国家自然科学基金工程热物理与能源利用学科研究方向与关键词修订

2021年国家自然科学基金委员会工程与材料科学部工程热物理与能源利用学科对学科代码下的研究方向和关键词进行了梳理和修订,调整了学科资助布局,合并了相近的研究方向,删除了不恰当的研究方向,增加了反映新趋势的研究方向,精炼了各研究方向下的关键词,使研究方向和关键词更加全面合理.通过本次修订进一步厘清了学科的内涵和外延,有利...     

高保真物理-热工耦合计算方法研究及应用

反应堆高保真物理-热工耦合计算可以更准确、更详细地模拟和预测反应堆堆芯行为,从而进一步提高核反应堆的安全性和经济性。基于精确的几何建模与高精度的中子学计算方法,通过耦合pin-by-pin子通道热工水力计算,进行了高保真中子学和物理-热工耦合计算方法研究,研制了反应堆高保真物理-热工耦合计算程序NECP-X/CTF。在此基础上分析了燃料棒导热模型、间隙导热率等计算模型对高保真物理-热工耦合计算结果的影响,最终将耦合系统应用于大型压水堆关键安全参数的计算。结果表明,高保真物理-热工耦合不但可以获得精确的宏观参数,还可以获得精细的燃料棒功率、燃料棒温度等精细参数。     

基于JMCT和FLUENT的物理-热工耦合计算

基于蒙特卡罗程序JMCT2.2和商用CFD程序FLUENT,通过C++语言,采用外耦合的方式开发了一套耦合接口程序。利用JMCT网格和FLUENT计算域之间一一映射的方式完成物理模型和CFD模型之间的网格匹配,实现了物理模型的简单划分和CFD模型网格的精细划分。利用该耦合程序计算了压水堆单根燃料棒模型和3×3带水洞的燃料子组件模型,并与MCNP与FLUENT耦合计算结果进行对比。计算结果表明,使用本文的方法,耦合JMCT程序与FLUENT程序能够用于物理-热工耦合计算并准确提供其反馈参数。     

2022年度工程热物理与能源利用学科国家自然科学基金管理工作综述

统计和分析了2022年度国家自然科学基金委员会工程热物理与能源利用学科(E06)自然科学基金的申请、受理、评审和资助情况。介绍了2022年度学科在加强“双碳”目标下能源转化利用领域的战略研究与立项工作。介绍了学科2022年度亮点资助成果和2023年度工作展望。     

装备小型和微型化催生热物理工程研究新的热点

进入 2 0世纪之初 ,量子学说和相对论的创立 ,是过去整个世纪最伟大的两项科学发现 ,科技的创新已是蓄势待发 .但两次世界大战的破坏 ,亟需生息将养 ,急剧的社会工业化和装备大型化成为战后发展的主流 .人口剧增、地球资源有限和生态环境恶化 ,使国际社会面临如何持续发展的难题 ,从而萌发回归自然的思潮 .为了谋求污染源的减小和分散化 ,近年来扩大了装备小型化、器件微细化和系统紧凑化的发展趋势 .这决不意味着科技史的倒退 ,正相反 ,是矛盾辩证发展的必然 ,需要对自然认识更深层次的开发 .小型化并将有利于因减轻投资风险而促进思维创新…     

三维物理-热工耦合过程的网格优化

在反应堆物理-热工耦合过程中,网格划分尺度会影响计算精度和计算时间。利用蒙特卡罗程序和FLUENT程序,对压水堆单棒模型进行不同尺度的网格划分,评估网格划分尺度对耦合结果的影响,得到单个网格中密度差值、温度差值对有效增殖因子和功率分布引入的误差。研究表明当燃料温度差值小于50 K,慢化剂密度差值3 kg/m3时,有效增殖因子相对误差小于10-4,功率相对误差小于1%。使用该规律,对典型的压水堆单棒模型和33通道模型进行网格划分并进行耦合计算。结果表明,单棒模型网格总数减少至1/100,计算时间减少至1/4,33通道模型网格总数减少至1/50,计算时间减少至1/10,但其结果仍然精确有效。     

物理技术在节能环保建筑中的几个应用

党的十六届五中全会明确提出了“建设能源节约型、环境友好型社会”；在“十一五规划”中也将其作为我国的基本国策．建设节能被列为国家近期着力抓好的重点节能工程．     

低温生物医学与热物理

本文阐述了低温生物学、低温医学与热物理的关系；着重讨论生物体低温保存的问题，细胞和组织的低温损伤是溶液冻结相变过程所引起的冰晶损伤和高浓度溶液的损伤；这个过程和传热传质密切相关；而低温保存的机理则是溶液的非晶态化（玻璃化）。本文还讨论了低温生物医学当前的研究热点，以及其中的热物理问题。     

管道连接装配型ITER增强热负荷第一壁的热工水力分析

对管道连接装配型ITER增强热负荷第一壁(EHF FW)的标准手指对、边缘手指对及中心梁(CB)开展了热工水力分析.分析结果显示流速分布合理,低于1m·s-1或高于10m·s-1的区域非常小;手指对间的流量分配较合理;整个第一壁的压降为0.351MPa,小于0.4MPa的限定值;在8个循环周期内CB最高温度为409.2...     

ITER屏蔽块真空热氦检漏装置热工水力学设计与分析

对ITER包层屏蔽块进行了热工水力学设计及分析,并给出了两套合理的加热方案。分析结果表明,可以通过分阶段改变入口气体温度的方法实现在高效加热屏蔽块的同时满足工程及部件热应力的技术要求,并通过热应力计算验证了加热过程不会对屏蔽块产生不可预期的结构破坏。     

物理实验室课程资源的开发

实验是以实验室为基地的教学活动．2002年部颁的普通高中《物理课程标准》（以下简称：新课标）针对实验教学愈来愈凸现的重要性，指出：“实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径，也是物理课程改革的重要资源．”把“实验”作为“物理课程改革的重要资源”的这一提法，在历次大纲中是前所未有的，给我们从事物理实验教学的教师提出了一个实验教学改革更深层次的要求，所以物理实验室课程资源的开发与利用是课程改革的重要部分．以下是笔者实施新课标以来在实验教学实践中利用开发物理实验室课程资源的一些做法．     

基于节块展开法的Jacobian-Free Newton Krylov联立求解物理-热工耦合问题

目前反应堆物理热工耦合程序通常采用固定点迭代思路, 这可能导致部分工况收敛速度慢, 甚至出现不收敛的现象, 严重影响了计算效率. 基于此, 本文将高效的粗网节块展开法(NEM)与Jacobian-Free Newton-Krylov (JFNK)方法结合, 成功地开发出了一套新方法NEM_JFNK, 实现了联立求解物理热工耦合问题. 首先将NEM推广到热工问题的求解, 之后使用NEM来离散物理-热工耦合问题的所有控制方程, 使得所有变量都能在粗网格下进行离散, 从而大大减小求解问题的规模; 其次将NEM离散后的方程经过某些特殊的处理, 成功地嵌入JFNK的计算框架, 最终开发出了基于线性预处理的NEM_JFNK, 即LP_NEM_JFNK. 此外, 为了充分利用原有的迭代程序, 避免JFNK残差方程的重新建立, 本文还开发了无需重构残差方程的NEM_JFNK, 即NRC_NEM_JFNK, 并实现“黑箱”耦合. 文中以一维中子-热工模型为例, 给出LP_NEM_JFNK和NRC_NEM_JFNK数学模型, 并对计算结果进行分析. 结果表明:新方法无论是收敛速度还是计算效率都具有明显优势.     

探索物理社会教育资源的开发

社会教育资源的开发和利用是《普通高中物理课程标准(实验)》(简称《标准》)的基本要求之一．使用高中物理试验修订本教材的教学，要开发社会教育资源吗?其实，《全日制普通高级中学物理教学大纲》(简称《大纲》)在强调落实研究性学习的课题研究时若明若暗地提出，研究课题类型可以有社会     

固体材料在近平衡态下的热物理特性

在所推导出来的固体材料定应变热容，内能，熵公式的基础上，分析了材料的德拜温度、格律乃森系数、线热膨胀系数等热物理特征参量与固体材料内能、熵之间的关系，给出了相应的数学物理公式。     

工科物理教学中物理与工程交叉渗透的探讨

从多方面探讨了如何以学生为本,通过物理与工程的交叉渗透,充分发挥大学物理课程在工程素质教育中的重要作用.     

物理Ⅱ学科发展的机遇和应该注意的问题

物理Ⅱ学科发展的机遇和应该注意的问题方勤学（国家自然科学基金委员会数理科学部，北京１０００８３）国家自然科学基金委员会数理科学部物理Ⅱ学科涵盖理论物理、粒子物理、核物理（包括核技术、加速器）、等离子体物理等几个学科领域．下面根据当前形势和近年来管理...     

物理学史图片融入教学的途径与策略

随着高中教学选科走班形式的兴起,传统的行政班教学模式必将弱化,随之带来的教育功能必将更多 地通过学科教学进行渗透.真、善、美是物理教学追求的最高境界.而物理学史图片的应用是实现这种物理教学追求 的有效途径.本文从物理学史图片融入高中教学的策略例析入手,阐述了物理教学实施的途径与策略.     

热物理参数对燃料电池内传质过程的影响

本文利用自行设计的实验系统,对自制的镀金不锈钢极板液态进料直接甲醇燃料电池的性能进行了测试。实验结果表明,较高的氧气压力和流量、较大的甲醇溶液流量、较高的电池温度均有助于强化燃料电池内部的传质过程。另外,在甲醇溶液浓度不超过2.0kmol/m~3的范围内,提高浓度有助于缓解催化层反应物不足的问题,从而改善燃料电池的性能。本文从机理上对这些实验结果进行了分析。     

生物液晶物理研究及其进展

 液晶是凝聚态物理研究的重要对象,生物液晶物理是液晶物理理论在生命科学中的具体应用,是生物学与液晶物理学共同研究的交叉学科。