流體力學研究報告范文
時間：2023-12-21 17:18:31
導語：如何才能寫好一篇流體力學研究報告，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
課題組胡興 胡鵬鵬
[課題簡介]
一、課題研究的背景
1.關注留守兒童的心理健康問題是時代的要求。
隨著城鎮化步伐的加快，在我國廣大農村，進城打工已成為農民獲取經濟來源的主要方式，尤其近幾年，進城打工的農民數量越來越多，這種“背井離鄉尋富路，離田離土求發展”的狀況，致使社會上形成了一群不能完全享受父母關愛、家庭溫暖的特殊群體——“留守兒童”。據統計，我國1.2億農民常年外出務工經商,或到外地打工掙錢。由此產生近2000萬少年兒童留守家中，其中14周歲以下的占86.5％,按全國3.6億兒童來計算,每18個孩子就有一人不能與父母共同生活,而且這個數字逐年在增長。這部分“留守兒童”由于長時間家庭教育相對缺失，他們的心理和人格的表現都明顯有別于有正常家庭教育的孩子，這些孩子有的逃學、曠課、不交作業、說謊，沾染打架等不良習氣；還有的孩子因第二監護人管理不當而離家出走，甚至被拐賣。“留守兒童”現象成了一個新的社會話題，特別是能否保證留守兒童的健康心理已成為討論的熱點。
2.關注留守兒童心理健康是社會發展必然的趨勢。
父母在外打工的“留守兒童”，由于遠離父母，缺少家庭溫暖，面對復雜的社會，身心健康成長尤其令人擔憂。由于長期缺少父母的關愛，他們有心事無處訴說，只能用自己稚嫩的雙肩扛下所有問題，很容易形成精神或人格障礙。“留守兒童”就像鄉村的小草一樣，在復雜的社會環境中自生自長著。如何教育好這些“留守兒童”，使他們健康成長，已成為一個不容忽視的社會問題。
3.關注留守兒童心理健康狀況是擺在學校面前的嚴峻課題。
對這一特殊群體的成長，教育已成為家庭、學校、社會共同關注的問題。如果沒有一個健康和諧的優良環境，勢必影響他們的每一步成長，只有創造優良的環境，才會讓他們在健康和諧的環境中茁壯成長。“留守兒童”由爺爺、奶奶或其他親戚朋友看管，給家庭教育、學校教育以及青少年健康成長都帶來了很多問題，如何解決這些問題已迫在眉捷。為教育這些“留守兒童”尋求策略措施，我們選出了《盤州市農村中小學留守兒童心理問題分析及對應策略》課題。
二、課題立項情況
本課題在2017年3月底選題后，成立課題研究小組，經過設計論證，先后報層層主管部門審批，于2017年8月中旬得到六盤水市基礎教育教學課題評審委員會批準立項。
三、課題組成員詳細情況一覽表
姓 名
工作單位
職稱/職務
承擔任務
手機
胡鵬鵬
盤州市英武鎮英武中學
中學二級
協助負責人完成開題報告、結題報告、負責留守兒童虛榮心理研究報告
18785845480
向克
盤州市英武鎮英武小學
小學高級
負責收集各種研究資料、負責留守兒童孤獨心理研究報告
13708588996
胡瑋
盤州市英武鎮英武中學
中學高級
負責審查、編輯各種研究資料、負責留守兒童學習心理研究報告
13985928316
何梅
盤州市英武鎮英武小學
小學高級
負責編輯、裝訂各種研究資料、負責留守兒童羞怯心理研究報告
15329184370
支成賢
盤州市英武鎮中心校
中學一級
負責制定調查問卷、負責留守兒童偏執心理研究報告
13984605706
四、課題研究時間表
序號
研究階段
（起止時間）
階 段 成 果 名 稱
成果形式
1
準備階段
（2017年3月—7月）
1、申報表的填寫；2、制定出具體研究計劃，實施方案；3、開題報告
書面材料和電子材料
2
實施階段（一）（2017年9月--12月）
1、準備階段工作總結；2、各子課題調查分析報告；3、各調查報告論證
領導和專家評估
3
實施階段（二）（2018年2月--12月）
1、課題專題研究報告；2、總課題研究推廣報告；3、實施階段工作總結
周邊鄉鎮學校推廣結論
4
結題階段（2019年1月---4月）
1、課題研究成果實踐運用總結；2、討論結題報告的形成；3、結題階段工作總結
結題報告
【內容摘要】
“留守兒童”就是父母長期外出孩子留守在家由祖輩或親友監護的兒童。留守兒童常出現情感缺失、心理偏差、行為失當、學業失控等現象。留守兒童的學習和人格的表現都明顯有別于有正常家庭教育的孩子。不少人誤入歧途，這些孩子逃學、曠課、不交作業。 同時，留守兒童在“家”騙第二監護人，在學校騙老師，沾染打架、賭博、酗酒等不良習氣；致使心理健康問題越來越容易走極端。 留守兒童由于長期缺乏父母的體貼照顧，出現害羞、內向、孤獨的心理傾向。不愿意與別人交往，害怕與人合作交流等。 本課題正是基于此提出研究農村留守兒童心理健康問題，培養留守兒童心理健康和健全的人格，以使他們形成正確的學習方法，從而逐步完善自己的心理健康和能力。教育留守兒童已引起社會各界的高度重視。為此，課題組成員從盤州市一些中小學選取留守學生近400余名，通過調查、訪談等多種方法，專門研究留守學生的學習、交往、偏執、逆反、虛榮、羞怯等心理問題及生活狀況。通過探索研究后，我們建議從政府、學校、家庭和社會四個方面來解決留守兒童的教育問題，從而使他們的身體和身心健康都得到快樂成長。課題組經過近兩年的研究，先后編寫了盤州市校本系列教材《農村中小學心理健康教育輔導讀本》，編印成書作教育系統內部資料贈送盤州市境內學校使用。也寫出了各種心理特點的研究報告如：《對留守兒童羞怯心理的研究報告》、《對留守兒童孤獨感的研究報告》、《對留守兒童的學習心理的研究報告》、《對留守兒童的交際心理的研究報告》、《對留守兒童的逆反心理的研究報告》、《對留守兒童的虛榮心理的研究報告》均被我校心理咨詢室收存和心理健康教育課培訓使用，同時也被一些相關學校引用。
【關鍵詞】盤州市中小學；留守兒童；心里現狀分析；應對策略
一、 課題研究的意義
隨著我國社會、政治、經濟的快速發展，越來越多的青壯年走入城市，農村留守兒童會越來越多，留守兒童的問題會越來越大。留守兒童心理健康狀況的研究越來越引起人們的關注。但對于這類問題的研究只是停留在理論層面，還缺乏系統性的內容和可操作性較強的做法，本課題正是基于此，從農村留守兒童的實際出發,促進學校教育教學質量的提高，以一線教師的親身經歷，全面了解農村留守兒童心理健康問題的現狀，挖掘造成留守兒童心理健康問題的成因，制定培養留守兒童心理健康的措施，并在此基礎上形成一套值得推廣的行之有效的策略，為解決農村留守兒童心理健康問題試圖尋找一個突破口。使留守兒童父母安心務工，還可以積累一些留守兒童的教育經驗。同時，通過關心愛護，使其留守兒童能在學習成績和心理健康等方面都有明顯的好轉，表現為思想品德、行為習慣持續好轉，心里素質明顯增強，學業成績穩步上升；自我教育、自我控制力、自理能力都不段增強，身心健康不斷發展，綜合成績呈上升趨勢。
二、國內外同類課題研究綜述
目前，社會各界人士已對留守兒童作了大量的研究。近年來有關留守兒童研究報告不斷出現, 打開電腦搜索“留守兒童”就能搜索很多關于留守兒童的研究和各地出臺的有關關心留守兒童的政策。
1.國內研究現狀：自20世紀90年代，留守兒童進入大眾的視野，其概念隨著社會進步而嬗變。留守兒童作為農民工的衍生群體，其關注度從社會的邊緣走向焦點。研究者從不同視角對留守兒童的心理、體質、學業、社會性等方面展開了大量的研究，積累了豐富的成果，但結論大相徑庭。留守兒童將長期存在，教育關愛工作任重道遠，須避免留守兒童個體標簽化，做好頂層設計，整合多方資源，建立長效工作機制，彌補家庭教育缺失，促進留守兒童健康成長。
2.國外研究現狀 ：留守兒童問題是一個全球性的問題。世界范圍內受父母移民影響的留守兒童數量巨大。國外留守兒童的研究內容主要涉及留守兒童的規模，以及移民對留守兒童的日常生活、教育、醫療和健康、心理和行為等方面的影響。研究者不僅描述了留守兒童各方面的發展狀況，而且對移民影響留守兒童發展的機制和過程也比較感興趣，提出了一系列中介和調節因素。從研究內容上看，國外對留守兒童研究的主要內容是留守兒童的規模以及移民對留守兒童的日常生活、教育、醫療和健康、心理和行為等方面的影響。
黨和政府對留守兒童的教育比較關注，各地紛紛開展留守兒童教育的研究。農村留守兒童一般問題的研究已經啟動，中央教科所、江蘇、河南，以及重慶市的個別專家學者，對農村留守兒童的一般問題進行了研究。王宗飛《任性冷漠內向孤獨 “留守孩子”令人擔憂》探究了留守兒童在生理上與心理上的需要得不到滿足，產生消極情緒。黃應圣、劉桂平在2004年的研究中，也認為留守兒童在道德品質方面存在一些問題，遲希新在2006年的研究中也道出了留守兒童在道德觀念、道德情感、道德人格以及道德行為等方面的偏差……這些研究，重點探討了農村留守兒童的基本情況和他們面臨的嚴重困難和問題，在呼吁社會各界積極關愛農村留守兒童方面產生了較大影響。但這些對留守兒童的教育問題及其解決的專項研究還遠遠不夠，也存在著一些不足。
他人的研究表明留守兒童目前存在的較為普遍的心理問題有：情緒消極，孤僻任性、自私冷漠、暴躁、極端的性格。等特征，產生了叛逆、厭世情緒。
三、研究的目標、內容及研究方法
（一）課題研究的目標
1、通過調查研究，深入了解盤州市“留守兒童”主要存在的心理問題。
2、在留守兒童心理問題方面找到一些有效的措施，糾正、排除、防止學校“留守兒童”出現心理、行為的偏差。
3、對盤州市“留守兒童”的各種個性心理品質進行培養，促進學生整體素質的提高以及健康人格的形成。
4、通過研究，提高教師的素質，初步培養教師具有從事心理教育、教學研究的能力，促進教師專業化成長。
（二）研究內容
1、盤州市中小學留守兒童的主要心里現象分析
a、盤州市中小學留守兒童學習心理現象
b、盤州市中小學留守兒童逆反心理現象
c、盤州市中小學留守兒童交際心理現象
d、盤州市中小學留守兒童虛榮心理現象
e、盤州市中小學留守兒童偏執心理現象
f、盤州市中小學留守兒童羞怯心理現象
g、盤州市中小學留守兒童孤獨心理現象
h、盤州市中小學留守兒童常見異常行為
2、對盤州市中小學留守兒童的教育對策及建議
（三）研究方法
1、 抽樣調查法：采用問卷形式，調查盤州市部分中小學學生主要心里現象。
2、行動研究法：結合盤州市部分中小學教學和發展的需要，根據研究的過程，分階段收集和整理研究資料，及時調整和完善研究步驟、具體研究策略。
3、 個別談話法：對個別存在心理問題的留守兒童訪談，分析存在問題、問題成因和解決方法。
4、 教育文獻法：查閱有關留守兒童教育的文獻，明確研究的目標，分析研究中涉及的有關變量。
四、課題研究的步驟
（一）研究的準備階段（2017年9月——2018年1月）
完成區域內中小學留守兒童心理問題現象的調查，提取數據，對中小學學生中留守兒童心理問題現象進行分類。做好課題的研究準備工作開展開題論證，設計研究方案以及設計調查問卷等。
（二）研究的實施階段（2018年3月—2018年12月）
1、 主要按計劃、步驟進行課題研究。
2、 以問卷調查的形式，調查盤州市部分中小學留守兒童的心理健康現象。
3、 根據調查結果統計，分析盤州市部分中小學留守兒童的心理健康現象。
4、 根據留守兒童中存在的心理問題，進行個別訪談和社會調查，分析心理問題的成因，研究轉變策略。
5、 對存在各種心理問題的留守兒童進行個別輔導，設計合理的教育方案。
（三）研究的總結階段（2019年2月——2019年4月）
整理材料，總結經驗，推廣研究成果，寫好課題結題報告。
五、課題研究成果
（一）調查結果統計
課題組通過對盤州市八個中小學約400余人留守兒童的各種心理進行了問卷調查 （結果詳見各種心理問卷調查統計報告），主要數據體現在以下幾方面：
有心理問題的留守兒童占89%，沒有的占11%，其中：
（1）認為交際心理有困難的占20%，一般的占65%，沒有困難的占15%;
（2）認為學習心理有困難的占30%，一般的占70%，沒有困難的占10%;
(3)有逆反心理的占40%，一般的占50%，沒有的占10%；
（4）有偏執心理的占30%，一般的占60%，沒有的占10%；
（5）有羞怯心理的占45%，一般的占40%，沒有的占15%；
（7）有虛榮心理的占50%，一般的占30%，沒有的占20%；
（8）有常見異常心理行為的占40%，一般的占25%，沒有的占35%；
（二）調查數據分析
從第一個問題可看出：這些留守孩子在交際心理方面有問題的不是很多，一般地占多數，也必須引起高度重視。
從第二個問題可看出：這些留守孩子學習心理困難的也不太多，有80%的孩子認為自己的學習成績還行的。
從第三個問題可看出：由于他們的父母不在家，更不可能時時刻刻在自己身邊，很需要幫助和指導他們，以減少出現的逆反心理。
從第四個問題可看出：留守兒童偏執心理還是較多，很需要我們采取合理措施去調適；
從第五個問題可看出：這些留守兒童羞怯心理人數不算少，很需要我們采取引導措施；
從第六個問題可看出：留守兒童虛榮心理還是挺嚴重的，需要我們下大力氣的。
從第七個問題可看出：有常見異常心理行為的也很多，很需要采取合理措施去調適，
（三）課題研究成果
1、課題組長胡興擔任主編，帶領課題組成員經過近六個月的時間，編寫了盤縣校本系列教材《農村中小學心理健康教育輔導讀本》，在課題實施學校推廣試用，得到了廣大師生的贊譽，為我們課題研究成功奠定了堅實的理論基礎。
2、課題組長胡興設計制作的課件和撰寫的論文《農村中小學留守兒童心理健康問題研究》、《青少年心理健康教育》、《愛心架起友誼橋-----心理健康教育說課稿》分別獲得《中國教育學刊》舉辦的“全國優秀多媒體教學課件評選大賽”一等獎、二等獎及“中國教育實踐與研究論壇”征文評比大獎賽二等獎。為課題研究成果得到了推廣。
3、自課題實施以來，課題組長胡興為盤州市英武鎮中小學教師和學生培訓了五期有關心理健康教育的專題：《農村中小學留守兒童心理健康問題研究》、《青少年心理健康教育》、《變態心理學與健康心理學知識》、《英武鄉中學青春期性健康教育二級培訓》、《青春期心理健康教育專題講座----男女生交往》。
4、課題組成員何梅所做的課件《農村留守兒童教育問題的社會化分析》、教研論文《淺談留守兒童普遍存在的問題》在盤州市紅果片區小學得到了推廣。
5、課題組成員對各種心理問題進行分析探討，寫出了各類心理問題的研究報告。其中：
（1）課題組組長胡興做出了中小學留守兒童“偏執心理”、“交際心理”和“常見異常行為”的研究報告。
（2）課題組成員胡瑋做出了中小學留守兒童“學習心理”的研究報告。
（3）課題組成員胡鵬鵬做出了中小學留守兒童“虛榮心理”的研究報告。
（4）課題組成員支成賢做出了中小學留守兒童“逆反心理”的研究報告。
（5）課題組成員何梅做出了中小學留守兒童“羞怯心理”的研究報告。
(6)課題組成員向克做出了中小學留守兒童“孤獨感”的研究報告。
【實踐成效分析】
1.通過農村小學階段留守兒童心理健康研究，了解當前我校留守兒童心理健康的現狀。
2.通過農村小學留守兒童心理健康研究，根據所獲數據資料，分析造成當前留守兒童心理健康異常的各種因素。
3.通過農村小學留守兒童心理健康研究，指出學校、家庭教育中存在的不合理的教育方式。
4.通過農村小學留守兒童心理健康研究，探究合適的解決策略。
5.通過農村小學留守兒童心理健康研究，進行科學的對比實驗和總結。
【研究體會】
如何解決留守兒童的學習及心理健康問題則需要政府、家長、學校及社會人士的共同努力。以下是我們課題組研究實踐后的幾點總結與建議：
1、政府方面
就社會政府而言，應該給予留守兒童更高的重視。留守兒童出現的根本原因是，教育體制不完善，家長收入并不高難以承受高昂的擇校費。所以，政府在解決留守兒童的問題上一方面可以通過建立更多的農民工子弟學校，降低入學門檻，方便家長攜帶孩子去打工。農民工將子女留守而不選擇舉家遷移，與農民工子女進城就學難有直接聯系。由于戶籍所造成的二元體制，農民工子女在城市公辦學校入學要繳納高昂的“借讀費”，這成為農民工子女不能隨遷的一大障礙。農民工為城市建設做出了巨大貢獻，應當分享經濟發展的成果，享受到公共財政的陽光。流入地政府要努力改善農民工子女的就學條件，進一步落實進城農民工子女教育政策。同時，在公辦學校資源有限的情況下，特別要把農民工子弟學校辦好，加大對農民工子弟學校的扶持力度，降低農民工子女上學、受教育的成本，使留守的孩子能夠生活在父母身邊，共享城市文明。
另一方面，政府可以通過鼓勵外出務工的農民在家鄉創業，在相對落后鄉鎮、農村發展更多的產業，為農民在當地提供更多的就業機會。此外，還應加大對弱勢群體的財力扶持、制度傾斜、生活保障，在“先天不足”的情況下盡量確保“后天平等”。
2、學校方面
學校是“留守兒童”學習的主要場所，也是對“留守兒童”教育的主要部門。心理學家威廉·詹姆斯說：“人性最深刻的原則就是懇求別人對自己的關懷。”學校對他們要倍加關注和關心,每一位教師要有一顆愛生如子的愛心，有計劃的做好家校聯系工作，有針對性的進行家訪，讓學生從老師那里得到父愛和母愛，得到大家庭的溫暖，做到對每一位“留守兒童”的心理變化、學習情況等方面了如指掌，積極組織他們開展各種有意義的活動。通過科學合理的教育，有效彌補“留守兒童”的缺失。作為學校和教育部門，關心和教育好“留守兒童”責無旁貸，責任重大。通過課題組的研究實踐，現將一些不成熟的經驗與大家交流。
一要調查摸底，分類管理。組織全體老師，對留守學生進行全面的家訪，作好記錄，建立檔案，并制定分類輔導關愛的方案，使學校的教育管理有的放矢。在調查中，我們發現留定兒童的家庭主要在以下四種情況：①家庭困難，父母迫于生活雙雙外出打工；②父母一方不在本地，為團聚而外出務工：③家庭寬裕，父母為生活自由而外出務工；④父母感情不和，一方外出務工。針對這四種種情況，我們對家庭經濟困難的留守兒童，通過各種渠道在經濟上給予幫助，化解他們因家庭困難而引起的自卑和苦悶。對家庭寬裕的家庭的，重點促使其父母加強與孩子的交流和關愛。對于父母感情不好，性格古怪、脾氣暴躁，逆反心強、問題較多的孩子，進行重點跟蹤，特別呵護和關愛。
二要制定實施方案，完善工作制度。學校在認真調查的基礎上，結合當地實際和學校“留守兒童”實際情況，制定學校關愛“留守兒童”實施方案，統籌安排各項工作，積極開展有關活動；建立關愛“留守兒童”工作定期檢查制度、結對幫扶制度、熱線交流制度、心理咨詢制度等，把關愛工作落到實處，使關愛農村“留守兒童”工作經常化、社會化、制度化，形成長效工作機制；加大“關愛工程”實施檢查力度，定期、不定期的對學校活動開展情況進行專項檢查，促進、推動關愛工程長效、持久深入地開展。
三要搭建交流平臺，增強心靈溝通。根據留守兒童身心發展的需要，我校課題組成員則組織本校部分留守兒童與浙江大學“1＋1愛心工程”結對子的活動，目的也是為了改善留守兒童“有苦無人訴”的狀況。愛心工程以大學生牽手留守兒童為中心，讓孩子們找到一名“知心姐姐”或“知心哥哥”。組織留守兒童與大學生志愿者之間以書信進行交流，因為對于老師，孩子們有警戒，有些不大愿意說出心里的真心話，但對于知心哥哥或者姐姐，他們的內心就沒有什么顧慮，更加愿意傾訴自己內心最真實的想法。這種讓社會人士參與到改善留守兒童現狀的機制或模式還是很有意義的。如果此類活動得到推廣，留守兒童存在的種種問題就可以得到一定程度地解決。
四要加大硬件投入，搞好寄宿制建設。學校要積極創造條件努力建好寄宿制學校，優先安排“留守兒童”住宿，加強內部管理，認真安排好“留守兒童”的安全、學習、生活等問題，使其與其他孩子一樣健康、快樂的成長，解決“留守兒童”家庭的后顧之憂。留守兒童在學校寄宿有很多好處，可以促進留守兒童的學習、可以避免留守兒童受外界不良風氣的影響，可以促進留守兒童與教師及同齡兒童之間的關系和諧、親密溝通。
五要關注特殊群體，進行個別輔導。作為教育工作者，我們肩上肩負著教書育人的重要職責，對于個別特殊的留守兒童，在他們身上我們需要花費更多的時間和精力。
六要經常溝通家長，家校互動。學校可以開辟一個親情專線或互動專線，雖然現在幾乎家家戶戶都有了電話，但是，家長因為工作問題常常會忘記給家里打電話。所以，學校可以開辟一個親情專線或互動專線，讓留守兒童每周打1～2次電話給家長，同時讓老師與家長經常保持聯系，匯報留守兒童學習和生活情況。通過交流，努力與他們在教育孩子的問題上取得共識，讓學校教育和家庭教育形成合力，共同關心和幫助孩子成長。
七要提高教育人員的素質。除了在教學方面提高要求外，教育工作者在對兒童心理等方面的知識也要盡量充實。這樣更有利于教師在與留守兒童的溝通中及早發現存在的問題，有效預防留守兒童形成的極端思想或做出的極端行為。
八要學校和班級要經常開展一些有意義的活動。各種文藝活動和公益活動的開展，讓留守學生的心靈得到凈化，在活動中忘記的是煩惱，得到的是快樂。通過活動增強與同學相處的感情，培養他們的團隊精神，體會助人為樂的幸福，同時在活動中培養他們各方面的能力，提高他們的自信心和自尊心。
3、家庭方面
就家長而言，在做出外出打工而留下孩子的選擇時，應該充分認識其中的利弊。雖然，父母在外地打工距離孩子很遠，但是，現在通訊技術越來越發達。家長應該充分利用這些通訊工具及時與留守兒童、留守兒童的代養人、留守兒童的老師保持聯系，更多地與留守兒童深入談心，走進他們的內心世界，了解他們的困惑，解決他們心中的困擾，減少隔閡，更好地理解和關心留守兒童。家長絕對不可以因為留守兒童成績落后而一味指責其不用功學習，而應該盡量幫助他們利用假期及時地彌補空缺、跟上進度。
我們想強調的是，父母不只是孩子衣食住行上的支持者，更是孩子精神上的寄托者。每個孩子都希望在碰到困難的時候可以有母親溫馨的話語來安慰，可以有父親寬厚的肩膀作為依靠，從而幫自己正確面對并戰勝挫折。所以，我們需要為留守兒童的父母敲醒警鐘！你們可以少加幾個班，可以少賺一點錢，可以不用給孩子買什么高檔的禮物，但是，一定要記得經常打電話跟孩子聊聊天，一定要記得在孩子生日的時候，煮一碗面或買一塊蛋糕，道一句生日快樂。
4、社會方面
留守兒童的問題已經不只是農村或者農民工的問題了，隨著留守兒童數量的擴大，留守兒童的問題已經是整個國家和社會的問題。所以，在這里我們呼吁更多的社會人士伸出熱情的雙手，形成愛的暖流，溫暖每一位需要幫助的留守兒童。
兒童是祖國的未來，留守兒童更需要我們呵護的花朵。從以上這些愛心人士的言語中，我們能感受到社會從來不缺少愛心，我們相信，在社會大家庭的溫暖下，會有越來越多的留守兒童綻放笑容。
【研究收獲】
對于本課題的研究，我們課題組成員在這一年多的時間里做了大量的工作，在理論上進行了一些探索，并積累了較豐富的實踐材料，也比較摸清了盤州市留守兒童的主要心里現象，我們也根據實際情況探索研究了一系列教育措施。對于個別留守兒童的教育，通過我們課題組的努力也取得了不錯的成果。但是農村留守兒童隊伍龐大，加上學校各種條件有限，以至于不可能做到面面俱到。當然，我們會努力漸漸擴大我們的隊伍，更不會因為課題的結束而停止研究。我們將繼續關注留守學生的學習、教育問題，真正將對留守學生的教育落到實處。為他們做點什么，給他們關愛，解決他們成長中遇到的困難，為他們提供必要的幫助，給他們以學習等各方面的指導，使他們健康快樂的成長。
【參考文獻】：
[1] 廖繼昌、韋琨：農村留守兒童教育現狀、對策及建議》，廣西教育，2008年25期 .
[2]李彩娟：《留守兒童的教育問題及對策研究》，菏澤學院學報，2008年4期 .
篇2
【關鍵詞】密封；課程體系；項目教學法；改革；實踐
在化工企業中，“跑、冒、滴、漏”現象經常出現，究其原因是泄露。流體密封是流體機械、工藝設備、液壓設備、管道和閥門等的重要組成部分，密封件雖然不大，但往往能決定機器設備的安全性、可靠性和耐久性。尤其在化工機械設備上，密封裝置是其不可缺少的組成部分。為了使機械、設備能更安全更可靠地連續運轉，必須重視發展密封技術和培養掌握密封技術的工程技術人才。結合我校過程裝備與控制工程國家級特色專業的建設、卓越工程師的培養試點的需要，以及企業對密封人才的全方位素質的需求，對流體動密封課程進行一系列的改革探索與實踐。
流體密封是一門涉及多學科的邊緣性的工程技術學科，涉及許多學科知識，包括流體力學、固體力學、動力學、摩擦學、熱力學、傳熱學、傳質學、材料學等。過程裝備密封技術屬于過程裝備與控制工程專業的專業課，是構建本專業特色方向的重要專業課之一。理論性和實踐性都很強，通過該課程的學習，使學生掌握流體密封的基本機理，主要密封裝置的基本結構和使用特點，以及典型密封結構的設計計算方法，培養學生分析問題與解決問題的能力，為學生畢業后從事相關工作打下必要的基礎。
一、存在的問題
隨著專業口徑的拓寬、創新型人才培養模式的要求和社會需求的變化，原有的課程教學、畢業設計存在許多不足：
1.理論課程內容多學時少，特色體現不足缺乏前沿性；教學方法、教學形式相對單一；實驗教學環節薄弱等
密封是一門多學科交叉性邊緣學科，涉及的學科領域非常廣，以機械密封或浮環密封為例，要解決這些密封問題，就要考慮定子和轉子元件由于受力和溫度作用產生的變形以及振動、磨損對流體膜的流體動力特性的影響，也就是說要從流體動力學、彈性理論、傳熱學、摩擦學和振動理論等方面去研究分析密封的問題。而專業課課時一般是32學時，要在這么短的時間內讓學生熟悉和掌握密封的基本理論，以及墊片密封、填料密封、機械密封、非接觸式密封等典型結構的選型和設計計算，還是有一定難度的。
目前流體密封技術課程教學還是采用“教師講，學生聽”被動的教學模式，把教師掌握的現成知識和技能傳遞給學生，讓學生按照教師的安排和講授去得到一個結果。這種比較單一的教學方式存在許多不足的地方，比如學生接受的信息量有限；只能按照教師的安排和講授完成部分內容，而沒有鍛煉獨立解決實際問題；學生被動學習，對課程內容死記硬背以應付考試，自學內容和課堂討論少；教學內容與生產實踐結合不足，不能很好地調動學生的積極性；達不到培養學生創新能力的教學目的等。
實驗教學是保證本課程教學質量的基礎，是理論聯系實踐的橋梁。本課程的實驗內容包括：墊片密封比壓測定實驗；閥門填料密封裝置拆裝實驗；機械密封裝置拆裝實驗；機械密封過程模擬實驗等。這些實驗都是穿插在教學過程中進行的，大多是演示性、驗證性實驗，加上實驗設備數量少，學生的動手機會不多。而且每個實驗涉及的僅是獨立的知識點，實驗完成后，學生對知識的掌握僅停留在這幾個孤立的知識點上，限制了學生知識應用能力和創造性思維能力。
2.密封畢業設計實踐環節中設計方法傳統；缺少相關軟件的訓練以及密封產品實物，缺少實踐機會
密封畢業設計通常是根據已給定的工況和要求，參照或模仿傳統的結構形式初選參數，根據經驗公式進行工作性能計算，若計算結果滿足要求則設計合格，反之則要不斷改進參數甚至是形式，反復計算，直至達到設計要求為止。然而，這種慣常采用的經驗設計結論，往往存在很多不足之處。現代科技不斷進步，技術革新的日新月異，傳統的設計方法相比之下顯得過于陳舊，已經無法達到現如今的設計要求；此外，傳統設計的設計結論簡單且大部分多為經驗公式，直接導致設計出的模型密封性能較差，生產出的產品效率低，已經跟不上企業生產實際的需要。鑒于此，應用現代優化設計方法刻不容緩。
在畢業設計過程中缺少相關軟件的訓練，如CFD軟件、Maple計算軟件等。而密封企業需要熟悉掌握此類軟件的人才，若在校期間不訓練，工作之后需要長時間熟悉此類軟件，降低了工作效率，增加了企業的成本。由于甘肅地區無干氣密封生產廠家，使得在本地區缺少畢業設計實習場所，設計過程中也無相應的密封產品實物，使得設計過程中產生的問題，如對設計的產品結構有不清楚的地方，需要花時間去琢磨，若有實物則可立即解決，在有限的畢業設計時間中，花費了不少時間去熟悉結構，對設計不利。
二、課程體系改革與實踐
針對以上存在的問題，對流體動密封課程體系進行了改革，體現在以下方面：
1.課程教學方面
（1）以課堂教學為載體，結合卓越工程師培養計劃的目標要求，更新課程內容體系，改革教學內容，修訂課程大綱。把握重點知識內容，教學內容的選擇體現基礎性與前沿性相結合、重視動密封同時兼顧靜密封。根據當前的形勢，注意收集用人單位的意見和建議，了解企業對本課程教學內容的需要，強化教學內容的先進性和應用性。在教學內容安排上，適當增加與密封技術發展相關的知識，及時傳授新知識，增加反映當前科技發展成果的內容尤其是授課教師特色科研方向新型動密封干氣密封內容，形成本課程新的教學內容體系，在新版的培養大綱中已體現。
（2）改革教學方法、形式，運用項目教學理念，探索建立“研中學”、“做中學”的教學模式。改變單一、呆板的教學方法、形式。在課程教學中以項目問題為導向，采取大作業、專題研究報告、文獻綜述報告、研究性實驗報告等多種載體相結合的教學方式，增加學生的參與機會，變被動學習為主動學習，激發學生的學習熱情；授課內容產學研結合，教師將自己在科學研究項目中的經驗與成果融入教學。通過工程實踐應用的實例豐富教學內容，體現課程的基本理論知識與工程實踐之間的內在聯系。培養學生從工程全局出發，綜合運用多學科知識、各種技術和現代工程工具解決工程實際問題的綜合素質。例如，在講解非接觸式密封時，可結合項目組已結題、在研的多項干氣密封國家自然基金項目、教育部博士點基金項目等，啟發學生主動思考問題并尋找解決辦法。學生在項目實踐過程中，理解和把握課程要求的知識和技能，培養分析問題和解決問題的能力。通過這樣的產學研結合的教育教學，強化學生工程意識、工程素質和工程能力的學習和鍛煉，培養具有“卓越工程師”高素質的專業人才。同時改進教學手段，在制作和完善課件時，針對性的準備一些與課程有關的錄像或仿真動畫，并結合密封產品開展現場教學，對于所謂晦澀難懂的內容變得輕松、愉快、順暢的接受，同樣也收到事半功倍的效果。
（3）加強與完善實驗教學。將演示型實驗改成設計型實驗，學生根據實驗指導書及課堂講授的內容，獨立制定實驗方案，然后與實驗教師溝通，給予學生更多的動手機會。涉及到的實驗儀器設備由學生自己操作，老師起輔助作用，其實驗成績由現場操作成績與實驗報告相結合給出。打破老師操作講解學生被動觀看的模式，給學生充分的自由和主動權，大大提高了學生學習知識的主動性，鍛煉學生的實驗技能和實踐能力，培養了學生的創新精神。
2.畢業設計方面
畢業設計中，突破以往的傳統設計，將科研的思想應用到密封畢業設計中來。在畢業設計選題方面，專門增加了干氣密封設計，可以應用現代的優化密封設計方法，針對槽型參數，建立合理的多目標協調優化函數，并應用軟件Maple進行近似求解，獲得設計參數所對應的最佳的槽型結構參數。進一步以此槽型結構參數進行密封結構設計，最后應用 CFD軟件進行密封性能校核。此舉大大加快了畢業設計的進度，提高了效率，并且又訓練了相關軟件，可謂一舉多得，對以后進行密封設計打下了堅實的基礎。
針對畢業設計過程中無相應的密封產品實物，兩種方式相結合可以解決。一是將科研所設計的密封樣機直接用于畢業設計，增加了學生拆裝實踐的機會，在11年的畢設中已應用，效果良好，解決了甘肅地區無干氣密封廠家實習的短板。二是讓學生去產學研合作單位進行畢業實習及設計，在今年的畢業設計中已實現。
通過對流體動密封課程體系存在的問題的分析，進一步提出了課程體系改革的思路與措施，并進行了積極地探索與實踐，全面提高學生的工程實際應用能力，增強了創新意識，取得了較好的效果，為培養合格的高素質工程人才做出了積極的貢獻。
參考文獻：
[1] 顧永泉. 流體動密封[M].山東：石油大學出版社，1990
[2] 蔡仁良、顧伯勤、宋鵬云. 過程裝備密封技術[M]. 北京：化學工業出版社，2002
[3] 付平、常德功. 密封設計手冊. 北京：化學工業出版社，2009
[4] 王勇、李劍鋒.培養機械專業卓越工程師的探討[J].現代制造技術與裝備，2010（6）：69-70
篇3
關鍵詞：同步輻射裝置； 擋光元件； CAE； 結構設計； 疲勞分析
中圖分類號：TL544 文獻標志碼：A
Application of CAE in light-blocked component design for synchrotron radiation facility
CHEN Haiboa, b, XIAO Weilinga, b
（a. Department of Modern Mechanics; b. Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials of China Academy of Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China）
Abstract： The light-blocked components in the third generation of synchrotron radiation facilities work under high heat load and thus the design faces much difficulties. The application of CAE in the design of these components is reviewed firstly. The highest temperature and the maximum stress of the absorber, the key parts in the light-blocked components, are two major design parameters and they can be calculated by the finite element analysis. The convective heat transfer coefficient and the flow resistance of the cooling channel in the absorber can be obtained by the simulation through Computational Fluid Dynamics(CFD). The thermal stress-stain hysteresis loop of the absorber provides the base parameters in predicting its thermal low fatigue life and it can be calculated by the thermal elastoplastic finite element analysis. The design criterion based on the low cycle fatigue life prediction is presently the key point in this research, which includes the prediction of the initiation life and the propagation life of the low cycle fatigue crack under the synchrotron high-heat-load. At the same time, it is also important to estimate the influence of some key design parameters to the fatigue life which include the inclination and surface smoothness of the absorber and the cooling channel arrangement in the absorber. These studies need to take full advantage of the power of CAE analysis.
Key words： synchrotron radiation facility; light-blocked component; CAE; structure design; fatigue analysis
0 引 言
同步輻射是速度接近光速的帶電粒子在磁場中作曲線運動時沿軌道切線方向發出的電磁輻射.由于具有光譜連續、高亮度、高準直性、偏振以及脈沖時間結構可控等優點，同步輻射在物理、化學、材料科學、生命科學、信息科學、能源和環境科學等領域中有著廣泛的應用.［1］目前，世界上已建成和正在建的第3代同步輻射裝置有20多臺，包括我國的上海同步輻射裝置（Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF）.
同步輻射的光束線前端區指從加速器儲存環的同步光引出口到水泥屏蔽墻的一段真空設備，由前置光闌（PreMask）、固定光闌（Fix Mask）、吸熱器（Heat Absorber）、光子擋光器（Photon Shutter）以及狹縫（Slit）等擋光元件組成.前端區借助擋光元件對同步輻射進行加工處理，實現裁剪調控，并提供具有一定出口尺寸的光束線供實驗站使用.［2］擋光元件在執行擋光任務或對同步輻射光進行裁剪加工的同時承受高熱負載，尤其是直接受同步光照射的內部關鍵部件――吸收體（Absorber），因此，擋光元件的設計主要是吸收體的設計.從20世紀80年代開始，以采用插入件為光源的第3代同步輻射裝置逐漸興起，引出的同步光亮度和能量較第1、第2代同步輻射光源有大幅提高，使擋光元件承受極高的輻射總功率（可達幾十千瓦）和極高的輻射功率密度（距光源點10 m處可達幾百瓦每平方毫米），從而使擋光元件的設計面臨許多第1、第2代同步輻射光源所未遇到的技術難題.［3］
當今計算機技術和工程分析軟件的高度發展，促使CAE應用到工業產品設計的各個領域.第3代同步輻射光源的擋光元件設計同樣離不開CAE技術.世界各主要同步輻射裝置的設計者們將CAE作為一種不可或缺的重要手段貫穿于擋光元件的整個設計過程，而CAE與實驗研究相輔相成，充當檢驗、校核、改進和優化等功能，使設計周期明顯縮短，設計成本大幅降低.實際上，由于CAE的高可靠性，其分析結果往往直接作為擋光元件設計的依據.本文先綜述CAE在第3代同步輻射光源擋光元件設計中的應用情況，進而結合國內外各主要同步輻射裝置已取得的研究成果和存在的不足，提出目前該領域存在的關鍵問題和亟待開展的研究工作.
1 CAE在擋光器設計中取得的成果
一個典型的擋光元件――光子擋光器的結構見圖1，采用水冷卻型整體結構，通過支撐升降機構實現部分通光或完全擋光.［4］正常情況時光束部分通過，此時同步輻射光一部分從真空腔體的通光孔通過，另一部分由擋光器的吸收體阻擋；在不工作或出現意外情況下光束線被完全阻擋，此時同步輻射光全部照射到吸收體上.真空腔體的結構見圖2，其內部擋光段為帶傾斜面的吸收體，用于吸收同步輻射光.高熱負載作用下的擋光元件設計，主要考慮高功率密度同步輻射光照射引起的熱應力，即吸收體的熱應力水平是整個擋光元件設計的關鍵因素.圍繞該因素，擋光元件設計的具體內容主要包括吸收體的材料選擇、結構形式和冷卻管道的排布等.
1―連接法蘭； 2―真空腔體（包括內部的吸收體）； 3―冷卻銅管； 4―支撐升降結構
圖 1 光子擋光器的結構
Fig.1 Structure of photon shutter
圖 2 真空腔體（包括內部的吸收體）
Fig.2 Vacuum cavity (including the absorber inside)
材料的選擇往往是設計人員首先要考慮的問題，因為最終的設計準則與材料的強度、剛度等基本力學性能息息相關.第1和第2代同步輻射裝置的擋光元件吸收體材料大多采用高導熱無氧銅（Oxygen Free High thermal Conductivity Copper，OFHC Cu），然而OFHC Cu在高溫下強度顯著降低，難以在能量比第1、第2代光源高出幾個數量級的第3代光源中廣泛使用.研究發現，Al2O3彌散增強銅材料兼具高強度和高導熱的優點，且抗疲勞和抗高溫軟化的能力更強，是第3代同步輻射裝置擋光元件的理想材料.［5］美國SCM Metal公司早在20世紀70年代就對該種材料實現商品化生產，注冊商標為Glidcop，目前國際上各主要同步輻射裝置大多采用該材料.
擋光元件結構形式設計的目標是使高熱負載引起的吸收體溫升和最大熱應力不超過設計準則的規定值.首先，根據實際光源參數和同步輻射光接收要求，確定通光孔的尺寸和結構形式，然后考慮降低輻射功率密度，采用掠入射結構，使受光面傾斜，與光束線成很小的夾角.整個設計過程需借助CAE分析手段不斷優化.以光子擋光器的設計為例，SSRF最初的結構形式為垂直掠入射結構，見圖2，但在掠入射面和2個側面的角落處有集中應力過大的缺點.劉龍飛等［6］用ANSYS的熱結構耦合分析模塊對其進行數值模擬，得到各種加載工況下吸收體表面的最高溫度、冷卻管道壁的最高溫度以及吸收體的最大等效應力值.結果表明：在所有工況下，2種最高溫度都符合設計要求，但有的工況在吸收體角落處的最大等效熱應力超過材料的屈服極限，不滿足設計準則.因此，進一步提出增大角落處的圓角、加大通光孔尺寸和在角落處開槽等3種釋放應力集中的方法，再次進行有限元分析并比較發現，加大通光孔尺寸能顯著降低最大等效熱應力，而其他方法效果并不明顯.
美國APS（Advanced Photon Source）同步輻射裝置的設計人員［7］提出一種狗骨頭型的結構形式，見圖3，角落處的應力得到很好的釋放，但該結構復雜，加工困難，制作成本較高.陳海波等［8］和金建峰等［4，9］在設計SSRF的擋光元件時提出，將吸收體的垂直傾斜改為水平傾斜，同時在傾斜面的底部留有空隙，則結構在水平和垂直方向均未完全約束，最大應力位置在同步輻射光的光斑處，而不在角落處，見圖4（b），這樣可有效降低熱應力水平.經比較發現，最大等效熱應力較文獻［6］的結構形式降低近一半.圖 3 APS擋光器狗骨頭型的結構形式，mm
Fig.3 Dog-bone shaped structure of APS photon shutter，mm
(a)溫度分布(b)應力分布圖 4 水平傾斜模型在某工況下的溫度分布和應力分布
Fig.4 Temperature and stress distribution in horizontal incline model at certain case
冷卻管道的設計是整個擋光元件設計的另一個關鍵問題.擋光元件承受的高熱負載最終須通過管道內的冷卻水以對流傳熱的方式帶走.冷卻管道的換熱能力關系到擋光元件的溫度和熱應力分布.擋光元件中的冷卻管道一般沿光束線方向開圓孔，貫穿整個吸收體并布置在通光孔的周圍，為傾斜的光滑長直管.對流換熱系數是衡量管道對流傳熱性能的指標，對于長直光滑圓管，可通過實驗或經驗公式獲得.管道的直徑、管道之間的間距、管道與通光孔的距離等參數則須借助數值模擬進行調節，一般以管道壁的最高溫度為主要控制指標，同時觀察受光面的最大熱應力，尋求使二者都達到設計要求的最佳方案.
為進一步提高冷卻管道的對流換熱性能，各同步輻射裝置采取在管內插入強化換熱介質的方法，如美國APS采用焊接銅網［10］，日本SPring-8采用螺旋線圈［11］，均取得較好的效果.SSRF出于打孔加工的方便性考慮，管道沿垂直光軸的方向布置，形成周期型的彎曲結構［9］，見圖5.該形式管道的對流換熱系數無法用經驗公式估算，但借助計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）軟件，再結合實驗測試［12］，可很好地解決這個問題.對于CFD分析，通過建立管道的一個典型周期為分析模型（見圖6），對管內流體區域進行網格劃分，設定邊界條件，模擬管道內冷卻水的湍流流場，從而估算對流換熱系數，評估其換熱能力.最后，還可根據模擬結果對管道結構形式進行改進.
圖 5 周期彎曲管道結構
Fig.5 Periodic curved structure of the cooling channel
圖 6 彎曲管道的一個典型周期，mm
Fig.6 A typical single periodic model of the curved cooling channel, mm
設計準則是在產品設計時必須滿足的條件，從力學角度上看，它一般與材料的強度和工作時的載荷狀況有關.在擋光元件工作時，承受第3代同步輻射光的高熱負載，引起的熱應力大小是設計準則重點考慮的因素之一.早期的擋光元件設計都遵循靜強度設計準則，即根據線性有限元計算得到的最大等效熱應力不超出材料的屈服強度.┆［13-17］同時，為使Glidcop在工作時不發生高溫蠕變以及換熱管道內的冷卻水保持單相流動，分別要求同步光照射引起的吸收體表面最高溫度小于300 ℃、冷卻管壁面的最高溫度不超過100 ℃.［18-21］靜強度設計準則后來逐漸被證實偏于保守.ESRF（European Synchrotron Radiation Facility）在光束線產生較大偏折后，采用線性有限元計算得到吸收體的最大von Mises應力達到828 MPa，遠遠超過Glidcop材料的屈服強度（331 MPa）和極限強度 (413 MPa)，在實際工作5年后，這種吸收體并沒有破壞.鑒于此，2002年他們提議擋光元件的失效準則為：用線性有限元計算的最大von Mises應力不大于2倍的材料屈服強度.［22］從2004年開始，APS和ESRF開始升級，將束流強度從100 mA分別提升至200 mA和150 mA.為考察現有擋光元件的極限運行條件以及未來更合理的設計準則，他們聯合進行熱疲勞實驗研究.［23-24］采用Glidcop制作的試件（見圖7），直接承受同步光的循環垂直照射，并分別測量在不同工況下10 000次循環加卸載的裂紋長度.同時，有限元模擬實驗過程，并依據SWT（Smith-Watson-Topper）疲勞模型預測不同工況下的疲勞壽命，與實驗結果吻合較好.2007年，日本SPring-8同步輻射裝置也設計了試件，其1/4模型見圖8，采用電子槍進行多種功率密度下的循環加卸載，以測量到試件表面產生2 mm長裂紋為失效準則.［25］用ANSYS建模分析并根據Manson-Coffin方程得到預測壽命后發現，實驗壽命均在預測壽命的2倍因子以內.2009年，JIN等［26］和XIAO等［27］用ANSYS軟件分析SSRF的前端Mask-Ⅱ擋光元件在工作時的循環熱應力，采用多軸疲勞模型進行低周熱疲勞壽命預測.
圖 7 APS和ESRF熱疲勞實驗試件
Fig.7 Thermal fatigue test specimen of APS and ESRF
圖 8 SPring-8熱疲勞實驗試件
Fig.8 Thermal fatigue test specimen of SPring-8
從上述第3代同步輻射擋光元件吸收體的設計過程及近年來對其低周疲勞壽命的預測分析看，CAE在其中均起到基礎的支撐作用.在設計階段，通常直接或間接地根據CAE分析結果判斷初始設計的合理性，進而不斷改進設計方案以達到最佳效果.在近些年開展的低周疲勞壽命預測研究中，采用非線性有限元分析吸收體的彈塑性應力應變循環，同時考慮材料熱物性和本構非線性特性，使疲勞壽命預測與實驗取得較好的一致性.
2 存在的關鍵問題
當前擋光元件設計的焦點問題仍然在于設計準則.早期的線彈性靜強度設計準則過于保守，已為實踐所證明.同時，與之對應的有限元分析過于簡化，未考慮Glidcop材料隨溫度變化而具有不同熱物性和力學性質的情況，因此分析結果的精度不高.擋光元件設計準則中的強度條目如何定義比較合理，需從擋光元件的工作特點進行分析：（1）擋光元件中的關鍵擋光部件是吸收體，只要能完成擋光功能，包括保持好的構形以完成對光束的裁剪，即使部分進入塑性變形甚至產生微裂紋也是允許的，即將最大應力控制在屈服應力以下沒有必要.（2）擋光元件有一定設計壽命，一般要求承受10 000次左右循環熱負載，相當于30年的使用壽命.［23-24］結合前面得出的吸收體可部分進入塑性的結論，顯然強度方面的設計準則是個典型的低周疲勞壽命估計問題，因為低周疲勞構件至少部分區域會進入塑性變形狀態.（3）吸收體所受同步輻射光的熱負載較一般的機械受力變形有其特殊的地方，如在一個加卸載循環中，擋光時受熱，局部進入塑性變形，最大主應力為壓應力，不會產生裂紋或使已有裂紋擴大；不擋光時冷卻降溫，吸收體各部分收縮變形產生拉應力，有可能產生裂紋或使已有裂紋擴大.這些拉、壓最大應力都出現在吸收體表面、擋光區內較小的范圍內.這樣特殊的局部受熱載低周熱疲勞問題，已有的理論和實驗結果是否適用，值得深入研究.
近年來，研究人員基本將工作重心轉移到低周疲勞壽命設計準則上來，但研究才剛剛起步，許多工作尚有不足：首先，疲勞壽命計算模型中損傷參量的選取大多基于單軸應力應變狀態，實際上，同步輻射光照射引起試件中的溫度分布不均，各部分膨脹量的不同導致不同方向的約束，以至于試件處于多向應力應變狀態，在選擇疲勞壽命預測模型時選取多軸模型較合適［28］；其次，疲勞壽命包括裂紋起裂壽命和裂紋擴展壽命，現有模型一般僅預估裂紋起裂壽命，Glidcop材料延性較好，抗裂紋擴展能力較強，但預測其裂紋擴展壽命的模型尚未提出；再次，在熱疲勞實驗時光束線都垂直入射，尚未考察實際掠入射時對能量吸收、照射區域形狀變化等方面的影響；最后，光照加載的非等周期性、試件表面的光滑度等對試件疲勞壽命的影響，也都尚待研究.
在上述關鍵問題的研究中，實驗測試和材料疲勞破壞的表征是基礎，數值模擬的有效開展是必不可少的手段，它幾乎滲透到研究的每個方面，且經常能提供較實驗更豐富的信息和細節.
3 亟待開展的工作
（1）研究Glidcop材料的力學性能特別是低周疲勞性能.疲勞設計準則依賴于材料疲勞參數，疲勞參數的獲取離不開疲勞實驗.離散性較大是疲勞實驗的固有屬性.從文獻看，Glidcop材料的疲勞性能不僅與尺寸、形狀、制作工藝和加工工藝有關，與實驗手段和實驗條件也有關，不同學者［23,25,29-30］得到的結果往往有較大差異.同時，由于材料經常工作在高溫環境下，且目前材料在高溫下的低周疲勞測試開展較少，相關數據很缺乏.
（2）加深在熱負載作用下對Glidcop材料失效機理的認識.局部區域受高熱負載，溫度梯度發生在該區域及周邊區域.開關機使擋光元件承受循環加卸載：加載時溫度升高，同步光照射區域受壓應力；卸載時溫度降低，照射區域受拉應力.因此，擋光元件處于一個異相熱疲勞狀態.同時，在一個熱負載循環中，擋光受熱通常占據較長時間，材料將產生高溫蠕變情況；而長時間看，各載荷循環是變幅的，其累積損傷效應須詳細研究.因此，這種疲勞破壞與普通機械載荷引起的破壞相比有其特殊性，對其失效機理須不斷深化認識.
（3）開展吸收體受光熱疲勞實驗并提出合適的疲勞壽命預測模型.實驗研究是對結構性能最直接的評估，可對數值模擬和理論分析結果進行驗證.充分借鑒APS，ESRF和SPring-8等已開展的實驗研究，對其存在的問題和不合理因素加以改進，使實驗更貼合實際，包含更多的影響因素，是設計新實驗的出發點.疲勞模型是低周疲勞設計準則的核心所在，合適的疲勞模型要求能描述熱負載下元件的破壞模式，并準確預測疲勞壽命.多軸疲勞模型物理意義明確，適合描述復雜應力應變下擋光元件的疲勞破壞，但多軸疲勞模型種類繁多，找到一種合適的或可進一步修繕的模型是預估擋光元件在不同工況下疲勞壽命的重中之重.
（4）基于低周疲勞的設計準則及理念，著手開展擋光元件的性能優化和更新換代研究.目前，第3代同步輻射裝置的前端擋光元件軸向長度很大，不利于光學元件的優化布置，重新設計的擋光元件可考慮增大光束線掠入射角度，使軸向長度減小.下一代光源是基于自由電子激光原理的X光源，屆時熱負載能量密度更高，設計的擋光元件仍需具有額定的使用壽命.因此，建立新設計準則，近期即可用于第3代同步輻射裝置新建光束線（如SSRF第2期及以后的光束線）的設計，使束線布局更優化合理，遠期將是下一代光源擋光元件的設計基礎，但現在即須開展相關研究.
總之，今后的研究工作為針對同步輻射裝置升級換代的需求，圍繞提出基于低周熱疲勞壽命的設計準則，采用實驗測試、理論分析和CAE相結合的方法，爭取在擋光元件設計領域取得重大突破.由于工程結構的復雜性，CAE是研究中不可或缺的手段，同時也是將實驗測試與理論模型連接起來的橋梁.
4 結 論
由CAE在第3代同步輻射光源擋光元件設計中的應用成果可知，CAE是不可或缺的重要工具，不僅能驗證初始設計模型的合理性，而且能通過參數調節優化設計模型.對復雜工況以及復雜結構的擋光元件，充分、有效地利用成熟的CAE軟件進行模擬分析，可大大降低設計成本，縮短設計周期.
擋光元件設計的基礎是準確獲得高熱負載引起的吸收體的溫度和應力分布.設計準則作為擋光元件設計的依據，一直以來都是焦點問題.早期以材料屈服強度為指標的設計準則逐漸被棄用，考慮到擋光元件的使用壽命以及同步輻射裝置的升級換代，新的設計準則――基于低周疲勞的設計準則正被提出.不過，該研究尚處于起步階段，更多的工作需要相關學者和工程技術人員付出更大的努力.充分應用好CAE強大的模擬分析功能，對研究的深入開展及最終提升擋光元件的設計水平至關重要.參考文獻：
［1］ 徐洪杰. 新一代同步輻射光源及其應用［J］. 核物理動態, 1996, 13(4): 25-27.
XU Hongjie. A new generation synchrotron radiation light source and its application［J］. Trend Nucl Phys, 1996, 13(4): 25-27.
［2］ AOYAGI Hideki, MOCHIZUKI Tetsuro, OURA Masaki, et al. Alignment of photon beamline components of the SPring-8 front-end［C］ // Proc 7th Int Workshop Accelerator Alignment, SPring-8, Hyogo, Japan, 2002: 280-287.
［3］ BENSON C, TRAKHTENBERG E, JASKI Y, et al. Mechanical design of a front end for canted-undulators at the advanced photon source［C］ // Proc SRI 2003, New York: Am Inst Phys, 2004: 466-469.
［4］ 金建峰, 劉學, 吳冠原, 等. SSRF前端光子擋光器的結構設計和熱應力分析［J］. 中國科學技術大學學報, 2007, 37(10): 1231-1235.
JIN Jianfeng, LIU Xue, WU Guanyuan, et al. Structure design and thermal stress analysis of photon shutter on SSRF front-end［J］. J Univ Sci & Technol China, 2007, 37(10): 1231-1235.
［5］ TROXELL J D. Glidcop dispersion strengthened copper: potential application in fusion power generators［C］ // Proc IEEE 13rd Symposium on Fusion Eng, Knoxville, Tennessess, USA, October 2-6, 1989: 761-765.
［6］ 劉龍飛, 呂麗軍. SSRF中高熱載擋光器的熱―應力分析［J］. 上海大學學報: 自然科學版, 2006, 12(5): 457-461.
LIU Longfei, La Lijun. Thermal-stress analysis of high-heat-load photon shutter in SSRF［J］. J Shanghai Univ: Nat Sci, 2006, 12(5): 457-461.
［7］ JASKI Y, TRAKHTENBERG E, COLLINS J, et al. Thermomechanical analysis of high-heat-load components for the canted-undulator front-end［C］ // Proc MEDSI 2002, Argonne, Illinois, USA, 2002: 390-397.
［8］ 陳海波, 金建峰. SSRF前端熱負載部件的熱緩釋有限元分析［R］. 合肥: SSRF項目研究報告, 2006.
［9］ 金建峰. SSRF前端擋光元件設計的若干力學問題研究［D］. 合肥: 中國科學技術大學, 2009.
［10］ COLLINS J, CONLEY C, ATTIG J, et al. Enhanced heat transfer using wire-coil inserts for high-heat-load applications［C］ // Proc MEDSI 2002, Argonne, Illinois, USA, 2002: 409-419.
［11］ SHARMA S, DOOSE C, ROTELA E, et al. An evaluation of enhanced cooling techniques for high-heat-load absorbers［C］ // Proc MEDSI 2002, Argonne, Illinois, USA, 2002: 398-408.
［12］ 陳海波. SSRF光束線管道對流換熱系數和材料熱力學性能測試［R］. 合肥: SSRF項目研究報告, 2009.
［13］ SHARMA S, ROTELA E, BARCIKOWSKI A. High-heat-load absorbers for the APS storage ring［C］ // Proc MEDSI 2000, Wurenlingen, Switzerland, 2000.
［14］ MOCHIZUKI T, SAKURAI Y, SHU D, et al. Design of compact absorbers for high-heat-load X-ray undulator beamlines at SPring-8［J］. J Synchrotron Radiat, 1998, 5(4): 1199-1201.
［15］ CHEN Q, ABELA R, AUDERSET H, et al. A photon shutter for insertion device front-ends at the SLS［J］. Nucl Instrum & Methods Phys Res： Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors & Associated Equipment, 2001, 467(1): 752-757.
［16］ ALP A. Thermal stress analysis of the high-heat-load crotch absorber at the APS［C］ // Proc MEDSI 2002, Argonne, Illinois, USA, 2002: 427-432.
［17］ TAKAHASHIA S, AOYAGI H, MOCHIZUKI T, et al. Design of the front end for the very long in-vacuum X-ray undulator at SPring-8［J］. Nucl Instrum & Methods Phys Res: Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors & Associated Equipment, 2001, 467(1): 758-761.
［18］ MARION P, DABIN Y, THEVENEAU P, et al. New high-heat-load beamline components for the ESRF［C］ // Proc MEDSI 2002, Argonne, Illinois, USA, 2002： 433-442..
［19］ BIASCI J C, PLAN B, ZHANG L. Design and performance of ESRF high-power undulator front-end components［J］. J Synchrotron Radiat, 2002, 9(1): 44-46.
［20］ WANG Naxiu, JIN Jianfeng, LIU Xue. Thermal-stress analysis of photon shutter of wiggler front-ends at SSRF［C］ // Proc MEDSI 2006, Egret Himeji, Japan, 2006: 1-4.
［21］ 吳冠原. SSRF前端區工程設計報告［R］. 上海: SSRF項目研究報告, 2006.
［22］ ZHANG L, BIASCI J C, PLAN B. ESRF thermal absorbers: temperature, stress and material criteria［C］ // Proc MEDSI 2002, Argonne, Illinois, USA, 2002： 377-389.
［23］ RAVINDRANATH V. Thermal fatigue of Glidcop AL-15［D］. Chicago: Illinois Inst Technol, 2006.
［24］ RAVINDRANATH V, SHARMA S, RUSTHOVEN B, et al. Thermal fatigue of high-heat-load synchrotron components［C］ // Proc MEDSI 2008, Saskatoon, Saskatchewan, Canada, 2008.
［25］ TAKAHASHI Sunao, SANO Mutsumi, MOCHIZUKI Tetsuro, et al. Fatigue life prediction for high-heat-load components made of Glidcop by elastic-plastic analysis［J］. J Synchrotron Radiation, 2008, 15: 144-150.
［26］ JIN J F, XIAO W L, CHEN H B. Thermal fatigue life of Glidcop Al-15 high-heat-load components［C］ // Proc ISCMII-EPMESCXII, New York: Am Inst Phys, 2009: 982-986.
［27］ XIAO W L, CHEN H B, JIN J F. Fatigue life prediction strategies for high-heat-load components［J］. Key Eng Mat, 2011, 452(10): 789-792.
［28］ KAROLCZUK A, MACHA E. A review of critical plane orientation in multi-axial fatigue failure criteria of metallic materials［J］. Int J Fracture, 2005, 134(3-4): 267-304.
篇4
關鍵詞：碳纖維；原絲油劑；性能指標
聚丙烯腈（PAN）基碳纖維原絲在預氧化和低溫碳化時必須能夠不熔融、不粘結、不起毛絲和斷絲，這與聚丙烯腈原絲所用的油劑的性能有重大關系。油劑的使用對聚丙烯腈原絲的親水性、集束性、分纖性及加工毛絲率等有重要的影響。日本生產碳纖維的公司都開發了獨有的專用油劑，但國內長期沒有用于聚丙烯腈原絲生產的專用油劑，也是導致碳纖維質量上不去的一個重要原因[1]。
國外早期多采用不含硅油的高醇化合物及其衍生物作為PAN原絲油劑的主要成分，隨著生產工藝不斷改進，為了進一步提高油劑阻熱性能和分纖性能，減少設備殘留物，目前PAN原絲油劑多選用有機硅化物和其它助劑復配的工藝。例如東麗公司專利（US6221490）中所使用的PAN原絲油劑就包含氨基改性硅油、環氧改性硅油、聚醚改性硅油、非離子型表面活性劑、有機銨化物和聚合物精細粒子等多種組分。一般而言，合適的硅油和精細粒子的加入也可以大大增加單絲性，從而提高產品性能。
綜合國外專利來看，對用于碳纖維原絲的油劑乳液主要有以下幾點要求：乳液均一性（uniformity）、高熱穩定性（high heat resistance）和低羅拉污染（less transferred to rollers）。
從理論上來說，油劑乳液的均一性是保證油劑均勻涂覆于纖維表面的必要條件；熱穩定性主要是防止原絲在致密化、預氧化和碳化初期發生粘連并絲；防止污染，是連續化生產的保證。
國內對于碳纖維原絲油劑的研究相對較少，文獻[2]中主要關注的油劑性能指標有四方面：抗氧化性和耐熱性、表面張力和接觸角、乳化體系穩定性和乳液粒徑。也有學者主要關注的油劑指標和性能為五方面：耐熱性、表面張力、金屬離子含量、抗靜電性能和室溫存放穩定性[3]。東華大學纖維材料改性國家重點實驗室就重點研究了紡絲油劑引入灰分相關的問題；中石油吉化公司研究院則是關注油劑向纖維表層浸入導致碳化產生表面缺陷的問題等[4]。國內對于碳纖維原絲油劑的研究報道中很多技術指標和數據都和專利US6221490中公開的是一致的。
總結國內外專利和文獻的基礎上，作者認為對于高性能碳纖維原絲油劑的開發，應該針對以下幾個性能要求和技術指標。
（1）油劑乳液的均一性
油劑乳液的均一性是其穩定性和涂覆性的前提，是其它一些性能得以實現的基礎，所以十分重要。其具體的技術指標為乳液流體力學粒徑500nm以下，最好在200nm以下，粒徑分布均勻。測試可以借助激光粒度儀和電子顯微鏡。
（2）油劑乳液的涂覆性
為了保證在預氧化和低溫碳化階段原絲盡可能多的受到油劑的保護而不發生熱粘連，油劑在纖維表面的涂覆性一定要好，對于這一性能要求的考察主要可以通過三個指標：
a.乳液的動力粘度≤50cp；b.表面張力
因為PAN原絲的表面張力是44*10-5N，根據小表面張力物質可以在大表面張力物質表面涂覆的原理，所以要求要求油劑乳液表面張力
（3）油劑乳液的耐熱性
耐熱性主要表現在兩個方面，抗氧化性和耐熱性，主要通過耐熱殘留質量分數r來反映。專利US6221490中提及只要耐熱殘留r>0.2，該油劑在實際使用中就可以滿足耐熱的要求，當然耐熱殘留質量分數越高越好，實際上限為0.95。
r的測量方法如下：稱取1g油劑放在鋁制坩堝中，在105℃烘箱中處理5h，使其為絕干狀態。精確稱量上述絕干油劑15mg～20mg，放置在TGA的鋁坩堝中，首先在流動空氣狀態下加熱到240℃，升溫速率為10℃/min，空氣流30ml/min，恒溫60min.。然后切換成氮氣，在240℃下保持5min，以10℃/min的升溫速率，30ml/min的氮氣流，升溫至450℃，保持30s，即可測得總的r。
（4）乳液金屬離子含量
K、Na等金屬離子在高溫碳化過程中能催化碳的氧化，形成殘留空洞與表面缺陷，降低碳纖維的質量，因此要求油劑乳液中K、Na、Ca、Mg、Al、Fe和Cu等七種金屬離子的總含量低于2ppm。
金屬離子含量的測定可以借助ICP和原子吸收。
（5）油劑乳液穩定性
存放穩定性也是油劑乳液生產中值得關注的問題，此項指標可以參考常用硅油乳液乳化技術中的方法進行考察，即對乳液小樣，3000rpm離心30min、60min以及室溫放置一段時間，考察有無破乳、漂油現象發生；以及通過分光光度計測量前后透光率的變化等。
（6）硅化物殘余量
油劑抗氧化性和耐熱性隨著分子量的增大而提高。根據碳纖維工藝要求，油劑在低溫碳化800～900℃之后全部逸走。因為殘留的硅會在高溫碳化條件下生成氧化硅、氮化硅、碳化硅等物質，耐熱性高不易除去，使碳纖維的抗拉強度下降。所以硅化物殘余量要求低于30ppm。
（7）油劑乳液的抗靜電性
油劑的抗靜電性能是確保紡絲、預氧化過程中絲的集束性的重要條件。國內外至今還沒有測定纖維表面電阻的可靠方法。從抗靜電原理來看，主要就是兩個方面，盡可能防止電荷的產生和及時將產生的電荷排除。因此可以從油劑的吸濕性和介電常數兩個方面來考察。總之滿足實際應用的需要才是考核油劑抗靜電性能的最好方法。所以這部分的技術指標的具體數字和測試方法還需要進一步研究。
（8）硅油交聯率
硅油的交聯可以提高其耐熱性，更加有效地防止熱粘連。同時還可以減少油劑向羅拉導軌的轉移，降低對羅拉的污染。作者綜合各篇研究報告來看，要求油劑的交聯率至少10%以上，最好50%以上。并且要求交聯溫度越接近處理溫度越好。測試方法參見US6221490。
（9）油劑的透氣性
這部分的性能也是很多國內研究容易忽視的一點。在預氧化階段，油膜涂覆于纖維表面，如果透氣性欠佳會導致氧氣難以從絲束外部行內部擴散，降低預氧化效率。這部分的技術參數和測試方法還需要進一步的研究確定。
（10）最終應用評價
據稱原絲油劑對于提高碳纖維強度的貢獻約為0.5～1GPa，對于油劑各種具體的性能要求歸于一點都是提高碳纖維強度。所以將未上油、或上不同油劑的碳纖維進行拉伸強度的數據對比，才是終端最直接的技術指標。
參考文獻
[1]賀福.碳纖維及石墨纖維[M].北京：化學工業出版社，2010.
[2]賀福.高性能碳纖維原絲與油劑[J].科技纖維與應用，2004.
篇5
“實施創新驅動發展戰略，是應對發展環境變化、把握發展自、提高核心競爭力的必然選擇，是加快轉變經濟發展方式、破解經濟發展深層次矛盾和問題的必然選擇，是更好引領我國經濟發展新常態、保持我國經濟持續健康發展的必然選擇。”大學教育是引領創新發展的重要陣地，這就要求大學教育的職能從單純的傳播理論定律到培養學生科學探索、科學研究與為我國經濟服務的轉變。延安大學石油工程與環境工程學院對石油工程專業選修課“物理法采油采氣新技術”進行基于開放式實驗室的教學模式改革。
二、建立模塊化課程教學平臺
依托地域和大學生創新創業項目優勢，以培養學生實踐和創新創業能力為目標，開放式實驗教學已經成為大學生認識油、氣田，掌握課程基本理論和石油工程采油采氣前沿知識火熱的物理法采油采氣新技術，從事物理法開采頁巖氣方案編寫，海上采油采氣平臺設計、井下工具設計以及物理法提高采收率是新技術創新的主要平臺。
延安大學作為一個綜合性大學，學科門類齊全，各個理工科基礎實驗設施基本配備到位。石油工程專業實驗涉及化學、機械、物理、流體力學、計算機等各個領域，勢必要求石油工程專業的學生在實驗領域發散思維，不能局限于一臺實驗設備或者一個實驗室，而是多種不同領域的實驗室的結合，這些都是在開放式實驗室的前提下才能辦到的。
模塊化課程教學平臺就是在開放式實驗平臺的基礎上建立的。選修課課程的設置不再局限于傳統的一門固定的教材，而是根據系統模塊化原理，以物理法采油采氣新技術的工藝技術原理為基礎，建立分層次，多級別的課程模塊管理系統，將聲波采油和聲波解堵與頁巖氣的開發結合起來，將電磁采油和采氣結合起來等整合成相對完整獨立的課程模塊。由學生按照培養計劃要求和個人興趣、工作需要對教學模塊進行選擇。從而提高學生的學習積極性，促進個性化發展和創新能力的提高。
學生在模塊化課程教學平臺上可以選擇在開放式實驗平臺上進行相關的創新性實驗。石油學院提供院內各實驗室結合提供全流程實驗平臺。與傳統實驗教學的教師課堂講授實驗原理、理論定律，實驗教師講解實驗設備操作，實驗員準備實驗樣品不同；開放式實驗室提供學生從樣品的采集，樣品的準備和樣品的測試全流程的實驗平臺。由學生進行巖心鉆取實驗室、油層物理實驗室、油田化學實驗室、采油油藏實驗室等各個實驗室的操作，各個實驗室由實驗教師進行實驗設備指導，學生從被動地聽從安排到主動地申請各個實驗室進行操作，可以根據自己的具體時間安排學習進度和相關實驗，從而保證每一個學生在學完一個模塊后能夠獲得相關的技術或者工藝技能。
三、建立多手段的教學模式
1.建立在開放式實驗室基礎上動畫實驗演示平臺
學生在依托大學生創新創業項目提出自主設計的實驗方案時，首先需要了解現行的常用實驗設備是什么和開放式實驗室平臺能夠提供的實驗設備有哪些。這些工作在沒有動畫實驗演示平臺時很難操作的，尤其是專人負責的儀器設備；學生自身的時間和精力有限，社交資源匱乏，不能在有限的時間內籌集到需要的信息。只有在建立動畫實驗演示平臺的基礎上，學生能夠在網絡上查詢需要的信息。最重要的是，學生可以通過網站信息平臺了解到有哪些實驗設備，以及這些實驗設備能夠用來做什么實驗，這樣學生在進行項目申報前就已經進行了個性思考和組織調研等具有創新性能力培養的工作了。
動畫實驗演示平臺可以為學生自主設計的實驗提供儀器設備的實驗操作流程。學生在查詢到需要用到的實驗設備時，還需要了解這些實驗設備，尤其是高精尖的實驗設備它們的儀器操作步驟。很多大型O備，多是從國外進口，價格昂貴，維護費用高，維護周期長，一旦操作失誤，會給國家和單位造成很大的經濟損失，從而會延誤科研研究和技術開發。通過建立動畫實驗演示平臺，學生在進行大型實驗設備的操作時，可以邊按照平臺的指示邊進行實驗設備的操作。比如學生自主設計的聲波采油試驗中，需要使用油藏工程實驗室的恒速驅替實驗系統。
學生在做實驗準備前，必須對驅替系統的平流泵進行循環試車；這個過程要求進出水管道必須是單一液相蒸餾水，不能出現微小氣泡，尤其不能混入空氣；學生必須按照平臺提供的實驗步驟一步步進行操作，并且和顯示器所顯示的數據一一比對，不能有絲毫馬虎。在所有實驗準備工作完成以后，學生在進行驅替實驗時，需要設定流體的驅替速度。設定的驅替速度必須在儀器的承受范圍之內，并且要和試驗樣品相匹配，才能使恒速驅替實驗系統在最佳的工況下運作，這些匹配的過程就是培養學生的解決問題和分析問題的創新能力。
2.建立基于教學發展中心創新研發平臺
延安大學為了培養學生的創新能力，建立了教學發展中心。學生可以在教學發展中心請教不同學科的教授、副教授和校外的兼職教授，高級工程師為他們提供在常規課程中學習不到的理論知識和現場工藝的技術指導。
物理法采油采氣新技術是一門與現場工藝結合非常緊密的課程。比如物理法開采頁巖氣中的超聲霧化排水工藝就涉及水平井頁巖氣開采中水平井段產出地層水的超聲霧化問題。頁巖氣在開采的過程當中常常會出現氣水同產的現象，不同程度地伴有產層水進入井底，而這些產層水也會對頁巖氣的開采造成不同程度的影響，將會嚴重地影響到頁巖氣的采收率甚至導致停產，同時這些產層水也會對環境造成一定的潛在污染和資源的浪費。
學生在教學發展中心與來自頁巖氣開采一線的延長油田高級工程師經過探討，一致認為對頁巖氣井氣水同產的問題，主要集中在如何豐富氣井資料的研究基礎上，對頁巖氣水平井地層出水規律進行定量描述和預測，并結合氣體滲流理論利用超聲霧化設備進行探討氣水同流的機理。最后學生給出了自主設計的實驗方案和施工工藝步驟，即收集頁巖氣水平井開采方式及使用量、氣井產量、氣井伴生產出地層水量等基礎資料，確定采樣方案。進行超聲波霧化地層水實驗，對超聲波霧化地層水規律進行研究，并結合氣井產量、巖心對超聲波不同頻率，不同功率、不同作用方式對超聲波霧化模式進行刻畫。準備氣舉試驗所需材料，采集頁巖氣不同烴類組分的氣體樣品，并對樣品進行前期處理，在采油工程實驗室進行氣舉試驗，分析在不同烴類組分氣體流量下的攜帶液體的能力。最后，進行頁巖氣水平井超聲波排水增產現場試驗，給出超聲波排水增產技術的工業應用模式。
3.建立校企合作模式下的現場教學模式
在實現高校創新創業和企業單位聯合的創新模式指導下，為了培養學生的創新能力，可以轉變單一的學校內的課程教學為校企聯合的現場教學。一則可以彌補高校缺乏大型和高精尖設備的短板，二則可以鍛煉學生的思考和實踐能力。只有緊密和生產實際相結合，解決生產實際中出現的問題，才能快速提高學生的創新能力。
開展本科生或者研究生常駐研究院所的實驗教學模式，研究院所的高級別科研人員從事的大多是開創性實驗，所解決的大多都是學科前沿未曾面臨的科研難題。本科生或者研究生常駐研究院所，參與這些科研實驗和相關的科研小組討論，可以極大開闊學生的眼界，學習相的創新方法和創新思路，有利于學生創新能力的培養。
石油學院的研究生常駐位于西安的延長研究院，開發了多種物理法采油采氣技術，尤其在頁巖氣領域。在水平井開采頁巖氣的過程中面臨著頁巖氣井水平段產出水水淹的問題。為了解決這個問題，學生和科研人員進行了大量的自行設計的實驗，不僅給出了相關的科研報告，還與企業聯合申請了相關的發明專利，極大鍛煉了學生的創新能力。
四、建立學生自主探索選修課教學和創新能力的考核體系
轉變傳統的課堂教師教授實驗原理、實驗室實驗教師講授實驗設備、實驗員準備實驗樣品，為學生根據學科前沿知識自主選擇研究方向、自主設計實驗方案、自行進行實驗準備和實驗操作、自行進行實驗數據處理的自主探索實驗教學體系。面臨物理法采油采氣新技術選修課課程中的頁巖氣勘探開發的學科前沿，學生自主選擇了頁巖氣的產出機理方向，自主設計了研究頁巖氣的解析吸附實驗方案，利用油田化學實驗室和油層物理實驗室以及跨學科的環境工程實驗中的分光儀實驗設備，給出了實驗數據并進行了相關的數據處理和公式擬合，給出了相關的研究報告。
基于開放式實驗室的選修課的教學不再以考核學生對技術原理和工藝知識的掌握程度為目標，而是以學生利用現有的技術手段和實驗儀器進行未知領域探索和研究的創新能力的考核為目標。第一是考核學生的對學科前沿的把握程度，是否能夠及時了解學科前沿的研究進度。第二是考核學生對未知領域問題的思考能力，只有深入思考，才能提出可行的實驗方案，并能對實驗可能出現的結果有一定的分析處理能力。因此，從選修課的選擇，實驗方案的設計、實驗的數據處理等幾個方面入手建立有利于培養創新能力的考核體系。
五、結語
石油工程專業選修課“物理法采油采氣新技術”的教學改革不是簡單地通過傳統的單一課堂講授原理和實驗室進行本科生實驗來進行學生創新能力培養的，而是通過建立在開放式實驗平臺上的模塊化課程教學、多手段的教學模式和自主探索與創新能力考核體系上的。這讓我們深深感受到，轉變專業選修課教學思想，專業選修課教學手段，要進一步注重專業選修課的技術更新，才能更好地提供有利于學生創新能力培養的教學環境，提高學生動手解決實際問題的能力。
參考文獻：
篇6
通過綠色建筑項目全過程的建設跟蹤，以及對綠色建筑評價體系全面認真的解讀，詳細闡述節水、節地、節能、節材等的具體實施辦法及技術措施；并重點對綠色建筑中所運用的多項技術手段進行研究與分析，實現了建筑功能、舒適度、經濟等方面的高效提升。
0引言
目前，綠色建筑設計及綠色建筑評價標識已經在我國越來越受到重視，很多建筑無論是在設計建造階段，還是運營階段都注重節能、環保的綠色設計和管理理念。這些綠色建筑技術都較為成熟，并很好地被運用到各類實際建筑上，在促進建筑本身品質提升上發揮了積極作用。因此認真研究綠色建筑及其實踐路線，大力推廣和普及綠色建筑，對全面實現建筑行業可持續發展具有重要現實意義。
1綠色建筑及其評價標準
綠色建筑是指充分合理利用有限的資源，在不對環境造成污染的情況下，實現生態系統和諧發展的一種建筑。綠色建筑可以有效地節約資源，減少環境污染，降低建筑成本，促進入、環境和建筑三者之間和諧發展，為人類生存和發展提供舒適的環境，以實現可持續發展的要求。
我國在2006年頒布實施了《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2006(現已修訂為GB/T 50378-2014)，主要包括以下六大指標：①節地與室外環境；②節能與能源利用；③節水與水資源利用；④節材與材料資源利用；⑤室內環境質量；⑥運營管理（住宅建筑）、全生命周期綜合性能（公共建筑）。各大指標中的具體指標分為控制項、一般項和優選項三類。其中，控制項為參評綠色建筑的必備條款；優選項主要指實現難度較大、指標要求較高的項目。對同一對象，可根據需要和可能分別提出對應于控制項、一般項和優選項的指標要求。按滿足一般項和優選項的程度，綠色建筑劃分為三個等級。
本文以二星級綠色建筑——沈陽市規劃大廈為例，論述其在以上六大指標中運用的相關建筑技術手段，特別是在節能與能源利用、節水與水資源利用及室內環境質量方面的技術應用，提升了建筑品質。
2綠色建筑技術應用
2.1項目概況
沈陽市規劃大廈位于遼寧省沈陽市渾南新城中心區，東臨全運村、西臨省博物館、南臨沈撫運河（見圖1）。建設伊始，為科學決策項目規模，編制了可行性研究報告，對建設的必要性、近遠期發展需求情況、建設資金安排、使用模式、設計標準等進行了詳細的論證。其中，決定建筑物品質和造價的最主要因素在設計階段。
本項目注重設計金過程的銜接和控制，充分考慮建筑的可持續發展，在低碳、環保、耐久性上進行了多）欠論證，全面綜合考慮規劃設計、建筑設計、室外管網設計、景觀設計和室內精裝修設計，強調一體化設計。全面貫徹綠色建筑設計理念，從設計到施工再到竣工驗收，最終形成規范的綠色建筑設計文件，順利通過國家綠色建筑二星標識。
2.2綠色建筑技術與品質提升
沈陽市規劃大廈項目主要采用了雨水回用、太陽能熱水系統、新風系統、分項計量、節水型器具、節電高效光源、土建裝修一體化、高效灌溉方式、透水地面等綠色建筑技術，很好地提升了項目品質。
2.2.1 節能與能源利用
節能與能源利用集中體現了該項目功能、經濟的提升，項目在設計之初就考慮了總體功能布局、節能設計及節能措施的運用。
1)建筑總平面設計有利于冬季日照并避開冬季主導風向，夏季利于自然通風，極大提升了建筑牛勿的功能品質。大廈主體建筑呈風車狀分布在十字軸四個象限（見圖2），建筑長軸均朝正南向，利于冬季獲得足夠日照并避開主導風向、夏季自然通風，此設計在建筑的高窗位置采用建筑一體化的遮陽反光板，防止太陽輻射與暴風雨的襲擊。
經測試分析，夏季項目地塊內2棟高層建筑均可以達到9Pa以上風壓差，4棟建筑均具備形成良好自然通風的條件（見圖3）。
2)空調采曖系統的冷熱源機組能效比，符合現行國家標準。本項目空調冷、熱水系統的配置采用二管制，夏季供冷水，冬季供熱水。空調系統形式采用風機盤管加預處理新風系統。空調采暖系統冷熱源機組采用水冷離心式冷水機組和水冷螺桿式冷水機組，這兩種冷熱源機組能效比均符合現行《公共建筑節能設計標準》GB 50189-2005的相關規定（見表1）。
2.2.2節水與水資源利用
在節水與水資源利用方面，重點考慮建筑物本身及園區用水的經濟性，在保證基本使用功能的前提下，充分利用太陽能技術、給水高效設計、雨水回收等實現建筑品質的提升。
1)制定水系統規劃方案，統籌、綜合利用各種水資源。生活給水系統由市政引入給水引人管，接人地庫1層生活給水泵房及消防給水泵房。地庫換熱站補水、制冷機房補水將由市政給水直接供給。地庫1層設置生活水泵房。生活給水豎向分為3個供水區域：1～8層為1區，9~15層為2區，16～21層為3區。住宅水泵房內設置儲水箱2座(總有效容積約52m3)，各區分別設置生活變頻給水泵組，采用下行上給給水方式。
生活熱水給水系統主要利用太陽能熱水系統，采用定時強制循環間接加熱太陽能集中熱水系統。熱水日產量約20m3，達到生活熱水消耗量的89%。采用管板式太陽集熱板芯，集熱器集中布置在中介服務中心屋面，換熱機房設置在地下1層車庫內。
2)雨水回收與利用。本項目位于沈陽市，年平均降雨量約690.3mm，屬于缺水地區；項目采用了雨水積蓄、處理以及利用方案、雨水收集回用系統。
本項目所采用的非傳統水源來源為雨水，采用雨水用于綠化灌溉以及景觀水池補水，其中綠化灌溉用量每年為7020m3，景觀水池補水每年用量為4500m3。
雨水利用包括雨水滲透和雨水收集。雨水滲透措施包括室外停車場采用植草磚，綠地植物滲透吸附利用雨水。雨水收集主要將綠地、屋面和道路廣場雨水收集到園區北面東西兩側的兩座雨水回用池中，每座雨水回用池有效容積為100m3，綜合徑流系數為0.51。回用雨水主要用于小區景觀補水和園區綠化灌j既。雨水總利用量為每年11520m3，非傳統水源利用13%（見圖4）。
3)綠化灌溉采取滴灌噴灌、微噴灌等節水高效灌溉方式（見圖5）。
4)綠化、景觀、洗車等用水采用非傳統水源。
2.2.3室內環境質量
沈陽市規劃大廈項目在室內環境方面注重使用舒適度，特別是在辦公、會議等場所采用了多種技術手段，讓人們從不同方面體驗該建筑的合理性。
1)室內風環境控制
應用流體力學軟件AIRPAK3.0，選取2棟高層辦公建筑進行室內風環境模擬，模擬結果表明，在夏季主導風向和風速條件下，室內風場分布較為均勻，室內各個區域之間自然通風組織較好。規劃測繪研發中心各主要辦公區域空氣齡均小于125s，室內通風換氣良好；綜合業務中心各主要力、公區域空氣齡均小于200s，室內通風換氣良好。據實際測算建筑外窗的可開啟面積達到32%，滿足綠標中關于外窗可開啟面積的要求，可進行有效的夏季自然通風。
2)室內空調及新風調節
本項目采用集中空調系統，空調參數設置為夏季空調溫度26℃，冬季18℃，室內相對濕度40%～60%，均符合《公共建筑節能設計標準》GB 50189-2005中的設計計算要求。本項目集中空調新風量設計參數為多功能廳、會議室20rr13／(h．P)，辦公室、會議室、展廊30m3/(h.P)，符合GB50189-2005的設計要求。
3)降噪處理
本項目以噪聲最大處為計算點，室內關窗噪聲量為27dB (A)，小于《民用建筑隔聲設計規范》GB50118-2010中室內允許噪聲標準中的二級要求中辦公空間最優噪聲等級30dB的要求。
針對室外噪聲的降噪措施為：①在噪聲較大的項目南側路旁，采用3.5m高的隔聲屏障；②采用隔聲效果較好的外墻，經計算辦公空間室內噪聲小于允許最優值30dB；③采用空調新風系統與隔聲窗的綜合方案，本項目采用的窗戶指標為Rw35B。
針對通風、空調系統及設備用房的降噪措施為：①用合理的空調形式來降低空調末端的噪聲，如在管道中布置管式消聲器、阻抗復合消聲器，將主要產生噪聲的風機部分布置在走廊等；②為減少風聲及水流聲，采用合適的風速及冷凍水流速，主風管風速應≤4m/s，支管風速應≤3.5m/s，冷凍水流速控制在1.5m/s左右；③地下停車場排風口遠離辦公區域，以免對辦公環境產生影響；④設備用房（換熱站、泵房）均設置在地下1層，對設備間嚴格密閉且安裝吸聲材料；水泵、風機、電梯設備均選用低噪設備。
3結語
建筑的本身是要給人們營造合理、健康、舒適的環境，綠色建筑體系在建筑品質的提升上提供了更持續、完善的技術要求。通過沈陽市規劃大廈項目在主要評價體系中采用的技術手段來證實其品質的提升，可讓更多的業界人士注重綠色建筑的發展與應用，更好地為實現多元的綠色建筑體系貢獻力量。
參考文獻：
[1]李宗沛建筑節能技術應用對策探討[J].商品與質量，2009(S3)：114-116
[2]唐京華．淺析綠色節能理念在建筑設計中的應用[J]建筑設計管理，2011(1):34-35，49
毛兵，沈陽市規劃設計研究院院長，教授
