科研领域及方向        热能与动力工程 / 先进控制策略在热工过程自动控制方面的应用研究项目概况    本项目主要针对众多热电联产机组在实施自动控制时所存在的问题，采用先进的智能优化控制理论，研究能较好地解决热、电负荷优化控制问题的先进控制系统，具体包括：热电联产机组热电负荷协调优化控制；锅炉母管蒸汽压力的优化控制；机组主汽温度的优化控制等。主要特点 传统控制和现代控制在提高热工对象的控制品质上已作了大量的努力，但对于一些复杂对象的控制效果仍欠佳。本项目对人工免疫系统这一新的智能理论进行了研究，并与传统的PID控制、模糊控制、预测控制等方法相结合，将新的思想与传统及成熟的控制理论有机结合，应用于解决实际复杂热工过程的优化控制，以期取得良好控制效果。技术指标     着眼于热电厂母管制机组实现热、电负荷整体优化控制需要解决的的一些关键问题，针对现有控制系统的不足，研究更为有效的基于免疫算法、多Agent技术和预测控制方法等的智能优化控制系统。市场前景本项目研究成果对改善中小电厂锅炉燃烧自动控制的现状，提高其锅炉自动投入率和经济效益，以及节约能源都具有重要意义。此外，还将有力地促进人工免疫技术的发展及其在热工过程控制中的应用，并为类似分布式复杂系统的控制提供借鉴。

正在申请专利，已加工出二台样品锅炉。

本发明公开了一种能够自动脱模的热电单元成形装置。底座中心开有凹槽，下模冲包括长方体阴模和连接在长方体阴模两侧的顶杆，长方体阴模嵌合在底座的凹槽内并开有腰形通槽，竖直的两个顶杆穿过底座凹槽两侧各自的孔；N型热电臂阴模和P型热电臂阴模并列地安装在下模冲的长方体阴模上，N型热电臂阴模和P型热电臂阴模上方安装有上模冲，上模冲下的两个冲头分别穿过N型热电臂阴模和P型热电臂阴模上的模腔孔。本发明模块化安装的方式，可对需要不同直径大小的热电臂的热电单元进行制造，利用热电臂阴模相贴并列嵌入底座的方法，可使成形后的试样和热电臂平整且朝向规则整齐；并可快速脱模，提高生产效率。

无水蓄热电热水器热水出水量大、体积小（只相当于目前同容量热水器体积的1/3~1/5）；安装方便（挂壁、落地、室外均可）；使用方便安全（微电脑自动控制、漏电保护、过电流保护等）；蓄热效率高于95%；额定出水温度下的放热效率达90-95%；水量无级调节，按需加热，做到最大限度的节能；水垢自清除；无污染、无腐蚀；水电完全隔离。 该项目的其技术热点包括： 高效蓄热技术 采用多种潜热高、显热大的蓄热材料，按照一定的比例配用，使之能够用最小的体积积蓄最多的热能。同时蓄热方式采用中心加热、外围取热，保证蓄热效率最高。 高效热交换技术  将水与电完全隔离，加热时保持机内无水，利用水与蓄热材料交换热量，不但安全而且换热效率高。 自动除垢技术 随时自动清除水垢，保证热水器长期使用不结垢。 汽—水混合技术 汽—水混合过程噪声大、不稳定是广泛存在的世界性难题，该技术解决了这一问题，热水器使用过程中平稳、无噪音、控制灵活。 最大限度的节能 可无级调节加热水量，用多少水，加多少热，不必象目前常规热水器那样，不论用水多少，必须全部加热所储存的水量。

该研究在基于以往使用离子液体处理PEDOT:PSS导电聚合物所取得成果的基础上，进一步优化了材料的塞贝克系数以实现更好的热电转换效率。对于PEDOT/IL复合有机热电材料，仅靠离子液体对PEDOT:PSS的有序性优化，复合薄膜的塞贝克系数并未得到显著改善,功率因子PF提升不明显。为提高复合物薄膜的塞贝克系数，研究人员提出了使用还原剂对PEDOT:P

通常塑料原料的导热性差，而作为电线、电缆原料，导热性不好会导致电、电缆中的热量集聚，特别是电线、电缆的负荷较大时，热量集聚可能使塑料层加快老化，甚至熔化而形成裸露的电线或电缆，为电线短路起火造成重大安全隐患。此新型电线电缆原料的导热性好，且不会影响其原有的绝缘性能，可以把电线中产生的热量快速传导出去，有效地消除了安全隐患。

材料科学与工程系副教授刘玮书课题组在Mg2Sb1.5Bi0.5:Mn0.01刚性室温热电材料和离子液体调制的PEDOT:PSS/IL 柔性热电材料方面取得研究新进展，相关成果分别发表在Research和Journal of Materiomics上。 在刚性Mg基新型室温热电材料方面，刘玮书课题组与南科大物理系张文清教授和黄丽副教授合作，揭示了基于电子输运通道保护思想的功率因子增益策略，提升了Mg热电材料的室温性能。相关成果以“The Electronic Transport Channel Protection and Tuning in Real Space to Boost the Thermoelectric Performance of Mg3+δSb2-yBiy near Room Temperature”为题发表在由中国科协与《Science》杂志合办的高水平综合性期刊Research上。 在柔性PEDOT基新型室温热电材料方面，刘玮书课题组在离子液体改性PEDOT/IL有机柔性热电薄膜材料研究的基础上，加入了还原剂调控导电聚合物链氧化态优化策略，使材料在保持良好的力学性能的同时，提高薄膜的塞贝克系数从而达到优化薄膜性能的目的。相关成果以“Enhanced thermoelectric performances of flexible PEDOT:PSS film by synergistically tuning the ordering structure and oxidation state”为题发表在中国硅酸盐学会主办的高水平期刊Journal of Materiomics上。

实验内容 1、掌握热电效应理论背景知识，Seebeck 效应、 Peltier 效应、Thomson 效应； 2、热电实验参数测量及温差发电演示实验； 3、Peltier 效应及制冷效率测量实验； 4、不同金属材料 Seebeck 系数实验。

适用范围： 微机全自动量热仪主要由恒温式量热仪及微机量热控制仪等部分组成，是一种由计算机系统自动控制,并能进行其它数据、文字处理的多功能、高自动化热量测量仪器；具有测量精度高、操作简便、使用可靠等特点，该仪器主要用于建材、生物燃料、污泥沼渣、油品、煤炭、化工、土壤、饲料、食品、木材、炸药等可燃物质发热量的测定。 符合标准： GB/T213-2008《煤的发热量测定方法》 GB/T384-1981《石油产品热值测定方法》 JC/T1005-2006《水泥黑生料发热量测定方法》 ASTM-D5865-2010《煤和焦煤总热值实验方法》 GB/T30727-2014《固体垃圾生物质燃料发热量测定方法》 GB/T 14402-2007 《建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定》 ISO 1928-2009《 固体矿物燃料-用弹式量热计测定总值并计算净热值》的要求。 性能特点：     采用微机控制，保持了计算机全部功能，并可使用各种通用软件。可自动标定量热系统的热容量（热容量），测量发热量。输入硫、水分、氢等数据，即可换算并打印出弹筒发热量、高位发热量，低位发热量等结果。 1、内桶无需提出、操作简单、维护方便。单头氧弹，采用套压方法拴装点火丝，方便安全可靠。 2、大容量外筒水箱，具有制冷功能，确保热容量稳定，适应长时间连续做样；采用模块化微循环水散热系统，减少环境对测试精度的影响，能够连续实验，解决了过去压缩机制冷全自动量热仪维护繁杂，易出故障，需专业人士维修的通病，为客户节约大量时间，使测试过程更加简单舒适。 3、设计独特的内筒水精确定量系统，注水、排水自动控制，注水量高度精确，排水干净，确保每次内筒水量一致，有效保证系统的测量精度。 4、采用专利技术，实现水质净化，提高仪器的可靠性； 5、具有高低位、基准换算、平行样、热容量自动计算、人工复算等功能； 6、具有智能终端功能，提供多种网络接入方式，结合数据交互中心实现数据共享，实现实时数据向管理系统上传。 7、部分元器件采用进口元件，进口精密感温探头，温度分辨率达到0.0001K；使整体集成电路更加稳定可靠。 8、氧弹采用耐热、耐腐蚀的镍铬合金钢制作，传热更快。 9、测试速度快，所有数据实测，真实可靠，不采用软件校正改变测试结果。 10、采用先进的串口技术，适应计算机技术的新发展，实现一机多控，相互间测试互不影响，实验的同时可进行数据处理，方便用户查询数据。 11、测试软件全面支持Windows平台，稳定性更好，可联网实现远程数据共享。 12、采用日本原装进口搅拌电机，搅拌匀速稳定，性能可靠，抗干扰能力强。实现自动充水，自动调水温，自动定量，自动搅拌，自动点火，降低人为误差。 13.该款量热仪改进了普通量热仪使用一段时间后，氧弹腐蚀不容易点着火等问题，和危废腐蚀性大，容易毁氧弹等问题。我们采用耐腐蚀合金小氧弹是普通量热仪氧弹的两倍寿命。 技术参数： 使用环境温度范围：0～45℃ 温度分辨率：0.0001K(原装进口产品测温计) 环境湿度：≤85% 精 密 度：≤0.1% 热容量稳定性：三个月内热容量变化≤0.20% 准确度：5次苯甲酸重复测定相对标准差≤0.20% 测试时间：快速法：12min，国标法：15min 电   源：220V±22V、50HZ±1HZ 功   率：≤0.6KW 重    量： 52kg  

带钢热连轧计算机控制是冶金企业计算机应用最早、最成熟和效益最好的。经过近半个世纪的发展，热连轧生产线已经实现了从加热炉、粗轧区、精轧区到卷取区的全线计算机控制，形成了包括传动控制与检测级、基础自动化级、过程控制级和生产控制与管理级的多级分布式计算机控制系统组成模式。控制功能则从最初的以轧制规程设定计算和操作自动化为主，发展到以减少能源消耗、增加经济效益、扩大产品规格和品种、全面提高产品质量（包括带钢的几何尺寸精度、板形、组织性能、表面质量等）为主要特征的新阶段。先进控制理论和智能控制理论、高性能计算机控制系统、网络通讯与信息技术、大功率交流传动系统与液压伺服系统、检测与传感技术等高新技术在该领域的应用日新月异，保证了带钢热连轧计算机控制处于持续发展的态势，取得了巨大的经济效益。 北京科技大学信息工程学院自动控制研究所是以轧钢自动化为主要特色的科研机构。从上世纪八十年代以来，在我国轧钢自动化领域著名专家、我国带钢热连轧计算机控制开拓者之一孙一康教授的领导下，承担与参加了一系列国家和省部级带钢热连轧控制工程，取得了丰硕的成果，获得了多项国家和省部级重大奖励，在我国轧钢自动化领域占有重要地位和广泛影响。近年来与鞍山钢铁集团公司、武汉钢铁集团公司、高效轧制国家工程研究中心、北京麦思科自动化系统工程公司等单位密切合作，在新型控制功能的研制开发、多级分布式计算机控制系统的软硬件集成、热连轧三电工程（计算机、电气传动、仪表）总承包等方面业绩突出，形成了各类轧制自动化控制系统的设计与集成、应用软件开发与调试、人员培训、投产与生产服务的综合实力，具备了与国外大公司进行平等合作和参与国内外市场竞争的能力。