在博士论文选题中贯彻科学方法论思想

博士论文应该是高水平的研究探索，是博士生三年研究成果的总结。博士论文应该具有创见，体现出作者的魄力和胆识，体现出智慧和才华，优秀的博士论文应该是将闪光的思想用精彩的语言表现出来。博士论文选题非常关键，其选题的起源一般是为了达到某特定目的，在某一科学或技术领域所要研究和解决的一个或一组科学问题或技术问题。爱因斯坦认为，在科研方面，提出一个问题比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数据上或实验上的技能而已，而提出一个新的问题、新的可能性、从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力。

博士论文选题，一般来说需要遵循如下步骤:问题调研→课题选择→课题论证→课题决策。在此过程中，必须兼具科学性、先进性、创新性和实用性等基本科研素养，自觉不自觉的运用科学认识论和方法论的思想来指导自己对研究课题的选择。一般来说，科研选题首先要深入分析选题的背景和意义，弄清选题的主要矛盾;此外还需要拟定研究路线，确定研究方法;而提出自己的创造性见解则是科学研究的重中之重;最后还需要写明预期成果具有怎样的社会效益。

1、选题背景

当今人类社会面临的一个很大的问题便是能源危机。20世纪50年代以后，由于石油危机频繁对世界经济造成巨大影响，国际上各国对能源问题都保持审慎的态度。2008年至今的一系列国际重大事件导致石油价格起起伏伏，一度涨至147美元/桶。化石能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终葬送现代市场经济。近年来我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间单位GDP能耗降低20%，主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。《节能减排综合性工作方案》控制高耗能高污染行业过快增长，加快淘汰落后生产能力的力度。

事实上无论花多大的努力找到何种替代能源，都不能离开其核心“节能”。因为最环保、最“绿”的能源是节省下来的能源!全球总能耗中有1/3为建筑能耗，包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯等方面的能耗，其中采暖、空调能耗占建筑能耗2/3。我国是一个发展中的建筑大国，每年新建房屋面积高达17～18亿m3，超过所有发达国家每年建成建筑面积的总和。而新建建筑中真正称得上“节能建筑”的还不足1亿m3，绝大多数新建建筑使用实心粘土砖，每年毁掉良田12万亩。钢材和水泥使用量比西方国家多15%以上，污水回用率仅为25%。

无论是建筑围护结构还是采暖空调系统均属于高耗能建筑，单位面积采暖所耗能源相当于纬度相近的发达国家的2～3倍。据测算，到2020年全国建筑能耗占全社会总能耗的比例将上升到35%左右，全国空调电力高峰负荷将会翻两番，约相当于10个三峡电站的满负荷电力，建筑将超越工业、交通等其它行业而最终成为能耗大户。随着能源形势的日益严峻，建筑节能的关键因素———空调节能将成为提高全社会能源使用效率的首要环节。

2、新型换热器概述

在2004年初发生的SARS事件，让全中国人都明白了空调系统保持新风换风的必要性，但如果新风不经过任何热交换直接进入，将会大大提高空调系统的能耗。空调新风的热回收是建筑节能的主要矛盾。使用新风热回收对建筑节能意义非常重大，它通过在新风风道与室内排风风道之间安装一换热器，将新风与排风在热交换器内交换热量后达到接近于室内空气的状态，比传统全空气空调系统全年节约一次能源20%以上。而如何提高新风换热器的传热效果一直以来都是一个重要课题。

目前换热器的研究正向着高传热系数、低压力损失和高紧凑度方向发展，而本课题选择的研究对象交叉三角形波纹板结构刚好全部符合此三个方向要求。

空调新风换热器分为显热回收和全热回收两大类。显热回收器常采用金属板板式换热器，新风和排风通过换热板进行显热交换;而全热回收器采用一种特殊的滤纸或薄膜为媒介，新风和排风的显热和潜热(即湿度)同时得到交换。

与显热换热器相比，全热回收器不仅增加了单位体积内的换热面积，而且流道的传热传质系数得到显著强化。本文选定的交叉三角形波纹板复合选择性渗透膜即可以实现全热交换。但国内外学者对此结构的研究，尤其是对其流道中的流动与换热规律尚不充分，很多仍停留在数值模拟上。

3、课题研究的国内外进展

交叉三角形波纹板流道的传热与阻力特性是设计和优化该换热器的基础，建立其传热和流动阻力的准则方程式是需要解决的首要问题，而该问题的解决在工程上也具有重要意义。但是在文献调研发现，对这种结构的传热传质和阻力特性进行的系统研究还非常缺乏，尤其是该结构在复杂边界条件下的热质耦合情况的研究更加少见。在国际上，仅有英国的Scott和Lobato所在的课题组针对工业废水处理场合，用电化学方法测量了电解质溶液流过交叉三角形波纹板内时的平均传质系数，但是他们没有给出它的阻力特性和流道局部传质系数，也没有揭示出它的强化传热传质的机理。张立志为分析这种结构的传热强化作用进行了卓有成效的研究，对于层流模型、k－ω湍流模型(LKW)和全雷诺应力模型(RSM)模拟计算了不同雷诺数下流道的局部流动和传热特性。数值模拟表明，相同操作条件下，交叉三角形波纹板流道的对流传热系数比平行板换热器增大40%～60%。张教授认为其强化传热机理是由于波纹腔体的收缩－扩张作用而在腔体内产生了涡流、二次流，热量和动量传输得到强化，从而强化了主流与壁面之间的热量、浓度交换。

当前国际上对于其他异型管道传热传质的数值模拟，比较热门且接近于实际情况的模拟是选用大涡模拟，但该模拟对于计算机软件及使用技巧有更高要求，而使用该模型是否能够得到更接近于实际的传热传质与阻力特性，都需要用实测数据来进行检验。而空气在交叉三角形波纹板流道中局部传热系数和流场分布的实验研究迄今未见报到。本论文将通过实验获得其局部传热系数和内部流动特性，将有助于深刻认识这种结构的传热性能，特别是进口段的边界层发展规律，有助于揭示其强化传热的机理，为进一步优化这种结构找到正确方向，为工程设计提供理论基础，也为数值模拟(包括各种模型)提供实验依据。

4、研究路线和研究方法

现代科学革命，使得科学与技术、自然科学与社会科学以及各门自然科学之间的相互渗透和整体的趋势明显加快，它也标志着人类进入了所谓“大科学”的时代。在课题研究中将采用计算机模拟技术与实验技术相结合的办法对交叉三角形波纹板展开一系列研究。课题选用FLUENT6．3软件是基于有限容积法纳入了多种网格生成技术，具有强大的前处理软件GAMBIT和后处理软件TECPLOT，可提供全面、生动、优质的模拟结果。通过改变流动过程中的雷诺数、三角形波纹截面形状，采用三维激光扫描技术和动态热线热膜风速仪对速度场、流道内湍动能进行测量，获得传热系数、Nusselt数和阻力系数，并关联出准则方程式。搞清该复杂流道的强化传热机理，包括其中漩涡的产生和发展规律，速度和温度边界层的发展规律，总结流道结构和几何参数变化对传热和流动造成的影响。并以实验结果为依据，提出合适的计算模型与模型参数，进行传热与流动的数值模拟，并以试验结果对模型进行验证。

5、体现在选题中的科学精神和人文精神

凡是纯粹科学(自然科学)、应用科学及社会科学，皆需要丰富的科学知识、清楚的科学头脑、有条理的科学方法和有勇气的科学精神。本选题的研究对象“交叉三角形波纹板传热传质特性研究”，将国内外最新的研究成果创造性的移植到本课题研究中，以求真务实的精神，通过计算机模拟技术与实验技术相结合，为该结构的换热器的热质特性从试验上返诸理论探讨，将实证精神与原理精神紧密结合，从而为我国“十一五”节能减排目标的实现，进而解决人类所面临的重大问题———能源危机、造福人类作出贡献。科学精神和人文精神始终贯穿于整个课题的研究过程中。