化學反應工程的研究方法精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇化學反應工程的研究方法范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞：化學反應工程；研究方法；教學應用

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2012）29-0078-02

化學反應工程是化學工程與工藝專業的核心課程，以化學反應過程的共性規律、反應器的設計、放大和優化為主要研究對象，用自然科學的原理考察、解釋和處理工程實際問題，是一門實踐性很強的工程學科。面向本科生的化學反應工程課程教學的目標，是使學生掌握化學反應工程基礎知識，學習化學反應工程的研究方法和思路，了解化學反應工程最新進展和發展方向，提高創新思維能力。[1]筆者在長期的教學中將“方法論”作為重點，不斷總結教材各章節、研究各類反應過程的共同方法，并應用于教學，對學生掌握化學反應工程的基本觀點和工程方法，培養學生分析與解決工程問題的實際能力起到了很好的作用。

一、數學模型方法

工業反應器中進行的化學反應過程往往與物料的流動、混合、傳質、傳熱、反應計量學、催化劑性能等有直接關系，濃度、溫度、壓力等參數影響反應結果，影響因素多，相互耦合，通常表現出很強的非線性，傳統的因次分析和相似方法不能反映化學反應工程的基本規律。[2]教學中，把反應器中進行的過程分解為化學反應過程和物理傳遞過程，反應器中進行的過程分解為化學反應過程和物理傳遞過程，分別建立反應動力學模型和反應器傳遞模型，然后通過物料衡算和能量衡算把它們綜合起來，建立反應器的數學模型，用數學模型方法來研究化學反應工程，進行反應器設計、放大與優化，比傳統的經驗方法能更好地反映其本質。因此，數學模型方法是化學反應工程的基本研究方法，可以通過數學模型的建立和求解去預測和模擬反應器的實際操作狀況。[3]在闡明化學反應工程基本概念和原理的基礎上，將各類反應器的數學模型作為講授重點，尤其突出間歇反應器、平推流反應器、全混流反應器數學模型的建立和求解方法，借此培養學生利用數學模型方法設計反應器的能力。

二、物料、能量衡算中非線性問題的線性化處理方法

反應速率一般是由反應實際進行場所的濃度和溫度決定。而工業上廣泛使用的氣固相催化反應器、流固相非催化反應器，氣液反應器中物料溫度和濃度的變化呈現非線性特點。處理的共同方法為反應器設計中物料衡算、能量衡算時，衡算范圍取一個微元，在微元內物料溫度和濃度的變化近似按線性關系計算。在氣固相催化反應工程討論中、以單顆粒的球形催化劑為基礎，在其中距中心R處取一厚度dR的微元球殼進行物料衡算、能量衡算；在氣液反應工程討論中、以雙膜理論為基礎，在液膜中距界面x處取一厚度dx的單位面積微元液膜進行物料衡算；在流固相非催化反應工程討論中，以收縮未反應芯模型為基礎，對單個球形固體顆粒，在其固相產物層內距中心R處取一厚度dR的微元球殼進行物料衡算；平推流反應器、非理想流動反應器軸向混合模型的計算中，在距反應器進口L處取一厚度dL的微元管段進行物料衡算、能量衡算。這些問題的研究方法有相似性，在教學中強調相互的聯系，可以加深學生對內容的理解和對反應器設計中線性化處理非線性問題方法的掌握。

三、解決復雜問題時先分解后綜合的方法

影響工業反應過程的因素多，關系復雜，若直接全面分析求解，往往比較困難，不容易理解。在教學中可采用先分解后綜合的方法，把復雜的問題分成若干步、先研究每一步的規律，再綜合得出整體的規律。氣固相催化反應工程討論中，先分外擴散、內擴散、化學反應過程分別討論三個過程的規律和計算公式，再綜合三個過程得出單個催化劑顆粒的反應規律，再進一步綜合得出整個床層的反應規律；氣液反應工程討論中，先分氣液兩相間的傳遞規律、液膜中的擴散反應規律，液相主體中的擴散反應規律，再綜合得出整個氣液相反應規律；流固相非催化反應工程討論中，先分流體滯流膜擴散控制、固體產物層（或惰性殘留物層）內擴散控制、化學反應控制分別討論，再綜合得出總體的規律和計算公式；討論吸附動力學方程中，先按單組分反應物的化學吸附控制、表面化學反應控制、單組分產物的脫附控制分別討論，再綜合得出總體的吸附動力學方程。這樣的教學方法，往往能使復雜的問題變得簡單明了，復雜的計算過程得到簡化。

四、理論推演與實驗結合的方法

化學反應工程自設立以來，作為一門工程學科，其復雜性往往不僅表現在過程本身，而更表現在化學反應器復雜的幾何形狀及千變萬化的物性，[4]因此，廣泛采用理論推演和實驗相結合的研究方法。通過理論推演得出軸向混合模型、多級串聯全混流模型等非理想流動模型，通過實驗測定實際反應器停留時間分布、計算出無因次時間方差、選擇合適的非理想流動模型，利用實驗數據計算出模型參數，進行實際反應器的設計；氣固相催化反應內擴散影響的判別中，通過理論推演得出判據式，通過實驗測定判據式的值，可判斷出內擴散的影響程度；流固相非催化反應中通過理論推演得出不同過程控制時的計算公式，通過溫度對總體速率的影響實驗，可判別過程是化學反應控制還是擴散控制，通過流速對總體速率的影響實驗，可判別過程是流體滯流膜擴散控制還是固相產物層內擴散控制，然后選擇相應過程控制的公式，能使計算過程大為簡化。反應動力學模型的建立更需要理論推演與實驗結合，雖然可以通過理論計算確定化學反應的機理和速率，但對大多數反應體系，這類理論計算所能達到的準確程度尚不能滿足工業反應過程開發和反應器設計的要求，實驗研究仍然是認識反應過程動力學特征的主要途徑?；瘜W反應工程在其發展過程中已形成了一整套動力學實驗測定和數據處理方法。[3]教學中，應著重強調利用冪函數型模型，雙曲線型模型擬合實驗數據的方法，以及它們的優缺點，使學生較好地理解和掌握反應動力學模型的建立方法。

工科院校培養的工程技術人才，不僅要有豐富的理論知識，理論還應當聯系實際，具有較高的獨立思考能力、發現、分析和解決實際生產問題的能力，這就要求教師不僅要對學生傳授知識，更重要地是教給學生求索知識的方法和應用知識的能力。[5]長期的教學中，筆者體會到數學模型方法，物料、能量衡算中非線性問題的線性化處理方法、解決復雜問題時先分解后綜合的方法、理論推演與實驗結合的方法，并在化學反應工程研究中普遍應用，將這些方法重點介紹給學生，使他們在學習中觸類旁通，舉一反三，取得了良好的學習效果。

參考文獻：

[1]王垚等.化學反應工程教學新理念和實踐探索[J].化工高等教育，2009，（2）.

[2]朱炳辰.化學反應工程（第五版）[M].北京：化學工業出版社，2012.

[3]朱開宏，袁渭康.化學反應工程分析[M].北京：高等教育出版社，2002.

篇(2)

    一、開設課程設計、培養學生應用知識和反應器優化設計的能力

    我院開設了為期2周的化學反應工程課程設計,要求每個學生獨立完成硫酸轉化器設計,采用二轉二吸中的“3+1”或“2+2”式工藝、四段間接換熱絕熱式固定床催化反應器。每個學生的設計規模、進一段的原料氣組成、凈化率、轉化率、吸收率不相同,學生自己查閱文獻資料、查找設計方法、搜集計算公式、選擇工藝參數進行設計。完成后撰寫設計說明書,內容包括設計任務書、目錄、設計方案簡介、工藝計算、設計結果匯總、設計評述與討論、參考文獻,等等。設計過程中學生之間廣泛討論,商討設計方法,學習氛圍濃厚。雖然過程相似,但設計條件不同,每個學生都要單獨完成自己的設計任務。通過該課程設計,學生對固定床催化反應器的形式和特點,固體催化劑的性能、內擴散有效因子的概念和計算方法,平衡溫度、平衡溫度曲線的概念和繪圖方法,最佳溫度、最佳溫度曲線的概念和繪圖方法,各段進出口溫度、進出口轉化率的最佳分配方法,利用本征動力學方程,通過數值積分計算反應時間的方法,催化劑用量的計算及校正方法,反應器直徑、高度及其它附件尺寸的計算方法等知識點,有了深刻的理解和較好的掌握。

    二、逐步加大實驗、鞏固所學知識、培養實驗動手能力

    對于化學反應工程這種實踐性很強的工程學科來說,實驗是學生參加實踐獲取知識所必需的學習途徑。而化學反應工程的主要研究方法也是應用理論推演和實驗研究工業反應過程的規律而建立的數學模型方法。所以教會學生如何建立各類實驗反應器,如何進行實驗設計、反應條件選擇和數據處理非常有用。為此在課程建設中,我院通過專業實驗課、綜合設計型實驗課,逐步加大與化學反應工程有關的實驗。目前開設多釜串聯流動特性的測定、管式反應器流動特性測定兩個驗證型實驗;開設乙酸乙脂水解反應動力學的測定、乙醇催化裂解制乙烯反應動力學測定、乙苯脫氫制苯乙烯、反應精餾制乙酸乙酯等四個綜合設計型實驗。通過實驗,學生對返混、脈沖法、階躍法的概念以及停留時間分布的測定方法,多釜串聯模型、軸向混合模型的流動特性,理想流動反應器與實際反應器停留時間分布的區別,連續均相流動反應器的非理想流動情況及產生返混原因,全混釜中連續操作條件下反應器內測定均相反應動力學的原理和方法,反應精餾與常規精餾的區別,連續流動反應體系中氣——固相催化反應動力學的實驗研究方法,溫度、濃度、進料流量對不同反應結果的影響,轉化率、選擇性及收率的概念及計算方法等知識點,有了透徹的理解。課堂上學習的理論知識,不但在實驗中得到驗證和鞏固,而且得到了應用,掌握了反應動力學的實驗測定和相關設備的使用方法。

    三、開展仿真實訓、培養實踐操作能力

    我院以前有四周生產實習,實習中遇到企業為了安全和效益等因素不允許學生親自動手操作時,學生得不到實際操作設備的鍛煉機會;一般實習一個化工產品的生產過程,學生掌握了工藝流程、生產原理之后,實習后期學習興趣、主動性降低,影響實習效果等問題。而且目前大部分化工企業采用DCS控制,技術員主要在控制室通過電腦操作控制生產過程。隨著信息時代的到來,計算機仿真技術的應用越來越廣泛,采用仿真技術將復雜的工業反應過程虛擬化,從而在計算機上以“慢速”再現反應過程及變化特征,將“抽象”化為“形象”,動態演示工業生產過程。并且,仿真實訓具有無消耗、無污染、可重復操作等優點。為此我院購買了北京東方仿真軟件技術有限公司的化工培訓軟件,在校內建立仿真實驗室,開展仿真實訓教學。將以前四周全在企業的生產實習改為前兩周在企業生產現場實習,后兩周在校仿真實驗室開展仿真實訓。目前我院開設的與化學反應工程有關的仿真實習項目有固定床反應器單元、流化床反應器單元、間歇反應釜單元,以及30萬噸合成氨生產工藝中的反應部分、甲醇生產工藝中的反應部分,等等。學生要進行冷態開車操作、正常生產操作、停車操作、故障處理操作,以及單人單工段、多人單工段、多人多工段等操作環節的實訓。通過仿真操作訓練對于學生了解化工反應過程、以及工藝和控制系統的動態特性、提高對化工生產過程的運行和控制能力具有特殊效果。這種運行、調整和控制能力,集中反映了學生運用理論知識解決實際問題的水平。所以,仿真訓練是運用高科技手段強化學生掌握知識和理論聯系實際的新型教學方法。

    四、參與科研活動、培養創新能力

篇(3)

本科《化學反應工程》課程的教學目標要求教師應從教材內容的組成，章節的編排體系，各部分內容的份量和側重等方面，依據不同專業學習的特點，對課程進行適當的梳理。我校現用教課書為陳甘棠主編的“十一五”國家級規劃教材《化學反應工程》第三版，此書內容系統，易于掌握。同時還選擇李紹芬教授編寫的“九五”國家級重點教材《反應工程》作為教學參考書，此書最大的特點是編入大量生產實際反應的例題和習題，這種理論聯系實際的題型，能提高學生的學習興趣和聯系實際的能力。這兩本書的編排體系有所不同，學生在學習過程中可以通過比較，更深地理解反應工程的實質。在教授內容的選擇上，《化學反應工程》的基礎知識，教師應該重點講授，教學上可安排較多學時，為后續的學習打下堅實的基礎。在其他課程學習過的內容如化學反應速度等概念，教師應做概括性介紹，把主要精力放在新知識和學過知識的應用拓展上。部分章節學生可在教師的安排指導下有目的、有計劃地在課外進行自學。生化反應工程基礎等章節則可以完全不講。與此同時，學校還根據我校煤化工的特點，以講座形式聘請客座教授為學生授課，列舉典型生產實例進行講解和分析，提高學生分析和解決實際生產問題的能力。應用化學專業進行科研實踐周活動，讓學生在科研實踐周里熟悉反應器的選型與優化操作。通過對課程內容的精選和課程線索的梳理，使學生在學習過程中具有很強的針對性，大多數學生都能很好的掌握課程的重點內容和要求。

二、精心組織教學方法，采用多種教學手段

《化學反應工程》內容繁雜，難點較多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演繹。為了保證學生對基本概念能準確理解，基本方法能學以致用，就要對教學方法和教學手段進行改革。教師要精心研究教學方法，采用多種教學手段，滿足少學時多內容的教學任務，做到各章節重點和難點突出，使學生易于理解和掌握。首先，在講課方式上，應用不同的教學方法，充分體現教師“啟發引導”和學生“積極主動”的現代教育基本原則。采用啟發式教學法，使學生在學習過程中始終處于積極的思維狀態。在啟發式教學的基礎上，針對不同章節可采用對比法、歸納法、提問法等方法來調動學生的學習積極性和主動性。如通過具體事例的講解，應用對比與歸納法結合的方法對均相反應器型式和操作方法進行評選。對于某些有難度同時又在幾種情況下反復出現的概念，采取學生和老師現場探討形式，而后由學生自己總結結果。這樣活躍了課堂教學氣氛，提高了教學效果。再次，采用靈活多樣的教學手段是教學方法改革的重要措施。根據授課內容的特點，有選擇性地使用多種手段進行教學可以起到事半功倍的效果。多媒體在教學上應用，可以將工廠一些實際例子和生產現場搬到課堂，學生通過逼真的影像資訊不僅可以看清楚反應器的內部結構，同時也能了解反應器內傳質與傳熱狀況，對于反應器的設計、放大與優化建立必要的感性認識。如對合成氨反應器內部結構和流體流動的展示，激發了學生對反應工程課程的學習興趣和學習熱情。經過近兩年多位老師的共同努力，本課程多媒體教案制作完成，經過課堂的使用，同學們反應良好，可以明顯地提高教學效率。

三、加強工程技術觀念，做到理論實踐結合

篇(4)

1精選教學內容

新的人才培養方案要求在教學過程中不能盲目追求高、精、深，要充分考慮人才供給與社會需求的關系，以為地方經濟發展培養優質應用技術型人才為導向，我們選用朱炳辰教授主編的《化學反應工程(第五版)》作為教材。在教學內容上我們將整個教學內容分為三大塊，第一部分是緒論，在教學過程中通過組織學生討論平頂山區域煤化工鹽化工發展狀況，引導學生提出化學反應工程的研究任務、對象和研究方法，激發起學生的學習興趣。我校為新近升本的二本院校，生源特點是學生基礎較差，根據學生的特點結合多年教學經驗，重基礎知識教學效果較為理想，因此，教學內容的第二部分選擇化學反應工程的基本原理、理論和研究方法，精選化學反應動力學、混合與返混、反應過程熱量與質量傳遞、復合反應的選擇率與收率、反應器熱穩定性等內容，突出講解影響反應結果的工程因素，為學生開發反應過程和反應器打下扎實的理論基礎。基礎理論的學習是為了應用，第三部分選擇反應器設計、反應器的數學模型和反應器中的傳遞過程的影響作為重點內容，通過理想的間歇釜式反應器、全混流反應器、平推流反應器的學習，使學生掌握用數學模型進行反應器設計的基本方法，對反應與傳遞對反應過程的開發，反應器的放大設計的影響有深刻的認識。

2改進教學方法

應用型人才既要具備扎實的基礎理論，更要有較強實踐能力和解決問題的能力。在反應工程課程教學過程中，突出應用導向，通過由教師教導為主向以學生學為主的轉變、案例教學、課程設計來強化基本原理、基礎知識，精煉反應器設計、達到突出能力的效果。隨著高校的擴招，教學對象的智力因素和學習能力已經產生了巨大的變化，我校不少學生習慣于被動式的學習方式，不愿意主動思考。怎么樣在教學過程中充分調動學生的積極性，發揮學生的主觀能動性尤為重要。在緒論部分教學中，我們采用由老師拋出問題“平頂山的煤資源和鹽資源豐富，現在要擴建年產40萬噸氯堿新廠，如果你是廠長的話你該怎么辦”，再引導學生展開討論，如根據年產量確定日產量、選用反應器、確定反應器的體積、確定需要的其他配套裝備等等，學生反應非常熱烈，通過討論由學生總結出化學反應工程的研究對象，任務，研究方法，學生經過自己積極思考，大腦風暴后得出結論，大大激發出他們的學習興趣。在基本原理、理論的教學過程中，重點講處理問題的方法。反應工程中的基本概念由老師主導精講，如混合與返混、收率與選擇率等概念，強調反應工程處理問題的思維方法，即工程因素通過影響反應物的濃度和反應溫度來改變反應結果。對于較難的溫度和濃度對反應速率的影響部分，教師詳細講述解決問題的思路，將學生合理分組，提前安排學生自己學習，安排課堂討論，學生通過自主討論，舉一反三，掌握工程因素對反應影響途徑和解決問題的思路、方法。反應器設計部分教師詳講每種反應器的特點，重點講述反應器設計的思路，列物料衡算和熱量衡算式，帶領學生推導出間歇反應器的設計方程，再由學生自行推導其他理想反應器的設計方程，學生在推導過程中根據不同反應器的特點，歸納總結，找其中的異同點。通過反復訓練，讓學生學會獨立思考問題、發現問題，培養學生分析問題并解決問題的能力。在反應工程課程的課堂教學中，如何提高學生的學習興趣，培養他們的創新意識，工程意識，讓學生把化學反應工程的基礎理論與企業生產相互銜接起來，真正從工程角度去揣摩生產工藝的每一環節，繼而成長為一名綜合素質高、技術本領硬的卓越工程技術人才，具有十分重要的意義。在與工業反應器聯系緊密的反應器設計部分教學中，針對性的采用案例教學，選取與教學內容相關的案例“年產3萬噸尼龍66間歇聚合釜設計、年產5萬噸甲醇管殼式反應器設計、年產5萬噸苯乙烯絕熱徑向反應器設計”，理論課講述之前將案例材料發給學生，讓學生熟悉材料，再進行理論講解，以所選取的案例為例，講解設計思路，例如如何確定反應器體積、操作條件、設備材質結構的確定等，課后由學生分組討論合作，自行完成設計任務，然后組織學生進行匯報答辯，對所完成的設計進行分析討論以及評價。學生通過針對性的設計練習，激發出學生的學習熱情，培養其應用理論知識解決實際問題的能力。

3積極參與產學研一體化

通過課堂教學改革由知識本位向技能本位轉型只是一個方面，是培養應用技術型人才的一種手段，從根本上真正提高教學質量的關鍵是大力開展產學研一體化，充分利用學校和企業兩種不同的教育環境和教育資源，通過學和企業雙向培育，將理論知識、技能訓練和企業實際工作經歷有機結合，培養高素質的應用技術性人才。在本課程的教學中，充分利用我院的校企合作平臺，與許昌龍興達煤化有限公司，河南賽福特農產品檢測服務有限公司等單位進行專業對接，為學生創建校外實習基地，保證理論知識在實踐中的應用，企業為學生提供部分工作崗位，使得學生在校期間能接受到真正的高技能訓練。

4結語

篇(5)

關鍵詞：化學反應速率；活化能；微型化實驗；探討

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.005

關于化學反應速率和活化能的測定條件的微型化探討，具有非常大的研究意義。大部分的書本和參考資料上提供的實驗設計方案，使用的實驗試劑基本上都是過二硫酸銨和碘化鉀[1]。根據書本和參考資料上提供的實驗設計方案，主要有兩個問題，第一個問題是實驗過程中過二硫酸銨很容易分解，第二個問題是實驗過程中實驗試劑的用量太大，并且廢水處理很困難[2]?；谝陨蠁栴}，化學反應速率和活化能的測定條件的微型化探討就顯得尤其有必要進行。

微型化實驗是一種新的實驗，它的主要優點有節約實驗的費用、減少實驗過程產生的污染、實驗快速[3]?；瘜W反應速率與活化能的測定條件的探討，實驗過程中的現象非常明顯，但是實驗試劑的用量過大，實驗過程中產生的污染非常嚴重[4]。為實現化學教學的綠色化發展，運用微型化的思想和微型化的原則對當前教學中通用的實驗方案進行分析和研究，對于化學反應速率和活化能的測定條件的探討，實驗過程中廣泛存在的問題，如實驗試劑容易變質、實驗試劑的用量過大等都進行了準微型化和微型化的探討，其中溫度對化學反應速率的影響，只需在10℃左右的溫差就可以進行實驗的探討，這樣的實驗設計方案，改變了以前必須在一定的嚴格溫差下進行化學反應速率和活化能的測定，使實驗的操作更簡化，實驗效率得到了很大地提高[5]。

本文從實驗藥品的微型化對化學反應速率和活化能的測定進行了微型化學實驗設計，從而對化學反應速率和活化能的測定條件進行了探討。

1 儀器與試劑

秒表；水浴鍋；燒杯；量筒；溫度計。

碘化鉀、淀粉、硫代硫酸鈉、硫酸銨、過硫酸銨、硝酸鉀、硝酸銅等不同濃度溶液新配。

2 實驗方法

2.1常規實驗數據

在常規實驗中，我們分別從反應物濃度、反應溫度和催化劑等方面探討了化學反應速率和活化能的測定的條件探討。為了便于實驗數據的對比我們同樣也做了常規實驗。

2.2 微型實驗探討

為了進一步驗證數據我們將試劑的用量改為原來的十分之一來進行實驗。

2.2.1 試劑用量對化學反應速率的影響

首先保持所用的實驗試劑的濃度不變，將實驗試劑的體積縮小為原來的十分之一，用吸量管量取相應的溶液倒入到50mL的燒杯中。將實驗數據記錄于表2中。根據記錄的實驗數據進行數據處理，求出反應速率和反應速率常數。

2.2.2 溫度對化學反應速率的影響

按照同樣試劑的用量，通過改變實驗的溫度，同樣的實驗方法、步驟進行操作。記錄數據于表3中，根據記錄的數據進行數據處理，求算出反應速率和反應速率常數。

根據上述常規實驗和微型實驗中記錄的實驗數據，進行數據處理，求出反應級數和反應活化能，將求出的數據分別填入下面的表4和表5中。

3 結 論

本論文通過對“化學反應速率與反應活化能的測定”這一經典實驗的實驗條件的改進，通過常規實驗的實驗結果與微型化實驗的實驗結果對比可以得出結論：微型化實驗的實驗結果是準確并且可靠的，并且微型化實驗中實驗試劑的用量很小，可以節約實驗資源，產生較少的污染。正因為微型化實驗具有節約實驗的費用、減少實驗過程產生的污染、實驗快速、數據準誤差較小等優點，所以適合在學生實驗中推廣應用。

參考文獻：

[1]陳廣，楊曉麗，萬照.化學反應速率和活化能的測定實驗的微型化研究[J].曲靖師范學院學報，2013（05）.

[2]張秀麗，程志國，秦好靜，楊志強，姜浩，劉曉鴻.化學反應速率與活化能測定實驗微型化[J].中國地質大學材料科學與工程學院實驗技術與管理，2010（03）.

[3]張秀麗，程志國，秦好靜.化學反應速率與活化能測定實驗的微型化[J].實驗技術與管理，2010，27（03）：237-238.

篇(6)

關鍵詞：燃燒；燃燒技術；教學內容；熱能與動力工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0055-02

目前，化石燃料在世界各國能源中占有主導地位，約占全球能源消費的87%，而且在未來可以預見的時期內，全球能源結構仍是以化石燃料為主，其他新型能源為輔的格局。隨著社會和科技的發展，對能源的需求越來越多，能源短缺已成為一個全球各國共同面臨的現實問題。由于化石燃料的大規模使用，其所帶來的環境污染問題也日趨嚴重。目前，節能減排已成為世界各國當前和未來的重要發展目標。研究和開發高效、低污染燃燒裝置，提高燃料燃燒能量利用率，減少對環境的污染，是目前世界各國迫切需要解決的重大關鍵技術。

哈爾濱工程大學基于當前對節能減排的迫切需求，自2006年起，在動力與能源工程學院熱機專業本科教學計劃中，開設了“燃料與燃燒”課程；自2007年起，分別在碩士研究生和博士研究生相關專業培養計劃中開設了“高等燃燒學”和“燃燒學的理論方法及應用”等課程。

一、“燃料與燃燒”課程定位

哈爾濱工程大學作為工業和信息化部直屬學校，其動力與能源工程學院熱能與動力工程專業是國家級特色專業，同時擁有工信部教學中心和黑龍江省級教學示范中心。作為燃燒機械的基礎，“燃料與燃燒”與大學普通物理、工程熱力學和流體力學等多門基礎課程密切銜接，課程在科學理論指導下，密切聯系實際工程應用。通過課程學習，可以拓寬學生專業眼界，了解燃燒學科發展前沿和發展重點，培養學生綜合運用知識的能力和動手能力?！叭剂吓c燃燒”課程對于培養學生的獨立思考能力、創新能力和團隊合作能力具有重要作用[1，2]。自2006年設課以來，“燃料與燃燒”一直作為本科熱能與動力工程專業的骨干基礎課程。

“燃料與燃燒”課程的教學水平直接影響我校熱機各專業方向的學生素質和教學質量。對“燃料與燃燒”課程進行教學內容改革，提高其教學質量，對于提升哈爾濱工程大學熱能與動力工程專業在國內的影響和地位具有重要意義。

二、“燃料與燃燒”課程教學內容設計

除基礎理論部分外，“燃料與燃燒”課程中工程應用部分教學內容更新很快。隨著科學技術的不斷發展，燃燒技術不斷進步，燃料及燃燒裝置不斷推陳出新，相應教學內容也需不斷隨時更新，要求授課教師有堅實和廣闊的理論基礎，掌握國內外燃燒理論和技術的最新發展。

哈爾濱工程大學是我國進行船舶動力裝置研究和培養該領域高層次創新人才的重要基地，近年來對高性能船舶動力裝置進行了大量深入的研究，承擔完成了包括工信部高技術船舶項目、省市部委項目和各級基金項目等多項課題研究，對發動機預混燃燒、擴散燃燒、均質燃燒、稀薄燃燒和低溫燃燒等燃燒模式均有深入的研究，取得了多項具有國內外先進水平的研究成果，發表了大量的相關論文和專利。這些科研成果為“燃料與燃燒”課程教學和師資平臺搭建提供了豐富的資源，對“燃料與燃燒”的教學改革起到了很大的推動作用。

隨著燃料技術、燃燒技術和燃燒裝置的不斷發展和進步，為滿足教學需求，及時反映燃燒技術的最新進展，我校教學團隊編寫了《燃料與燃燒》本科教材。該教材是根據船舶動力裝置燃燒的特點，基于我?！叭Ｒ缓恕苯虒W和學科的研究特色編寫的?！度剂吓c燃燒》教材系統闡述了燃燒的基本原理和理論；詳細講述了燃料動力學燃燒的計算方法，詳細論述了燃燒熱力學和燃燒化學反應動力學，著重介紹了船舶動力裝置涉及的預混燃燒和油滴蒸發控制的擴散燃燒；最后，為及時反映燃燒技術的研究進展，增添了新型船舶動力裝置所采用的高效低排放燃燒技術[3]。在教材的編撰過程中，大量引用了我校燃燒理論和燃燒裝置研究領域相關教師及碩博研究生的研究成果和國內外最新研究進展。教材內容豐富新穎、專業針對性強，可為我校及其他院校熱能與動力工程專業各研究方向本科生奠定系統的專業理論知識。通過課程學習，使學生在掌握扎實理論知識的同時，獲取燃料與燃燒相關工程應用知識。教材強調了“燃料與燃燒”課程教學內容的系統性、理論性以及工程應用性，編寫過程中注重了教學內容的易懂性，和培養學生應用所學知識、實際動手實驗以及團隊合作的能力。

通過“燃料與燃燒”課程的教學，使學生對燃料性質、燃燒現象的本質以及燃燒基本理論有一定的認識，進而掌握燃燒技術中所必須的熱化學、燃燒動力學及燃燒過程的基本知識與基本理論。掌握動力機械中氣態、液態和固態燃料的相互關系和區別，以及它們的特性、燃燒特點和規律，包括閃點、著火點和自燃點，不同燃料閃點、著火點和自燃點的變化規律，以及著火的形式和條件、火焰的傳播、燃燒產物的生成機理等。課程側重預混氣的爆震、層流預混燃燒、氣體擴散燃燒和燃料液滴燃燒等與動力機械密切相關的燃燒理論[3]。

國內外對動力裝置節能減排的要求實質上推動了燃料、燃燒理論及燃燒裝置的快速發展，為確?！叭剂吓c燃燒”課程教學內容能充分反映相關理論和技術的發展，最新國內外燃料技術、新型燃燒技術及燃燒裝置應作為課程教學的重點更新內容?！叭剂吓c燃燒”課程先后介紹了燃料及燃料特性、化學反應動力學、燃燒理論和燃燒裝置等，涵蓋了燃料、燃料的燃燒計算、燃燒化學動力學、燃燒反應系統的守恒方程、著火理論和燃燒界限、預混燃燒、擴散燃燒、液體燃料的燃燒、固體燃料燃燒、燃燒排放控制和燃燒裝置等方面的教學內容。課程各教學模塊內容主要包括：（1）燃料，主要包括燃料的來源、種類、組成，燃料性質、參數及變化規律，燃料物性計算方法；（2）燃燒過程的物質平衡與熱平衡，包括生成焓、反應焓、燃燒焓，固體燃料、液體燃料和氣體燃料的理論空氣需求量，實際空氣供給量和空氣過量系數，完全燃燒產物生成量、成分和密度，不完全燃燒產物及燃燒過程的質量檢測，燃燒溫度和熱離解對燃燒溫度的影響；（3）燃燒與化學平衡，重點為化學反應速度及化學平衡，反應度與平衡常數的關系；（4）化學反應動力學，內容包括基元反應、質量作用定律、反應級數，化學反應速率及其影響因素、各種級的單步化學反應，鏈鎖反應；（5）燃燒系統守恒方程，分子傳輸方程，基本守恒方程，流動邊界與熱邊界層；（6）著火和燃燒界限，熱自燃理論、強迫著火、熄火、著火爆炸與熄火現象為化學動力學控制的燃燒問題，燃燒界限的影響因素；（7）預混氣的燃燒，重點為燃燒波及其區別、瑞利公式、雨果尼奧曲線、雨果尼奧曲線上熵的分布、爆震波后已燃氣的速度與當地聲速的比較、查普曼-焦格特爆震波速度的確定、爆震波的速度、開爆震性和化學反應動力學決定的爆震極限；（8）層流預混火焰，主要包括熱理論，參數對火焰傳播速度的影響，火焰駐定原理，火焰淬熄；（9）層流擴散燃燒，主要內容為伯克和舒曼理論的基本假定和求解方法、燃料射流的唯象分析（層流火焰高度和湍流火焰高度）和層流擴散火焰射流（層流射流的混合和有化學反應的層流射流）；（10）氣體湍流燃燒，重點為湍流火焰的唯象方法；（11）液體燃料的擴散燃燒，主要包括單油滴的蒸發及質量燃燒速度，氣流中的燃料液滴，火焰的位置、燃料蒸汽、氧氣、產物及溫度的分布、噴霧燃燒及油滴群燃燒；（12）固體燃料的燃燒，內容包括固體燃料的燃燒過程、固體碳粒的燃燒（擴散燃燒、動力燃燒和過渡燃燒）、碳粒燃燒的化學反應（碳和氧的反應、碳和二氧化碳的反應、碳和水蒸汽的反應、一氧化碳的分解反應）、多孔性碳粒的燃燒、二次反應對碳粒燃燒的影響、碳粒燃燒速率及燃盡時間、灰分對碳燃燒的影響、固體燃料的燃燒方式和燃燒裝置；（13）燃燒排放控制，包括燃燒過程中NOx、SOx和顆粒等污染物的生成機理，影響污染物生成的因素，控制污染物排放的技術措施（改變燃燒途徑的措施和后處理措施）；（14）液體和氣體燃燒技術及燃燒裝置，主要包括船舶動力裝置（船舶柴油機、船用鍋爐和船用燃氣輪機等）的燃燒技術。

三、結論

“燃料與燃燒”是當今國內能源動力類本科專業前沿課程之一。作為哈爾濱工程大學動力與能源工程學院熱機專業方向的一門核心基礎課程，“燃料與燃燒”在我校熱能與動力工程本科教學體系中扮演著重要角色。通過對““燃料與燃燒”課程教學內容設計的探討，確定了以船舶動力裝置共性燃燒理論作為基本的教學內容，用國內外最新燃料與燃燒技術的發展更新課程教學內容，以期夯實學生的專業理論知識、擴展學生的眼界、提高學生的綜合素質。根據燃料和燃燒應用技術的發展，尤其是船舶發動機行業燃燒技術的發展，及時更新、豐富和優化課程教學內容，是實現課程教學目標、培養創新型人才的關鍵。通過教學內容的設計和改革，我校近幾年的教學實踐表明，“燃料與燃燒”課程教學取得了良好的效果。

參考文獻：

[1]蘇磊.《燃燒學》教學有感[J].中國科教創新導刊，2009，（34）：134.

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關鍵詞：大克泊湖淖；水化學演化；反向地球化學反應路徑模擬

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）33-0029-03

在我國華北、西北地區，由于氣候干旱，地表水相對缺乏，地下水往往是生活以及工農業生產主要供水水源，鄂爾多斯盆地是我國重要的能源化工基地，對地下水的需求尤其強烈，因此查明該地區地下水循環和水化學形成機理成為指導該地區地下水資源合理開發利用亟待解決的問題。大克泊湖淖是鄂爾多斯盆地眾多湖淖中水域面積較大的湖淖之一，對研究鄂爾多斯地下水循環演化方面具有較好的代表性，而且在前期積累了大量的水文地質、地下水水化學和同位素等基礎數據，具有較好的工作基礎。

1 研究區概況

大克泊湖淖地區位于鄂爾多斯盆地北部，是一個小型盆地，大克泊湖淖位于該小型盆地中央。多年平均氣溫為5℃，多年平均降水量為322.5mm，且降雨多集中在5～9月。地層由下至上依次為侏羅系、白堊系、第四系。白堊系砂巖是研究區的主要含水層，侏羅系碎屑巖構成了整個含水層的隔水地板。第四系風積沙廣泛分布于研究區內，最大風積沙層厚度約為5m，結構松散，基巖零星出露。大克泊湖淖面積約為4km2，湖水面積變化對降雨量響應迅速。湖盆邊部分布著眾多湖眼。

2 樣品采集與測試

3 反向地球化學反應路徑模擬

3.1 反向地球化學反應路徑模擬簡介

反向地球化學反應路徑模擬是運用質量守恒原理，通過對比同一地下水水流路徑終點和起點的水化學成分和同位素的質量，推測出兩點水流路徑上地下水由于發生溶解或沉淀等化學反應、蒸發或不同水體之間的混合等物理反應等引起的化學組分和同位素的變化量，總結出地下水從起點到終點間的水文地球化學反應路徑。其反應形式可表示為：

3.2 反應路徑的選擇

3.3 反向地球化學反應路徑模型

3.3.1 可能礦物項的確定。巖芯檢測結果顯示研究區常見的礦物有石英、方解石、堿性長石（鈉長石和鉀長石）、斜長石（鈣長石）、伊利石、石膏。溶濾作用、濃縮作用和陽離子交替吸附作用是研究區淺層地下水普遍存在的水化學形成作用。由于地下水埋深較淺，而且上覆一層松散第四系風積沙，增加CO2作為礦物相。綜上把方解石、鈉長石、鉀長石、鈣長石、伊利石、石膏、NaCl、CO2、離子交換、濃縮作用作為可能礦

物相。

4 結果與分析

路徑Ⅴ：模擬結果顯示在水流路徑上均發生了鈉長石、NaCl的溶解，方解石沉淀，陽離子交替吸附作用，同時有土壤CO2進入地下水中。由于起點和終點的地下水水位埋深均較深（見表1），因此蒸發作用很弱。

參考文獻

[1] Plummer LN．Geochemical modeling of water-rock interaction：past，Present，future．Water Rock Interaction，Volume 1：Low Tempera Ture Environments[M]．Netherlands：U.S.Geological Survry，1992：23-33．

[2] L.N.Plummer，Eric C.Prestemon and Dabid L.Parkhurst．An interactibe code（NETPATH） for moding Net geochemical reactions along a flow Path．U.S.Geological Survey，1994．