ch.05-热流体工程和微系统设计
力学研究所专业分支
①1001 英语②2539 数学（一）③3084 等离子 体物理或 3380 流体力学或 3459 燃烧学
①1001 英语②2539 数学（一）③3362 理论力 学或 3380 流体力学或 3673 统计热力学
①1001 英语②2539 数学（一）③3362 理论力 学或 3380 流体力学或 3673 统计热力学
①1001 英语②2539 数学（一）③3081 弹性力 学或 3536 生物力学或 3673 统计热力学
10 微米/纳米尺度力 张泰华
学试验技术及其表征方法
11 材料的损伤、破坏 汪海英
行为，微纳米力学
12 材料力学，不同尺
度下材料变形机理，计算 魏宇杰
固体力学
080103 流体力学
01 燃烧基础及应用；
10 个方 向 ①1001 英语②2539 数学（一）③3380 流体力 学或 3673 统计热力学
①1001 英语②2539 数学（一）③3362 理论力 学或 3380 流体力学或 3864 应用光学
①1001 英语②2538 数学（二）或 2539 数学（一） ③3052 电子学或 3864 应用光学
赵亚溥 力学/分子动力学/连续介 质力学跨尺度模拟
06 冲击动力学；非晶 合金/金属玻璃变形与断 戴兰宏 裂；微纳尺度力学
07 纳米结构材料与力 武晓雷
学性能 08 仿生材料力学、微
纳米尺度力学、复合材料 陈少华 力学
09 生物和仿生材料的 结构与性能；先进陶瓷的 宋凡 结构设计与高温性能
①1001 英语②2539 数学（一）③3362 理论力 学或 3380 流体力学或 3864 应用光学
力学研究所专业分支
学科、专业名称（代码）
清华考研辅导班-清华大学动力工程及工程热物理考研参考书目
清华大学动力工程及工程热物理考研参考书目清华考研辅导
学院
专业名称及代码
参考书目 科目名 参考书
出版社
作者
盛世清北—专注清华大学考研|保研|考博辅导
热能工程系
080700 动力工程 及工程热物理
称
823 热 流基础
《工程 热力 学》 《工程 热力 学》
《流体 力学》
清华大 学出版 社 高等教 育出版 社 清华大 学出版 社
清华考研辅导班-清华大学动力工程及工程热物理考研参考书目
专业介绍
“动力工程及工程热物理”主要学科方向有热力循环理论与系统仿真、热流体力学与叶 轮机械、内燃机燃烧与排放控制、汽车动力总成与控制、工程热物理、制冷空调中的能源利 用、低温系统流动传热、煤的多相流燃烧热物理等。注重与化工、生物、信息、环境等学科 的交叉与结合，发展学科新生长点，包括燃料电池与燃气轮机联合发电、石油替代途径与新 能源汽车、太阳能热利用与建筑节能、纳/微系统输送和温控、生物质气化发电、光催化制 氢和电动汽车多能源动力控制系统等清华考研辅导班。
朱明善 等
沈维保研|考博辅导
重要研究项目清华考研辅导班 一、动力机械及工程专业：燃气轮机性能与计算机仿真、燃气蒸汽联合循环、叶片机气 动热力学 、热能动力系统状态监测和故障诊断 、内燃机增压、性能优化与控制、内燃机燃 烧与排放控制 、汽车动力系统与电控 、内燃机结构强度与可靠性。二、制冷及低温工程专 业：制冷空调中的能源利用与环境控制、制冷空调系统的仿真优化控制、气体液化、贮运及 低温传热、空调系统节能、自动化及室内空气品质。三、热能工程专业： 多相流燃烧热物 理、大型电站锅炉的气固两相流实验诊断与数值模拟、烟气脱硫中的气固液三相接触技术、 流态化与循环流化床燃烧、 火焰图像处理与燃烧控制优化、能源生产的环境污染及其防治、 热力设备故障诊断。四、流体机械及工程专业：流体机械特性研究、流体机械及工程中噪声 振动机理及控制研究、流体机械计算机优化设计系统研究、环境工程中分离技术研究。五、 工程热物理专业：先进热交换技术的理论和实践、传热传质及强化研究、能源可持续发展及 生物能源的开发清华考研辅导。
海洋修井平台热源系统设计
海洋修井平台热源系统设计徐增强【摘要】胜利作业六号平台为自升式海洋修井平台,需要热源系统进行加热、保温.对热媒介质和蒸汽特性进行了比较,选定蒸汽系统作为热源系统;对蒸汽消耗量进行计算,确定了锅炉的总蒸汽量.简述了锅炉饱和蒸汽产生的过程,在采用热力除氧为主,辅以联氨(肼)除氧的同时,对锅炉水处理系统引入了Na-交换软化法.对蒸汽高压输送和低压使用的方法进行了分析,通过计算,发现蒸汽减压阀对蒸汽烟效率的影响很小;选择热波纹管式疏水阀作为连接用汽点和冷凝水回收系统的重要纽带,进行冷凝水回收,节约了能源,提高了效率.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷),期】2014(050)005【总页数】5页(P9-13)【关键词】自升式;修井平台;热源系统;蒸汽系统【作者】徐增强【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院海洋工程装备研究所,山东东营257017【正文语种】中文【中图分类】TP214胜利作业六号平台为自升式海洋修井平台，钢质非自航，可以完成海上单井或井组的洗井、压井、冲沙、检泵、分层等起下管柱修井作业[1]。
自升式海洋修井平台在移航中一般采用托航的方式[2]，因而平台没有蒸汽动力装置及蒸汽涡轮发电机等主动力设备所组成的推进系统[3]。
但是海洋平台需要热源系统来发挥以下作用：液舱加热、保温，作业甲板油污吹扫，海底门融冰、吹扫，海水泵底部融冰，试油设备加热以及杂用等。
笔者结合工程实际，对自升式海洋平台热源系统进行了调研分析，完成了胜利作业六号平台热源系统的设计工作。
1 热源系统选择海洋平台所用热源系统主要有蒸汽热源系统、热水加热系统和热媒油加热系统3种[4]。
表1反映了不同热媒介质的参数比较情况。
与蒸汽相比较，水的热容量低，通常需要用泵来使大量水在系统中循环以满足流程或空间加热需求。
蒸汽则可以方便、高效地输送到用汽点，其所携带的热量相当于同等质量水所能携带热量的5～6倍，是可长距离传递热量的载体之一。
清华考博辅导：清华大学动力工程及工程热物理考博难度解析及经验分享 (2)
清华考博辅导：清华大学动力工程及工程热物理考博难度解析及经验分享根据教育部学位与研究生教育发展中心最新公布的第四轮学科评估结果可知，全国共有59所开设动力工程及工程热物理专业的大学参与了2017-2018动力工程及工程热物理专业大学排名，其中排名第一的是清华大学，排名第二的是西南交通大学，排名第三的是上海交通大学。
作为清华大学实施国家“211工程”和“985工程”的重点学科，能源与动力工程系动力工程及工程热物理一级学科在历次全国学科评估中均名列第一。
下面是启道考博整理的关于清华大学动力工程及工程热物理考博相关内容。
一、专业介绍动力工程及工程热物理主要学科方向有热力循环理论与系统仿真、热流体力学与叶轮机械、内燃机燃烧与排放控制、汽车动力总成与控制、工程热物理、制冷空调中的能源利用、低温系统流动传热、煤的多相流燃烧热物理等。
注重与化工、生物、信息、环境等学科的交叉与结合，发展学科新生长点，包括燃料电池与燃气轮机联合发电、石油替代途径与新能源汽车、太阳能热利用与建筑节能、纳/微系统输送和温控、生物质气化发电、光催化制氢和电动汽车多能源动力控制系统等。
清华大学能源与动力工程系动力工程及工程热物理专业在博士招生方面，划分为六个研究方向：080700 动力工程及工程热物理博士研究方向：01 工程热物理02 热能工程03 动力机械及工程工程04 流体机械及工程05 热工测量、控制及能源系统06 燃烧科学与技术此专业实行申请考核制。
二、考试内容清华大学动力工程及工程热物理专业博士研究生招生为资格审查加综合考核形式，由笔试+专业面试+英语口语构成。
其中，综合考核内容为:综合考核形式为面试。
每位考生约30分钟，满分100分。
面试重点考查申请人在本学科攻读博士学位的专业基础知识、基本素养、学术能力、学术志趣和英语水平(或日语、俄语水平)等。
综合考核安排在九月中下旬，具体时间另行通知。
三、时间安排1.博士生申请在每年的8-9月和11月。
微化工技术
（Microreaction TechnoIogy）为主题的国际会议；2003
年 4 月将召开第一届“微通道和微小型通道”国际
会 议 （ InternationaI Conference on MicrochanneIs and
MinichanneIs），并 限 定 通 道 的 特 征 尺 度 在 10 !!m ~ 3.0! mm 范围内 . 此外，微全分析系统（micro
428
20 世纪 50 年代末，著名的物理学家 Richard Feynman 曾预言微型化是未来科学技术发展方向 . 半个 多世纪以来，计算机的更新换代已将微型化所带来 的方便引入了人类生活和工作的各个领域，并对人 类文明进程产生了重大的影响 .
课程类别字母缩写及学科对照表
课程类别字母缩写及学科对照表学科门类一级学科名称字母缩写二级学科序号二级学科名称01哲 学 0101哲学 PL 1 中国哲学2 科学技术哲学02经济学 0202应用经济学 EM 0 金融学（含保险学）03法 学 0301法学 LW0 民商法学0 经济法学0302政治学 PS1 马克思主义理论与思想政治教育2 国际关系04教育学 0401教育学 ED 1 教育技术学05文 学 0502外国语言文学 FL 1 外国语言与应用语言学 0503新闻传播学 CO 1 传播学06历史学 0601历史学 HS 1 考古学及博物馆学07理 学 0701数学 MA0 基础数学0 计算数学0 概率论与数理统计0 应用数学0 运筹学与控制论0 生物数学0 数学物理0702物理学 PH1 理论物理2 粒子物理与原子核物理3 原子与分子物理4 等离子体物理5 凝聚态物理6 声学7 光学8 无线电物理0703化学 CH1 无机化学2 分析化学0703化学 CH3 有机化学3 可再生洁净能源4 物理化学（含:化学物理）5 高分子化学与物理6 应用化学0704天文学 AY 1 天体物理0706大气科学 AE 1 大气物理学与大气环境 0708地球物理学 GP1 固体地球物理学2 空间物理学0709地质学 GE 1 地球化学0710 生物学 BI1 神经生物学2 遗传学3 细胞生物学4 生物化学与分子生物学5 生物物理学6 结构生物学7 生物信息学 0712科学技术史 SH 0 科学技术史08工 学 0801力学 ME1 固体力学1 材料力学与设计1 微系统力学2 流体力学2 生物工程力学3 工程力学4 工程安全与防护技术 0802机械工程 PI 0 机械电子工程0804仪器科学与技术 PI0 精密仪器及机械0 测试计量技术及仪器 0805材料科学与工程 MS1 材料物理与化学2 材料学3 材料加工工程0807动力工程及工程热物理 TS1 工程热物理2 制冷及低温工程0809电子科学与技术 ES1 物理电子学2 电路与系统3 微电子学与固体电子学4 电磁场与微波技术 0810信息与通信工程 IN0 通信与信息系统0 信号与信息处理0 信息安全0811控制科学与工程 CN0 控制理论与控制工程0 检测技术与自动化装置0 系统工程0 模式识别与智能系统0 导航、制导与控制0 网络传播系统与控制0 信息获取与控制0812计算机科学与技术CS0 计算机系统结构0 计算机软件与理论0 计算机应用技术0 信息安全0817化学工程与技术 CH 6 应用化学0819矿业工程 SE 1 安全技术及工程0827核科学与技术 NU1 核技术及运用2 同步辐射及应用0830环境科学与工程 EN0 环境科学0 环境工程0831生物医学工程 BM 0 生物医学工程12管理学 1201管理科学与工程 EM 0 管理科学与工程 金融工程商务智能评估系统工程 传媒管理1202工商管理 企业管理1204公共管理 行政管理。
mis11e_ch05_chs
• 操作系统平台 • 操作系统 • 客户级：95％运行微软的Windows（XP，2000，CE 认证等）
• 服务级：85％使用Unix或Linux
• 企业应用软件 • 企业应用软件
• 企业应用软件供应商：SAP和甲骨文 • 中间件提供商： BEA
5.33
© 2009 by Prentice Hall
图5-6
5.22
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管理信息系统 第5章 IT基础设施和新型技术 IT基础设施 硬盘容量呈指数增长1980-2007
从1980年到1990年，个人电脑的硬盘驱动器容量每年以25%年 的速度增长，但1990年以后，每年的增长速度超过65%。
图5-7
5.23
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课程内容
信息技术基础设施的概念 信息技术基础设施的构成 硬件平台的发展趋势 现代软件平台的发展趋势 管理问题
5.29
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管理信息系统 第5章 IT基础设施和新型技术
IT基础设施
• IT基础设施有7个主要部件
• 计算机硬件平台
• 操作系统平台 • 企业软件应用 • 数据管理和存储 • 网络/通信平台
5.10
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管理信息系统 第5章 IT基础设施和新型技术 IT基础设施
• IT基础设施的发展
• 通用主机和微机时代：1959年至今 • 1958年，IBM首次推出大型机，最终用于支持成千上万的网上远程终端 • 1965年价格比较低的DEC生产的微型计算机诞生，具有集中计算的功 能
IT基础设施
• MetCalfe定律和网络经济 • 网络力量或价值以网络成员数的指数级增长 • 随着网络成员的增加，更多的人们想使用网 络（网络访问需求量的增加）
能源与动力工程专业课程教学大纲
能源与动力工程专业课程教学大纲能源动力系2015.1目录计算机三维辅助设计实践教学大纲............................... 错误!未定义书签。
专业概论与学科技术前沿教学大纲............................... 错误!未定义书签。
工程热力学教学大纲........................................... 错误!未定义书签。
工程流体力学教学大纲......................................... 错误!未定义书签。
传热学教学大纲............................................... 错误!未定义书签。
燃烧理论与污染控制教学大纲................................... 错误!未定义书签。
泵与风机教学大纲............................................. 错误!未定义书签。
制冷技术教学大纲............................................. 错误!未定义书签。
自动控制原理教学大纲......................................... 错误!未定义书签。
专业外语阅读教学大纲......................................... 错误!未定义书签。
材料腐蚀与防护教学大纲....................................... 错误!未定义书签。
空气调节教学大纲............................................. 错误!未定义书签。
供热工程教学大纲............................................. 错误!未定义书签。
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硅
绝缘层 硅 美国MIT的静电致动阀
微泵 微泵在微流体供给和控制、微量元素分析、芯片冷却 等方面有着广阔的应用前景。微流体泵分类方式繁多， 按泵内有无阀部件，可以将微泵分为有阀型微泵与无 阀型微泵；按泵内流体的运动方式不同，又可分为往 复式泵与蠕动式泵；最常见的是根据致动方式的不同 将微泵分为压电致动泵、静电致动泵、电磁致动泵、 热致动双金属泵，形状记忆合金泵等。
多晶硅压力 感应薄膜 环氧树脂层
Pyrex7740玻璃 金属导线 感压凹槽 加热器
温度传感器
微加热通道结构剖面图 含压力传感器阵列的微加 热通道芯片
微阀 微阀是微流量控制系统的关键部件，具有结构简单、 制造方便、性能可靠等优点，容易形成产品，可作为 微泵、微化学分析系统的组件，也可单独用于医疗和 工业领域。微阀一般可分为微被动阀和微主动阀。 • 微被动阀是指不需要外部动力或控制就能对流体的 流动进行开关控制的器件，一般与微泵一起应用。 • 主动阀可以是单向的，也可以是双向的，它们通 过微执行器件控制其开合。
美国斯坦福大学研制的压电致动蠕动泵。顺序施加电 压，使压电片弯曲变形，三个单元分别执行出、入口 单向阀和泵腔的功能，循环往复导致流体的定向流动。 施加电压80V，无背压时流量约为100L/min。流量在 频率小于15Hz时随驱动频率线性增加，频率大于15Hz 时逐渐减小。
荷兰 Twente 大学于 1983 年开始进行微泵的研究，于 1988年研制成功硅基压电驱动的有阀型微泵。图示是 其研制的压电致动微泵，利用压电片驱动玻璃泵膜实 现功能。该泵流量小于10L/min，最高背压为19.6kPa， 工作频率低。
流体连接管 流体入口 悬臂梁 压敏电阻 压焊快
硅机械支撑
硅
热流式微流量传感器设计的基本思路是：流体流 动时会把热源的热量带走，或把热量从上游带到下游， 利用加热元件和测温元件，通过测量带走或带来的热 量，可得到流体流动的速度和（或）方向。 热流式 微流量传感器主要由一个加热元件(H)和两个测温元 件(T1)和(T2)构成，如图所示。这里测温元件可以是 热敏电阻、晶体管和热电偶等。
I like the dreams of the future better than the history of the past.
---- T.Jefferson (the third president of USA）
第五章
热流体工程和微系统设计
微流体器件概述 流体力学基本知识 流体对固体的作用力 流体动力学的N-S方程 表面张力及毛细效应 流体模型 固体中的热传导
微纳米尺度的流体流动
微流体器件概述
微流体器件是MEMS的一个重要分支，包括如微 泵、微阀、微管道、微混合器、微喷、微限流器 和微搅拌器等。
微流体器件的制作材料：玻璃、塑料/聚合物、 金属、陶瓷、半导体等。 微流体器件具有可批量生产、可集成化等特点。
(1)微流体传感器
微流量传感器
香港科技大学研制的微器件
左图所示为中国台湾国立成功大学设计的新型微加热 通道结构。右图所示为微加热通道晶片。内部有21组 多晶硅微温度传感器，11组多晶硅微压力传感器和2 组微加热器。经测试发现，当微通道高度为因此可以 利用该器件设计开发新型冷却散热晶片，有效地解决 目前CPU的散热问题。
SU-8 PNMD薄板 微通道
微流量传感器是利用MEMS技术加工制作的，把 液体或气体的流量、流速和（或）方向转换为 电信号输出的器件。 微流量传感器按作用原理分：机械式微流量传 感器和热流式微流量传感器。
1993年，V.Gass等人研制了基于粘滞力的机械 式微流量传感器，其结构如图所示。该传感器利用 压阻效应检测流量：流体从入口流入传感器，产生 的粘滞力作用于悬臂梁，使悬臂梁产生形变，从而 引起压敏电阻阻值的变化。压阻式微流量传感器的 特点是制作工艺相对简单，响应速度快，但一般受 温度的影响比较大。
(2)微流体执行器 微流体通道 • 通常将水力学直径在1～1 000μm之间的通道或管 道定义为微通道。微通道是微流体系统的重要部件 之一。 • 微通道除了充当微泵、微阀、微传感器的连接器 外还用于流体的输送、样品的混合和分离。 • 用微通道对高速芯片或大功率器件进行冷却。
如图所示是香港科技大学采用表面微机械加工工艺制 作的微通道，中间有一条40μm×1μm×4000μm微通道， 在通道两边分布有微压力传感器，在微通道的中心处 有一10μm宽的小孔，小孔附近微通道的宽度为 10~34μm。输入压力达到34.5kPa时，在器件中通以氮 气，首先可测得流速，同时随着小孔宽度的减小，流 速呈单调递减。随后可得到沿通道的压力分布情况。
德国的Meckes等人研制的电磁致动微阀，阀片是用牺 牲层技术制作出的多晶硅膜。这是一个为小型气体分 析仪设计的微阀结构，设计的压力指标为10~50kPa， 过流能力为2~20mL/min，响应时间为5ms。
出口
体 德国的电磁致动微型阀
美国MIT于1993年设计的压力平衡静电致动微阀，用 于控制高压流体。其设计思想是通过流体的压力在移 动阀堵上产生平衡力，通过集合参数的优化，可以用 很小的致动力使阀开启或关闭。该微阀由三块硅晶片 熔融键合而成。在大约200V的静电作用下，可控制空 气的流速范围为0~
流体流向
T1
H
T2
流体通道
热流式微流量传感器结构原理
如图所示是基于上述原理制作的一个微流量传感 器，由一个中央加热器和前后两个温度传感器组 成，悬臂梁长0.8mm，结构厚度为1um。
热流式微型流量传感器实例
黏度/密度传感器 微机电系统中一般采用振动方法度量流体的黏度。 这类粘度计的设计思想是：与流体相接触的共振器 的黏度衰减同流体的密度和粘度的矢量积成比例。
静电驱动微泵的特点是功耗低，大约为1mW，薄膜 的形变可简单地通过供电电压控制，响应速度快， 工艺简单； 其不足之处是驱动电压较高。为了降低 驱动电压，法国南巴黎大学于 1997年研制了如图所 示的静电致动微型泵，将驱动电压降低到 10V 以下。 该微泵主要应用于药物传送。