工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告

內(nèi)容概要

　　《工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告（2011～2020）》是國家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部的學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告之一。這一系列研究報(bào)告是國家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部為不斷促進(jìn)本領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作，瞄準(zhǔn)國際學(xué)科發(fā)展前沿，面向未來國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的重大需求，著力解決我國工程與材料領(lǐng)域中的重要科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)問題，增強(qiáng)國家原始創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力，而精心組織出版的系列學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告?！　　豆こ虩嵛锢砼c能源利用學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告（2011～2020）》的撰寫站在國家利益和學(xué)科總體的高度，綜合考慮國際學(xué)術(shù)發(fā)展動(dòng)向和中國實(shí)際，論述了工程熱物理與能源利用學(xué)科的內(nèi)涵、戰(zhàn)略地位以及各分支領(lǐng)域的界定，詳細(xì)分析了各分支領(lǐng)域，包括工程熱力學(xué)、內(nèi)流流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)、燃燒學(xué)、多相流、可再生能源等的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及科學(xué)問題，進(jìn)一步明確了我國工程熱物理與能源利用研究中的中、近期發(fā)展方向和目標(biāo)，擬定出了2011～2020年期間的優(yōu)先發(fā)展方向、資助領(lǐng)域和發(fā)展思路?！　”緯鳛閷W(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告，內(nèi)容既具有前瞻性和戰(zhàn)略性，又具有針對(duì)性和可操作性。《工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告（2011～2020）》可為國家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部工程熱物理與能源利用學(xué)科遴選2011～2020年期間優(yōu)先領(lǐng)域提供依據(jù)，同時(shí)也可供從事工程熱物理與能源利用學(xué)科研究的科研人員、管理人員閱讀和參考，也可作為高等院校教師、研究生的參考資料。

書籍目錄

序前言第1章  總論  1．1  概述  1．2  戰(zhàn)略地位  1．2．1  社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的迫切需求  1．2．2  能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、推進(jìn)節(jié)能減排的必然趨勢  1．2．3  資源和生態(tài)安全的雙重壓力  1．2．4  高新科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)促進(jìn)  1．2．5  培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要科技保障  1．2．6  國家創(chuàng)新體系建設(shè)和基礎(chǔ)研究發(fā)展的需求  1．3  學(xué)科體系  1．3．1  學(xué)科分支  1．3．2  內(nèi)涵與作用  1．4  基金資助現(xiàn)狀  1．4．1  面上項(xiàng)目  1．4．2  重大項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目  1．4．3  國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目和創(chuàng)新群體科學(xué)基金項(xiàng)目  1．5  基金支持原則  1．6  工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展思路  參考文獻(xiàn)第2章  工程熱力學(xué)  2．1  學(xué)科內(nèi)涵與應(yīng)用背景  2．2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢  2．2．1  非平衡態(tài)熱力學(xué)及計(jì)算統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)  2．2．2  熱物性  2．2．3  熱力循環(huán)與總能系統(tǒng)  2．2．4  制冷與低溫工程學(xué)  2．2．5  交叉學(xué)科  2．2．6  工程熱力學(xué)的發(fā)展與比較分析  2．3  研究內(nèi)容與科學(xué)問題  2．3．1  非平衡熱力學(xué)及計(jì)算統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)  2．3．2  熱物性  2．3．3  熱力循環(huán)及總能系統(tǒng)  2．3．4  制冷與低溫工程學(xué)  2．3．5  交叉學(xué)科  2．4  近期優(yōu)先領(lǐng)域和重點(diǎn)支持方向  2．4．1  非平衡態(tài)熱力學(xué)及計(jì)算統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)  2．4．2  熱物性  2．4．3  熱力循環(huán)和總能系統(tǒng)  2．4．4  制冷與低溫工程學(xué)  2．4．5  交叉學(xué)科發(fā)展方向與目標(biāo)  參考文獻(xiàn)第3章  熱機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)與流體機(jī)械  3．1  學(xué)科體系、研究范圍和任務(wù)  3．2  戰(zhàn)略地位和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀  3．2．1  燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)  3．2．2  航空發(fā)動(dòng)機(jī)  3．2．3  流體機(jī)械  3．3  目前和今后10年本領(lǐng)域科學(xué)研究牽引動(dòng)力的分析  3．4  重點(diǎn)基礎(chǔ)研究內(nèi)容建議  3．4．1  葉輪機(jī)械中的計(jì)算流體力學(xué)  3．4．2  葉輪機(jī)械中先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)  3．4．3  葉輪機(jī)械的非定常流動(dòng)及流固耦合機(jī)理  3．4．4  葉輪機(jī)械氣動(dòng)聲學(xué)基礎(chǔ)問題  3．4．5  非定常流動(dòng)體系下的葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)理論  3．4．6  葉輪機(jī)械中的流動(dòng)控制技術(shù)  3．4．7  非常規(guī)葉輪機(jī)械及其流動(dòng)機(jī)理  3．4．8  其他研究方向  3．4．9學(xué)科交叉與拓展方向  3．4．1  0近5年來論文發(fā)表情況分析  參考文獻(xiàn)第4章  傳熱傳質(zhì)學(xué)  4．1  學(xué)科內(nèi)涵、學(xué)術(shù)意義與應(yīng)用背景  4．1．1  概述  4．1．2  學(xué)科內(nèi)涵  4．1．3  前沿背景與動(dòng)機(jī)的演變  4．1．4  機(jī)遇與挑戰(zhàn)  4．2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢  4．2．1  概述  4．2．2  導(dǎo)熱  4．2．3  對(duì)流傳熱與傳質(zhì)  4．2．4  輻射傳熱  4．2．5  傳熱傳質(zhì)測試技術(shù)  4．2．6  交叉研究  4．2．7  研究方法和技術(shù)手段  4．2．8  差距分析  4．3  研究內(nèi)容與科學(xué)問題  4．3．1  研究內(nèi)容  4．3．2  科學(xué)問題  4．4  近期優(yōu)先領(lǐng)域和重點(diǎn)支持方向  4．4．1  支持總體考慮  4．4．2  基礎(chǔ)創(chuàng)新探索優(yōu)先方向  4．4．3  經(jīng)典內(nèi)涵基礎(chǔ)研究優(yōu)先方向  4．4．4  重點(diǎn)重大項(xiàng)目支持方向  4．5  建議  參考文獻(xiàn)第5章  燃燒學(xué)  5．1  學(xué)科內(nèi)涵、學(xué)術(shù)意義與應(yīng)用背景  5．2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢  5．2．1  基礎(chǔ)燃燒理論  5．2．2  燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)  5．2．3  氣液燃料燃燒  5．2．4  固體燃料燃燒  5．2．5  火災(zāi)燃燒  5．2．6  燃燒診斷  5．2．7  論文發(fā)表情況分析  5．3  科學(xué)問題及優(yōu)先資助領(lǐng)域  5．3．1  基礎(chǔ)燃燒理論  5．3．2  燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)  5．3．3  氣液燃料燃燒  5．3．4  固體燃料燃燒  5．3．5  火災(zāi)燃燒  5．3．6  燃燒診斷  參考文獻(xiàn)第6章  多相流  6．1  學(xué)科內(nèi)涵、學(xué)術(shù)意義與應(yīng)用背景  6．2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢  6．2．1  多相流數(shù)理模型及數(shù)值模擬方法  6．2．2  極端條件下的兩相流  6．2．3  多相流與傳遞參數(shù)測試方法研究發(fā)展趨勢  6．2．4  我國多相流學(xué)科的重要研究進(jìn)展  6．2．5  論文發(fā)表情況分析  6．3  研究內(nèi)容與科學(xué)問題  6．3．1  多相流基本現(xiàn)象與規(guī)律  6．3．2  數(shù)值模擬理論與方法  6．3．3  能源高效轉(zhuǎn)化和清潔利用的多相流  6．3．4  多相流的實(shí)驗(yàn)與測量新技術(shù)及方法  6．3．5  多相流與其他學(xué)科的相互滲透及交叉  6．4  重點(diǎn)支持方向  6．4．1  多相流基本現(xiàn)象與規(guī)律  6．4．2  多相流數(shù)理模型與數(shù)值模擬技術(shù)  6．4．3  高新科技中的兩相流  6．4．4  多相流及傳遞問題的測試方法  6．4．5  常規(guī)能源高效節(jié)約的多相流理論基礎(chǔ)  6．4．6  能源可再生轉(zhuǎn)化利用的多相流理論基礎(chǔ)  6．4．7   CO2地質(zhì)封存研究中的多相流問題  6．4．8  多相流與其他科學(xué)的相互滲透及交叉  參考文獻(xiàn)第7章  可再生能源  7．1  學(xué)科內(nèi)涵、學(xué)術(shù)意義與應(yīng)用背景  7．1．1  學(xué)科內(nèi)涵  7．1．2  前沿背景與動(dòng)機(jī)的演變  7．2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢  7．2．1  太陽能  7．2．2  生物質(zhì)能  7．2．3  風(fēng)能  7．2．4  地?zé)崮? 7．2．5  海洋能  7．2．6  論文情況統(tǒng)計(jì)與分析  7．3  研究內(nèi)容與科學(xué)問題  7．3．1  太陽能  7．3．2  生物質(zhì)能  7．3．3  風(fēng)能    7．3．4  地?zé)崮? 7．3．5  海洋能  7．4  近期優(yōu)先領(lǐng)域和重點(diǎn)支持方向  7．4．1  太陽能  7．4．2  生物質(zhì)能  7．4．3  風(fēng)能  7．4．4  地?zé)崮? 7．4．5  海洋能參考文獻(xiàn)附錄1  工程熱物理與能源利用學(xué)科資助重點(diǎn)項(xiàng)目一覽表(2001～2010年)附錄2  工程熱物理與能源利用學(xué)科部分重要國際學(xué)術(shù)會(huì)議附錄3  工程熱物理與能源利用學(xué)科相關(guān)重要國際學(xué)術(shù)期刊列表附錄4  工程熱物理與能源利用學(xué)科有關(guān)實(shí)驗(yàn)室簡介附錄4．1  國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室附錄4．2  省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

章節(jié)摘錄

　　1.1 概述　　工程熱物理與能源利用學(xué)科是一門研究能量和物質(zhì)在轉(zhuǎn)化、傳遞及其利用過程中基本規(guī)律和技術(shù)理論的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，傳統(tǒng)研究主要針對(duì)熱和功的能源形式，現(xiàn)今學(xué)科范疇已擴(kuò)展到幾乎涵蓋各種能量形式、能質(zhì)相互轉(zhuǎn)化和有效利用的方方面面。本學(xué)科的任務(wù)是在自然科學(xué)和熱物理基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，綜合相關(guān)學(xué)科（包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、信息、認(rèn)知、社會(huì)科學(xué)等）基礎(chǔ)科學(xué)的新理論、新方法，認(rèn)識(shí)和揭示能量物質(zhì)轉(zhuǎn)化、傳遞的基本現(xiàn)象和規(guī)律，全面深入地分析能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)化、傳遞的物理過程特性，建立物理數(shù)學(xué)模型，探究有效利用的基本規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)途徑，為有關(guān)高新技術(shù)發(fā)展及工程問題解決提供理論依據(jù)、設(shè)計(jì)方法和技術(shù)手段，借鑒、移植和應(yīng)用各科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的先進(jìn)思想、方法和技術(shù)，不斷創(chuàng)新能量物質(zhì)轉(zhuǎn)化、傳遞和高效利用的應(yīng)用技術(shù)［1］。工程熱物理與能源利用學(xué)科內(nèi)涵豐富，外延廣闊，是一門體系完整的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，包括工程熱力學(xué)、內(nèi)流流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)、燃燒學(xué)、多相流、可再生能源利用，以及和工程熱物理與能源利用領(lǐng)域相關(guān)問題的基礎(chǔ)性與創(chuàng)新性研究。隨著對(duì)學(xué)科認(rèn)識(shí)的不斷提高，學(xué)科的內(nèi)涵不斷豐富，研究內(nèi)容也在進(jìn)一步擴(kuò)大。先進(jìn)的科學(xué)理念和基礎(chǔ)科學(xué)的最新進(jìn)展極大地帶動(dòng)了科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，近年來更是拓展衍生出眾多前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域與方向，諸如可再生能源利用、溫室氣體排放控制、微納米熱物理、微細(xì)能源系統(tǒng)和原理、生物與生命熱物理、生態(tài)與環(huán)境安全熱物理等，涉及自然世界能質(zhì)相互作用與轉(zhuǎn)化的基本內(nèi)涵和基本規(guī)律等的科學(xué)探索。21世紀(jì)，人類正面對(duì)著能源和資源短缺、環(huán)境污染、氣候變化等全球性問題，工程熱物理與能源利用學(xué)科將在能源和環(huán)境科技方面尋求突破［2，3］。目前，工程熱物理與能源利用學(xué)科的發(fā)展趨勢可以概括為：①對(duì)能源傳遞、轉(zhuǎn)化、利用中基礎(chǔ)問題和規(guī)律的探索不斷深化，學(xué)科研究在不斷拓寬或突破原有界限與假定，如宏觀向介觀、微觀的過渡，常規(guī)參數(shù)向超?；驑O端參數(shù)的發(fā)展，以及隨機(jī)、非定常、多維、多相、多過程與多因素耦合等復(fù)雜情況下的熱物理問題的研究；②隨著能源、環(huán)境問題的日益突出，可再生能源、溫室氣體控制以及能源環(huán)工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告（20112020）境問題也成為工程熱物理學(xué)科發(fā)展的重要方向之一；③不斷產(chǎn)生的新理論、新方法和新手段，以及研究的定量化和精確化，大大促進(jìn)了本學(xué)科的發(fā)展；④本學(xué)科各分支學(xué)科之間以及本學(xué)科與其他學(xué)科之間多方位、大跨度的交叉與融合，已成為當(dāng)前工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展的一個(gè)基本趨勢與特征，學(xué)科界限越來越淡化和模糊?！　?.2 戰(zhàn)略地位　　能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力和命脈，能源開發(fā)與合理有效利用是整個(gè)社會(huì)發(fā)展的源泉和基礎(chǔ)，標(biāo)志著人類的文明和進(jìn)步，決定了一個(gè)國家的科學(xué)技術(shù)水準(zhǔn)、競爭實(shí)力和綜合國力，今天更成為國家存亡和社會(huì)安全的重大問題，引起世界各國政府高度重視并作為最優(yōu)先的國家戰(zhàn)略考慮。能量的轉(zhuǎn)換、傳遞，能源與物質(zhì)的相互作用和轉(zhuǎn)化，是自然界最普遍的物理現(xiàn)象和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式之一，幾乎和所有的生產(chǎn)工藝過程、技術(shù)領(lǐng)域以及人類社會(huì)生活密切相關(guān)，這些現(xiàn)象和過程中的基本規(guī)律及其技術(shù)理論是能源合理有效利用的科學(xué)基礎(chǔ)和理論依據(jù)，因此，工程熱物理與能源利用學(xué)科的原理和技術(shù)也相應(yīng)地具有普遍性和廣泛性，在人類文明和社會(huì)進(jìn)步中占據(jù)極為重要的地位?！　」こ虩嵛锢砼c能源利用學(xué)科的建立源于蒸汽動(dòng)力裝置發(fā)明和廣泛應(yīng)用所引起的工業(yè)革命的極大推動(dòng)，從創(chuàng)立最基本的熱力學(xué)、熱機(jī)學(xué)開始，逐步發(fā)展、完善成為獨(dú)立的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。它為各種能源動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展提供了理論支撐和源泉，是能源科技的進(jìn)步的重要依托?；仡櫄v史，幾乎可以說每一次能源動(dòng)力或能源利用方面的突破都帶來了生產(chǎn)力的飛躍、社會(huì)的發(fā)展和觀念的變革。蒸汽機(jī)的發(fā)明和熱力學(xué)理論的建立，促使找到從化石能源轉(zhuǎn)化為功的辦法，帶動(dòng)了世界第一次產(chǎn)業(yè)革命；僅僅石油的發(fā)現(xiàn)并沒有迎來石油時(shí)代，而利用石油的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和推廣應(yīng)用才使人類進(jìn)入一個(gè)新的文明時(shí)代；內(nèi)燃機(jī)和蒸汽輪機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展為現(xiàn)代社會(huì)的機(jī)械化、電氣化創(chuàng)造了條件；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，則為高速航空與宇宙時(shí)代奠定了基礎(chǔ)；核能的開發(fā)利用拓展了人類利用能源的廣闊視野。以高效和生態(tài)良性循環(huán)的更新的能源轉(zhuǎn)化和利用理念，被人們廣泛認(rèn)同，已逐步并將繼續(xù)改變?nèi)祟惸茉吹乃季S。顯然，工程熱物理與能源利用學(xué)科的基礎(chǔ)原理和技術(shù)應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?！　∽?0世紀(jì)80年代以來，化石能源的過度使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染；同時(shí)化石能源資源終將枯竭，嚴(yán)重地威脅著人類的生存和發(fā)展。面對(duì)生態(tài)環(huán)境和21世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)，要求人類必須在提高化石能源利用效率的同時(shí)，大力發(fā)展和使用可再生能源。　　3時(shí)代的潮流，能源科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步會(huì)帶來許多偉大的變革，產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，最終使人類社會(huì)邁向生態(tài)安全與良性循環(huán)的能源之路?！　?.2.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的迫切需求　　能源的耗費(fèi)數(shù)量和使用情況，標(biāo)志著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模、人民生活水準(zhǔn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)程度。自20世紀(jì)以來，世界能源消費(fèi)有很大增長，本世紀(jì)更是驚人，預(yù)計(jì)需求必然持續(xù)上升。顯而易見，現(xiàn)今能源與人類的關(guān)系已是密不可分，或者說沒有能源就沒有現(xiàn)代人類社會(huì)的生存與發(fā)展?！　?010年我國GDP達(dá)到5.879萬億美元，超過日本的5.474萬億美元，并取代后者成為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，這是我國30多年經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展成就的一個(gè)寫照，也是我國國力增強(qiáng)的“里程碑”。但我國內(nèi)地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體水平還很低，據(jù)國際貨幣基金組織統(tǒng)計(jì)，2010年我國人均GDP為4283美元，排名全球第95位，只有日本的1/10。我國仍有4300萬貧困人口，相當(dāng)于澳大利亞總?cè)丝诘?倍［4］。我國國情要求繼續(xù)推進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的全面進(jìn)步，能源是當(dāng)今國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展最重要的戰(zhàn)略保障之一。在我國經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展的同時(shí)，能耗總量也在大幅度增長。2010年，我國能源消費(fèi)總量已達(dá)32.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，人均一次能源消費(fèi)水平約為2.38t標(biāo)準(zhǔn)煤，是世界上能源消耗的第二大國；進(jìn)口原油2.39億t，石油對(duì)外依存度超過55%，成為僅次于美國的第二大石油進(jìn)口國和消費(fèi)國；中國電力裝機(jī)容量突破9億kW，將在未來兩年內(nèi)超過美國并達(dá)到世界首位。人均電力裝機(jī)0.69kW，與美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的人均2kW及以上水平仍有很大差距；人均天然氣消費(fèi)量為88m3，是2005年的2.4倍。煤炭在一次能源消費(fèi)中占到68.7%，單位能源的二氧化碳排放強(qiáng)度高于世界平均水平，控制二氧化碳排放面臨極大困難?！　∝瀼貙?shí)施和不斷完善國家的節(jié)能減排政策，極大地推動(dòng)了我國的節(jié)能工作。2009年與2005年相比，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗由1.276t標(biāo)準(zhǔn)煤下降到1.077t標(biāo)準(zhǔn)煤，累計(jì)下降15.61%；單位工業(yè)增加值能耗由2.59t標(biāo)準(zhǔn)煤下降到2.043t標(biāo)準(zhǔn)煤，累計(jì)下降21.1%。我國“十一五”期間克服諸多困難，盡最大努力實(shí)現(xiàn)了國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃提出的單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右的約束性目標(biāo)，減緩溫室氣體排放增長［8］?！　〗陙?，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展保持了10%左右的增長，但是與此同時(shí)人均能源消耗量也保持了6%7%的高速增長。可以預(yù)見，我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)無法改變，經(jīng)濟(jì)還將持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，加之我國的城市化建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，社會(huì)總能耗和人均能耗將持續(xù)走高，這些必將使我國面臨更為嚴(yán)峻的能源、環(huán)境和溫室氣體控制壓力。學(xué)科為能源開發(fā)和利用提供新的科學(xué)理論基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)，并以前所未有的科學(xué)技術(shù)觀念為其服務(wù)，也為學(xué)科的嶄新發(fā)展注入新的動(dòng)力，開拓出不斷創(chuàng)新的研究課題和領(lǐng)域。　　1.2.2 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、推進(jìn)節(jié)能減排的必然趨勢　　新中國成立后的經(jīng)濟(jì)建設(shè)初期，國家獨(dú)立自主、自力更生地構(gòu)架了我國獨(dú)立的社會(huì)主義工業(yè)體系，發(fā)展生產(chǎn)，滿足自給自足的基本要求，隨后圍繞國家工業(yè)化進(jìn)行建設(shè)和發(fā)展；改革開放三十余年，全國上下貫徹“發(fā)展才是硬道理、建設(shè)小康水平社會(huì)主義國家”的精神，持續(xù)快速地發(fā)展經(jīng)濟(jì)，然而產(chǎn)業(yè)架構(gòu)還是以技術(shù)水平低、資源消耗高、生產(chǎn)粗放型為主要特點(diǎn)；最近十幾年雖然加快推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，大力調(diào)整了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，力求降低能源消耗，著手治理浪費(fèi)，厲行節(jié)約，能源利用率有所提高，但即便是在如此形勢下，我國能源消耗強(qiáng)度仍然偏高。2010年我國單位GDP的能耗（能源強(qiáng)度）是美國的3倍、日本的5倍。目前，我國的總體能源利用效率為33%左右，比發(fā)達(dá)國家低約10個(gè)百分點(diǎn)。因此，對(duì)我國而言，立足于環(huán)境友善、資源節(jié)約、和諧發(fā)展的新興工業(yè)化道路，提高科學(xué)技術(shù)水平、增大高科技含量、采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備已經(jīng)迫在眉睫，勢必要求和推動(dòng)工程熱物理與能源利用學(xué)科把握這新的發(fā)展機(jī)遇，既要增強(qiáng)學(xué)科基礎(chǔ)、拓展內(nèi)涵、擴(kuò)大服務(wù)領(lǐng)域，又要注重發(fā)展先進(jìn)實(shí)用和前瞻性高的新技術(shù)?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》指出，要經(jīng)過15年的努力在能源開發(fā)、節(jié)能技術(shù)和清潔能源技術(shù)上取得突破，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要工業(yè)產(chǎn)品單位能耗指標(biāo)達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平［9］?！　∧茉磩?dòng)力行業(yè)繼向高參數(shù)，甚至超高參數(shù)方向發(fā)展后，正持續(xù)朝集成、高效、潔凈和智能化趨勢邁進(jìn)，包括循環(huán)流化床燃燒發(fā)電（CFBC）、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（PFBC？CC）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）、燃煤聯(lián)合循環(huán)（CFCC）、濕空氣透平循環(huán)、新型核能聯(lián)合循環(huán)、化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)動(dòng)力系統(tǒng)（CLSAS）等，都是以人們難以預(yù)料的速度涌現(xiàn)并逐步實(shí)用化。與此同時(shí)，為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)更為廣闊的能源需求，燃煤燃料電池電站技術(shù)，先進(jìn)核反應(yīng)堆，基于新型能質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量釋放機(jī)理的多功能能源集成系統(tǒng)，諸如太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源的利用，均以嶄新的面貌展示在人們眼前。動(dòng)力推進(jìn)與民用交通運(yùn)輸高效、安全的迫切需要，海陸空低耗高效、精準(zhǔn)快速、高推重比的現(xiàn)代軍事目標(biāo)，探求世界起源和宇宙奧秘的航天渴望等，都對(duì)高效潔凈燃燒、能源轉(zhuǎn)換、熱流體力學(xué)、新興推進(jìn)技術(shù)、新興和微型能源系統(tǒng)、先進(jìn)強(qiáng)化冷卻技術(shù)與有效熱防護(hù)、系統(tǒng)熱管理等提出前所未有的新挑戰(zhàn)?！　〉?章 總論　　5織、食品、醫(yī)藥、冶金、建材、化工與石油化工等高耗能的傳統(tǒng)工業(yè)，這些都亟待依靠技術(shù)革新來解決節(jié)能降耗的問題。因此，我國實(shí)現(xiàn)能源的合理、高效、潔凈轉(zhuǎn)化和利用的壓力極大，面臨的問題和解決問題的技術(shù)途徑也異常復(fù)雜。這些問題不僅量大面廣、要求的技術(shù)難度大，還要求成本低廉、實(shí)用有效。我國建筑耗能問題也十分突出，不僅單位建筑能耗比同等氣候條件國家高出23倍，而且建筑直接能耗已占社會(huì)總能耗的30%，隨著生活水準(zhǔn)的提高和人們對(duì)居住條件、室內(nèi)環(huán)境舒適、健康、品味等方面的追求，這一比例會(huì)增至35%左右，將成為能耗第一大戶。建筑節(jié)能與保溫絕熱材料、通風(fēng)供冷采暖、空調(diào)制冷與低溫工程等，都期待著新的思維觀念、新的基礎(chǔ)理論和新的技術(shù)方法。目前，除以上所述的行業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域外，在社會(huì)生產(chǎn)力全面提升的今天，對(duì)能源轉(zhuǎn)換和利用技術(shù)推進(jìn)和更新的渴求幾乎無所不在，這些都是本學(xué)科傳統(tǒng)和不斷創(chuàng)新的研究領(lǐng)域　　1.2.3 資源和生態(tài)安全的雙重壓力　　中國能源生產(chǎn)、資源消耗總量在世界上均可名列前茅，能源消耗結(jié)構(gòu)以煤為主，占到64%左右。人均能源消耗量只有發(fā)達(dá)國家的10%15%，而且如前所述單位產(chǎn)值的能耗遠(yuǎn)高于世界平均水平，要改變我國目前人均GDP很低的現(xiàn)狀，在過去持續(xù)30多年的高增長后，仍必須繼續(xù)保持每年都有較高增幅。顯然，無論如何強(qiáng)調(diào)和做到高效節(jié)約，高速度地增加開發(fā)能源生產(chǎn)仍是必然的，這樣才能提供足夠的能源以持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)。應(yīng)對(duì)人口眾多、高消耗低效率的快速經(jīng)濟(jì)增長，能源資源突顯其蒼白無力，如此負(fù)荷的能源開發(fā)也不可避免地消耗和占用其他資源，加上結(jié)構(gòu)性的先天缺陷，能源和資源的匱乏已然演化成一個(gè)國家的資源安全問題，構(gòu)成對(duì)國家社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治安定的巨大威脅。國家資源安全問題是世界各國作為戰(zhàn)略考慮的重大問題之一［10］?！　∨c我國能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、需求、轉(zhuǎn)化利用落后現(xiàn)狀相對(duì)應(yīng)的是環(huán)境污染問題，猶如雪上加霜，嚴(yán)重制約社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，危及我們的健康和生存環(huán)境，甚至威脅生態(tài)資源的長期安全。以燃煤為主的能源動(dòng)力系統(tǒng)、大量的工業(yè)爐和窯爐，在實(shí)施能源轉(zhuǎn)化和利用中成為產(chǎn)生大氣酸雨、NOx、CO2、飄塵等污染的源頭；發(fā)動(dòng)機(jī)等則是城市環(huán)境的主要?dú)⑹种?，排放污染氣體和顆粒，產(chǎn)生大量噪聲；大量的工業(yè)余熱被浪費(fèi)，變成熱污染源；改善生活水準(zhǔn)、提供生活方便的低溫制冷與空調(diào)等所用氯氟烴能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)，是破壞臭氧層的罪魁禍?zhǔn)椎?，這些嚴(yán)峻考驗(yàn)和問題的解決都與工程熱物理和能源利用各個(gè)分支學(xué)科領(lǐng)域密切相關(guān)?！　‖F(xiàn)今能源開發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)、轉(zhuǎn)換利用和各類末端使用可能引發(fā)潛在安全問題，研究防災(zāi)、滅災(zāi)、減災(zāi)，必須了解和掌握能量釋放、形態(tài)轉(zhuǎn)換、過程演化、傳播傳工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告（20112020）遞等規(guī)律和條件，要從熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)、燃燒、多相流體流動(dòng)等方面進(jìn)行理解和描述，這些都是本學(xué)科責(zé)無旁貸的研究任務(wù)和大有可為的廣闊天地。應(yīng)該注意到，資源和環(huán)境安全的雙重壓力更增添了學(xué)科發(fā)展的嶄新內(nèi)涵。　　1.2.4 高新科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)促進(jìn)　　無論從學(xué)科的起源、興起和發(fā)展，還是從學(xué)科的創(chuàng)立與建設(shè)的歷程來看，工程熱物理與能源利用學(xué)科都與科學(xué)技術(shù)最前端和社會(huì)生產(chǎn)最活躍的領(lǐng)域密切相關(guān)，尤其是過去的數(shù)十年基本保持和現(xiàn)代高新科學(xué)技術(shù)同步共進(jìn)，相互融合交叉、相互促進(jìn)協(xié)調(diào)，攜手持續(xù)地創(chuàng)造著一個(gè)又一個(gè)科學(xué)技術(shù)奇跡。縱覽當(dāng)今世界社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的三大主導(dǎo)科技——生物、信息和納米科技，無一不與本學(xué)科有著千絲萬縷的內(nèi)在依托。這些高新科學(xué)技術(shù)不斷為工程熱物理與能源利用學(xué)科研究提供新的認(rèn)知思想、科學(xué)理念、技術(shù)手段和發(fā)展需求，同時(shí)工程熱物理與能源利用學(xué)科也在這些高科技進(jìn)步的前端輔以新的技術(shù)理論和途徑、在實(shí)際應(yīng)用中給予有力的技術(shù)支撐?！　〗陙恚冗M(jìn)的科學(xué)理念和基礎(chǔ)科學(xué)的最新進(jìn)展極大地帶動(dòng)了科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步，人們開始從以熱機(jī)為源頭的工程熱物理與能源利用學(xué)科范疇突破，引進(jìn)了新的能質(zhì)轉(zhuǎn)換思維，發(fā)展了新的基礎(chǔ)理論，如基于新型能質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量釋放機(jī)理的能源循環(huán)與系統(tǒng)理論；更是拓展衍生出眾多前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域與方向，如微納米熱物理、生物與生命熱物理、生態(tài)與環(huán)境安全熱物理、微細(xì)能源系統(tǒng)和原理等。這些為適應(yīng)未來趨向而展開的深層次原理創(chuàng)新，也越來越多地涉及自然世界能質(zhì)相互作用與轉(zhuǎn)化的基本內(nèi)涵和基本規(guī)律。　　1.2.5 培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要科技保障　　在淘汰落后生產(chǎn)力的同時(shí)，我國把大力培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)作為優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的突破口，不斷加大對(duì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度。2010年10月，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，提出現(xiàn)階段重點(diǎn)培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車等新興產(chǎn)業(yè)，并明確了今后一個(gè)時(shí)期的發(fā)展目標(biāo)和政策導(dǎo)向［11］。2009年以來，我國還啟動(dòng)了新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)投資計(jì)劃，設(shè)立了18支創(chuàng)業(yè)投資基金，支持節(jié)能環(huán)保、新能源領(lǐng)域的創(chuàng)新型企業(yè)成長，選擇部分城市建立低碳新能源產(chǎn)業(yè)園區(qū)，推廣使用節(jié)能和新能源產(chǎn)品?？梢姡?jié)能環(huán)保與新能源產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在國家能源與環(huán)境戰(zhàn)略中的地位越來越重要。　　……

編輯推薦

國家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部編寫的《工程熱物理與能源利用學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告(2011-2020)》作為學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告，內(nèi)容既具有前瞻性和戰(zhàn)略性，又具有針對(duì)性和可操作性，全書分為工程熱力學(xué)；熱機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)與流體機(jī)械等內(nèi)容。

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