环境实验平台范文

环境实验平台范文（精选8篇）

环境实验平台 第1篇

2014年李克强总理在夏季达沃斯论坛上提出“大众创业、万众创新”的理念, 其核心就是以简政放权的改革为市场主体释放更大空间。具体到教育领域, 作为重要创业支撑平台的高校实验室资源, 也同样需要引进新的管理运行模式。尤其是跨多种学科的本科专业, 如何能充分整合社会资源, 既解决人才培养的问题, 又有助于调动大学生实现大众创业、万众创新的积极性, 是一个亟需解决的问题。本文以资源与环境经济学本科专业为研究对象, 重点研究如何整合多种资源的综合实验平台的构建原理。

二、资源与环境经济学专业特点及人才培养目标

本专业主要学习资源与环境经济学基本理论与基本知识, 熟悉资源环境政策法规与交易规则, 掌握资源与环境经济分析方法及管理技能。旨在培养适应社会经济发展需要, 知识面宽, 综合素质高, 富有创新精神, 实践能力强, 德、智、体、美全面发展, 能够在各级政府、资源与环境管理部门、农林牧渔各业和各类大中型企业以及相关科研院所等企事业单位, 胜任相关专业工作的应用型、复合型、创新性高级专门人才。学习环境资源与发展经济学方面的基本理论和基本知识, 接受相关业务的基本训练, 具有在环境资源管理及相关领域实际工作的基本能力, 这是提升应用型人才培养的重要途径之一。

三、已有的实验室运行现状及存在的问题

(一) 资源与环境经济学专业实验室建设情况

目前, 资环实验室具体开展的工作内容主要有区域大气环境影响评价、噪声环境影响评价、环境风险评价、资源价值评估、资源规划等。部分实验内容开展需要相关资源类或环境类理工科专业基础知识, 而对在校的大学本科生而言, 接触跨学科的专业知识毕竟相对有限。作为一个新本科专业, 在专项资金支持下, 实验室各项工作已经在筹备中, 但资源与环境经济学专业要实现其社会价值, 对技术、技能型人才培养的要求还有较大差距, 学生的学习能力、工程实践能力、工程设计能力和创新能力还远远不能满足社会对资源与环境经济学专业的要求。

从环境影响评价方向的实验教学体系来看, 有利于培养学生理论应用能力、创新能力的实验实训设备不够系统与完善, 如该专业方向的专业基础实验还需补充。目前已经购买了大气环境影响评价系统、噪声环境影响评价系统、环境风险评价系统等软件。这些软件基本能满足本实验室设计的环境影响评价模块的设计。但是这些软件的使用, 如果要能结合实际情况, 需要和地理信息系统相联系, 才能实现与学校的石油、冶金等特色专业相结合, 实现实际数据统计记录, 得出具有指导意义的环境影响评价结论, 为企业解决环境问题提供详尽的环评结果。目前在已有的软件情况下, 只有通过其他途径直接获取相关数据资料, 这样教学实践效果只能起到熟悉软件操作、明白环评程序的目的。

环境核算体系以及资源价值评估等核心软件缺失, 将不利于学生全方位掌握环境评估程序和独立实现环境评估操作实践, 通过比较各个区域、各个产业等环评结果, 借助经济学理论和计量经济学软件得出可靠的经济学研究结论, 从而无法较系统、充分地培养学生理论联系实际、分析问题和解决实际问题的能力和创新能力。为了更有效率地改变现有的资环实验设施条件, 需要改变以往的购置思维。

(二) 可以整合的实验室资源

1.校内资源。重庆科技学院是一所以工为主, 以石油与化工、冶金与材料、机械与电子、安全与环保为特色的高等学校。具有省部级重点 (建设) 学科4个, 工程中心、重点实验室等省部级科研平台10个。现在大多数是按学科设置的专业实验室。重点特色实验设备较为先进, 也建有专门的实践基地。这些实验室具有非常专业的实验教学资源。然而目前大多数院校的实验室运作基本上是在原有教育教学模式下进行实验室建设。由于学科差异性, 各学科的学生基本固守在各自为营的二级学院实验基地、公共大实验平台为主的条件下接受实验实践教育。实验室运作并没有真正地将“协同创新”融入到实验室管理运作中。

2.企业资源。重庆科技学院是以工为主的高校, 正在努力建设成为国内高水平的应用科技大学, 学校定位就是服务于区域经济发展和石油、冶金两大行业。随着校企产学研合作走向深入, 学校与企业界合作机会增多, 共同研究解决技术问题, 双方都能从中获益。然而, 在与企业的合作中, 仅仅依靠学校内部的实验室资源, 由于缺乏接受实际数据的软件、数据库等设备, 以及环境影响评价、环境效能核算、资源价值评估等方面的设备, 因此不能满足校企技术合作发展的需要。企业有技术实践背景, 也具有丰富的数据资源, 而学校具有研发团队, 如果校企联合创办实验室, 双方收益共享、风险共担, 则将有利于调动双方的积极性, 从而有利于协同创新。

3.移动互联网资源。资源与环境、经济学大多与社会息息相关, 资环专业实验部分涉及环境检测数据、政府政策等资料, 从而更好地为地方经济建设服务。随着社会资源的信息公开, 直接从互联网就可以查询到相关资源。其次, 随着移动终端的快速崛起, 天气状况、气温、地理位置等信息随时随地可查询, 足不出户就可以查询到这些信息。这些信息是资环专业重要的实时资源, 应该纳入综合平台中去。实验研究成果需要借助移动互联网平台进行宣传, 吸引更多的社会关注, 从而实现大众共同培养的目的。

四、整合多方资源共建综合实验平台

在现有的经管类实验室基础上, 整合校内的石油冶金资源实验室资源、企业或政府资源、移动互联网资源等外部资源, 共同构建资源与环境经济学综合实验平台。石油冶金等资源实验室主要为平台提供环境效果验证、资源耗能等专业实验验证功能, 企业或政府资源主要为实验平台提供社会中发生的资源或环境等实践问题, 并提供实验结果的实践论证;移动互联网主要为平台提供数据库支持, 以及组织社会调研搜资等活动, 同时还为研究成果提供宣传服务。现有的资源与环境经济学实验室主要是搜集数据, 利用专业软件处理数据, 解决问题的智力中心功能。该平台跨学科, 校企联合共建, 充分利用移动互联网资源, 有助于全方位对资源与环境经济学本科专业应用型人才的培养, 综合实验平台的研究成果可以借助移动互联网, 实现关于平台人才培养模式。资环专业学生可以先学习基本资源与环境经济学专业理论, 然后在校内理工科实验室加强对资源与环境相关的基本专业认知, 结合企业或社会需要解决的资源与环境问题, 借助实验平台进行综合研究, 提出解决方案。

平台运行模式。可以采用“收益共享, 利益共担”的原则, 平台共建充分借助虚拟的互联网手段实现, 对于解决企业实践问题获得的收益, 按照一定比例共享给相关参与方。此平台构建, 不仅可以解决资源与环境经济学专业的本科人才培养, 而且还有助于资源环境理工类学生经济管理类公共基础专业知识的欠缺, 有利于复合型人才的培养, 而且多学科合作, 更容易研发创新。平台运作实际是政府与社会协同育人的一种机制上的创新, 也是未来高等教育改革的发展方向之一。

五、配套措施

为实现平台构建, 我们提出以下建议:一是改革实验室资源管理模式。打破原有的各自为政的实验管理模式, 构建资源共享集中统一管理平台, 避免重复建设。二是鼓励与企业合作, 多参加社会调研。资源与环境经济学专业等一些文科专业, 更需要了解社会, 了解企业运营中遇到的问题, 才能有目的的进行学习研究, 加深解决实践问题的动力。三是对实验教师队伍的培训。一般学校的实验室建设都是由专业教师组成, 专业教师需具备丰富的跨学科专业知识, 而且需对社会问题较为敏感。这些都需要教师不断补充知识, 扩大知识面。四是观念的创新。专业人员、管理模式改进以及数据库的欠缺, 都需要转变思维观念, 平台构建大胆引入“互联网+”模式, 充分借助网络资源, 实现大众创业、万众创新的应用型人才培养模式。

参考文献

[1]董贺新, 王亚辉, 王训遒.构建化工与能源跨学科实验平台[J].实验室科学, 2010, 13 (5) :138-139.

[2]王晓岗, 赵超, 许新华, 樊雅娟.分层次跨学科开放实验教学实践[J].实验室研究与探索, 2013, 32 (9) :160-163.

[3]谢春.工程教育创新型学科实验室的构建[J].实验室研究与探索, 2012, 31 (3) :189-192.

[4]赵晶.文科跨学科综合实验教学模式研究[J].实验科学与技术, 2014, (1) :108-110.

污水处理平台操作实验 第2篇

一、实验目的

1、了解污水处理平台各个系统的工作原理

2、能进行风机、管道、水泵的安装

3、能进行污水处理工艺选择与操作

二、实验原理

水环境监测与治理技术综合实训平台主要有电器控制柜系统、供水系统和污水处理系统三部分组成。

电气控制柜系统：主要由电气控制柜、漏电保护器、触摸屏、旋钮开关、工作状态指示灯、PLC可编程控制器、继电器、监测仪（PH仪和DO仪）、组态监控软件等组成。

供水系统：主要有不锈钢大水箱、不锈钢支架和水箱液位管等组成。污水处理系统：装置对象平台整体采用不锈钢框架进行设计，主要动力系统器件安装在钢架底座上，主要有机玻璃反应器合理的布置安装在不锈钢钢架的上下层。动力系统主要由水泵、风机、电磁阀、搅拌机等组成，有机玻璃反应器系统主要由有机玻璃格栅调节池、有机玻璃沉砂池、有机玻璃A2/O生物反应器、有机玻璃SBR池、有机玻璃二沉池、有机玻璃砂滤柱、有机玻璃加药池等组成，曝气系统：主要由风机、曝气头、搅拌机、流量计和管道等组成。在线监测系统主要由DO在线传感器、PH在线传感器、浮球液位计、电磁阀、滗水器等组成。

工艺简介：A2/O工艺是厌氧-缺氧-好氧组合工艺的简称，是由三段生物处理装置所构成。它与单级A2/O工艺的不同之处在于前段设置一厌氧反应器，旨在通过厌氧过程使废水中的部分难降解有机物得以降解去除，进而改善废水的可生化性，并为后续的缺氧段提供适合于反硝化过程的碳源，最终达到高效去除COD、BOD、N、P的目的。

A2/O系统的工艺流程是：废水经预处理后进入厌氧反应器，使高COD物质在该段得到部分分解，然后进入缺氧段，进行反硝化过程，而后是进行氧化降解有机物和进行硝化反应的好氧段。为确保反硝化的效率，好氧段出水一部分通过回流而进入缺氧阶段，并与厌氧段的出水混合，以便充分利用废水中的碳源。另

一部分出水进入二沉池，分离活性污泥后作为出水，污泥直接回流到厌氧段。

初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，按去除单位质量BOD或固体物计算，初沉池是经济上最为节省的净化步骤，对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。初沉池的主要作用如下。（1）去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。（2）使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化了固液分离效果。（3）对胶体物质具有一定的吸附去除作用。（4）一定程度上，初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果。减缓水质变化对后续生化系统的冲击。（5）有些废水处理工艺系统将部分二沉池污泥回流至初沉池，发挥二沉池污泥的生物絮凝作用，可吸附更多的溶解性和胶体态有机物，提高初沉池的去除效率。另外，还可在初沉池前投加含铁混凝剂，强化除磷效果。含铁的初沉池污泥进入污泥消化系统后，还可提高产甲烷细菌的活性，降低沼气中硫化的含量，从而既可增加沼气产量，又可节省沼气脱硫成本。

三、实验方案

1、污水处理设备的安装与调整

（1）动力系统器件水泵、风机、计量泵、搅拌电机等的安装（2）辅助器件浮球式液位计、电磁阀、流量计、曝气头等的安装（3）MSBR污水处理系统工艺的设计连接

根据水处理工艺要求，完成MSBR水处理工艺的设计、设备连接与调试工作。

四、实施体会

实验污水处理平台操作心得

通过这一周的实训，使我们大家深受教育和鼓舞，我们不仅仅学到了技能，更培养了吃苦耐劳和团队合作的精神。在团队精神的支持下，我们组做的是A2/O污水处理系统工艺的设计连接取得圆满成功。我们根据A2/O水处理工艺要求，完成了A2/O水处理工艺的设计，管道的拆装与设备连接以及最后的水处理工艺的调试工作。让我们从课堂的理论到实际的动手操作更好的了解掌握了A2/O工艺。同时提高我们组员的团队合作能力，没有团队精神的支持就很难有我们各项工作的顺利开展，在我们学习和工作中离不开团队精神的指引，团队离不开统一的指挥，才能保证团队的顺利工作和工作成绩的取得，这就是团队精神的巨大作用，在我们不同的历史时期，团队精神发挥了不同的作用，有一点是可以值得大家重视的就是，在凝聚人心鼓舞士气方面都具有十分重要的作用。

团队精神的心得体会我们总结了一下团队精神的实质就是一个单位或者一个组织的凝聚力的所在，团队精神是一个单位产生强大凝聚力的所在。

A2/O工艺流程图

环境实验平台 第3篇

1 预习型虚拟物理实验模型构建

物理实验预习是实验操作前的准备阶段。实验预习可以加深对实验内容理解及锻炼学生自学能力。只有认真做好实验预习, 才能规范化的做好实验。预习型虚拟物理实验的构建重点放在实验前学生需要掌握的内容[11,12,13,14,15,16,17]。主要有注意事项模块、实验内容模块、预习报告模块、在线交流四部分 (如图1所示) 。

2 虚拟物理实验的教学辅导案例

2.1 基础光纤激光实验内容简介

光纤激光器实验是我校应用物理专业实验课程针对本科学生必开的一个教学实验内容。光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器特点是耦合效率高, 散热效果好, 具有高转换效率, 光束质量好, 阈值低和窄线宽等优点。

2.2 预习物理实验学习导航

专业物理实验教材中介绍了基础光纤激光实验的实验目的、实验原理, 实验仪器、实验内容与步骤、注意事项、预习思考题以及讨论题七部分实验内容。其中实验目的包括了做本实验需要达到的3个实验目的。实验的原理包括了光纤激光器的结构、掺杂铥离子的能级结构和光纤谐振腔结构三小部分内容, 在光纤激光器的结构中, 教材给出了光纤激光器的原理方框图, 并对光纤激光器的各个组成部分作了简要说明, 光纤激光器原理是学生需要掌握的重点内容, 也是学生难于理解的一部分内容, 尽管教材中用文字说明结合图像阐述了光纤激光器原理, 但学生理解起来仍然很困难, 所以我们制作了CAI课件, 用形象生动的动画表现出了光纤激光器原理 (如图2所示) 。

2.3 实验要点突破模块

2.3.1 实验原理与背景知识模块

本实验研究792 nm波段泵浦光泵浦Tm3+的3F4能级。如图3所示, 该抽运波段等效于4准能级系统。在激光泵浦的作用下, 光纤中的掺铥原子吸收激光的能量从基态跃迁到3H4能级, 粒子在该能级的寿命约14.2 µs, 粒子最终回落到3H5能级上, 由于3H5能级的粒子寿命短, 粒子又回落到3F4能级上, 从而将此系统简化为一个3能级系统。

7 9 0 n m泵浦铥离子有很高的效率, 3H6能级跃迁到3H4能级的受激吸收截面如图4 ( a ) 所示。3F4能级辐射到3H6能级的受激发射截面如图4 (b) 所示。铥离子基态3H6到3H4的能级间距, 匹配激光的频率。

当激光达到使3H4能级积累的粒子多于基态, 即出现粒子数反转, 能级3H4态粒子跃迁到基态的就形成2 µm激光[18]。

2.3.2 掺铥光纤激光器的设计模块

(1) 比较常见光纤激光器的特点。

(2) 分析光纤激光器各组成部分的作用。

(3) 完成掺铥光纤激光器的设计。

2.3.3 掺铥光纤激光器性能参数的测试模块

(1) 分析不同实验方案的特点。

(2) 搭建掺铥光纤激光器实验系统。

(3) 在掺铥光纤激光器的输出端接上测量仪器。

(4) 测量光纤激光器的性能参数。

2.4 在线交流

专业物理实验在线交流提供了一种新的交流互动模式即移动手机微信群模式, 现今微信已经被广泛接受应用、同时也深受大学生的喜欢、希望通过微信可实时进行教师-学生、学生-学生讨论。在微信中设实验讨论区、教师答疑区和教学反馈调查等栏目, 使大学生在快乐中解决自己遇到的问题。

3 结束语

环境实验平台 第4篇

实验教学是高等教育教学过程中实践性教学的一个重要环节, 是建立学生工程意识, 培养学生的知识运用能力、创新能力和实践能力, 提高学生综合素质的过程[2]。根据国家教育部关于加强实践环节教学要求的精神, 我校结合自身的特点, 加大了实验室的建设力度, 重新规划了专业实验平台, 把实验课程与实际工程联系起来, 培养学生较强的技术思维能力, 能够解决生产实际中遇到的具体技术问题, 使学生在工作时能尽快成为高等专业技术应用型人才。

1 实验教学的现状及存在的问题

1.1 学生对实验课程的重视程度不够

学生对实验课程的重视程度不够, 实验教学一直处于理论教学的从属地位, 从实验课课时看, 实验课的课时少于理论课的课时, 学生把实验课看做是理论课的附属课程, 按照实验报告上的内容做实验就可以, 完全机械模仿, 不自己动脑思考, 认为其不重要;从考核方式看, 实验课的考核方式一般为提交实验报告, 以实验报告得分为实验课最终的成绩, 而对学生在课堂表现出的实际操作能力没有具体的评分规则, 致使实验课成绩无法真实地发映出学生实际掌握实验的基本技能和解决实验中具体问题的能力;从学生未来工作发展角度看, 实验课的内容与工程实际没有结合在一起, 学生认为对其未来工作发展没有起到作用, 实验报告相互抄袭, 对实验结果不去分析总结, 对实验报告上的思考题也不去思考, 从根本上忽视了实验的实际意义, 学生的动手能力、分析能力和实践能力都得不到提高。

1.2 实验教学内容与工程实际偏离甚远

目前, 实验课的内容与实际工程应用联系不多, 实验可用性不强, 学生所学的理论知识与工程实际严重脱节, 因此学生学习的兴趣不大, 收获也不大。学校的实验课的内容是根据理论课的内容进行安排的, 多为验证性实验, 不能适应复杂的工程实际需要, 甚至有些学生上过实验课之后不知道如何把实验课中用到的测量工具、测量方法应用到实际的工程中, 为工作进度增加了阻力。

1.3 各门实验课之间的联系不够紧凑

由于各门实验课的内容都是按照相应的各门课程的课本编排, 并没有兼顾到相关学科, 学生在做实验时, 均为单独的实验, 知识点和实际应用无法融会贯通, 限制了学生的思维方式, 强调了各学科之间的特点, 却忽视了其内在的联系, 不利于学生综合能力的提高。例如空调制冷技术实验、通风除尘实验和建筑环境测试技术实验等专业实验课程教学内容可以进行结合, 提高学生对各门课程的知识相互结合、综合分析理解问题的能力。

2 实验教学改革的思路及内容

2.1 提高学生学习兴趣, 拓宽学生学习方法

提高学生的学习兴趣, 有助于学生保持长时间、持续的学习兴趣, 能够深入理解知识, 激发学生学习的求知欲。从实验课课时看, 实验室为开放性实验室, 可供学生随时来做实验, 有助于培养学生养成良好的科研兴趣和习惯。从考核方式看, 要加强实验考核, 科学地评价学生能力。实验成绩考核是实验教学的关键环节, 只有建立科学的实验成绩考核制度, 完善实验课程考核方法, 才能真正发挥实验课程教学的重要作用[3]。改变传统的实验考核方式, 将实验考核方式设置成两部分内容, 一部分为提交实验报告所得分数, 另一部分为学生提交论文, 对做过的实验写出实验的心得体会。两部分评分相加为整个实验操作部分的得分。从学生未来工作发展角度看, 设置一些与工程实际相结合的实验课程, 使实验课程能够适应专业教学和科研的要求, 提高学生解决工程实际问题的能力, 以满足当前社会对科研人才的要求。从以上几方面进行改革, 培养学生的学习兴趣和在实际工作中思维的灵活性, 养成严谨的科学态度和良好的实验习惯。

2.2 充实教学内容, 提高教学质量

实验是科学理论的源泉, 也是工程技术的基础, 实验教学内容应由过去纯粹理论基础性的内容向应用性、兴趣性和开拓性的内容转变。从实验指导书方面改进, 实验课教授过程从老师以教为中心转为学生以学为中心。为了巩固学生在做实验之前对实验课程理论知识的掌握程度, 涉及到实验课程部分的理论知识要在实验报告上进行体现和扩充, 学生预习时将理论部分写好。从实验教学方面改进, 对于一些课程的实验, 可以让学生自行进行实验设置, 或者给出学生实验装置, 由他们确定实验装置如何安装, 需要测定的参数, 预期达到的效果。

2.3 建立与工程实际相结合的实验课, 提高学生解决工程问题的能力

传统的实验教学方式一般都是按照实验指导书的方法和步骤来进行实验, 得到实验数据, 填写实验报告, 学生不再动脑思考, 也不会观察实验现象和分析结果, 不能解决工程实际中的测试问题。工程中遇到的实际问题, 必须由实验人员根据实际情况自己设计实验, 准备实验设备, 观察实验现象, 处理实验数据, 分析问题产生的原因及解决的办法。这就要求学生有能解决工程实际问题的能力, 真正掌握实验方法和实验技能。在实验教学中就加入这项内容, 帮助学生提升实验技能, 可以制定一些纠错实验或一些标准实验设备的制定, 让学生深刻了解一些实验设备的制作过程, 理解实验设备的运行原理, 掌握具体的实验技术, 积累实际的测试经验。

3 结论

实验教学是建筑环境与设备工程专业教学的重要组成部分, 是培养学生较强的实际工程技术思维能力、实践能力和创新能力, 提高学生综合素质的重要过程。因此, 对本专业的实验教学进行改革, 将实验课程的内容与实际工程相结合, 改变传统的实验教学模式、教学内容和教学方法, 提高学生学习的积极性和主观能动性, 让学生更多地接触工程应用中的实际案例, 更好地服务于社会。

参考文献

[1]李志生, 王晓霞, 刘旭红.建筑环境与设备工程专业实验平台的开发[J].高等建筑教育, 2009 (4) :123-125.

[2]王建祥, 苏枋, 葛倚汀.工程力学实验教学的改革与探索[J].实验技术与管理, 2010 (1) :130-133.

环境实验平台 第5篇

云南地域广阔、地形特征复杂, 区域差异和垂直变化十分明显, 年温差小, 日温差大, 降水充沛, 干湿分明, 分布不均, 使安装在现场的电子设备耐温湿度变化的能力受到极大考验。既影响电力设备的准确性也影响其绝缘性, 设备的可靠性与安全性得不到保障[1—4]。因此研究高海拔地区温湿度对电力设备的影响变得尤为重要, 建立起一套基于电力设备的环境实验平台, 对设备在未安装前进行相关试验评价其性能显得很有必要。

1 云南地区温湿度对电力设备的影响

1.1 变电站测温装置故障统计

云南地势北高南低, 气候偏差较大, 在电力设备运行和存放的过程中, 因为温度和湿度这两个因素对设备的准确性和使用寿命起到了关键作用, 不同地区由于不同的地理位置, 产生的温度、湿度效应也各不相同。表1是云南2008年度几个地市变电站预试定检压力式温度计设备故障次数统计。

备注:其他原因包括人为因素、设备本身问题等原因。

1.2 设备故障分析

由表1压力式温度计测温装置在一年中共出现故障209次, 温湿度因子造成压力式温度计测温装置故障占总故障次数的28.7%, 准确度因子造成压力式温度计测量装置故障占总故障次数的31.6%, 老化因子造成压力式温度计测量装置故障占总故障次数的30.6%, 振动因子和其他因素造成压力式温度计测量装置故障占总故障次数的9.6%。

由此可以看出, 准确度、老化因子对电力设备影响最大, 温湿度因子对电力设备影响其次, 建立基于温湿度因子的电力环境试验平台显得很有必要。

2 电力设备环境实验平台简介

2.1 平台搭建

目前, 环境模拟技术已趋成熟, 加之自然气候曝露试验的周期过长, 气候的变化无常使试验结果的再现性很不理想。因此, 环境模拟试验得以推广应用, 并真实地模拟试验对象实际经受综合环境的影响, 增加试验的真实性和可靠性[5]。电力设备环境实验平台针对典型环境的特点用人工的方法模拟和强化主要环境因子, 在实验室条件下经过较短的时间, 快速评价电子设备的耐老化性和耐极端气候的稳定性。该平台满足模拟性、加速性和重现性三个基本条件, 从而实现人工气候试验的结果和天然暴露试验结果的相关性。目前该平台已开展了覆冰监测系统覆冰监测终端设备入网检测、多功能电子式电能表及配套设备的环境实验、变电站高压开关柜无线测温装置测试以及输电线路全工况无源光纤监测系统测试工作。

环境实验平台包括气候类环境实验室、机械振动类实验室和多功能人工气候模拟实验室, 试验项目既能满足相关国家、行业标准要求。环境实验平台试验项目如图1所示。

由于环境实验平台同时施加多种影响因素, 为了模拟平台更好地稳定工作需装设单独的电源控制室, 同时更好地模拟高海拔地区极寒、极冷的条件需装设冷却塔, 为了更好地观察设备在动态情况下的运行状态, 还需在多功能人工气候模拟系统考虑加装模拟运行的程控电源装置、运行校验测试装置、通信接口、人员控制台等, 具体在实验室的规划布局情况如图2所示。

2.2 环境实验平台的温湿度指标

环境实验平台的温湿度因素主要影响气候类环境试验中的高低温试验和交变湿热试验。实验平台温湿度工作范围为-60~125℃和10%~95%RH, 使用环境温度:20±5℃, 温度波动度:≤±0.1℃ (15℃、20℃、30℃) , 温度均匀性:≤±0.2℃, 湿度波动度:≤±0.5%RH (20℃) , 湿度均匀性:≤±1.0%RH (20℃) 。该平台调温系统为PID调节, 调湿系统为双温法。

按国家标准规定, 温湿度试验的温度容差通常为±2℃, 湿度容差为±3%[6—11], 相应的试验点见表1, 温度测量系统的扩展不确定度 (k=2) 要求小于0.4℃[12], 湿度测量系统的扩展不确定度 (k=2) 应不大于被测湿度容差的1/3, 所以该项技术指标通常为1%RH[13] (表2) 。

3 环境实验平台中温湿度因子对电力设备的影响分析

3.1 环境实验平台中温湿度因子影响分析必要性

在电力设备运行和存放的过程中, 因为温度和湿度这两个因素对设备的准确性和使用寿命起到了关键作用, 不同地区由于不同的地理位置, 产生的温度、湿度效应也各不相同。所以, 按照国家标准或用户自定要求, 利用温湿度的变化, 针对电力设备在高温、低温的环境下贮存或使用时的环境模拟试验很有必要。试验后, 可以分析不同厂家相同功能设备的性能高低。例如, 在针对电力集抄相关设备、输电线路覆冰在线检测装置、高压开关柜无线测温装置以及输电线路全工况无源光纤监测系统的试验过程中, 设备在极端温湿度环境中的适应性对该设备性能好坏的判断起到了至关作用。

基于电力设备环境实验平台, 利用温湿度因素进行环境模拟试验, 根据试验数据分析电力设备性能是否符合预定要求, 是电力企业设备选型、设备使用以及设备存放、维护行之有效的手段。

3.2 温湿度因素对输电线路覆冰在线检测装置的影响分析

云南电网公司电能计量重点实验室环境实验平台于2008年起对不同厂家的输电线路覆冰在线检测装置进行入网检测工作, 并对5年的入网数据和设备挂网运行情况进行了追踪和统计, 相应的试验数据分析见表3。

注:同一设备不合格原因可多个, 出现任一不合格项则该设备不合格。

由图3可知, 温湿度因素对于输电线路覆冰在线检测装置的正常运行占了主导地位。该种装置是监测在恶劣大气环境中运行的高压输电线路及变电站绝缘子的覆冰 (雪) 情况的装置, 装置多在低温情况下进行覆冰预警, 因此设备生产厂家对该装置做了耐低温处理。然而, 试验数据分析可以看出, 低温是造成输电线路覆冰在线检测装置不合格的主要原因。由此可知, 基于电力设备环境实验平台, 利用温湿度因素进行环境模拟试验对输电线路覆冰在线检测装置是有用的。

3.3 温湿度因素对其他电力设备的影响分析

随着电网的发展, 在线监测系统越来越普遍的被运用到电网运行中。从2011年至今, 云南电网公司电能计量重点实验室环境实验平台除了开展输电线路覆冰在线检测装置入网检测工作以外, 还开展了多功能电子式电能表及配套设备的环境实验、变电站高压开关柜无线测温装置测试以及输电线路全工况无源光纤监测系统测试工作。相应的试验数据见表4。

由图4可知, 从2011年至今, 基于本实验室电力设备环境实验平台的入网检测工作中, 温湿度是检测电力设备性能是否合格的重要因素, 温湿度因素对电力设备环境实验的最终结果起到至关重要的作用。引入准确的温湿度因素, 能增加电力设备环境模拟试验结果的可靠性。

4 温湿度环境实验平台可靠性分析

4.1 装置跟踪分析

云南地域广阔、地形特征复杂、四季温湿度变化较大, 使安装在现场的电子设备耐温湿度变化的能力受到极大考验。从2009年1月至2013年12月, 对云南电网公司接入一级主站的86套输电线路覆冰在线检测装置进行跟踪和统计, 共记录缺陷246次, 其中137次发生在每年的11月至次年2月, 占总缺陷数的55.7%。而这137起缺陷主要集中在冬季低温多雪的迪庆和滇东北地区。因此, 根据电力设备安装地区的温湿度特点, 真实地模拟试验对象实际经受综合环境的影响, 可以增加试验的真实性。

4.2 对比试验分析

基于电力设备环境实验平台, 经过设备购置方和厂家同意, 将因温湿度因素不合格入网设备7台和合格的7台装设在单位外部进行运行监控, 时间段为2011年5月至2013年5月, 其中检测合格的7台设备运行正常, 无故障出现;4台输电线路覆冰在线检测装置和1多功能电子式电能表及配套设备, 在温度较低或者湿度较高的天气下, 均出现通讯异常情况, 1台变电站高压开关柜无线测温装置和1台输电线路全工况无源光纤监测系统, 在温度较低或者湿度较高的天气下, 均出现数据异常情况;

经过跟踪对比分析, 该实验平台能真实评价高海拔地区四季的温湿度对电力设备的影响, 保证高海拔地区电力设备的安全性与可靠性。

5 结语

环境实验平台 第6篇

关键词：实验室,资源整合,实验教学平台

随着高校办学规模的不断扩大和高校实验教学改革的不断深化, 实验室作为培养学生动手和创新能力的场所进一步得到重视, 课程体系在理论知识结合实践的同时, 把实验项目的开设也放在了同等重要的地位, 对实验室的需求也进一步加大。

一、实验室资源的使用状况

高校实验室在管理体制等方面, 存在着一定的问题, 导致实验室资源使用效率不高, 在一定程度上制约着实验教学的深化改革。实验室资源在管理和使用方面存在着“四重四轻”的现象。

1.重使用, 轻维护。

目前, 实验室资源的维护跟不上实验教学改革的步伐, 谁都想用实验室, 但谁也不想管理实验室, 实验室的护理和维修工作跟不上, 技术人员不到位。维护和维修工作做好了, 使用寿命就会延长, 使用周期延长了, 学院投入的周期就延长, 自然投入的成本也会大大降低。

2.重处置, 轻调配。

实验教学设备更新换代比较快, 但一旦要进行设备处置, 一般都是成批量的, 有些可能不能用了, 有些则可以调配使用, 但可调配使用的这一部分却没能得到充分利用。实验室日常管理部门没有充分重视调配工作, 一方面, 存在浪费现象, 另一方面, 又无法满足学校其他学科的实验教学需要。

3.重硬件投入, 轻软件建设。

使用单位建设实验室时, 对硬件设备配置的要求往往远远超出实验教学的需求, 但在软件建设上, 如实验室管理制度、实验技术队伍和人才培养等方面重视不够, 往往达不到《高等学校基础课教学实验室评估标准》和《高等学校专业课教学实验室评估标准》等文件的要求。

4.重部门掌管, 轻资源共享。

由于大部分高校的实验室直接由二级单位支配, 很难做到资源共享;要改变这种状况, 首先要改变“实验室建设以课程和专业为导向、仅为某课程或专业配套”的做法, 要坚持以学科甚至学科群为导向, 以实验室功能为出发点, 从全院学科发展的需求整体统筹建设问题。

二、实验室资源整合的重要意义

实验室资源在使用和管理上存在“四重四轻”现象, 在一定程度上直接影响了实验教学资源的充分利用, 导致实验室资源分散、重复建设、办学成本加大, 实验室建设场地紧缺、建设资金缺乏, 实验室专业力量分散、整体实力不强以及实验室的使用率严重偏低、实验资源使用率不高等。因此, 对实验室资源进行整合显得越来越重要, 具有以下几个方面的意义。

1.能改变学校多头投入和管理, 避免一个课题组或一个专业专门设立一个实验室的现象, 提高仪器设备的使用率和效益。

2.整合现有实验室管理人员, 根据各实验室承担教学任务重新优化人员结构, 缓解学校实验室管理人员不足的压力, 也能调动实验人员的积极性, 加强实验队伍建设。

3.打破院系专业界限, 充分利用学校现有资源, 把各专业在软件使用上不同的实验课程整合在一起, 避免资源重复建设, 充分利用现有实验场地和实验设备, 降低学校办学成本。

4.促进教学与科研的结合, 提高实验教学与科研整体规模和水平。

三、整合实验室资源, 构建五大实验教学平台

对实验室资源进行整合, 必须以学科发展为导向, 以功能整合为基础, 以优化结构、合理配置资源和提高使用效益为目标。根据一般经济管理类高校的特点, 计算机设备为实验室的主要设备, 通过借助计算机运行实验教学软件开展实验教学, 从各学校的实际出发, 可以通过整合实验室资源, 构建五大综合实验教学平台。

1.构建经济管理类专业实验教学平台

在学校经济与管理实验教学中心的基础上, 加强对中心的环境改造、设备更新, 完善经济与管理实验教学中心的功能建设, 建设网络化的实验教学和实验室管理平台, 实现网上辅助教学和网络化、智能化管理。经济管理类实验教学平台必须通过整合和建设有ERP实验室、经济与管理专业实验室、会计手工模拟实验室、金融实验室和物流实验室等实验教学资源。

2.构建法学类实验教学平台

通过建设法学实验教学中心, 构建法学类实验教学平台。法学实验教学中心的建设主要有以下几大部分:模拟法庭、法律实务实验室、司法技术实验室、仿真实验室、法律社会服务中心和司法案例信息库等。围绕模拟法庭开展实验教学, 带动学生参与物证技术和文检鉴定等实验, 为学生提供一个模拟的仿真的教学平台环境。

3.构建理工类实验教学平台

目前, 学校许多专业课程的实验教学均是以基于计算机、网络技术为基础的实验教学平台。通过对计算机科学与技术、软件工程、管理信息系统、电子商务、信息与计算科学、数学与应用数学、资源与环境等专业的实验教学需求按照一定的课程体系结构进行资源整合, 建设理工类实验教学中心, 构建理工类实验教学平台, 充分发挥实验室整合的优势、实现资源共享的最大化。

4.构建传媒技术实验教学平台

依据现有人文类专业和新增专业的设置及人才培养目标的要求, 按照不同的媒体类型进行整体规划。为了满足新建专业的实验教学需要, 培养动画专业高素质应用型人才, 在现有广告学和新闻学专业实验室实验条件的基础上, 按照新增专业实验教学要求, 通过对新闻学、编辑出版、广告策划与经营管理、广告艺术设计、玩具与游戏设计和动画等专业实验教学教学资源进行整合, 建设成人文类实验教学中心, 构建传媒技术实验教学平台。

5.构建基础课实验教学平台

根据教育部2004年对“大学英语教学改革”工作要求, 大学英语教学改革是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分, 是提高人才培养质量的一项重要工作。大学英语教学改革主要立足于计算机技术、网络技术和课程教学内容的构建, 提倡学生利用网络进行大学英语自主学习。在大学英语教学改革计算机网络机房和现有计算机基础实验室的基础上, 有计划地完成计算机基础和大学英语的教学平台整合工作, 构建面向全校性的集基础课教学、考试、学生开放式学习于一体的“两基”实验教学平台。

总之, 高等学校实验室是培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质”人才的基地, 是科学创新的源泉。在目前办学规模不断扩大, 实验资源缺乏的状况下, 对资源进行整合和优化, 构建综合性实验教学平台, 不但能解决实验教学资源的需求问题, 而且通过整合资源、扩大实验室建设规模, 能促进实验教学与科研的有机结合, 此外, 一个大的实验教学模拟环境, 对培养学生的实践能力和创新能力也有着至关重要的重要, 为培养和造就优秀的面向21世纪的新型经济管理类人才提供保障。

参考文献

[1]潘蕾.深化实验教学改革适应人才培养需要[J].实验技术与管理.2002, (19) .

[2]黄剑平.深化高校实验教学改革的思考.咸宁学院学报, 2003, (23) .

[3]利晋, 陈新.高校实验室建设与资源共享的探讨.军工高教研究, 2003, (21) .

环境实验平台 第7篇

关键词：实验教学平台,电气与新能源,实验室建设

一、实验教学平台建设

实验平台是高等学校教学和科研的重要基地, 是新形势下培养高素质人才、出高水平成果、服务经济建设的主要场所[1], 实验平台建设是整合并节约资源、强化教学能力的一种有效途径[2]。盐城工学院电气工程学院依托电气与新能源类优势学科、特色专业及江苏省级示范中心建设, 加强教学科研结合和产学研合作, 促进专业交叉融合, 整合现有基础和专业的实验以及实习实训实验室, 完善与改革实践教学体系, 实现专业学科协同创新, 加强校企联合, 构建培养大学生创新精神和实践能力的综合性电气与新能源实验教学平台。

1. 电气与新能源类专业综合实验教学平台建设

完善与改革电气与新能源类各专业现有基础与专业实验室, 实现各专业实验室交叉渗透, 构建服务电气学院的综合实验教学平台。

优化电工电子基础实验教学资源, 将基础实验与专业实验有机融合, 服务新能源科学与工程、电气工程及其自动化、自动化、建筑电气与智能化等专业及科研创新活动, 实现基础、应用与创新之间的相互促进。

根据电气学院专业设置特点, 建设从新能源 ( 风电、光伏等) 的产生到楼宇、电动汽车等电气用户智能化的电气及自动控制全过程, 充分体现学科交叉的实验项目, 通过不同专业系统的组成、运行的构建, 加强不同专业间的交叉与互补, 扩展专业视野, 实现多专业相互支撑、协调发展。

2. 专业渗透与协同综合实验教学平台建设

电气自动化设备被广泛应用于材料科学与工程、化工工程、机械设计制造工程、信息工程、环境工程等不同专业领域, 将不同领域设备的电气自动化实验教学内容统一构建在电气与新能源实验平台上。建设覆盖盐城工学院的电气与新能源实验实践教学体系, 实现专业实验室和学科重点实验室相互衔接、资源共享、有机融合, 实现专业渗透与协同, 为地方新兴、特色产业提供支撑。

3. 综合实验实践开放教学平台建设

以各专业学生的专业创新能力和实践动手能力培养为主线, 建立校内认知教育基地、基础与专业开放实验系统、虚拟仿真实验系统、网络化实验教学平台、大学生校内创新创业基地、对外服务等综合实验实践开放教学大平台。

( 1) 专业认知教育平台建设。

建立专业认知实习大平台, 紧密结合工程实际应用背景, 实现从风光互补发电、供配电到过程装备、建筑电气设备自动化、智能化控制与管理的实验集成, 完成电气与新能源类专业实验设备整合。

( 2) 课内外实验开放平台建设。

各实验室在教学计划内、实验课程安排之外以多种多样的形式对全校学生开放, 并确保开放的实验时间和实验内容, 特别要积极接纳学生课外科技创新活动小组。

( 3) 虚拟仿真实验系统平台建设。

建设虚拟仿真实验系统, 建设电气与新能源类专业相关实验设备资源查询、网络学习资源和实验教学管理资源, 虚实结合、相互补充。

( 4) 网络化实验教学平台建设。

建立丰富的网络实验教学信息资源, 基础与专业实验教学资源, 软件和多媒体学习资源、专业数据库资源等资源平台。

( 5) 大学生校内创新创业开放平台建设。

建立面向课程设计、毕业设计、各类学科竞赛的综合实践教学训练体系, 建立完整的创新创业平台, 面向全校学生开放, 并为大学生参加校级、省级、国家级各类学科竞赛提供支持。

( 6) 对外开放服务平台建设。

实验中心面向社会开放, 接待地方企业、事业单位, 开展多种形式的技能培训、技术咨询、产品开发、校企合作等。

4. 校企联合综合实践教学平台建设

加强校企合作, 推进科研与教学紧密结合, 促进产学研协同发展。完善提高校外实践教育基地建设, 依托学校国家级大学生校外实践教育基地与校外实习基地, 进一步与国家风电设备质量监督检验中心、华锐风电科技 ( 集团) 股份有限公司、西门子工业自动化与驱动技术集团等企业合作, 共建校企综合实践教学平台。

二、完善实验教学体系, 优化与更新实验教学内容

完善与改革电气和信息类各专业实践实验教学体系、面向全校各专业的电工电子实践实验课程体系和全校其他服务专业课程教学体系。从顶层设计和全校角度出发构建电气与新能源综合实验教学中心的实验、实践教学体系, 实验教学体系包括基础、应用和探索创新三个层次, 在现有实验教学体系与内容的基础上优化与更新实验教学内容。

三、创新实验教学模式, 改革教学方法

实验中心以学生为本, 创新和使用多样化的教学方法, 采用现代化的教学手段, 开发综合性、设计性、创新性实验项目。实行基于问题、项目、工程案例的互动式、研讨式教学方式和自主、合作、探究的学习方式。

( 1) 构建电气与新能源综合性虚拟仿真平台, 建设丰富的新能源工程、电气工程、自动化工程、建筑电气等相关专业领域学习资源和实验教学管理资源平台, 实现虚拟仿真与真实体验相结合。

( 2) 全面开放基础与专业开放实验系统、虚拟仿真实验系统、大学生校内外创新创业基地、校企联合综合实践教育平台, 以学生自主实验为目标, 实现实验项目自主选择、方案设计指导提示、数据分析科学判断、实验问题实时交流、考核成绩信息管理系统化。

( 3) 将科研实验室与科研成果引入实验中心教学内容, 努力将专业基础与前沿技术、经典与现代理论、方法与技术相结合。

( 4) 将校内实验延伸到企业实践中, 提供给学生更加丰富的实验资源及更多的工程素质锻炼, 实现基本技能规范训练与创新能力培养相结合, 有效提高学生实践能力。

四、实验中心师资队伍建设

优化实验中心师资队伍, 建设一支结构合理并具备高水平、可持续发展、长期稳定的创新型实验教学与管理队伍。中心师资队伍专兼职并行 ( 组成模式见表1) , 明确工作职责, 以满足电气与新能源类专业日益发展的需求。

( 1) 完善实验中心教学队伍的建设与培养机制, 优化师资队伍结构, 实现师资队伍整体水平的提高。

( 2) 加大中心高水平高层次教师的引进与培养力度, 实现人才引进与自主培养互补, 实现理论教学教师与实验教学教师互通, 同时聘请高水平企业技术人员担任兼职教师。

( 3) 建立实验教学与管理人员的定期培训、交流机制, 提高实验技术人员的理论与实践水平, 提高中心实验设备仪器的维护、保养能力, 保证实验设备运转效率。

( 4) 加大青年教师实践能力的培养力度, 给青年教师提供科研实践、技术培训、各类技能大赛、社会实习锻炼等各种机会, 提高青年教师学术水平和实践能力, 加速青年教师成才。

五、结束语

省级实验教学示范中心的建设促进了学院实验室建设和实验教学改革, 使实验室整体面貌发生了令人瞩目的变化。实验室建设与发展应与时俱进, 为适应社会发展的需要, 必须不断深化实验教学改革, 加强实验教学管理, 充分发挥实验教学在“培养学生实践能力和创新能力”方面的作用, 使示范中心更具“榜样性”和“导向性”。

参考文献

[1]马建.建设西部高校实验室大平台[J].实验室研究与探索, 2005, 24 (4) :1—4.

[2]徐格宁.构建地方高校实验教学大平台的探索与实践[J].实验室研究与探索, 2010, 29 (5) :1—11.

[3]韦化.地方高校实验教学示范中心建设的研究与实践[J].实验室研究与探索, 2008, 27 (9) :67—70.

[4]张文桂.实验教学示范中心建设的思考与实践[J].实验技术与管理, 2008, 25 (1) :1—4.

环境实验平台 第8篇

关键词：有机朗肯循环,试验台,正交实验法,优化设计

1 概述

近年来, 能源的高速消费及安全供应问题引起了社会的广泛关注, 为了有效解决能源问题, 国家提出了开发与节约并重的指导方针。按国务院制定的《节能减排综合性工作方案》的目标任务和总体要求, 我国的节能减排工作任重而道远, 亟待突破节能减排的技术瓶颈[1]。我国的低品位热能资源丰富, 利用率却较低, 因此利用低温余热的热能, 将其转换为电能, 是节能减排的有效途径。目前低温余热回收的研究热点集中在有机朗肯循环技术, 此项技术的开拓决定了未来低温余热回收利用的发展。

有机朗肯循环是以低沸点有机物为工质的朗肯循环。由于其具有蒸发温度和冷凝温度较低、热效率高及设备相对简单的特点, 被认为是一种有效的低品位热能发电利用技术。从研究方法上来看, 学者们主要采用理论分析、数值模拟、实验研究的方法。其中, 实验研究的方法较为直观, 可以验证和检验理论研究的结果, 测试结果具有较好的工程实践意义。Andersen W C等通过实验研究发现有机物工质化学稳定性对ORC经济性的影响。Badr O等从临界压力、温度特性、化学稳定性等各方面研究了有机物工质的选用原则。顾伟[2]等建立了1k W级小型ORC发电实验装置, 从系统的角度对ORC的性能进行分析。张圣君[3]、杨晓晨[4]等建立ORC系统测试试验台, 分析了影响ORC性能的主要影响因素。徐荣吉[5]等建立了内回热/无回热ORC的实验台, 对不同形式的ORC系统的性能进行研究。国内的研究者主要从系统的角度来对ORC的性能进行研究, 重点关注了影响系统性能的参数指标, 并提出了一些建议性的结论。然而, 这些研究中, 多是搭建好相关的实验平台, 再进行测试, 对系统的搭建方法介绍甚少。实验平台的设计往往是采用经验方法, 导致实际ORC实验系统效率仅有3%~8%, 远低于理论效率。在实际的实验中, 往往达不到既定的效果, 导致试验台的不断的改造, 浪费大量的时间和精力。

文章采用正交实验法对ORC试验台的测试范围进行优化设计, 研究结果有助于实验平台中关键设备的选型, 对试验台的搭建具有一定的指导意义。

2 有机朗肯循环

类似于水蒸气朗肯循环, 理想的有机物朗肯循环过程包括绝热膨胀、定压冷却、绝热加压以及定压加热四个过程, 对应的有机物朗肯循环的四个主要设备为膨胀机、冷凝器、工质泵和蒸发器。

3 正交实验法

3.1 正交试验的基本原理

正交试验是用正交表来安排与分析多因素试验的一种实验方法。它在试验因素的所有水平组合中, 挑选有代表性的组合试验, 通过此部分试验结果分析来了解全面试验情况, 找到最佳水平组合。

3.2 正交表及其基本性质

正交表用于正交设计安排试验和分析试验结果。以L8 (27) 正交表为例, “L”表示正交表;“8”代表8 行, 用下表安排包含8 个处理 (水平组合) 的试验;“2”代表因素水平数, “7”代表7 列, 这张表最多有7 个因素。

正交表的基本性质:

(1) 正交性:任一列, 各水平均出现, 出现次数相同;任两列间, 各不同水平全部可能组合均出现, 出现次数相同。

(2) 代表性:任一列, 各水平均出现, 部分试验包含全部因素的全部水平;任两列间, 各不同水平全部可能组合均出现, 任何两因素试验组合均为全面试验。正交试验点在全面试验点中均衡分布, 有强代表性。正交试验的最优条件与全面试验的最优条件, 趋势性一致。

(3) 综合可比性:正交性决定任何因素各水平具有相同试验条件。

4 ORC实验平台的正交实验

在实验平台设计中, 采用编程软件建立有机朗肯循环计算模型, 工质的物性参数使用美国国家标准技术研究所 (NIST) 编写的REFPROP 9.0 软件获得。该实验平台采用的有机工质为R245fa, 为亚临界循环。热源形式为150℃左右的废热油, 采用水冷的方式进行冷却。影响有机工质的变量很多, 文章选取在实验台运行中影星程度较大的8 个参数作为考察对象, 每个参数选取3 个水平, 进行实验平台的优化设计。按照传统的遍历所有组合的方法, 该计算过程将有38=6561 个组合, 计算量将偏大, 不利于快速准确的选定实验平台的设计范围。基于正交实验可以较好的采用特殊的少量水平组合代表整体数据空间的特点, 文章选用正交试验的方法对实验平台参数进行正交实验, 以确定该系统关键参数的运行范围和趋势。

4.1 确定实验指标

影响有机朗肯循环发电系统效率的因素很多, 如热源温度、冷却水温度、换热器夹点温差、膨胀机等熵效率、工质种类、换热器种类、泵效率等。根据有机朗肯循环的基本原理、实践经验以及现有的文献研究, 最后选取热源温度、冷源温度、热源夹点、冷源夹点、膨胀机效率、泵效率、热油温降、冷却水温升这八个因素作为本实验的影响因素, 分别记作A、B、C、D、E、F、G、H。

4.2 制定因素水平表

根据文献研究和实践经验中各因素的水平范围, 这八个因素均取三个水平, 其中冷却水温升选取两个水平。因素水平表见表1。

4.3 选择正交表

以试验因素及交互作用能够安排下为前提, 尽量用较小的正交表, 从而让试验次数减少。根据因素、水平及考察的交互作用数量选择正交表。本实验中有7 个3 水平因素和1 个2 水平因素, 本实验不考虑各因素间的交互作用可以选用L13 (37*21) 正交表。

4.4 表头设计

按实验因素水平将试验因素和考察的交互作用安排到正交表各列中, 设计实验表头。本实验不考虑因素的交互作用, 表头设计见表2 所示。

4.5 实验计算

利用编程软件编写有机朗肯循环系统的模型程序, 计算不同的因素水平组合下有机朗肯循环的性能参数, 这些参数主要包括输出功、吸热量、放热量、热效率以及各设备的运行参数。下面以输出功指标为例, 将计算结果列入下面的数据记录表 (表3) 中。

4.6 数据处理与分析

正交实验的数据处理计算简便, 直观。数据处理主要包括:

(1) 计算各因素同水平的指标和Kjm与平均值kjm。由kjm大小可以判断第j列因素优水平和优组合。

(2) 计算各因素的极差Rj。Rj为第j列因素的极差, 反映了第j列因素水平波动时, 试验指标的变动幅度。Rj越大, 说明该因素对试验指标的影响越大。根据Rj大小, 可以判断因素的主次顺序。

以输出功为评价目标的正交实验数据处理结果如表4 所示。

根据处理后的数据, 从极差的排名可以看出, 膨胀机效率对膨胀机的输出功影响程度最大, 其次是热源温度和冷源温度。

以各因素水平为横坐标, 试验指标的平均值为纵坐标, 绘制因素与指标趋势图, 如图1 所示。直观分析出指标与各因素水平波动的关系。

绘制得到的趋势图可知, 对于因素:热源温度、膨胀机效率、热油温降、工质泵效率等, 其水平值应该是越大越好, 对于因素:冷却水温度、换热器夹点温差、冷却水温升等, 其水平值应该是越小越好。同理, 可以对其他评价指标进行分析。

5 结束语

根据正交实验数据分析结果, 可以得出以下三个结论:

(1) 影响有机朗肯循环输出功的因素中, 最重要的是膨胀机效率、热源温度, 其次是冷却水的温度, 最后是换热器夹点温差。

(2) 各影响因素中, 热源温度、膨胀机的效率和工质泵效率等指标是越大越好, 冷却水温度和换热器夹点温差是越小越好。

(3) 在给出的各因素水平范围内, 最佳的组合方案是:热源温度165℃, 冷却水温度15℃, 夹点温差5℃, 膨胀机的等熵效率为0.8、工质泵效率0.5、冷却水温升0.2℃。在该条件下R245fa有机朗肯循环发电系统输出功最大。

参考文献

[1]王华, 王辉涛.低温余热发电有机朗肯循环技术[M].北京:科学出版社, 2010.

[2]顾伟, 翁一武, 王艳杰, 等.低温热能有机物发电系统热力分析[J].太阳能学报, 2008, 29 (5) :608-612.

[3]张圣君.低温地热发电循环理论优化与有机工质朗肯循环性能实验研究[D].天津大学, 2012.

[4]杨晓晨.低品位余热的有机朗肯循环发电系统的实验分析与优化设计[D].天津大学, 2011.