基于工程教育专业认证的核反应堆控制课程教学改革——以西安交通大学为例

工程教育专业认证的理念主张注重对学生能力的培养和实际问题的解决,关注产出和持续改进,基于该理念,文章探讨了核反应堆控制课程的教学改革。这个改革以西安交通大学为例,对课程的培养目标和现状进行分析,梳理目前存在的主要问题,开展案例教学和项目讨论相结合的改革实践,强化以学生为中心的理念,注重开展启发式讨论,强调虚拟仿真技术在核反应堆控制课程教学中的作用,在教学实践中践行工程教育专业认证的理念。

西安交通大学核电厂系统与设备课程教学研究与实践

核动力系统与设备是核工程与核技术专业最重要的一门专业核心课程。西安交通大学在核动力系统与设备课程教学方面进行了改革和尝试,不断更新教材内容,将优势科研和学术前沿研究融入教学,采用多媒体及虚拟现实多种教学手段,建设了核电设备模型展室,并与多个核电厂联合成立了学生课外实践基地,通过多管齐下的手段让学生更好地掌握枯燥乏味的核电系统设备知识,教学效果较为显著。相关措施可为其他开设该课程的高校同仁提供参考。

动力工程多相流国家重点实验室研究进展

1 实验室概况 动力工程多相流国家重点实验室是在西安交通大学多相流与传热研究室的基础上,于1990年2月由国家计委批准开始建设,于1992年12月建成并通过国家验收,从1993年起正式对外开放.

热能与动力工程专业的虚拟仿真实验教学实践

热能与动力工程专业主要为火力发电机组的设计、运行、管理、维护等培养专业技术人才。考虑到火力发电系统的高温高压特性,而实体实验平台建设成本高、安全保障难度大,中心采用虚实结合的方式进行实验教学,针对当前火力发电行业对高端技术人员培养的现实需求,建立了火电厂三维虚拟现实仿真、开放式GSE仿真分析和STAR-90仿真等实验教学平台,设计了基础理论学习、专业技能训练和前沿技术研究三个层次的虚拟仿真实验教学项目,内容由浅入深、由点及面,为更好地实现新工科形势下该专业人才培养奠定了坚实基础。

新工科背景下的能源环境工程专业实验教学改革探索与实践

根据新工科人才培养的要求,西安交通大学能源环境工程专业通过构建以优化实验课程结构和丰富教学资源为核心的四层次实验教学体系,完善教学方法和考核评价体系,有效激发了学生对专业实验的兴趣,提高了学生的自主实践能力,培养了适应社会需求的环境类应用型人才。

从高等工程教育的发展谈大学生创新能力的培养

21世纪是竞争与机遇并存的时代 ,人才的竞争是其主要特征和焦点。高等工程教育发展的目标是培养具有开拓精神、创新能力和应变能力的高级工程技术人才 ,创新能力的培养是高等工程教育的灵魂 ,它不仅是社会发展的需要 ,而且也是参与竞争人才的内在需求 。

能源可持续发展的管理信息势:势科学暨信息动力学视角

动力学机制的内在逻辑是由微分方程表达的以导数为核心的动力学模型。由于"导数"与"信息"2个概念之间存在着内在的统一性,而且通过"势"概念的逻辑定义和理论研究,可以揭示出信息的导数本质,进而可以给出信息力的科学定义。在此基础上,从"能→力→势"的符号逻辑中,研究能源动力学函数的逻辑表达,从而为中国新能源产业战略研究开辟一条基于信息动力学研究的科学化路径。

能源工程的发展与展望

阐述了能源科学对国民经济发展的重要性,指出能源科学今后的发展方向是提高煤炭、石油、天然气利用效率,采用洁净煤技术,开发利用清洁能源与可再生能源;同时应采取有力措施研究能源新技术,为人类创造优美、洁净、和谐的生态环境,为中国经济可持续发展建立重要的物质基础。

聚甲氧基二甲醚-2燃烧动力学模型及试验研究

采用试验研究与动力学建模相结合方法,对聚甲氧基二甲醚-2(polyoxymethylene dimethyl ethers-2,PODE_(2))的中低温燃烧特性进行了研究。基于二甲氧基甲烷(dimethoxymethane,DMM)详细反应机理,遵循基于反应类的速率准则构建了PODE_(2)详细化学反应动力学机理,并与文献试验数据进行了验证;在快速压缩机试验平台测量了PODE_(2)在温度范围为550~900 K,当量比为0.5、1.0、2.0时着火延迟时间,结合所构建的详细反应机理,对PODE_(2)中低温条件下自着火过程控制因素进行了分析。结果表明,所构建的PODE_(2)反应机理可以很好地再现试验测量的着火延迟时间,对文献中现有的试验数据均能给出合理的预测。PODE_(2)自着火过程呈现明显的两阶段着火现象,没有表现出负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)行为;PODE_(2)第一阶段着火延迟时间在低温段随温度呈线性变化,在720~820 K的中温范围内呈“平台”状,几乎不随温度变化。PODE_(2)低温反应活性来自于3个替代性通道,由氧加成反应开启的典型低温链分支反应序列作用被抑制。

煤矿开发建设中的能源系统工程研究方法

本文综述了能源系统工程研究方法在煤矿开发建设中的应用,并对我省陕西北部产煤区如何利用能源系统工程研究方法,制订长远的合理开发利用规划提出了初步设想。一、前言能源系统工程是运用系统工程的原理和方法研究能源问题的科学。能源系统工程运用系统思想分析能源问题,综合多学科知识分析复杂现象中各种因素的内在联系,然后建立它们之间的定量关系,并由此建立综合性的运筹学模型,借助电子计算机寻找解决复杂问题的最优方案。

兆瓦级高效紧凑型核动力系统运行特性研究

为研究兆瓦级高效紧凑型核动力系统的运行特性,使用自主开发的热管堆瞬态分析程序TAPIRS(Transient Analysis code for heat Pipe and AMTEC power conversion space Reactor power System)和超临界二氧化碳布雷顿循环的瞬态分析程序SCTRAN/CO_(2)(Super Critical reactors Transient Analysis code/Carbon Dioxide)的耦合程序对其反应性、负荷、冷却水温度和流量等扰动进行了开环动态响应分析,并据此进行了控制系统设计。在此基础上,对线性变负荷、阶梯式变负荷以及甩负荷这三种变负荷运行工况进行了计算分析。结果表明:该核动力系统的转速对扰动的变化较为敏感,需要加以控制;低负荷下旁通会使压缩机流量上升,需对压缩机流量加以控制;系统在控制方案下能以6%FP(Full Power)·min^(−1)的速度实现0%~100%的负荷变动,且可以在任意负荷水平下运行;甩负荷下系统的波动时间变长,但是仍可达到新的稳态进行工作,且各参数处于安全范围内。本研究可为新型核动力系统的概念设计提供参考。

《新能源汽车与无人驾驶革命》课程思政教改实践

新能源汽车与无人驾驶是当代备受关注两个的热点领域,其快速发展过程是我国实现中华民族伟大复兴的一个重要组成部分。本课程密切贴合时代需求,从能源、汽车与无人驾驶等多个方面出发,对各个行业的发展历程及其相互融合过程进行综合梳理,在“宽基础薄专业”的大学教学改革理念下,大幅扩充本课程的教学内容范围,大幅增强思想政治教育功能。通过强化能源与人类文明的发展关系,将能源安全、能源理论、气候变化、粮食安全、大国博弈、科技革命、产业升级等九大社会与科学重大问题有机地统一起来,通过多种教学手段,使学生系统地从人类历史发展及国家战略的宏观层面到技术理论的微观层面均产生崭新的认知,培养具视野宽广、思维创新、信念坚定、能力突出、有坚定共产主义理想的新时代科学工作者。

面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环高级[火用]分析

针对常规[火用]分析方法不能揭示部件总[火用]损中那部分是由自身不可逆性造成的以及有多少可以通过优化而避免的问题,对面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环进行了高级[火用]分析,找出[火用]损来源,探究部件真实提升潜能。首先,从热力学、经济与紧凑性3个角度对回热式循环余热回收系统进行了多目标优化,进行了热经济与常规[火用]分析;继而,将每个部件的[火用]损细分为内源可避免、内源不可避免、外源可避免与外源不可避免4部分,进行了高级[火用]分析;最后,比较了常规[火用]与高级[火用]分析结果,揭示了常规[火用]分析方法的局限性。结果表明,经优化后系统净发电量、平准化度电成本与单位功率面积分别为6.24 MW、4.48美分/(kW·h)与0.19 m^(2)/kW;回热器总[火用]损率最高,约为36.7%。由于关键设备技术限制,系统极限[火用]效率相比理想工况低约7%,系统总[火用]损主要由部件自身不可逆性产生,其中有42.9%可通过部件改进而减少。在不同燃机工况下,透平具有最高的内源可避免[火用]损率。

超临界循环流化床锅炉水冷壁吸热偏差计算及深度调峰水动力特性

超临界循环流化床锅炉在深度调峰过程中受热负荷及质量流速变化的影响容易出现管壁拉裂、超温爆管等安全问题,故有必要对锅炉深度调峰负荷时热偏差系数、水动力特性进行计算研究。该文根据超临界循环流化床锅炉水冷壁及水冷屏结构,建立水动力计算数学模型并运用实炉测量数据计算实炉热偏差系数,对310及110MW负荷实炉热偏差系数进行计算,并采用110MW负荷实炉热偏差系数对120及70MW(深度调峰负荷)的水动力进行计算,将120MW负荷时的出口汽温计算结果与实炉测量数据进行对比验证,对70MW深度调峰负荷水动力计算结果进行分析。结果表明:循环流化床锅炉高低负荷时热偏差系数分布规律不同,在相近负荷时炉膛热偏差系数呈现出一致性,并且锅炉在70MW深度调峰负荷时,锅炉能安全稳定运行。深度调峰负荷时循环流化床锅炉吸热偏差系数及水动力特性的计算研究,为现有火电机组进行灵活性深度调峰优化改造提供一定的理论基础。

超临界水甲烷制氢的分子动力学研究

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(CH_(4))在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时程和重要反应通道占比的影响,量化分析了反应温度、反应压力、CH_(4)质量分数对超临界水相反应中CH_(4)消耗路径和H_(2)生成反应的影响规律。仿真结果表明,CH_(4)在超临界水中氧化可转化为H_(2)、CO及少量C基中间体,H_(2)O+—H→-OH+H_(2)是贡献H_(2)生成的主导反应,反应过程中—OH自由基和—H原子的相对数量显著影响H_(2)产量。降低反应温度和压力对CH_(4)主要氧化路径影响较小,但H_(2)净产量增加;降低CH_(4)质量分数,H_(2)净产量先增加后减少,存在“最佳质量分数”。研究结果可为优化煤-超临界水气化过程中挥发分组分高效制氢方案提供参考。

甲烷掺氢燃料反应动力学特性分析及机理验证

燃气轮机燃用天然气-氢气混合燃料可以大幅降低碳排放。为了研究天然气在不同掺氢比时的燃烧特性,利用Cantera开源程序对其基本反应动力学特性开展研究,计算常压和典型F级燃气轮机运行条件下不同掺氢比时混合燃料的层流火焰速度、点火延迟时间等基本反应动力学参数。分析8种反应机理计算获得的火焰位置、温度场分布、主要燃烧产物(CO_(2)和H_(2)O)、中间燃烧产物(OH基和CO)和微量燃烧产物NO的浓度分布,并与悉尼大学天然气-氢气混合燃料(体积分数50%H_(2)+50%CH_(4))模型燃烧室实验数据进行比较。结果表明,采用DRM22、USC2、Kee以及Miller-Bowman机理计算获得的混合气体燃烧特性与实验结果吻合,耦合加州大学单独的氮氧化物机理后所获得的NO_(x)排放值也具有较高的计算精度。结果可为氢燃料燃气轮机燃烧室性能的后续研究提供理论依据,为氢燃料燃气轮机的安全运行奠定基础。

350 MW超临界锅炉低负荷深度调峰水动力实炉测试与计算分析

能源的可持续发展使得深度调峰成为火电发电技术中至关重要的部分,为分析深度调峰时超临界燃煤机组锅炉的灵活性改造能力及水冷壁系统的水动力安全特性,针对某350 MW超临界螺旋管圈锅炉的结构特征,基于流动网格系统法,将复杂水冷壁系统划分为流量回路和压力节点,结合三大守恒定律和传热关系式建立了求解超临界锅炉水动力特性的非线性计算模型。在实炉测试的基础上,反推计算26.3%BMCR(92 MW)负荷下沿炉膛宽度方向的实际吸热偏差分布,并将程序计算得出的上炉膛出口汽温和系统压降与实炉测量数据对比,验证了模型的可靠性。在实炉测试研究的基础上,分析了20%BMCR(70 MW)深度调峰负荷时水冷壁的节点压力和回路质量流速分布、工质出口汽温偏差和管壁温度沿炉高方向的变化趋势,并对流动不稳定性进行校核计算。计算结果表明:该超临界螺旋管圈锅炉在20%BMCR深度调峰负荷运行时,系统总压降为0.6037 MPa,上炉膛最大出口汽温偏差为29.4℃,最大外壁温度为381.1℃,最大鳍端温度为383.4℃,壁温和鳍片温度均在材料许用温度范围内,保证了20%BMCR深度调峰负荷运行时的水动力安全可靠,且流动稳定性良好。

液态金属冷却快堆子通道分析软件SACOS-LMR研发与工程应用

子通道分析方法是反应堆堆芯设计和热工水力分析的重要手段之一,对于我国提出的压水堆-快堆-聚变堆三步走核能发展战略,开发适用于液态金属冷却快堆热工安全分析的子通道分析程序具有重要意义。本文基于西安交通大学热工水力研究室自主开发的压水堆子通道程序SACOS,通过添加液态金属快堆特有的模型,如绕丝模型、盒间流模型、液态金属对流换热模型等,扩展至适用于液态金属快堆的子通道分析程序SACOS-LMR,该程序具备对液态金属快堆组件开展稳态和瞬态热工水力分析的功能。结合卡尔斯鲁厄开展的37棒钠冷瞬态实验,完成了SACOS-LMR程序的瞬态功能验证。基于验证后的SACOS-LMR程序,对欧洲铅冷快堆(ALFRED)堆芯开展了稳态工况和瞬态事故工况下的热工安全特性分析,计算结果合理,且与同类程序保持一致,表明SACOS-LMR程序可用于液态金属快堆的堆芯设计和热工水力分析研究。

O_(2)/CO_(2)条件下半焦-生物质的混燃特性及动力学分析

半焦与生物质在O_(2)/CO_(2)条件下混燃是实现碳基燃料清洁高效利用和碳减排的重要途径,准确掌握其混燃特性及动力学特性尤为关键。通过热重分析和正交实验研究了半焦与三种生物质(稻壳、松木、核桃壳)在O_(2)/N_(2)和N_(2)/CO_(2)气氛下混燃的燃烧特性、交互作用及反应动力学。结果表明:O_(2)/N_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火和燃尽特性,O_(2)/CO_(2)气氛下掺混生物质可改善半焦的着火特性,但会延迟半焦的燃尽。半焦和生物质在主燃区存在明显的交互作用,该作用显著提高了混燃反应性和燃烧强度,降低了着火活化能。生物质掺混比增大,燃烧特性指数提高,混合燃料低温区的活化能E_(1)和高温区的活化能E_(2)均逐渐降低;掺混生物质为松木时,混燃特性最好,掺混生物质为稻壳时,混燃特性次之,掺混生物质为核桃壳时,混燃特性再次之。与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下的综合燃烧特性指数降低,E_(1)和E_(2)都提高,提高O_(2)/CO_(2)气氛中的O_(2)体积分数可小幅改善燃烧特性。燃烧气氛对燃烧特性和活化能的影响最显著,生物质掺混比的影响次之,掺混生物质的种类的影响最小,但若只考虑O_(2)/CO_(2)气氛的O_(2)体积分数变化,燃烧气氛对混燃特性的影响很小。

甲醇高压热解和氧化的实验及动力学研究

利用流动反应器对甲醇的高压氧化及热解特性进行实验研究,在此基础上对已发表的甲醇化学反应动力学模型进行验证,并对宽裂解度范围的甲醇裂解气氧化特性进行模拟。研究结果表明:高压可以有效促进燃料的氧化;掺混甲醇裂解气可以有效降低甲醛的排放量。甲醇及其裂解气产生的活性自由基加快了燃料的化学反应速率,通过HO2自由基间接控制了下游链分支反应,生成大量OH自由基,改变了甲醛消耗路径中各反应的敏感性系数。