学科科研  

工程热物理学科

学科简介

    工程热物理学是一门研究能量以热的形式转化的规律及其应用的技术科学，是能源利用领域的主要基础学科。它研究各类热现象、热过程的内在规律，并用以指导工程实践。工程热物理学有着自己的基本定律：热力学的第一定律和第二定律、Newton力学的定律、传热传质学的定律和化学动力学的定律。作为一门技术科学学科，工程热物理学的研究既包含知识创新的内容，也有许多技术创新的内容，是一个完整的学科体系。工程热物理学科的发展将推动能源与环境科技的进步。

    本学科点以1952年原中南矿冶学院冶金系冶金炉、热工仪表教研室、机械系热工教研室及长沙铁道学院制冷与空调教研室为基础发展建设而成。本学科点1998年获得硕士学位授予权，2005年获得博士学位授予权，2007年获准设立动力工程及工程热物理一级学科博士后流动站，2008年被确定为“十一五”校级重点学科。

    目前本学科点已拥有一支年龄结构合理、学术思想活跃的学术队伍：现有学术研究人员20多人，其中教授10人，副教授12人。

    近十多年来，工程热物理学科，通过围绕和提炼热工、制冷、空调、冶金等过程与设备研究过程中存在的热科学问题，逐步形成了热物性测试及过程检测与控制、传递过程数值模拟与优化、特殊条件下的传热与燃烧等稳定的、有特色的研究方向，形成了合理的学术队伍，取得了丰富的学术成果。

特色与优势

    （1）提出了物质熔点温度下热物性测量新方法，解决了高温、相变情况下热流量难以检测、物质晶型易转变等问题，弥补了国内外现有测试方法的不足，国际合作密切。

    （2）综合运用热工理论、测试技术、计算机技术、智能信息处理技术和非线性科学理论，针对工程中多种非常规条件下热工参数检测的若干难题进行研究，开发了非接触式软测量技术和全息检测技术，取得了大量的工程应用实绩。

    （3）聚焦能耗大、环境污染严重的冶金工业，创建了热工过程与设备的全息仿真理论体系，在有色工业炉窑研究与设计中率先发展了仿真优化技术，形成了“数学模拟－全息仿真－整体优化”的研究路线，其研究成果多次获得国家级科技进步奖。

    （4）在国内较早开展跨临界二氧化碳制冷系统研究，相关研究成果得到国内外同行大量正面评价和引用；冻土路基与热棒的耦合传热传质过程的研究成果对青藏铁路500多公里的多年冻土区的建设和运营维护起到重要指导作用。

    （5）会同国内外专家，开展高温低氧空气燃烧机理的研究，通过主办国际研讨会，极大地推动了该技术在我国的研究和应用；对其应用于可再生能源利用的研究，在国内外产生了较大的影响。

    （6）在国内较早开展管道内钝体尾迹演化特性研究，从旋涡分离数值模拟、尾迹波动压力测量、尾迹流场诊断分析及尾迹特征在气液两相流参数检测中的应用等方面进行了较系统的研究，研究特色明显，在国内外具有一定的影响。

    （7）梯队学缘结构合理，绝大部分有海外著名大学和国内著名重点大学相关专业学习的经历，这将有助于发挥百家所长，产生出新的学术思想与方法。

主要研究方向

    本学科立足于学科前沿，凝练出了特色明显、研究活跃且具有发展前途的三个研究方向：

    （1）热物性测试及过程检测与控制：以传统的热物性测试原理为基础，应用数值模拟技术、先进的数据采集与通讯技术，研究并开发适用于不同材料特别是金属材料的热物性参数测试的智能仪器或装置，不断简化测试装置，提高精度；综合运用热工理论、测试技术、计算机技术、智能信息处理技术和非线性科学理论，针对工程中多种非常规条件下热工参数检测的若干难题进行研究，开发各种特殊工况下的敏感元件，融合数值模拟方法研究并开发非接触式软测量技术，基于图像处理技术与小波分析、模糊理论、人工神经网络等人工智能技术开发全息检测技术。研究管道内钝体尾迹演化特性，提出了一种非侵入式的管壁差压测量与信号处理方法，结合现代谱分析技术，将管壁差压法提取的钝体尾迹特性成功应用于气液两相流流型、流量和含气率等重要参数的识别与测量。

    （2）传递过程数值模拟与优化：以传递过程与高温反应过程数学模型为基础，以研究传递过程微观机理及各参数的场特性为核心，以研制全息仿真软件为手段，运用多场耦合仿真方法，对过程的操作参数与设备的结构参数进行诊断与优化，实现热工过程与设备多目标（高产、优质、长寿、低耗及低污染）整体优化；并将其方法推广制冷与空调装置的结构与参数的设计、人居环境的控制以及高密度电子封装热设计中。

    （3）特殊条件下的传热传质与燃烧：对复杂气象环境下车辆制冷空调与冷藏运输技术，天然制冷空调工质的应用，吸收吸附式制冷空调系统，空气源、水源及地源热泵及热回收系统，热管在制冷空调中的应用等开展了大量研究与开发工作；通过对不同燃烧装置、燃烧理论与技术的研究，挖潜新的燃烧技术（低氧弥散燃烧）与传热技术（表面辐射式加热）的应用；利用高温空气强化燃烧和气化反应，开发低氧弥散燃烧技术、高温空气气化、富氧燃烧技术，加快了燃料燃烧、生物质等可再生能源利用的研究进程。