摘要：“能量转换与利用”是能动、新能源和储能专业学生的一门课程。主要讲述能量转化与利用过程中的基本规律,常见能源热备和转换系统的节能评价方法,典型前沿能量转换与利用技术,是一门基础理论与实践应用并举的课程。基于当前“新工科建设”的大背景,针对教学中存在的问题:如课程基本概念、原理不易理解,方法难以掌握;教学中以知识讲授为主,教学氛围单一;学生在课堂外学习不足,教学效果受到限制;欠缺学以致用,学生实践能力培养有限等,我们采取了“五维并举”的教学创新,包括:以基础理论为核心、学科前沿为素材,重构课程内容;以课程思政为引领、师生交流为导向,丰富教学活动;以现代技术为手段、内驱自学为目标,开发教学资源;以实践理论为原则、创新竞赛为途径,引导学以致用;以多元评价为抓手、师生互评为主线,完善教学评价。通过近几年的教学实践和反馈,发现教学创新模式受到了学生认可,不仅提升了学生对理论知识的理解和吸收,还促进了实践能力的培养,教学成效明显。

摘要：针对当前加热炉温度控制存在的超调量大、震荡频率大等问题,基于智能控制理论的发展,将智能控制理论中的专家控制、模糊控制和神经网络控制与PID控制相结合,设计了智能PID控制算法,分别对这几种控制算法进行了数值模拟和实验研究。结果表明,智能PID控制算法的调节效果要明显优于传统的PID控制算法,其中,模糊自整定PID控制算法和模糊免疫PID控制算法在加热炉温度控制的应用上较为可行,神经网络PID控制算法也具有很好的发展和应用潜力。

摘要：借助CFX软件对蓄热式有机废气焚烧炉的稳态流场和化学反应进行了数值模拟,描绘出此类蓄热式焚烧装置的流动情形,定量揭示出焚烧温度、有机物质量浓度和氧气质量分数等因素影响蓄热式有机废气焚烧炉有机物破坏去除率的程度.模拟结果显示焚烧温度是影响有机物破坏去除率的根本因素,有机废气入炉温度和有机物质量浓度通过影响焚烧温度间接影响破坏去除率,氧气质量分数高于0.03时对有机物破坏去除率影响极小.以模拟结果作为参考依据,对蓄热式有机废气焚烧炉进行设计优化,在应用中取得预期效果.

摘要：微藻规模化培养过程中光生物反应器内传递现象是影响微藻的生长及产量的重要因素。本文重点综述了光生物反应器内传递现象(光传递、传热、传质和传动量传递)及其数学模型研究进展,分析了光生物反应器结构和尺寸对光传递和传质的影响,总结影响各传递现象的重要参数,如光吸收系数、体积传质系数等,为高效光生物反应器的设计、优化及放大提供了参考依据。

摘要：首先介绍了氧气高炉的发展历程,早期的研究工作主要着眼于解决由于氧气代替空气鼓风而引起的“上冷下热”问题,并总结了各国研究者提出的氧气高炉流程及其主要特点.随后系统阐述了北京科技大学科研人员在氧气高炉工艺基础研究与工程技术开发方面所取得的主要进展.这些研究包括氧气高炉流程设计,含铁炉料还原与软熔,氧气鼓风及循环煤气喷吹条件下的煤粉燃烧,循环煤气加热过程中的物理化学变化等炉内反应与变化,以及在此基础上开展的回旋区及全炉数值模拟研究,为氧气高炉的工程化实施奠定理论基础.最后对氧气高炉的碳素流及节碳潜力进行了分析,并提出富氢碳氢循环氧气高炉将成为炼铁低碳化的重要发展方向.

摘要：将有限时间热力学、构形理论和(火积)理论等现代热学理论与冶金流程工程学相结合,提出钢铁生产流程广义热力学优化理论.在搭建钢铁流程能耗排放仿真平台和建立分析与生命周期评价结合的物流-能流-环境作用评价方法的基础上,基于钢铁生产流程广义热力学优化理论对单体组件、工序模块、功能子系统和流程进行物流-能流-环境作用机理研究,并开展多学科、多目标的广义热力学优化.优化后流程和工艺的选择、物流和能流的分配、余能余热综合利用更加合理,流程系统得到集成、运行调控更加合理,物流-能流-环境得到综合协调,实现流程能源的高效配置和余能的梯级利用,系统能耗和排放显著降低.本文通过探索钢铁生产流程高效、节能、减排技术途径为钢铁联合企业能源环保中心的设计运行提供了理论支撑,也为一般物质转化过程高效节能的相关共性问题的解决提供了研究平台,奠定了科学和技术基础.

摘要：开发了P型蓄热式辐射管。在开发设计过程中,应用CFD技术,对设计方案进行三维流动、传热与燃烧过程的数值模拟。根据模拟结果,改进和优化设计方案,大大减少了实验次数。实践表明,CFD技术是提高燃烧设备开发设计水平和增强技术创新能力的有效工具。

摘要：研究开发了一种可应用在高温空气燃烧(HTAC)技术中的新型蓄热器——档位蓄热器。档位蓄热器吸收了回转式蓄热器的思想,结合了切换式蓄热器的特点,将二者的优势融合在一起,其外观类似于回转式蓄热器,但运动型式却由回转式蓄热器的连续运动变为间歇转动,且具有了新型的密封结构。对档位蓄热器的基本工作原理、具体设计方案、实验研究及应用前景进行了详细介绍。研究结果表明档位蓄热器具有以下特点:可实现对炉窑的连续供气,保证了炉内火焰的稳定性,从而使炉内工况不易波动;另外系统的漏风率较低,阻力损失也较低,并且设备紧凑、操作安全可靠,易于实现标准化生产。实验研究的结果证明该蓄热器的温度效率可达88%,热效率可达77%。

摘要：钢铁生产流程能源配置技术落后、集成度低。为在整体上实现钢铁生产流程的节能减排,该研究围绕解决对应的关键科学问题"钢铁生产流程物流—能流—环境作用机理及其多目标集成优化理论",在工序模块、单体组件和功能子系统层面开展了前期研究,为实现全流程仿真和优化奠定了基础。主要包括:(1)提出绝热过程火积耗散极值原理,对等温和对流辐射传热边界条件下6种不同形状的加热炉绝热层进行构形优化,得到整体绝热性能最优的绝热层构形。(2)提出"广义构形优化"理论,将火积理论引入板坯连铸凝固传热过程的研究中,分别考虑热损失率和火积耗散率目标,得到同时兼顾板坯内部温度梯度和表面温度梯度的二冷区水量分配最优构形。(3)运用系统动力学原理,构建烧结、炼铁工序的铁素流动态模型,获得不同返回物质流情况下的铁素流整体宏观动态特性。(4)基于"运动参考坐标系",建立烧结矿冷却过程二维非稳态连续模型,获得相应的流场、压力场、温度场特性。(5)基于非线性规划理论建立高炉炼铁过程优化模型,分别以炉腹煤气量指数相关联的高炉利用系数和碳排放为优化目标,研究炉腹煤气量指数等参数和高炉喷吹煤粉、喷吹塑料对优化结果的影响。(6)建立中厚钢板轧后冷却过程数学模型,明晰设计参数和冷却方式对钢板表面和终冷温度的影响。(7)构建以火用为表征参数的特征化模型,以高炉-转炉炼钢、电炉炼钢过程为例,分析钢铁生产流程资源和能源交互作用的耦合关系。(8)建立钢铁生产流程分析模型,计算典型钢铁企业碳、氮、硫等元素向多形态废弃物转换及排放的数量和结构。计算钢铁生产过程的环境负荷数据,得到我国典型钢铁生产过程资源、能源消耗和CO2、SO2、NOx、CO、CH4等排放清单。(9)运用各层次单元之间的物流、能流关系及流程网络重构技术,开发工序能质平衡计算与流程仿真软件。(10)构建具体到工序层次的钢铁生产、加工和消费的全生命周期物质流模型,分析不同情景下中国废钢增长趋势对钢铁流程的结构演变及其能耗和排放的影响。(11)研究铸轧区段生产组织及钢坯热送热装等流程节能技术,提出节能技术优化组合概念,探讨关键技术之间的关联关系和优化组合模式。(12)建立12种钢厂余能余热驱动简单和复杂、闭式和开式燃气轮机动力装置、热电联产装置和热电冷联产装置的经典热力学和有限时间热力学模型并进行性能分析和优化;建立两种钢厂低温余热驱动半导体热电发电机模型并进行数值模拟。明晰各系统的热力学整体特性及基本优化关系,获得各个工序余能余热驱动热力过程和循环的最佳设计方案。

摘要：干熄焦工艺中干熄炉内焦炭下降运动对熄焦质量起着至关重要的作用。根据流体力学理论,采用介质连续性假设,在Euler场中建立粘性流模型,得到干熄炉内焦炭下降运动的数学模型,并采用基于交错网格的SIMPLE算法来求解对流扩散方程。通过数值求解,得到了焦炭下降的速度场,计算结果和实验数据吻合较好,并且固体颗粒粘性系数显著影响干熄炉内下部焦炭运动。通过将粘性流模型与势流模型、动力模型的计算结果进行比较,表明粘性流模型能全面地描述干熄炉内焦炭下降运动。