化学热力学的研究方法篇（1）

1国内外研究现状

1．1纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的研究现状

树脂混凝土在机床基础件中的应用大致经历了普通混凝土、树脂混凝土、纤维增强树脂混凝土的发展历程。国外，自从混凝土问世以来，其在制造机床构件方面的应用得到了飞速发展。如德国的Schlesinger公司、Boehrin－ger公司、Burkhart＆Weher公司以及Darmstadt大学等企业研究所成功将树脂混凝土用于加工中心和高速机床上，并完成聚合物混凝土德国工业标准等。欧洲其他国家如：瑞士的Georgefesher公司、Studer公司等，自Studer公司自行研制成第一台外圆磨床的树脂混凝土床身和主轴后，20世纪80年代初又制成了S30到S50数控外圆磨床的树脂混凝土床身。意大利的Norma公司与SanRocco公司相继推出装有钢筋混凝土构件或纤维增强树脂混凝土构件的机床产品。日本机械工业促进协会技术研究所试制了树脂混凝土材料磨床床身，并将聚合矿物复合材料技术应用于高速车床床身。为了更好地将树脂混凝土应用于机床基础件，满足近年来机床产业高精高速发展的新要求。国外学者采用将钢纤维、玻璃纤维加入混凝土或树脂混凝土以提高材料力学性能用于制造机床结构；尝试将聚合物混凝土与传统金属材料结合的方式设计机床结构等不同的方式。如早在1995年，M．Rahman等［2］就将钢纤维增强混凝土用于制造型号PSG－52DX的机床结构，并对其性能进行测试，验证了钢纤维增强混凝土用于制造机床的合理性。随后凭借该材料优良的阻尼特性，在2001年，M．Rahman［3］又将其应用于数控机床。2008年JungDoSuh［4］将聚合物混凝土框架结构应用在龙门铣床机床底座上，并取得了不错的效果。2011年SungKyumCho等［5］将树脂混凝土用于小型机床结构以减轻结构的质量，提高结构刚度。2012年HeaderHaddad［6］对树脂混凝土的各种力学性能参数进行测试，获得了性能优良的树脂混凝土材料，并将用于精密机床结构的制造。国内自20世纪50年代末，机床制造业中提出用非金属材料制造机床支撑件开始，北京机床研究所、上海机床厂、大连机床厂、同济大学等企业、高校研究所通过自主研发或采用技术交流的形式进行相关技术研究，相继采用钢筋混凝土或聚合物混凝土用于机床基础件的制造。但由于受到各种因素的影响，没有获得批量生产。随后，国内多所高校企业展开混凝土材料在机床上应用的研究。如辽宁工程技术大学徐平［7］从机理上分析了钢纤维聚合物混凝土力学性能和阻尼的内在本质，并通过制造、测试钢纤维聚合物混凝土车床床身模型证明了该材料制造机床床身的优越性和合理性。早在2007年济南鲁洋科技有限公司又与济南第四机床厂共同合作研发，并制作了树脂基复合材料床身。国内其他高校如大连理工大学、山东大学（山东工业大学）、重庆大学、昆明理工大学等分别从纤维增强树脂混凝土材料的制备工艺、性能测试以及纤维增强树脂混凝土机床基础件的制造加工、床身静动力学性能测试、仿真分析等角度来验证纤维增强树脂混凝土用于制造机床基础件合理性。国内吴隆［8］较早将树脂混凝土用于机床床身的制造，对材料组分的配比以及填料对材料的影响进行了相关研究。山东工业大学的李剑锋等［9］将聚合矿物复合材料用于了机床夹具的制造。大连理工大学的王德伦［10］团队进行了钢纤维混凝土床身的特性分析与试验研究，从静态与动态性能分别分析了钢纤维混凝土制造床身的可行性，结果表明钢纤维混凝土材料制成的床身在刚度、强度和固有频率等方面均能满足床身要求。浙江工业大学的卢波［11，12］团队基于有限元方法对树脂混凝土构件在磨床上的应用进行了大量的研究。他们将树脂混凝土应用到大型数孔龙门平面磨床立柱的制造，并采用有限元方法对树脂混凝土立柱进行了动力学分析，验证了树脂混凝土立柱比铸铁材料具有更佳的动态特性。陈旭东等［13］研究了树脂混凝土材料VMCL600加工中心关键结构的制造，提出金属材料与树脂混凝土相结合的混合结构用于机床床身制造，能进一步提高机床床身的综合性能。重庆大学的周忆［14］教授团队对树脂基复合材料床身的阻尼性能及热性能进行了研究。屈涛等［15］基于试验的方法对树脂混凝土床身进行了模态分析。山东大学的白文峰等［16］对纤维增强聚合物混凝土及其界面与阻尼机理进行了相关研究。由于混凝土本身存在着非均匀、非连续、非线性以及多相性等特点，决定了其力学性能的复杂多变，为分析其受力破坏机理，人们建立了各种各样的理论模型。目前，国内外对混凝土、钢纤维混凝土、高强混凝土的研究在日臻完善，但对纤维增强树脂混凝土的力学性能及本构关系的研究相对较少。另外，研究者多从纤维增强树脂混凝土材料的制备工艺、力学性能测试以及纤维增强树脂混凝土机床基础件的制造加工、床身静动力学性能测试、仿真分析等角度来验证纤维增强树脂混凝土用于制造机床的基础件。对纤维增强树脂混凝土机床基础件设计方法及工艺多借鉴传统铸铁材料的机床基础件，与纤维增强树脂混凝土特殊的成型工艺相匹配的结构优化设计方法相对较少。笔者认为纤维增强树脂混凝土数控机床基础件理论研究尚需从以下几个方面进行展开：（1）研究在树脂混凝土加入其他材质纤维（如玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维）时，纤维含量、长径比，粘结剂、骨料、填料等组分对其物理力学性能、阻尼性能、热稳定及化学稳定性的影响；以阻尼减振、热稳定和力学性能的良好组合为优化目标，进一步优化纤维增强聚合物混凝土的组分配比，确定适于制造数控机床基础件的纤维增强树脂混凝土材料的最佳成分配比；研究纤维增强树脂混凝土制造数控机床基础件的成型机理及生产工艺流程；根据其成型工艺，完善纤维增强树脂混凝土机床基础件的设计方法。（2）运用复合材料界面理论，从微观角度对纤维增强树脂混凝土的（钢纤维／基体）界面分析，研究纤维增强树脂混凝土在发生热变形时界面热剪应力与温度变化的关系。建立材料组分最佳比例下的纤维增强树脂混凝土力学本构关系。（3）在分析纤维、界面对材料阻尼的影响以及纤维增强树脂混凝土阻尼定量分析的基础上，建立纤维增强树脂混凝土材料阻尼数学模型。结合数控机床运行环境，建立多场耦合条件下，纤维增强树脂混凝土机床基础件的热、动力学数学模型。

1．2机床结构热动力学优化方面的研究现状

机床结构热动力学性能优化是改善机床动态性能和热稳定性的主要途径。自20世纪60年代，国内外学者对机床结构设计方法及数字化设计进行了广泛研究。通过试验与理论分析，找出了机床的薄弱环节，针对机床的薄弱环节进行结构优化，提高机床结构的静、动态力学性能。目前研究者已经开始尝试采用拓扑优化的方法来解决机床结构优化时遇到的问题。德国人L．Kroll等［17］利用拓扑优化技术在对机床各部分零件进行轻量化设计的基础上，获得整机的轻量化设计。马超［18］借用有限元分析软件，基于变密度拓扑优化对某型号机床立柱进行了拓扑优化，实现了机床结构的轻量化设计。饶柳生等［19］基于拓扑优化技术中的SIMP方法通过改变加强筋板在机床立柱上的个数与分布位置，达到对机床立柱静动态性能优化的目的。巫修海等［20］采用ICM法的连续体拓扑优方法对高速卧式加工中心的立柱进行了优化设计，并获得了一定的效果。上述研究者多忽略了机床结构热变形的影响。研究者对数控机床基础件进行优化设计时，需要考虑结构的散热。尤其设计与数控机床主轴系统相关联基础件时，更应该考虑其结构的散热功能。笔者认为考虑机床热变形的影响因素对机床基础结构进行优化设计时，需要首先获得机床结构工作过程时精确的温度场，建立精确的热力耦合工况，最后考虑热力耦合作用，采用拓扑优化技术对机床基础件进行热动力学性能优化设计。

1．3纤维增强树脂混凝土机床基础件热动力学性能拓扑优化

纤维增强树脂混凝土可以看成以纤维为增强相以聚合物混凝土为基体形成的混杂两相复合材料。目前连续体结构的拓扑优化设计研究主要集中在采用单一材料进行优化设计，而两相、多相复合材料的连续体结构拓扑优化设计相对较少，且多停留在对结构的静力学性能进行优化，针对结构较复杂的纤维增强树脂混凝土机床基础件进行拓扑优化设计的研究更少。笔者［21］曾采用单元变密度方法和节点变密度方法，提出以模态阻尼比最大作为优化的目标函数，结合有限元建模、独立敏度分析、滤波和灵敏度再分配等步骤完成阻尼结构在板壳结构表面的布局优化，并取得了一定的效果。研究发现，对纤维增强树脂混凝土两相材料进行拓扑优化是可行的。另外，其他研究者也为解决纤维增强树脂混凝土两相材料机床基础件拓扑优化提供了解决思路。2000年Sigmund等［22］在对柔顺机构进行拓扑优化设计时，就采用了两相材料的插值模型。Mei等［23］曾将柔度最小作为优化的目标，利用水平集方法对多相材料连续体结构进行了拓扑优化。Wang等［24，25］在对多相材料进行拓扑优化时引入了相场理论。孙士平等［26］在对多相材料进行拓扑优化时，为了提高优化精度、抑制数值不稳定现象，提出了周长控制方法。Li等［27］曾以应力大小为约束条件，对两相材料的柔顺机构进行了拓扑优化设计。郭旭等［28］在节点水平集法的基础上提出拓扑描述函数法，通过引入支集放松技术，提高计算效率。由此可知，拓扑优化可以用于纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力性能优化。针对纤维增强树脂混凝土机床构件的热动力学性能拓扑优化的研究尚未报道。笔者认为纤维增强树脂混凝土在制备过程相对铸铁具有好的抗腐蚀性、吸振、防锈、耐热性以及常温下一次成型的低能耗特性。但纤维增强树脂混凝土同样具有很多缺点：成型时流动性比较差，弹性模量与铸铁比相对较小、不能焊接等。成型时的流动性制约了其不能像铸铁那样加工成相对复杂的构形；弹性模量低要求设计时若需提高结构刚性，需要增大截面的惯性矩，不能按照设计铸铁机床构件的图纸来制造纤维增强树脂混凝土数控机床构件，例如设计纤维增强树脂混凝土机床床身的截面形状可以根据实际需要来设计不同于铸铁床身的截面形状等；不具有焊接性能，制约了其用于制造数控机床基础件时只能一次成型或通过预埋构件进行连接，不能采用焊接的方式连接各部分构件等。考虑到纤维增强树脂混凝土苛刻的加工制造条件，要求设计者在对纤维增强树脂混凝土数控机床基础件热动力学性能设计，需采用传统设计方法设计的同时，尝试新的优化设计方法———拓扑优化方法。

2解决策略

为加快纤维增强树脂混凝土在数控机床基础件中的应用、提高数控机床抑制振动、热变形的能力，笔者认为需要从以下几方面进行研究：（1）机床的内部和外部热源都能引起机床的温度变化，使其产生热变形，破坏各部件之间的相对位置精度和运动精度，影响机床的几何精度和工作精度，其中基础件的热变形是影响机床加工精度的主要因素。研究者拟根据数控机床工作现场受到的外界及自身产生的温度场、载荷场，建立不同工况条件下，数控机床的载荷场。（2）根据纤维增强树脂混凝土苛刻的加工制造条件，基于能量原理，建立复杂工况下纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力学方程；采用有限元方法，对其进行数值求解。（3）发展和完善新的拓扑优化方法用于纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力学性能。该方法需要兼顾克服纤维增强树脂混凝土自身缺点影响、数控机床复杂的工况条件干扰的同时，并能提高优化设计计算效率。引入耦合物质点方法用于纤维增强树脂混凝土机床基础件的热动力学性能优化设计中，构造适合纤维增强树脂混凝土自身性能、满足结构间特性的，在空间上具有连续性、光滑性的拓扑变量场，建立多场耦合条件下纤维增强树脂混凝土机床基础件热动力学性能拓扑优化模型，引入动力学缩聚理论提高优化效率。最终获得最优、最实用的纤维增强树脂混凝土数控机床基础件结构。研究者需攻关的关键点为：（1）钢纤维增强树脂混凝土机床床身的动力学模型的建立①基于试验的方法研究在树脂混凝土加入钢纤维的含量、长径比，粘结剂、骨料、填料等组分对其物理力学性能、阻尼性能、热稳定性能及化学稳定性的影响，优化纤维增强聚合物混凝土的组分配比。②基于热力学第一定律，运用损伤力学和界面力学原理探究在热动力学约束条件下钢纤维增强树脂混凝土微观／细观结构和宏观特征关系、多相界面行为，增强、阻裂机理，建立材料的力学本构关系。③结合试验与理论研究结果，根据材料发生热变形时界面热剪应力与温度变化的关系，以及钢纤维增强树脂混凝土的阻尼性能，建立材料组分最佳比例的力学本构关系。④基于钢纤维增强树脂混凝土的力学本构关系，结合机床的结构特点，基于数值方法建立钢纤维增强树脂混凝土床身的动力学模型。（2）热、力环境载荷变化规律对数控机床床身动响应影响研究①基于朗格朗日定律研究机床床身受到温度场引起的等效热载荷，研究机床床身所受热载荷与动载荷的耦合关系，建立床身所受热载荷与动载荷的特征参数在机床床身空间及时间域内的表述模型。②探讨作用在机床床身上整体及局部的温度场／力的变化规律。③研究温度场和载荷对机床床身的动态响应特性。（3）钢纤维增强树脂混凝土机床床身热动力学建模及优化①分别以上述钢纤维增强树脂混凝土床身的动响应模型和环境载荷模型为边界条件和载荷条件，建立复杂环境约束条件下，钢纤维增强树脂混凝土机床床身的整体热动力学响应模型，分析床身的热动力学响应特性。②引入物质点方法，研究适合钢纤维增强树脂混凝土机床床身结构的热动力学拓扑优化方法，并建立以结构动响应最小为目标的床身动力学拓扑优化模型。③采用数值仿真和试验相结合的方法，研究优化后钢纤维增强树脂混凝土机床床身抑制振动、抗热性能效果。④运用形状优化方法紧密结合钢纤维增强树脂混凝土制造工艺，对拓扑优化的结果进行形状优化的处理，以利于钢纤维增强树脂混凝土机床床身的制造。

3解决思路

具体解决思路如图1所示。从研究纤维增强树脂混凝土材料本身力学性能及阻尼特性入手，建立材料本构关系。结合现场测试获得的THC6380精密卧式的载荷谱，基于拓扑优化的方法，结合材料自身制造工艺特点对纤维增强树脂混凝土机床基础件的热、动力学性能进行优化设计，为该材料在高档数控机床基础件中的应用提供理论依据。

化学热力学的研究方法篇（2）

1热带农业经济研究与学科体系的发展现状

热带农业经济研究是随着热带农业的发展而发展起来的，20世纪70年代末期，热带农业经济研究主要是开展热带地区的自然条件和资源的调查，进行热带农业区划研究，例如：《华南各省区自然区划》、《华南各省(区)橡胶等热带作物宜林地选择及开发利用》两项成果均获得了1979年广东省科技大会奖；80年代，在继续做好热带地区农业区划工作的基础上，也开始了区域热带农业发展战略、热带农业资源与环境等问题的研究，特别是1982年华南热带农业大学开始创办热带农业经济学的专科班，开始探讨热带农业经济学的学科理论体系和系统研究方法；20世纪80年代末，中国热带作物学会农业经济专业委员会成立，在专业委员会的推动下，热带农业经济学学科体系逐渐构建起来，例如：《海南岛农业区划报告集》在1985年获全国农业区划科技三等奖，《全国农业气候资源和农业气候区划的研究－中国橡胶树气候区划》和《中国农业发展若干问题研究－海南岛农业发展战略研究》均在1985年获全国农业区划成果一等奖，《我国粮食和经济作物生产发展研究－我国天然橡胶与椰子生产发展研究》在1987年获国家科技进步二等奖，《中国热带作物种植业区划》在1988年获国家科技进步二等奖；20世纪90年代后，国家大力发展热带作物，热带地区不断强化农业的基础地位、首要地位和支柱地位，特别是1997年9月中共“十五大”之后，热带农业经济研究集中于热带农业产业与区域发展等问题上，在推进热带农业产业结构战略性调整、热带农业资源的有效利用上取得了显著的成绩；21世纪，国家大力支持热带农业发展，连续的八个“中央一号”文件，都落实在农业问题上，热带农业经济研究的领域不断拓宽，从热带作物产业经济研究、热带地区农村区域发展研究、热带农业资源环境经济研究等拓展到热带农业技术经济研究、国际热带农业研究等领域。

2热带农业经济研究与学科体系存在的问题

从20世纪90年代以来，经过许多专家、学者和实际工作者的共同努力，热带农业经济研究领域与学科体系不断丰富和完善，就目前热带农业和热区农村经济发展的形势来看，热带农业经济研究与学科体系建设明显滞后于热带农业和热区农村经济发展的实际。2.1研究领域与学科内容滞后于热带农业产业发展的形势1986年，党中央、国务院作出大规模开发热带作物资源的决定，2010年10月，《国务院办公厅关于促进我国热带作物产业发展的意见》颁布实施，充分体现了党中央、国务院对热作产业发展的高度重视和大力支持，对促进我国热作产业发展具有重大而深远的意义。与大农业比较起来，由于热带农业所占地份额比较小，社会关注度不够，热带农业的保险、补贴政策，热带农产品的收储机制、农村的贫困问题，资源环境高效利用问题等还处于刚刚起步阶段，很多领域未拓宽，热带农业经济研究与学科体系的建设还跟不上热带农业产业发展的步伐，如何适应市场经济发展的需求以及热带农业快速发展的形势，是未来热带农业经济研究与学科体系建设中应重点考虑的内容。2.2缺乏自身的特色热带农业不同于传统的大农业，热带作物多属多年生作物，其生长习性不同于粮棉油等传统农作物的生长习性，以致热带农业经济研究不同于传统的农业经济研究。目前，热带农业经济的研究还是按照传统农业经济研究的方法来进行的，缺乏创新；热带农业经济学的基本理论描述不够清晰，容易与农业经济学、区域经济学、资源环境经济学、发展经济学等一些理论混淆，体现不出自身的特色；同时，也缺乏系统的专业教材，从学科发展的角度来看，如果一门学科没有自身的特色和优势，那么这门学科发展就相对缓慢。2.3其它的一些问题①热带农业经济学尚未构建完整的、系统的理论框架和学科体系；②热带农业经济学科体系的建设定位还相对模糊；③由于热带农业经济问题本身所具有的地域性、系统性、社会性等特点，更加大了热带农业经济研究与学科体系建设的难度等[2]。

3热带农业经济研究与学科体系架构的意义

3.1开展热带农业经济研究与学科体系架构是热带农业产业发展的需要

中国是世界热带作物重要的生产区和贸易区之一，但是热带农产品表现出较弱的产业竞争力，农民增产不增收的现象经常发生，并且在一系列的体制改革、科技创新、产业升级等进程中，屡遇瓶颈。在市场化程度非常高、竞争异常激烈的经济一体化环境中，热带农业产业要在市场中赢得地位，赢得生存与发展，就应该有一个相对完备研究队伍与学科体系为该产业的发展提供科学、专业的指导，将热带农业资源优势转化为市场优势。

3.2开展热带农业经济研究与学科体系架构是为国家、热区政府及时掌控热带农业发展动态的需要

近年来，国家大力支持特色农业的发展，热带农业受到了农业部、热区政府的重视，开展热带农业经济研究，建设热带农业经济学科体系，可以为国家、热区政府及时掌控热带农业发展动态提供基本信息，为各级领导发展热带农业提供决策理论依据，明确主攻方向，制定发展目标。而现实中热带农业经济研究与学科体系建设的滞后，信息的不对称，制约着相关产业发展政策的修正和完善。因此，为了政府能够及时掌控热带农业发展动态，制定适宜的产业政策，开展热带农业经济研究与学科体系架构，是十分迫切的。

3.3开展热带农业经济研究与学科体系架构，是国际热带农业合作的需要

当前经济全球化进程加快，区域经济合作不断拓展和深化，区域贸易自由化日趋明显，我国与热带地区国家的经济贸易日益频繁，特别是中国与东盟、大湄公河次流域国家、非洲、南太平洋岛国合作纵深推进，再者，当前的金融危机导致国际贸易格局和经济体系重设，中国热带农业应该抓住历史的契机，开展科技外交，实施“引进来、走出去”战略，才能在国际经济舞台上拥有更多的话语权。开展热带农业经济研究，建设热带农业经济学科体系，加强专业性人才的培养，及时接收和分析最新经济资讯，为我国热带农业经济研究与国际热带农业经济研究接轨，加强热带农业国际竞争与合作提供参考。#p#分页标题#e#

4未来热带农业经济研究与学科体系建设的发展趋势

热带地区多处发展中国家，热带农业经济研究与学科体系的发展主要是围绕着农村经济体制改革和热区农村经济社会发展的主题而展开，许多关系到体制改革和经济、社会发展实际进程的重大问题，先后成为热带农业经济的研究重点。随着世界经济一体化、区域经济全球化进程的加快，热带农业与热区农村经济的发展出现了一些新的特点：①热带农业国际化进程与市场化程度加速，从而竞争程度进一步提高；②热区经济、社会和环境的协调，城市与乡村的协调，地区之间的协调问题愈来愈受到政府的关注；③改革向纵深发展，土地、金融、财税、政府等方面的改革将进一步深化和有所突破；④热带农业微观管理和产业组织将进一步与现代市场经济接轨。基于这些变化与特点，热带农业与农村经济发展的研究也发生了一些变化。在研究领域方面，主要表现为“热带农产品的供给安全和质量安全”、“热带农业灾害与风险管理”、“热区农业自然资源与环境”、“国际贸易与经济自由化”、“收入、贫困与农村发展”等方面的理论与实证研究。以现代数理经济学和计算机技术为基础的计量模型与分析方法已成为国内外热带农业经济研究的主流方法，由以前的注重定性分析转化为定量分析为主。随着热带农业、热区农村经济的发展，热带农业经济研究与学科体系由注重产业宏观领域转向了微观经济问题，从产业的宏观发展战略转向产业链的微观层面，加强了与信息的结合，加强了农业企业层面的研究[3]。

5热带农业经济研究领域与学科体系的架构

热带农业经济研究领域与学科体系的架构，应该紧扣热带农业经济研究的对象、学科性质和特点，从任务、内容出发，采用不同的手段和方法，就可构建和形成一定特色的热带农业经济研究领域与学科体系[4]。

5.1热带农业产业经济

主要开展现代热带农业宏观发展战略、主要热带作物产业宏观发展战略、热带农业产业结构与布局、热带农业产业基础与组织、热带农业产业发展与模式、热带农业产业管理与政策、热带地区畜牧业、热带海洋渔业发展战略问题、国家农业政策、国家热带农业政策等研究。为制定热带农业产业，为制定的热带农业产业政策提供经济理论依据。

5.2热带农业区域经济

主要开展热带地区社会主义新农村建设、区域热带农业发展战略与规划、热带农业区域经济可持续发展与创新、区域经济增长与发展模式、热区农村发展政策与评价、热带农业区域经济发展与对策、农民专业合作组织发展问题、热带农业产业与区域经济发展问题、热区农村贫困与反贫困政策措施、热带地区农村扶贫模式、热带地区城镇化问题等研究。为国家制定区域热带农业的发展战略、区域规划提供指导和决策依据。

5.3热带农业资源与环境经济

主要开展以生态与环境为中心的热带农业和热区农村生态与环境经济及政策研究；以生物质能开发利用为中心的热区农村能源建设和现代热带农业能源需求研究；以土地和水资源为主的热带农业资源管理研究。目前的主要研究涉及以下几个方面：热带农业污染防治、热带地区农村环境保护、热带农业水资源和土地资源管理、热带地区农村能源建设、热带农业能源结构、气候变化与热带农业生产、全球变暖对热带农业的影响、生态扶贫政策、天然橡胶林生态建设、经济地理和城乡区域管理等。这些研究可以为热带农业资源的高效利用、热带农业的可持续发展提供指导。

5.4国际热带农业经济

主要开展热带农业全球化发展战略、中国热带农业“走出去”发展战略、中国热带作物生产的比较优势、中国热带农产品的国际竞争力、热带农产品进出口贸易战略、国际热带农产品贸易理论与政策研究、中国东盟自由贸易区热带农业问题、热带农产品进出口关税问题、国际热带农业经贸合作与交流等。为提升我国热带农业的发展水平、增强我国在热带农业国际市场上的话语权提供策略。

5.5热带农业技术经济

主要开展热带农业技术经济与热带农业科技发展等方面的理论与实证研究，研究重点是热带农业技术进步理论与政策、热带农业科技资源配置效率、区域热带农业科技进步贡献率、热带作物产业科技进步贡献率、现代热带农业产业发展的技术经济与政策、热带农业市场风险管理和预警及政策研究、热带农业经济模型与政策效果预测评价等，为提升我国热带农业的科技含量提供依据。

5.6热带农业信息经济

主要开展热带农业信息收集和整理及分析、热带农业信息化水平测度、热带农业企业生产经营数字化管理技术、热带农业农村信息化发展理论与方法研究、热带农业精确决策理论与技术、热带作物模拟模型研究、人工智能技术应用、热带农业决策支持系统、网络信息系统开发、GIS技术应用、农业基础设施信息化、热带农业生产风险分析与评估及管理、热带农业风险管理信息化、热带农产品安全预警理论与方法研究、热带农产品生产与消费及市场等方面信息的监测和智能信息分析与预警关键技术研究等，为热带作物产业发展规避风险提供指导。

6推动热带农业经济研究与学科体系架构的建议

热带农业经济研究与学科体系的架构，应该以科学发展观为指导，与时俱进、开拓创新，不断调整自身的研究内容、学科定位、框架和体系，具体说来，从以下几方面着手。

6.1坚持正确的学科指导思想

热带农业经济研究与学科体系建设的指导思想是：以科学发展观为指导，立足于中国热带农业和热带地区农村经济发展的实际，借鉴国外热带农业经济研究与学科建设的成功经验，以服务热带农业、热带地区农村发展和推动热带农业现代化、产业化、规模化、国际化、集群化为基本出发点，以面向社会普及热带农业经济管理知识，培养面向未来的高、中、初级热带农业科研与推广人才作为学科建设的基本目标，为中国热带农业和热带地区农村经济发展做出贡献。

6.2系统凝练热带农业经济研究领域与学科建设重点和发展方向

针对当前热带农业经济研究与学科发展面临的一些问题，当务之急是应该组织全国热带地区高等农业院校和热带农业科研院所的力量，对热带农业经济研究与学科发展方向展开讨论，组织学者们对热带农业经济理论、方法和应用领域开展系统的讨论，逐步在某些方面形成共识；同时，对热带农业经济研究与学科建设的重点和发展方向开展调查，了解全国热带地区高等农业院校热带农业经济课程开设、教材使用、师资配备及学科发展的一些情况。#p#分页标题#e#

6.3合理引进人才，完善人才队伍

化学热力学的研究方法篇（3）

[中图分类号] G434 [文献标志码] A

[作者简介] 胡小勇（1978—），男，江西奉新人。教授，博士，硕士生导师，主要从事信息化教育、信息化教师专业发展等研究。E-mail：。

一、研究背景

一直以来，教育技术领域的国际学者（如加涅、乔纳森、汉纳芬等）和学术组织（如AECT等），对我国教育技术的发展有着深远影响。关注国际教育技术发展热点与动态趋势，成为我国教育技术学者们最重要的学术活动之一，意义重大。

《社会科学引文索引》（SSCI），是国际上社会科学最权威的研究引文索引。SSCI的来源期刊都经过了科学方法的层层筛选，其发表的研究文献都反映了国际研究的主流和前沿。[1]鉴于此，本研究结合国际教育技术研究的发展历程，对SSCI所收录的教育技术五本核心期刊《British Journal of Educational Technology》《Computers & Education》《Education Technology & Society》《International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning》《Australasian Journal of Educational Technology》，从2002至2012年相关的论文进行文献分析，可视化呈现近11年来国际教育技术研究的热点和前沿，为国内研究提供参考依据。

二、研究设计

（一）方法、工具与数据源

本研究采取定量研究为主、定性研究为辅的方法，采用词频分析法对文献进行定量研究，并在可视化结果上进一步定性分析。词频分析法，是指利用能够揭示或表达文献核心内容的关键词或主题词的频次高低来确定该领域研究热点和发展动向的文献计量学方法。[2]

在工具选择上，本研究所采用的CiteSpaceⅡ，是一种科学知识图谱中的引文分析软件。它是美国德雷克赛尔大学信息科学与技术学院的陈超美博士开发，基于Java编程语言的信息可视化软件。CiteSpaceⅡ能够有效探索学科知识领域的演进与研究前沿，并进行可视化分析，使得文献计量学分析易于呈现历时性的动态，[3]并具有以下基本功能：（1）通过引文网络分析，找出学科领域演进的关键路径；（2）找出学科领域演进的关键节点文献（知识拐点）；（3）分析学科演化的潜在动力机制；（4）预测学科或知识领域研究前沿。[4]

以Web of Science（WOS）为数据源，检索SSCI收录的上述五本教育技术期刊的论文信息，时间选择是从2002-01-01到2012-12-31。CiteSpaceⅡ可直接对WOS的数据进行提取研究关键术语的操作，并开展词频分析及引文分析。

（二）分析思路

第一，对样本文献中高频度、高突变和高中心性的关键术语进行分析，形成研究热点的可视化知识图谱，初步判断国际教育技术领域11年来的研究重点和热点。同时利用CiteSpaceⅡ绘制的关键术语时间序列图谱，呈现11年来国际研究热点的变迁，得出近年来衍生出的新研究主题和方向。第二，在CiteSpaceⅡ中利用词频探测技术进行分析，明确突变专业术语，并生成代表研究前沿的可视化知识图谱，进而深入分析该领域的研究前沿。第三，通过对作者及文献的共被引分析，生成可视化知识图谱，分析国际研究中具有重要地位和贡献的学者，以及对近年来教育技术领域具有高影响力的经典文献。

三、国际教育技术研究热点与变迁

（一）研究热点的可视化分析

1. 研究热点的可视化呈现

使用CiteSpaceⅡ以关键词为节点，时间分区为一年，设置top N% per sliced值为30%，采用Pathfinder算法，绘制高频关键术语共现网络（即研究热点知识图谱），如图1所示。

研究热点知识图谱

在该图谱中，年环大小代表频次，内部不同年轮的颜色代表相应的年份。外部年轮为紫色的年环（箭头所指）表示具有高中介中心度的关键节点。数值高的中介中心度节点，对其他节点之间的联系起到控制作用，体现了其在整个网络中的重要地位。[5]由图1可知，2002—2012年间国际教育技术领域的研究热点包括：“teaching/learning strategies（教与学的策略）”、“interactive learning environments（互动学习环境）”、“pedagogical issues（教学法话题）”、“improving classroom teaching（提高课堂教学）”、“students（学生）”、“computer-mediated communication（计算机媒介通讯）”、“cooperative/collaborative learning（合作/协作学习）”、“education（教育）”、“technology（技术）”、“media in education（教育媒体）”、“secondary education（中等教育）”、“elementary education（初等教育）”、“applications in subject areas（学科领域应用）”、“post-secondary education（专科教育）”、“multimedia/hypermedia systems（多媒体/超媒体系统）”和“human-computer interface（人机界面）”。

将这些频次100以上的关键术语进行中介中心度的二次统计，如表1所示。从频次排序看，“Teaching/Learning Strategies”最高，其节点年环明显最大。从节点中介中心度看，“interactive learning environments”和“multimedia/hypermedia systems”两个节点的紫色年环最大，其中心度最高，占该领域研究的核心地位。综上所述，2002—2012年间国际教育技术领域中，“teaching/learning strategies”相关研究最广泛，但是相对突出的研究热点是“tnteractive learning environments”、“multimedia/hypermedia systems”、“students”和“secondary education”等的相关研究。

2. 研究热点的讨论

在国际教育技术领域中，“teaching/learning strategies”的研究最为普遍。随着教育理念从“教”向“学”的转变，教学策略也逐渐向学习策略转变。在学生为主导的教学环境背景下，对“students”的研究具有重要的意义。在国际教育技术研究领域，对“学生”的研究主要包括学习方式、学习策略、学习态度、学习效果、认知能力、认知风格、社会关系等主题。学习环境建设也是国际教育技术领域研究的一个重点。社会的信息化发展，对学习环境变革提出了新诉求，学习环境必须能够促进学习者主动的、有效的学习。国际教育技术学者在关注对学习环境的“interactive（互动性）”研究时，无论是面对面授课，还是网络远程授课，都强调必须在师生间、生生间搭建良好的互动交流环境。媒体系统的演化，则展示了媒体与人类学习的密切联系。从“multimedia”到“hypermedia”，反映了教育对网络技术的采纳。“hypermedia systems”能够将用户引入包含相关信息的页面，其作为促进教与学的工具，在教育中有着广泛的用途。

（二）研究热点变迁的可视化分析

1. 研究热点变迁的可视化呈现

基于上述分析基础，利用CiteSpaceⅡ对研究热点分布再作进一步的时间线图分析，如图2所示。

从时间线图来看，国际教育技术领域的各研究主题，在2005年或更早之前就已基本成熟化，呈现出相对的静态稳定性。在2005—2012年间，少数巨大影响力的新研究热点出现，而主要还是对之前研究热点的继续深化。但是，从时间线图的总体方向来看，几乎每年都会衍生出一些新的研究主题，例如“self-efficacy（自我效能感）”、“self-explanations（自我解释）”、“virtual reality（虚拟现实）”等，说明国际教育技术领域的研究具有与认知心理学领域研究相结合的态势。其中术语“virtual reality”在2007年左右出现，词频分布比较均匀，说明它可能成为研究的一个新热点。

另外，本研究针对总频数和中介中心度均较高的关键术语（包括“interactive learning environments”、“multimedia/hypermedia systems”、“students”、“secondary education”）作了激增分析，得出总频数和中介中心度均居高的关键术语的各年频数基本上都呈现增长趋势，且结点年份与起始年份的频数相比，差异明显。这些关键术语近11年来的频数增长曲线，体现了所对应主题的研究具有良好的发展态势。

2. 研究热点变迁的讨论

在2005年前后，国际教育技术领域的研究已趋于成熟，而此后几年中衍生的研究主题大多与认知心理学相关，如“self-efficacy”、“self-explanations”等。美国Robert Zheng和Matthew McAlack等学者在2009年发表的文章《Effects of Multimedia on Cognitive Load， Self-Efficacy， and Multiple Rule-Based Problem Solving》，对“multimedia on cognitive load（多媒体认知负荷）”和“self-efficacy”的关系进行了深入研究；[6]2006年，Silke Schworm和Alexander Renkl两位学者在文章《Computer-Supported Example-Based Learning： When Instructional Explanations Reduce Self-Explanations》中对“Computer-supported example-based learning（计算机支持的案例学习）”与“self-explanations”之间的关系进行了论述。[7]随着网络技术的发展和应用，相关研究内容呈现上升趋势。其中“virtual reality”作为一个新的研究领域，营造了“自主学习”的环境，并能节省成本、规避风险、打破时空限制。在教学中应用“virtual reality”技术对师生来说都越来越具有吸引力；但美国Kami Hanson和Brett E. Shelton两位学者在文章《Design and Development of Virtual Reality： Analysis of Challenges Faced by Educators》中也指出，基于虚拟现实技术的教学活动具有一定的难度和挑战性，必须综合各方面因素开展适当的教学设计。[8]

四、国际教育技术研究前沿

（一）研究前沿的可视化呈现

在CiteSpaceⅡ中，同样以关键词为节点，时间分区为一年，选择突变专业术语类型为“burst term”，设置top N% per sliced值为30%，阀值设置（c，cc，ccv）的值分别为{（1，1，20），（2，2，20），（2，2，20）}，同时标出突现点，得到图3所示的知识图谱。其中代表突现点的节点变成红色的（箭头所指）。并生成“summary table”，对节点的Σ值进行整理，见表2。可知代表研究前沿的术语有：“distributed learning environments（分布式学习环境）”、“learning communities（学习社区）”、“computer-mediated communication”、“architectures for educational technology system（教育技术系统的体系结构）”、“teaching/learning strategies”和“collaborative learning”。

（二）研究前沿的讨论

深度分析上述术语，可将国际教育技术领域的研究前沿方向概括为四类：理论研究类、环境资源类、策略方法类、媒体技术类。结合关键术语共现的可视化知识图谱以及词频统计结果：（1）在理论研究类方向，主要是对“architectures for educational technology system”开展研究，具体包括“evaluation of CAI systems（计算机辅助教学评价系统）”、“intelligent tutoring systems（智能教学系统）”、“distance education and telelearning（远程教学）”、“e-learning（数字化学习）”和“construction（建构）”等主题内容；（2）在环境资源类方向中，重点研究的主题是“学习环境”，其中“环境”包括“interactive learning environments”、“distributed learning environments”、“learning communities”和“classroom（教室/课堂）”；（3）在策略方法类方向中，主要是对“teaching/learning strategies”开展研究，具体主题包括“improving classroom teaching（提高课堂教学）”、“cooperative/collaborative learning”、 “evaluation methodologies（评价方法）”、“communication（交际）”、“tools and methods（工具和方法）”和“navigation（导航）”等，此外，还针对“elementary education”、“secondary education”、“post-secondary education”和“adult learning（成人学习）”等教育阶段的教学方法策略进行研究；（4）在媒体技术类方向中，主要是针对以计算机网络为代表的新技术开展相关研究；包括“computer-mediated communication”、“human-computer interface”、“virtual reality”、“Internet”和“computer”等信息技术在教育中的应用。

五、国际教育技术领域高影响力的学者与文献

（一）高影响力的学者

运行CiteSpaceⅡ，将节点类型选择为“Cited author”，设置top%为30%，阀值设置（c，cc，ccv）的值分别为{（2，2，20），（2，3，20），（2，3，20）}，得到关于作者共现信息 从图4和表3可以看出，共现频次及节点的中介中心度最高的学者是Vygotsky，L.S.（维果斯基），其次是Jonassen D.H.（乔纳森）。另外，中心度较高的学者还有Salomon，G.（所罗门）、Chi MTH（季清华）和Brusilovsky，P.（彼特·布鲁斯洛维奇）。中介中心度较高的这些学者，在教育技术知识网络中起着重要的节点作用，构成了教育技术领域的主流结构。其中，有些学者已经逝去（维果斯基、乔纳森等），有些文献发表的年份也都较早，但仍具有如此高的频次和中心性，说明这些学者及其经典著作作为教育技术研究的理论来源和知识基础，对教育技术的发展起着重大的促进作用。图表中显示的高影响力学者大多是基于心理学开展教育技术研究，这在一定程度上说明了心理学对教育技术的理论支撑作用。突变用于检测一个学科内研究兴趣的突然增长。[9]通过数据分析，具有突变值的学者有Brusilovsky，P.、Bandura，A.（阿尔伯特·班杜拉）和Dillenbourg，P.（皮埃尔·狄隆伯格）。通过对三位学者的突变文献进行检索，分别是：Brusilovsky，P.的《Using A Style-Based Ant Colony System for Adaptive Learning》、Bandura，A.的《Social Cognitive Theory： An Agentic Perspective》和Dillenbourg，P.的《Over-Scripting CSCL： The Risks of Blending Collaborative learning with instructional design》。这些学者共同关注的焦点是“协作学习”，这是近十多年来教育技术研究的热点主题。可以说，这些学者及其重要文献为近十多年来“协作学习”研究的兴盛奠定了重要的理论基础。

（二）高影响力的文献

将节点类型改为“Cited Reference”，其他设置不变，得到关于共引文献信息的知识图谱，如图5所示。将统计得出的高频共引文献进行整理，选择频次大于40的共引文献，并统计其中介中心度等信息，如表4所示。

上述统计的高影响力共引文献包括著作和文章，都是教育技术领域的经典之作，距今数十年不等。Vygotsky，L.S.（维果斯基）的高级心理技能和社会心理学理论，Davis，F.D.（弗戴维斯）的感知理论和技术接受模型，Brown，J.S.（约翰·布朗斯）的教学模式和资源改革理念，Wenger，E.（安提拿·温格）的实践社区

理论，Mayer，R.E.（理查德·梅耶）的多媒体学习认知理论，Bandura，A.（阿尔伯特·班杜拉）的社会学习理论与行为矫正技术，Fishbein，M.（莫里斯·费许班）的信仰、态度、意图和行为的理论研究等，为教育技术领域的各项研究提供指导思想。这些经典著作建构了教育技术领域的理论体系，具有很大的开创意义，成为众多后续研究工作的基础性文献资料，影响力高。

六、研究结论

（1）近年来国际教育技术领域研究广泛，包括教与学的策略、教学设计、学习环境等方面的理论研究，以及相关技术研究和应用研究。各种主题内容的研究，基本上都是基于计算机和网络来开展设计和实施的。

（2）近年来国际教育技术领域研究的热点包括对学习环境、媒体系统、教学策略方法和学生等方面的理论研究和实践操作，具体有“interactive learning environments”、“multimedia/hypermedia systems”、“students”、“secondary education”和“teaching/learning strategies”等。

（3）近年来国际教育技术领域研究热点变迁的情况是：各热点研究方向在2005年左右就已基本成熟化，呈现出相对的静态稳定发展，但在后期研究中会衍生出如 “self-efficacy”、“self-explanations”和“virtual reality”等新的研究主题。

（4）近年来国际教育技术领域研究的前沿包括理论研究类、环境资源类、策略方法类、媒体技术类等四类方向，具体内容包括“architectures for educational technology system”、“distributed learning environments”、“teaching/learning strategies”和“computer-mediated communication”等。

（5）在教育技术高影响力学者与文献的可视化分析中，维果斯基、乔纳森等教育技术领域著名学者的思想理论，对教育技术研究起着指导性作用。一些学者在前人研究的基础上也提出了适应时展的研究焦点并得到良好发展，如彼特·布鲁斯洛维奇、阿尔伯特·班杜拉等提出的协作学习理论。此外，教育技术领域的经典著作和文献资料，仍然被当今学者广泛引用，作为教育技术研究的重要参考依据。

学术研究既要有本土化行动，更要有国际化视野。本研究分析了国际教育技术领域的发展热点与动态趋势，并还将对国内外教育技术领域在各个时期的发展特点进行比较，以期为国内学者与国际研究相接轨提供参考和借鉴。

[参考文献]

[1] 徐勇，张秀华，张昆丽.《SSCI》收录图情界期刊概况——SSCI来源期刊研究之一[J].现代情报，2004，（12）：162～166.

[2] 马费成，张勤.国内外知识管理研究热点——基于词频的统计分析[J].情报学报，2006，（2）：163～171.

[3][5] 陈超美. CiteSpaceⅡ：科学文献中新趋势与新动态的识别与可视化[J].情报学报，2009，28，（3）：401～421.

[4] 侯剑华.工商管理学科演进与前沿热点的可视化分析[D].大连：大连理工大学，2009.

[6] Robert Zheng， Matthew McAlack， Barbara Wilmes， Patty Kohler-Evans and Jacquee Williamson . Effects of Multimedia on Cognitive Load， Self-Efficacy， and Multiple Rule-Based Problem Solving[J]. British Journal of Educational Technology， 2009，40（5）：790～803.

化学热力学的研究方法篇（4）

中图分类号：TB2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0475-01

一、新型反应技术的研究

1.1 超临界化学反应技术

超临界液体是指在温度和压力都处于临界点之上时，此时状态处于液体和气体之间，具有这两种状态的双重性质。这种状态的流体不仅在化学工业、生物化工、食品工业有广泛的应用，而且还在医药工业等领域应用很广泛，已经显示出巨大的魅力，极具发展前景。近年来，化学界将超临界水氧化法应用到保护环境的领域，但是都处于初级发展阶段，很不成熟。

1.2 绿色化学反应技术

绿色化学是指对环境不会造成污染的，有利于保护环境的化学工程。绿色化学简单说就是采用化学的技术和方法来减少或消除那些对人类有害的、妨碍社区安全的、对生态环境会产生不利影响的原料或溶剂等。绿色化学是将污染从源头进行消除的工程，因此很彻底，这主要包括原子经济性和高选择性的反应，生产出对环境有利的材料，并且回收废物循环利用的一门科学技术。

1.3 新的分离技术

研究从广义上说，分离强化首先是对设备的强化，然后是对生产工艺的强化，综合起来说就是只要能将设备变小、将能量转化效率提高的技术都是化工分离技术强化的结果，有利于实现可持续发展，这也是化工分离技术的主要趋势之一。古老的化工分离技术原理：利用沸点的不同，将不同的组分从分离塔里分离出来。随着科技的发展及国内外的分工合作共同研究除了大量新的分离技术，具有广阔的发展前景，但是这些在应用中同样也存在着很多问题，那就是：此项研究对相关分子蒸馏的基础理论探究比较少，没有在理论上充分说明和指导，对设计刮膜式分子蒸馏器也没有深入的研究。随着信息技术的不断进步，分离技术也不断得到改善，取得了长足的进步，逐渐信息技术引入到分离技术的研究与开发上，例如在研究热力学和传递的性质、多相流等方面，这些都是信息技术发生功效的主要分离技术，再如分子模拟大大提高了预测热力学平衡和传递性质的水平。对分子的设计加速了可以加速分离，因此对研究和开发新的高效的分离剂有深远的意义。信息技术的引进有利于新的分离过程的深入，提高工作效率。

二、传热过程的一些新的研究进展和方向

2.1 微细尺度传热学研究进展

微细尺度是从空间尺度和时间尺度微细的探讨和研究传热学规律，现在在传热学中已经自成一个分支，发展前景广阔。当物体的特征尺寸远大于载体粒子的平均尺寸即连续介质时假定依然会成立，但是由于尺度的微细，原来的假设的影响因素也会相对的发生变化，这就导致了流动和传入规律发生着惟妙惟肖的变化。目前，微米、纳米科学已经取得长足的进步，受到人们的广泛关注，诸多领域都是围绕微细尺度传热学进行研究的。其中高集成度电子设备、微型热管、多空介质流动传热等多项研究都是微热尺度传热学研究取得的丰硕成果。

2.2 强化传热过程的研究进展

这项研究主要是从改进换热器设备的形式入手，提高传热的效率，并想办法改进设备使其持续对外放热，这种改进包括发明新的传热材料和改进生产工艺，将过去的设计进行优化等方法。

2.3 传热理论研究进展

近年来，传热研究者一直都致力于滴状冷凝在工业生产上的应用，但至今仍未能很好的实现，主要问题是如何获得实现滴状冷凝，并且使其冷凝表面寿命延长。改变冷凝界面的性质，将滴状冷凝应用到工业上进行传热改造是传播热学研究的主要热点之一。沸腾的传热方式不仅在机械、动力和石油化工等传统的工业之中广泛使用，而且在航空航天技术等高科技领域也广泛的应用着。长期以来，人们都在对液体发生核态沸腾的原因和具有高换热强度的机理进行着深入的探究。由于沸腾的现象是复杂和多变的，这些都导致了我们不能利用常规的计算方法来计算出沸腾所能传输的热量。到现在为止，加热器表面受到水沸腾时产生的气泡的影响，这一问题是最需要得到解决的，也是研究的重点所在，对沸腾传热进行计算大都采用机理模型，这种方法存在严重的缺陷就是计算的准确率很低，而且需要大量的实验做基础，所以目前应用的范围较窄，目前没有能较准确计算沸腾传热的计算式，因此我们有另辟蹊径，从新的角度来探究和研究问题，从基本理论出发，提出新的理论与计算方法或研究出新的模型，将数学与之相结合计算出沸腾所传出的热量，这将成为今后研究的重中之重。

2.4 与计算机技术相结合

计算机技术的进步使化学中大量的计算问题和数据采集分析的问题得到了解决，同时解决了人力物力和财力，也增加了数据的准确度与精确度，主要表现在计算机技术对计算流体力学和数值传热学上的主要贡献，其主要的研究方法是数值模拟法。这种方法的特点是需要大量的数据计算，而且需要大量的实验作为补充，采用计算机进行分析和计算，有利于将数据直观的表现出来，方式更加灵活多变，费用更加低廉，并且得出结论的周期比较短，对于应对此类问题计算机技术是最好的选择。

三、化学工程学科未来的发展动态

3.1 将化工过程与系统过程研究相结合

化学变化是一个复杂的过程，这是因为性质决定的，其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维，使其控制因素增多，结构尺度变多，其中结构是对过程工程研究的中心问题，主要解决办法是简化其结构，使复杂的结构变得简单，更具有使用价值；首先研究特殊系统，然后推理出一般性的结论，进而推而广之，这些都为解决结构问题打下了良好的基础，解决了复杂系统不容易被分析的问题，采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向，多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题，对研究化学工程的复杂结构有好处。化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张，更加注重其实用性和价值性，而非学科本身理论的研究。这也在化学课堂上出现了明显的改革，从只有实验和理论两个过程的化学转换成有实验、有计算最后才产生结论的过程，这就需要化学与数学物理等相结合，甚至与计算机技术相结合，进而实现化学过程的更好研究。

3.2 将化学工程与材料科学研究相结合

科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现，并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用，这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论，化学工程的发展就此进入老人一个新的发展阶段。在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉，更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科，这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题，为化学的发展做了良好的铺垫。

3.3 将化学工程与信息工程研究相结合

化学工程技术的热点是将化学工程与信息工程研究相结合，随着信息技术的发展，信息技术已经深入各行各业，通过计算机技术可以收集大量信息，并对此进行精细的计算，随着大量的数据的统计和分析，可以得出很多重要的规律和结论，这些规律可以用来作为提高效率和生产效益的理论依据，同时可以预见，将化学工程和材料科学结合起来进行分析必将是化学工程领域的重点研究课题，必将成为引领化学研究的主要方向。

四、结语

化学的影响以及需要重点探讨的方向，就是化学环保问题。由于化学工程往往都会涉及污染问题，因此从化学工程技术角度分析，将从技术角度出发，从而尽最大限度来降低化工技术对环境的影响。未来化学工程技术的发展，直接影响着其发展态势。

参考文献

化学热力学的研究方法篇（5）

传热过程的一些新的研究进展和方向

1微细尺度传热学研究进展

微细尺度是从空间尺度和时间尺度微细的探讨和研究传热学规律,现在在传热学中已经自成一个分支,发展前景广阔.当物体的特征尺寸远大于载体粒子的平均尺寸即连续介质时假定依然会成立,但是由于尺度的微细,原来的假设的影响因素也会相对的发生变化,这就导致了流动和传入规律发生着惟妙惟肖的变化.目前,微米、纳米科学已经取得长足的进步,受到人们的广泛关注,诸多领域都是围绕微细尺度传热学进行研究的.其中高集成度电子设备、微型热管、多空介质流动传热等多项研究都是微热尺度传热学研究取得的丰硕成果.

2传热设备研究进展

通过近十年的研究,利用翅片可以达到促进和增强传热的效果

3强化传热过程的研究进展

这项研究主要是从改进换热器设备的形式入手,提高传热的效率,并想办法改进设备使其持续对外放热,这种改进包括发明新的传热材料和改进生产工艺,将过去的设计进行优化等方法.

4传热理论研究进展

近年来,传热研究者一直都致力于滴状冷凝在工业生产上的应用,但至今仍未能很好的实现,主要问题是如何获得实现滴状冷凝,并且使其冷凝表面寿命延长.改变冷凝界面的性质,将滴状冷凝应用到工业上进行传热改造是传播热学研究的主要热点之一.沸腾的传热方式不仅在机械、动力和石油化工等传统的工业之中广泛使用,而且在航空航天技术等高科技领域也广泛的应用着.长期以来,人们都在对液体发生核态沸腾的原因和具有高换热强度的机理进行着深入的探究.由于沸腾的现象是复杂和多变的,这些都导致了我们不能利用常规的计算方法来计算出沸腾所能传输的热量.到现在为止,加热器表面受到水沸腾时产生的气泡的影响,这一问题是最需要得到解决的,也是研究的重点所在,对沸腾传热进行计算大都采用机理模型,这种方法存在严重的缺陷就是计算的准确率很低,而且需要大量的实验做基础,所以目前应用的范围较窄,目前没有能较准确计算沸腾传热的计算式,因此我们有另辟蹊径,从新的角度来探究和研究问题,从基本理论出发,提出新的理论与计算方法或研究出新的模型,将数学与之相结合计算出沸腾所传出的热量,这将成为今后研究的重中之重.

5与计算机技术相结合

计算机技术的进步使化学中大量的计算问题和数据采集分析的问题得到了解决,同时解决了人力物力和财力,也增加了数据的准确度与精确度,主要表现在计算机技术对计算流体力学和数值传热学上的主要贡献,其主要的研究方法是数值模拟法.这种方法的特点是需要大量的数据计算,而且需要大量的实验作为补充,采用计算机进行分析和计算,有利于将数据直观的表现出来,方式更加灵活多变,费用更加低廉,并且得出结论的周期比较短,对于应对此类问题计算机技术是最好的选择.

化学工程学科未来的发展动态

1将化工过程与系统过程研究相结合

化学变化是一个复杂的过程,这是因为性质决定的,其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维,使其控制因素增多,结构尺度变多,其中结构是对过程工程研究的中心问题,主要解决办法是简化其结构,使复杂的结构变得简单,更具有使用价值;首先研究特殊系统,然后推理出一般性的结论,进而推而广之,这些都为解决结构问题打下了良好的基础,解决了复杂系统不容易被分析的问题,采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向,多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题,对研究化学工程的复杂结构有好处.化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张,更加注重其实用性和价值性,而非学科本身理论的研究.这也在化学课堂上出现了明显的改革,从只有实验和理论两个过程的化学转换成有实验、有计算最后才产生结论的过程,这就需要化学与数学物理等相结合,甚至与计算机技术相结合,进而实现化学过程的更好研究.

2将化学工程与材料科学研究相结合

科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现,并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用,这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论,化学工程的发展就此进入老人一个新的发展阶段.在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉,更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科,这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题,为化学的发展做了良好的铺垫.

3将化学工程与信息工程研究相结合

化学热力学的研究方法篇（6）

传热过程的一些新的研究进展和方向

1微细尺度传热学研究进展

微细尺度是从空间尺度和时间尺度微细的探讨和研究传热学规律，现在在传热学中已经自成一个分支，发展前景广阔.当物体的特征尺寸远大于载体粒子的平均尺寸即连续介质时假定依然会成立，但是由于尺度的微细，原来的假设的影响因素也会相对的发生变化，这就导致了流动和传入规律发生着惟妙惟肖的变化.目前，微米、纳米科学已经取得长足的进步，受到人们的广泛关注,诸多领域都是围绕微细尺度传热学进行研究的.其中高集成度电子设备、微型热管、多空介质流动传热等多项研究都是微热尺度传热学研究取得的丰硕成果.

2传热设备研究进展

通过近十年的研究，利用翅片可以达到促进和增强传热的效果

3强化传热过程的研究进展

这项研究主要是从改进换热器设备的形式入手，提高传热的效率，并想办法改进设备使其持续对外放热，这种改进包括发明新的传热材料和改进生产工艺，将过去的设计进行优化等方法.

4传热理论研究进展

近年来，传热研究者一直都致力于滴状冷凝在工业生产上的应用，但至今仍未能很好的实现，主要问题是如何获得实现滴状冷凝，并且使其冷凝表面寿命延长.改变冷凝界面的性质，将滴状冷凝应用到工业上进行传热改造是传播热学研究的主要热点之一.沸腾的传热方式不仅在机械、动力和石油化工等传统的工业之中广泛使用，而且在航空航天技术等高科技领域也广泛的应用着.长期以来，人们都在对液体发生核态沸腾的原因和具有高换热强度的机理进行着深入的探究.由于沸腾的现象是复杂和多变的，这些都导致了我们不能利用常规的计算方法来计算出沸腾所能传输的热量.到现在为止，加热器表面受到水沸腾时产生的气泡的影响，这一问题是最需要得到解决的，也是研究的重点所在，对沸腾传热进行计算大都采用机理模型，这种方法存在严重的缺陷就是计算的准确率很低，而且需要大量的实验做基础，所以目前应用的范围较窄，目前没有能较准确计算沸腾传热的计算式，因此我们有另辟蹊径，从新的角度来探究和研究问题，从基本理论出发，提出新的理论与计算方法或研究出新的模型，将数学与之相结合计算出沸腾所传出的热量，这将成为今后研究的重中之重.

5与计算机技术相结合

计算机技术的进步使化学中大量的计算问题和数据采集分析的问题得到了解决，同时解决了人力物力和财力，也增加了数据的准确度与精确度，主要表现在计算机技术对计算流体力学和数值传热学上的主要贡献，其主要的研究方法是数值模拟法.这种方法的特点是需要大量的数据计算，而且需要大量的实验作为补充，采用计算机进行分析和计算，有利于将数据直观的表现出来，方式更加灵活多变，费用更加低廉，并且得出结论的周期比较短，对于应对此类问题计算机技术是最好的选择.

化学工程学科未来的发展动态

1将化工过程与系统过程研究相结合

化学变化是一个复杂的过程，这是因为性质决定的，其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维，使其控制因素增多，结构尺度变多，其中结构是对过程工程研究的中心问题，主要解决办法是简化其结构，使复杂的结构变得简单，更具有使用价值；首先研究特殊系统，然后推理出一般性的结论，进而推而广之，这些都为解决结构问题打下了良好的基础，解决了复杂系统不容易被分析的问题，采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向，多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题，对研究化学工程的复杂结构有好处.化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张，更加注重其实用性和价值性，而非学科本身理论的研究.这也在化学课堂上出现了明显的改革，从只有实验和理论两个过程的化学转换成有实验、有计算最后才产生结论的过程，这就需要化学与数学物理等相结合，甚至与计算机技术相结合，进而实现化学过程的更好研究.

2将化学工程与材料科学研究相结合

科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现，并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用，这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论，化学工程的发展就此进入老人一个新的发展阶段.在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉，更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科，这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题，为化学的发展做了良好的铺垫.

3将化学工程与信息工程研究相结合

化学热力学的研究方法篇（7）

超临界液体是指在温度和压力都处于临界点之上时,此时状态处于液体和气体之间,具有这两种状态的双重性质。这种状态的流体不仅在化学工业、生物化工、食品工业有广泛的应用,而且还在医药工业等领域应用很广泛,已经显示出巨大的魅力,极具发展前景。近年来,化学界将超临界水氧化法应用到保护环境的领域,但是都处于初级发展阶段,很不成熟。

1.2 绿色化学反应技术

绿色化学是指对环境不会造成污染的,有利于保护环境的化学工程。绿色化学简单说就是采用化学的技术和方法来减少或消除那些对人类有害的、妨碍社区安全的、对生态环境会产生不利影响的原料或溶剂等。绿色化学是将污染从源头进行消除的工程,因此很彻底,这主要包括原子经济性和高选择性的反应,生产出对环境有利的材料,并且回收废物循环利用的一门科学技术。

1.3 新的分离技术

研究从广义上说,分离强化首先是对设备的强化,然后是对生产工艺的强化,综合起来说就是只要能将设备变小、将能量转化效率提高的技术都是化工分离技术强化的结果,有利于实现可持续发展,这也是化工分离技术的主要趋势之一。古老的化工分离技术原理:利用沸点的不同,将不同的组分从分离塔里分离出来。随着科技的发展及国内外的分工合作共同研究除了大量新的分离技术,具有广阔的发展前景,但是这些在应用中同样也存在着很多问题,那就是:此项研究对相关分子蒸馏的基础理论探究比较少,没有在理论上充分说明和指导,对设计刮膜式分子蒸馏器也没有深入的研究。随着信息技术的不断进步,分离技术也不断得到改善,取得了长足的进步,逐渐信息技术引入到分离技术的研究与开发上,例如在研究热力学和传递的性质、多相流等方面,这些都是信息技术发生功效的主要分离技术,再如分子模拟大大提高了预测热力学平衡和传递性质的水平。对分子的设计加速了可以加速分离,因此对研究和开发新的高效的分离剂有深远的意义。信息技术的引进有利于新的分离过程的深入,提高工作效率。

二、传热过程的一些新的研究进展和方向

2.1 微细尺度传热学研究进展

微细尺度是从空间尺度和时间尺度微细的探讨和研究传热学规律,现在在传热学中已经自成一个分支,发展前景广阔。当物体的特征尺寸远大于载体粒子的平均尺寸即连续介质时假定依然会成立,但是由于尺度的微细,原来的假设的影响因素也会相对的发生变化,这就导致了流动和传入规律发生着惟妙惟肖的变化。目前,微米、纳米科学已经取得长足的进步,受到人们的广泛关注,诸多领域都是围绕微细尺度传热学进行研究的。其中高集成度电子设备、微型热管、多空介质流动传热等多项研究都是微热尺度传热学研究取得的丰硕成果。

2.2 强化传热过程的研究进展

这项研究主要是从改进换热器设备的形式入手,提高传热的效率,并想办法改进设备使其持续对外放热,这种改进包括发明新的传热材料和改进生产工艺,将过去的设计进行优化等方法。

2.3 传热理论研究进展

近年来,传热研究者一直都致力于滴状冷凝在工业生产上的应用,但至今仍未能很好的实现,主要问题是如何获得实现滴状冷凝,并且使其冷凝表面寿命延长。改变冷凝界面的性质,将滴状冷凝应用到工业上进行传热改造是传播热学研究的主要热点之一。沸腾的传热方式不仅在机械、动力和石油化工等传统的工业之中广泛使用,而且在航空航天技术等高科技领域也广泛的应用着。长期以来,人们都在对液体发生核态沸腾的原因和具有高换热强度的机理进行着深入的探究。由于沸腾的现象是复杂和多变的,这些都导致了我们不能利用常规的计算方法来计算出沸腾所能传输的热量。到现在为止,加热器表面受到水沸腾时产生的气泡的影响,这一问题是最需要得到解决的,也是研究的重点所在,对沸腾传热进行计算大都采用机理模型,这种方法存在严重的缺陷就是计算的准确率很低,而且需要大量的实验做基础,所以目前应用的范围较窄,目前没有能较准确计算沸腾传热的计算式,因此我们有另辟蹊径,从新的角度来探究和研究问题,从基本理论出发,提出新的理论与计算方法或研究出新的模型,将数学与之相结合计算出沸腾所传出的热量,这将成为今后研究的重中之重。

2.4 与计算机技术相结合

计算机技术的进步使化学中大量的计算问题和数据采集分析的问题得到了解决,同时解决了人力物力和财力,也增加了数据的准确度与精确度,主要表现在计算机技术对计算流体力学和数值传热学上的主要贡献,其主要的研究方法是数值模拟法。这种方法的特点是需要大量的数据计算,而且需要大量的实验作为补充,采用计算机进行分析和计算,有利于将数据直观的表现出来,方式更加灵活多变,费用更加低廉,并且得出结论的周期比较短,对于应对此类问题计算机技术是最好的选择。

三、化学工程学科未来的发展动态

3.1 将化工过程与系统过程研究相结合

化学变化是一个复杂的过程,这是因为性质决定的,其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维,使其控制因素增多,结构尺度变多,其中结构是对过程工程研究的中心问题,主要解决办法是简化其结构,使复杂的结构变得简单,更具有使用价值;首先研究特殊系统,然后推理出一般性的结论,进而推而广之,这些都为解决结构问题打下了良好的基础,解决了复杂系统不容易被分析的问题,采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向,多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题,对研究化学工程的复杂结构有好处。化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张,更加注重其实用性和价值性,而非学科本身理论的研究。这也在化学课堂上出现了明显的改革,从只有实验和理论两个过程的化学转换成有实验、有计算最后才产生结论的过程,这就需要化学与数学物理等相结合,甚至与计算机技术相结合,进而实现化学过程的更好研究。

3.2 将化学工程与材料科学研究相结合

科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现,并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用,这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论,化学工程的发展就此进入老人一个新的发展阶段。在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉,更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科,这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题,为化学的发展做了良好的铺垫。

3.3 将化学工程与信息工程研究相结合

化学热力学的研究方法篇（8）

首先，在将竹材经过机械加工后制成各种竹质人造板和竹材制品替代木材的领域内，先后开发了竹材胶合板、竹材胶合水泥模板、竹材地板、竹木复合胶合板、竹材集成材、竹家具和各种竹质生活用品等产品，为产竹区经济的发展和增加竹农收入做出了重要的贡献。在当前中国木材价格高于国际市场、工资水平大大低于欧美等发达国家的情况下，竹材工业化利用的产品尚有一定的竞争能力。利用竹材优良的生物学特性和特殊的微观结构，重视和开发竹材的化学利用，进行深入的研究，开发新的竹产品，寻找合理的生产工艺，增加产品附加值，也是当前竹材产业发展的必由之路。

特别是全竹的家具，业内专家预测在全球木材资源缺乏的情况下全竹家具将成为未来家具的一个重要分支。处理后的竹材板材防虫蛀，不会开裂、变形、脱胶。由于竹子的天然特性，其吸湿、吸热性能高于其它木材，竹质家具具有冬暖夏凉，纯竹质高档家具还具有相当的观赏性。可以预见，全竹家具在国际市场也是大有可为的。

竹材热解过程国外研究动态

生物质的热解已然成为一个新兴的热门研究领域，国外关于生物质热解过程的研究报道大量涌现，相关理论体系逐渐完善起来，现将其中较有代表性的研究成果综述如下：

Xiao Gang等利用热分析仪对竹子进行了热解研究，指出在竹子的热解过程有三个阶段：竹子外边面的裂解，竹子内部的裂解和二次裂解重焦油。

Rajulu等把巨龙竹在惰性气氛下利用热分析仪在加热速率为10℃/min做了热解的实验，并利用FreemanandCarrollmethod法计算动力学参数。

Mingliang DU等对有老化行为的聚丙烯（PP）和埃洛碳纳米管（HNT）等纳米复合材料进行了热解特性分析。

Marta Krzesinska等运用元素分析，差示扫描量热法（DSC）等方法，以铁竹为例，研究了热解温度对单片多孔碳材料物理性能的影响。

WG Weng等人提出了一种一维综合模型，用来测试碳化材料受到恒定辐射热通量而被热解的过程。测试到了整体碳层厚度，热穿透深度，表面温度和质量损失率之间的关系。

上世纪90年代日本掀起一场“竹炭热”引发日本各地关于竹材热解炭化过程的研究，田岛次郎等用炭化炉进行竹材热解炭化试验，发现竹炭产率与排烟温度110—150℃之间的温升有关；岩田磨治对不同竹材炭化品质进行了研究，认为炭化指标精炼度与表面积、比表面积、亚甲基蓝吸附率等因素有关。

竹材热解过程国内研究动态

由于国内竹材分布广泛，种类众多，且我国对竹材的加工运用水平较高，因而国内关于竹材热解过程的研究成果较为丰富，现将其中较有代表性的研究成果综述如下：

邓天异采用高精度热重分析仪（TG，DTG和DSC），在高纯氮的气氛下，在40—500℃温度范围内，考查了不同部位的竹材样品（分为外、中、里三层）的热解过程，进行了小样品竹材在不同加热速率和样品状态下的热解动力学分析、产率分析及热解过程中的焙变分析。

徐明综述了几类（非）木质植物原料热解及液化的研究进展，在此基础上以小型同竹龄毛竹材为样品，对其在不同升温速率下进行热分析，并计算了表观活化能。为便于分析还应用综合热分析仪等，研究了毛竹材的微观构造及小型同竹龄毛竹材的化学特性差异。

曾凯斌，蒋斌波，陈纪忠在不同升温速率（5、10、20、30K·min-1）下，对竹材进行TG分析。在313—650K的温度范围内，试样经历了水分析出、第一步热解和第二步热解过程。用Lev-enberg-Marquardt方法对非等温动力学过程求解热解动力学参数。

邵千钩，彭锦等人在研究竹质材料热解失重行为及其动力学研究中利用热重分析仪在氮气气氛下对两种竹质材料（毛竹和孝顺竹）的热解失重行为进行了研究。实验结果表明竹质材料在热解过程中可分为失水干燥、预热解、快速热解和残余物缓慢分解等4个阶段。

王威岗等研究了木质纤维素的热解特性，并对其热解过程进行了分析。结果表明，纤维素在不同升温速率下的热解分为3个阶段：水分的析出、挥发分的析出以及固定炭的生成。并根据积分法中的Coats和Redfem法求解反应的动力学参数（活化能E，频率因子A）。

文丽华等选取杉木、花梨木和水曲柳为样品，对其在不同升温速率下进行了热分析并将木材的热解过程分为四个阶段，分析了每个阶段的化学物理变化以及热效应的变化，研究了不同升温速率对热解过程的影Ⅱ向，并建立了试样的热解模型，求出其动力学参数。

齐国利等用综合热分析仪研究了在氮气或二氧化碳作为载气的条件下，生物质（稻壳、玉米秸秆和木屑）热解的TG/DTG曲线。依据热重曲线，将热解反应分为两个主导反应区，其拐点温度为Tf，并利用改良的Coats-Redfern法和常用的46种机理函数，计算出生物质热分解反应的表观活化能、反应级数及频率因子。并利用这些动力学参数，计算出生物质热解的动力学特征值——反应速率常数k，活化熵AS，活化焓AH，Gibbs自由能AG，以及空间位阻因子P。

施海云，方梦祥等对建筑装璜中几种常用板材的热解行为进行了热重分析。通过对TG和DTG曲线的分析，深入研究了影响样品热解过程的几个重要因素：升温速率、样品粒径和试样量对热解过程的影响。通过对十种模型的比较，发现热解过程符合两阶段一级反应模型。并得出了各阶段的动力学参数、表观活化能和频率因子。

化学热力学的研究方法篇（9）

2绿色化学反应技术的应用

绿色化学指用化学的技术和方法，再结合其他学科的知识来减少或者消除化学对于人类的危害、社会的危害以及环境的危害。从源头的原材料开始，到生产过程中的试剂和介质还有催化剂，到最后的产物及副产物都要求绿色、环保、无毒害，还有就是“原子经济性”的“零排放”。像在绿色无毒原料控制方面，石油化工原料就可以改变成生物原料的。制作尼龙可以不用含苯的石油化工原料，改成生物原料，生物原料的淀粉及纤维素等在酶催化反映下也能形成己二酸，这样一样可以制作尼龙，而且对人体和环境都危害极小。再比如在反应过程中对介质、溶剂等的控制，也要求无毒无害，在有机反应中水就是很好的溶剂，不仅对环境无害还能节省到有机反应中的官能团的保护还有去保护等环节，所以也省工艺省时间了。还有反应中用的绿色催化剂，绿色催化剂能更加正对性，更加高效地参与化学反应，并且得到的副产物少。在有机合成反应中，绿色催化剂的应用显得尤为重要。像不对称合成反应中，催化剂不仅为化学农药和精细化工提供反应需要的中间体，有的还能为反应提供绿色的合成技术。比如酶催化反应、氢酯化反应、还有不对称酮反应等。

3化学工程中的传热研究

化学反应中传热的研究是化学工程的重要内容，因为它严重影响着一个反应的能耗，反应的进程等。在微细尺度传热研究中，由于尺度微细，原有的传热假设及会发生变化，其流动还有传入的规律也会发生变化。目前在纳米、微米、集成电子设备还有微型热管领域中该传热研究交深入，取得了较不错的成果。而我们在改进传热工艺和设备上也做足了研究，为了提高传热效率，我们可以改进设备的性能，使其持续对外传热的能力提高，改变里面的传热材料和工艺的设计来实现传热的效率。然而我们现在投入很多精力的滴状冷凝技术的研究还没能取得很好的成果。由于我们不能在维持物质在滴状的时候冷凝，同时冷凝表面寿命延长,所以目前这个难题还很难突破。还有就是我们在计算沸腾时的传热存在很多弊端，复杂的沸腾状态不适用目前所有的传热计算方式，就研究沸腾传热的计算方法也是一大块难题的，所以就滴状传热技术的研究也将会是我们传热研究领域的一个重要课题，如果该研究获得进展必将改变现在很多的化学生产工艺形式，将会带领化学生产进入一个新的时代。

化学热力学的研究方法篇（10）

中图分类号：R977.6 文献标识码：A

1 前言

蛋白质在生物体内占特殊地位，它们是构成原生质的主要成分，在各种生命过程中起着重要作用。研究药物分子与蛋白质的作用，对理解蛋白质结构与功能的关系以及阐明药物动力学、耐药性和毒副作用的机理有重要意义。

目前，这方面的研究主要集中于药物分子与血清蛋白和血浆蛋白的作用，其中绝大多数是与人血清白蛋白（HSA）和牛血清白蛋白（BSA）的作用。白蛋白是主要的血清蛋白，可以和许多内源性和外源性化合物结合，通过形成复合物来完成血浆的功能。药物进入人体后，只有通过血浆的贮存和运输，才能达到病灶部位，发挥药效。随着科学技术和方法的引入，这方面的研究内容也在不断深入。

2 近代研究方法

2.1 光谱方法

蛋白质分子中的色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸等氨基酸残基都具有特殊的光学活性。许多药物分子本身也具有光学活性，或与蛋白质分子结合后产生光学活性，因此用光谱方法通过蛋白质分子结合药物分子后结构的变化研究结合机理，是有效和广泛的方法。

药物与生物分子相互作用的研究，荧光光谱法是应用广泛的重要手段，它具有灵敏度高、选择性强、用样量少、方法简便等优点。它能提供包括激发光谱、发射光谱以及荧光强度、量子产率、荧光寿命、荧光偏振等许多物理参数，这些参数从各个角度反映了分子的成键和结构情况。通过对这些参数的测定，不但可以定量分析，还可以推断蛋白质分子在各种环境下的构象变化。蛋白质分子的内源荧光主要是由色氨酸发出的，根据Forster能量转移机理可求出结合蛋白质的药物分子距蛋白质分子中色氨酸的距离，由此推测药物与蛋白质结合的空间部位；可直接根据药物对其内源荧光的猝灭或增强程度来考察相互作用的机理和结合强度，根据相应公式求得结合常数及结合位点数；用药物分子与结合部位已知的探针来代替（即标记配体）竞争蛋白质结合部位，可确定药物分子对蛋白质构象的影响。所以，该方法在蛋白质分子构象研究中得到越来越多的应用。近年来，在荧光猝灭法的基础上，同步荧光法和三维荧光光谱法等新技术也发挥着重要作用。

紫外―可见光谱法也是研究药物分子与蛋白质相互作用机理最常用、最方便的方法。因为有效药物与蛋白质分子结合后，它们的吸收光谱会有一定的改变，出现吸收峰位移或谱峰宽度变化，由此可研究蛋白分子与药物间的结合强弱及结合机理。同时，共振拉曼光谱、红外光谱等光谱方法也应用于药物与生物大分子相互作用的研究。

在已报道的文献中，几种光谱方法常结合使用。如Kamat利用圆二色谱、荧光光谱和紫外光谱法相结合的方法研究了氟喹诺酮药物对BSA的荧光猝灭机制，用荧光猝灭法测得结合常数n与表观结合常数K，还根据非辐射能量转移理论求得BSA与氟喹诺酮药物之间的结合距离。BSA-氟喹诺酮药物二元体系的同步荧光光谱、紫外-可见吸收光谱和圆二色谱表明牛血清白蛋白的构象发生了变化。Tang等分别用共振光生物传感器、荧光光谱和分子对接模拟技术研究了柔红霉素与HSA的结合行为。实验发现，柔红霉素使HSA的内源荧光猝灭是静态过程，而且二者的结合受体系pH的影响。对接模型显示，结合位点都不处于HSA的经典结合位点。进一步分析表明，疏水作用、氢键和静电作用是二者结合的主要推动力。

2.2 量热法

生物体新陈代谢的实质就是在有机体内的一系列化学反应，在这些过程中，有一部分能量不可避免会以热效应的形式表现，利用微量热手段对这些热效应做精密的测量与详细的讨论，就构成了生物化学热力学的研究内涵。此外，量热法对被研究体系的溶剂性质、光谱性质以及电化学性质等没有任何条件的限制，因而有独到之处。常用的微量热法有常规量热法和差示扫描量热技术（Differential Scanning Calorimetry， DSC）等，已经用于药物分子与蛋白质的相互研究中。

量热学可根据不同的结合模型，如位点结合模型、邻近排斥方程等，确定蛋白质与小分子相互作用的热力学参数和结合数。对于不同小分子与蛋白质的相互作用，它们的各种热力学参数和结合数不同，这种差异在分子识别上是很有用的，可以根据结合数和热力学参数来判断蛋白质与小分子的作用机理。

分子识别过程是一个很重要的生命过程。目前，国内外许多科学家正在致力于探索分子识别过程中的非共价键作用力，以便确定结合的特定性和效率。利用X-射线或NMR只能确定它们识别过程中的三维结构，不能得到识别过程中的能量变化。许多蛋白质-配体之间的相互作用表现在熵和热容方面有很大的变化，可以通过DSC来研究蛋白质-配体之间的相互作用量热学参数。利用DSC测定蛋白质-配体之间相互作用的热力学参数，可以通过建立模型，测定蛋白质变性前后配体的各种参数，从而计算得到蛋白质-配体之间相互作用的焓变和熵变及热容。Barone等人建立了一个热力学模型，利用DSC变性前后的温度变化，进一步通过各种数学变换，得到蛋白质与配体相互作用的焓变与热容。他们研究了2'CMP和3'CMP与RNAA酶相互作用的量热曲线，根据热力学模型，通过量热曲线得到它们相互作用的热力学参数，并根据这些参数讨论其识别过程的机理和电解质对这些热力学性质的影响。他们还进一步利用DSC研究了S-多肽和S-蛋白质、葡萄糖与酵母己糖激酶相互作用的量热曲线，利用他们所建立的模型进行分析，得到了一些有用的参数，为蛋白质间相互作用的机理研究提供了一种新的方法。有人利用DSC研究了人血清蛋白与脂肪酸相互作用的量热曲线，根据量热曲线计算得到了热力学参数，并根据这些热力学参数对它们的结合机理进行了探讨。

2.3 核磁共振（NMR）技术

NMR是两种能够测定生物大分子三维空间结构的技术之一，是研究生物大分子的溶液结构、动力学及分子相互作用的重要工具。特别是在蛋白质的动力学方面，NMR技术具有其他技术无法比拟的优越性，可以在接近生物大分子的生理环境（温度、盐浓度、pH值等）下对其溶液进行研究，因而得到的结果更具有说服力。近年来，随着NMR技术的飞速发展，对其研究的生物大分子分子量的限制也从10 KDa以下提高到25 KDa，同时，利用这一技术研究生物大分子动力学的方法也有了较大突破。

NMR测定蛋白质结构的方法包括四大基本要素：结构测定的主要NMR参数NOE（nuclear overhauser effect）距离测定；核磁谱峰序列专一性归属；NMR结构计算及结构评价；数据收集的多维NMR技术。

2.4 其它方法

电化学方法虽然在一定程度上受到电活性与否的限制，但对于吸收光谱比较弱、电子跃迁谱带与大分子吸收重叠的组分，无法用吸收光谱法研究的分子，却能用直接伏安法进行研究。此外，平衡渗析、粘度测定以及离心超过滤、高效液相色谱、微渗析、质谱、毛细管电泳等方法也应用于药物与蛋白质分子相互作用的研究。

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