电气工程研究热点精选(九篇)

第1篇：电气工程研究热点范文

关键词：SF6全天候 充气 电力基建 工程项目

中图分类号： F407.6 文献标识码： A

前言： 随着国家电网公司基建工程的科学发展，智能变电站也开始广泛建设，变电站基建工程中，GIS设备和SF6开关应用越来越广泛，特高压设备也绝大部分采用HGIS设备。但是，SF6气体充气问题一直受天气、温度、结霜、夜间施工等恶劣环境的影响，影响没有很好的办法解决。为了在恶劣的环境下也能够及时的按工期要求完成工作，考虑进一步改进SF6充气小车。面临的现状情况，一是，大量气瓶是露天摆放，受工作场地和设备空间制约；气瓶更换次数频繁，全天候充气小车体积尽量小巧。二是，各种附件和组件连接后无防护，受外部环境制约，遇到下雨等恶劣天气状况，工作时无保障。

1、SF6充气小车改进的方案设计

（1）资料收集和方案制定阶段

确立小组主要成员并分工，收集相关设备、机械、电气等方面的资料。针对课题收集资料，明确研究重点和研究任务中的难点，制定方案。本课题的特点之一是变电站主设备是GIS或SF6型断路器的基建工程，所以收集资料的针对性比较强，以往的工程中，很多都遇到天气、温度、结霜等恶劣环境的影响。另外积极利用现有的期刊杂志和报纸图书。通过网络专业数据库查阅期刊、论文。获得尽可能多的关于SF6充气小车有关的知识。

（2）技术课题攻关阶段，进行课题的研究和方案的实施检验

确定3个初步方案，对3个方案进行比选和论证，确定最佳实施方案。针对课题的各种现有设备、材料，结合收集到的相关资料，制定了3个初步方案。方案一：箱式结构、电辅助加热；方案二：托盘式四轮小车、电辅助加热；方案三：开放式两轮小车、电辅助加热。确定最佳方案三。对SF6小车进行现场制作试用，并对个别项目进行改进。针对方案三：开放式两轮小车、电辅助加热。我们进行装置的制作及性能检验，并且对不完善的部分进行改进。

（3）总结课题的研究情况，进行装置的微调完善，汇总资料。

通过前期的实施情况，将应用反馈信息整理，修改装置的不足。将实施阶段的工作内容相关的文件资料，汇集整理，进行资料汇总工作。

2、SF6充气小车改进的实施定型

SF6充气小车的改进工作必须确保项目的可行性，做到现场能够实际应用。要求完成SF6全天候充气小车的研制，具有较好的灵活性和便捷性，且采用简单易操作的组件，保证施工人员熟悉操作，用于实践。

核心部件是电热膜，电热膜采用高温电热膜。高温电热膜一般用于电子电器等，电源经导线连通电热膜,将电能转化为热能。由于电热膜为纯电阻电路，故其转换效率高，除一小部分损失（2%），绝大部分（98%）被转化成热能。电热膜系统由：反射膜及绝热保温层、电热膜片、T型电缆、绝缘防水快速插头、温控器及温度传感器等部件组成。

（1）电热膜片：电热膜片是整个系统的核心元件，是此系统的发热元件。它的基材为PET特制聚酯膜，发热体为特制导电油墨、附以银浆和导电的金属汇流条为导电引线，最后经热压下复合而成。电热膜的发热主要以辐射的方式散发热量，属低温辐射，它具有透射性，以红外线的形式向SF6气瓶散发传递热能。

（2）T型电缆、绝缘防水快速插头 ：T型电缆是对电热膜提供电源，对整个电路构成回路，绝缘防水快速插头是为了跟电热膜一起的配套组成部分，保证电热膜加热系统的运行安全。

（3）温度传感器及温控器：对整个电热膜加热系统进行控制，保证气瓶温度的稳定性。

（4）反射膜及绝热保温层：对整个电热膜加热系统进行方向性限制，使热量只向内侧传递，外侧绝热，保证气瓶温度的快速升温。

SF6全天候充气小车结构图

3、应用效果和检查

改进后的SF6全天候充气小车，能够更好的避免受到天气、温度、结霜等恶劣环境的影响，达到GIS或SF6设备安装时灵活工作，提高设备的安装效率。同时该小车非常轻便，一人就可独立操作，应用于施工现场非常灵活。从提高GIS设备和SF6断路器设备的安装效率的角度来看，研制SF6全天候充气小车能够更好的避免受到天气、温度、结霜等恶劣环境的影响，达到GIS或SF6设备安装时灵活工作，提高设备的安装进度。SF6全天候充气小车的研制是实现该目标的最佳手段。

一方面，提高工程整体技术水平，减少工程成本支出，同时缩短了总工时的投入，实现了公司利益的最大化。应用到500kV潍坊变电站更换高抗工程，提高施工精度和施工效率，降低劳动强度。

4、结束语

本新型充气小车保证了GIS设备安装时在有限的时间内能有效合理、安全、方便的措施来保证设备安装工作的顺利进行。能够解决SF6充气工作时受天气、温度、结霜等恶劣环境的影响不能随时充气的问题。每百工时中，节省15个工时的工时效益。平均每座变电站安装工期，缩短3天时间的工期效益。

技术上完全满足施工现场的要求。具有方便、灵活等特点，能够提高施工效率、精度，降低施工人员的劳动强度，解决施工困难，课题研究达到了预期的目的。是电力系统中基建安装单位、检修单位专业安装调试工作的便利工具。

参考文献：

1、电力行业标准《电气装置安装工程质量检验及评定规程》，DLT 5161.1-2002。

2、《配电网设备与应用》全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集，“SF6设备带电充气问题的探讨”，王博。

3、《电力电容器》2003年10期，“充气集合式产品微量水份控制工艺研究”，吕丽萍。

第2篇：电气工程研究热点范文

高考填报专业时，好心的父亲大人为我选了一个看似前景很好的专业——能源与环境专业。父亲大人说：这是一个多么好的专业啊！要知道，人类生存，工业要发展都离不开能源，朝阳般的专业，充满希望！等我进了大学才知道，这个专业还有一个别名叫做热能与动力。再看看已经毕业的师兄师姐们，一个个都进了电厂或者与发电相关的企业，我这才知道，这辈子我与白领丽人都无关了。

你所知道的热电厂

大学四年毕业后，机缘巧合之下，我没有去发电厂工作而是进入了中国联合工程公司下属的第二设计研究院。站在那个有些年头的研究院大楼外时，我想着还好还好。这虽然不是高级写字楼，但好歹咱也没有下工厂，这工作环境和咱从小白领丽人的愿望有一点相近。但我心里又在打小鼓。我一个本科生能研究出什么呢？到了人力资源部报到，个人资料卡上居然填着编制是干部，我小小的心啊那个时候颤抖了。后来才知道，在这个有着近千人的研究院，除了后勤人员之外，人人的编制都是干部！

入职之后，有幸遇到了一位好师父（在设计院里，大家称自己的老师为师父，从这一点来看，设计院还是有一点工厂的味道），师父一直带领着我做项目直到我自己可以独立。从带培制度这一点来讲，设计院是远远优于社会上的其他企业的。

相信大家对电厂不陌生，平常我们用的电大都来自大型火力发电厂（规模大都在300MW，600MW和1000MW）。我进入这家设计研究院是设计中小型热电厂的。热电规模大都在12MW，25MW和50MW和100MW。

发电厂和热电厂原理都是相似的，但两者又有不同，发电厂全职发电，但热电厂主职发热，兼职发电。热电厂必须靠近热负荷中心，往往又是人口密集区的城镇中心，热负荷就决定电厂规模及大小。因为需要热的地方肯定比电少，所以热电厂机组规模要比目前火电厂的主力机组小。

北方的同学对热电厂肯定不陌生。一到冬天，北方各大城市热电厂的烟囱纷纷冒出黑烟。人们一方面享受着热电厂带来的暖气，一方面又抱怨着空气质量真差，空气里都是黑灰。

南方的同学对热电厂往往比较陌生了。但如果有在比较发达地区的乡镇生活的话，一定不陌生。在苏南及浙江地区，有很多大型工业园区。这些工业园区大都需要蒸汽用于生产。没有集中供热规划之前，每家工厂都有自备的小锅炉，锅炉蒸发量大都在10t/h以内。这些没有经过脱硫的锅炉一方面热效率低（大都只有55%），另一方面未经脱硫脱销的烟气直接排向大气导致污染。出于对环境的保护目的，当地政府都要求用热电厂来取代这些分散小锅炉。我所在的电力设计研究院主要是设计这些中小型热电厂的。

为什么我们不做大型火力发电厂呢？原因是我们设计院不归电力系统。国家投资的所有大型发电厂都由四大院（华东、华北、东北及西北电力院）和各省电力设计研究院设计，这是体制问题。由于我们不是电力系统编制，于是只能设计热电厂。

当然除了设计热电厂之外，我们也擅长设计大家熟知的垃圾环保焚烧电厂。随着生活条件的改善，人们在享受更好的物质生活的同时也创造了很多垃圾。在早期，政府往往在城市郊区找一块地方填埋垃圾。随着垃圾焚烧炉的技术渐渐成熟，垃圾焚烧环保电厂渐渐取代了垃圾填埋。近年来淤泥焚烧电厂也渐渐兴起。污水处理厂的污水和造纸厂的废液沉淀下来的大量污泥和纸渣液经过干化之后，都可以送进锅炉焚烧参与发电。

设计院的前辈们凭着扎实的技术和认真负责的做事态度在全国竖立了良好的口碑，也为我们带来了中石油、中石化等大客户。比如，中石油这样的客户需要我们做的往往是一个大型化工装置区的动力配套中心。在这个装置区里，我们的动力中心就是灵魂。动力中心输送装置区里所需要的各种级别的蒸汽，同时也承担着整个装置区的用电负荷。所以我们设计的热电厂热力系统需要经过严谨的思考及供热供电方案论证，以保证整个装置区的动力供应无虞。

热电厂的建成

一个合格的热电厂的建成。应当从项目建议书阶段开始。

项目建议书主要描述这个地区热负荷以及建设热电厂的必要性。项目建议书得到相关部门许可之后便可进行可行性研究。可行性研究中，我们要对该地区所有用户的热负荷进行详尽调查，然后选择合适的汽轮发电机组。热电厂与火力发电厂不同的是：热电厂的规模都是由该地区的热负荷决定的，不同于火力发电厂是由该地区电力缺口数量而定。

可研报告编制完成之后，业主会牵头召开一个可研审查会，在经过发改委指定专家组论证可行之后，会拿到发改委发放的通行证。OK，这下业主终于可以松一口气了，国家环保政策日渐严苛，国家对小型热力发电厂审查非常严格，因此能拿到准入证非常不易。

可研报告之后就开始初步设计。初步设计阶段就是一个初步的工程实施方案。是把可研再具体化的一个步骤。

施工图开始之后，我就开始在电脑面前用二维制图绘制三维的主厂房全景了。我所学的专业热能与动力专业是热电厂设计的灵魂。我们设计出热电厂的热力系统，设计相关管道并付诸于实际工程。大家可能在电视里看过电厂的厂房。逼仄的厂房内，管道纵横交错，时不时还有一两处地方正在冒汽。没错，确实是这样。

在PEDS等三维软件引进我国电力设计院以前，我们大都是采用平面制图的方法来设计三维管道。这就有个问题，管道非常容易碰撞。虽然我们也购买了PEDS软件，但由于我们院的传统，二维制图还是要求很高。施工图开始之后，由于我的空间想象能力有限。于是会经常在电脑面前拿着几只笔搭接空间管道模型。此时，笔到用时方恨少啊！

等到图纸全部交付并现场施工之后，我就开始莫名担心：哎呀，管道碰撞了怎么办？如果这个项目没有管道碰撞，我就会松一口气。等到全部施工完毕，我又担心汽轮机会不会振动啊？因为小型热力发电厂的汽轮机均为积木块式。非常娇嫩。管道对其的推力及力矩要非常小才行。就这样，每做一个工程，我都要担心一段时间。因此在做下一个工程的时候，我会更加小心。做工程就是这样，不论你有多聪明，你都必须细心、耐心和认真。有一位名人曾说过：万事都怕认真二字。做工程如此，人生更是如此。

职业感想

第3篇：电气工程研究热点范文

关键词：风机翼型 数值模拟 锅炉仿真

1.热能动力工程的研究方向

热动主要研究热能与动力方面，是跨热能与动力工程、机械工程等学科领域的工程应用型专业。目前我国有120多所院校开设有该专业，它由旧本科的九个相关专业合并而成，包括了原来的热力发动机（080311）、热能工程（080501）、流体机械及流体工程（080313）、热能工程与动力机械（080319W）、制冷与低温技术（080502）、能源工程（080506W）、工程热物理（080507W）、水利水电动力工程（080903）、冷冻冷藏工程（081409）专业。

热动主要学习机械工程、热能动力工程和工程热物理的基础理论，学习各种能量转换及有效利用的理论和技术。专业通过理论力学、材料力学、工程制图、机械设计、电工与电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、控制理论、热工测试技术以及专业方向课程的学习，使我们具备工程热力学、流体力学、传热学和热工测试技术等热能与动力工程领域的基础理论、实验技能和基本专业知识，掌握制冷空调设备、制冷装置、动力机械与动力工程、流体机械等设计、制造和实验研究的基本技术。在此基础上，它是一个宽口径的专业，拓展空间很大，就业方向很广，有电厂热能工程及其自动化方向、工程热物理过程及其自动控制方向、流体机械及其自动控制方向、空调制冷方向等。同时，热动还是现代动力工程师的基本训练，可见热动是现代动力工程的基础。

2.热能工程技术在能源方面需要解决的问题

能源问题在当今社会举足轻重，热能与动力工程专业在国民经济中的地位可想而知。

能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。

风机是一种装有多个叶片的通过轴旋转推动气流的机械。叶片将施加于轴上旋转的机械能，转变为推动气体流动的压力，从而实现气体的流动。风机广泛应用于发电厂、锅炉和工业炉窑的通风和引风，矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却等[1]。尤其是在电站，随着机组向大容量、高转速、高效率、自动化方向的发展，电站也对风机的安全可靠性提出了越来越高的要求，锅炉风机在运行中常发生烧坏电机、窜轴、叶轮飞车、轴承损坏等事故，严重危害设备、人身安全，也给电厂造成巨大的经济损失[2]。此外，风机一直是电站的耗电大户，电站配备的送风机、引风机和冷烟风机是锅炉的重要辅机，降低其耗电率是节能的一项重要措施。

3.热能专业中工业炉的发展

工业炉是在工业生产中，利用燃料燃烧或电能转化的热量，将物料或工件加热的热工设备。

中国在商代出现了较为完善的炼铜炉，在春秋战国时期，人们在熔铜炉的基础上进一步掌握了提高炉温的技术，从而生产出了铸铁。1794年，世界上出现了熔炼铸铁的直筒形冲天炉。后到1864年，法国人马丁运用英国人西门子的蓄热式炉原理，建造了用气体燃料加热的第一台炼钢平炉。随着现代化管理水平的提高，计算机控制系统的不断完善，现代连续加热炉也应运而生. 现代连续加热炉炉型可以归入两大类：推钢式炉和步进式炉。两类炉型的根本区别，仅在于炉内的输料方式。

4.炉内燃烧控制技术

其燃烧控制是步进炉的核心技术之一，手动控制已被自动控制方式所取代。目前大规格钢锭推钢式加热炉可选用的燃烧自控方式通常有：

（1）空燃比例连续控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气比例阀、空气/燃气电动蝶阀、空气/燃气流量计、热电偶、气体分析装置、PLC等组成。工作原理是由热电偶或气体分析装置检测出来的数据传送到PLC与其设定值进行比较，偏差值按比例积分、微分运算输出4-20 mA的电信号分别对空气/燃气比例阀和空气/燃气电动蝶阀的开度进行调节，从而达到控制空气/燃气比例和炉内温度之目的。

（2）双交叉限幅控制系统，该系统主要由烧嘴、燃烧控制器、空气/燃气流量阀、空气/燃气流量计、热电偶等组成。工作原理是：通过一个温度传感器热电偶把测量的温度变成一个电信号，该信号表示测量点的实际温度，该测量点的温度期望给定值是由预存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的。根据这两个温度值偏差的大小，PLC自动校准燃气/空气流量阀的开度。该阀通过电动执行机构定位。空气/燃料比控制，借助于孔板和差压变送器来测量空气流量，燃气的流量是借助于一台安装在燃气支管上的质量流量计来测量，使精确的温度控制得以实现。

5.软件仿真锅炉风机翼型叶片

由于锅炉叶轮机械内部流场非常复杂，并带有强烈的非定常特征，进行细致的实验测量非常困难，目前尚没有完善的流体力学理论解释诸如流动分离、失速和喘振等流动现象，这就迫切需要可靠详细的流动实验和数值模拟工作来了解机械内部流动本质。将利用软件对锅炉风机翼型叶片进行二维的数值模拟，研究空气以不同的方向流入翼型叶片入口所造成的流动分离。根据数值模拟的一般步骤：创建二维模型，进行网格划分，设定边界条件和区域，输出网格，再利用求解器求解，对不同空气来流攻角角下的流动进行二维数值模拟。在得到模拟结果后，对不同攻角下模拟所得到的速度矢量图进行比较分析，得出锅炉风机翼型边界层分离和攻角的关系。（作者单位：辽宁工程技术大学）

参考文献：

[1] 安连锁.泵与风机[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2] 袁春杭.锅炉引风机事故的预防[J].中国锅炉压力容器安全，2005，14（6）：38-39.

第4篇：电气工程研究热点范文

关键词 燃气电站；余热利用；设计

中图分类号：TK11 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）05-0026-02

20世纪70年代，西方国家曾经面临过一次空前的能源危机，因为石油输出国家的联合禁运，导致北美和西欧出现严重的能源危机，这次能源危机后，西方国家痛定思痛，决定提高能源利用效率，扩大能源供应品种，特别是鼓励开发天然气资源，并制定相关法律推动热电联产。我国政府近年也下发了《关于发展热电联产的规定》，明确国家鼓励发展热电联产、热电冷联产项目的政策。目前，不论是国际上还是国内，利用燃气的首选技术是分布式能源系统，它先利用燃气发电，将发电后的余热用于供热、制冷，再将更低温的废热供应生活热水。世界一些发达国家的热电综合效率已经能达到95%以上，几乎将燃气的所有能量用尽。燃气电站由于其对燃气供应能力的要求低、投产快和投资少等特点，正在大规模建设。目前，我国已建有兆瓦级燃气电站200多座，同时，随着我国逐步建成“三纵、三横”天然气输气工程，天然气非常充足，我国燃气电站热电联产将具有广阔的发展前景。

我国燃气电站余热利用的研究已有多年的历史，但是基于电站的余热利用系统工艺设计、电气设计、安全要求、计量要求等系统的研究至今仍处于起步阶段。最近几年中国石油集团济柴动力总厂与煤炭工业太原设计研究院、青岛依科节能环保设备有限公司等合作，开始加强这一领域的研究。本文就燃气电站余热利用系统设计进行探讨，以期为其设计提供参考，也可为工程建设提供设计计算模式。

1 燃气电站余热利用设计

燃气电站余热利用系统设计主要包括设计原则、余热容量确定、余热设备要求、计量方法等。

1.1 设计原则

1）燃气电站工程建设当中，机组发电应放到首要地位，当用户有余热需求时，可允许一定影响，但影响应在燃气发电机组制造商允许范围内。

2）结合当前国家能源发展法律、法规和部分地方政府鼓励新能源利用补贴政策，燃气电站余热利用系统宜对燃气发电机组缸套水和烟气热量进行联合利用，其燃气冷热电联产总效率应不小于70%。

1.2 余热容量的确定

余热容量的确定是燃气电站余热利用系统设计的基础，它的计算准确度直接决定了整个电站的效率。根据热力学热量基本计算公式Q=CMT和相关余热设备厂家产品配套特点，以及华北油田电站余热利用工程实践和尼日尔阿加德姆（AGADEM）油田应用特点。总结出如下公式（1）、（2）是相关工程设计中常用的设计方案计算方法。燃气电站余热容量应依据燃气发电机组发电装机容量计算确定，燃气发电机组缸套水余热应按公式（1）计算，烟气余热应按公式（2）计算。

（1）

式中：Qk-单位时间内燃气发电机组缸套水余热总和，单位为千瓦（kW）；

Wk，i-燃气发电机组缸套水流量，单位为立方米每小时（m3/h）；

Ck，i-燃气发电机组缸套水比热，单位为千焦每立方米摄氏度（kJ/（m3·℃）；

Tk1，i-燃气发电机组缸套水出口温度，单位为摄氏度（℃）；

Tk2，i-燃气发电机组缸套水进口温度，单位为摄氏度（℃）。

（2）

式中：Qr-单位时间内燃气发电机组产生的烟气余热总和，单位为千瓦（kW）；

Ei-燃气发电机组烟气流量，单位为立方米每小时（m3/h）；

Cp1，i、Cp2，i-余热利用设备烟气平均定压比热，单位为千焦每立方米摄氏度（kJ/m3℃）；

Tp1，i-余热利用设备烟气进口温度，单位为摄氏度（℃）；

Tp2，i-余热利用设备排气温度，单位为摄氏度（℃）。

1.3 工艺选型和设备要求

根据用户需求和市场特点，当前余热利用系统主要应用为制热余热系统，用来制冷或同时用来制热、制冷的系统由于设备投资较大，产出比不高，目前市场上应用较少。

1.3.1 余热锅炉与烟气系统

制热余热利用系统通常使用热交换器利用燃气发电机组缸套水余热，使用余热锅炉利用烟气余热，用来生产热水或水蒸汽。图1所示为典型燃气电站制热余热余能系统工作原理图，燃气进燃气发动机，燃烧做工带动发电机发电，产生约600℃烟气进入余热锅炉，同时，穿过燃气发动机本体的约90℃的冷却水通过热交换器将热量传递给余热管路。水通过热交换器换热再进入余热锅炉加热，产生高温热水或蒸汽。蒸汽可用作工业生产，热水可用作供暖和生活用热水。在这一工作过程中，可以发电、供热，从而实现热电联产，最终向外界排放的只有低于150℃烟气。当前，国内的燃气发动机技术已经很成熟，比如济柴、淄柴生产的燃气发电机组，应用于电站可实现发电效率30%以上，配套的余热锅炉或制冷机组，可实现约30%的热吸收率，同时通过热交换器可吸收约20%的热量，从而实现整个电站综合能源利用率达到75%以上。

图1

余热锅炉现已是比较成熟的行业，其产品技术条件应符合GB/T 28056的要求。在电站余热利用工程建设中，余热锅炉使用应不影响机组发电，这是电站设计的轻重原则，在不影响电站发电要求的前提下，应满足用户的用热要求。所以，余热锅炉参数的选择应满足用户要求，当设计热负荷和最大热负荷相差较大时宜选用补燃型余热锅炉，选用的余热锅炉其烟气阻力应满足燃气发电机组允许背压的要求。

现有电站工程应用中，余热锅炉使用过程中，水是主要载体，从安全角度出发，烟气管道防水处理和锅炉制热管路防缺水尤为重要，因此，在余热利用烟气系统设计过程中，各段烟道底的设计均应向余热锅炉方向设置一定倾斜度，最低点设置排水口，并对保温结构采取防水措施，每隔一定距离应设置温度补偿装置。余热锅炉前后端烟气系统应符合如下要求。

1）在余热锅炉烟气管道进口端应设置旁通管道，旁通管直径应不小于燃气发电机组排气主管道直径。

2）当使用补燃余热锅炉时，在锅炉出口处应额外设置一条排烟管道，其排烟能力应满足补燃燃料燃烧后的最大排烟要求。

3）在锅炉进气口前烟气管道上应设置防爆阀。

4）在锅炉进气口前与旁通烟道相连处三通管上应设置烟量调节装置，余热利用烟道阀门与旁通烟道阀门应有可靠的连锁。

1.3.2 热交换器

如图1中所示，发动机缸套水余热利用通常利用热交换器换热，在工程应用过程中，根据燃气电站中各设备的主次地位和安全要求，燃气发电机组缸套水余热利用宜采用间接交换系统，热交换器应与燃气发电机组一对一配置，缸套水侧换热系统的阻力应小于燃气发电机组冷却系统允许阻力。热交换器前后应设置温度监控系统，温度监控系统应确保热交换器的使用不影响燃气发电机组的性能。

1.4 能源综合利用率

燃气电站余热利用系统建设的宗旨在于提高能源综合利用率，各地政府的政策引导也集中反映在对效率的计量上，燃气电站冷热电联产能源综合利用率当前比较合适的计算方法如公式（3）。

（3）

式中： -电站热（冷）电联产能源综合利用率，单位为1，以百分数表示；

Pe，i-燃气发电机组的发电功率，单位为千瓦（kW）；

Qy-单位时间内余热利用总量，热水型余热利用系统按公式（4）计算，蒸汽型余热利用系统按公式（5）计算，单位为千瓦（kW）；

Mf，i-燃气发电机组进气口燃气流量，单位为立方米每小时（m3/h）；

Hu，i-燃气发电机组进气口燃气的低热值，单位为千焦每立方米，（kJ/m3）。

（4）

式中：Qy-单位时间内余热利用总量，单位为千瓦（kW）；

Ci、Cj-介质的比热，单位为千焦每立方米每摄氏度（kJ/（m3·℃））；

G’w，i-余热热交换器水流量，单位为立方米每小时（m3/h）；

Tw，i-余热热交换器进出水温差，单位为摄氏度（℃）；

G’r，j-热水型余热锅炉介质流量，单位为立方米每小时（m3/h）；

Tr，j-余热锅炉进出口水温差，单位为摄氏度（℃）。

（5）

式中：Qy-单位时间内余热利用总量，单位为千瓦（kW）；

Ci、Cj-介质的比热，单位为千焦每立方米每摄氏度（kJ/（m3·℃））；

G’w，i-余热热交换器水流量，单位为立方米每小时（m3/h）；

Tw，i-余热热交换器进出水温差，单位为摄氏度（℃）；

Dj-蒸汽产量，单位千克每小时（kg/h）；

Is，j一定压力和温度下蒸汽型余热锅炉出口蒸汽的热焓，单位千焦每千克（kJ/kg）；

Iw，j-蒸汽型余热锅炉进口的水的热焓，单位为千焦每千克（kJ/kg）。

2 结束语

综上所述，燃气发电机组技术发展已非常成熟，产出的缸套水和烟气性质都比较稳定，具有非常好的经济效益和社会效益。余热制热的相关的换热设备已比较成体系，基本都能满足用户的使用要求。而余热制冷的相关技术尚未完全被社会接受，同时相关的工程设计尚存在着许多经验不足。究其主要原因：一是以前没有行业协调机构来制定统一的标准发展规划；二是也无燃气电站余热利用国家标准体系作为行业发展的技术支撑。从而造成燃气电站余热利用技术、相关配套技术研究落后于国外，严重制约了民族燃气电站余热利用设备产业链的发展。目前，相关标委会正在加快具有我国民族知识产权的燃气电站余热利用设备创新技术研究，同时制定相关国家标准，从而满足燃气发电余热利用设备行业快速发展对标准的需求。

参考文献

[1]吴德荣.化工工艺设计手册第四版[M].北京：化学工业出版社，2009.

第5篇：电气工程研究热点范文

关键词：蓄热技术；相变；暖通空调；节能

Heat storage technology and its applications

Cheng Shuqing

Abstract: The heat storage technology is an important means to alleviate the energy crisis of the human. This paper first introduces the classification and characteristics of the heat storage technology, heat storage technology research at home and abroad, and expounded the status of its application in areas such as HVAC, outlook on the development of regenerative technologies.

Key words: heat storage technology; phase transition; HVAC; energy saving

在许多能量利用系统中，往往存在着能量供应和需求的时间性差异，造成了能量利用的巨大浪费。蓄热技术是解决该问题的一种有效途径。蓄热技术的核心应用在于调和热能供给与需求在时间和空间上不相匹配的矛盾，在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及建筑节能、暖通空调等领域具有广泛的应用前景。

1．蓄热技术分类及特点

蓄热技术目前主要有显热蓄热、潜热蓄热（相变蓄热）和化学反应蓄热三种。

显热蓄热是利用物质温度的变化来存蓄热量的。常用的显热蓄热介质有水、水蒸气、鹅卵石等。显热蓄热介质来源广泛，价格低廉，系统简单，是目前最成熟、应用最广泛的蓄热方式。

潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，吸收或放出相变潜热的原理。由于液气或固气转化时，容积变化非常大，不易控制，在实际工程中较难应用，目前有实际应用价值的是固液相变式蓄热。该技术的优势是：蓄热密度大、相变时温度稳定、所用装置简单、体积小、设计灵活等。

化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。化学能蓄热的特点是：可逆性好；正逆反应转变的速率快；蓄热密度比显热蓄热和潜热蓄热都大，可以贮存高温热能；也无须绝热保温，可以长时间的蓄热。但化学能蓄热系统复杂、价格也高。

2．蓄热技术国内外研究情况

20世纪30年代以来，相变蓄热的基础理论和应用技术研究在发达国家（如美国、加拿大、日本、德国等）迅速崛起。材料科学，太阳能，航天技术，建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展为相变蓄热研究和应用创造了条件。在相变蓄热的理论和应用研究方面，美国一直处于领先地位。Dr. Maria Telkes等先后在相变材料的配制和性能研究、相平衡、相变传热、相变材料性能改善等方面做了大量工作，并在马萨诸塞州建起了世界上第一座PCM太阳能暖房。60年代，随着载人空间技术的迅速发展，美国NASA 大力发展了相变材料热控技术。70 年代早期，日本三菱电子公司和东京电力公司联合进行了用于采暖和制冷系统的相变材料的研究。德国也进行了大量相变储能的机制和应用的研究，Krichel 绘制了大量PCM的物性图表。近年来，相变蓄热的应用研究主要集中在太空太阳能动态发电系统蓄热，建筑物围护结构蓄热和空调蓄热和工业余热、废热回收系统蓄热。相变蓄热在太阳能热泵的应用研究领域，土耳其K. Kaygusuz 等学者研究较为深入[1]。

我国是在20世纪80年代初开始着手研究蓄热材料的，而且早期主要研究对象是相变蓄热材料中的无机水合盐类。90年代中期，研究重点才转向有机蓄热材料及固-固相变蓄热材料，但研究的种类和方法还比较少。近年来，国内对相变蓄热材料的研究日益广泛，尤其以相变蓄热材料的组成、提高相变材料蓄热与放热特性以及组合相变材料的开发研制为主。浙江大学、华南理工大学、清华大学在这些方面做了大量工作[2]。但与发达国家相比，我国相变蓄热材料的理论和应用研究还较薄弱，从应用范围来看，国内的蓄热材料目前只是应用在太阳暖房、农用日光温室等领域。在太阳能热泵中的应用研究还处于初始阶段。

3．蓄热技术的应用

3．1太阳能热储存

太阳能是巨大的能源宝库，具有清洁无污染、取用方便的特点。但到达地球表面的太阳辐射具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性。为了保持供热或供电装置稳定不间断地运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。

3．2 工业废热、余热回收

目前工业热能储存采用的是再生式加热炉和废热蓄能锅炉等蓄能装置。采用蓄热技术来回收储存碱性氧气转炉或电炉的烟气余热以及干法熄焦中的废热，既节约了能源，又减少了空气污染以及冷却、淬火过程中水的消耗量。在造纸和制浆工业中，燃烧废木料的锅炉适应负荷的能力较差，采用蓄热装置后，可以提高其负荷适应能力。在食品工业的洗涤、蒸煮和杀菌等过程中，由于负荷经常发生波动，采用蓄热装置后就能很好地适应这种波动。纺织工业的漂白和染色工艺过程也可采用蓄热装置来满足负荷波动[3]。

3．3电力调峰及电热余热储存

电力资源的短缺是人类长期面临的问题，但是电力资源的浪费却非常严重，如我国的葛洲坝水利枢纽工程，其高峰与低谷的发电输出功率分别为220万kW和80万kW，用电低谷发不出的电能只有通过放水解决。若能把这部分能源回收，则可大大缓解能源紧张状况。蓄热技术仍是目前回收未并网的小水电、风力发电的一个重要手段。在电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰负荷，填平需求低谷，以缓冲蓄热方式调节机组负荷更方便。采用蓄热装置可以节约燃料，降低电厂的初投资和燃料费用，提高机组的运行效率和改善机组的运行条件，从而提高电厂的运行效益和改善电厂的利用率，降低排气污染，改善环境[3]。

3．4太空太阳能动力系统蓄热

由于目前光伏转换效率低，难以达到较高的功率，解决办法是基于高温热力学循环的动态太阳能发电系统。为了保证空间工作热动力的连续性，太阳能的集热、蓄热系统可以解决无光期发电系统热能供给的连续性。由于相变蓄热所具有的高蓄热密度和低的温度波动特性，而被空间发电蓄热系统采用[4]。

3．5 暖通空调领域

蓄能技术在暖通空调领域中的应用主要分为两类：

一是采用相变材料与建筑围护结构结合，如相变墙板、相变顶板和相变地板。将相变材料复合到现有建材中，可以在建筑承重增加较小的条件下有效增大建筑热惯性，减小室内温度波动，增加室内环境舒适性。

二是利用相变材料直接蓄能用于供暖或空调系统。如在国防工程内部电站余热利用中，采用相变蓄热材料石蜡来储存发电机组产生的余热，需要时将这些热能用于空气加热，节约了能源，提高了能源的再利用率[5]。

3．6 其他应用

蓄热在医药工业中也有广泛应用。血液运送、热与冷治疗过程中，温度维持就需要利用温控蓄热材料来调节。蓄热技术也可以应用于农业中，来调控农作物生长所需适宜的温室温度；应用于纺织服装中以增强服装的保暖功能。另外，敏感性强的电子设备间的温度维持，食品、化学药品或试剂等的运输、储存、零售中的热保护，电子设备、集成块的散热，人造卫星、宇宙航行和军事武器系统的温度控制等场合，都需要蓄热技术提供支持[6]。

4．结语

随着人类对节约能源和环境保护的重视，对蓄热技术的需求越来越强烈。蓄热技术在节能，工程保温材料，航空和航天器材，贮能炊具等方面都将展示出广阔的应用前景。今后研究的主要方向是制备出具有更多功能的新型相变材料，如导电相变材料，形状记忆相变材料等。将纳米技术与复合相变材料的制备相结合，制备高效的纳米复合相变材料也是蓄热技术领域的一个新热点。

参考文献

[1] 孙志林、屈宗长.相变蓄热技术在太阳能热泵中的应用[J]. 制冷与空调,2006.6(6)，44-48.

[2] 王坤.太阳能建筑供暖和蓄热系统的研究[D].江苏大学,2009.

[3] 崔海亭、袁修干、侯欣宾.蓄热技术的研究进展与应用[J].化工进展,2002.21(1).23-25.

[4] 王永川、陈光明、洪峰、张海峰.组合相变蓄热材料应用于太阳能供暖系统[J].热力发电,2004(2).7-9,37.

[5] 齐琦、姜益强、马最良.相变蓄热材料及其在暖通空调领域中的应用[J].建筑热能通风空调,2006,25(3).17-19.26.

[6] 左远志、丁静、杨晓西.中温相变蓄热材料研究进展[J].现代化工,2005.25(12).15-19

第6篇：电气工程研究热点范文

解决锅炉低负荷稳燃和烟温偏差问题的燃烧器技术改造周俊虎,刘建忠,周志军,赵玉晓,曹欣玉,岑可法,李必正

HPE又承揽越南高岸电站项目

垃圾焚烧中二恶英的形成和控制沈伯雄,姚强

大型循环流化床锅炉若干问题探讨尹斌,章明川,卢啸风

大型电站锅炉膨胀中心的研究娄德奎

锅炉水处理系统改造刘君富

双循环流化床烟气悬浮脱硫系统技术经济分析赵旭东,吴少华,秦裕琨,高继慧,马春元

流化床脱硫灰渣的特性与综合利用研究王文龙,施正伦,骆仲泱,岑可法

用于烧结竖炉的高炉煤气燃烧器唐贤军,丁国旺,赵慧武

射频导纳原理及其在火电厂灰粉测量中的应用毛玉如,余彦,张永刚,张国胜

锅炉一次风粉浓度在线监测系统的开发陈亚非,吴激扬,蔡渊

ZFJ2-100型固定转子式翻车机室粉尘治理的工程实践宁佐阳,刘和云,蒋爱华,邓润亚

FORGO型电站空冷器冷却单元气压试验泄漏分析于学良,张烈

应用有限元技术校核250MW螺管高压加热器关春香,吴振布

300MW机组给水泵RB功能的探讨邹永贵,高伟

采用DEH提升200MW机组汽轮机调节系统功能肖汉才,张勇军

引入溴冷机改善HAT循环热力性能的研究赵敬德,刘妮,王艳,孟晓强

粉煤灰空心砖工艺及经济分析崔鹰,梁春玉,鞠占英

大型单元机组启动中有关锅炉的几个问题栾坤,赵志峰

保安操纵箱的改进周玉红,苏莹,王晨瑜

小型工业汽轮机在除氧给水系统的应用张刚,刘建政,张栋

热电冷联供系统制冷机的选择魏兵

热电联产的多样性与热电成本分摊方法适应性的探讨于淑梅,张树芳

水轮机转轮叶片加工方法研究包凤英

软测量技术及其在电厂热工过程中的应用王剑东,王东风,韩璞

ALSTOM循环流化床锅炉的运行和控制薛雷,李艳,段跃非,田军,吕秀春,杜守国,董伟

循环流化床锅炉的控制特点分析杨成文

200MW及以下汽轮机组ETS的设计与改进王群,孙德友,吕雅妍

对《锅炉构架抗震设计标准》中个别条文的建议梁丽君,栾杰,沈春玲,程丰渊,任振业

循环流化床锅炉热电厂的生态效率王灵梅,张金屯,尚立虎

煤制气锅炉的设计及应用徐立新,李洪路

循环流化床锅炉的启动与运行刘恒宇,崔凯,刘宝森,赵凯军

哈锅2023t/h亚临界锅炉的设计性能特点夏良伟,于泽忠

火力发电厂工程项目的设计姜剑峰,李亚冬,陶红

电厂冷却水常规杀菌方法王琦,张树军,史兴礼

汽轮机变负荷运行时经济运行方式的研究崔映红,王惠杰,马晓芳

椭圆翅片管热浸锌质量要求与控制张烈,于学良

考虑污垢因素的凝汽器经济性分析刘雪峰,刘金平,孔庆军

51-50-1型凝汽机组供热技术改造王学栋,张超杰,吴兆瑞,周士贤

漳泽发电厂#4机组DEH改造后调节汽门摆动问题分析姜焕龙,罗丽英,王晨瑜

智能材料及其在发电厂中的应用展望罗为民,丁辉,肖学柱

电力系统中长期负荷预测的新方法齐志刚,袁晓辉,王金文

炉内喷钙对SO_2和NO_x排放的影响研究王正华,周昊,杜黎龙,翁安心,池作和,蒋啸,岑可法

湿法除尘对垃圾焚烧炉中二恶英排放特性影响的试验研究陈彤,李晓东,陆胜勇,谷月玲,严建华,岑可法

循环流化床(CFB)锅炉可控性分析李大中,刘淑平

基于DCS的神经网络控制的工程实现王国玉,韩璞,翟永杰,赵世杰

一种改进型BP网络在汽轮发电机组故障诊断中的应用何成兵,顾煜炯,杨昆

激光快速成型技术的应用与研究赵忠平

中水处理工艺探讨谷峡,边喜龙,吕宏德

用OMRONC200HPC改造2670镗床控制系统赵宪玉

蒸汽直埋式复合保温管的结构设计宋永军,吕君,赵忠平

热平衡调试技术在供暖节能中的应用王莹,李长志

机械零件缺陷检测技术的研究苏瑛

工业锅炉洁净燃烧烟气成分的动态监测分析李震宇,程军,刘建忠,刘雪松,宋玉彩,曹欣玉,岑可法

200MW四角切向煤粉锅炉空气动力场冷态模化和数值模拟王鹏翔,杨威,陆慧林

气力输送装置在燃烧脱硫技术中的应用刘彦,周俊虎,刘雪松,赵翔,曹欣玉,刘建忠,程军,岑可法

烟煤混煤综合燃烧特性试验研究李永华,陈鸿伟,张昀,李振中,黄其励

沙角发电C厂压缩空气系统运行中存在的问题及改造何秀礼

四角切向燃煤锅炉炉内实际切圆的计算陈刚

煤粉气流在方管点火室着火过程的试验与数值模拟李文蛟,邱建荣,李琳琅,岑可法,曹欣玉,周俊虎

乏气送粉煤粉炉燃烧控制系统分析潘维加

四角切圆锅炉炉膛上部冷态空气动力场的试验研究刘勇,张跃安,黄月

220t/h布风板焊接裂纹的探讨战凤荣

天津大港发电厂3号锅炉改造夏良伟,张亮,黄莺

双套管废热锅炉集流管的有限元应力分析关春香,吴振布

晨鸣220t/hCFB锅炉特点概述张洪伟

汽水分离再热器新蒸汽换热器管板组件制造工艺研究樊险峰,韩建伟,何华庆

锅炉主要管件爆漏原因分析及防范措施屠伟光,韩琪,韩虹

余热制冷进气冷却中冷回热SCICR循环燃气轮机性能研究马立军

综合滑阀的试验调整周玉红

西门子公司汽轮机低压缸的改造方法张敏健,孙晓东

600MW机组单侧辅机起动对厂用电接线的影响韩绪望

美国TIETON电站水轮发电机负重机架与定子联合振动分析杨磊,李志和

三峡发电机水冷绕组接头焊接制造技术的研究姜锡光,谢晓美

热电厂蒸汽计量远程监测系统张华强,王新生,徐殿国

监控组态软件在汽轮机控制系统中的应用王群

多媒体远程监控系统的实现模式探讨陈丹

如何选择电动机保护继电器高英华

BP神经网络在电厂优化配煤中预测性能的研究李颖,周俊虎

不同条件MCFC单电池及电堆的电性能研究陈刚,胡克鳌,张荻

基于可调卫燃带的燃煤锅炉炉膛热负荷的设计探讨陈冬林,郑楚光

40t/h循环流化床锅炉燃烧工况差的原因分析与改造申莉,张世红,刘德昌,刘昌明,周邦旭,刘道咏,黄绪勇

炉内喷钙脱硫过程的试验研究杨威,杨励丹,陆慧林,于德亭,候栋歧

湍流气固两相流动数值模拟理论研究的最新进展李长志,王莹,董鹏

两种不同布风装置的循环流化床冷态特性分析韩春雨,何景峰

670t/h锅炉空气预热器改造陈广利,李必正

大容量锅炉旋流式煤粉燃烧器冷态模化试验研究刘晓东,何黎滨,关春香

燃气蒸汽联合循环机组余热锅炉技术及其应用王丽英

喷钙脱硫输粉混合器冷模试验研究李峰,薛清贵,周传平

燃烧器摆角试验杨成文

发展电热锅炉的可行性探讨刘福海

提高300MW、600MW燃烧器喷口管屏制造质量措施曲广义,,王彦

电站汽轮机组循环水管应力分析软件的开发与应用陈腊民,李录平,黄志杰

循环泵及高低压冷却系统的安装质量分析郑立敏,黄丽华

MOOGDDV阀在汽轮机控制系统中的应用王葳

油处理技术在电力行业的典型应用李川,李洁莹

汽轮机转子热应力计算方法研究于长利,徐立新,刘滨强

ZJCT-3继电保护测试装置介绍张永胜

微机工频变化量距离保护校验方法的分析李宪斌

大型水电机组的无级调速技术葛新

新安江水电站2~#机转轮增容改造研究刘玲,赵越,戴艳涛

垃圾衍生燃料(RDF)技术概述沈伯雄,姚强

平圩电厂600MW火电机组的控制系统张辉

PLC在发电厂变电所中央信号系统中的应用苏小林,孟涛

预测控制及其在热工过程控制中的应用王国玉,韩璞

PROFIBUS现场总线技术在高水头水力试验Ⅱ台中的应用许建新,赵亚杰

温度对12Cr1MoV钢管珠光体球化及力学性能的影响赵登志,鞠占英,宋静

热处理对40CrNiMoA圆钢力学性能的影响刘立民

起吊链环的优化设计陈凤娟,于启峰,许风华

电厂建筑施工早拆模板因素分析王羽娟,郭志强,郑礼波

第7篇：电气工程研究热点范文

关键词：锅炉热平衡实验台；研究；设计

中图分类号：TK229 文献标识码：A

锅炉热平衡实验是判断锅炉设计和运行情况，提高锅炉经济性有效的途径，查明影响锅炉效率的主要因素，作为改进锅炉的依据。通过本课程的学习，使学生掌握电厂锅炉的基本结构、测试原理、锅炉调节和运行等方面的知识；掌握解决工程实际问题的计算技能和锅炉热平衡测试技术；为学生从事火力发电厂有关的运行、检修、安装工作奠定基础。

以燃气锅炉为模拟电厂锅炉，并加以改造，研制了一台能通过正平衡和反平衡确定锅炉效率的实验装置。锅炉热平衡实验台建成能够更好的为热能动力工程专业提供教学条件，使教师讲课对锅炉及其设备更加方便、灵活、透彻，学生更容易听得懂，更容易接受。

1 装置设计方案

1.1 设计原理

（3）散热损失q5的计算

燃气锅炉在额定负荷下运行时，可通过查阅相关图标得出散热损失q5的值。目前，一些设计较好的小型燃气锅炉，散热损失q5在额定工况下可以达到1%以下。

1.2 设计方案

（1）实验台柜体：实验台柜体材料：08AL，表面做防腐处理，配有脚轮，台体移动方便。规格：1500× 2350×600，实验台柜体形状详见图纸。

（2）实验台中安装流量计位置区段应设计规范、合理，以满足不同型式流量仪表更换、安装方便。

（3）水路连接的管路采用PPR管材，能承受的压力为1MPa。气路连接的管路采用钢骨架聚乙烯塑料复合管材，具有防爆特点。

（4）管路尤其是气路必须做水密性试验，无泄漏情况。

（5）实验台应具有当一个测量装置出现故障时不影响其他参数测量的功能。

（6）涡轮流量计：其特点是精确度较高（±0.5%），测量范围宽（6∶1～20∶1），重复性好，安装维修方便，便于远距离传送数据，抗干扰能力强，无零点漂移等。

涡轮流量计被测流体温度：-20℃～ 120℃，相对湿度：5%～95%，供电方式：+24VDC三线制（常标），型式：传感器采用轴流叶轮式。

（7）涡街流量计：其特点是精确度较高（±1%～±2%），测量范围宽（10∶1或20∶1），可靠性高，压损小，安装维护方便，输出为脉冲频率，无零点漂移等。

涡街流量计测量介质：燃气，螺纹连接，DN25，测量精度：1.5级，被测介质温度：-20℃～100℃，材质：不锈钢，电源：DC24V，防爆标志：EXdⅡBTC。

（8）压力变送器

压力变送器测量介质：燃气，测量精度：0.1级，防爆要求：普通型，测量范围：0.01MPa～1MPa，零点温度漂移：0.02%FS/℃（>100kPa），满度温度漂移：0.02%FS/℃（>100kPa），供电电压：12～36VDC。

（9）微差压变送器

微差压变送器测量介质：烟气，材质：316不锈钢，31/2LED数字显示器，供电电压：24VDC，精度：调校量程±0.2%，包括线性、变性和重复性综合误差。

（10）温度变送器

温度变送器分辨率：0.1℃，4位红色显示，材质：不锈钢，输出恒流信号（4～20Ma），抗干扰能力强，变送器可带就地LCD显示，信号转换器与温度传感器可以安装，也可以分开安装，方便用户使用。

（11）燃气锅炉

燃气锅炉数码恒温智能控制，保证出水温度恒定，进口高精度燃气比例阀，实现三段火力控制，强鼓密闭燃烧室结构，高纯度无氧铜水箱，不锈钢拉丝银色表面，流量：16L/min。微电脑智能化控制，对水路、气路、电路进行全程监控，不同工况时燃气量与空气量的合适配比，过量空气系数的控制，点火方式：全自动连续脉冲放电点火，适用水压：0.02MPa～0.8MPa，额定热负荷：36kW，额定电压：AC220，额定燃气压力：2800Pa。

（12）非接触式红外线测温仪红外线测温仪

测温范围：-22℃～110℃，显示：0.1℃，精度：±1℃，测温时间：1秒，测量距离：0.05m～0.5m。

2 锅炉热平衡实验台结构（图1）

3 使用效果

锅炉热平衡实验台已经应用热能与动力工程专业动力0641～动力0645班的独立性综合实验，使用效果良好。该实验台便于掌握锅炉正平衡和反平衡求效率的基本原理和方法，为学生将来从事此项工作打下良好的基础。

结语

该实验台适用于热动专业、建环专业本科教学。锅炉热平衡实验台针对大中专院校锅炉类课程的专业进行开发，改善教学环境，提高教学质量。本装置已获得国家发明专利（ZL201010291141.5），本装置为培养学生动手能力和工程应用型人才重要意义的需要，可以作为教学仪器推广，对校外培训，与其他院校交流，必将带来良好的社会效益。

参考文献

[1]李瑛.高校机械类实验教学独立设课的可行性研究[J].中州大学学报，2004，21（01）.

第8篇：电气工程研究热点范文

关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展

TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials

JinliangCui

(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)

Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.

Keywords:FGM；composite；theAdvance

0引言

信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。

近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。

1FGM概念的提出

当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2,其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3],如图1所示。

随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。

2FGM的特性和分类

2.1FGM的特殊性能

由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:

1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;

2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;

3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;

4)用FGM代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。

图2

2.2FGM的分类

根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。

3FGM的应用

FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM,并可望应用于许多领域。FGM的应用[8]见图3。

图3FGM的应用

功能

应用领域材料组合

缓和热应

力功能及

结合功能

航天飞机的超耐热材料

陶瓷引擎

耐磨耗损性机械部件

耐热性机械部件

耐蚀性机械部件

加工工具

运动用具:建材陶瓷金属

陶瓷金属

塑料金属

异种金属

异种陶瓷

金刚石金属

碳纤维金属塑料

核功能

原子炉构造材料

核融合炉内壁材料

放射性遮避材料轻元素高强度材料

耐热材料遮避材料

耐热材料遮避材料

生物相溶性

及医学功能

人工牙齿牙根

人工骨

人工关节

人工内脏器官:人工血管

补助感觉器官

生命科学磷灰石氧化铝

磷灰石金属

磷灰石塑料

异种塑料

硅芯片塑料

电磁功能

电磁功能陶瓷过滤器

超声波振动子

IC

磁盘

磁头

电磁铁

长寿命加热器

超导材料

电磁屏避材料

高密度封装基板压电陶瓷塑料

压电陶瓷塑料

硅化合物半导体

多层磁性薄膜

金属铁磁体

金属铁磁体

金属陶瓷

金属超导陶瓷

塑料导电性材料

陶瓷陶瓷

光学功能防反射膜

光纤;透镜;波选择器

多色发光元件

玻璃激光透明材料玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半导体

稀土类元素玻璃

能源转化功能

MHD发电

电极;池内壁

热电变换发电

燃料电池

地热发电

太阳电池陶瓷高熔点金属

金属陶瓷

金属硅化物

陶瓷固体电解质

金属陶瓷

电池硅、锗及其化合物

4FGM的研究

FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。FGM的研究开发体系如图4所示[8]。

设计设计

图4FGM研究开发体系

4.1FGM设计

FGM设计是一个逆向设计过程[7]。

首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。

FGM设计主要构成要素有三:

1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;

2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;

3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算FGM的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。

FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。

4.2FGM的制备

FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高温合成法(SHS);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(PVD)和化学相沉积(CVD);形变与马氏体相变[10、14]。

4.2.1粉末冶金法(PM)

PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的FGM部件,但工艺比较复杂,制备的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。

4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis简称SHS或CombustionSynthesis)

SHS法是前苏联科学家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：

图6SHS反应过程示意图

SHS法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用SHS法己制备出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。

4.2.3喷涂法

喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4.2.3.1等离子喷涂法(PS)

PS法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500K,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料

图7PS方法制备FGM涂层示意图[17]（a）单枪喷涂（b）双枪喷涂

4.2.3.2激光熔覆法

激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便会产生用B合金化的A薄涂层,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。

图8同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[18]

4.2.3.3热喷射沉积[10]

与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。

4.2.3.4电沉积法

电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5气相沉积法

气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两类。

化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的FGM。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM,因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。

物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]

4.2.4形变与马氏体相变[8]

通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(Fe-18%,Cr-8%Ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。

4.3FGM的特性评价

功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。

5FGM的研究发展方向

5.1存在的问题

作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；

2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；

3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；

4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;

6)成本高。

5.2FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]

1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；

2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；

3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；

4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。

5.3对FGM的性能评价进行研究[2、13]

有必要从以下5个方面进行研究：

1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；

2）热绝缘性能；

3）热疲劳、热冲击和抗震性；

4）抗极端环境变化能力；

5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等

6结束语

FGM的出现标志着现代材料的设计思想进入了高性能新型材料的开发阶段[8]。FGM的研究和开发应用已成为当前材料科学的前沿课题。目前正在向多学科交叉,多产业结合,国际化合作的方向发展。

参考文献：

[1]杨瑞成，丁旭，陈奎等.材料科学与材料世界[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]李永,宋健,张志民等.梯度功能力学[M].北京:清华大学出版社.2003.

[3]王豫,姚凯伦.功能梯度材料研究的现状与将来发展[J].物理,2000,29(4):206-211.

[4]曾黎明.功能复合材料及其应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

[5]高晓霞，姜晓红，田东艳等。功能梯度材料研究的进展综述[J].山西建筑,2006,32(5):143-144.

[6]Erdogan,F.Fracturemechanicsoffunctionallygradedmaterials[J].Compos.Engng,1995(5):753-770.

[7]李智慧,何小凤,李运刚等.功能梯度材料的研究现状[J].河北理工学院学报,2007,29(1):45-50.

[8]李杨,雷发茂,姚敏,李庆文等.梯度功能材料的研究进展[J].菏泽学院学报,2007,29(5):51-55.

[9]林峰.梯度功能材料的研究与应用[J].广东技术师范学院学报,2006,6:1-4.

[10]庞建超,高福宝,曹晓明.功能梯度材料的发展与制备方法的研究[J].金属制品,2005,31(4):4-9.

[11]戈晓岚,赵茂程.工程材料[M].南京:东南大学出版社，2004.

[12]唐小真.材料化学导论[M].北京：高等教育出版社,2007.

[13]李进,田兴华.功能梯度材料的研究现状及应用[J].宁夏工程技术,2007,6(1):80-83.

[14]戴起勋,赵玉涛.材料科学研究方法[M].北京：国防工业出版社,2005.

[15]邵立勤.新材料领域未来发展方向[J].新材料产业,2004,1:25-30.

[16]自蔓延高温合成法.材料工艺及应用/jxzy/jlkj/data/clkxygcgl/clgy/clgy16.htm

[17]远立贤.金属／陶瓷功能梯度涂层工艺的应用现状./articleview/2006-6-6/article_view_405.htm.

[18]工程材料./zskj/3021/gccl/CH2/2.6.4.htm.

第9篇：电气工程研究热点范文

摘要：复合低温源热泵热水机组是利用空气、太阳辐射能等作为低温热源，制取热水的装置。介绍了该机组研究的内容、方法及进展，本文分析了所研制的空气源热泵热水机组的结构、特点及其测试结果。初步研究结果表明：复合低温源热泵热水机组由于其技术上的优势和节能的优点，将成为中小型热水供应系统的有很强竞争力的选择方案之一

关键词：复合低温源热泵热水机组 市场潜力 应用前景

0 研究背景

传统的生活用热水装置通常采用电锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉或家用电热水器、燃气热水器及太阳热水器等。这些装置的热效率低，一次能源消耗量大，不利于环境保护。太阳热水器初装费用较高，且受气候及安装条件的影响。热泵能够实现热量由低温向高温的传输，性能系数高。因此，作为热水制备装置，热泵系统得到了越来越广泛地应用。

热泵是通过做功使热量从低温的介质向高温介质流动的装置。热泵与制冷机的工作原理和过程是完全相同的，区别只在于应用的目的不同：制冷机的目的是从低温热源除去热量，或称得到冷量，如家用电冰箱、空调器等；通常称的热泵则以得到较高温度的热量为目的。但如何利用这一技术制取热水，尤其是如何利用空气与太阳辐射作为复合低温源来制取热水，还是一项有待开发和完善的技术。

复合低温源热泵热水机组是利用空气、太阳辐射能等作为低温热源，通过机械做功将这些低温源的热量传输到热水换热器，制取40℃～60℃的热水，其输出功率和输入功率之比（简称COP值）可达到4以上，即制取相同的热水，其耗电量仅是电热水器的1/4。复合低温源可最大限度的提高热泵的COP值，扩大其使用范围和区间。复合低温源热泵热水机组可克服电热水锅炉、燃油热水锅炉及电热水器等能效低、污染重的缺陷，效率大大提高。因此，这一技术节能、环保效益显著，利用再生能源，是能源转换及传输过程中的节能技术及低品位热能利用技术。

热泵的理论基础起源于19世纪关于卡诺循环的论文。直到20世纪20～30年代，热泵设备的开发工作才取得了较快的发展。当时，英国安装了第一台以空气为热源作热水供应和采暖用的热泵。1937年日本在大型建筑物内装备了以泉水为低温热源的热泵空调系统。1950年前后，英美两国开始使用地下盘管吸收地热作为热源的家用热泵的研究工作。由于石油危机的影响，热泵在70年代得到较大的发展。日本、瑞典和法国等国家生产了以室外空气为热源的小型家用热泵。英国和德国开发了与商业和公共建筑的热回收相结合的大型热泵装置。

近年来，我国在热泵技术的应用方面已进入快速发展阶段，尤其是空气源热泵的研究与应用进展较快。国内研究人员对太阳能热泵、水源热泵及地源热泵进行了应用研究和工程示范。这些对推动热泵在建筑供热空调中的应用起到了很好的促进作用。目前，复合低温源热泵供热技术与应用研究刚刚起步。

1 研究内容与进展 1.1 研发主要内容及方法

1.1.1 研发主要内容

我们校企合作主要研究复合低温源热泵热水机组中不同低温热源、热泵主机及热交换器之间的设计优化方法，开发复合低温源热泵系统的应用技术，研制、开发与复合低温源热泵产业化密切相关的商用复合低温源热泵热水机组、家用复合低温源热泵热水器及相关设备等。主要研究内容：

1)复合低温源热泵热水系统的基础研究：不同低温源换热器的设计计算方法及其优化；高温源热泵制冷剂特性研究；复合低温源热泵热水系统的仿真及其优化。

2)复合低温源热泵热水系统的技术开发：太阳能集热器、空气换热器及水－制冷剂热交换器的强化换热技术及其小型化技术；适合热泵热水系统的空调技术的开发。

3)复合低温源热泵热水系统的产业化：适用的家用复合低温源热泵热水器与商用复合低温源热泵热水机组的开发和生产；开发和生产适合复合低温源热泵热水系统的各种换热器；市场的培育和开发。

总体目标：建立和开发热泵主机换热器传热设计计算方法及计算机辅助设计优件；设计、研制复合低温源热泵热水机组样机并鉴定推广；产品通过国家相关行业许可认证并获得相应的专利及知识产权；建设复合低温源热泵热水供应示范工程，并达到比传统的热水供应系统运行费用降低30％以上。

1.1.2 研究方法

1）理论研究：在以前研究工作的基础上，提出适合不同低温热源及热水换热系统的热泵设计方法。根据不同的使用条件和应用范围，确定主机的设计选型。通过理论上的改进、对物理现象的深入分析以及计算机模拟的方法，解决好复合低温源热泵热水系统的优化设计问题。

2）实验研究：设计、制作、安装、调试热泵样机。主要包括各种换热器的设计、强化传热及本体的小型化；样机的各种参数测定；主机及其系统的优化设计。

3）工程应用研究与推广：设计、安装复合低温源热泵热水系统示范工程，研究开发相应的配件、设备及施工技术。

1.2 研究进展

1.2.1 机组构成

我们共同研制的第一台空气源热泵热水机组样机已完成。热泵式热水机组是由一个制冷循环组成，包括主机和冷凝器两部分。其中主机部分包括蒸发器、风扇、压缩机及膨胀阀；冷凝器为内放冷凝盘管的保温水箱。参见图1。制冷剂在蒸发器内吸收外部空气的热量，通过热泵循环在冷凝盘管内释放热量，加热水箱内的水。水箱的保温层采用闭孔橡胶海绵或聚氨脂发泡，且具有良好的保温性能。

1.2.2 机组特点

1）高效节能 ：该热水机组以空气为低温热源制取热水，耗电量仅为电加热器的1/3～1/4；同燃煤、油、气热水机组相比，可节省一半以上的运行费用。

2）环保无污染 ：该系统运行无任何的燃烧物及排放物，是一种可持续发展的环保型的产品。

3）运行安全可靠：整个系统的运行无传统热水器（燃油或燃气或电热水器）中可能存在的易燃、易爆、中毒、短路等危险，是一种安全可靠的热水系统。

4）使用寿命长，维护费用低：该机组的使用寿命长达15年以上；运行安全可靠，并可实现无人操作，全自动智能控制。舒适方便，自动化、智能化程度高，系统采用了自控恒温器，24h提供恒温热水。

5）适用范围广，不受气候影响：该热水机组可广泛应用于住宅、宾馆及公共建筑等场所的大中小热水集中供应系统；该系统的运行不受气候影响，可全天候运行。详见表1。

1.2.3 机组测试结果

对研制的机组进行了较为全面的测试。表2为机组的热水供应能力。该机组充分利用环境的热能，为用户提供生活热水。该系统全自动控制、分户计量集中显示，保证了各用户的准确计量收费。如配置保温水箱便可实现低电价时段运行。图2 为测得的机组性能曲线。从图中可以看出，随着室外温度的升高，机组的COP值也随之增大。当空气温度在6℃以上时，机组的COP值达到3已上。

2 应用前景 作为一种有效的节能绿色产品，复合低温源热泵热水机组将在我国建筑供热系统中发挥越来越重要的作用。复合低温源热泵热水机组能够在我国南、北方广大地区使用。复合低温源热泵热水机组因其具有运行费用低，性能系数高和无污染等优点，在众多的热水制备装置中，它也具有很强的竞争力。因此，作为供热系统的热水制备装置，复合低温源热泵热水机组将得到越来越广泛地应用。复合低温源热泵热水机组有着很大的市场潜力和广阔的应用前景。

复合低温源热泵热水机组作为商品在美国等发达国家已处于成熟期，但在我国才刚刚起步。其中一个重要原因就是我们对复合低温源热泵热水机组的应用研究还不完善，尤其是多种复合低温源对热泵各热交换器的设计、安装及运行影响的研究与总结几乎是空白。我们将及时总结设计、安装和运行调节等方面的实践经验，制定相应的技术措施，做好该项技术的推广应用和技术服务工作，使该供热系统成为安全、可靠、经济、有效的热水供应方式之一。通过工程应用，不断改进产品性能，提高能源利用率。

但同时也应该注意到，复合低温源热泵供热技术使用的材料、设备及相关技术等与传统的制冷空调系统无大的区别，热泵主机、热交换器等设备也可产品由相近的企业加工生产。因此，复合低温源热泵供热技术的应用，将使一批企业投入到这一产业中来。相关材料、设备的产业化，将大大降低复合低温源热泵供热技术的初始投资，进而有效地促进该项技术的普及应用。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，生活用热水已成为普通百姓的基本需求，热水供应业已成为公共建筑尤其是宾馆酒店的必备系统，市场前景十分广阔。而复合低温源热泵热水机组由于其技术上的优势和节能的优点，将成为中小型热水供应系统的有很强竞争力的选择方案。