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关键词:回转式空气预热器 折算压差 清洁因子
中图分类号:TM621.2 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2013)005-046-02
1 前言
回转式空气预热器是位于锅炉尾部烟道的低温受热面,相比于管式空气预热器,回转式空预器具有结构紧凑,节省钢材与场地,安装布置方便等优点,因而在大型电站锅炉中被广泛采用。但是由于其结构的特殊性,造成容易发生积灰,过量的积灰将造成传热恶化,增大阻力,严重时会造成受热面堵塞,使锅炉出力下降甚至造成停炉事故。
实践发现,相比于锅炉的其他受热面,回转式空气预热器的运行状况受积灰影响更为明显,而且需要进行更多的吹灰,因此及时的对回转式空气预热器受热面进行吹灰清扫操作,对维持其正常运行是非常重要的。传统的吹灰操作是按照运行规程规定,定时定量进行吹灰,同时,在必要的时候可根据运行人员凭借经验对吹灰频率进行微调。这种吹灰方式主观因素影响大,缺乏可操作性。不适当的吹灰除了会消耗大量的蒸汽,造成热量浪费外,还会损伤受热面,缩短其寿命。因此空预器受热面积灰状态监测对优化吹灰操作是非常有必要的。
监测积灰状态的核心是受热面清洁因子的计算,本文结合空预器的结构特点,建立了清洁因子计算模型,使用某燃煤电站330MW锅炉运行数据进行验证,结果显示该模型能反映空气预热器积灰状态,同时指出了现有吹灰策略存在过吹和吹灰不及时现象。
2 折算压差模型
运行经验表明,空预器吹灰前后烟气温度变化不大,利用传热特性来计算清洁因子难以反映积灰状态。回转式空预器的结构决定了,积灰后,其流通截面变小,烟气流速加快,受热面壁面粗糙度变大,流动阻力增加。因此,通过流动特性计算清洁因子是可行的。
3 模型验证和分析
某330MW燃煤电厂使用两台型号为LAP10320/2300的回转式空气预热器,每台空预器均配有两台吹灰器,一台位于烟气入口(蒸汽),一台位于烟气出口(双介质)。每台吹灰器上均配有半伸缩式吹枪,使用过热蒸汽或过热蒸汽和高压水作为吹灰介质。运行规程规定,每个运行班(6个小时)吹灰两次。
从机组历史数据库中随机抽取一天的数据对模型进行验证,选取该日期前后各5天中计算得到的最小折算压差作为空预器在清洁状态下的折算压差进行清洁因子计算。一天中清洁因子的计算结果见图1,可以发现,在清洁因子较小,即积灰比较严重的时候进行吹灰,清洁因子有较为明显的上升,之后慢慢回落。在清洁因子较大的情况下,回落速度较快,之后随着积灰增加,空预器受热面上的灰被烟气带走的速率增加,飞灰落到受热面上的速率和被带走的速率趋于一致,积灰速率变慢,清洁因子下降趋势减缓,模型计算结果基本符合预期。
研究发现,现有的吹灰策略并不经济,出现了吹灰过多和积灰严重时不及时吹灰现象。从图1可以看出,在1:25和2:54进行的两次吹灰时间间隔过短,此时受热面积灰较少,吹灰效果并不明显;8:22和13:20的两次吹灰则由于吹灰时间间隔较长,受热面上积灰较多,吹灰前后清洁因子有较大的提高,吹灰效果明显,但是空预器长时间工作在积灰严重的工况下,可能从某些方面影响了机组运行的安全性和经济性。
锅炉在运行过程中,受到各种不稳定因素的作用以及热工参数测量设备存在较大测量误差,尽管加入了取平均等滤波处理,计算清洁因子存在小范围的波动和部分异常的变化趋势仍不可避免,需要对模型进一步完善。同时在积灰监测的基础上,如何建立安全经济的吹灰规程也是需要进一步研究的问题。
4 结论
折算压差模型可以帮助运行人员直观地监测回转式空气预热器受热面的积灰状态,指导其进行安全经济的吹灰,避免过吹,造成蒸汽浪费和设备磨损或吹灰不及时,影响设备运行。
参考文献:
1热点因子计算方法
热点因子计算方法主要有3种:乘积法、统计法和混合法。乘积法是指把反应堆内可能出现的各种最不利因素连乘起来;该方法过于保守,不利于提高反应堆的经济性。统计法是指把反应堆内可能出现的各种不利因素的变化看出按统计规律分布,然后再按统计规律去综合各参数对计算参数的影响;这样的计算结果有一定的超过设计限值的概率,在一定程度上不利于反应堆的安全。混合法是介于上述两种方法之间的一种方法,它把与元件加工、装配等有关的参数当做统计分布,这些参数先按统计法处理得出一个热点因子,然后再与其他热点因子连乘,最后得到一个总的热点因子。为了保证反应堆的安全,同时提高反应堆的经济性,混合法是最好的分析方法。本文采用混合法对多层套管元件的工程热点因子敏感性分析。
2HFETR热点因子计算
2.1燃料元件热工分析
燃料元件盒表面的名义壁温可表示成。
2.2工程因子
为了对贮存水池的散热能力进行计算,必须对贮存水池内的现有热源进行统计,给出不同储存历史的乏燃料元件剩余释热。选用“魏格纳-韦”经验公式对水池内的乏燃料元件剩余释热计算。王家丰等于1979年根据元件加工标准、有关的热工水力试验结果及运行定值等确定了HFETR的热点因子[1](简称为“1979版”)。根据现目前反应堆运行测量技术、HFETR燃料组件技术条件[2-6]、HFETR热工计算方法[7-8]等方面,提出一套新的工程因子(简称为“2013版”)。“2013版”对不确定的参数沿用以往的值,与1979年的工程因子的比较见表1。
2.3计算结果比较及分析
2.3.1各层燃料元件最高壁温计算结果比较以HFETR85-II炉各燃耗步中最大盒功率的燃料元件为分析对象,反应堆运行功率为75MW。设定一次水入口水温45℃,燃料元件入口平均流速6.74m/s。首先利用HFETR带肋多层套管元件流场及温度场数值模拟程序CASH计算得出燃料元件名义参数,再以此为输入,利用GCYZ程序对燃料元件壁温的工程因子温升进行计算。两套不同的工程因子附加温升及各层燃料元件最高壁温见表2。由计算结果可以看出,修正后的工程因子加温升较以前降低,平均小6.02℃,而最大壁温处的工程因子附加温升可降低6.83℃。可以看出,以往所考虑的工程因子是偏保守的。
2.3.2HFETR85-II炉燃料元件热工计算比较根据物理计算结果,计算出不同燃耗棒位下的热盒元件运行功率下壁面最高温度,以及根据HFETR元件稳态工况下的热工设计准则,计算出不同燃耗棒位下当燃料元件包壳最高温度达到190℃时,热盒元件及相应的HFETR堆芯允许运行功率(表3)。表3中PB为元件盒功率。为反应堆最大允许功率。由计算结果可以看出,修正工程因子后不同燃耗棒位下的热盒元件运行功率下壁面最高温度的工程因子附加温升较以前降低约5.8℃,各不同燃耗棒位下HFETR堆芯允许运行功率提高约5MW。
3结束语
关键词:气动力;工程估算;自动处理;Matlab应用
1 前言
在飞机研制设计方案初期,由机初步设计方案的参数需要经常调整,而通过风洞试验和数值计算获取飞机气动力参数比较耗时,难以在较短时间内跟上参数调整的步伐,工程估算方法能够快速得出飞机不同气动布局的主要气动特性,以便通过反复迭代来对方案进行优化设计,因此工程估算在这期间占有比较重要的地位。然而,当前使用的工程估算的计算方法已经严重落后,没有最大限度展现出它在飞机方案设计阶段所具有的优势,其中主要问题在于:
1.1 目前采用的工程估算方法耗费的时间太长:工程估算的计算公式主要来源于大量风洞试验结果和前人经验总结,大部分属于半经验公式,计算过程中很多的气动参数要查阅图表,根据目前型号飞机的工程估算来看,提供一套完整的飞机气动导数,至少要查300个左右的图表,一个熟练的设计人员将近75%的时间耗费在查图取数上面,极大浪费了人力。
1.2 计算的结果累积误差较大:查表取数的过程中,图表网格稀疏,数据取值存在误差,并且不同设计人员从图上读到的数据也存在差异,而飞机的气动导数是相互联系相互影响的,前面导数的计算误差对后续导数的计算有很大的影响,这种误差的积累造成计算结果精度较差。
1.3 计算结果重复性不高:一方面,由于计算公式没有固化,因而同一总体参数下不同期的计算结果可能存在差异,另一方面,同一设计人员在不同时间的查图所得数据也存在差异。
出现这些问题的根源就是没有形成一套完整的自动化处理软件或者计算程序,结合目前的实际情况,文章基于Matlab等一些工程应用软件,提出一种方便、有效、快速实现对飞机气动力工程估算自动处理的方法。
2 实现工程估算程序化处理的方案流程
计划方案如图1。
图1 工程估算程序化处理方案的流程示意图
方案流程说明:第一步,建立整体方案的标准化库,由于整个方案实现的子程序和涉及的飞机气动力参数很多,为了便于设计人员相互协作并且使程序调用参数方便,在方案实施开始阶段要统一规定数据存储方式、各全局变量符号的定义、功能函数的命名方式等。第二步,开始对所有的曲线图表数字化,每条曲线存储为二维数组,同一图表的曲线统一存储在一个结构变量名下,最后根据命名规则存储为数据文件。第三步,编写查图所需参数的子函数,调用图表数据文件并根据曲线形态编写插值函数,然后存储为标准的M文件;然后根据飞机气动特性分类,根据参考公式和适用范围,编写每部分的子函数。第四步,对主程序的主要部分分别定义,做到计算状态、参数输入、计算方式的定义都通俗易懂,然后对程序各部分调试,验证程序运行无误并且没有冲突。第五步,对结果输出格式进行描述,调用曲线绘图等功能。第六步,后期处理工作,主要是编写可视化界面,方便结果的输入和输出,对飞机的气动特性有更直观的描述。
3 实现过程
3.1 图表曲线的数据化处理
由于工程估算需要查阅大量图表,因此首先解决的是联合getdata、Excel、Matlab软件的功能实现图表曲线的数据化过程:利用getdata软件主要利用它的自动取点功能,Excel可以将取到的数据点进行单调排序,利用Matlab读取数据并存储统一格式。以飞机机翼零升阻力估算时的升力面修正因子的经验曲线为例,它是马赫数和机翼最大厚度线后掠角的函数,数据化建模的过程如下:
3.1.1 把图像保存为.BMP位图文件,然后导入getdata软件,利用getdata软件定义好纵横坐标,利用它的自动取点功能把每条曲线转化成二维数组。得到的二维数组一定保证X坐标为单调函数(可以借助EXCEL的升序排列功能)。
3.1.2 在Matlab中建立图表数据的结构变量,例如:curve(M1,M2,M3,M4),假设M1, M2, M3, M4分别表示M1=0.25,M2=0.6,M3=0.8,M4=0.9的四条曲线,通过把取点得到的四个二维数组分别赋值给curve.M1,curve.M2,curve.M3,curve.M4。
3.1.3 利用Matlab的SAVE功能将结构变量存储为数据文件,例如:save curveXXX.mat curve(具体运用时可根据图表编号来命名,方便查找)以便以后的程序直接调用取值。
3.2 建立曲线取值的子函数
建立图表数据库后,还要从数据库中准确查找所对应的参数,才能达到精确取值的目的,根据2.1节建立的数据文件,如果给出最大厚度线后掠角?撰t/c,max和马赫数M,这就需要从curveXXX.mat文件中检索出所对应的RLS值。由于原始图表里面只有四条曲线,相对应只有四个二维数组,如果要查找任意马赫数下的RLS,那么唯一的办法就是插值,插值的具体方法可以用两点线性插值,三点线性插值或者非线性插值,选用什么方法根据曲线形态来决定。如果这些都写到主程序,那么会造成不易修改而且容易出错,为避免程序臃肿,可以使用Matlab的特色功能,建立一个曲线取值的功能函数。这个功能函数(M文件)可以供任何子函数调用。
3.3 创建分块函数
根据飞机气动力工程估算主要内容,可以根据飞机的气动特性分类建立分块函数,如升力特性、阻力特性、俯仰力矩特性等;也可以根据飞机部件来定义,例如机翼气动特性、机身气动特性、尾身组合体气动特性等。分块函数是互不干扰,可以互相调用彼此结果。以升力特性计算为例,其创建过程为:
3.3.1 定义函数function[Cy0,Cymax,C■■,?琢0,…]=ShengLiTeXing(bA,l,S,…),其中括号里面Cy0,Cymax,C■■,?琢0表示函数返回值,也就是要计算的气动导数方面输出,可根据需要进行添加;小括号里面bA,l,S表示变量名,也就是需要输入的飞机总体参数。
3.3.2 编写各气动导数的计算过程,例如需要查图1的曲线数值,那么可以直接调用子函数RLS=curve(M,?撰t/c,max)读取数据。
3.3.3 将计算的各参数结果统一存在规定格式的文件中,方便其它函数调用数据。
3.4 主程序运行示意图
前面建立很多各部分子函数和分块函数,其主要目的是简化主程序行数,方便输入,方便读写,复杂部分均写成了函数,让没有使用过Matlab的设计人员也能够娴熟调用函数并进行计算,以图2为例,主程序仅包含四个部分内容:
3.4.1 标号1部分的主要功能是进行计算空间的内存清理和所有计算方法的来源(参考资料),这部分不需要改动,仅供分析计算结果时参考;
3.4.2 标号2部分是计算状态输入和说明,包含飞行马赫数、飞行高度、大气运动粘性系数等,和所要计算的飞机飞行状态密切相关;
3.4.3 标号3部分主要是飞机主要几何参数输入,例如机翼形状参数,机身外形参数以及尾翼外形参数等,此处要求参数尽可能简化,中间参数不需要输入,具体输入参数需求根据计算内容而定。
3.4.4 标号4部分为主要的计算内容,根据需要计算的气动导数来调用相关函数,也可以在此对所需要的气动导数进行输出。例如,需要查看全机的C■■,那么仅需要输入C■■即可在Matlab主程序的运行状态栏即可看到C■■的输出结果。
4 界面可视化
根据前三节实现了气动力工程估算的自动处理的整个过程,并且程序也能够被不熟悉Matlab的人员操作使用,但存在参数输入不方便,容易对总体参数的输入产生错误,并且输出结果不便查找(需要对照符号表查找计算的导数符号)数值,输出不直观等问题。因而,需要对整个方案进行后期的可视化封装,这不仅使界面明了清晰,并且还可以对计算结果进行特定处理,更加直观体现飞机的气动特性。
4.1 参数输入功能:建立参数输入对话界面,通过中文文字说明,参数输入过程将不再需要和符号一一对应,这不仅减小了人为的输入错误,也提高了效率。
4.2 计算与数据输出: 参数输入完成以后,即可点击开始计算,默认状态下时将把可能计算的所有气动导数完全计算,实际编写程序时可加入对特定的导数进行计算。计算完成后可以将计算结果按已设定好的数据格式进行输出。
5 结束语
飞机气动力工程估算是飞机气动布局设计的一项重要工作,它的发展关系飞机气动布局设计的时间和成本。文章通过Matlab软件,提供了一种飞机气动力工程估算程序化自动处理方法,对存在的主要技术问题提供了解决的办法。这种工程估算程序化自动处理方法在XXX飞机气动力工程估算的过程中实现部分应用,体现出了高效、快捷的特点,并且计算结果的重复性精度很高。不足之处是功能还不是很强大。参考国内外同行在这方面的经验,基于文章基础,可以在后续工作将逐步加入结果分析、参数优化设计等功能,为设计人员提供一个较为完善的计算处理软件。
参考文献
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[3]谭浩强.C++面向对象程序设计[M].北京:清华大学出版社,2009.
[4]达恩・亨赛尔曼.精通Matlab[M].西安:李人厚,等译.西安交通大学,1997.
作者简介:陈春鹏,男,工程师,研究方向:飞机气动力设计。
论文摘要:电力类高职学院学报具有自身的独特性,应强调专业特色,文章对建设有电力特色的品牌学报进行探讨。
随着高职院校数的增加,高职学报数在不断增加。据笔者不完全统计,全国高职高专学报已有540余种,其中电力类高职高专院校学报仅12家。虽然大部分为具有雄厚基础和实力的刊物,在各省优秀高校学报中也占有一席之地。但学报要想成为全国高职学报中的一朵奇葩、一个亮点,需进一步强调特色,全方位提高学报的质量,正确定位,不断创新,将学报打造成具有电力学院特色的学报,才能成为精品学报、品牌学报。
1电力类高职高专学报有其自身的独特性
1.1行业性
电力类高职高专院校通常是以工科为主,工、管、文、财等学科相结合的省属普通高等学校,大多数学院隶属于地方电力公司,业务上接受教育厅指导,其办学指导思想主要是面向地方、面向电力行业,培养地方和系统内急需的应用型、技能型专门人才,直接为地区经济建设服务。因此,学报应结合学院的办刊宗旨,立足电力系统,使行业性成为学报的特色。
1.2应用性
本科高等学校学报通常把学术价值放在第一位,但高职学报应结合高职学院重实践、重基本技能和技术应用能力培养的办学宗旨在重视学术价值、不排斥高尖技术外,更多要求是应用性,需要覆盖面广,兼容各门各类层次的适用技术,以便直接为当地经济建设和当地政府决策服务。这一点无疑要成为学院学报的“重头戏”,所以“应用性”是学院学报选题和栏目编排的重点。根笔者统计,在高职学院学报2006年自科版刊发论文中,应用技术方面的论文约占总数的75%,这个比例充分证明应用技术方面的文章在高职学报中占有的份量。以我院学报为例,2006年全年刊发的128篇论文中,电力系统、动力工程及电力发展论坛、电力企业管理类论文60篇,占总数的47%;在全年刊发论文的178位作者中,省内作者高达126人。学报的行业性、地方性可见一斑。
2求是创新,打造有电力特色的品牌学报
2.1设置特色栏目
我国现代著名的出版家邹韬奋先生很重视报刊的个性和特色,他曾经说过:“没有个性和特色的刊物,生存已成问题,发展就更没有希望了”。邹先生将刊物的个性特色提高到存在与发展的高度,并将特色作为衡量刊物力度的标志。一个刊物,尤其是学术期刊,应特别重视和倡导个性特色的形成。
电力类高职学报的办刊宗旨是坚持为教学、科研服务,为电力行业的发展服务。要办出自己的特色,学报自然科学版在栏目设置上紧紧结合学院所办专业性质,突出技术应用性,要将电力工程、动力工程设为特色栏目;社会科学版将电力企业管理、电力发展论坛设为特色栏目。这些栏目是固定常设的,相应的稿源较丰富,且理论联系实际,主要反映应用研究成果,有利于形成以学科专业建设与发展为重点的学术氛围。这些栏目特色鲜明且独树一帜,读者反响热烈,论文的下载率和引用率较高。
随着国民经济的迅速发展,电力行业与其他行业的关系日益紧密,因此有关电力供应、电力价格等敏感问题越来越受到关注。电力类高职学报应考虑增加“电力市场”栏目,以适应电力发展的需要,适应社会发展的需要。据笔者调研,目前该栏目在电力院校学报栏目中尚为空白。
客观地分析,自2004年夏季的“电荒”波及到全国各行各业和人民生活后,未来的10年内电力这个原本应该提前出发的“先行官”,一定会迈开大步,奋力赶超至其他行业的前头,以保证经济的正常发展。
因此有关电力方面的各类政策性研究课题、技术类研究课题会很容易地得到资金赞助而获得批准,自然也就有相当多的论文伴随着课题的进展和完成而诞生。多发表与学报的专题化栏目选题一致、高级别课题类稿件,是扩大学报的社会影响和知名度,提高学报学术质量的有效措施。另一方面,在我国,专门设置与电力相关栏目的学报屈指可数,除几所电力学院外,只有几家综合性大学学报刊登电力行业相关技术的论文,因此,学报设置如电力系统、电力市场、电力企业管理、能源动力工程等电力类特色栏目,将为广大作者提供有选择余地的、对口的园地。
此外,所有学报目前都设有教育教学栏目,笔者认为,高职学报应专设“高职教育理论与实践”栏目,并作为特色栏目,及时将高职理论与实践研究的最新成果刊发出来,以指导各高职院校的办学实践。高职院校从师资和科研能力等各个方面跟普通高校相比是存在相距,但在高职教育领域上大有文章可做。
因为高职院校培养的是技术型人才,高职院校“双师型”的教师建制使教师的素质培养、教学方式、教育理念等方面有独特的地方,高职教育在高职学报上完全合适,也增强了高职学院特色。如果电气学院学报设置该栏目,将在高职院校中树立起一面旗子,既能对高职理论的发展作贡献,又能将作者群和读者群扩大到全国各地,可谓一举两得。
2.2发挥优势,正确定位,文理分开
目前,所有的电力类高职高专学报,虽然侧重于发表工科版论文,但事实上均为综合版,即文、理兼顾。新闻出版总署《关于进一步调整高校学报结构的通知》中明确指出:可适当发展高校专业性学术期刊[1],电力类院校学报应抓住这一机遇,抓紧策划,对现有学报进行改造,文理分开,创办社会科学版和自然科学版期刊。根据本院校学科的优势,将自科版集中报道强学科的科研成果和教学经验。文理分开后更能体现栏目特色同时缩短发表周期能对重大的吸引眼球的课题研究项目进行跟踪报道这样不仅及时将相关研究成果应用于实际工作,还能保持读者对这些课题、对学报的兴趣和热情。
在近年来的全国高职高专学报评比中,《安徽水利水电职业技术学院学报》、《浙江水利水电专科学校学报》、《山东电力高等专科学校学报》、《沈阳电力高等专科学校学报》等电力类学报均获得优秀学报的称号,充分说明电力类高职高专学报的整体实力。如果电力类学报实行文理分开的办刊模式,将会使社科版的文摘率大大增强,自科版的影响因子大大提高,从而使学报在界限分明的文科学报和理科学报评比中均能获得更好的成绩和名次。
2.3围绕特色征集稿件
电力院校学报要围绕特色征集稿件。社科版围绕高职高专教育观念改革、体制改革,教学体系、内容改革,电力企业管理、电力市场板块;自科版围绕水利工程、电力工程、能源工程、动力工程技术板块;总之,只要充分体现高职高专院校学科建设特色,能让读者了解所在领域的研究进展,关注科研动态和研究的焦点,又能提供专业的知识积累的文章,都属于学报征集的主力稿件范围。2.4建立开放型编委会
编委会是学报编辑出版工作的学术指导机构,对学报编辑出版工作起指导、监督和咨询作用。编委会的学术阵容、学术水平与学报的质量息息相关。
高职院校的学报编委会成员,大多是学校各部门负责人,虽然能胜任把握学报的办刊宗旨,使学报沿着正确的轨道发展的任务;但在学报的学术研究深度和广度、学术发展视野等方面尚需进一步加强,尤其是对与生产活动紧密联系的高新技术发展动态把握不够。根据高职学院的特点,应考虑增加编委会成员,从其他有关高校及科研院所和公司企业聘请知名的中青年学者和技术精英,组成阵容强大、学术造诣精深、学风严谨、紧随现代科技发展的学报编委会,在这样的编委会指导下,学报的水平会很快提高。
特色是质量的体现,但特色并不等于质量。学报质量的保证需要各方面的努力,其中编辑的责任重大。
编辑工作的本质是选择,而选择的核心是前沿性选择,只有立足于科学前沿,才能准确地发现并选择具有科学价值的稿件。因此,编辑首先应紧跟社会发展,紧跟科技发展,了解科学前沿动态。编辑既是杂家,也是专家,编辑应有一个主要专业方向,并融会贯通多门学科。对于高职院校的学报,学报依托行业,编辑应熟悉本行业的专业基础理论,专业发展方向,才能保证特色栏目的质量。因此,笔者认为,高职学院教师提倡是双师型的,高职学报编辑也应提倡是双师型的。编辑是教师,能胜任专业课程的教学工作,才能保证论文中基础理论的正确性。编辑是工程师、经济师、会计师……,掌握管理新理念和科技新技术,才能从众多稿件中遴选出具有最新科技含量,对生产实际有指导推广作用的好稿子。学报的特色是编辑们赋予的思想和文化内涵来体现的[3],学报上发表的每篇论文都倾注着编辑的心血。而高素质、双师型、强阵容的编辑队伍,是建设具有电气学院特色的精品学报的基本前提。
3结束语
电力类高职高专院校在发展,院校学报也在发展。根据“与时俱进”的要求,及时调整学报发展的思路,深化学报改革,突出地区和专业特色,提高编辑素质,促进学报成为全国高职高专学报的品牌学报。
[参考文献]
[1]刘自俭,胡菲,田振东.高职高专学报:历史·现状·未来[J].编辑学报,2004,16(3):331-332.
[摘要] 近年来,我国越来越多的综合性高等院校相继实行大类招生改革,通过强化基础教学和拓宽专业口径,培养复合型创新人才。为了探讨大类招生模式下学生成绩的主要影响因素,以较早实行大类招生的中南大学能源动力类学生成绩为研究对象,建立了以学生成绩为因变量、生源地和入学年龄为自变量的Logit 对数线性模型。统计分析结果表明,学生成绩与生源地及入学年龄基本无关,与班级学风密切相关。这为制定和完善高校大类招生改革相关政策提供了有益借鉴。
[
关键词] 高等院校;大类招生;学生成绩;Logit 对数线性模型
[中图分类号] G647 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X(2014)05?0078?04
[收稿日期] 2014-06-16;[修回日期] 2014-06-26
[基金项目] 中南大学开放式精品示范课堂计划项目“能源与动力工程测试技术”(2014sfkt223)
[作者简介] 孙志强(1980-),男,河南武陟人,博士,中南大学教授,主要研究方向:节能与新能源.
一、引言
自1977 年恢复高考以来,我国高校招生政策主要经历了四个发展历程[1,2]。1977 年至1985 年我国实行的是在适当地点定期实行全部或局部高等学校联合或统一招生。1986 年至1992 年国家采取计划招生,实行单位委托培养和定向招生及招收部分自费生的双轨办法,改变了高度集中的单一招生计划体制。其后至2002 年,国家实行了一系列的招生政策改革,使得我国高等教育实现了跨越式发展。2003 年至今教育部实行了扩大高校招生自主权的改革,自此大类招生开始出现。大类招生政策自实施以来,经过近十年的发展和逐渐推广,迄今100多所“211 工程”院校中已有超过一半的高校实行了按大类招生的模式。大类招生是指将相同或相近学科门类的专业合并,按一个专业大类进行招生。大类招生之所以能取得如此快速的发展是由其先进性决定的——大类招生不仅有利于培养创新型人才和按需培养人才,而且还可以帮助高校整合内部资源,提高办学效益[3]。
由于大类招生属于新生事物,部分高校实施不久,其潜在的弊端尚未显露,而按大类招生政策录取的学生的成绩往往隐含着这些信息[4],因此,对这类学生的成绩进行统计分析,发现其潜在的问题,从而提出相应解决方案是尤为重要的。本文以较早实行大类招生的中南大学能源动力类学生成绩为研究对象,通过建立Logit 对数线性模型,探讨生源地和入学年龄对学生成绩的影响,进而根据统计结果提出相关对策以进一步完善大类招生模式。
二、数据收集及处理
(一)对象
中南大学有工学、理学、医学、文学、法学和经济学等十一大学科门类,有30 个二级学院和83个本科专业,是一所典型的综合性大学。中南大学能源科学与工程学院自2008 年开始便实行了按能源动力类大类招生,能源动力类是培养从事动力机械和动力工程的设计、制造、运行和管理等方面的高级工程技术人才的典型工科专业。因此,以中南大学能源动力类学生成绩为研究对象建立Logit 对数线性模型,分析得出的结论具有一般性,能够指导综合性大学工科专业大类招生下学生科学文化素质的培养。本文统计了中南大学能源动力类2009级185 名和2010 级166 名本科生的成绩,涵盖了他们自入学到2012 年上学期所学习的所有18 门和15 门基础课科目,包括工程制图、大学计算机基础、微积分、大学物理、基础英语等。限于篇幅原因,学生的各科原始成绩数据本文不予陈列。
(二)成绩评价模型及等级划分
学生成绩综合测评的方法主要有总分法、算术平均值法、加权平均法、模糊综合评判法、层次分析法、因子分析法和主成分分析法等[5,6]。总分法和算术平均值法是对单个学生所有课程成绩求出总和或平均数,作为综合考核结果来对学生进行比较和评定。这两种方法非常简单,但没有考虑课程学分的影响。模糊综合评判是对受多种因素影响的复杂的对象采用模糊数学的理论与技术进行综合评判而得到定量评价结果的方法[7]。层次分析法是一种将定性分析和定量分析相结合的系统分析方法,其首先需要将复杂的问题层次化,然后根据系统的特点和基本原则对各层的因素进行对比分析,最后以计算出的最低层相对于最高层的相对重要性次序的组合权值作为评价的依据[8]。主成分分析法是将原来的多个变量适当的组合成一些数量较少的综合指标来近似代替原来的多个变量[9]。因子分析法是将具有错综复杂关系的变量综合为数量较少的几个因子以再现原始变量和因子之间的相互关系,在某种程度上可看成是主成分分析的推广和拓展[10]。这四种方法较为复杂,面对本研究庞大的数据需要花费较长的时间,不便使用。
加权平均法不仅涵盖了课程的学分信息,而且其计算方法还简单,故本研究最终选取该方法进行综合成绩的分析。加权平均法一种考虑了课程所占权重的学生成绩综合评价方法,科目的学分越高,该科成绩在进行综合评测时所占的比重越大,其具体计算方法为:
通过计算发现,所取样本中学生加权平均成绩的最大值和最小值分别为90.66 和60.77。考虑到这两数值的大小,本文最终利用成绩绩点的分界值将学生的成绩划分成优、良、中和及格四个等级:当加权平均成绩≥85 时,成绩为优;当85>加权平均成绩≥78 时,成绩为良;当78>加权平均成绩≥71时,成绩为中;当71>加权平均成绩≥60 时,成绩为及格。
三、Logit 对数线性模型
本文主要探讨生源地及入学年龄对学生成绩的影响,所研究问题的变量均为称名变量,有自变量和因变量的区别,而且还有两个自变量,因此,多变量分析方法中的Logit 对数线性模型特别适合于分析此类问题。Logit 对数线性模型主要用来探讨与解释因变量与自变量间的关系,通常以最大似然法进行模型估计与检验[11]。
(一)建模与自由度计算
考虑到生源地种类有31 种,而2009 级与2010级能源动力类学生总人数仅为351 人,所以,为了满足Logit 对数线性模型的使用前提必须对生源地进行分类[11]。根据表1 所示的2010 年高考985 高校各省录取率将生源地归为三类:① 0<录取率≤1.5;② 1.5<录取率≤3;③ 3<录取率。由于大部分学生入学年龄为18 或19 岁,因此,将学生入学年龄分为两类:① 18 岁及以下;② 19 岁及以上。按前述分类后,中南大学2009 级与2010 级能源动力类学生成绩的统计结果如表2 所示。
A 代表生源地,B 代表入学年龄,C 代表成绩等级,则变量A、B、C 分别有3、2 和4 个类别。根据对数线性模型的阶层特性(C 为因变量,A 与B 为自变量),则可能建立的五个模型如表3 所示。其中,模型1 代表三个变量彼此独立,生源地和入学年龄均与成绩等级无因果关系存在;模型2-1 只有生源地与成绩等级的交互作用,代表只有生源地与成绩等级间有关系存在;模型2-2 表示只有入学年龄与成绩等级有关系存在;模型3 表示生源地和入学年龄都与成绩等级有关系存在;模型4 表示生源地和入学年龄以及这两者的交互作用都与成绩等级有关系存在。
(二)模型拟合优度检验结果与分析
在建立三维度列联表的可能模型后,计算每一个模型的似然比,并进行拟合优度检验,其结果如表3 所示。其中,似然比计算公式为:
式中,为各细格的期望次数;为各细格的实际次数;i 为变量A 的类别;j 为变量B 的类别;k 为变量C 的类别。
由表3 可知,模型1 的似然比值为10.831,在自由度为15 时,显著水平p 值为0.764,并未达到0.05显著水平,因此该模型已经可以拟合表2 中的实际数据。同时还可以发现,在加入了生源地与成绩等级的交互作用和入学年龄与成绩等级的交互作用后,拟合结果的显著水平分别下降至0.698 和0.645,其拟合精度有所下降,故模型1 是最佳拟合模型。该结果表明,学生成绩基本与生源地和入学年龄无关。
现实生活中普遍认为学生成绩与班级学风密切相关,为了确定此种观点是否正确,本文对能源动力类2010 级5 个班的成绩情况进行了统计,其结果如表4 所示。从表中可以看出,2010 级整体成绩最好和最差的班级是能动1002 班和能动1001,其成绩为良以上的比例分别为70%和25.71%,相差44.29%。这与现实生活中两个班级的整体表现相吻合,据观察,能动1002 班的学生普遍学习用功,到课率高,而且该班会经常组织同学集体上早自习和晚自习,学风好;而能动1001 班相对来说学风稍差,学生学习不够积极主动,缺课率相比其他班级也要高一些。由此表明,学生成绩与班级学风密切相关的观点是正确的。由于学生成绩能反映学生掌握知识和各种能力的程度,是评价大类招生政策下大学生培养方案实施效果如何最有力的标志之一,因此,为了提高大学生的成绩,帮助他们更好的成长成才,学校需要将班级学风的建设摆在首位,加强对其的建设以完善大类招生政策下的大学生培养计划。
四、结论与建议
本文通过对建立的以成绩等级为因变量、生源地与入学年龄为自变量的Logit 对数线性模型进行分析发现,学生成绩与生源地及入学年龄基本无关,而与班级学风密切相关。学风好,班级学习氛围好,努力学习的人数也就多,成绩优秀的人数也越多。所以,加强班级学风建设尤为重要,是提高学生成绩最有效的途径之一。
针对目前逐渐推广并流行的高校大类招生,笔者认为可以通过以下两方面的措施来加强学风的建设。
(1)重视入学教育。综合高校工科专业的学生来自全国各地,他们的学习基础自然各不相同,在付诸相同努力后,其取得的成效也是各有差异的。有些学生在阶段性成绩出来后,他们会因为觉得自己已经很努力了但依然赶不上别人而把原因归结于自己高中的学习基础差。当他们产生这样的想法后,他们便会失去学习的冲劲,从而造成成绩的下滑。因此有必要在本科生的入学教育中强调高中的学习基础(与生源地相关)和入学年龄基本与他们大学里所取得的成绩无关,而是取决于他们在大学里的学习努力程度。
(2)设立基于班级整体成绩的奖学金名额分配机制。校级奖学金的班级名额分配不再以班级学生名额为依据,而是调整为以班级整体成绩(班级加权平均分)为基准,根据班级整体成绩排名而分配奖学金的名额。班级整体成绩能够很好的反映各班级学风的好坏,将奖学金的名额与班级整体成绩挂钩后,每一位同学的成绩都会影响集体的荣誉与利益。在这种情况下,各班级都会积极主动地制定措施来加强自身班级学风的建设,学生的自我管理往往能取得更好的效果。
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新一代智慧风机平台的开发是一个复杂的系统工程。整个项目包含风机机械结构的设计、风机内部电气系统的设计、风机控制柜的设计、主控软件的设计以及后期的整系统联合调试。而在这些不同的专业设计方向中,机械结构的设计在国际上没有可参考的先例,需要不断进行仿真和优化;而主控软件的设计是全国首创,借鉴汽车行业的经验,利用软件仿真平台进行模型的搭建和控制逻辑的编写,其软件架构和模型的搭建直接影响到控制系统的效率和稳定性。项目目的:通过先进的理念和设计,使风机在运行过程中尽可能地减少故障和人工干预的频次,降低维护成本;并能够适应恶劣风况,提高风能利用率,降低单位度电成本,为用户提高收益。项目短板:采用的技术先进,人员经验不足;项目团队的人力资源不足还需进一步补充,公司实验设备有限,需要到外部专业机构进行相关实验。项目目标:在一年内完成样机的设计和场内调试,调试完成后用半年时间完成样机和小批量的实际风场运行验证。项目总计划时长为一年半,之后满足大批量出货的要求。项目日期:2015年5月1日立项,至2016年10月31日结束
二、项目风险识别与分析
在项目的前期,需要对项目中的风险进行识别和分析。在这个过程中,需要考虑风险发生的全员性、系统性、动态性、信息性和综合性,根据类似的案例历史资料以及项目的制约因素和假设条件对风险进行全方位的识别。在充分识别风险之后,要对风险进行分析,以便后续规划应对措施
1.风险的规划识别
E公司新一代智慧风机平台开发项目的特点是涵盖专业面广泛,中间环节众多。因此,为了更好地进行风险规划与识别,项目组进行了如下工作:
(1)确定风险管理目标:对各个中间环节有可能造成项目延期或影响后续工作的风险点进行标注;
(2)确定风险管理组织:按不同专业领域进行分组,各专业组组长对本组内风险负责;
(3)收集资料:以各专业组为单位进行WBS工作分解和头脑风暴,统计风险点;
(4)确定风险管理计划:将可能发生的风险分为三级风险因子,初步制定风险管理的WBS,采用专家调查法和头脑风暴法得出风险点,并提出风险量化标准。以周为单位对风险进行循环评估,并制定奖励制度。
(5)预估风险形势:根据统计出的风险点的范围和比例,预估出项目的形势。在新一代智慧风机平台开发项目初期,不同的专业小组根据WBS项目内容分解图,利用专家调查法和头脑风暴法,对项目中的各种风险进行了识别。
2.风险的评价分析
用主观概率法对新一代智慧风机平台项目的风险进行评估。对风险发生的可能性的高低和风险对新一代智慧风机平台项目影响程度进行定性和定量的评估后,依据评估的结果绘制风险图,其中横轴为风险发生的概率,纵轴为风险级别。从图中可以看出该项目面临的风险特点如下:
(1)发生概率高的风险较少;
(2)危害极高的风险发生概率极低;
(3)危害高的风险虽然发生概率低,但是数量较多,需要重点控制;
(4)项目中的风险的危害程度和发生概率基本成反比;由风险图的四个区域可知,该新一代智慧风机平台研发项目大部分风险集中在Ⅱ区,总体上来说属于中等风险项目。
三、项目风险应对与监控
1.风险的应对措施
对于新一代智慧风机平台开发项目来说,我们已对其26小类的风险从风险的性质和后果以及风险发生的概率进行了量化的评价和打分,并在其基础上提出六类风险规避和应对策略:预防发生、转移风险、回避风险、减轻后果、接受后果。
(1)从五类一级风险因子来看,技术类风险应重点关注技术复杂性和系统集成类风险因子;制造类风险应重点关注质量保障类风险因子;进度类风险应重点关注跨部门配合类风险因子;经费类风险应重点关注技术变更类风险因子;不可控类风险应重点关注天气类风险因子。
(2)从一级风险因子互相之间的关系上来看,需要特别关注技术类风险,因为一旦技术方案变更,必将使样机重复制造,造成生产风险提高,且经费支出增长。同时也要关注跨部门的配合问题,需要使跨部门的工作流畅进行,减少因为管理不善造成的信息不平衡和进度滞后。
(3)新一代智慧风机平台开发项目是一个庞大的系统开发和集成,风险的发生越接近源头,对下游工作的影响就越大,需要重点管控;同时要对经费的使用进行实时追踪,尽量减少不必要的重复投入。
2.风险的实时监控
在项目的实施过程中,公司将对项目风险进行实时的监控,并制定风险监视单,对项目风险进行跟踪。新一代智慧风机平台开发项目中控制部分的主控软件风险监视单样。公司对各级风险因子都制定了详细的风险监视单,以组为单位,周为周期,对风险进行持续的监控和评估,实时调整,并不断在工作中补充可能发生的风险内容。风险监视单通过SVN进行版本管理,每周由组长负责更新,并在每周三的智能风机例会的风险管控环节中进行讨论。
四、项目风险管理总结
对于学生就业来说,大环境主要指的是就业市场、就业趋势对人才的影响。从职业培养上来看,大环境影响学生对职业选择是十分明显的,同时也影响着学生对未来职业的规划方向。同时就业市场和就业趋势又受到国家政策、地方法规等因素影响。对于企业招聘来说,大环境是指学校知识体系构成,学校专业体系关系到企业是否能够招聘到满足本单位长远发展的人才。反过来说,提高企业对学校的满意度也将促进本校学生就业率和就业质量的提升。为了改善大环境,学校组织决策者要从以下四方面进行着手:
(一)地区产业为主
以工科为主的大专院校要发挥地区产业的引导作用,学校在制定培养计划时,要充分考虑行业特点和区域分布,大学生择业倾向与区域产业经济需要不匹配,这是影响大学生就业的重要原因之一。以“风能动力工程”专业来说,风力发电机组的制造厂主要集中在北方的重工业城市,而风力发电场却分布在“三北”地区(东北、华北和西北)和东南沿海地区。当生源集中在某一地域情况时,对学生培养要充分考虑地区产业的特点,适当的增加或减少某一方面的知识的教授,提高学生在该地区的竞争力,这样有利于学生选择就业,并在择业竞争过程中也有一定的优势。学校在进行区域经济发展趋势分析,多与地方政府、行业协会、企业紧密联系,了解地区中对专业人才的要求,充分为地方经济培养出大批与之相适应的高素质、高技能建设人才,以多渠道、多途径实现学生顺利就业。
(二)教育服务地区
高等职业院校要及时跟踪市场需求的变化,主动适应区域、行业经济和社会发展的需要,根据学校的自身办学条件,有针对性地调整和设置专业。当前,我国正处于加快推进现代化建设的转型期,人力资源数量上的优势无法弥补质量和结构的短板,这已经严重影响了区域经济社会的发展,这就要求高职设置的专业要服务区域经济。首先,服务区域产业结构,要分析区域大类专业需求,结合高职院校办学实际特点,设置区域产业需求的专业。其次,服务区域新兴产业和重点发展产业,分析区域大类专业发展方向,有针对性地主动调整专业设置。再次,是服务区域行业的发展,要了解区域产业的行业分布与需求,分析区域内具体需求专业和人才需求数量,在确定大类专业及其发展方向的基础上,设置具体专业。最后,服务区域内主要行业的骨干企业,分析骨干企业职业岗位人才的能力和素质需求,确定专业人才培养标准。
(三)教育服务企业
培养品学兼优的学生是院校的目标也是企业的用人标准,在这点上院校与用人单位具有价值一致性。大学生专业知识结构、能力结构不能适应企业需求现象突出,高职教育要为先进制造业和现代服务业培养高技能人才[2]。企业渴望有一批懂专业、能学习、负责任、善沟通,能体现企业文化的技能人才,这就要求高职教育设置的专业要贴近企业,服务行业。一方面学校提供大众化服务,即为某一行业培养先进的、具有行业特质的、企业普遍认可的专业人才。这就要求高职院校按照行业职业标准与企业合作办学,通过专业共建、人才共育、过程共管、就业共担等手段来培育校企互认的专业人才。另一方面学校提供个性化服务,即为特定的企业培养特定的专业人才。通过实施“订单式”人才培养,校企双方对学生进行全方位教育与管理,将企业特殊的专业要求、职业素质、企业文化融入人才培养全过程。
(四)及时调整专业知识体系
高职院校在就业导向的指导下,加快了专业调整的步伐,设置区域经济建设急需的专业和课程、逐步从普通高等院校本科专业设置的固化模式中走了出来,开始根据市场需要和就业状况,调整专业设置。“就业导向”课程模式是相对于“学科导向”而言的,“学科导向”课程是以文化知识(科学、道德、艺术)为基础,按照一定的价值标准,从不同的学科或知识领域选择一定的内容,根据认知的逻辑体系组织教学的课程。“就业导向”课程以就业为目标,按照一定的职业标准选取教学内容,学校实时把握就业动向,根据工作岗位操作过程组织教学的课程、设置课程。调整课程时要及时果断,并可通过“模块课程”、“项目课程”和“工作过程系统化课程”等手段补充行业中急需的知识技能。但职业教育不应该走向极端,片面理解“就业导向”,重视学生的动手能力,忽视学生的人文教育,学生的人品受到用人单位的质疑,这与许多公共课程、基础课程,甚至一些有助于学生身心健康长远发展的课程一再被压缩或删减有着密切的关系。
二、小环境的影响
目前,各职业学院和高校学生集中在90年以后出生,这些的学生自主性强,学生对未来职业规划很明确[3]。在对进行学生日常教学时,首先要了解学生在想什么,也就是对学生进行多次摸底调查,了解在众多的因素中学生在选择工作时,把什么放在第一位,只有针对这一点学生在以后的学习中才能用功的学习,并且就业成功率更高。
(一)“自我实现”培养
在以工科为主的本专科院校,要充分结合学校的专业特点,在课程设置上应兼顾技能教育与素质教育的“双轨”模式,同时兼顾学生个人爱好和意愿。以应用性教育和素质教育为主,结合学生的个人意愿是提高学生学习的兴趣的关键所在。学生在学习的过程中感觉“自我实现”,对今后的从事职业有着充分认识,可以很好地为高等教育的课程模式提供新的思路。“自我实现”课程设置的根本目的是促进学生开发其潜能,实现其人生价值。自我实现主要包括职业价值观、自我效能和自我效能感的中介作用等三方面[4,5]。因此,“自我实现”课程以开发培训学生内在的、潜在的价值为目标,将学生的情意领域(意向、情绪、态度、品行、情感、价值观)与认知领域(智能、知识和能力)加以整合,以期实现学生智商与情商、学习与生活、个人与社会、知识与技能等方面的和谐统一[6]。“自我实现”课程模式,首先要求关注的是要充分尊重学生个体差异,根据学生特点、就业意向开发课程,在学生解决和掌握各种学习问题的过程时培养兴趣,提升素质,发展能力。其次,学生全程参与学习活动构想、设计、实施与评价,更多地发挥被受体(学生)主体性、能动性;再次,学生思维能力(问题解决能力)的发展与其操作能力(行动能力)的发展并重且相辅相成;最后,在应用“自我实现”课程模式,要避免大学生就业期望值与用人单位的偏差,正确引导学生的就业观。
(二)其他个人影响因素
学生的其他个人因素主要包括家庭原因和个人态度[7]。“风能与动力工程”专业生源主要涵盖内蒙古、辽宁、甘肃、吉林、黑龙江、四川、福建等几个省份,若学生在校期间不能找到距离家乡较近的城市和地区,往往不能选择就业。同时学生从事的专业与当地主要企事业人才需求不吻合,学生也很难就业。即使勉强就业,在1-2年甚至几个月学生就会选择离岗,这样直接影响学校在该企业的今后就业量,学校在地区企业中的印象也会产生负面影响。这样的例子在其他专业毕业生中屡见不鲜,对学校专业长期发展不利。
三、总体方案设计
在确定宏观的培养模式甚至微观的培养方案时,首先要确定总体设计方案。总体设计方案直接关系到实施效果,成为确定培养模式和制定培养方案的指导方针,所以总体方案设计在整个实施过程中处于主导地位。在考虑大环境影响因素时,主要包括:用户、市场、技术、经济、本校信息、环境、外协、政府和社会的政策方针等。而小环境影响因素包括:学生就业、个人能力、其他因素等。本方案总体设计主要通过四步骤进行。首先是资料收集,对于影响学生就业的各方面信息通过市场调研和调查问卷的方式进行,得到第一手资料。资料要求全面,这将有利于方案确定时能够及时准确把握,不偏离指导方向;其次是资料分析和整理,这一部分工作是通过对收集到的资料进行分门别类规划,并将同一类型的资料数值量化,为利用故障树分析方法做准备;再次是故障树分析。通过将量化数值公式转化为数据模型节点,利用故障树分析原理变通进行资料分析,最终得到学生在校需要掌握的知识内容,形成专业具体方案。最后,以专家团队为主体,对关键内容进行论证,最终确定培养模式和制定具体培养方案。具体设计方案如图1所示,其中节点内容说明如下:1.用户方面的信息收集:其中用户指学校周边或本区域(省、市)等方面的风电运营企业和风电设备制造企业对人才需求。2.市场方面的信息收集:主要是指在大环境下,风电市场或风电行业对毕业生的就业要求[8]。3.技术方面的信息收集。针对1和2对人才培养需要,进行相应培养方案设计,增加和删减某些课程内容。4.经济方面的信息收集。是针对本科4年学习时间和专科3年时间,合理调整培养方案时间进程,使各门知识彼此协调,并实施跟踪国家经济生产大市场的变化情况,达到最佳学习效果。5.本校的基本信息收集。本学校风动专业的师资力量及教师从事科研方面特长,进行合理配置相应课程,提高学生在知识面上的深度和广度。6.环境方面的信息收集。此方面主要包括学生对就业环境和就业区域的选择,进行相应的培养方案的修改。7.外协方面的信息收集。本方面信息收集的最根本目的就是发挥本校行业优势,发挥外协方面的能力,提高学生在就业单位的知识和技能能力,使学生能够学有所长、学有所用。8.政府和社会有关部门的政策等方面信息收集。例如2013年国家将启动15亿的可再生能源的研究资金,这将在某种程度上大大刺激风电设备研制企业的发展,也必将影响到方面1、2、3等资料,对学生知识掌握量和门类必然有间接影响。9.学生就业意愿调查。主要是指学生对以后职业的规划,学生的个人就业志愿在某种程度上直接关系到学生是否能够就业[9]。10.学生个人能力测试。个人能力主要是指专业能力、技术能力和社会能力等,通过试卷调查掌握学生对未来职业规划和想法。11.影响学生就业其他因素。在其他因素中家庭原因和个人态度到对职业规划起着主要引导作用,在制定方案时要充分考虑这一部分内容,有利提高学生的就业能力。
四、故障树分析方法
故障树分析又称失效树分析,简称FTA(FaultTreeAnalysis)。它是由美国贝尔实验室的H.A.Watson首先提出的。用以表示系统特定顶事件与其各子系统或各元件的故障事件及其它有关因素之间的逻辑关系。以故障树作为分析手段对系统的失效进行分析的方法。故障树分析是一种图形演绎方法,分析起来形象、直观。由于它将系统事件发生的各种可能因素联系起来而有利于弄清系统的事件模式、发现找出系统影响的各事件环节,提高系统顺利运行的分析精度。由于它是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图,因此,可以用电子计算机来辅助建树,能进行定性分析和定量计算[10]。故障树分析法不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题,而且也可用于其他的系统工程问题,本文章正是利用故障树分析的这一点,完成职业教育方案的探讨。系统产生某一事件结果都是有着各种直接和间接原因———也就是事件,在这些事件间建立逻辑关系,从而确定系统产生这一结果的各种可能组合方式或其发生概率的一种可靠性、安全性分析方法。它在工程设计阶段可以帮助寻找潜在的事故,在系统建立运行阶段可以作为预测的方法。职业教育培养模式作为一种教育系统,也可以采用故障树分析方法。采用故障树分析方法,首先要收集、规划、整理各影响职业教育的各种信息,并归结为整理为影响结果的客观因素,建立故障树。其次,建立故障树的数学模型并量化影响标准,对每一量化影响因子进行分级加权。再次,进行职业教育培养方案的定性分析,找出需要掌握的知识内容及知识点。最后,对整个培养模式及方案进行定量分析,将每一门课程所涉及的各知识点进行杂糅,并在设置教学大纲时进行一定的取舍,否则知识点过于零碎,不利于方案实施和学生的今后发展。
五、方案实施
(一)定性分析
将通过各种渠道的信息资料进行规划、分析、整理,并综合考虑影响职业教育体系的各个事件,这样才可以进行相应的故障树定性和定量分析,通过以“风能与动力工程”专业为例综合考虑,建立“风动”专业职业教育体系故障树,通过这一方法对该专业培养模式和培养方案进行分析探讨。具体故障树数学模型如下所示:
(二)建立数学模型
故障树数学模型主要包括以“与”和“或”计算。“与”计算在数学表示上以“﹒”号表示或者不书写,当若出现x1x2的结构形式时,表示x1x2所代表的两门知识课程要杂糅在一起综合进行掌握学习。“或”计算在数学表示上以“+”号形式表现,若出现的结构形式时,表示x1x2所代表的两门知识课程均要分别掌握。x1x2+x3表示由知识点x1和x2杂糅形成一门专业课,同时学习由x3知识点单独形成的专业课。这样避免出现学生的专业课程过多、学习任务过重的现象出现,同时又避免学生在以后择业时知识和技能不足,从而达到“学”与“不学”中寻找出一个平衡位置。具体计算公式为:T=n1G1+n2G2+n3G3+n4G4+n5G5=x1x2x3+x4x5+……(1)其中:n1n2……n5为资料分析时整理归结而得到的加权因子,以提高相应知识点所占的比重,x1x2……xn为需掌握的各种知识点及技能,G1,G2,……,Gn为各种就业方向。
(三)方案实施及实际效果
通过故障树分析设计的专业培养方案,已经在“风能与动力工程”专业081级和091级学生中初步尝试实施,并得到很好的实际效果。在培养计划中的“风电场安装与设计基础”课程集中了机械、电气、维护、安装等方面知识,而“风电机组监测与控制”课程又包含了控制、电气、运行等相关知识,通过故障树分析计算平衡各知识点在课程中所占的比重,从而达到了理想的效果。统计沈阳工程学院“风动”专业081和091级就业数据,从中可以清楚看出,无论大环境和小环境其中的影响因素权重如何变化,通过本方法分析后学生在校掌握知识和技能均能满足招聘单位对人才的要求,同时学生对工作的满意度也比较高。
六、总结
1数值模型
1.1粗糙壁面方程与光滑壁面不同,在粗糙表面不能用普朗特相似准则将传热和流动简单类比。在叶片表面上,于作用在气流流动法向方向的的动压或静压使湍流切应力能够直接传递到粗糙元,即热量通过涡旋传递到粗糙元所在的表面,然后通过分子导热机理传到固体表面。本研究使用Viegas和Jayatilleke的模型[8],将温度壁面分为两层:一层由导热占据主导地位,叫导热子层,呈线性分布形式,见式(1);另一层是湍流主导区域,这一层中湍流影响超过导热的影响,呈对数分布形式,见式(2)。当选择了流体介质后,计算出导热子层的厚度y*T,当无量纲距离y*<y*T时,该区域属于导热壁面层,应用式(1);当y*>y*T时,该区域属于湍流壁面层,应用式(2)。
1.2初始条件和边界条件试验段的尺寸如图1所示,流动通道为1000mm×250mm×80mm,圆柱气膜孔中心距离板前缘的距离为550mm,冷却孔直径为10mm,带有35°倾斜角,孔间距为40mm。其它实验条件如表1所示。粗糙度根据实验条件确定。根据Bons对多种在役陆地燃气轮机(重燃和工业机)涡轮叶片表面粗糙度的测量,得出真实叶片弦长b=2-20cm时,轮廓算数平均偏差Ra的最大值为21.1μm,而最小值为1μm,平均值约为5μm[9]。本实验研究对象的弦长为b=10cm,实验件的放大因子为10,因此实验件长为100cm。在实验件上分别铺设60号和100号的砂纸,其ks≈0.254-0.423mm,采用ks=7Ra的关联式,则实验件上对应的Ra=36.3-60.4μm。由于实验件放大因子为10,所以此实验件模拟的真实叶片上的粗糙度范围为Ra=3.63-6.04μm。这个粗糙值范围在文献[9]介绍的真实粗糙度范围内,与实际情况相符。
1.3网格划分与数值计算方法在Fluent软件平台上进行建模和计算。采用三维结构性网格,对冷却孔周围和壁面附近网格局部加密,总网格数1624800个。经过网格依赖性验证,此网格数目足够保证计算精度。网格偏率在0-0.4的网格超过99.8%。对主流雷诺数Re=106,吹风比M=0.5,主流湍流度Tu=1%,粗糙度ks=0的工况进行初步验证计算,壁面Y+值在30-60之间,符合标准壁面函数的要求,可以认为所画网格满足壁面函数要求。对各物理量采用二阶迎风格式进行离散;压力-速度耦合采用SIMPLEC算法,以便更快收敛;湍流模型采用标准k-ε模型,此模型对主流高雷诺数情况适用性好,但是对某些壁面区域的处理欠佳,因此对边界层内底层使用壁面函数求解,这种标准k-ε模型加壁面函数的方法被许多研究者应用并证明是有效而合理的;收敛标准为各项残差<10-6。
1.4模型验证对雷诺数Re=106,吹风比M=0.5和1.0,主流湍流度Tu=1%,粗糙度ks=0工况的计算结果与文献[10]的实验结果相比较,如图2所示,计算结果与实验结果吻合较好,证明了所用模型的正确性。
2结果及讨论
2.1粗糙平板表面的气膜冷却换热系数分布图3中根据换热系数差异划分了5个区域,区域A是未受气膜冷却影响的上游,这个区域传热情况取决于主流的情况。区域B是两个相邻气膜孔之间的区域,除了高吹风比或者孔间距减小时,射流的阻塞作用使得主流在这一区域的加速度增加,否则射流会在这一区域缓和,此时这个区域的换热系数会增大,当然改变孔的出口形状可以使射流更好的扩散,也能改变这一区域的换热情况。区域C是紧邻射流孔的下游,这个区域的换热系数达到最小值,因为射流会在区域C形成一个滞止区域,喷气比越大,这个区域会越大。区域D位于射流孔的两翼,由于主流和射流在这个区域存在大的剪切应力并且形成漩涡从而使这一区域成为高的传热区。区域E也是高传热区,射流在小的吹风比下,依然附着在表面上这一区域。而高吹风比下,在E的下游还会由于气膜再次附着形成另一个高的传热区。
2.2粗糙度对气膜冷却有效度和平均换热系数的影响图4是Re=106、吹风比M=0.5工况不同表面粗糙度的平板实验件气膜冷却有效度沿流动方向的曲线(横坐标为流动距离X与孔径D的比值)。图4(a)可以看出,沿着流动方向气膜有效度逐渐降低。这是由于随着流动的发展,卷吸作用不断增强,主流热空气靠板,随后射流脱离壁面与主流掺混,射流瓦解,完全由主流支配,因此冷却效率逐渐下降。图4(b)为粗糙表面和光滑表面情况下气膜冷却有效度的比值,可以看出在X/D=3时,粗糙度对气膜有效度影响较大,这与文献[6]的实验结论一致,在X/D=6时粗糙度对气膜冷却有效度影响最小。在ks=0.8mm时,在平板末端粗糙表面平板比光滑平板气膜有效度下降了23%。在气膜冷却实验中,按惯例有两种数据整理方式:一种是按照冷却孔中心线整理数据,另一种按照冷却孔侧向整理数据。图4(c)为按照冷却孔侧向整理的气膜冷却有效度比值。可以发现,按照孔中心线整理数据按照侧向整理数据有明显的不同:粗糙度总体上降低了中心线处气膜有效度,却在绝大部分区域提高了侧向平均气膜有效度。图中显示,与光滑表面相比,粗糙度可使气膜有效度提高10%。图4(d)为粗糙度对表面换热系数的影响,粗糙表面比光滑表面换热系数最大可提高47%,可见在粗糙表面上由于粘滞作用对换热系数的影响很大。
2.3雷诺数对气膜冷却有效度和平均换热系数的影响从图5中可以看出,主流雷诺数对气膜冷却有效度的影响不明显,这与其它研究者的结论一致。虽然主流雷诺数对气膜冷却效率的影响不大,但其对传热的影响则不可以忽略,物体表面流体流动速度增大会加剧传热,如图6所示。从图6中可以看出,雷诺数对侧向平均换热系数影响很大,随着雷诺数的增加,侧向平均换热系数也增加。Re=2×106对传热系数的影响最大,使换热系数提高了4倍,这说明对流换热随着主流速度的提高迅速增大。而粗糙度的增加显然也扩大了主流雷诺数的影响,图6(a)和6(b)比较,粗糙条件下相同雷诺数的传热系数最大增加了36%,即粗糙度对雷诺数有协同作用。
2.4吹风比对气膜冷却有效度和平均换热系数的影响图7显示了在主流雷诺数Re=106,ks=0.254mm时,吹风比分别为0.5、1.0和1.5的工况下,侧向平均气膜冷却有效度η和换热系数h的分布情况。从图7(a)中可以看出,M=0.5时气膜孔附近的冷却效果最好,在X/D=0到10的区域内,其气膜冷却有效度随X/D的增加而缓慢减小,最后趋于稳定。随着吹风比越大,气膜冷却有效度下降的越迅速。M=1.0和1.5时,气膜冷却有效度先迅速下降至接近0,而在下游有微弱上升的趋势。这是因为随着吹风比的增大,射流动量增大,因此在孔口附近脱离壁面而在下游远处再附着,从而冷却孔附近的冷却效果不好,而下游却又轻微回升。从图7(b)中可以看出,在M=0.5时,其换热系数沿X/D的分布和2.1节的讨论的一致,这是由于图3中所示的C、D、E区的流场特点而导致的;但是,在M=1和1.5时,气膜孔出现了先下降再上升的趋势,这是由于强烈的漩涡导致的。不同于气膜冷却效率,粗糙高度对于吹风比之于换热系数的影响是显而易见的,ks=0时,M=1.5比M=0.5最大换热系数提高22%,而在ks=0.254mm时,这一值为30%,可见粗糙度在提高整体换热系数的同时,对吹风比具有协同作用。
3结论
关键词:甲烷;掺氢;定容燃烧弹;燃烧特性
汽车排放出的有害气体,不断威胁着人类生存的环境。为了达到节能减排并且满足发动机动力性能需要的目的,寻找适合的内燃机替代燃料已经成为当今的研究热点。天然气燃料是一种清洁能源,主要成分是甲烷。其具有排放污染小、价格低、安全可靠等优点,但是也存在着燃烧速率低、发动机动力性能低于常规发动机等不足。因此,国内外研究人员针对改善天然气燃烧特性问题,进行了大量的研究工作,提出了多种解决方案[1-7],天然气掺混氢气是改善天然气发动机燃烧性能的方法之一。
基于2013年北京工业大学国家级大学生创新创业训练计划项目的研究成果,本文采用OpenFOAM软件,建立了基于定容燃烧弹的甲烷掺氢燃烧模型,对比实验结果与仿真计算结果,分析了掺氢对甲烷燃烧特性参数的影响规律。
1 定容燃烧弹系统
本实验使用的定容燃烧弹系统主要由燃烧弹弹体、混合气配气系统、点火控制系统、温度控制系统、压力采集系统、同步控制系统、火焰图片采集系统等组成。图1所示为定容燃烧实验系统图[8]。
实验时,首先通过混合气配气系统配气,在预混罐中充分搅拌直至均匀;然后把均匀的混合气充入燃烧弹中;利用温度控制系统使初始温度达到预定结果;当数据采集系统、同步控制系统及火焰图片采集系统均进入工作预备状态之后,执行点火;燃烧过程中,将图片采集及压力数据完整保存;实验结束后,开启真空泵,将管路及弹体进行抽真空处理,从而恢复到初始实验状态。
2 燃烧特性研究
2.1 仿真模型的建立
在OpenFOAM中根据实际定容燃烧弹弹体的尺寸和特点设定几何模型的尺寸和边界条件,建立定容燃烧弹(CVCB)几何模型并划分网格(如图2所示)。
OpenFOAM中含有燃烧机理方面研究的燃烧求解器“reactingFOAM”,其原程序基于部分搅拌的可压缩化学反应,因此可在该求解器原程序基础上进行修改[9]。由于需要仿真定容燃烧弹弹体中的混合气燃烧,故在“reactingFOAM”原程序中添加点火燃烧程序。所添加的点火程序原理为在点火范围内向单元网格施加一定焓值,累计施加至混合器可自行燃烧,即跳出累加循环转至化学反应阶段。
之后,在OpenFOAM中对点火以及燃烧所需的参数进行编译,使计算时程序可以正确地识别参数标识并进行数据计算。需要添加的文件为combustionProperties,相应参数为点火直径、点火能量、点火持续期、时间步长等几个重要的参数。此外,还添加了燃烧以及化学反应相应必要的程序,如化学反应属性、燃烧属性、反应机理等各个参数的读取程序,计算结果反馈和数据输出等程序。
2.2 掺氢比对燃烧特性的影响
2.2.1 仿真结果对实验结果的对比分析
仿真结果和实验数据的对比校核如图3和图4所示。图3为掺氢比为10%时仿真火焰半径R和实验所得纹影图像的对比。在掺氢比10%,初始压力0.1 MPa,初始温度290 K,当量比为1.0时,从对比图中可明显看出实验从火核点火开始,火焰前锋面发展并非圆形,竖轴半径大于横轴半径,点火针在点火初期对火核发展的影响较大。点火针的间距影响火焰前锋面向外扩散并呈球形发展,于两侧点火针端面出现了挤压火焰前峰面的现象,这使火球的纵向发展不受阻碍,形成了实验图像所示的效果。而由于仿真中未设置点火针,因此没有出现实验中的现象。由于网格划分的密度状况,使得火焰前锋面在4个方向上有突出现象。由于实验中会有各种因素,导致实验值和仿真值之间存在一些误差,但误差在所允许范围内,因此仿真中所设置的参数基本合理。
2.2.2 掺氢比对燃烧温度和燃烧压力的影响
图5a为不同掺氢比下的燃烧温度对比曲线。从图5a中可以看出,燃烧温度T随着掺氢比的增加而提高。图5b为不同掺氢比下的燃烧压力对比曲线。在掺氢比为25%时,燃烧压力P在点火后0.01 s时快速增加,远大于掺氢比为10%和不掺氢时。
2.2.3 掺氢比对燃烧速度的影响
图6为不同掺氢比下,初始压力0.1 MPa,初始温度300 K,当量比为1.0时,火焰发展图像随时间的变化。由图可见,随着掺氢比的增加,火焰半径逐渐增大,掺氢使得混合气的燃烧速度有所增加。
2.3 活化能和指前因子对燃烧特性的影响
根据OpenFOAM中的甲烷-氢气混合机理,在不同掺氢比下基元反应动力学参数并不完全相同,所以有必要针对基元反应动力学参数对甲烷掺氢燃烧计算结果的影响程度进行分析讨论。本文只讨论指前因子和活化能对甲烷掺氢燃烧特性的影响。
计算方案如下:初始温度分别为290 K,340 K,390 K,掺氢比为20%,初始压力为0.1 MPa,当量比为1.0。
指前因子和活化能的取值分为三组,分别为E1,E2,E3,详见表1。
2.3.1 指前因子对燃烧特性的影响
在燃烧反应的初期,对表1中E2,E3两组进行计算,当反应初始温度为290 K时,指前因子对燃烧温度T的影响情况如图7所示。0.004 s之后(即化学反应阶段),E2组对应的燃烧温度数值略大于E3组,二者的燃烧温度差值随时间变化呈递增趋势,但最高差值只有40 K。由此可知,在一定的初始燃烧温度下,指前因子对燃烧温度影响并不明显。
2.3.2 活化能对燃烧特性的影响
在反应体系中只有少数具有一定能量水平的分子(即活化分子)才能引起反应。活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。要使反应发生,分子碰撞后获得的动能必须大于活化能。活化能越大,反应对温度变化越敏感。活化能对化学反应的影响集中在燃烧初期,一旦化学链完全形成,则活化能的影响便会减弱。
在燃烧初期,以掺氢比20%,初始压力0.1 MPa,当量比1.0,初始温度340 K和390 K为计算条件,表1中E1和E3组所对应的计算结果如图9所示,初始温度升高,燃烧温度会呈现上升的趋势,但是不同的活化能对燃烧温度影响不明显。
由图10中可以看出,初始温度对燃烧压力有较大影响,初始温度越高,燃烧压力越大。在初始温度为340 K时,E1和E3组所对应的燃烧压力值较为接近;而在初始温度为390 K时,E1组对应的燃烧压力值与E3组对应的燃烧压力值相比偏小,且随时间的推移这种差异越来越大。由此可见,活化能的增加会使化学反应速率变慢,使得化学反应困难。换言之,活化能的增加导致反应速率对温度敏感性上升。
3 结束语
通过对比实验结果和仿真结果,验证了在OpenFOAM中建立定容燃烧弹内甲烷掺氢燃烧模型的合理性和可靠性。在本文实验与仿真条件下,得到以下结论:
(1)混合气的燃烧温度随掺氢比的增加而提高;
(2)混合气的燃烧压力随掺氢比的增加而提升;
(3)提高掺氢比可以提升混合气的燃烧速度;
(4)基元反应动力学参数中指前因子对燃烧压力影响不明显,而活化能的增加会导致反应速率对温度敏感性上升。
参考文献
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[7] 王金华,黄佐华.喷射时刻和掺氢比对直喷发动机燃烧特性的影响[J].西安交通大学学报,2006,40(7):767-770.
关键词 循环流化床锅炉;自动控制;燃烧系统;汽水系统
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0175-01
循环流化床锅炉作为燃烧适应性强、污染低、负荷调节性能好的燃煤技术,已经成为燃煤技术的主力军。随着人们对电力的需求逐渐增长,循环流化床锅炉的数量在我国呈现逐年递增的态势, 循环流化床锅炉数量的迅速增多,给其运行的自动化提出来更高的要求。循环流化床锅炉自动控制系统要调节的变量很多,有主蒸汽压力、主蒸汽温度、料床厚度、料床温度、汽包水位、一次风量、引风量、给水流量等,本文主要阐述循环流化床锅炉中的燃烧系统和汽水系统的自动控制方案。
1 循环流化床锅炉燃烧系统控制方案的设计
循环流化床锅炉燃烧控制系统的主要任务是在确保安全运行、经济燃烧以及环保的要求下,使燃料燃烧所产生的热量尽快地适应负荷的要求。循环流化床锅炉燃烧控制的难点是:①煤质煤量的变化使得燃烧控制系统不稳定甚至很难发挥作用;②负荷变化能够引起床温的显著改变;③影响燃烧效率的因素很多,例如:一、二次风配比、燃煤颗粒和床温等。针对以上难点,本文从以下几个方面进行燃烧系统设计。
1.1 氧量校正环节
为了合理燃烧和节约能源,通常采用过剩空气系数来实现低氧燃烧,过剩空气系数的理想值是1,但是由于影响循环流化床锅炉燃烧状况的因素众多,再加上各种干扰因素的频繁出现,因此在实际控制中该系数的取值范围一般为1.02~1.10。同时为了消除炉压变化引起炉子漏风、燃料热值波动、锅炉进料和出料时空气进入等干扰因素对燃烧效果的影响,在设计氧量校正环节引入排烟含氧量对过剩空气系数进行校正,从而实现氧量的闭环控制,提高了抑制干扰的能力,最终确保锅炉处于最佳燃烧状态。
1.2 负荷调节方案
由于主蒸汽压力的变化直接反映出供热负荷的改变,因此,主蒸汽压力是反映循环流化床锅炉经济、安全运行的重要参数之一。为了适应供热负荷的变化,通过调整锅炉的风量、给煤量来实现。在负荷调节方案设计时,一般采用主汽流量信号作为前馈调节,为了消除燃烧率变化引起的干扰,本文采用经过动态补偿后的能量平衡信号作为前馈补偿信号。这样就起到负荷扰动时锅炉燃烧快速响应,确保了燃烧的稳定性。
1.3 给煤调节方案
1)热量信号的组成。当主蒸汽压力不变时,通常用热量信号代替给煤量,然后再用主蒸汽流量代替热量信号。这种替代在静态情况下是合理的。但是,在动态性能下,系统的热量信号不仅包括主蒸汽压力,还包含锅炉的蓄热能量,而蓄热能量和汽包压力密切相关。因此改善循环流化床锅炉自动控制系统的动态性能,本文在设计给煤调节方案时热量信号由蒸汽流量信号和汽包压力信号两部分组成。2)负荷床温调节。由于不同的负荷,要求的锅炉床温度不同,负荷床温调节环节的主要任务是调整煤量、煤质的变化。当负荷处于稳定状态时,采用床温信号调整和补偿给煤量,确保床温信号保持在稳定的范围之内。当床温过高时,减少一点给煤量;当床温偏低时,增加一点给煤量。
1.4 风量调节方案
1)总风量调节。循环流化床锅炉总风量的调节是通过一次风量调节和二次风量的调节来实现的,其中一、二次风的分配率要根据锅炉厂的资料进行确定,在实际的控制过程中,也可根据现场的实际情况做适当的调整。2)一次风量调节。对于循环流化床锅炉而言,一次风的作用是用来保证物料处于良好的流化状态,从而维持正常的物料循环。一般情况下,一次风量要占到总风量的40%~60%之间,由于不同的锅炉该数值不一,在实际的应用过程中还要进行适当的调整。由于循环流化床锅炉的正常燃烧要求床温维持在一定的范围之内,因此,一次风量的设计还要综合考虑床温控制。3)二次风量调节。循环流化床锅炉中二次风的主要作用是协助悬浮段中微小煤炭粒子充分燃烧。二次风量调节通过控制二次风挡板的开度实现,从而确保燃料的充分燃烧。
2 循环流化床锅炉汽水系统控制方案的设计
循环流化床锅炉汽水控制的目标是在确保锅炉和汽机安全、经济运行的前提下,控制锅炉主蒸汽温度在合理范围内、锅炉给水流量能够满足蒸汽负荷的要求。根据汽水系统特性,本文从主蒸汽温度控制和汽包水位控制两个方面阐述汽水系统的控制方案设计。
2.1 主蒸汽温度控制方案的设计
1)主蒸汽温度特性分析。对于热电厂中循环流化床锅炉而言,主蒸汽温度过高会导致汽机高压缸和过热器承受过高的热应力而损坏;主蒸汽温度过低,则会降低机组的热效率,影响锅炉的经济性能。因此,主蒸汽温度控制系统是确保机组稳定运行和提高机组热效率的重要组成部分,由于影响主蒸汽温度的因素很多,例如减温水流量、进入过热器的热焓、蒸汽负荷、火焰中心位置等。在各种扰动因素的影响下,汽温调节对象的动态特性有一定的惯性和滞后特性,因此主蒸汽温度的控制也是循环流化床锅炉各个控制对象中较复杂、困难的一项。2)主蒸汽温度模糊控制器的设计。为了确保主蒸汽温度在大多数情况下维持在480℃,通常情况下主蒸汽温度控制方案采用串级PID控制器,该方案具有容易实现、结构简单等特点。但是由于主蒸汽温度的对象特性具有滞后性、非线性、不确定性、变化性等特点,再加上各种扰动因素的影响,采用串级PID控制器的控制品质得不到保证。为了提高PID控制的自适应性,本文将模糊控制引入到主蒸汽温度串级控制中,主调节器采用Fuzzy-PI复合模糊控制器,当主蒸汽温度偏差较大时,采用模糊控制和适当的PI作用能起到抑制干扰因素的作用,从而确保系统在稳定后还没有稳态误差。
2.2 汽包水位控制方案的设计
1)汽包水位特性分析。由于汽包水位间接地表现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系,因此,汽包水位也是确保锅炉稳定、经济运行的重要参数之一。循环流化床锅炉汽包水位控制的主要任务是:①保持给水量在负荷不变时的相对稳定;②维护汽包水位在合理的范围之内。2)加权因子模糊控制器的设计。由于锅炉蒸汽负荷变化会造成的虚假水位现象,再加上汽包水位系统是一个非线性的滞后系统。为了保证锅炉汽包水位的偏差在±25 mm的范围之内,本文采用加权因子模糊控制器的设计思路,选取锅炉汽包实际水位和给定水位值之差和其变化率作为控制器的输入,自调整加权因子作为控制的输出。
3 结束语
为了实现锅炉稳定、安全、高效地运行,开发研究循环流化床锅炉自动控制技术具有重要的现实意义和经济价值。随着循环流化床锅炉的逐渐普及、计算机和人工智能技术的逐渐发展、操作人员的经验日益丰富、模糊控制和人工神经网络等智能控制方法逐步应用,循环流化床锅炉自动控制系统的设计会逐渐完善。
参考文献
[1]周俊霞,付松.循环流化床锅炉床温控制建模与仿真[J].华北电力大学学报,2003,01.
[2]王哲,倪维斗.循环流化床全工况实时动态数学模型的研究[J].动力工程,2000,01.
能源动力行业是国民经济发展的重要基础行业,是国家“节能减排”战略的主战场。该行业涵盖学科多,支撑面广,国际竞争日益激烈。天津大学机械工程学院针对行业特点,以激发学生学习与创新热情为出发点,创新性地提出了“熔炼互激”的教育理念,并建立了协同多元教育资源培养能源动力类“国际化、高素质、创新型”人才的“三五三”教育体系,培养视野开阔、基础扎实、综合素质高、创新能力强的行业急需人才。成果实施4年以来,学生培养质量整体显著提升,毕业生的综合能力素质受到用人单位高度评价,成果的教育理念和模式辐射到浙江大学、吉林大学等国内10所知名高校和2家知名企业,辐射作用显著。
针对“传统”专业学生学习兴趣不浓、创新能力不足、专业认知不清晰等问题,如何有效激发学生学习与创新实践热情?新形势下,如何配置和融合多方位教育资源,培养行业所需要的国际化、高素质、创新型人才?天津大学以激发学生学习与创新热情为出发点,提出“熔炼互激”的教育理念,并建立了协同多元教育资源培养能源动力类“国际化、高素质、创新型”人才的“三五三”教育体系,培养视野开阔、基础扎实、综合素质高、创新能力强的行业急需人才。
成果解决教学问题的方法
实施“熔炼互激”理念,激发师生热情
在课程、实习和实践教育环节,组建由国内外教授、讲师、研究生、学生和工程师等多层次人员构成的多元互动式教育场景(称为“熔炉”)。例如在“传热学”课程教学中,以“竞标团队”形式建立由海内外教授、讲师、研究生、本科生和工程师构成的多元化课程团队。在实践教学中,如学生车队,以“虚拟公司”和“项目小组”等形式构建跨专业、跨年级学生组成的多元化项目团队。通过多形式、多阶段的考核评估以及营造群体竞争氛围等措施,推动师生共同面对实际问题的挑战,频繁地交流、讨论、咨询、汇报、评价,即“熔炼”作用;全体参与者相互学习、撞击、锤炼与激励,最大限度地获得教育和成长,达到“互激”状态。
构建“三五三”教育体系,支撑培养目标
学科教育委员会协调国家和教育部重点实验室的科研资源、内燃机和地热产学研联盟的产业资源和内燃动力引智基地的国际资源,组织为三大教育资源。构建项目制课程、科研实习、企业实习、国际视野拓展、群体创新实践等五大教育板块(图1),协力培养“国际视野、高素质、创新”等三大能力素质。构建成三大资源和五大教育板块相互促进、相互补充、共同发挥作用的“三五三”教育体系。重点实施项目制课程、群体创新实践和国际视野拓展等改革,推动三大教育资源汇集于五大教育板块,为人才培养目标提供多方位、多层次支撑。建立课程改革、教育质量反馈等21项制度以及学生实践教学管理信息平台,从人员落实、资源到位、过程规范、效果评价等角度,保障教育体系的可持续运行和不断完善。
修订培养方案,实施5项教改计划
项目制课程改革计划:分批次选择专业课,改革教学大纲。以3种典型的项目实施模式,开展基础课程改革(见表1)。以项目为牵引,建立不同规模的项目团队,采取个人和团队表现相结合以及分阶段、多形式的考核方式,强化“学以致用,创新实践,沟通协作”意识。
表1 项目制课程改革方案
群体创新实践计划:给一年级新生宿舍发放内燃机,举办以宿舍为单位的拆装竞赛。组织二至四年级学生建立方程式车队,按照虚拟设计公司运行,参加全国比赛。个人和团队表现计入实践学分。
国际视野拓展计划:聘请20多位海外学者,建立5个国际化教学团队,建设专业课,开设13门选修课和讲座。暑期邀请海外教授,面向全国大学生举办暑期国际学校。选拔优秀学生赴海外游学。
科研实习计划:组织重点实验室每年招聘30-40名三年级本科生,加入课题组进行科研实习,实习评价作为保研和考研面试参考。
企业实习计划:建立8个国内企业实习基地和3个海外企业实习基地,组织二、三、四年级本科生以多种形式参加企业实习。
建立组织管理机制,保障可持续运行
组建教育委员会及6个工作组,制定21项管理制度,落实学分认定、人员到位、资源配置、过程规范、效果评价。通过在校生、教师、毕业生和用人单位等四层次反馈,实现全过程监督和反馈,确保教育体系的稳定运行和不断完善。
成果的创新点
提出了激发学生主动学习和创新热情的“熔炼互激”教育理念
传统教育一般为“老师教,学生学”的“二元主从式结构”,学生常常处于被动地位,兴趣不浓,热情不高。“熔炼互激”理念改变了传统的教育场景和教育模式,学生从被动的受教育者变为教育过程的主动参与者和贡献者。以技术竞标团队、虚拟设计公司和项目小组为主要形式的多元化熔炉,拉近了职业场景。一大批学生在履行“总经理”“总工程师”和“项目经理”等岗位职责时,表现出高度的责任心和自豪感,有效激发了学生学习和创新的热情。在“熔炉”中,教师的作用更多表现为营造“熔炼互激”的氛围,教师和工程师参与的热情也得到激发,维持了“熔炼”的“热度”,确保了“熔炼”的可持续性。
提出了协同多元化教育资源培养“国际化、高素质、创新型”人才的“三五三体系”
成果突破了传统的教育资源和教育体系范畴,将学科牵头的内燃机和地热产学研战略联盟、内燃动力111 引智基地、国家重点实验室/教育部重点实验室等三大资源有效纳入本专业的教育体系。设置项目制课程、科研实习、产业实习、国际视野拓展、群体创新实践等五大教育板块。在每个板块的教育“熔炉”中,汇集相应的教育资源,实现资源的协同。在教育委员会的组织下,实施五项教育改革计划,协力培养“国际视野”“高素质”和“创新能力”等三大能力要素。
成果的推广应用效果
学生受益显著,综合素质整体提升明显
本专业四届12个班级400余名学生培养质量整体显著提升。50%进入国内一流大学深造,10%直接被世界一流大学录取深造,30%-40%被国内外龙头企业和院所录用。100余人获得全国大学生“节能减排”竞赛、“挑战杯”等奖励。6名同学以第一作者发表国际一、二区期刊论文6篇,单篇最高影响因子达4以上。
对参加传热学课程的130余名在校生和30余名毕业生抽样调查表明,90%以上的同学感受到该课程明显促进了对基础知识的理解和掌握,98%以上的同学认为自己的演讲、沟通、团队协作能力得到显著提升,部分同学还提到这将是自己大学生活“永生难忘的记忆”。
天津大学北洋动力FSAE方程式赛车队参加了4届赛车比赛,成员来自能源与动力工程、自动化、工程管理等30余个专业600余人。车队以虚拟公司方式运作,获得2010年度最佳组织奖,2013年度设计、营销、加速等成绩排名进入前10%。
全国20余所高校的1000余名学生参加了天津大学举办的4期暑期国际学校,拓展了国际视野。
毕业生受到行业用人单位高度认可
2013年12月,对一汽、上汽、长安、长城、广汽、潍柴、玉柴、联电、德尔福、中科院广州能源所等21家国内外大型企事业单位进行了本专业毕业生13项能力素质指标问卷调查。结果表明,在基础知识的掌握、创新能力、适应社会的能力、团队领导能力、解决复杂问题的能力及对事业/公司的忠诚度等13个方面均表现优异。应届毕业生受到用人单位的渴求,供需比连续四年超过1∶6。
成果示范效果显著,受到知名高校的认可和使用
浙江大学、山东大学、湖南大学、吉林大学、北京理工大学等10所高校,借鉴和运用本成果的培养模式和教育理念,改革成效显著,受益学生达3100余人,其中300余人次在“挑战杯”“节能减排”“FSC”等各类比赛中获奖。
参与企业多方面受益
天津松正公司和JohnDeere公司全程参与了“传热学”课程改革,参与的工程师深受教育和启发。学生项目给出了很多有价值的基础数据和设计方案,为公司工程机械和电动汽车热管理系统的工程开发提供了重要参考。
【关键字】:案例推理;热力机组;在线运行;优化调整;决策
中图分类号:O414文献标识码: A 文章编号:
锅炉的运行工况在很大程度上是故障诊断以及操作指导的基础,该项指标是实现性能监测的优化运行和发展的重要环节。影响着锅炉的运行水平。当前锅炉运行目标工况定义模糊,其目标工况的实现方式也并不完善,由此,在热力机组的优化运行过程中,要实现优化调整机组的运行模式,应从电站的综合效益出发,建立起以实力推理技术为基础的实时检索模式,建立当前锅炉运行的目标工况,实际证明,该优化调整方式能实时反映当前热力机组的运行工况,并最终实现优化调整,降低热力机组的能量消耗。
一、基于案例推理的决策支持系统
CBR是通过问题数据库处理新的问题,实现人工智能方法的负责,CBR系统通过使用具体以及经历过的实例实现知识的表达,在CBR系统当中,新问题的解决是通过发现过去相似的案例,使该案例在新的环境中得以充分利用,从而能在医学诊断、机械设计以及废水处理等控制领域都有成功的应用。案例推理的应用成功在很大程度上具有领域上的依赖性。也就是如何表示案例以及合适的相似性和案例修改测量应根据实际的需要进行具体的研究。典型的案例问题应从检索、重用、修正和表保留等几个方面进行设计。
二、建立热力机组的运行工况的模式
使用有效的特征量实现CBR系统运行工作状况运行良好的工作基础,热力机组的性能评价是针对系统的稳定形态,与热力试验的标准评价标准为参照,同时以大量的数据稳定态,以热力试验标准要求为依据,通过浏览大量的数据可了解到,对于闭式的循环机组,循环水的入口温度在热力机组经过运行工况变化的点或者其他的操作之后具有较长的过渡时间。并且也是热力机组计算过程中的关键模量。由此,通过将循环水温度以及热力机组负荷在较长的时间段内保持在测量误差范围内的运行工况实际上为性能评价的有效工况。下图所示为600MW机组在( 400±3)MW负荷、( 25±0.2) ℃循环水温下的有效工况的采集点,每一个点簇则是一个具体的工况实例,由相应的数据可了解到,其呈现正态分布
三、相似工况检索
CBR系统中的成功的关键在于相似性的定义,虽然相似性定义为两个案例的共同热特征量的共同属性特征量函数,而实际的检索过程如何以较小的特征量表达出最大的相似程度,而忽略其中大量的潜在描述属性是一个难以解决的难题,应根据实际的工程应用进行深入的探讨。热力机组的实际运行过程为连续的动态发展过程,也就是系统的状态参量为连续的时间序列。通过将这些参量作为相似度量将在很大程度上造成误差,也无法揭示系统的本质状况,通过在对对象特性的分析基础之上,以流体力学中两流动现象的几何相似、运动相似和动力相似等定义,明确了汽轮机冷端、汽轮机入口和锅炉出口等三个主要的环节。当确定了这三个点的工作状态,则能整体把握系统的整体性能。而对于汽轮机入口而言,调节阀的方式、调节级的有效流通面积和蒸汽流量是确定此环节运行效率的主要因素,而有效通流面积则能使用调节级后压力与调节门前压力的比值能实现较好的近似。而锅炉侧的效率,现代大型过论在正常的运行条件下能保持相对稳定的性能。主要考虑锅炉侧能量的最大损失。由此锅炉的出口氧量、排烟量以及排烟的温度都被用作相似性度量的特征量。在正常的工况之下,烟气量以及蒸汽量都近似于机组的负荷数值,然而上述的三个环节的局部相似程度则是使用负荷值代替了烟气量以及蒸汽量。
四、修改案例
CBR系统当中,都是通过检索得出相似实例,本质上是由问题当前的部分信息或者说是特征量近似从而给出了问题的有效解答。而针对当前新的需求应经过适当的修改才能应用。相似性的判断核心在于环节点的动力学状态相似。而在预设的系统无故障的前提之下,搜索到的相似工况是当前系统未受到任何干预时,在经过足够长的时间则可达到稳定的工作状况,也就是所有的热力机组的工作状况将逼近相似工作状况而进入稳定态,这是下一步决策调整的基础。
五、搜索最佳目标实例
当系统搜索到相似实例性能指标处于优化区间时,不需要对当前的工况进行调整,即使在线实时性能计算指标偏高也啊很大程度上是由于热力过程,保持系统的稳定运行,当相似的实例不处于优化区间时说明需要调整当前工况,当仅仅通过调整后在搜索相似实例则无法达到实时决策的指导效果。并且能给出一个明确的参考标准以及决策的优先级。案例的修改包括特征量的替换、转换以及生成式的修改,并且几乎处于具体领域问题的针对方法。通过以替换为主要方式,在实例修改过程中引入能耗率指标等因素,当前的能耗率指标无法代表真实的稳定态性能,由此无法直接参与系统性能的判断,通常汽车轮机冷端状态量的过渡时间较长并且具有较差的可操作性,由此应将系统冷端相似并且能耗率最优的实例作为了最佳的参照实例。也就是将锅炉出口、汽轮机入口和汽轮机冷端的权值系统设置为0、0、1,通过二次搜索得出最佳的参照实例。而后得出决策因子。为热力机组的优化调整运行提供决策的方式。
参考文献:
[1] 李利平,张春发,牛玉广,贡献. 基于案例推理的热力机组在线运行优化调整决策方法[J]. 中国电力, 2007,(09)
[2] 洪军,司风琪,毕小龙,徐治皋. 基于事例推理技术的锅炉运行实时目标工况模型[J]. 热能动力工程, 2007,(01) .
[3] 魏万物.宝二电厂厂级监控信息系统优化探讨[J]. 青海电力. 2007(03) .
关键词:人工环境实验室温湿度计时间的控制分析
前言:
从总体情况来看,人工环境实验的具体操作模式是利用了制冷、加温以及增加湿度等环境调节手段,来模拟现实环境中所遇见的种种复杂多变的天气状况。在进行具体的实验的过程中,需要借助温湿度计等数据分析设备来为实验项目提供有力的数据支撑,其中,人工环境实验室温湿度计时间的控制的过程就是应用实验设备过程中最为关键的一环。
一、人工环境实验室的基础框架结构以及温湿度计时间控制的目标分析
(一)浅析人工环境实验室的基础框架结构问题
从现实的角度来看,人们在构建人工环境实验室的初衷不尽相同,有的机构是为了设计某项产品,而有的机构则是为了测试或改进某类型产品的性能,因此,实验室的使用效用有所差异。但尽管如此,人工环境实验室的基础框架结构大体类似。通常情况下,人工环境实验室的温度度调控的指标类型大致相同,具体包括有:实验的上限温度、湿度要求以及下限温度等,而且,还对实现风度与温度的稳定性等内容有所要求,这些都是构成人工环境实验室研究的基础框架内容[1]。
(二)人工环境实验室的温湿度计时间控制的目标分析
从基础概念上来看,人工环境实验室的温湿度计是用于测定环境当中的温度及湿度指标的器具,进而利用相关的测定数据来辅以完成产品的生产或物质的储备等项目工作[2]。人工环境实验室当中的温湿度计的主要功用是为了测量企业或机构所设计的目标产品的性能,以及在不同温湿度环境中的适应性。从总体而言,人工环境实验室的温湿度计时间控制的目标主要是为了找出有利于待测产品的最佳适用温湿度环境。
二、人工环境实验室温湿度计设备的时间控制策略研究
(一)人工环境实验室使用的具体步骤分析
在实践的过程中,根据具体的设计要求,进行人工环境实验操作。人工环境实验室在使用的过程中需要按照科学化的操作步骤来实施,首先,需要考量人工环境的风向、风速等因素,还需要结合设计内容来配置制冷机组、加热器等设备,并对各类型设备进行调试操作;其次,根据设计要求,执行好人工环境当中温湿度计的时间控制,如若发现高温区向低温区的跨度时间过长等状况,则需要借助基于热力学理论的温湿度调整、设备技术调试等有效手段来改善环境;最后,将整个实验过程进行总结。此外,从理论上而言,人工环境实验室的监控用温湿度计是需要进行有效计量的,这是保证检测结果准确性的关键措施之一,尤其是对温湿度要求高的检测设备,例如:MS系列,其温湿度不达到仪器规定的要求,则就不能够开展正常的产品检测等具体的实验项目[3]。
(二)针对人工环境实验室温湿度计设备的时间控制问题及其调整措施分析
在长期的实践过程中了解到,为了能够在一定程度上提升人工环境实验室运作的经济性,则需要采取切实可行的措施来予以维护,尤其是要控制好人工环境实验室温湿度计设备的时间,只有这样,才能增强人工环境实验室的实际效能。从具体情况来看,有关人工环境实验室温湿度时间控制管理的有效措施可分为两种类型:其一,在最初构建人工环境实验室的过程中,就避免建造一种温湿度指标跨度较大的模拟实验环境,这便能够有效避免实验室在温湿度跨越的过程中消耗一部分能量,以此来削减人工环境实验室的建造成本,在这种情况下,则可以采取人工环境分区建设的策略来加以改善,即将整个人工环境分为高温实验专区以及低温实验区两个部分;其二,当人工环境实验室的温湿度指标需求过于宽泛时,需要采取个性化的设计方案来有效控制人工环境实验室运行成本,并适度控制好温湿度计的时间标准[4]。实际上,对于人工环境实验室的温湿度设计的要求在高温情况下才更具现实意义,所以,为了改进实验室的使用效能,需要对相应的实验要求进行具体的设计。
结束语:
总而言之,通过对人工环境实验室温湿度计时间的控制的相关内容进行研究,能够更加明确构建人工环境实验室的目的,并根据不同机构的实验需求来调整各项温湿度指标,以此来营造逼真的现实环境,获取相应的数据计量结果,记录好待测对象在具体环境中所发生的变化情况。实际上,人工环境实验室使用的具体步骤较为简易,有关人工环境实验室温湿度计设备的时间控制问题的分析结论与理论研究相契合。通常情况下,我国较大规模的生产制备类型企业在生产某项产品时,往往需要进行人工环境实验研究,借此来改进或预估产品的实际效用。实际上,为了建设高效的人工环境实验室,使其温湿度计的时间控制更具经济性,则可以采取分区建设等策略来执行。
参考文献
[1]李录平,刘胜先,谭海辉,等.气温和空气湿度对桨叶覆冰特性影响的实验研究[J].热能动力工程,2012,05(05):610-614+629-630.
[2]高寿云,何嘉鹏,朱顺兵,等.多功能人工环境实验平台的研发与应用[J].实验室研究与探索,2010,12(12):49-50.
[3]付传清,金贤玉,金南国.人工环境中模拟海洋潮汐作用的试验装置[J].实验室研究与探索,2014,04(04):54-56.
[4]唐标,赵永辉,丁心志,等.基于云南地区环境实验平台温湿度因子对电力设备影响的研究[J].科学技术与工程,2014,08(24):239-241.
高校学报自然科学版的报道内容,因各个学报的办刊历史和学校特点呈现出比较鲜明的个性。科技期刊在选稿方面要提高话题意识、注重选题创新,注重期刊载文的科学性、新颖性和先进性[7]。高校学报报道内容的选择主要体现在其报道的学科上,也反映在其作者群上。另外,科普等相关功能的探索也在业界有讨论,有的利用封二、封三报道科研快讯,有的开辟了研究简报的栏目。总体来看,报道内容体现各高校的特色,没有统一的要求,也没用相应的国家或行业标准,专门的研究尚不多见。笔者对于部分高校学报自然科学版目次中的栏目设置情况进行了整理和分析。
1.1核心类高校学报报道内容
这里指的核心类高校学报主要包括中文核心期刊、中国科技核心期刊和RCCSE中国核心学术期刊。栏目设置选择部分核心类高校学报近3年的情况(见表1)。通过分析,发现这类刊物报道内容特点如下:
(1)与本校学科结合紧密。有的是独具特色的交叉领域,如电子科技大学的复杂性科学;有的是所在学校的优势专业,如武汉大学的化学、生物,武汉科技大学的冶金科学与工程,福建农林大学的作物科学;师范类的报道内容则紧密结合了所开办的专业,全面而细化。
(2)反映了地域科技资源。如华中师范大学的城市圈研究,宁波大学的海洋水产与生物技术。
(3)在拓宽报道内容上有新的尝试。由于这些高校学报办刊的优势,在吸引优质稿源上有条件,也逐步在尝试宽口径的栏目设置,如沈阳师范大学的主编约稿、武汉大学的综述,河北师范大学则设置了专题研究和学科综述两大栏目。
1.2综合类高校学报报道内容
综合类高校指的是世纪之交高校合并后出现的学科相对齐全的一般院校,具体栏目设置情况见表2。通过分析,可以发现这类刊物报道内容特点如下:
(1)栏目设置比较全面,优势学科体现不足。部分高校学报没有栏目设置,究其原因,有的是栏目正在形成中,有的是办刊实践中发现栏目设置与报道内容有冲突,干脆取消栏目。
(2)开始注意与学科、地域结合来设置栏目。如江汉大学的光电化学材料与器件研究栏目,依托于部属重点实验室举办特色栏目;武汉纺织大学的纺织科学;东北大学的信息与控制、材料与冶金栏目;武汉工业学院(武汉轻工大学)的食品科学与工程,等等。在地域科技资源上,贵阳学院开设了区域经济研究;四川理工学院开设了工程质量、安全与防灾减灾。
(3)办刊实践中的新尝试。综合类高校学报难以借助刊物影响吸引优质稿源,在拓宽报道内容上也没有太多的内动力,但也进行了不少探索,取得了可喜的成绩。如青海大学的研究报告与学术论文。这里一个重要的尝试是浙江海洋学院和青海大学推出的研究简报。一般高校学报在高端的努力是必要的和艰难的,但在快速报道方面是有优势的和有需求的,研究简报的推出,很好的挖掘了自身的办刊优势,值得推广。
1.3农林师范类高校学报报道内容
选取农林师范类高校单独分析,是因为这类高校围绕优势学科办学,专业特征明显,对它们的分析也有解剖麻雀的意义(见表3)。通过分析,发现这类刊物报道内容特点如下:
(1)与学科、地域的结合十分明显,所报道的内容能够全面反映办学资源。关于这一共性特点这里不再展开。
(2)在学科的纵深方面有探索,从理论和应用上都有拓展,很好地体现了栏目设置的延展性。如杭州师范大学的有机硅专栏;新疆师范大学的竞技与健身研究。
(3)在报道的时效性上也有初步尝试。如内蒙古农业大学的简报栏目。
1.4学报自然科学版报道内容的主要趋势
通过以上分析,可以得出当前高校学报自然科学版报道内容的主要发展趋势。
(1)立足优势学科开门办刊。学报是“职员、学生共同研究学术、披露心得之机关”(见《北京大学月刊》创刊号《编辑略例》)。与本校优势学科的结合是高校学报自然科学版办刊的立足点。
(2)着力报道地域科技资源。不同地域的经济社会发展有不同特点,学报应抓住这些优势科技资源,在与地域科技资源结合上不断着力。
(3)创新办刊思路注重延展性。高端的主编约稿、院士特稿,大综合的专题研究,注重时效的研究简报都是栏目设置的新趋势。实际上,学报报道内容和栏目设置的领域相当宽广,是和经济社会发展、学科的动态、学校的建设紧密相连的。按照中国图书分类办法,与自然科学相关的类别就有10大类,其中T类就有TB一般工业技术,TD矿业工程,TE石油、天然气工业,TF冶金工业,TG金属学与金属工艺,TH机械、仪表工业,TJ武器工业,TK能源与动力工程,TL原子能技术,TM电工技术,TN无线电电子学、电信技术,TP自动化技术、计算机技术,TQ化学工业,TS轻工业、手工业,TU建筑科学,TV水利工程,等等细类。在国外,科技期刊的科普功能得到重视和应用。学术期刊论文中阐述的新方法、新实验和新观念,也会作用于人的思维,具有科普功能。发达国家的经验表明,学术期刊中完全可以融入科普内容,成为重要的科普载体[8]。科普报道以科技在线、编辑精选、网络观察、读者来信、学科视点等栏目出现在诸如Nature、Science等刊物上。然而,我们的高校学报编辑部多以“不能改变读者对象、降低学术水平为代价来招揽读者”的理由,没有在这方面进行尝试。总的来说,高校学报自然科学版在报道内容上既要细化栏目、精耕细作,又要提高固定栏目的比例、强化优势特色栏目。
2高校学报自然科学版特色栏目建设
高校学报自然科学版是典型的小众传媒、综合性学术期刊,文章数量少却专业种类众多,难以体现学科特色,是这类期刊的致命弱点。
2.1学报界和研究者多数主张策划特色栏目
多数研究者和学报界同仁认为高校学报影响力下降的主要原因是:涵盖的学科和专业太多,信息集中度太差,最终造成了总被引频次和影响因子排序的下降。一段时间以来,高校学报自然科学版压缩报道内容,甚至举办专业期刊成为时尚。其中不乏成功的例子,如《中国地质大学学报》变更为《地球科学》,成为地球科学类的综合性学术期刊,影响因子大幅度上升;《武汉大学学报(信息科学版)》刊载论文内容集中,脱离了一般学报大综合的特性,成为全国众多高校学报中的佼佼者。为此,自科学报界多主张向人文社会科学学报学习,举办特色栏目。他们认为突出特色,以特制胜是普通大学学报生存和发展的重要途径[9]。《江汉大学学报(自然科学版)》开辟了“光电化学材料与器件”专栏,《海南师范大学学报(自然科学版)》开辟了“热带药用植物化学”特色栏目,《湖北民族学院学报》有“民族医药”栏目。综合性大学按照重点学科凝练特色栏目,民族师范类院校按照地域和传统优势学科打造特色栏目,专业明显的农林类学校更不用枚举了。这些特色栏目立足本校的重点学科,主动围绕栏目组稿约稿,成为倍受业界注意的重要阵地。
2.2不少办刊人和管理者主张坚持办刊规律不强求特色
也有学者质疑了大学学报的“特色论”[10]。他们的理论依据是学报是学术期刊,不能同文学期刊等消费类期刊等同,不可盲目学习其特色建设的规律。他们列举了中科院系统的学术期刊、国外的期刊办刊实践,特别强调:科学无特色,创新和反映创新的科学研究是学术期刊的第一要务。其精神实质在于质量[11]。当然,这些质疑论者也没有否定编辑的策划努力,他们承认学术期刊有学术引导的使命,提倡以问题为中心。
2.3对高校学报自然科学版特色栏目建设的建议
关键词:硼回收系统;除气装置;调试;逻辑;状态切换
1. 概要
M310型核反应堆的硼回收系统(TEP)是与核安全相关的重要辅助系统,是核电站中状态较多、控制比较复杂的系统。它最主要的功能是收集来自化学和容积控制系统下泄管线及来自核岛排气和疏水系统的可复用冷却剂,经过滤、除盐、除气和硼水分离后向反应堆硼和水的补给系统提供核级补给水和4%的硼酸溶液。其两大核心设备除气装置和蒸发装置所属的除气单元和蒸发单元,因为控制逻辑复杂,状态繁多,启动起来相对比较困难。本文通过对除气装置调试典型问题进行分析、总结优化,为后续机组的调试、运行工作起到借鉴作用。
2. 除气单元概述
TEP系统每个系列各有一套除气装置,它是由一台除气装置、一台排气冷凝器、一台再生式热交换器、一台冷却器、一台输液泵和相应的仪表、阀门及管道组成的。
除气装置采用热力除气法,用以去除溶解在排出液中的H2、裂变气体和其他气体,能使除气装置放射性为1×1013Bq/m3的气体除气因子达106。需除气的料液初始温度在7-50℃之间,经再生式热交换器加热到70-95℃后进入除气装置。进料从塔顶喷入,除气装置下部由辅助蒸汽加热,使料液处于饱和状态。正常加热蒸汽为2.5t/h,由塔顶压力控制。正常运行时除气装置的温度为113℃,塔顶压力1.47bar.a,不凝结气体和蒸汽从塔顶排入冷凝器中冷却,冷凝水靠重力流回除气装置,而不凝气体则定期排往含氢废气处理系统。脱气后的料液(t=113℃,P=1.6bar.a)由水泵以27.2m3/h的流量,经再生式热交换器冷却到50-75℃,再经冷却器降温到50℃以下,送往中间贮存箱。
3. 除气装置调试问题分析及优化建议
3.1 TEP027VP调节性能问题及优化措施
除气装置在再循环模式和生产模式间互相切换时,切换初期除气装置 液位会出现大幅度阶跃波动,触发高、低液位报警联锁信号,终止系统状态间的自动转换,无法实现系统状态间的自动转换。在模式切换前,除气装置液位自动调节正常,液位稳定在设定值左右,流入和流出除气装置的液体是平衡的,即通过027VP 进入除气装置的液体与经过033VP 流出除气装置的液体流量是相等的。当系统因流量,压力、温度、液位等小扰动的原因而出现液位小幅波动时,PID 调节器自动调节027VP阀门的开度,调节流入除气装置的流量,使流入和流出重新达到平衡,经过调节后,使除气装置的液位重新恢复到原设定值液位。但是实际调试过程发现,在033VP再循环与生产切换时,除气装置液位自动调节会失去平衡,且这种不平衡较大,于是出现大幅度波动,导致除气装置跳机。
对上述情况的产生,分析如下:在实际运行过程中,033VP 实际流量特性与设计不符。在系统进行状态转换时,因033VP 失去了原有的节流调节作用,造成003PO 出口流量大幅度的阶跃变化,使流入和流出除气装置的流量瞬间失去平衡,且这种不平衡较大。而此时PID 调节器因其固有的滞后、超调特性,无法快速响应这种大幅度的阶跃,对除气装置液位进行有效的调节控制,从而触发了高、低液位信号,终止了状态间的自动切换。
解决方法:为了平衡上述两个阶跃对DZ液位带来的影响,仪控人员在TEP027VP的调节上加上两阶跃补偿,具体方案如下示意:
通过对TEP027VP的调节性能进行上述优化后,除气装置液位在状态转化过程中稳定良好,实现了自动调节,确保除气装置状态正常自动切换。
同时,根据调试经验,除气装置向生产状态切换时,可以将进料阀TEP 027VP先打到手动设定30%的初始开度,然后将其置于自动位置,这个30%开度的提前量有效补偿了排料三通阀TEP033VP转向生产时除气装置向中间贮槽排放的料液体积,相当于对TEP027VP人为增加了一个前馈控制环节,使除气装置状态转换时的液位变化趋于平缓甚至不会出现波动。
3.2 液位计、压力计共性漂表问题
TEP系统一些重要仪表如101MN、105MN、101MP等负压侧均设置了平衡罐,并通过仪表迁移补偿平衡罐液柱所产生的压差。当除气装置长期运行和备用期间,平衡罐内充注的水可能逐渐蒸发而未得到及时补充,其形成的液柱高度逐渐下降,即会造成正负压腔的压差变大,导致仪表漂表,严重时导致跳机。对于这种现象,需采用定期通过REA水泵充水的方法来维持平衡罐液位,保证参考液柱的高度。考虑到调试期间除气装置内部不含氢气,可用SED水替代。
3.3 状态切换试验时间优化措施
在除气装置状态调试试验中,除气单元状态间的切换较多,除氧过程费时约1h。在试验中要求在不同状态和工况下除气装置返回停运状态的试验,要重复从升温到除氧的过程,而试验中没有必要每次等待1个小时,并且调试期间除气单元所用水源为干净的SED水,不涉及任何放射性等有害物质,所以更无需每次在除氧过程中等待1h。因此,将计时器设定为5min,达到了同样的目的而节省了试验时间。试验完成后将计时器恢复为原设计值。
3.4 除气装置排气取样逻辑更改
根据逻辑,取样阀TEP261VY/262VY在除气装置热备用状态下可以打开,方便化学取样,但是这样就可能有蒸汽进入TEP311/312管道及其下游管线,这些蒸汽凝结后停留在TEP311/312管道中,将会导致除气装置相关的压力、温度探头不可用,影响除气装置正常生产。对此,建议运行人员在除气装置生产过程中取样,取消热备用的取样要求, 这样既满足了化学取样要求又对除气装置运行不产生任何影响。
4. 结论
本文借鉴福清核电硼回收系统的调试经验,并参考同行电站经验反馈,对除气装置调试过程中出现的典型问题进行分析与解决,对核电站启动除气装置进行正常生产具有非常高的指导意义,希望能对M310堆型硼回收系统的调试工作以及之后的运行生产有所帮助。
参考文献:
[1]硼回收系统手册2-5章,中国核电工程有限公司,2010年10月.