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      在博士論文選題中貫徹科學方法論思想


      2014年04月30日 | 作者: paperrater | 分類: 行業動態 | 來源:PaperRater論文檢測系統

      博士論文應該是高水平的研究探索,是博士生三年研究成果的總結。博士論文應該具有創見,體現出作者的魄力和膽識,體現出智慧和才華,優秀的博士論文應該是將閃光的思想用精彩的語言表現出來。博士論文選題非常關鍵,其選題的起源一般是為了達到某特定目的,在某一科學或技術領域所要研究和解決的一個或一組科學問題或技術問題。愛因斯坦認為,在科研方面,提出一個問題比解決一個問題更重要,因為解決一個問題也許僅是一個數據上或實驗上的技能而已,而提出一個新的問題、新的可能性、從新的角度去看舊的問題,卻需要有創造性的想象力。

      博士論文選題,一般來說需要遵循如下步驟:問題調研→課題選擇→課題論證→課題決策。在此過程中,必須兼具科學性、先進性、創新性和實用性等基本科研素養,自覺不自覺的運用科學認識論和方法論的思想來指導自己對研究課題的選擇。一般來說,科研選題首先要深入分析選題的背景和意義,弄清選題的主要矛盾;此外還需要擬定研究路線,確定研究方法;而提出自己的創造性見解則是科學研究的重中之重;最后還需要寫明預期成果具有怎樣的社會效益。

      1、選題背景

      當今人類社會面臨的一個很大的問題便是能源危機。20世紀50年代以后,由于石油危機頻繁對世界經濟造成巨大影響,國際上各國對能源問題都保持審慎的態度。2008年至今的一系列國際重大事件導致石油價格起起伏伏,一度漲至147美元/桶。化石能源與原料鏈條的中斷,必將導致世界經濟危機和沖突的加劇,最終葬送現代市場經濟。近年來我國經濟快速增長,各項建設取得巨大成就,但也付出了巨大的資源和環境代價。只有堅持節約發展、清潔發展、安全發展,才能實現經濟又好又快發展。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》提出了“十一五”期間單位GDP能耗降低20%,主要污染物排放總量減少10%的約束性指標。《節能減排綜合性工作方案》控制高耗能高污染行業過快增長,加快淘汰落后生產能力的力度。

      事實上無論花多大的努力找到何種替代能源,都不能離開其核心“節能”。因為最環保、最“綠”的能源是節省下來的能源!全球總能耗中有1/3為建筑能耗,包括采暖、空調、熱水供應、炊事、照明、家用電器、電梯等方面的能耗,其中采暖、空調能耗占建筑能耗2/3。我國是一個發展中的建筑大國,每年新建房屋面積高達17~18億m3,超過所有發達國家每年建成建筑面積的總和。而新建建筑中真正稱得上“節能建筑”的還不足1億m3,絕大多數新建建筑使用實心粘土磚,每年毀掉良田12萬畝。鋼材和水泥使用量比西方國家多15%以上,污水回用率僅為25%。

      無論是建筑圍護結構還是采暖空調系統均屬于高耗能建筑,單位面積采暖所耗能源相當于緯度相近的發達國家的2~3倍。據測算,到2020年全國建筑能耗占全社會總能耗的比例將上升到35%左右,全國空調電力高峰負荷將會翻兩番,約相當于10個三峽電站的滿負荷電力,建筑將超越工業、交通等其它行業而最終成為能耗大戶。隨著能源形勢的日益嚴峻,建筑節能的關鍵因素———空調節能將成為提高全社會能源使用效率的首要環節。

      2、新型換熱器概述

      在2004年初發生的SARS事件,讓全中國人都明白了空調系統保持新風換風的必要性,但如果新風不經過任何熱交換直接進入,將會大大提高空調系統的能耗。空調新風的熱回收是建筑節能的主要矛盾。使用新風熱回收對建筑節能意義非常重大,它通過在新風風道與室內排風風道之間安裝一換熱器,將新風與排風在熱交換器內交換熱量后達到接近于室內空氣的狀態,比傳統全空氣空調系統全年節約一次能源20%以上。而如何提高新風換熱器的傳熱效果一直以來都是一個重要課題。

      目前換熱器的研究正向著高傳熱系數、低壓力損失和高緊湊度方向發展,而本課題選擇的研究對象交叉三角形波紋板結構剛好全部符合此三個方向要求。

      空調新風換熱器分為顯熱回收和全熱回收兩大類。顯熱回收器常采用金屬板板式換熱器,新風和排風通過換熱板進行顯熱交換;而全熱回收器采用一種特殊的濾紙或薄膜為媒介,新風和排風的顯熱和潛熱(即濕度)同時得到交換。

      與顯熱換熱器相比,全熱回收器不僅增加了單位體積內的換熱面積,而且流道的傳熱傳質系數得到顯著強化。本文選定的交叉三角形波紋板復合選擇性滲透膜即可以實現全熱交換。但國內外學者對此結構的研究,尤其是對其流道中的流動與換熱規律尚不充分,很多仍停留在數值模擬上。

      3、課題研究的國內外進展

      交叉三角形波紋板流道的傳熱與阻力特性是設計和優化該換熱器的基礎,建立其傳熱和流動阻力的準則方程式是需要解決的首要問題,而該問題的解決在工程上也具有重要意義。但是在文獻調研發現,對這種結構的傳熱傳質和阻力特性進行的系統研究還非常缺乏,尤其是該結構在復雜邊界條件下的熱質耦合情況的研究更加少見。在國際上,僅有英國的Scott和Lobato所在的課題組針對工業廢水處理場合,用電化學方法測量了電解質溶液流過交叉三角形波紋板內時的平均傳質系數,但是他們沒有給出它的阻力特性和流道局部傳質系數,也沒有揭示出它的強化傳熱傳質的機理。張立志為分析這種結構的傳熱強化作用進行了卓有成效的研究,對于層流模型、k-ω湍流模型(LKW)和全雷諾應力模型(RSM)模擬計算了不同雷諾數下流道的局部流動和傳熱特性。數值模擬表明,相同操作條件下,交叉三角形波紋板流道的對流傳熱系數比平行板換熱器增大40%~60%。張教授認為其強化傳熱機理是由于波紋腔體的收縮-擴張作用而在腔體內產生了渦流、二次流,熱量和動量傳輸得到強化,從而強化了主流與壁面之間的熱量、濃度交換。

      當前國際上對于其他異型管道傳熱傳質的數值模擬,比較熱門且接近于實際情況的模擬是選用大渦模擬,但該模擬對于計算機軟件及使用技巧有更高要求,而使用該模型是否能夠得到更接近于實際的傳熱傳質與阻力特性,都需要用實測數據來進行檢驗。而空氣在交叉三角形波紋板流道中局部傳熱系數和流場分布的實驗研究迄今未見報到。本論文將通過實驗獲得其局部傳熱系數和內部流動特性,將有助于深刻認識這種結構的傳熱性能,特別是進口段的邊界層發展規律,有助于揭示其強化傳熱的機理,為進一步優化這種結構找到正確方向,為工程設計提供理論基礎,也為數值模擬(包括各種模型)提供實驗依據。

      4、研究路線和研究方法

      現代科學革命,使得科學與技術、自然科學與社會科學以及各門自然科學之間的相互滲透和整體的趨勢明顯加快,它也標志著人類進入了所謂“大科學”的時代。在課題研究中將采用計算機模擬技術與實驗技術相結合的辦法對交叉三角形波紋板展開一系列研究。課題選用FLUENT6.3軟件是基于有限容積法納入了多種網格生成技術,具有強大的前處理軟件GAMBIT和后處理軟件TECPLOT,可提供全面、生動、優質的模擬結果。通過改變流動過程中的雷諾數、三角形波紋截面形狀,采用三維激光掃描技術和動態熱線熱膜風速儀對速度場、流道內湍動能進行測量,獲得傳熱系數、Nusselt數和阻力系數,并關聯出準則方程式。搞清該復雜流道的強化傳熱機理,包括其中漩渦的產生和發展規律,速度和溫度邊界層的發展規律,總結流道結構和幾何參數變化對傳熱和流動造成的影響。并以實驗結果為依據,提出合適的計算模型與模型參數,進行傳熱與流動的數值模擬,并以試驗結果對模型進行驗證。

      5、體現在選題中的科學精神和人文精神

      凡是純粹科學(自然科學)、應用科學及社會科學,皆需要豐富的科學知識、清楚的科學頭腦、有條理的科學方法和有勇氣的科學精神。本選題的研究對象“交叉三角形波紋板傳熱傳質特性研究”,將國內外最新的研究成果創造性的移植到本課題研究中,以求真務實的精神,通過計算機模擬技術與實驗技術相結合,為該結構的換熱器的熱質特性從試驗上返諸理論探討,將實證精神與原理精神緊密結合,從而為我國“十一五”節能減排目標的實現,進而解決人類所面臨的重大問題———能源危機、造福人類作出貢獻。科學精神和人文精神始終貫穿于整個課題的研究過程中。

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