒸汽機的發明和熱力學理論的建立，促使找到從化石能源轉化為功的辦法，帶動瞭世界第一次産業革命；僅僅石油的發現並沒有迎來石油時代，而利用石油的內燃機的發明和推廣應用纔使人類進入一個新的文明時代；內燃機和蒸汽輪機的齣現與發展為現代社會的機械化、電氣化創造瞭條件；燃氣輪機發動機和火箭發動機的發展，則為高速航空與宇宙時代奠定瞭基礎；核能的開發利用拓展瞭人類利用能源的廣闊視野。以高效和生態良性循環的更新的能源轉化和利用理念，被人們廣泛認同，已逐步並將繼續改變人類能源的思維。顯然，工程熱物理與能源利用學科的基礎原理和技術應用會産生巨大的經濟和社會效益。
　　自20世紀80年代以來，化石能源的過度使用造成瞭嚴重的環境汙染；同時化石能源資源終將枯竭，嚴重地威脅著人類的生存和發展。麵對生態環境和21世紀社會經濟可持續發展的巨大挑戰，要求人類必須在提高化石能源利用效率的同時，大力發展和使用可再生能源。
　　3時代的潮流，能源科學技術的進步會帶來許多偉大的變革，産生深遠影響，最終使人類社會邁嚮生態安全與良性循環的能源之路。
　　1.2.1 社會經濟持續發展的迫切需求
　　能源的耗費數量和使用情況，標誌著人類社會經濟發展規模、人民生活水準和科學技術發達程度。自20世紀以來，世界能源消費有很大增長，本世紀更是驚人，預計需求必然持續上升。顯而易見，現今能源與人類的關係已是密不可分，或者說沒有能源就沒有現代人類社會的生存與發展。
　　2010年我國GDP達到5.879萬億美元，超過日本的5.474萬億美元，並取代後者成為全球第二大經濟體，這是我國30多年經濟高速發展成就的一個寫照，也是我國國力增強的“裏程碑”。但我國內地的經濟發展總體水平還很低，據國際貨幣基金組織統計，2010年我國人均GDP為4283美元，排名全球第95位，隻有日本的1/10。我國仍有4300萬貧睏人口，相當於澳大利亞總人口的2倍［4］。我國國情要求繼續推進社會和經濟的全麵進步，能源是當今國傢經濟快速發展最重要的戰略保障之一。在我國經濟快速穩定發展的同時，能耗總量也在大幅度增長。2010年，我國能源消費總量已達32.5億t標準煤，人均一次能源消費水平約為2.38t標準煤，是世界上能源消耗的第二大國；進口原油2.39億t，石油對外依存度超過55%，成為僅次於美國的第二大石油進口國和消費國；中國電力裝機容量突破9億kW，將在未來兩年內超過美國並達到世界首位。人均電力裝機0.69kW，與美國、日本、歐洲等發達國傢和地區的人均2kW及以上水平仍有很大差距；人均天然氣消費量為88m3，是2005年的2.4倍。煤炭在一次能源消費中占到68.7%，單位能源的二氧化碳排放強度高於世界平均水平，控製二氧化碳排放麵臨極大睏難。
　　貫徹實施和不斷完善國傢的節能減排政策，極大地推動瞭我國的節能工作。2009年與2005年相比，萬元國內生産總值能耗由1.276t標準煤下降到1.077t標準煤，纍計下降15.61%；單位工業增加值能耗由2.59t標準煤下降到2.043t標準煤，纍計下降21.1%。我國“十一五”期間剋服諸多睏難，盡最大努力實現瞭國民經濟和社會發展第十一個五年規劃提齣的單位國內生産總值能源消耗降低20%左右的約束性目標，減緩溫室氣體排放增長［8］。
　　近年來，我國經濟發展保持瞭10%左右的增長，但是與此同時人均能源消耗量也保持瞭6%7%的高速增長。可以預見，我國以煤為主的能源結構短時間內無法改變，經濟還將持續穩定的發展，加之我國的城市化建設進入瞭快速發展階段，社會總能耗和人均能耗將持續走高，這些必將使我國麵臨更為嚴峻的能源、環境和溫室氣體控製壓力。學科為能源開發和利用提供新的科學理論基礎和技術先導，並以前所未有的科學技術觀念為其服務，也為學科的嶄新發展注入新的動力，開拓齣不斷創新的研究課題和領域。
　　1.2.2 能源結構優化、推進節能減排的必然趨勢
　　新中國成立後的經濟建設初期，國傢獨立自主、自力更生地構架瞭我國獨立的社會主義工業體係，發展生産，滿足自給自足的基本要求，隨後圍繞國傢工業化進行建設和發展；改革開放三十餘年，全國上下貫徹“發展纔是硬道理、建設小康水平社會主義國傢”的精神，持續快速地發展經濟，然而産業架構還是以技術水平低、資源消耗高、生産粗放型為主要特點；最近十幾年雖然加快推動科學技術進步，大力調整瞭産業結構，力求降低能源消耗，著手治理浪費，厲行節約，能源利用率有所提高，但即便是在如此形勢下，我國能源消耗強度仍然偏高。2010年我國單位GDP的能耗（能源強度）是美國的3倍、日本的5倍。目前，我國的總體能源利用效率為33%左右，比發達國傢低約10個百分點。因此，對我國而言，立足於環境友善、資源節約、和諧發展的新興工業化道路，提高科學技術水平、增大高科技含量、采用先進生産工藝和技術裝備已經迫在眉睫，勢必要求和推動工程熱物理與能源利用學科把握這新的發展機遇，既要增強學科基礎、拓展內涵、擴大服務領域，又要注重發展先進實用和前瞻性高的新技術。《國傢中長期科學和技術發展規劃綱要（2006―2020年）》指齣，要經過15年的努力在能源開發、節能技術和清潔能源技術上取得突破，促進能源結構優化，主要工業産品單位能耗指標達到或接近世界先進水平［9］。
　　能源動力行業繼嚮高參數，甚至超高參數方嚮發展後，正持續朝集成、高效、潔淨和智能化趨勢邁進，包括循環流化床燃燒發電（CFBC）、增壓流化床燃燒聯閤循環發電（PFBC？CC）、整體煤氣化聯閤循環發電（IGCC）、燃煤聯閤循環（CFCC）、濕空氣透平循環、新型核能聯閤循環、化學鏈燃燒反應動力係統（CLSAS）等，都是以人們難以預料的速度湧現並逐步實用化。與此同時，為滿足社會經濟更為廣闊的能源需求，燃煤燃料電池電站技術，先進核反應堆，基於新型能質轉換和能量釋放機理的多功能能源集成係統，諸如太陽能、地熱能、風能、生物質能等可再生能源的利用，均以嶄新的麵貌展示在人們眼前。動力推進與民用交通運輸高效、安全的迫切需要，海陸空低耗高效、精準快速、高推重比的現代軍事目標，探求世界起源和宇宙奧秘的航天渴望等，都對高效潔淨燃燒、能源轉換、熱流體力學、新興推進技術、新興和微型能源係統、先進強化冷卻技術與有效熱防護、係統熱管理等提齣前所未有的新挑戰。
　　第1章 總論
　　5織、食品、醫藥、冶金、建材、化工與石油化工等高耗能的傳統工業，這些都亟待依靠技術革新來解決節能降耗的問題。因此，我國實現能源的閤理、高效、潔淨轉化和利用的壓力極大，麵臨的問題和解決問題的技術途徑也異常復雜。這些問題不僅量大麵廣、要求的技術難度大，還要求成本低廉、實用有效。我國建築耗能問題也十分突齣，不僅單位建築能耗比同等氣候條件國傢高齣23倍，而且建築直接能耗已占社會總能耗的30%，隨著生活水準的提高和人們對居住條件、室內環境舒適、健康、品味等方麵的追求，這一比例會增至35%左右，將成為能耗第一大戶。建築節能與保溫絕熱材料、通風供冷采暖、空調製冷與低溫工程等，都期待著新的思維觀念、新的基礎理論和新的技術方法。目前，除以上所述的行業和技術領域外，在社會生産力全麵提升的今天，對能源轉換和利用技術推進和更新的渴求幾乎無所不在，這些都是本學科傳統和不斷創新的研究領域
　　1.2.3 資源和生態安全的雙重壓力
　　中國能源生産、資源消耗總量在世界上均可名列前茅，能源消耗結構以煤為主，占到64%左右。人均能源消耗量隻有發達國傢的10%15%，而且如前所述單位産值的能耗遠高於世界平均水平，要改變我國目前人均GDP很低的現狀，在過去持續30多年的高增長後，仍必須繼續保持每年都有較高增幅。顯然，無論如何強調和做到高效節約，高速度地增加開發能源生産仍是必然的，這樣纔能提供足夠的能源以持續發展經濟。應對人口眾多、高消耗低效率的快速經濟增長，能源資源突顯其蒼白無力，如此負荷的能源開發也不可避免地消耗和占用其他資源，加上結構性的先天缺陷，能源和資源的匱乏已然演化成一個國傢的資源安全問題，構成對國傢社會、經濟和政治安定的巨大威脅。國傢資源安全問題是世界各國作為戰略考慮的重大問題之一［10］。
　　與我國能源結構特點、需求、轉化利用落後現狀相對應的是環境汙染問題，猶如雪上加霜，嚴重製約社會、經濟發展，危及我們的健康和生存環境，甚至威脅生態資源的長期安全。以燃煤為主的能源動力係統、大量的工業爐和窯爐，在實施能源轉化和利用中成為産生大氣酸雨、NOx、

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本書作為學科發展戰略研究報告，內容既具有前瞻性和戰略性，又具有針對性和可操作性。本書可為國傢自然科學基金委員會工程與材料科學部工程熱物理與能源利用學科遴選2011～2020年期間優先領域提供依據，同時也可供從事工程熱物理與能源利用學科研究的科研人員、管理人員閱讀和參考，也可作為高等院校教師、研究生的參考資料。

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