【关键词】火电厂；热工仪表；自动化技术；应用
火电厂热工仪表主要由管路仪表、程控仪表、地表计等设备组成，通过电缆将各种设备连接形成回路或系统，实现对于各机组设备的检测、调节，有效提升了各种设备的可靠性与利用性。热工仪表自动化技术是为火电厂生产工艺服务的，加强对于相关技术应用与发展问题的研究，为提高火电厂的生产效率奠定了坚实的基础，而且提升了火电机组的稳定性与安全性。
1、火电厂热工仪表自动化技术的内涵与特征
火电厂热工仪表自动化技术综合运用了高智能型器械仪表、电子计算机信息技术与热能工程控制理论技术，对于火电厂的热能电力参数进行有效监控与科学检测，进而实现电力生产全过程的安全管控、降耗提效的目的。热工仪表自动化技术在火电厂中的应用，主要是对于锅炉蒸汽设备及其他辅助设施的运行状况进行自动化控制，使得火电机组在生产过程中自动适应工况的变化，并且在安全、经济的环境下保持正常运行。
火电厂热工仪表自动化技术的特征主要表现在以下几个方面：1）设备智能化，在现代电力能源开发与利用技术快速发展的背景下，火电厂热工仪表中的各种设备基本实现了智能化监控，借助先进的电子及计算机管理系统，配置先进的智能型机械仪表与精密元件，从而实现对于电力生产全过程的智能化管控；2）技术高新化，火电厂热工仪表自动化技术的应用综合运用了现代电子计算机及信息技术，以及最新的热能工程技术与控制理论，实现了对于火电机组运行中相关热能与电力参数的科学监控与检测，自动化技术趋向于高新化发展。
2、火电厂热工仪表自动化技术的应用现状
在国内外火力发电事业的发展中，热工仪表自动化技术的应用具有重要的意义，也是促进我国电力事业创新和发展的重要技术基础。近年来，在国内火电厂全面推进生产工艺与技术改革的背景下，热工仪表自动化技术的应用日趋广泛，而且实现国内火电生产技术发展的重要标志。从热工仪表自动装置的角度而言，实现了由组装仪表向数字仪表的发展，自动化控制系统中应用的设备在效率、质量、性能等方面也有了明显的提升，部分火电厂利用专门的小型计算机进行火电机组的监督与控制，而且配以先进的CRT显示，对于火电生产的监控水平有了大幅提高。在火电厂生产的局部控制、热工保护等方面，协调控制系统的应用是大型火电机组热工仪表自动化技术发展的另一特点，国内自产的大型发电机组及国外引进的发电机组基本都使用了协助控制系统。在火电厂热工仪表自动化技术的实际应用中，由于自动化控制系统的结构较为复杂，涉及的范围也较为广泛，热工测点分散的距离相对较远，热工仪表自动化控制系统的安装施工较为复杂，周期也较长，所以，在必须注重热工仪表安装施工的完备性与准确性。
3、火电厂热工仪表自动化技术的发展趋势
随着国内外电力科学技术的不断创新与发展，对于火电厂热工仪表自动化技术提出了更高的标准与要求，否则难以满足现代电力生产的实际需求。结合国内热工仪表自动化技术的发展现状，笔者总结了其发展趋势，主要表现为以下几点：
3.1综合自动化
在火电厂的生产过程中，体现了技术密集、资产密集、数据量大、产品即产即销等特点，所以，在热工仪表自动化技术的发展中必须将生产全过程作为一个整体进行有效的管控，即实现所谓的热工仪表综合自动化技术。在火电产热工仪表综合自动化技术的研发与应用中，要坚持以企业的生产与经营目标为出发点，为企业的管理业务与运转流程提供必要的信息支持，从而在综合了火电厂的厂级监控、过程控制与管理信息等数据，有利于实现生产资源的优化配置，提高火电厂的整体经济效益。
3.2电气热工控制一体化
目前，在国内火电厂中应用的热工仪表自动化技术以现场总线控制系统为主，但是由于其检测与执行等现场仪表信号仍然采用传统的模拟量信号，难以满足技术工程人员对于现场热工仪表的全面诊断、管理与维护要求，客观限制了自动化控制的实际效果，所以，在热工仪表自动化技术的发展中，必须强化电气热工控制一体化的研发。与各自独立的电气控制与热工控制系统相比，电气热工控制一体化系统的优越性较为突出，采用现场总线实现了智能装置的“就地化”，接入智能传感器与执行器，有效节省了电缆、丰富了信息，安装与调试也更为方便。
3.3高性能化
目前，在国内火电厂应用的热工仪表自动化技术尚未完全解决人机对话界面的问题，客观影响了自动化监控系统的运行效率与质量。随着现代火电技术研究中组态软件的创新与应用，各种新概念与功能的引入也日趋广泛，例如：SCADA、实时数据库、I/OSERVER、OPC等先进技术的应用，使得组态软件在含义与功能等方面都有了根本的转变，现阶段应用的火电厂热工仪表自动化软件以PC、WinIntel结构为主，其中包括HMI及相关控制软件、流程监控软件等，为热工仪表的高性能化发展提供了必要的技术条件。
4、结束语
综上所述，在火电厂的生产与管理工作中，热工仪表自动化技术的应用是其正常运转与安全管理的重要基础，也是现代电力生产技术发展的重要标志。因此，在现代火电厂的技术改造与升级中，必须加强对于热工仪表自动化技术的研究与实践，在综合各种先进理论与技术研究成果的基础上，实现热工仪表自动化技术的智能化、科学化、高性能化、一体化发展，为火电企业的生产与安全管理提供必要的基础。
参考文献
[1]于东国.热工仪表与控制装置部分[M].北京：中国电力出版社，2008.
[2]郭志安.热工仪表及自动装置系统安全操[M].北京：中国电力科技文化音像出版社，2005.
关键词:农林高校;热工基础及流体力学;课程教学;实践创新
当前，在“绿色发展理念”深入人心的时代背景下，农林类高校迎来了很好的历史发展机遇;同时社会和企业对农林类专业人才的需求更加重视质量，对人才的知识深度、广度和对专业基础课、专业特色课核心知识的实践运用能力，均提出了更高要求。提高机械设计制造及其自动化专业学生林业装备系统总体及其子系统技术的掌握程度，拓展学生在林业装备系统上运用专业基础课、专业特色课中核心知识的科研能力，是农林类高教工作者面临的共同课题［4］。
1课程教学剖析
1．1课程内容
“热工基础及流体力学”这门课程是机械设计制造及其自动化专业的一门综合性专业基础课，是后续液压与气体传动、泵与风机、林业机械等专业及特色专业课的重要基础。课程目标包括:掌握工质的热力学性质、热力学第一定律、第二定律、热工转换的规律和理想气体的热力学过程，学会基本的理论分析与计算方法;通过对热量传递的三种基本方式、导热基本理论、对流换热基本规律、黑体辐射基本定律等内容的学习，使学生具备对基本的传热学问题进行分析和总结的能力;掌握流体的主要物理性质和流体静力学的基本理论知识，学会流体上的作用力分析，能够推导流体动力学方程的连续性方程和伯努利方程，针对黏性流体，能对管内流动状态进行判断;能够对“传热学”“工程流体力学”的实验结果进行分析和解释，通过实验数据综合分析工程中的现象及问题，并得到合理有效的结论。总体来看，本课程讲授内容包括工程热力学、传热学以及工程流体力学三大板块的内容，是在高等数学、大学物理、理论力学、材料力学的基础上进行深化学习，拓展到实际的工程问题，所以本课程不仅理论性强，而且工程应用性也很强;与机械设计制造及其自动化专业其他课程相比，该课程涵盖了本应三门独立开设的课程内容，知识难点聚集、微积分公式众多、三大知识板块思维跨度大、学生融会贯通掌握难。但是，学生对课程内容的掌握程度直接影响后续专业特色课程的学习情况。
1．2教学思路
目前，本课程总学时为48学时，理论授课42学时，实验授课6学时。三大板块的教学内容多，理论授课课时较少，矛盾突出:(1)学生由固体学科切换到流体学科的学习需要较长适应期;(2)课程中较多章节内容抽象，且涉及大量公式推导及专业的概念铺垫，加之为了跟上教学进度教学内容更新较快，学生普遍反映课程难度较大;(3)教学内容和后续专业及特色专业课内容衔接性不够紧密;(4)从内容的充实性和课程的结构上来看，“热工基础及流体力学”这门课程的教学内容已经满足要求，但是对接林业机械领域最新技术，强化学生创新思维方面，当前的课程建构仍无能为力;(5)由于本课程的学习不涉及具体的机械装备系统，使得同学们对本课程在专业中的地位认知不足，学习积极性欠佳，这些现状使得提升教学效果难度较大。针对上述课程特点及教学现状，结合农林类高校“机械设计制造及其自动化”专业的实际情况，制定了如下教学思路:(1)授课时，使学生从机电系统、固体力学等学科的思维中切换出来，将空间观测法跟同学们探讨透彻，基于空间观测法开展“热工基础及流体力学”的课程教学。(2)在教学大纲中删除过于抽象、应用面较窄的教学内容，深入讲解与后续“液压与气体传动”“泵与风机”“林业机械”等课程关联度较深的内容，为专业及特色专业课的学习做好扎实铺垫。(3)结合在林业机械领域与“热工基础及流体力学”紧密关联的科研经历，探索寓教学于科研、科研反哺教学的授课模式，强化同学们对“热工基础及流体力学”在“机械设计制造及其自动化”专业里占有重要地位的基础认知，显著提升同门们自愿学习、自主学习的热情。(4)注重思维方式、终身学习意识的培养。教学过程中注重切入问题角度的讲解，使得同学们在明白问题的同时更养成学习思考问题方法的习惯;从固体学科到流体学科是一个较大的跨越，在跨越的过程中，使同学们树立终身学习意识，为以后培养同学们提出、解决林业机械领域学科前沿性、热点性问题的能力打下坚实基础。
2课程构建探讨
在“碳达峰、碳中和”的硬性发展要求及“绿水青山就是金山银山”的发展理念加速推进的浪潮之下，农林高校“机械设计制造及其自动化”专业的毕业生在高等教育系统中的地位不断提升，所以基础专业课程构建更需获得与之地位匹配的重视。一方面，基础专业课课程构建要体现基础知识的深度和广度;另一方面，内容要很好衔接并服务于核心专业课、特色专业课，为学生后期毕业设计、研究生科研深造做好铺垫。
2．1课程内容深度衔接核心专业课
“林业机械”是南京林业大学“机械设计制造及其自动化”专业的核心专业课，内容涵盖林业动力、整地、清理、苗圃、造林、抚育、保护、防火、采伐、采摘、智能化等机械。其中，和“热工基础及流体力学”专业基础课相关的包括动力、清理、保护、采摘等板块。林业动力机械(包括泵、风机)涉及“工程热力学”中热能和机械能之间的转化问题，同时也涉及“工程流体力学中”可压缩混合气体压强、温度变化和装置的动力匹配问题;林业清理机械涉及“工程流体力学中”不可压液态水在管道内部的流动，在雾化器内的流态分布、出口后雾化粒径分布等复杂多相流问题，如图1所示;林业保护机械中喷雾射程、喷雾穿透涉及“工程流体力学中”可压缩流体空气的外部流动及耦合风场、雾滴的多相流动问题，如图2所示;林业采摘机械中，基于负压的采摘系统涉及可压缩流体空气的管内流动问题。从衔接核心专业课的角度来看，一方面，农林类高校“热工基础及流体力学”这门专业基础课程应该深耕“工程热力学”和“工程流体力学”，而“工程流体力学”应该是重点中的重点;另一方面，也好兼顾课程内容的完整性，“传热学”也要适度调整。
2．2匹配三大板块关系，优化课程结构
建议协调、平衡三大板块的课时占比，同时明晰课程内容的内在逻辑关系，在此基础上进一步优化课程结构。在“工程热力学”(热能的间接应用)板块中，我们将实现热力学能向机械能转化的媒介称之为“工质”，媒介一般是“单一气体”或者“混合气体”，热力学第一定律、热力学第二定律、工质热力学性质及理想气体的热力过程等课程内容和专业核心课程林业机械吻合度较好。“工程流体力学”中，对流体的终结性定义是“抓不起来的物体”，一般性的定义是“气体和液体”的总称，但课程内容中流体基本概念的铺垫、流体静力学、流体运动学、流体动力学及黏性流体等课程内容都是基于不可压的液体，同为流体，但气体和液体的性质及研究重点相差甚远，“气体”这种流体相关课程内容的缺失为后续专业核心课程的学习带来很大知识结构缺陷。“传热学”(热能的直接应用)中，对导热、对流传热(混合传热，主要是流体和固体之间)、辐射传热的基本原理、工程应用等课程内容做了比较详细的讲解，但是后续专业核心课程对传热学中的知识需求很少，仅仅在脉动燃烧技术这一研究领域有所涉及。总体来看，不管是“工程热力学”中的“工质”，还是“工程流体力学”中的“气体”，再或者“对流换热”中的“流体”，其中“气体”是课程的“最大公约数”，也是和林业机械这一专业核心课程相关的“最大公约数”。鉴于此，“工程热力学”教学内容总体上可以维持不变，部分章节可以简化，不重要的知识点减少不必要的推导，侧重理论、公式概念的理解和应用，这样可省出一部分课时。总课时不变的情况下可以合理缩减“传热学”的课时，对辐射传热只做一般性介绍;考虑到相似原理在流体力学的试验研究中也有重要应用，可以在这里对相似准则进行深入讲解，省出较多课时。将“工程流体力学”放在最突出的位置，省出来的课时分配给这一部分;增加可压缩流体“漩涡势流理论”“相似理论中的量纲分析法”、包括气体动力学中“扰动在外空间流场中的传播”及“管内气体的流动”等内容，以匹配林业机械核心专业课。
2．3树立自主学习、终身学习意识
目前，流体力学板块中关于可压缩流体的课程内容匮乏，教学中会鼓励同学们在MOOC上寻找优秀资源进行线上学习，使同学们树立自主学习意识。通过工程流体力学板块，我们在体力学的范畴内将研究运动的方法由拉格朗日法提升到欧拉法，这是一个显著的改变，也是重要的进步，通过这一步，有助于培养同学们的终身学习意识。
结语
[关键词]火电厂；热工自动化；事故防范措施
中图分类号：TM621.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0127-01
电力工业在国民经济发展中具有十分重要的地位，经过多年发展，电力结构在不断调整及优化，火力发电作为现代电力生产的主要形式，尤其是火电厂热工自动化，通过一系列自动控制装置，已经取代了人工操作，实现了数据检测、信息反馈、自动控制，而且在火电发电的过程中，一旦有故障发生，还可以自动报警。可见，使用热工自动化系统，不但降低了人力成本，还提高了火电厂运营的安全系数。
1 火电厂的热工自动化
1.1 火电厂热工自动化的概念
火电厂的热工自动化是指火电厂采用各种自动化装置或仪表，对厂内的热力生产过程实现开环或闭环的控制、监视，以保证生产过程的安全高效运行。热力过程中的参数测量、自动控制、信息处理、自动保护及自动报警等都不需要人员的直接参与，而是只采用自动化装置和自动化仪表进行任务的完成。热工自动化设备的安全在热工自动化的条件下得到了保证，发电机组的经济性得到了大幅度的提高，工作人员的劳动强度大大降低了，他们的劳动条件也得以改善。随着电力事业不断向前发展，机组容量还会增大，火电厂的热工自动化程度还会继续提高。设计火电厂热工自动系统及设备时，应当遵循经济适用、安全可靠的原则，根据机组的特点来进行。
1.2 热工自动化现状
火电厂的热工自动化技术要综合控制理论、智能仪器仪表技术、热能工程技术、计算机技术、其它信息技术等，需要对热力学的相关参数进行测试和控制，用来实现对于生产过程的优化、管理、调度及决策，从而保证生产的安全和高效。它主要对锅炉进行自动控制，确保机组能够自动对工况变化进行适应。火电厂具有特殊性，含有的热力设备很多，生产过程十分复杂，很多设备长期处在高压易燃的条件下。现在的热工系统由测量装置、控制系统和执行机构三部分组成，执行机构及测量装置在结构和原理上都没有新变化，只是引用了微处理器、通信网络接口等，能够实现计算机的远程控制，系统的核心已经逐步被计算机控制系统代替。
1.3 实现热工自动化的原因
上文已经提到，火电厂生产系统的组成包括锅炉及相关辅助设备，这些设备在运行时是密切相联的，只有充分协调配合才能最大限度地将发电机组能力发挥出来，并且，随着发电机组容量的增大，生产设备更加复杂了。因此，在实际运行时，操作会更加频繁，监视力度要非常大，即使运行值班的职工对机器非常熟练，也难以应付手上的工作，力不能及或者疏忽大意时，很可能造成重大的事故。所以，一定要寻找发电机组进行生产过程时的客观规律，准确全面地检测发电机组工作情况，并进行综合分析及判断，对发电机组进行控制，才能保证发电机组的可靠安全运行。热工自动化技术能够延长使用发电机组的时间，即延长其寿命，降低发电成本与燃料消耗。所以，实现火电厂的热工自动化是非常必要的。
2 火电厂热工自动化的内容
2.1 自动检测
自动检测生产中的各种化学量、物理量和相关设备在工作状态上的参数，能够实现对生产情况的监视。检测参数主要包括温度、也为、流量、压力、电压、电流、功率、气体成分、振动、汽水品质等。检测设备主要由常规模拟量测试仪表、自动记录装置、自动报警装置、检测仪表、图像显示器等。这些热工参数能够反映火电厂的发电机组是否在正常运行，是进行实时自动调整的依据，是进行事故分析、经济核算的数据来源。
2.2 自动控制
在热电厂的火电机组当中，为了确保自动化机组安全运行，并自控地适应外部环境，就需要采取有效的自动调节和控制措施。当自动化系统出现故障的时候，要求有自身保护功能，所以，其中所设计的程序非常的复杂。
2.3 顺序控制
它是指按照生产工艺的要求提前拟定相关程序，使系统中的被控对象能够根据时间、顺序及条件有步骤、有顺序地自动执行一些操作。顺序控制一般用在机组运行、启停和事故处理当中，每一项顺序控制都要根据设备的运行要求和具体情况进行决定，顺序控制流程是依照操作条件及次序编出来的，然后由具体装置进行实现，这些装置叫顺序控制装置，它们要具备连锁保护能力和一定的逻辑判断能力。每一步操作进行之后，都要判断此操作是否实现，是否能为下一步的操作创造条件，然后才能自动进入到下一步的操作中，否则，顺序就会中断，同时进行报警。
2.4 自动保护
热工自动化的自动保护，是利用自动化装置来保护电力生产设备在运行的过程中，一旦有事故发生就自动采取相应的措施，而不会使系统受到破坏。在自动控制系统中，都设定有一定的参数，当热工的参数不符合参数限定值的时候，自动装置就会启动保护功能。
3 热工自动化的事故防范
火电厂的热工自动化系统设计原理复杂，但是，其中的任何一个环节出现故障，对于整个系统的运行都会造成一定程度的影响。所以，对火电厂的热工自动化体系采取相应的事故防范措施是非常必要的。
3.1 应加强对热工自动化设备采购、验收等工作的把关
采购热工自动化设备时最好货比三家，选择成熟可靠的产品。对于没有经过实际运行考验的合格产品应谨慎使用，并且不能将其用在关键的自动保护系统里。
3.2 主动分析查找热工设备缺陷和隐患，及时整改、完善
对热工系统存在的一些影响机组安全、经济、稳定运行的隐患，要落实设备缺陷管理制度，责任到人，并进行技术攻关。必须停运设备、解列系统或停炉停机才能消除的缺陷，要做好记录，利用临修或抢时间及时处理；不能处理的做好记录，说明原因，加强防范措施，并积极联系相关部门及设备厂家。
3.3 要对火电厂的员工进行定期培训及考试，提高员工的素质
热工自动化系统的运行过程复杂，这就需要工作人员要具有高度的责任感，还要应工作的需要不断地提高综合性技能。机组运行过程中的任何状态，工作人员都要熟练掌握，并做出准确地判断。即使出现突发性故障，也能够快速地制定出应急方案并实施。
3.4 要不断加强每一项制度的执行能力
在火电厂的发展过程中，不仅应当逐渐对各项规章制度加以完善，还要落实好制度的执行。这要做好两方面的工作： 首先，对设备定期校验检查制度、自动保护的试验制度进行完善，重视对于系统的维护与检修工作。其次，要落实好设备巡检制度，加强设备的日常维护及管理，在日常维护中发现问题时，要进行及时汇报和处理，确保设备的良好运行状态。对于灰尘较大和容易受潮的设备，要经常清扫，避免线路因受潮而短路。
4 结语
热工自动化系统在火电厂的广泛应用，不但降低危险事故的发生，而且还实现了降低生产成本。火电厂热工自动化的发展，加强了中国电力事业的技术改革，也有力地支持了国民经济的发展。热工自动化系统随着热工自动化技术不断更新，逐渐向一体化、智能化发展，这能为火电厂节约大量的资金，也能降低事故发生的几率，是对国民经济发展提供的强有力支持。
参考文献
[1] 舒艳杰.浅谈如何提高电厂热工自动化水平[J].科技与企业，2013（2）.
[2] 刘胜玲.火电厂热工自动化及事故防范[J].广东科技，2012（05）.
关键词：热能；动力；锅炉
中图分类号：TK223文献标识码： A 文章编号：
一、热能动力工程
热能动力工程顾名思义主要研究热能与动力方面，其包括热力发动机，热能工程，流体机械及流体工程，热能工程与动力机械，制冷与低温技术，能源工程，工程热物理，水利电动力工程，冷冻冷藏工程等九个方面，其中锅炉的运行方面主要运用热力发动机，热能工程，动力机械，能源工程以及工程热物理等部分专业技术。热能与动力工程主要研究方面为热能与动力之间的转换问题，其研究方面横跨机械工程、工程热物理等多种科学领域。其发展方向多为电厂热能工程以及自动化方向、工程物理过程以及其自动控制方向、流体机械及其自动控制方向、空调制冷方向、锅炉热能转换方向等，热能动力工程是现代动力工程的基础。热能动力工程主要需要解决的问题是能源方面的问题，作为热能源的主要利用工程，热能动力工程对于我国的国民经济的发展中具有很高的地位。
二、我国的热能动力工程发展情况
随着改革开放,我国国民经济体制发生很大的变化。社会对人的培养提出了新的要求。为了适应这种要求, 1993年7月国家教委颁布的普通高等学校本科专业目录,将几十个小专业压缩为9个专业,即热能工程、热能工程与动力机械、热力发动机、制冷及低温工程、流体机械与流体工程、水利水电动力工程、工程热物理、能源工程和冷冻与冷藏。1998年教育部颁布的新专业目录进一步将以上9个专业合并为1个,即热能与动力工程专业。从原来的几十个专业合并为1个专业,全国现在有120多所高校设有热能与动力工程专业。热动主要研究热能与动力方面,是跨热能与动力工程、机械工程等学科领域的工程应用型专业。热动主要学习机械工程、热能动力工程和工程热物理的基础理论,学习各种能量转换及有效利用的理论和技术。本专业涵盖的产业领域十分广泛。能源动力产业既是国民经济的基础产业,又在各行各业中有特殊的应用,也是国家科技发展基础方向之一。能源动力领域人才教育的成败关系到国家的根本利益。随着我国市场经济的建立,社会需求和经济分配状态的变化、科技发展的趋势、对本专业的生源、就业等形成了挑战,更是热能动力专业教育的关键。同时,热动还是现代动力工程师的基本训练,可见热动是现代动力工程的基础。
三、热能动力工程在锅炉风机方面需要解决的问题
风机主要作用为气体的压缩和气体的输送，其原理是吧旋转的机械能转换为气体压力能和动能，将气体输送到特定的地点的机械，风机经常用于锅炉中，随着对于能源的需求越来越大，锅炉中的风机在工作中经常会烧坏电机的事故，对于工厂的经济产生巨大损失，严重危害工作人员的人身安全，因此，正确运用热能动力工程技术不断改进风机，对于风机和锅炉的安全性提出更高的要求势在必行。
四、热能动力工程中锅炉及工业炉的发展
1872 年第一台锅炉在英国被制造，随着锅炉的产生，蒸汽机时代出现，1796 年瓦特发明了分离冷凝器，代表着锅炉的完整运作体系的初步确立，工业炉和锅炉原理类似，从某些方面来讲，锅炉也是工业炉的一种，工业炉是指在工厂的工业生产过程中通过燃料的燃烧进行热量的转换，对材料进行加热的设备，工业炉产生于中国商代，主要的工作方式是通过加热提炼铜器，春秋时期产生了铸铁技术，这证明着工业炉的温度控制正在进步。1794 年熔炼铸铁的高炉出现，1864 年马丁建造了气体燃料加热的平炉，随着现代化科技的进步，计算机逐渐代替了人工进行对锅炉系统的控制，推钢式炉和步进式炉成为吸纳带连续加热炉的两种基本类型，两者只有运输燃料的方式有所不同而已。
五、热能动力工程炉内燃烧控制技术运用
锅炉的燃烧控制是调整能量转换幅度的核心技术，在当今社会，锅炉由人力向锅炉内填充燃料逐渐转型为步进式的自动控制填充燃料所代替，更加先进的锅炉甚至使用全自动燃烧控制，根据其运用热能动力自动控制技术的不同，锅炉的燃烧控制分为以下几种：
1、以烧嘴、燃烧控制器、电动蝶阀、热电偶、比例阀、流量计、气体分析装置以及PLC 等部件组成的空燃比里连续控制系统。这种燃烧控制系统是由热电偶检测出数据传送至PLC 与其本身设定的数值进行比较，偏差值通过使用比例积分及微分运算输出电信号同时分别对比例阀门以及电动蝶阀的开放程度进行调节，从而达到控制空气与燃料比例调节锅炉内温度的目的，此种方式温度控制并不十分精确，需要仔细确认额定数值。
2、由烧嘴、燃烧控制器、流量阀、流量计、热电偶几个部分组成的双交叉先付控制系统，其工作原理主要是通过温度传感器热电偶吧需要进行精确测量的温度变成电信号，这个电信号即是用来代表测量点的实际温度，此测量点温度期望给定值是由预先存贮在上位机中的工艺曲线自动给定的，并根据两者数据之间的偏差值的大小，由PLC 自动调整燃料与空气流量阀门的开合程度，通过电动的方式运行机构的定位以及空气和燃料的控制比例，并接住孔板和差压变送器测量空气的流量，燃料的控制也通过一个专用的质量控制装置来测量，是温度精确的控制在必要的数值上。这种燃烧控制优点在于方式节省部件，并且温度控制精确。
六、仿真锅炉风机翼型叶片
锅炉的内部的叶轮机械内部流畅需要带有十分强烈的非定常特征，并且其内部构造十分复杂，不容易进行十分细致的测量实验，并且到目前为止，仍然没有可以解释流动分离、失速和喘振等流动现象的完善的流体力学原理，因此要了解机械内部流动的本质需要更加可靠详细的流动实验和数值模拟实验，通过使用软件二维数值模拟锅炉风机翼型叶片，对空气以不同方向吹入翼型叶片造成流动分离进行模拟，并根据模拟的数值创建而未模型，进行网格的划分，设定边界条件和区域，最后输出网格，在使用求解器求解，这样才可以对不同的气流攻角的流动进行二维数值模拟，，达到模拟的目的，同时可以根据模拟不同攻角下所得到的速度矢量制成矢量图进行比较和分析，最后得出锅炉风机翼型边界层分离和攻角的关系。
七、热能动力工程的发展方向
1、热能动力及控制工程方向(含能源环境工程方向)主要掌握热能与动力测试技术、锅炉原理、汽轮机原理、燃烧污染与环境、动力机械设计、热力发电厂、热工自动控制、传热传质数值计算、流体机械等知识。
2、热力发动机及汽车工程方向掌握内燃机(或透平机)原理、结构,设计,测试,燃料和燃烧,热力发动机排放与环境工程,能源工程概论,内燃机电子控制,热力发动机传热和热负荷,汽车工程概论等方面的知识。
3、制冷低温工程与流体机械方向掌握制冷、低温原理、人工环境自动化、暖通空调系统、低温技术学、热工过程自动化、流体机械原理、流体机械系统仿真与控制等方面的知识。使学生掌握该方向所涉及的制冷空调系统、低温系统,制冷空调与低温各种设备和装置,各种轴流式、离心式压缩机和各种容积式压缩机的基本理论和知识。
4、水利水电动力工程方向掌握水轮机、水轮机安装检修与运行、水力机组辅助设备、水轮机调节、现代控制理论、发电厂自动化、电机学、发电厂电气设备、继电保护原理等方面的知识,以及水电厂计算机监控和水电厂现代测试技术方面的知识。
结束语
热能动力工程的迅速发展使得热力发动机专业方向,其中包括热力发动机主要研究高速旋转动力装置,包括蒸汽轮机、燃气轮机、涡喷与涡扇发动机、压缩机及风机等的设计、制造、运行、故障监测与诊断以及自动控制等行业的发展都到了提速。热动能的发展为航空、航天、能源、船舶、石油化工、冶金、铁路及轻工等部门培养高级工程技术人才,若能将这些理论知识转换成实际的运用,我国的能源压力将大大降低。
参考文献
【关键字】火电厂，热工自动化，安全系统
随着经济的发展，社会对电力的需求量也越来越大，火电厂作为电力系统中重要的组成部分，在解决我国电力供应量不足的问题上做出了巨大的贡献，而随着火电厂的不断发展，火电厂热工自动化技术也逐渐成长起来，并成为现代火电厂得以高效运行的有力保障。火电厂热工自动化的安全系统主要是用于实时监控火电厂生产、操作过程，通过实施监控对生产过程中的故障进行判断，提供快速的解决方案，从而实现对设备及人员安全的自动保护，其是保证生产安全顺利进行，保障供电充足的基础，对火电厂热工自动化的发展有着十分重要的意义。
一、火电厂热工自动系统控制设备
热工自动化是一项基于控制理论，运用计算机技术、热能工程技术、智能仪表仪器及现代信息技术，通过检测、控制生产过程中热力学相关参数实现对生产过程的管理的综合性高新技术。火电厂热工自动化是运用各种自动化仪表装置等自动控制设备，通过对热力生产过程的监视、控制，在不用人员直接参与的情况下，自动完成火电厂热力过程中的参数测量、信息处理等，从而控制火电厂中锅炉、气机等设备，使之能够适应工况的变化，保证生产的安全可靠，提高供电的质量。
火电厂热工自动系统中的自动控制装备是系统的基础组成部分，早期的自动控制装备主要是采用常规仪表控制，主要有基地式仪表、单元组合仪表、组件组装式仪表等，随着计算机技术的发展，这一技术开始被应用于工业过程的自动化系统中，并由计算机集中式控制发展到计算机分布式控制阶段。我国火电厂机组的自动控制设备大致经历了自行研制的电子管式电动单元组合仪表、晶体管式电动单元组合仪表、模拟组件组装式仪表、数字式组间组装式仪表的阶段，而随着电力行业的发展，火电厂机组容量的不断扩大，常规仪表控制的局限性也愈加明显，为了解决这一问题，我国开始了将计算机技术应用于火电厂机组控制的研究，并逐渐将单片微型计算机技术引入自动控制设备，但仍旧未能从根本上解决集中控制、可靠性、性价比等问题，自上世纪80年代中期，我国开始引进了当时具有国际先进水平的分散控制系统（DCS，Distributed Control System），目前，DCS系统在我国火电厂大型火电发电机组中已得到广泛的应用，极大地提高了我国的热工自动化水平。
二、火电厂热工自动化安全系统应用技术
火电厂中设备多、热力系统庞大，生产的过程十分复杂，且设备长期在高温、高压等恶劣环境下运行，对热工控制系统的可靠性要求更高，当前的火电厂热工自动化系统中使用的最为主要的安全技术即是DCS技术。
1、DCS技术。DCS系统是以微处理机为基础，采用计算机技术、通讯技术、控制技术和CRT技术，实现分散控制、操作和集中管理的新型控制系统，随着DCS系统在火电厂机组中的广泛应用，其几乎涵盖了火电厂热工自动化的全部功能，在目前的火电厂热工自动化安全中起着十分重要的作用。但DCS对系统的控制还存在着一定的局限性，较难实现系统间的数字通信和有效控制，影响着系统的运作和发挥，现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）即在这一形势下应用而生。
2、FCS技术。FCS技术是由DCS技术和PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）技术发展而来的，其兼具DCS和PLC的特点，是一种具有互相操作性的、开放的、彻底分散的分布式控制系统，其利用现场总线将现场各个控制器和仪表、设备互联成为现场总线控制系统，用单个仪表即可实现多变量通信，实现不同制造厂的设备间的互操作，提高了现场一级控制功能，同时大大减少现场接线，简化了系统集成，维护十分方便，可有效地降低生产和维护成本。随着计算机及电子数控技术的发展，我国的火电厂热工自动安全控制系统也呈现出多元化智能控制的趋势，更为先进的，可行性和可操作性更强的新的智能热工自动化安全技术不断地涌现出来。
三、热工自动化安全系统建设
对于火电厂热工自动化安全技术改造，主要可从DCS系统及其配套设施、热控仪表管道及一次调频技术等几个方面着手。
目前，在改善DCS系统方面，主要是增加其后备的报警和监控装置，除此外，单位机组还应达到机组跳闸及保护联锁动作，主要安全参数有二值或三值等配置标准。
仪表管路泄漏、阻塞、错接等问题是影响火电厂热工自动化生产顺利进行的一个常见因素，在改进时，主要是通过控制仪表管路的安装质量，确保安装过程中无焊漏、无堵塞、成排安装的阀门仪表高度、方向一致、管卡齐全，压力表、温度计、阀门的安装紧固、密封等。目前火电厂机组中管理控制生产过程主要是采用的一次调频技术，其可监视、控制电网频率的变化，在一定范围内通过调节作用保证电网频率的稳定性，而在这一范围外，超出或低于此变化范围，机组均不参与调频，因此在使用此技术时应根据实际的生产情况对一次调频机组的调节使用范围进行限制，以免超出调节极限，同时还用对其调节负荷时的热轮机热应力进行监视，以确保机组的稳定运行。
结语：热工自动化的安全系统对保障热工自动化的运行和发展有着十分重要的作用和意义，在基础安全系统建设过程中，还应当保证设备的质量和可靠性，合理地引进先进的配套设施，对安全系统的传感器、测量、执行元件等进行合理的改进，提高安全系统的可靠性，从而保证热工自动系统的安全正常运行，促进火电厂的发展。
参考文献：
[1]徐振东.提高火电厂热工自动控制系统可靠性的思考[J].科学与财富，2013，（1）.
[2]申凯.火电厂热工自动化及事故预防研究分析[J].北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2012，29（2）.
[3]陈鹤.探索火电厂热工自动化控制技术的创新与实践[J].科学与财富，2012，（8）.
关键词：金属材料与热处理；教学体系；教学方法
作者简介：刘金明（1976-），男，江西樟树人，江西理工大学材料科学与工程学院，讲师。
刘国平（1974-），男，江西樟树人，江西省樟树市第八小学，小学高级教师。
基金项目：本文系江西理工大学2012年校级教改课题（课题编号：3100220004）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0115-01
一、课程概述
金属材料是工农业生产及国防、科技等领域使用最广泛的工程材料，其应用与热处理工艺又息息相关。“金属材料与热处理”是研究金属材料及其强化方法的课程，是高校材料类、材料成型类、材料物理类学生的专业必修课。课程体系涉及的专业知识点多、面广。随着社会进步、科技的发展、教改的深入、知识的更新，课程内容、要求及选用的教材等都有很大的变动。目前国内外许多院校在“大材料”的背景下，就“金属材料与热处理”课程的教育改革进行了广泛的探索和研究，其教育方面的中心问题主要集中在培养具有创造性和适应性的复合型人才。
同时随着知识经济时代的来临，科学技术和产业的发展对高等教育的人才培养提出了更高的要求。而目前由于就业形势的压力，许多大学生缺乏专业学习兴趣，厌学情绪比较严重，对前途感到茫然，不知道将来能干什么，以致于学生专业素质、专业技能等存在某些不足。这些反过来又影响到学生的择业和就业。托尔斯泰曾说过：成功的教学需要的不是强制，而是培养和激发学生的学习兴趣。在本科专业教学中，只有充分调动学生的兴趣，才能使学生变被动学习为主动学习，确保专业教学质量。学生对专业课程的认识和兴趣取决于授课教师正确而又巧妙的引导、培养和激发。
二、课程体系的构建
“金属材料与热处理”课程由金属热处理原理、金属热处理工艺、金属材料三部分内容组成。[1]这三部分是“成分-工艺-组织-性能”的主线内容，如图1所示。
1.金属热处理原理内容
结合工科院校金属材料类专业的要求和特点，在课程体系中，金属热处理原理内容主要包括三大转变规律：
（1）钢的加热转变。主要包括奥氏体的形成条件，形成过程，影响因素，奥氏体晶粒度的大小及影响因素。这也是热处理的第一阶段。
（2）冷却转变（2个曲线，3大组织转变）。主要包括过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）及连续冷却转变曲线（CCT曲线），P转变，B转变转变，M转变。
（3）回火转变。主要包括淬火钢在回火过程中的组织转变，M分解转变，残余奥氏体转变，碳化物的转变，渗碳体的聚集长大和α相回复、再结晶。回火时力学性能的变化与回火脆性。通过对金属热处理原理的讲解，架构热处理转变规律知识，为学生学习金属热处理工艺打好基础。
2.金属热处理工艺内容
金属热处理工艺内容主要包括：钢的退火与正火；钢的淬火与回火；钢的表面热处理。其相关性如图2所示。
3.金属材料内容
在课程体系中，金属材料内容主要包括：
（1）钢的合金化基础。主要有合金元素（Me）与铁和碳的相互作用、奥氏体稳定元素、铁素体稳定元素、Me对Fe-C相图与钢热处理的影响、Me与钢的强韧化的关系。
（2）钢的分类及编号。
（3）结构钢。主要有工程结构钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢。
（4）工具钢。主要有刃具钢、模具钢、量具钢。
（5）特殊钢、主要有不锈钢和耐热钢。
（6）铸铁。主要有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
三、课程教学方法的优化
第一，巧用直观教学法。直观教学法就是教师通过实物、可视资料等手段，使学生建立基本概念，掌握基本操作技能及各种规律，突出重点，突破难点。直观教学能充分发挥学生认知的
主体作用，培养学生学习的积极性、主动性和创造性，从而取得较好的教学效果。[2]在“金属材料与热处理”课程教学中，可充分利用一些经过不同的热处理工艺所获得的显微组织照片、热处理工艺过程视频资料、力学性能测试、模拟动画等，通过直观、生动的素材，使学生对金属材料及检测方法有更直观的认识，对热处理原理及组织转变过程更容易理解、吸收、消化。
第二，巧用疑问与兴趣教学法。疑问教学法或问题教学法就是以问题为载体贯穿教学过程，使学生在设问和释问的过程中萌生自主学习的动机和欲望，进而逐渐养成自主学习的习惯，并在实践中不断优化自主学习方法，提高自主学习能力的一种教学方法。[3]问题教学法充分体现学生的主体地位，能有效地激发学生自主学习的主动性和积极性。而趣味性教学，就是以激发学生学习兴趣为心理基础，结合教材内容，灵活多变地用学生乐于接受的趣味性故事和语言组织教学。[4]例如在讲授热处理原理时，分析图3中三条曲线变化的原因。淬火处理工艺如下：亚共析钢：加热到Ac3以上充分奥氏体化后，急冷淬火。过共析钢：加热到Acm以上充分奥氏体化后，急冷淬火；加热到Ac1～Acm之间充分奥氏体化后，急冷淬火；马氏体的硬度与其中含碳量的关系。
这些变化的原因是淬火工艺的关键点，是如何提高强度和综合性能的切入点，贯穿金属热处理原理到工艺整个过程。
第三，巧用案例教学法。所谓案例教学，就是在教师的指导下，根据教学要求，组织学生对案例的调查、阅读、思考分析、讨论和交流等活动，教给他们分析问题和解决问题的方法，进而提高分析问题和解决问题的能力，加深学生对基本原理和概念的理解的一种特定教学方法。[5，6]例如汽车钢板弹簧，在汽车行驶过程中承受各种应力的作用，其中以反复弯曲应力为主，绝大多数是疲劳破坏。而且，同样的材料热处理是否正确，其寿命相差也很大。所以要合理选择材料并对所选材料进行成分、组织、性能分析，制定合理的热处理工艺。
四、结论与建议
“金属材料与热处理”课程体系的构建应与专业培养目标相一致，并与培养计划中的其他课程如“材料科学基础”相互补充，相得益彰。课程内容涉及面广，但在实际教学过程中应有所侧重，在学时紧的情况下，有些内容甚至可以由学生自学，如铸铁、其他材料简介等章节。并尽可能给学生提供实践的机会。课程的实际教学过程，往往是几种教学方法结合，使教学更为生动，知识更容易为学生所接受，从而提高教学效果，并在教学过程中探索更多的有效的教学方法。
参考文献：
[1]叶宏.金属材料及热处理[M].北京：化学工业出版社，2009.
[2]王建凤.直观教学法在金属材料与热处理教学中的应用[J].现代技能开发，2000，（4）：39.
[3]王未强，徐中明.浅析疑问教学法在《思想概论》课教学中的运用[J].思想研究，2001，（5）：110-111.
[4]阳益贵.从《金属材料及热处理》课谈趣味性教学[J].现代技能开发，2002，（11）：34.
【关键词】加热炉；物料跟踪；数学模型优化
前言
唐钢不锈钢公司1580mm热轧生产线加热炉二级优化控制系统借助先进的信息管理技术、计算机技术和网络通讯技术，实现加热炉生产全过程的自动跟踪、统一物流与信息流、热工过程全自动控制。
1加热炉二级控制系统的目标及描述
1.1 加热炉计算机控制的目标
（1）生产效率高： 在保证质量的前提下，钢坯的加热速度越快越好，这样可以提高加热炉的生产率，减少炉子座数或缩小炉子尺寸。快速加热还能降低钢坯的烧损和单位燃料消耗，节约维护费用；
（2）加热质量好： 钢坯的轧制质量与钢坯的加热质量有密切的关系。加热时钢坯的出炉温度应符合工艺要求，断面上温度分布均匀，钢坯的烧损率低，防止过烧和表层的脱碳现象；
（3）燃料消耗低： 轧钢厂能量消耗的10-15%用于加热炉上，节省燃料对降低成本和节约能源都有重大意义。
1.2 加热炉二级优化控制
二级优化控制系统是在直接数字控制系统（DDC）的基础上，增加一套二级计算机作为监控机，通过工业以太网与基础燃烧控制工控机及生产管理计算机进行通讯而组成的控制系统。
各生产设备上的DDC将生产控制参数传输给上位二级监控机，由二级控制系统对加热炉内传热过程进行数值计算，得到钢坯的整体温度及其分布；根据优化算法，动态地确定加热炉最佳的热工操作方案，实现各生产参数的实时动态显示和在线优化控制。二级控制系统起到了集中监督管理的作用，达到了提高加热质量、降低炉子消耗和满足产量需求的最终目的。
1.3 加热炉数学模型概述
加热炉的二级控制系统成功实施的关键是建立准确、可靠的加热炉数学模型。加热炉内的热过程包括流体流动、传热传质、燃料燃烧等复杂的物理化学过程，建立的模型包括加热炉内炉膛的辐射传热模型、钢坯的导热模型、钢坯的氧化模型以及黑印模型等。
加热炉数学模型，实际上是加热炉热过程的数学描述，即一系列的数学方程（也可以是代数方程、常微分方程、偏微分方程、积分方程或积分微分方程）及其定解条件（边界条件或初始条件）。它描述加热炉炉内发生的热过程的基本规律和热状态，确定炉内热过程参数间的定量关系。数学模型可以用于炉子热工理论研究、炉子优化设计和炉子热工过程计算机控制。
建立数学模型并进行数值求解是确定热过程参数关系的有效手段。随着计算机数值模拟技术的发展，使得利用计算机数值求解带有传热、传质、传动量及化学反应等的复杂过程成为可能，目前，计算流体动力学（CFD）软件已经成为工业热过程模拟计算的有力工具。利用CFD软件离线模拟分析加热炉内的热过程，对加热炉数学模型及优化控制具有重要的指导意义。而对在线控制数学模型而言，模型的计算精度和计算速度都直接影响控制效果，因此，如何构造简单、高效、可靠的在线控制数学模型是实现在线数学模型优化控制的重点问题。
2 加热炉二级控制系统网络结构
加热炉二级控制系统的网路拓扑结构如上图。二级的服务器、工程师站、操作员工作站及打印机通过交换机与一级PLC、板坯库、连铸L2及轧线L2相连。完成以下通信内容：
（1）加热炉二级系统内部的数据传输；（2）从加热炉一级采集数据，经过计算和优化再下达给一级PLC；（3）将加热完成后的钢坯数据发送给轧线L2，并从轧线L2采集轧制反馈信息；（4）从连铸L2和板坯库获取进入上料辊道的钢坯信息。
3 加热炉二级优化控制系统的构成及主要功能
3.1 流程
轧线、加热炉、板坯库物流流程如下图所示。板坯库接收连铸坯或其他外来坯入库。板坯出库进入加热炉区，经过加热炉核对后入炉。不合格板坯吊销退回板坯库。加热炉出炉坯进入轧线，板坯在炉后的不合格坯返装入炉或返回板坯库。热送坯直接入炉。
3.2 加热炉物流管理
加热炉的物流管理主要针对钢坯的入炉、出炉以及在炉内和炉外辊道等一系列的运行而设计和管理的，操作人员通过计算机来掌握炉区钢坯的物流状况，对炉区的钢坯进行管理并实现各台加热炉的组炉实绩。其主要功能有：
3.2.1 与轧线的衔接
轧线计算机系统根据轧制计划向加热炉L2发送接受钢坯信息，热送或板坯库来的钢坯经过加热炉加热后，按照生产计划及轧制周期向轧线输送钢坯。本加热炉可以根据生产计划和轧制能力实时调整出钢计划满足生产。
3.2.2 轧制计划的处理
轧制计划管理的目的是对生产必要的轧制计划数据和实际数据进行管理。本系统具备自动从接收轧线计算机系统发送来的轧制计划，在钢坯进入加热炉L2跟踪区域时，向轧线L2请求该块钢坯的PDI数据。在钢坯离开加热炉L2跟踪区域时，向轧线L2返回该钢坯的加热质量信息。
同时，本系统向管理人员提供人工录入和修改生产计划数据的接口，以保证在通讯故障和其它特殊情况时不影响加热炉的生产。
3.2.3 钢坯炉区跟踪
包括加热炉区域入口侧钢坯位置跟踪、加热炉内跟踪、加热炉出口侧钢坯位置跟踪、跟踪修正等。
（1）加热炉入口侧钢坯位置跟踪
加热炉入口侧钢坯位置跟踪的范围从钢坯核对完毕开始，到钢坯装入加热炉结束。加热炉L2过程控制计算机根据来自基础自动化（L1）的钢坯跟踪实际，建立钢坯在装料辊道上的跟踪映像，实时启动相关程序。
（2）加热炉内跟踪
加热炉内钢坯位置跟踪的范围从钢坯装入加热炉开始，到钢坯出加热炉定位到出炉辊道上为止。加热炉L2过程控制计算机根据来自基础自动化的各钢坯装料时装入行程和步进梁每周期的移动量等信号，对加热炉内各钢坯在加热炉的位置进行实时跟踪。
（3）加热炉出口侧钢坯位置跟踪
加热炉出口侧钢坯位置跟踪的范围从钢坯出加热炉开始，到除鳞箱入口辊道为止。加热炉L2过程控制计算机根据来自基础自动化的信号，建立钢坯在出炉辊道上的跟踪映像。
4 加热炉二级优化控制系统使用效果
该系统在唐钢不锈钢公司加热炉投用以来，加热炉设备的自动化程度达到了很高的水平，板坯上料、辊道运行、数据跟踪、装钢、出钢全程实现了自动操作，提高了工作效率。通过实践证明，该二级系统的使用为加热炉的稳定运行提供了可靠的保证，使板坯的出炉温度最接近目标值，板坯截面温差最小，燃料消耗最低，氧化烧损和脱碳最少，加热炉生产均衡，降低劳动强度，加热炉设备得以保护且更加环保。
参考文献：
[1]苏福永，张旦天，温治，等.环形加热炉管坯加热二维传热数学模型的研究[J].工业炉，2005（3）.
一、玻璃成形工艺的工业需求
以汽车用玻璃为主的玻璃成形工艺包括落模成形、热弯成形、模压成形、辊压成形及玻璃面板热加等。这些工艺过程中，具有热粘弹塑性特性的玻璃在高温接近软化状态下进行成形，重力也将对其成形结果产生影响。与其他工业产品成形类似，玻璃的成形在成形工艺及模具设计不合理的情况下，仍然会产生成形缺陷，如贴膜不紧、形状未完全成形和表面裂纹等。目前国内企业在面临这些问题时大多采用试错法，也就是完全凭工程师经验进行大量的实际试验，这种方法的弊端在于对工程师经验依赖性大，经验又难以快速进行有效的积累和传承，多次试验使得产品的生产周期长，成本增加，质量不高。因此，企业需要一种有效地工具来面临挑战，专业材料成形工艺数值模拟工具DEFORM 可以应对这些难题。
二、材料成形工艺数值模拟工具DEFORM
DEFORM 源自塑性有限元程序ALPID（Analysis ofLarge Plastic Incremental Deformation）。在20 世纪80年代初期，美国Battelle 研究室在美国空军基金的资助下开发了用于塑性加工过程模拟的有限元程序ALPID，后来开发人员对程序进行了逐渐完善，并采用Motif 界面设计工具，将程序发展成为商品化的软件DEFORM（DesignEnvironment for Forming）。经过30 余年的发展，DEFORM 已经成为材料成形领域著名的工艺数值模拟软件。
DEFORM 是一套基于有限元的工艺仿真系统，用来分析变形、传热和热处理之间复杂的相互作用，常被用于分析金属、玻璃及聚合物的成形现象。系统具有刚粘塑性及粘弹塑性算法，并同时耦合热分析，其有限单元采用Lagrangian算法并通过单元自适应进行大变形计算。如图1 所示，各种现象之间相互耦合。这些耦合效应将包括：由于塑性变形功引起的升温、加热软化、温度控制、热损耗、塑性和应变应力对材料的影响等，对于玻璃成形的热固耦合及温度场分析具有很强的计算能力。
三、DEFORM 玻璃成形工艺的工业应用
1.DEFORM 玻璃成形的技术特点
玻璃成形的基本理论涉及传热、流动及变化的边界条件，玻璃材料在成形过程将产生高的应变率、温度的不断变化及高的材料非线性问题。成形过程中，发生玻璃的自然散热、玻璃与模具的热传导等现象。因此，非线性模拟程序必须包括玻璃材料在热状态下的材料流动性能、温度边界的计算能力及热应力计算。
DEFORM 具有常用玻璃的成形流动应力应变数据，该流动应力数据涉及不同温度、不同应变率条件下的多种应力应变曲线，常用的温度范围为20 ～ 1250℃，应变率范围为0.0001 ～ 100，因此可以分析复杂大变形的玻璃成形问题，如模压成形和辊压成形等。另外，如果有特殊的玻璃材料流动应力数据，也可通过自定义模式直接输入到材料库中进行分析计算。
2. 玻璃落模成形分析
玻璃落模成形分析一般在将玻璃加热到500℃以上，玻璃材料呈软化状态，在重力作用下产生弯曲并贴合模具表面形成一定形状的产品。通过对玻璃落模成形过程的数值模拟计算，预测不同温度及模面设计条件下玻璃的成形结果，预测贴合间隙等缺陷，优化工艺参数，如图2、图3 所示。
3. 玻璃模压成形分析
DEFORM 玻璃成形数值模拟能够分析玻璃模压成形过程中的物理现象，这些现象是实验很难预测的，如图4 ～ 6所示。DEFORM 玻璃模压成形需要考虑的要点如下。
（1）金属模内的形状尺寸变化。玻璃产品形状尺寸与上下模的闭合间隙相关，而模具在冷热状态下的尺寸可能产生变化。可以通过CAD 建立模具冷温下的形状，通过金属热膨胀的热计算获得模具的温度分布及热变形。
（2）模压过程的玻璃材料流动行为。在设计的工艺参数下玻璃是否完全填充模具型腔是模压成形的重要因素，成形过程中，有些地方可能因流动特性而更快地填充，而其他地方有可能无法完全充型。
（3）材料充型过程和停留过程中玻璃材料的温度分布情况。玻璃需在可控速率下进行冷却，以避免玻璃因热损耗而产生畸变，过快的冷却速率将产生不理想的热应力现象。
（4）模具的温度分布。过冷的模具表面可能造成玻璃产品的局部应力而产生扩展性裂纹，过热的模具表面可能造成玻璃粘在模具表面上。
（5）玻璃应力。与模具接触位置的玻璃在成形和停留过程中会产生较为明显的热变化。在某些部位可能达到其流动温度点以下，因此粘性和结构松弛现象成为玻璃应力计算的重要影响因素。
（6）重力影响。因模压前期重力作用造成的玻璃变形将在计算中予以考虑。
4. 玻璃辊压成形分析
DEFORM 具有专业的辊压成形分析模板，采用流程化操作方式，可以参数化建立玻璃辊压模型，并采用全六面体单元进行计算，预测辊压成形形状及缺陷，优化辊压工艺参数，如图7 所示。
