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熱能工程

一、學科概況

熱能工程學科（學科代碼080702）隸屬于動力工程及工程熱物理（學科代碼0807）一級學科。主要研究能源、電力、冶金、石化、輕工、食品、制藥、環保、等流程性工業中所涉及的熱能轉換工藝與裝備。培養學生掌握熱能工程學科扎實的基礎理論和系統的專業知識，了解本學科的進展和發展動向，具有獨立從事本學科科研與應用開發工作的能力，能解決本學科領域內的高新技術問題。畢業研究生能熟練運用計算機，掌握必要的實驗技能和研究方法，較為熟練地掌握一門外語，并具有一定的外語聽、說、讀、寫能力，主要在能源、動力、制冷與空調、電力、化工、石油、輕工、環保、醫藥、食品、機械及勞動安全等部門從事熱能工程或相鄰學科的教學、工程設計、技術開發、生產技術、經營管理以及工程科學研究等工作。

該學科于2001年開始招收本科生，2004年開始招收碩士學位研究生，2003年被列為國家“211工程”重點建設學科。本學科現有教學科研人員25人，其中教授6人，副高職稱14人，博士生導師6人，碩士生導師15人，具有博士學位者8人，有6人享受政府津貼。已基本形成了一支具有較高素質、充滿活力、老中青相結合、結構合理的科研及教學隊伍。

本學科主要包括：工業節能技術與設備；太陽能現代利用技術；可再生生物能源現代利用技術；制冷與蓄能技術研究方向；熱力系統優化技術研究等研究方向。

工業節能技術與設備研究方向：

導師隊伍：董其伍教授*、劉敏珊教授*、魏新利教授*、王三保副教授、劉宏副教授、吳金星副教授、郭茶秀副教授、閆水保副教授、尹華杰副教授。（帶*號者為博導，下同）

主要針對我國重大耗能行業如鋼鐵工業、石油化工、化肥化工、電力工業、氯堿工業等能源利用率相對較低的現狀，研究開發高效節能新技術、新裝備并應用于主要耗能行業中，以提高我國的能源利用率，達到節能降耗目的，所開發的節能技術節能達到20％以上。同時針對能源、石油化工、電力等國家大中型企業一些重要設備的關鍵零部件，由于高溫、腐蝕、磨損引起的表面損傷和早期失效問題，采用先進的等離子噴涂技術，通過失效分析、數值仿真、涂層設計和工藝優化，以有效解決大型電站鍋爐過熱器受熱面含硫煙氣的熱腐蝕、磨蝕爆管等問題；太陽能空調系統中蒸發器、冷凝器等表面腐蝕、氧化鋁蒸發器焊縫區堿脆開裂問題；液態排渣爐析鐵熔蝕問題，以及各類高溫、高壓閥門密封面修復、煙氣輪機零部件高溫硫腐蝕、熱磨損等表面涂層防護和延壽問題。

太陽能現代利用技術研究方向：

導師隊伍：魏新利*教授、盧景霄教授、王定標副教授、吳金星副教授、郭茶秀副教授。

重點開展第二代太陽能電池—薄膜太陽電池的研究。其技術路線是采用多晶硅薄膜為材料，研究光電轉換效率為6%左右，成本在15元/瓦左右的多晶硅薄膜太陽電池技術。同時開展儲能式太陽能空調技術的研究與開發，根據國內外太陽能空調研究的水平和狀況以及太陽能空調在我國的應用實際情況，著重研究適于家用的太陽能空調系統，使太陽能空調系統性能系數ＣＯＰ值達到0.5～0.6，相同制冷量的太陽能空調價格限制在目前壓縮式制冷空調價格的2倍左右，達到節能、環保、壽命周期長的目的。

可再生生物能源現代利用技術研究：

導師隊伍：魏新利教授*、盧景霄教授*、樊耀亭教授*、劉金盾教授*、劉國際教授*、馬曉建教授、張瑞勤教授、李洪亮副教授、方書起副教授。

針對代用燃料進行研究，開發生產變性燃料乙醇的專用吸附劑，該吸附劑的各項技術性能指標均達到國際先進水平，其性能價格比是國外一流技術（美國ADM公司谷物吸附劑）的1.2倍，是國外二流技術（分子篩吸附劑）的3倍。已完成河南省重大科技攻關項目（編號：0122032200）“含醇汽油生產的關鍵技術及開發應用研究”，為新建30萬噸生物柴油廠和籌建50萬噸生物柴油廠提供技術服務。另外采用等離子體技術和熱化學方法，將生物有機質轉化成氣體，采用相應的凈化技術將生物質氣中的焦碳和灰塵分離，吸收微量污染物，轉化可凝結的焦油為永久氣體，以使其成為內燃機、渦輪機及燃料電池可用燃料和成為化學原料。此外研究開發生物質氣合成混合燃料醇的技術，其目的在于加速生物質能轉化利用技術的更新換代，發展高效的轉化技術、凈化技術、用生物質氣合成混合燃料醇及用農作物秸稈轉化為氫能的技術。

制冷與蓄能技術研究方向：

導師隊伍：魏新利教授*、吳金星副教授、郭茶秀副教授、閆水保副教授、尹華杰副教授。

針對相變蓄能系統開展研究工作，主要是解決系統的傳熱和優化問題。根據相變原理、傳熱理論和數值方法，解決多種PCM的物性和外壁的邊界條件對貯（釋）熱過程的影響，掌握其固-液界面的變化規律及相變過程所需要的總時間等，由此確定系統性能最優時貯熱介質的數量和質量，并通過可視化實驗將結果顯示出來加以驗證。

熱力系統優化技術研究方向：

導師隊伍：董其伍教授*、劉敏珊教授*、魏新利教授*、劉宏副教授、吳金星副教授、郭茶秀副教授、閆水保副教授。

主要針對我國主要耗能行業如鋼鐵工業、石油化工、化肥化工，電力工業等能源利用率相對較低的現狀，研究過程系統能量集成、模擬與優化理論，以能量的工藝利用環節為核心，通過分解協調，在子系統有效能經濟化基礎上實現全局調優，研究開發性能更為優良的換熱網絡技術，并應用于主要耗能行業中，以提高我國的能源利用率，達到節能降耗目的，為能源高效、潔凈、集約化利用提供理論基礎和技術基礎。另外針對高速或超高速旋轉機械研制可用于透平壓縮機組或透平膨脹機組轉子—軸承—供油系統的動力學參數和潤滑狀態控制與計算機管理系統，可實時監測和控制機組心臟部分的工作和潤滑狀態，控制潤滑各環節的漏油現象，研制可主動控制靜、動態性能的滑動軸承，以配合潤滑控制系統。該系統可使整個機組的能耗可降低10～15％，節省潤滑油亦可達10～15％，并可保證機組的安全、穩定運轉。

熱能過程裝備安全及動力設備狀態檢測與故障診斷研究方向：

導師隊伍：魏新利教授*、劉金盾教授*、劉國際教授*、王定標副教授、閆水保副教授、尹華杰副教授。

主要進行熱能過程中關鍵裝置要害部位的風險評估技術研究；大機組風險評估技術研究；熱能過程設備設施定量風險評價技術研究；研究火災、爆炸和危險品泄漏等的發生機理和動力學演化過程，用數學、力學和熱物理理論揭示發生發展的規律，為預防裝備事故和控制災情提供理論基礎；研究熱能裝置的損傷積累和災變行為的演化規律、失效模式與事故特征、人機環作用規律及安全監測與控制理論；研究動力設備在使用過程中的荷載與響應特性、災變行為與健康診斷；研究災害事故智能診斷和仿真模擬技術、重大事故調查分析技術與裝備；研究災害分析的精細模型、方法和現代試驗技術，提高事故分析的科學性、準確性和結案的及時性；研發新型的安全裝備及設施。目前承擔有國家和河南省安全生產科技支撐體系建設的重要任務。

該學科在以上幾個主要研究方向上具有較高水平和初具規模的實驗室，擁有多普勒激光測速儀、透射電子顯微鏡、X射線能譜儀、PIV粒子圖象儀、超臨界萃取實驗裝置、氣液兩相流性能測試裝置、吸收冷模試驗裝置、發酵及提取實驗裝置、高溫管板試驗裝置、換熱器試驗平臺、多功能流動與傳熱實驗臺等現代化分析、檢測設備，儀器設備價值2000萬元。擁有相關圖書期刊420余種7萬余冊，外文圖書、期刊150余種1萬余冊，為科研和教學提供了良好的條件。

該學科積極捕捉前沿課題，緊密結合工程實際，不斷拓寬研究領域，積極承擔國家和部、省級科研項目及企業委托的工程項目。

近年來，完成國家、部、省級科研項目40余項，企業委托和工程項目30余項。

該學科還積極開展國際間的合作科研，先后與美國賓夕法亞尼大學、日本東北大學；澳大利亞可丁科技大學；國立臺灣科技大學；德國ROSTOCK公司；華東理工大學；浙江大學；南京工業大學；天津大學；南陽天冠集團；濮陽大化集團。

本學科點近幾年共投入科研經費1500余萬元，進行實驗室改造與建設。同時十分注重科技成果的轉化工作，有專人負責成果推廣工作。利用我們的技術與南陽天冠集團共建的年產30萬噸乙醇燃料項目被列為國家重點建設項目，為企業創造了顯著效益。

二、主要研究成果

1.新型縱流殼程換熱器現代設計技術研究及應用，國家科技進步二等獎；
2.新型高效節能組合式換熱器，國家科技進步三等獎。
3.SM型氣升式發酵罐，國家科技進步三等獎。
4.新型高效水加熱器，河南省科技進步二等獎。
5.新型熱管換熱器，河南省科技進步二等獎
6.過程裝備常用零部件CAD系統研究與開發，河南省科技進步二等獎
7.熱力系統換熱設備CAD技術研究與應用，河南省科技進步二等獎
8.NCC氨冷凝器，河南省科技進步三等獎。
9.新型廢熱鍋爐，河南省科技進步三等獎。
10.熱媒閉路循環多功能溫控裝置，河南省科技進步三等獎
11.SMK-II型列管式換熱器，化工部科技進步三等獎。
12.SMK型外管式換熱器，河南省科技進步三等獎。
13.GJ型外管式凈化器，河南省科技進步三等獎。
14.造氣吹風余熱回收裝置，河南省科技進步三等獎。

另外，還獲得省教學研究成果一等獎1項；獲國家專利14項；列入國家“九·五”重點科技推廣計劃項目3項；正式出版教材與著作9部；已完成并通過鑒定的國家級、省部級各類科研項目21項；在國內、外正式發表論文200余篇。