学科前沿讲座课程设计

学科前沿讲座课程设计（精选8篇）

学科前沿讲座课程设计 篇1

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冻胀融沉的分析与防范

（中国矿业大学力学与建筑工程学院 土木10-7班 陈辉 学号：02100498）

摘 要：工程建设是否对周边环境产生负面或不利影响, 是建设者和使用者所关注的问题。针对地铁工程建设中涉及的冻胀融沉,从其产生的机理到影响因素进行了细致的论述和分析,以及分析了冻胀融沉的相关影响因素，从本质上分析了其特点，凭此制定了科学、合理的防范措施,并应用于实践,在施工中取得较好的效果。关键词：冻胀融沉;分析;防范

在地铁建设中, 煤矿冻结法作为一种土体加固方法被广泛应用,但冻结法的冻胀融沉是否对地铁隧道及周围环境产生影响,是建设者和使用者所关注的问题。为此,我们在北方某城市地铁联络通道冻结法施工中,对冻胀融沉的产生机理及影响因素进行了认真、细致的分析,结合工程实际情况,制定了科学、合理的防范措施,取得了较好的效果。冻结法冻胀分析

冻胀是指地铁工程在土体加固过程中,由于冻结管对土体实施冻结作用,使土体中水分结冰而造成其体积膨胀的现象,在实际施工中, 不论对天然冻土区还是人工冻土区,冻胀都是工程建设者所面临的棘手问题。究其原因,主要是由于含水土体在冻结过程中, 一方面土中原位水发生冻结,另一方面是未冻结水向冻结锋面的迁移现象,从而引起土中水分的重新分布和析冰作用。土体的冻胀分为原位冻胀和分凝冻胀,由于原位水分冻结引起的冻胀量相对分凝冻胀来讲十分微小, 因此, 我们本次所研究的土体冻胀主要指由水分迁移引起的分凝冻胀。1.1 冻胀的产生机理

分凝冻胀的产生机理包括土中水分迁移和成冰作用。土体在冻结过程中,一旦土体温度低于土的起始冻结温度, 土中就有部分液态水变成冰,但在土颗粒表面仍有一些作为吸附膜的未冻水存在,在温度梯度引起的负压梯度作用下,来自未冻土的水通过未冻水膜迁入冻土层内。由于未冻水膜的厚度随土温的降低而减薄, 被迁移的水分因迁移受阻而逐渐在某个位置聚集。此时,冻土中的未冻水含量是恒定的, 即在一定负温下, 土颗粒外围具有恒定的平衡水膜厚度。当足够的水分聚集起来时,由于未冻水膜的厚度增大, 未冻水的自由能比冰的自由能高, 原来的热力平衡状态被破坏。在恒定的负温下,土水体系通过多余的未冻水释放自由能分凝成冰,而重新建立平衡状态。随着分凝冰晶便不断积累,土体便产生了冻结膨胀。1.2 冻胀的影响因素

冻结过程中水分迁移和成冰作用是产生土体冻胀的直接因素,它们的强弱主要取决于土体颗粒的土质、土中水分、温度及荷载作用等因素。1.2.1 土颗粒组成对冻胀的影响

土粒表面力场的差异性影响着土冻结过程中水分迁移能力, 并导致冻胀变形各不相同。对于粗颗粒土来说,不存在土的矿物成分对冻胀的影响。在细颗粒土中,尤其是亚粘土、粘土, 这种影响显著地表现出来。在水分、温度及冻结条件大致相似的情况下, 各类土的冻胀性强 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告

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弱大致按下列顺序递减: 粉质土、亚砂土> 亚粘土> 粘土> 砾石土(小于 0.05mm 粒径的含量超过12%)> 粗砂> 砂砾石。1.2.2 土中水对冻胀的影响

试验和工程实践证明,只有土中水分超过一定界限之后才会产生冻胀, 在外界条件相同的情况下, 土体含水量愈高,其冻胀的强度也就愈大。此外, 在没有外界水源补给的封闭系统中,由于水分迁移受到了限制, 冻胀达到一定量时就不再增长,而在有水源补给的开放系统中,只要条件适宜,冻胀就会持续增长。1.2.3 温度对冻胀的影响

首先, 土温降低引起水结晶、冰分凝,引起土体内部液态水向冻结锋面的不断迁移。冻土土温愈低,土体中未冻水含量愈少, 含冰量愈大。其次, 冻土的温度梯度决定着水分迁移量的大小,冻土的温度梯度愈小, 水分迁移量愈大;冻胀量愈大,温度梯度愈大,水分迁移量愈小,冻胀量愈小。

1.2.4 荷载对冻胀的影响

荷载的增加会对土体的冻胀产生抑制作用, 首先,荷载的增加会使得土体的冻结温度降低,要继续维持土体的冻结状态, 则需要更低的冻结温度。其次, 外部压力的作用会引起土体内水分的重分布。若荷载的增加超过冻结锋面所产生的界面能量时,水分则会从高应力区的冻结锋面向低应力区发生反向迁移,使得土体冻胀急剧减少,甚至停止。融沉的分析

2.1 融沉的产生机理

冻结地层温度上升, 冻土发生融化, 冻土中的冰晶融化成水, 土体体积缩小,加上土体原有结构冻胀时形成的裂缝在融化时的闭合, 产生融化沉降;同时冻土在融化过程中未冻水含量随地温的升高而增加, 直至达到相变温度点,冰全部变成孔隙水, 当未冻水含量增加到足以摆脱静电作用时,土体便在重力和上覆荷载的作用下发生排水固结,土颗粒运动, 孔隙度变小而压密,产生固结沉降。融化终结后, 排水固结并不马上结束, 而是继续进行一段时间,直至土体固结沉降达到稳定。冻土融化沉降的沉降量与外压力无关, 而融土固结产生的沉降与冻结过程中形成的土粒结构的稳定性、冰融化成水释放的自由孔隙空间以及上覆荷载的大小有关。通常压密沉降与正压力成正比, 一般冻土的融沉量要大于冻胀量,有时融沉会变为突陷。融沉的不均匀性及突陷往往会导致地表建筑结构的破坏。2.2 融沉的影响因素

影响冻土融沉的主要因素有: 冻土的含水量(包括冻土中的未冻水和孔隙冰)、冷生构造、干容重、上覆荷载等。2.2.1 含水量对融沉的影响

冻土含水量的大小是影响冻土融沉的关键因素, 其含水量包括冻土中的未冻水和孔隙冰两个部分,各部分所占比重的大小视冻土所处的负温而定,体积含冰量较大的富冰冻土融化时常产生突发性下沉变形, 而含冰量较少的贫冰冻土融沉时基本不会产生较大变形。2.2.2 冷生构造对融沉的影响

冻土的融沉与冻土在冻结过程中所形成结构有关,冻土的结构对土的融化沉降及压密沉降有着直接的影响,通常来讲呈整体状构造的冻土, 其产生的融沉一般不大,而冻结时呈层状 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告

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或网状构造的冻土一般在融沉过程中会产生较大的沉降变形。2.2.3 干容重对融沉的影响

干容重对冻土融沉的影响是从另一面体现了冻土中含水量的融沉的影响, 冻土中含水量小时, 干密度相对较大,土体中孔隙体积较少,这样的冻土在融沉过程

中不会产生较大的沉降变形;而在冻土含水量较大的情况下,冻土的干密度较小, 土体中孔隙体积相对较大, 该类冻土则在荷载的作用下会产生较大的沉降压缩变形。2.2.4 荷载对融沉的影响

荷载对融沉的影响主要体现在融土的固结过程, 随着冻土中冰的融化,融土中含水量会逐渐增大, 形成超静孔隙水压力,试验表明, 融土在较大的荷载作用下, 孔隙水压力会加速消散,随着融土中孔隙水的排出, 孔隙的压密,融土将产生较大的压缩沉降。地铁人工冻结土体冻胀融沉的特点

从以上的分析中可以看出,不论是人工冻土还是天然冻土,其冻胀融沉的产生机理及影响因素都是相同的。但就人工冻土来讲, 它除具有天然冻土的特征外,还具有其自身的一些特点,主要表现在:(1)人工冻结土体所处地层多为淤泥质土或粘土地层等,一般含水丰富,在这样的地层环境下, 易产生较大的冻胀和融沉变形。

(2)冻结过程中,人工冻结器表面温度通常低于-20 ,负温梯度随着冻结壁的扩展由大变小, 冻结速度由快变慢, 冻结时间相对较短;在冻结土体融化过程中,周边的土体温度相对较低,温度梯度较小, 但在其相邻范围的正温土体的作用下,冻土温度会快速升高, 在此相变过程中,由于冻结土体要吸收大量的热量, 而周边正温土体传导热量的能力有限,使得冻结土体全部融化要经历相对较长的时间。

(3)人工冻结土体具有三维冻融的特征, 在冻结过程中冻结锋面的扩展垂直于冻结管轴线方向, 冰晶分布平行于冻结管轴线方向;在冻土融化过程中, 热量是由周围土体或结构向冻土内部扩散,冻土从周边边界开始融化。此外,人工冻结土体的冻融过程中水分的聚集和消散同样具有明显的三维特征。

(4)人工冻结壁作为临时支撑结构一般要承受一定的荷载作用, 在冻结过程中荷载通常对土体的冻胀具有一定的限制和约束作用,而在融沉过程中, 由于受荷载作用的影响, 融土中的孔隙水会迅速排出, 土体逐渐被压实、压密。制定防范措施

我们此次施工范围内土层主要为第四系全新中统相层粉土、淤泥质粉质粘土和第四系上更新统三组相层粉质粘土,其土层土质松软、结构松散、孔隙比较大, 含水丰富、承载力低、容易压缩和在动力作用下易流变、土体内聚力小等特点, 在我们经过对冻结土体冻涨融沉产生的机理和影响因素充分分析及研究的基础上,参照以往联络通道冻结法施工经验,考虑到施工中将可能面临或出现的各种问题, 有针对性的提出了以下技术控制要点:(1)为防止冻结土体的冻胀融沉给隧道及地面带来不利影响,在联络通道实施土体冻结前期, 根据冻结管的布置, 及时在冻结帷幕内对称设置数个压力释放观测孔,冻结开始后根据检测数据及时进行泄压以防冻胀,保证联络通道开挖及结构施工质量;开挖后,及时在结构 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告

第 4 页 的外层临时支护(钢格栅)背板后用水泥砂浆充填密实,利用隧道或联络通道内的注浆跟踪注浆加以补强,以补偿土层融沉,控制地表变形。

(2)由于混凝土和钢管片相对于土层更易散热, 并且会影响隧道管片附近土体的冻结质量,从而影响冻土整体稳定性和封土性。为此,我们考虑在冷冻区域隧道管片上铺设保温层,在其对面隧道管片加设冷冻板等保温措施,切断由于温度变化,而出现外界水源补给的现象,以消除冻土帷幕可能存在影响安全的薄弱环节。

(3)加强冻结过程检测, 在冻土帷幕内布置测温孔,以便正确测定冻土帷幕厚度和判断冻土帷幕是否交圈,并配合压力释放观测孔进行检测, 在冻胀达到一定压力时,及时泄压,减少对周围土体及隧道的影响。

(4)在冻结、开挖两侧隧道内均增设环向预应力支撑,以防打开联络通道留口管片时, 隧道产生过大变形,而导致结构破坏。

(5)在冻结过程中, 加强积极、维护冻结的质量控制,使帷幕形成整体状冻结土体, 消除后期冷生构造对融沉产生的不利影响。

(6)由于冻土的蠕变形很强,如遇冻土帷幕有明显变形,温度明显回升, 立即用预制格栅加背板支撑,必要时调整开挖构筑工艺,并同时加强冻结,防止融沉过大,对周围环境产生不利影响。

(7)由于联络通道的开挖和支护层施工时间较冻土帷幕的化冻时间短,根据矿山井筒冻结经验, 由于偶然停冻对开挖安全不会产生大的影响。但是, 为了提高施工安全性,应选用可靠的冻结施工设备。

(8)在联络通道集水井部分施工时, 一般应割除其内冻结管,在此期间将结束人工冻结,因此, 必须合理安排、保证连续施工, 尽量减少温度对其影响,同时, 加强停冻时的冻工帷幕监测,以便及时采取相关措施。

(9)由于人工冻结土体具有三维冻融的特征, 因此,在联络通道砼衬砌结构中, 分别在结构顶面、四周侧面等处设置注浆孔,预埋注浆管,在施工后期, 采用注浆方式以补偿解冻后出现的结构与冻结土体间的孔隙, 消除融沉可能造成的变形,注浆应配合冻土帷幕融化过程进行, 开始可注粘土水泥浆。

(10)在整个施工及解冻过程中, 严密监测隧道变形,特别是在解冻初期15d 内, 做好跟踪补偿注浆工作,当监测数据出现异常,应及时在变形较大部位周围或对应面进行注浆,确保隧道等安全。实践经验

2005 年1月11日~ 2005年6月11日, 我们在北方某城市地铁联络通道Ⅰ区间、Ⅱ区间进行了两个联络通道(含集水井)的冻结法施工,由于联络通道上方10m左右为该城市主干道,施工期间,交通正常运行,冻结前后上部荷载不会有较大变化, 在采取上述措施的同时,除加强监测外,未考虑荷载影响,鉴于联络通道所处位置上方分布有较多的建筑物等, 因此, 我们在地面、房屋、管线布置了 50个监测点,在隧道内布置了162个监测点,从冻结钻孔开始至施工结束后70d 左右进行了地面变形、隧道内沉降、水平、收敛等监测,以检查联络通道在冻结前期、施工过程及后期,冻胀融沉是否给隧道及周围环境带来不利影响,我们从隧道内162个监测点中, 选取24个点的数据。从冻结开始至解冻胀融沉的监测数据看, 冻结 中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告

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周围的土体发生或多或少的变形,其中隧道内监测值均控制在-10~ 10 mm 以内,另从地面监测的数据看,地面沉降值均控制在-30~ 10 mm 以内,冻涨基本发生在冻结期, 其中波动主要在冻结30d 以后,融沉发生在解冻后,解冻周期一般为1~ 2个月,在此期间, 变形波动缓慢、平稳,因此,在施工中严格按照科学、合理的施工方案进行施工与控制,冻胀、融沉不会对地铁隧道产生不利或负面影响。

参考文献

学科前沿讲座课程设计 篇2

实验动物学学科前沿,包括实验动物和动物实验所涉及的最新研究进展,如无菌动物培养、无菌动物房建设、无菌动物运输、实验动物替代、实验动物饲养及饲料等方面的最新研究成果和实践。学科前沿难题、发展瓶颈的解决和突破,对学科发展具有重大意义,需要新的思想和思路、新的实验方法和手段。实验动物学科前沿、行业需求和发展前景是学生非常关注的实际问题,在实验动物学教学中,应积极加强学科前沿引导,以提高教学质量和教学效果。

1 以学科前沿引导教学的意义

1.1 符合贯彻国家教育方针要求

实验动物学这门课程,有着广泛的现实需求和巨大的发展前景。实验动物和动物实验被广泛应用于工业、农业和军事等众多领域,特别是医药卫生、食品安全和生物等领域的科学研究,更是应用广泛。学生了解了实验动物学的国际前沿科学,看到我国在学科前沿的差距,有利于增强为国家和民族科学发展而刻苦学习的使命感和责任感。站在学科前沿,学习实验动物学的基本知识、基本技能,视野更开阔,学习目标更明确,从而培养出具有世界视野和不断追踪学科发展前沿能力的实验动物人才。

1.2 提高教学效率的需要

当今中国乃至世界,实验动物学还不能完全适应社会经济发展和人民对健康生活的要求。2012年8月1日,《美国临床营养杂志》发表《黄金大米中的β-胡萝卜素与油胶囊中的β-胡萝卜素对儿童补充维生素A同样有效》。这篇论文介绍的试验方法成了当时舆论的焦点,国际环境组织“绿色和平”对此表示抗议。项目在伦理审批和知情同意告知过程中,刻意隐瞒了试验中使用的是转基因大米,违反了卫生部《涉及人的生物医学研究伦理审查办法(试行)》规定以及科研伦理原则[3]。这一事件表明,应该大力推动实验动物学的知识和发展,更好更快地将科学研究成果转化应用,造福人类。

在实验动物学课程教学中,以学科前沿为引领,使学生感到可将理论联系实际,学以致用,提高学习兴趣,同时可使学生在今后的科研和生产中少走弯路。对于教师而言,授课内容更丰富,更有针对性,进而达到节省时间和人力、提高教学效率的目的。

1.3 培养学生创新思想,激发学生创新潜能的需要

科学发展过程是不断创新和不断突破难点(瓶颈)的过程。在实验动物学教学中,以学科前沿为引领,让学生站到学科前沿,了解最新的创新成果和实践,为学生日后向学科高端发展提供创新思路,从而激发出巨大的创新潜能。我国当代著名数学家陈景润,1973年(40岁)对哥德巴赫猜想研究取得重大突破,攀上筛法理论顶点。他的成果被国际数学界称为“陈氏定理”。这与他15岁在福州英华中学读高中时,得到中国著名空气动力学家、航空工程教育家沈元的高水平教育有极大关系[4]。当时,沈元深入浅出地讲解了关于哥德巴赫猜想的故事,让陈景润了解到哥德巴赫猜想是世界著名的数学难题,二百多年来没人能解。陈景润被引导到了数论研究的世界前沿,并为之学习奋斗一辈子,最终取得辉煌成就。

事实证明,把学生的学习引导到学科前沿,学生的视野更开阔,思想境界更高,创新元素和激情增加更多,学习、创新的潜能会被最大限度地开发出来,取得事半功倍的效果。

2 学科前沿引导教学模式在实验动物学课程教学中的应用

2.1 教学内容密切关注学科前沿

在实验动物学教学中,把学生引导到学科前沿,教师首先要站在学科前沿,必须进行艰苦细致的工作,及时准确掌握学科前沿的最新成果和实践,这也是一个动态的过程。可以从以下四方面追踪实验动物学学科前沿:1)通过互联网、有关专业报刊和杂志了解掌握;2)通过参加专业学术研讨会了解掌握;3)加强与专业院校和科研院所联系,掌握最新发展趋势;4)创造条件接触和参与有关学科发展前沿项目的研究。

2.2 优化教学过程,加强兴趣和创新能力培养

在教学过程中,要将学科前沿融入到教学的各个环节,激发学生学习兴趣和热情。在课程起始,加强实验动物学最新国际进展和发展前景的介绍。学科发展前沿的讲授,要让学生全面了解有关的情况,包括研究的发展动向、成果、方法、设施、条件、环境和创新精神等,了解我国研究水平与学科前沿的差距的原因和解决途径。让学生一接触这门课,就能站在学科前沿的高度,有的放矢地学习以后的专业基础知识和基本技能。

在讲授基础知识、基本技能过程中,画龙点睛地与学科前沿联系起来,让学生对基础知识和技能的理解更深刻、到位。同时,加大英语做课件、授课的力度,让学生较快、较好地掌握专业英语,直接阅读有关的英文文献资料,在世界范围内直接了解学科前沿情况。在授课期间,安排几次班组讨论,介绍查找学科最新研究成果和实践资料的收获和心得体会。课程末安排作业,让学生查找学科最新研究成果和实践的资料,作一个小综述。同时,引导承担该学科创新课题的学生,较深入了解课题所属领域的最新研究成果和实践,把创新课题与学科前沿有机结合起来进行。

2.3 加强基础理论和实践教学,夯实学科前沿引领教学的基础

以学科前沿引领教学,目的是要让学生站的更高,看得更远,把实验动物学的基本理论学得更扎实,把实验动物学实际操作技能掌握得更熟练。为此,可从以下两个方面提高和改进。

2.3.1 丰富教学手段多样性,提高基础理论教学效果

随着国家经济发展,实力增强,多媒体教学已很普遍。多媒体教学呈现授课速度加快、知识容量加大和直观性加强的特点。充分发挥多媒体教学功能,关键是备好课,制作出体现学科特点、符合学生实际、能完成好教学任务的高质量课件。而当今教学手段,多以PPT作为教学的唯一手段,没有真正做到“多媒体”教学。在理论课教学时,应将PPT、视频、音频和专业网站等结合起来,教学手段多样化,特别是应将近几年兴起的翻转课堂、微课和MOOC等先进教学方式有机结合起来,让学生更全面和更好地了解学科发展的新动向、新进展。在很多农林院校,实验动物学设置为选修课[5]。这门课内容多、课时少,学生学习其他专业课压力大,学习积极性普遍不高。教学手段的多样化,有利于激发学生的学习兴趣,切实提高教学质量。

在理论课教学时,要做到课件简明,重点突出,难点易懂。课件简明扼要、重点突出、线索清晰,可以要求学生把重点知识作系统性的简要记录。这个做法有四个好处:一是能使学生专心听讲,与教师授课的节奏保持同步;二是调动学生的综合归纳思维,让学生知道重点,把握重点;三是强化学生对重点知识的记忆;四是便于学生系统复习掌握所学知识,也利于学生在课外有更多的时间和精力,更好地阅读更多书籍、增长更多本领。同时,应加强课堂教学互动,营造课堂良好学习气氛,激发学生思维,增强参与意识,培养创新能力[6]。

2.3.2 优化课程设置,增强实践教学

实验动物学是一门实践性较强的课程,应优化课程设置,做到理论和实践并重,使学生的动手能力得到充分锻炼[7]。在实践环节,应加强国际前沿动物实验技术的介绍,如基因敲除、基因沉默和转基因等动物实验技术,激发学生的学习兴趣。同时,通过多个实验课的锻炼,使学生全面了解实验动物和动物实验,并对国际科学前沿有所知晓,培养学生的创新能力,为其开展科学研究和继续深造打下良好基础。

3 结语

实验动物学是生命科学中的一门重要基础学科,它对于生命科学的快速发展发挥了重要作用。随着世界科学技术的进一步发展,其作用更加凸显。对此,应该有足够的认识和重视,才能在世界生命科学新的发展浪潮中迎头赶上,并占据先机。实验动物学以学科前沿引领教学方式的探索,正是符合了这一发展趋势的需要。这一探索有很长的路要走,有许多难点要突破。其中,关键是教师要不断追踪学科发展前沿成果、实践和难题,并融入到备课和课堂教学中,切实提高教学质量;完善教学模式,实现教学方式多样性,让学生更好地掌握实验动物学的基础理论知识和基本操作技能。这样,学科前沿引导学生站得高、看得远,激发学习热情,确定攀登高峰的目标;同时,学生又有扎实的理论基础和过硬的操作技能,对学科前沿可望可及,逐步接近,甚至有所突破,这也正是以学科前沿引领实验动物学课程教学改革的要义和追求的目标。

摘要：实验动物学作为一门新兴的边缘学科,是生命科学发展的基础,其在生命科学研究中发挥着重要作用。实验动物学前沿难题的解决和突破,对学科发展具有重大意义,需要新的思路、实验方法和手段。笔者试图在实验动物学课程教学中,通过学科前沿引导学生更有效地学习基础知识和实验技能,使学生站得更高,看得更远,激发产生新思想,提高教学质量,进而适应培养具有创新思想和能力的高素质人才的需要。

关键词：实验动物学,课程教学,学科前沿,创新能力,教学改革

参考文献

[1]何诚.实验动物学[M].北京:中国农业大学出版社,2006.

[2]张玮,殷兆丽,满达,等.医学院校实验动物学课程改革实施[J].内蒙古医科大学学报,2014,36(S2):711-713.

[3]高杨帆.从“黄金大米”事件看科学家的伦理责任[J].洛阳师范学院学报,2014,33(4):23-28.

[4]沈世豪.陈景润[M].吉林:吉林文史出版社,2012.

[5]权富生,许信刚,雷安民,等.提高农业院校实验动物学课程教学质量的对策[J].家畜生态学报,2012,33(3):124-128.

[6]李景源,邵义祥.动物实验教学改革培养生命科学类本科生创新能力的探索[J].教育教学论坛,2014(53):252-253.

学科前沿讲座论文 篇3

课程名称：学科前沿讲座

姓名：臧宁宁 学号：1049731602549 学院：汽车工程学院

专业：车辆工程专硕

班级：163班

2016年 12 月 28 日

车网互联（V2G）技术浅析

臧宁宁

（武汉理工大学汽车工程学院；车辆工程163班；1049731602549）

摘要：针对城市高峰电力负荷大、持续时间短的特点，采用车网互联（V2G）模式，通过电动汽车集群晚间低谷充电，白天停驶时反馈给电网以支持高峰电力负荷，有利于城市电网削峰填谷，并提高能源利用效率。文章首先介绍了V2G研究的意义及其经济性，而后介绍了V2G的试现方法，V2G研究的关键问题：智能管理策略、双向充电器，最后对我国V2G技术的进一步发展提出了相关建议。

关键词：V2G：实现方法；智能管理策略；双向充电器

Abstract：For the city peak power load, short duration characteristics, the use of car network interconnection(V2G)model, through the electric car cluster evening trough charging during the day and suspended feedback to the grid to support the peak load, is conducive to urban power grid Valley, and improve energy efficiency.In this paper, the significance of V2G research and its economy are introduced.Secondly, the key techniques of V2G are introduced, such as intelligent management strategy, bi-directional charger, and some suggestions for further development of V2G technology in China.Keywords：V2G;implementation method;intelligent management strategy;bi-directional charger

引言

电动汽车以电为动力，作为智能电网的重要组成部分，其动力电池可以理解为电网中一个移动的分布式储能单元，具有清洁、高效、环保等特点。由此形成了“车—电”互联(Vehicle to Grid，简称V2G)的概念，即车辆与电网在受控状态下，实现能量、信息双向互动，将动力电池看成不仅是车辆的动力源，也是重要的移动储能介质。当车载动力电池需要充电，则电能从电网流向汽车。当汽车暂停使用时，也可以把车载电池中的电能反送给电网系统。电动汽车V2G充放电模式的应用，是电动汽车能源供给体系中的重要形式之一，也是智能电网建设的重要内容。采用 V2G 模式可对电网起到削峰填谷的作用，从而减少电力建设投资，提高能源利用效率。

图1.1 电网供应图

1.V2G研究的意义

现在的电网实际上效率并不是非常高，因为一是成本较高，再就是容易造成浪费。图1.1和1.2是电网的供应和需求图，将两图进行对比，可以看出：在用电高峰期，电网的供应难以满足需求，一般采用增建调峰电厂或调峰机组解决；而在用电低谷时，大量的电力被浪费。

图1.2电网需求图

V2G的核心思想就是利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲，如图2所示。当电网负荷过高时，由电动汽车储能源向电网馈电；而当电网负荷低时，用来存储电网过剩的发电量，避免造成浪费。通过这种方式，电动汽车用户可以在电价低时，从电网买电，电网电价高时向电网售电，从而获得一定的收益。

图2 V2G示意图

现在，插电式混合动力汽车（PHEV）和纯电动汽车（EV）正慢慢进入市场。当这些汽车的数量足够大时，其电池的总容量是相当巨大的，因而可以将其作为电网以及可再生能源系统的缓冲。但是，电动汽车并不能随意地、毫无管理地接入到电网中，这是因为如果电网正处于峰值负荷需求，大量汽车的充电要求必然会对电网产生极其严重的影响；对于汽车而言，除了为电网提供辅助服务外，还必须能够满足日常的行驶需求。因此在向电网馈电的过程中，还必须兼顾汽车自身的能量存储状态，以避免影响汽车的正常使用。综合上述两个方面，非常有必要对电动汽车 V2G 进行研究，协调汽车与电网间的充电和放电，使得既不会影响电网的运行，也不会限制汽车的正常使用。

2.V2G的经济性

《车网互联（V2G）支持高峰电力的技术经济分析》一文中，以带有 30 k W·h 动力电池的电动车集群集中放电来支持上海地区 12 h 的800 MW 高峰电力为例，通过V2G 模式中成本和收益的经济核算，发现电动车主和电网企业都能从 V2G 模式中受益。

文章还对V2G技术的环保价值进行了评估。通过 V2G 模式，一方面可以提高火电机组的发电效率和输配电设备的利用效率，减少发电和输电设备的投资；另一方面还可以提高可再生能源的使用比例。就纯电动车使用而言，其过程是零排放，既无 CO2排放，也无污染物排放。目前我国 70%-80%的电力来自煤电，电动车使用电力驱动间接上还是产生 CO2和污染物排放，如果把煤电的生产环节考虑在内，其 CO2排放量仍然保持在 120 g/km 左右。通过 V2G 模式可以提高能源利用效率，增加可再生能源电力的比例，从而减少二氧化碳和污染物的排放。因此与风能、太阳能一样，V2G 模式是一种节能、环保、可持续发展的模式。

3.V2G的实现方法

根据应用对象的不同，可以将 V2G实现方法分成四类。

3.1集中式的 V2G 实现方法

所谓集中式的V2G是指将某一区域内的电动汽车聚集在一起，按照电网的需求对此区域内电动汽车的能量进行统一的调度，并由特定的管理策略来控制每台汽车的充放电过程。由于此种方式采用统一的调度和集中的管理，可以实现整体上的最优，例如通过先进的算法可以计算每台汽车的最优充电策略，保证成本最低及电力最优利用。3.2自治式的 V2G 实现方法

自治式 V2G 的电动车经常散落在各处，无法进行集中的管理，因而一般采用车载式的智能充电器，它们可以根据电网发布的有、无功需求和价格信息，或者根据电网输出接口的电气特征（如电压波动等），结合汽车自身的状态（如电池 SOC）自动地实现 V2G 运行。由于不受统一的管理，每台电动车的充放电具有很大的随机性，是否能保证整体上的最优还需进一步研究，此外，车载充电器还会增加电动汽车的成本。3.3基于微网的 V2G 实现方法

基于微网的 V2G 实现方法，实际上是将电动汽车的储能设备集成到微网中，它与前边两种实现方法的区别在于，这种 V2G 方法作用的直接对象不是大电网，而是微网。微网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微网内部电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。

3.4基于更换电池组的 V2G 实现方法

基于更换电池组的 V2G 实现方法，其源于更换电池组的电动汽车供电模式。它需要建立专门的电池更换站，在更换站中存有大量的储能电池，因而也可以考虑将这些电池连到电网上，利用电池组实现 V2G。这种方法的原理类似于集中式 V2G，但是管理策略上会有所不同，因为电池最终是要用来更换的，所以必须确保一定比例的电池电量是满的。它的实现迫切需要统一电池及充电接口等部件的标准。

4.V2G研究的关键问题

4.1智能管理策略

4.1.1 从电网角度分析

电网各个发电单元的作用不相同：容量较大的发电单元价格便宜，但是响应速度慢，适用于提供基本负荷；容量较小的单元价格昂贵，但响应速度快，一般用于峰值负荷。管理策略的制定就是利用 V2G 尽可能减少电网对昂贵发电单元的依赖，并减少无功补偿装置的使用。这就需要电网根据自身的负荷状况、可再生能源的发电状况以及 V2G 单元可用容量等信息，事先计算出对各 V2G 单元的有功和无功需求，并给出合理的电价。

对此问题的处理可以分为两种方式，第一种是由电网直接对接入的每台电动车连同其他发电单元进行统一调度，采用智能的算法来控制每台汽车的V2G 运行。第二种方式是在电网与电动汽车群之间建立一个中间系统。该中间系统将一定区域内接入电网的电动汽车组织起来，成为一个整体，服从电网的统一调度。这样电网可以不必深究每台电动车的状态，只需根据自己的算法向各个中间系统发出调度信号（包括功率的大小、有功还是无功以及充电还是放电等），而对电动汽车群的直接管理，则由中间系统来完成。4.1.2 从用户角度分析

电动汽车 V2G 的智能充放电管理策略描述的是这样一个过程：中间系统根据电动汽车的充电需求对能量进行合理的供应，同时根据电网需求将电动汽车能量反馈给电网。对于每一台与电网相连的电动汽车而言，一方面要通过 V2G 来提供辅助服务，另一方面还要从电网获取能量为电池充电。但是，不论是提供辅助服务（放电）还是从电网获取能量（充电），其过程并不是随意地，毫无限度的，它需要实时考虑电动汽车当前及未来的状况，如电池 SOC、未来行驶计划、当前的位置、当前电力价格以及连网时间等信息。这样做是为了在保证正常行驶的前提下使用户获得最优。

对于电动汽车智能充放电管理策略的研究，主要涉及如何对各电动车进行协调充电；制定管理策略寻找最大化车主利益的最优方案，例如在电价便宜时为电动车充电，电价昂贵时向电网提供服务。大多数管理策略只适用于 V2G 运行的某一方面，有的适用于频率调节，有的适用于调峰，并没有提出一个统一的策略。4.2 V2G 双向充电器

要使电动汽车实现 V2G，需要在电网和汽车

间配备双向的智能充电器。此双向充电器必须具有为电动汽车电池充电的功能，同时产生最小的电流谐波，也应具有根据调节向电网回馈能量的能力。

一般来讲，双向充电器由滤波器、双向 DC-DC变换器以及双向 AC-DC 变换器组成。当充电器工作于电池充电模式时，交流电首先通过滤波器滤除不期望的频率分量，然后通过双向 C-DC 变换器将交流整流成直流。由于双向 AC-DC 变换器的输出电压可能与直流储能单元的电压不匹配，还需要一个双向 DC-DC 变换器来保证合适的充电电压。当变换器工作于电池放电模式时，其过程则恰好相反。

5.结论

随着电网负荷的快速发展,电网峰谷差逐年增大,电网调峰压力越来越大。如今大力开发和利用新能源的发展战略进一步加大了各电网的调峰和调频的难度。V2G技术给未来电网的调峰和调频问题开辟了新思路。

目前，我国正大力发展电动汽车产业，考虑到 现阶段我国智能电网的发展水平，V2G 的发展可适当参考以下两条建议：

（1）在建设电动汽车基础设施过程时，尽量考虑V2G因素，建设方便于V2G技术的设施。

（2）建立 V2G 试点工程，进行适当宣传，使广大电动汽车用户了解V2G技术的益处。参考文献

学科前沿讲座总结体会 篇4

在科学技术和信息技术高速发展的今天，唯有不断学习、努力探索，我们才能跟上时代发展的脚步。这学期学校为我们开设了“学科前沿讲座”这门课，主讲老师们向我们讲述了有关创新、生物计算机、物联网工程、Linux环境编译、Linux内核等等科技前沿的内容，让我对这些知识有了一定的了解，获益匪浅。其中，有关物联网工程的内容给我留下了深刻的印象。

物联网（The Internet of things)是新一代信息技术的重要组成部分，它的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和通信，但是它的用户端扩展到了任何物品和物品之间。我们知道，科技的发展在某种程度上是为了方便人类的生活，因此用户体验很重要，而应用创新正是物联网发展的核心，不得不说，物联网是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

老师向我们介绍到，物联网的应用主要分为三种基本模式：对象的智能标签，环境监控和对象跟踪，对象的智能控制。它把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，实现人类社会与物理系统的整合，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。这些内容在我看来都充满了实际意义但又极具技术含量，我真真感受到了自身知识的严重缺乏，不断学习、大胆创新确实很重要。科学前沿讲座旨在引导大家了解相关领域的学科前沿知识，更好地学习、思考。所以要想进一步认识有关知识，我们必须靠主动学习。

我们可以根据自己感兴趣的课题，去查阅相关资料，来提高自己对该理论、该知识的认识。

学科前沿讲座课程设计 篇5

班级：自动化0803

这学期学院为我们开设了控制科学与工程学科的讲座，通过对这门课的学习，使我对自动化这个专业的一些问题有了更深的了解，让我对专业的学习有了明确的方向和目标。

控制科学与工程学科的性质

控制科学与工程是一个覆盖面宽、层次跨度大的一级学科，它由控制理论与控制工程、模式识别与智能系统、系统工程、制导·导航与控制、检测技术与自动化装置五个二级学科组成。控制科学是以控制论、信息论、系统论为其方法论基础的，因此它首先是一门科学，它研究的是人们实现有目的行为的一般原理和方法，在这个意义上，控制科学对于人们认识自然、改造自然具有普遍的意义，控制科学的精髓是它的概念和方法，特别是作为其核心的模型、控制、反馈、优化等概念和方法。

控制工程是控制论一般原理在工程系统中的具体体现，因此必须从工程系统的角度进行技术的集成，必然涉及到各行各业的技术和工艺背景。因此，控制工程从来就不是控制学科的专利，它应该也必须在与各工程领域的结合和各种相关技术的集成中得到发展。

控制科学与工程作为一门通用的技术学科，这一学科包含的内容软硬俱全，软可以软到控制数学，在抽象层面上以数学和逻辑为工具研究控制系统的一般规律，如能控性、能观性、最优性、稳定性、离散系统状态变迁等，硬可以硬到完全与硬件打交道，用元器件、集成电路搭建控制器，与传感器和执行机构组合成一个实实在在的控制系统。

自动化和信息化的关系及其对推动工业化的作用

自动化，顾名思义是指实现过程或系统的自动运行，但它比用机械取代人的肢体劳动即机械化有着更深更广的含义，其核心就是用控制论、系统论和信息论的思想去实现有目的的行为的过程。

“信息化”的提出在60年代，它是培养、发展以计算机为主的智能化工具为代表的新生产力，并使之造福于社会的历史过程。信息资源是信息化的基础．开发利用信息资源是信息化的核心。

“自动化”与“信息化”并不是同一回事，但是，两者既有联系，也有区别与特点。“自动化”与“信息化”两者的联系是：研究工作的时代相同，研究工作的理论基础相似，研究工作的基本工具相同，研究问题的领域交融。两者的区别是：首先，研究的对象明显不同。其次，研究“自动化”与“信息化”两者的科学技术界的出发点不同，角度不同。再次，内涵与特点不同。

“自动化”与“信息化”双方既互为依托，同时也相互促进。在信息时代里，自动化就成了在机械化时代自动化的基础上的信息时代的自动化。在计算机用于自动化之前，自动化的功能目标是以省力为目的，代替人的体力劳动。随着计算机和信息技术的发展，计算机和信息技术作为自动化技术的重要手段，自动化的视野大大扩展，自动化的功能目标不再仅仅是代替人的体力，而且可以代替人的部分脑力劳动。目前，国际上很多著名的工业自动化企业（厂商）纷至沓来，将他们信息技术用于企业产品设计、制造、管理和销售的全过程，以提高企业在“全球化”的形势之下的市场应变能力和竞争能力。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。因此，从提高企业自动化系

统工作层次的角度看，信息化的确是促进了自动化的提高，而且可以说，信息化是更高层次的自动化。

学科前沿讲座课程设计 篇6

一、支持对象

在我校作专场报告的校外院士、著名学者和教授。

其中“21世纪学科前沿”系列学术讲座重点支持在研究生学术活动中作报告的院士、著名学者和教授，报告主要内容为所在学科发展动态、学科前沿理论、重大技术、研究方法及研究成果等。

“名家讲坛”系列讲座重点支持在研究生教育中作报告的院士，报告主要内容为治学与人生、长才成长、学习方法等。

二、酬金标准

院士：3000元/场

外籍专家、著名学者、教授：2000元/场 副教授、其他：1000元/场

三、讲座宣传要求

1、讲座宣传必须使用研究生院指定的海报模板；

2、讲座结束后必须及时在院、校网站上发布讲座新闻，新闻中应注明“‘21世纪学科前沿’系列学术讲座”或“‘名家讲坛’系列讲座”字样。

四、申请酬金需提交材料：

1、报告人酬金申请表（见附件1）；

2、讲座宣传海报（A4纸打印）；

3、讲座新闻（校主页或学院网站新闻,A4纸打印）；

4、讲座录像、照片、PPT等其他材料。

五、备注：

经费卡号：xxxxxxxxxxx(每年研究生院通知报销时间时公布)。通过财务处高级财务管理平台酬金申报提交酬金单，提交完成后下载打印正式单据，连同其他申请材料交至研究生院培养处（研究生楼317）审核。

联系人：张笑艺

前沿讲座心得 篇7

学号：102117028

3姓名：张帆

年级：2010年春

指导教师：张晨曦

所属学院：同济大学软件工程学院

近年来，对等网络引起了信息产业界的极大关注，2000年8月成立了P2P工作组，成员包括Intel、IBM和HP公司等。发展对等网络的其他主要障碍还有版权问题、网络带宽问题、管理问题和安全问题等。如何连接电话、手机和家电、工业设备等，也是对等网络需要解决的问题。国内对等网络市场从2000年开始启动。国内的应用主要有2个方向:文件共享及协同工作。在文件共享方面，国内已经有多家公司推出了自己的产品，目前主要的中文对等网络软件有Workslink、Ezpeer、Jelawat、Kuro和Toperson等，还有PASP_E-school实时交互多媒体在线课堂教学软件。在未来，企业对等网络应用将是热点，主要将解决企业内部事务处理的协同、企业门户、企业虚拟专网（VPN）、远程互动和宽带应用等。国内基于对等网络技术的企业应用产品有KM-Server中小企业知识管理软件等。云计算（cloud computing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。

这学期学院开设的前沿讲座的课程，很有幸听到了张晨曦教授对于自己在计算机前沿方面研究的讲座，让我对这些知识有了深入浅出的理解，受益匪浅。

3月24号，张晨曦教授在讲座的最开始，对计算机前沿的知识做了简要的说明，然后张教授从对等网络、SOA简介、超级计算机、超级计算、云计算等几个方面进行了讲授。由于时间短暂，打算介绍大量的专业的知识是不太现实的。张教授授课的过程中都考虑到了时间限制以及我们有限的知识水平，从大处着眼，为我们大概介绍他们研究方向和内容，同时还会简单向我们介绍这些研究将来的实际意义，以及和我们软件工程专业的联系。总的来说，也许理论上逻辑上的很专业的知识，我们并没有学到多少，但张教授利用紧张的时间，就基本上将一个新的领域在我们的脑海中勾勒了出来，使我们这些死啃书本的学生也有机会现实了一把，真正了解到与生活有直接联系的科学研究。

张教授不仅在学术领域给我们打开了新的窗户，使我们眼前一亮，也为我们介绍他们在工作学习中切身的体会及经验，提前向我们预警就业道路及工作生涯可能遇到的问题。计算机前沿类讲座旨在帮助大家了解相关领域的学科

前沿知识，更好地学习、思考。张教授以自己的学识和阅历向同学们展现了当今IT业发展的现状以及存在的问题，引导同学们积极思考，使其收获颇多。

行业前沿讲座三 篇8

2015年亚太眼科学会年会暨全国眼科年会感想

2015年4月1-4日，第30届亚太眼科学会年会暨中华医学会第20次全国眼科学术大会在广州白云国际会议中心举行。在科室的悉心安排下，我有幸参与其中。作为眼科学术届一年一度的权威盛典，其每年均有超过10000名眼科专家参与。而本次大会是继2010年之后第二次在我国举行亚太眼科学会年会。来自亚太地区和全国各地的眼科医师云集本次盛会，与国内同道交流分享了他们的研究思路和历程，介绍他们最新的研究成果，展示我国眼科实力，启发了眼科医师科学研究思维，促进了我国眼科学的建设发展。

中华医学会眼科分会至今成立已百年，是眼科界拥有极高地位的一个学会。亚太眼科学会是第一个总部设在中国的国际医学学术组织，这有利于将中国打造成为亚太地区国际化的高端眼科医疗基地。

4月1日，大会开幕式在精彩的舞蹈表演中拉开序幕。北京同仁医院副院长、全国防盲技术指导组组长王宁利教授代表大会对远道而来参会的专家学者们表达了热烈的欢迎及衷心的感谢，王教授在致辞中，回顾了亚太眼科和中国眼科事业的蓬勃发展，眼科同仁在跨地区的合作中取得了不俗的成绩，为世界眼科事业做出了贡献。

本次大会邀请各位专家在玻璃体视网膜疾病、白内障、青光眼、角膜病、眼外伤、眼眶病、泪道疾病、斜视弱视与小儿眼病等多类眼科热门疾病方面开展了不同的形式的讲座与讨论，给大家带来了视觉的冲击和知识的洗礼。

4月1日上午进行的眼视光第一单元演讲中来自各地的眼视光学专家围绕“眼部近视”展开辩论，全国各大眼科医院的著名眼科专家就不同年龄阶段人群近视的临床治疗为例，为大家带来了图文并茂的详尽解释。

在“感染论坛专题报告”会场上，全国众多著名专家一同就视神经炎的诊断和治疗进行研究分享。本次大会对感染性视神经炎和非典型性视神经炎做了专题报告。相关学者指出感染性视神经炎是继发于不同的微生物，如细菌、病毒、真菌或是原虫。发生视神经炎必须进行血培养和血清学检查，以排除感染病因。必要时可行脑脊液分析，明确感染因素，及时诊断和治疗。

近年来，青光眼的发病机制及类型较为复杂，且我国不同地区不同级别医院对于青光眼的诊疗方案不尽相同，所以我国青光眼专家致力于达成青光眼的诊疗共识。全球在青光眼手术及药物治疗方面成果颇丰。药物治疗是最主要的初始治疗方式，排除眼及全身禁忌症，根据患者降眼压治疗的需要，选择单一或者联合药物治疗。激光小梁成形术可作为部分患者初始治疗的选择，药物联合激光小梁成形术可防止早期青光眼的视神经和视野损害进展。

近两年来，作为全球最先进的白内障治疗技术——飞秒激光白内障手术，成为了国内外眼科会议的关注热点。令我印象最深刻的是，在4月1日的会议上，中南大学王勇博士做了《飞秒激光辅助的角膜屈光手术后的白内障手术初步评估》的专题演讲，他与大家分享了飞秒激光白内障手术优势，能够减少传统白内障手术并发症，对患者术后恢复效果更好。

在眼底病的讲座中，让我印象深刻的是，美国耶鲁大学客座教授、中南大学博导彭绍民教授发表了题为《CLDN3或CLDN19对RPE表型和功能的调节》的论文演讲。彭教授指出，CLDN3或CLDN19形成RPE间总的通透性屏障和轻微改变离子的选择性，通过ERK1/2-介导的细胞通路降低细胞的增殖和移行，并通过肌动蛋白骨架的调整而使细胞变成更规则的六角形RPE，同时增加RPE分化的相关基因表达，并使ARPE-19细胞功能更接近正常RPE。

本次大会令我受益匪浅，作为一名眼科学研究生，参与这种国际性的学术会议是一个非常难忘的体验，通过聆听各位眼科专家的讲座，我学到了许多也收获了许多，为我今后的学习与工作提供了宝贵的经验，希望以后能有更多机会参加这样的会议。