學科簡介
工程熱物理學是一門研究能量以熱的形式轉化的規律及其應用的技術科學,是能源利用領域的主要基礎學科。它研究各類熱現象、熱過程的內在規律,并用以指導工程實踐。工程熱物理學有著自己的基本定律:熱力學的第一定律和第二定律、Newton力學的定律、傳熱傳質學的定律和化學動力學的定律。作為一門技術科學學科,工程熱物理學的研究既包含知識創新的內容,也有許多技術創新的內容,是一個完整的學科體系。工程熱物理學科的發展將推動能源與環境科技的進步。
本學科點以1952年原中南礦冶學院冶金系冶金爐、熱工儀表教研室、機械系熱工教研室及長沙鐵道學院制冷與空調教研室為基礎發展建設而成。本學科點1998年獲得碩士學位授予權,2005年獲得博士學位授予權,2007年獲準設立動力工程及工程熱物理一級學科博士后流動站,2008年被確定為“十一五”校級重點學科。
目前本學科點已擁有一支年齡結構合理、學術思想活躍的學術隊伍:現有學術研究人員20多人,其中教授10人,副教授12人。
近十多年來,工程熱物理學科,通過圍繞和提煉熱工、制冷、空調、冶金等過程與設備研究過程中存在的熱科學問題,逐步形成了熱物性測試及過程檢測與控制、傳遞過程數值模擬與優化、特殊條件下的傳熱與燃燒等穩定的、有特色的研究方向,形成了合理的學術隊伍,取得了豐富的學術成果。
特色與優勢
(1)提出了物質熔點溫度下熱物性測量新方法,解決了高溫、相變情況下熱流量難以檢測、物質晶型易轉變等問題,彌補了國內外現有測試方法的不足,國際合作密切。
(2)綜合運用熱工理論、測試技術、計算機技術、智能信息處理技術和非線性科學理論,針對工程中多種非常規條件下熱工參數檢測的若干難題進行研究,開發了非接觸式軟測量技術和全息檢測技術,取得了大量的工程應用實績。
(3)聚焦能耗大、環境污染嚴重的冶金工業,創建了熱工過程與設備的全息仿真理論體系,在有色工業爐窯研究與設計中率先發展了仿真優化技術,形成了“數學模擬-全息仿真-整體優化”的研究路線,其研究成果多次獲得國家級科技進步獎。
(4)在國內較早開展跨臨界二氧化碳制冷系統研究,相關研究成果得到國內外同行大量正面評價和引用;凍土路基與熱棒的耦合傳熱傳質過程的研究成果對青藏鐵路500多公里的多年凍土區的建設和運營維護起到重要指導作用。
(5)會同國內外專家,開展高溫低氧空氣燃燒機理的研究,通過主辦國際研討會,極大地推動了該技術在我國的研究和應用;對其應用于可再生能源利用的研究,在國內外產生了較大的影響。
(6)在國內較早開展管道內鈍體尾跡演化特性研究,從旋渦分離數值模擬、尾跡波動壓力測量、尾跡流場診斷分析及尾跡特征在氣液兩相流參數檢測中的應用等方面進行了較系統的研究,研究特色明顯,在國內外具有一定的影響。
(7)梯隊學緣結構合理,絕大部分有海外著名大學和國內著名重點大學相關專業學習的經歷,這將有助于發揮百家所長,產生出新的學術思想與方法。
主要研究方向
本學科立足于學科前沿,凝練出了特色明顯、研究活躍且具有發展前途的三個研究方向:
(1)熱物性測試及過程檢測與控制:以傳統的熱物性測試原理為基礎,應用數值模擬技術、先進的數據采集與通訊技術,研究并開發適用于不同材料特別是金屬材料的熱物性參數測試的智能儀器或裝置,不斷簡化測試裝置,提高精度;綜合運用熱工理論、測試技術、計算機技術、智能信息處理技術和非線性科學理論,針對工程中多種非常規條件下熱工參數檢測的若干難題進行研究,開發各種特殊工況下的敏感元件,融合數值模擬方法研究并開發非接觸式軟測量技術,基于圖像處理技術與小波分析、模糊理論、人工神經網絡等人工智能技術開發全息檢測技術。研究管道內鈍體尾跡演化特性,提出了一種非侵入式的管壁差壓測量與信號處理方法,結合現代譜分析技術,將管壁差壓法提取的鈍體尾跡特性成功應用于氣液兩相流流型、流量和含氣率等重要參數的識別與測量。
(2)傳遞過程數值模擬與優化:以傳遞過程與高溫反應過程數學模型為基礎,以研究傳遞過程微觀機理及各參數的場特性為核心,以研制全息仿真軟件為手段,運用多場耦合仿真方法,對過程的操作參數與設備的結構參數進行診斷與優化,實現熱工過程與設備多目標(高產、優質、長壽、低耗及低污染)整體優化;并將其方法推廣制冷與空調裝置的結構與參數的設計、人居環境的控制以及高密度電子封裝熱設計中。
(3)特殊條件下的傳熱傳質與燃燒:對復雜氣象環境下車輛制冷空調與冷藏運輸技術,天然制冷空調工質的應用,吸收吸附式制冷空調系統,空氣源、水源及地源熱泵及熱回收系統,熱管在制冷空調中的應用等開展了大量研究與開發工作;通過對不同燃燒裝置、燃燒理論與技術的研究,挖潛新的燃燒技術(低氧彌散燃燒)與傳熱技術(表面輻射式加熱)的應用;利用高溫空氣強化燃燒和氣化反應,開發低氧彌散燃燒技術、高溫空氣氣化、富氧燃燒技術,加快了燃料燃燒、生物質等可再生能源利用的研究進程。