導語：如何才能寫好一篇物理模擬論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關鍵詞]：物理實驗；模擬法；對象模擬；相似模擬；過程模擬；模擬放大

模擬法是通過設計與原型（自然現象或過程）相似的模型，并利用該模型來間接地研究原型規律的方法。它隨著生產和科學技術的發展而發展，是人類認識世界和改造世界最基礎的方法之一。此法應用于物理教學可使事過境遷或稍縱即逝的自然現象或過程在實驗室重現，可將現象簡化或進行時空的放大、縮小，可對那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內部狀態的系統進行研究。特別是解決那些尚無簡單有效的儀器可演示的實驗，模擬法則成了一種重要的輔助手段。

物理實驗中的模擬法，根據其特點及主要功能，并結合本人教學實踐，分為以下四類。

一、對象模擬

就是用放大或縮小了的、相似的，而又能反映事物某方面規律的客觀實體來代替研究對象的方法叫對象模擬。

對象模擬的設計思想主要在于下述兩種情況：其一是為了突出客觀實體的主要矛盾和本質特征，摒棄次要的非本質因素，使研究對象從客觀實體中直接抽象出來。如質點、剛體、理想氣體、彈簧振子、點電荷、純電阻、理想變壓器等理想模型，以及天體運動模型，微觀結構等幾何相似模型。在研究二極管的單向導電性時，在實驗基礎上，運用對象模擬法，用自行車氣門和進水閥門來模擬單向門。如此，不但加深對“單向性”的認識，而且激發了興趣，開闊了思路。其二是為了解釋某些行為和特征而建立起來的模擬。如地球因自轉而產生的科里奧利力比較抽象，在地理課中亦有提及。我們不妨取一只舊的橡皮藍球（或地球儀）來模擬地球自轉，然后將紅墨水從上往下滴落在轉動的“地球”表面。此時即可明顯看到水痕西邊呈擴散狀，從而令人信服的說明北半球南流沖刷西岸這一自然現象。

二、物理相似模擬

在科學研究和工程技術的許多領域中，人們常常希望利用模擬試驗來代替對實際現象的研究，以便使我們可能在一定程度上預言某些在目前尚無法達到的條件下出現的情況。例如用水代替石油研究其在管道中的運動，把設計好的收音機縮小成模型放在風洞中試驗其特性等。其特點即模擬與原型遵循同樣的物理規律，故稱為物理相似模擬。

巷理實驗教學中的“失重和超重模擬實驗”，“蘿卜”馬德堡半球，帕斯卡裂桶，用帶電的肥皂泡在豎直電場中的平衡進行“密立根油滴實驗”的模擬，以及十分壯觀的“可樂瓶水火箭”等，均是物理相似模擬的范例。

電場線是用來形象地描述電場的假想的曲線。做好“電場線”的演示實驗模擬，對實現教學目標十分重要。因此我們可利用感應起電機、清潔過的彩色絲線（可從舊的錦旗上取得）、金屬鋁板（即老式平行板電容器）等器材對“電場線”加以形象模擬。制作時只需將鋁板按自己需要劃出小方格，約1cm2間隔打一細孔（能穿過絲線即可），然后每孔穿上絲線背面打結，穿好后，將絲線剪成1寸多長左右，（力求整齊一致），過長，易互交結，不便演示。將兩金屬板平行豎直放置，固定在絕緣支柱上。兩板用導線連接至起電機上。搖起起電機，立即可見絲線飛起指向另一板，模擬勻強電場的電場線，十分直觀，且全班學生均可見。如果供電充足，將在兩板邊緣產生放電，每放一次電，絲線產生振動跳躍，確是課堂一大“景觀”。

三、過程模擬

把具體物理過程純粹化、理想化，并根據其本質特征而設計的一種模擬叫過程模擬。其特點是過程簡化，易于控制。

氣體壓強的分子運動論觀點，通常采用雨滴打傘等面來類比。這種大量分子對器壁連續碰撞的過程，如果用豆（或沙）落在平衡天平一端倒扣著的托盤底上的現象來模擬，就顯得直觀生動了。布朗運動的模擬，裝有鐵屑的試管模擬鐵棒的磁化和退磁等都是過程模擬的成功例子。

電子技術中半導體的導電機理，電子運動易理解，空穴導電則抽象，課堂教學中如用“空位置”的運動來作一現場過程模擬，無疑會使學生茅塞頓開。分析曲線運動的思想方法——運動的分解和合成是個難點，可以平拋運動為突破口，在演示有關實驗后，用“慢鏡頭”的方法，手持粉筆頭邊走（模擬水平勻速直線運動）邊沿自身前方，從上向下加速下移，以此模擬平拋運動，既簡單明了，又便于分析。理解機械波的形成過程是本章教學的一個重點和難點，運用模擬器材，以紐扣狀的物體來表示振動的質點，通過搖轉，使質點繞平衡位置上下振動，而整體波形向外傳遞，邊演示邊分析，效果很好。

熱學中的統計方法和光本性的幾率概念，由于受課堂教學時間的限制，怎樣從個別事件的無規律過渡到大量事件的有規律，成了模擬實驗的設計難點，在教學中采用全同等可能過程，在不同時刻的空間比較可以等效變換成同一時刻不同狀態的比較的方法，讓全班同學同時擲幣若干次，然后統計比較下列情況“國徽”朝上的次數：（1）某同學；（2）某小組同學；（3）全班同學。從而使學生既突破了難點又受到一次生動的方法論教育。

四、模擬放大

在物理概念和規律教學中，學生往往對那些不易觀察或不能從外部直接觀察其內部狀態的規律，因缺乏形象的感性材料而引起思維障礙。模擬放大正是采用空間放大和時間放大的方式，抓住本質特征，展現其生動直觀形象，從而促進思維順利進行。

液體壓強與流速的關系學生比較陌生，可以通過模擬放大的方法加以演示，讓學生加深印象。具體方法是：把灌足有色水的氣球跟各部分粗細不同，且在粗細不同的地方有豎直小側管的水平玻璃管連接，讓豎直小側管管口向上。由于氣球膜的收縮力對水產生的水壓使氣球內的水通過玻璃管流出，這時我們看到，水在各個側管中上升的高度不同，接玻璃管粗處側管的水面升得較高，接玻璃管細處側管的水面升得較低，這說明流動液體的壓強在管道細的地方比粗的地方小，而在同一管道中，管道細的地方液體流速大，管道粗的地方液體流速小，故實驗表明：液體流速大處壓強小，液體的流速小處壓強大。

如果我們用手擠壓氣球，這時看到玻璃管中水的流速加大，同時所有小側管中的水面下降；松手停止擠壓氣球，可看到玻璃管中水的流速變小，同時所有小側管中的水面上升。用這個方法，我們可以演示，液體流速大時壓強小，流速小時壓強大。

液體表面張力實驗中的“水面浮針”，學生感到新奇，但在分析受力時往往錯誤認為表面張力與重力平衡，經指出后又不理解沿液體表面作用的力并沒有作用在針上。究其原因是學生在形成概念過程中缺乏直觀材料。為此，用一只較大的氣球，充入少量氣體，然后在上面放一根小鐵棒，以此來模擬放大液面浮針，并指出液體表面張力同橡皮膜的張力，只作用在它們的表面，并沒有作用在針（或棒）上，作用在針上的是因液體表面張力而產生的液面對針的支持力。通過令人信服的實驗還使學生進一步明確：表面張力的作用是保持液面不分裂。

力的分解，關鍵是根據力產生的效果來確定分力的方向。其中三角支架是典型的問題，在教學中教師由兩個同學配合，一個同學用手撐著腰，另一個同學在手的肘部用力豎直往下拉，讓他感受力的作用效果。在講摩擦力的方向時，用長毛板刷來模擬放大物體的運動趨勢，一目了然。

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[論文摘要]：目前，微生物采油技術引起了微生物學界、石油工業界、石油地質界和地球化學界等相關學科的廣泛興趣和關注。詳細介紹微生物采油技術概況，明確分析微生物采油技術概況機理，并探討其發展方向。

微生物原油采收率技術(microbialenhanancedoilrecovery，MEOR)

是利用微生物在油藏中的有益活動，微生物代謝作用及代謝產物作用于油藏殘余油，并對原油/巖石／水界面性質的作用，改善原油的流動性，增加低滲透帶的滲透率，提高采收率的一項高新生物技術。該項技術的關鍵是注入的微生物菌種能否在地層條件下生長繁殖和代謝產物能否有效地改善原油的流動性質及液固界面性質。與其它提高采收率技術相比，該技術具有適用范圍廣、操作簡便、投資少、見效快、無污染地層和環境等優點。

一、微生物采油技術概況

1926年，美國科學家Mr.Beckman提出了細菌采油的設想。1946年Zobeu研究了厭氧的硫酸鹽還原菌從砂體中釋放原油的機理，獲得微生物采油第一專利。I．D．shtum(前蘇聯)及其它國家等學者也分別作了大量的創新性工作，奠定了微生物采油的基礎。美國的Coty等人首次進行了微生物采油的礦物試驗。馬來西亞應用微生物采油技術在Bokor油田做先導性礦物試驗，采油量增加了47%。2002年至2003年，我國張衛艷等在文明寨油田進行了微生物礦場應用，累計增產原油1695t，累計少產水1943t，有效期達10個月。

美國和俄羅斯在微生物驅油研究和應用方面，處于世界領先地位。美國有1000多口井正在利用微生物采油技術增加油田產量，微生物采油項目在降低產水量和增加采油量方面取得了成功。1985年至1994年，俄羅斯在韃靼、西西伯利亞、阿塞拜疆油田激活本源微生物，共增產原油13.49x10t，產量增加了10～46％。1988年至1996年，俄羅斯在11個油田44

個注水井組應用本源微生物驅油技術，共增產21x10t。

20世紀60年代我國開始對微生物采油技術進行研究，但發展緩慢。80年代末，大慶油田率先進行了兩口井的微生物地下發酵試驗(30℃)。大港、勝利、長慶、遼河、新疆等油田與美國Micro～Bac公司合作，分別進行了單井吞吐試驗。1994年開始，大港油田與南開大學合作，成功培育了一系列采油微生物，該微生物以原油和無機鹽為營養，具有降低蠟質和膠質含量功能，并在菌種選育與評價、菌劑產品的生產、礦場應用設計施工與檢測等諸方面取得了成績。1996年以來，吉林油田與13本石油公司合作，探究了微生物采油技術在扶余油田東189站的29口井進行的吞吐試驗，21口井見效，見效率達70%。2000年底，大慶油田采油廠引進了美國NPC公司的耐高溫菌種，在Y一16井組進行了耐高溫微生物驅油提高采收率研究和現場試驗，結果表明，采收率達43.41%，增加可采儲量1.81×10t，施工后當年增油615.5t。勝利油田羅801區塊外源微生物驅油技術現場試驗提高采收率2.66%。

二、微生物采油技術機理

（一）微生物采油技術與油田化學劑

在大慶油田開發的各個階段都會使用不同性質的化學劑，現以大慶油田為例。當大量化學劑進入油藏后，將發生物理變化和化學變化，對微生物采油過程可能產生不同的影響?；瘜W劑既可引起微生物生存環境（滲透壓、氧化還原電位、pH值）的改變，又可直接改變生物的生理（呼吸作用、蛋白質、核酸及影響微生物生長的大分子物質的合成）以及影響微生物細胞壁的功能，從而影響微生物的生長，降低采收率。

（二）微生物驅油機理

因為，微生物提高原油采收率作用涉及到復雜的生物、化學和物理過程，除了具有化學驅提高原油采收率的機理外，微生物生命活動本身也具有提高采收率機理。雖然目前的研究不斷深入，但仍然無法對微生物采油技術各個細節進行量化描述，據分析，主要包括以下幾個方面：

1.原油乳化機理。微生物的代謝產物表面活性劑、有機酸及其它有機溶劑，能降低巖石一油一水系統的界面張力，形成油一水乳狀液（水包油），并可以改變巖石表面潤濕性、降低原油相對滲透率和粘度，使不可動原油隨注入水一起流動[1引。有機酸能溶解巖石基質，提高孔隙度和滲透率，增加原油的流動性，并與鈣質巖石產生二氧化碳，提高滲透率。其它溶劑能溶解孔隙中的原油，降低原油粘度。

2.微生物調剖增油機理。微生物代謝生成的生物聚合物與菌體一起形成微生物堵塞，堵塞高滲透層，調整吸水剖面，增大水驅掃油效率，降低水油比，起到宏觀和微觀的調剖作用，可以有選擇地進行封堵，改變水的流向，達到提高采收率的效果。在較大多孔隙中，微生物易增殖，生長繁殖的菌體和代謝物與重金屬形成沉淀物，具有高效堵塞作用。

3.生物氣增油機理。代謝產生的CO、CO2、Nz、H、CH和C3H等氣體，可以提高地層壓力，并有效地融入原油中，形成氣泡膜，降低原油粘度，并使原油膨脹，帶動原油流動，還可以溶解巖石，擠出原油，提高滲透率。

4.中間代謝產物的作用。微生物及中間代謝產物如酶等，可以將石油中長鏈飽和烴分解為短鏈烴，降低原油的粘度，并可裂解石蠟，減少石蠟沉積，增加原油的流動性。脫硫脫氮細菌使原油中的硫、氮脫出，降低油水界面張力，改善原油的流動性。

5.界面效應。微生物粘附到巖石表面上而生成沉積膜，改善巖石孔隙壁面的表面性質，使巖石表面附著的油膜更容易脫落，并有利于細菌在孔隙中成活與延伸，擴大驅油面積，提高采收率。

（三）理論研究

1.國內外的數學模型。20世界80年代末，國外的Islam、Zhang和Chang等建立了微生物采油的數學模型并開展了相應的數值模擬研究。Zhang模型優于Islam模型在于可描述微生物在地層中的活動，卻難于現場模擬。Chang模型是三維三相五組分，能描述微生物在地層中的行為，不能描述在油藏中的增產機理。

2.物理模擬。物理模擬研究基本上是應用化學驅的物理模型試驗裝置及試驗過程。微生物驅油模型的核心是巖心管部分，其長度影響微生物的生長繁殖。應建立大型巖心模型，使微生物充分繁殖，便于分析研究微生物的驅油效果。通過物理模擬研究微生物驅油法，可獲得微生物在巖心中的推進速度及濃度變化，對巖心滲透率的影響等信息。

（四）源微生物的采油工藝

國內油田（大慶等）已進人高含水開發期，是采用內源微生物驅油還是采用外源微生物驅油，要根據具體油藏內的微生物群落進行分析。若具體油藏中內存在有益微生物驅油的微生物群落，宜采用內源微生物驅油工藝，這是目前國內致力于運用最新微生物采油技術。

三、結語

綜上所述，在我國油田中，特別是大慶油田，在微生物采油技術具有提高采收率的效果，對大多數的油藏都能充分發揮微生物采油的優勢。制約微生物采油技術的主要因素在于油藏中微生物群落結構、現場試驗工藝及物理模擬實驗的局限性。外源菌種的選育和評價指標、特性，微生物的研究、菌液的生產和礦場試驗等方面還需深化。

參考文獻：

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全國正在規劃建設的13處大型煤炭基地,其中西部地區占7個,西北地區占5個。目前西部地區礦業工程專業的畢業生需求量較大,從近3a采礦工程等專業畢業生就業率高達90%以上就能說明這一點。所以必須針對西部地區經濟特點等實際情況,提高西部礦業工程大學生的綜合素質、科研及創新能力等綜合素質。在這種意義上稱之為“基于西部情結的綜合素質”,也就是說西部的人才培養體系主要依靠西部人來支撐與建設。

1特色及優勢分析

根據調研資料分析[4~6],結合我校西部礦業這一特色與優勢學科的實際情況,對國內外目前礦業工程力學課程體系與實驗示范(基地)構建的模式及特色進行全面分析,其主要包括以下幾大優勢。

1)國際優勢及特色。在國外,采礦專業,目前只有美國的西弗吉尼亞大學、哥倫比亞大學、賓尼法尼亞州立大學、印度礦業學院、英國諾丁漢大學、澳大利亞的新南威爾士大學等還保留有采礦專業,波蘭的礦業領域人才培養也已經萎縮。在國內,只有我校擁有西部惟一的礦業工程一級學科,而中國礦業大學、太原理工大學、山東科技大學、重慶大學雖然還開設有礦業類基礎工程專業的課程,但畢業生所服務的地區很少涉及西部礦區。

2)項目構建優勢。2000年山東科技大學獲得的教育部教改項目“礦業類專業課程體系整體優化與實踐”屬于“世行”貸款21世紀初高等教育教學改革項目,并于2002-12-17在西安交通大學由教育部召開的高等理工科教育教學改革交流會上進行了經驗交流交流,獲得好評與認可。但是針對力學實驗教學與示范建設,涉及西部礦山工程力學實驗教學改革卻是鳳毛麟角。

3)地域優勢。若僅從工程力學的角度進行教改項目申請,在西安乃至全國,我校均不占優勢,如果站在西部礦業工程人才培養的角度來進行礦山工程力學實驗教學與示范構建,我校有獨特的優勢。西部地區經濟相對東部地區落后,這是不爭的事實。西部的教育更需要加強,貧困地區必須立足自己的實際,培養自己的高素質精英人才。作為西部地區的高等教育,尤其是工程基礎類專業的教育,對西部經濟發展有重要奠基性作用,其教育內涵必須拓寬與拓深。隨著國家對西部大開發的力度逐漸加大加強,西部礦山能源的戰略地位已經凸顯,采礦類優秀能源科技人才的培養、質量提高、需求模式等問題更是亟待研究的重大問題之一。

4)學科特色優勢。我校在礦業工程領域雖然已形成特色和優勢,但還需借鑒國內外著名大學相關課程設置與教學改革的成就和做法,結合我校礦業工程類專業課程與教學體系的建設以及畢業生綜合素質拓展進行綜合建設,以教學研究型大學的定位,爭取建成西部礦山工程力學教學與示范基地或平臺,為鞏固我校西部礦業特色以及夯實內涵奠定基礎。從傳統的基礎力學與礦業工程專業的課程設置方面分析,采礦工程專業學生的數學、力學知識學習較多,但有關礦山工程力學(包括巖石力學、巖層控制學、井巷工程、瓦斯動力學以及工程流體力學等)的教學與示范建設還比較薄弱,這一矛盾在近2a從采礦工程與安全工程專業的研究生招生與教育過程中也凸顯出來。

5)人才需求優勢。礦業工程學科中涉及到的采礦工程等專業屬于礦業工程類基礎性專業,畢業生在礦山主要從事礦山生產(安全開采與災害防治)技術管理與科學研究方面的工作,要求基礎知識扎實,綜合性強。從現場反饋的信息亦如此。在教學改革中拓寬專業后需要夯實工程力學(礦山巖石力學與巖層控制)知識及實際應用能力,尤其是工程現場所需要的工程力學監測方面的儀器儀表相關配套課程與知識體系。這樣畢業生到現場后能立即找到自己的定位,為后期發展奠定基礎。

2理論教學平臺內涵構建

2.1內涵構建目標與關鍵

隨著現代科學技術與生產組織模式對高等教育要求的不斷提高,人們更多地傾向采用項目(case)教學法來培養學生的實踐能力、社會能力以及其他關鍵能力。根據國家教育部門有關的方針和政策,結合我校的優勢學科和已經取得的一系列優秀教學科研成果情況,要實現西部礦業工程力學理論與工程實踐的滲透,完成教學內涵的拓展,“基礎厚、專業寬、能力強、素質高”的目標是理論教學平臺構建的關鍵。

1)基礎厚:系統學習理論力學、材料力學、彈性力學、結構力學等基礎理論與礦山工程力學(主要包括礦山巖體力學、巖層控制學、井巷工程、礦山工程流體力學等)實驗課程;

2)專業寬:在系統掌握礦山工程力學基礎與實驗(實踐)理論的前提下,拓展對實驗數據的深入分析與問題解決;

3)能力強:能對所遇到的工程問題形成正確判斷,提高研究與創新能力;

4)素質高:能綜合提出(或解決)現場工程問題的技術方案和具體運作程序,為決策者提供依據。

2.2關鍵教學手段

根據目前我校的教學軟硬件建設環境,該課程開設的前提條件是學生建立在已經參加過認識實習和已經建立現場工程感性認識的基礎上。教學方法主要采用4種:①理論教學;②實驗室觀摩與體驗(有條件的情況下,自己親自動手開展實驗);③進行野外巖(土)石的參觀與實踐;④采用論文(大作業)和考試相結合的方式進行考核。

要有效實現以上過程,概括地講,Case教學法是最有效的教學方法。該方法是由美國著名教育家、伊利諾易大學教授凱茲博士和加拿大教育家、阿爾伯特大學教授查理博士共同推創的一種以學生為本的教學法。該教學法在北美高校廣為使用,因效果良好頗受歡迎,是符合構建教學理論、促進學生全面發展的科學的教學方法。清華大學等著名高校的教學研究人員,在構建性教學理論的指導下,結合我國高校的教學改革,進行了深入研究,取得了重大進展。由于礦業工程力學專業及課程的特點和學生畢業后所從事工作環境的特殊性,在力學課程教學與實踐中采用Case教學法是非常有必要的。

2.3網絡輔助教學

為了更好地實現以上教學手段,需要利用校園網、數字化和視頻資料輔助進行Case教學,其中數字化格式主要為下列3種(正在進行修改素材):①MSWord文檔,主要是教案和本書的主要教學與授課的關鍵點;②MSPowerPoint文檔,主要授課講義;③AdobePDF文檔,為網絡教學提供圖片等素材。另外,為了及時更新教學內容,反映本課程或學科的當前狀況,摒棄教學內容陳舊等缺陷,采用(最新)科研成果進課堂和教學名師上講臺等模式,對豐富課程內涵和提高教學質量大有裨益。

3實驗示范教學平臺構建

創建一流大學離不開實驗室,建設教學研究型大學要有完善的本科教學體系的實驗室條件保障、研究生培養的實驗室條件保障[7,8]。為此,結合我校的礦業工程的西部特色,提出整合資源、組建礦山工程力學實驗示范教學的平臺。

3.1實驗教學平臺建設

1)構建以巖石力學性質伺服試驗系統(MTS)為中心的基礎實驗平臺。以巖石力學伺服試驗系統(MTS)為中心,對已建巖石力學實驗室進行改造,構建巖石(土)力學行為基礎實驗平臺,進行巖層控制和巖土工程領域的基礎教學與實驗研究。

2)建設以三維可加載相似模擬系統為中心的物理模擬實驗教學平臺。圍繞“大比例可加載三維實驗模型系統”“固-液-氣三相模擬實驗系統”“可變角塊體模擬架”,構建物理模擬實驗平臺,以提高試驗測試水平和精度為目標,使物理模擬向定量化和可重復性發展,進行巖層運移和圍巖災變控制理論教學和實驗技術教學與研究。

3)以三維相似模擬實驗平臺、固液氣三相模擬實驗臺和數值模擬實驗系統為中心,結合數值模擬試驗系統和邊坡穩定性物理實驗系統,建設礦區地表移動與環境災變預測實驗平臺,對西部特殊賦存條件下礦山開采引發的邊坡穩定基礎理論和控制技術、采動損害主導因素與控制機理的基礎理論和方法以及礦區地質環境承載能力的基礎理論和技術體系進行教學與研究。

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（中原工學院理學院，河南 鄭州 450001）

【摘　要】在現代生產力加速發展的實踐過程中,科學研究起著不可估量的巨大影響。 而哲學是人類認知世界、對現有世界進行改造的方法論之總結。在研究裂紋傳播的分子動力學研究過程中，只有以哲學觀點為指導，才能夠揭示材料中斷裂的機理與規律，預測發展規律，幫助工業工程師調控材料，從而減少斷裂事故的出現。

關鍵詞 哲學；裂紋傳播；方法

回顧人類的發展過程，哲學先于科學發展，可以說，哲學是科學的源頭和母親，科學只是哲學的一個支派。如何才能在自然科學發展的同時保持人類社會與自然的平衡，這需要哲學思想的指導。[1]

恩格斯曾經說過“無論自然科學家采用什么樣的態度，他們還得受哲學的支配”[2]，對于物理學而言，研究自然界和人類社會生產和生活中的運動規律和發展規律，只是哲學中的一部分。

哲學提供了正確的世界觀和自然科學發展的指導思想?；乜次锢韺W發展歷史，出現了一系列的關于主體對客觀世界認識出現偏差的情況，究其原因無不都是哲學思想出現了偏差。哲學作為方法論，在科研活動過程中不斷指導科學家去進行科研活動。[3]

本文將結合經歷的科研活動本身，在研究和實踐活動自己的一些哲學思考做歸納總結，這樣，能夠更好的指導更深層次科研活動的展開。

1　論文的選題始于問題，來源于實踐，立足于各學科之間的接觸點

自然辯證法中講到科學研究要始于問題，而問題的來源是從實踐中得來的，離開了客觀存在事實，脫離了實踐，也就無從引出問題。經過周密的調研，我發現：斷裂是材料或構件中非常嚴重的失效方式，在非常多的情況下，都能造成災難性的可怕后果。因此，我選定裂紋擴展研究作為自己的研究方向，研究材料中斷裂的機理與規律，幫助工業工程師調控材料，從而減少斷裂事故的出現。

經過進一步的調研，我發現：近幾年的研究結果表明，裂紋的前端是原子級的尖銳，因此新的研究方法需要建立在原子或分子尺度，這樣才能更好的發現材料斷裂問題的微觀機理。

我選取的研究內容涉及了物理學、材料學、機械工程、數學、計算機、分子動力學、計算軟件等多學科接觸的體系，這是近幾年新興的一個跨學科分支——“計算材料學”，而多學科之間相互接觸、融合正是適應了現代科學的發展。在相互融洽的情況下,不同學科之間傳統的專業壁壘必將被人們所打破，使現代科學走上日益整體化的道路。

2　裂紋傳播與擴展的分子動力學研究中的哲學思考

2.1　構建數學物理模型時，要遵循哲學指導思想下的物質統一性原理

在構建物理模型過程中，需要遵循哲學指導思想下的物質統一性，就可以合理地模擬物質的分子結構。因此在建模時，在空間中重復填充這些最基本單元，之后采用自然界共性所遵循的熵最大原理和能量最低原理，進行分子動力學弛豫，直到達到平衡狀態，達到的平衡狀態就是單晶硅存在于自然界中的理想形態。

另一方面，作為研究主體的人類大腦和計算機運算也具有物質統一性。人類的大腦對外部的客觀實際進行分析和總結概括，尋找事物的客觀規律；計算機通過人類的輸入建模獲得對客觀實物的認識，而后按照預定的設計，模擬客觀事物的客觀規律，尋找規律性。因此，從功能上來講，計算機和人類大腦是統一的，都具備世界物質的統一性。

2.2　裂紋擴展過程中存在著矛盾的辯證關系

對于材料而言，強度和韌性之間存在著一定的內在矛盾。提高大多數材料的強度時，通常會導致材料脆性的增加，現行的辦法是根據不同材料在不同場合下的使用，在強度和韌性之間尋求一個最佳的匹配值。

通常以能量分析的方法，來研究裂紋擴展的能量變化，裂紋擴展要消耗的能量主要用于生成兩個新表面的能量和用于消耗變形功，通常把這部分的能量稱之為裂紋擴展的阻力，這是事物本質的屬性，反映了材料本身不想被分開的意愿。既然裂紋擴展有阻力，那么只有當外載提供足夠的動力時，裂紋的擴展才有可能，這里面，裂紋擴展的阻力和裂紋擴展動力是一對矛盾，這是裂紋擴展前期的主要矛盾。裂紋擴展后，此時，存在的矛盾是諸因素對裂紋擴展方向影響。

2.3　裂紋擴展過程中，存在量變與質變的辯證關系

應力場強度因子KⅠ的值隨著外載而變化，這是一種漸進性的變化，反映了材料彈性的連續性。當應力場強度因子KⅠ的值達到KⅠC時，裂紋失穩開始擴展，材料彈性的連續性遭到破壞。KⅠ和KⅠC的關系可以看成是量變和質變的辯證關系，當外載逐漸增加時，KⅠ隨之緩慢增加，裂紋擴展的趨勢逐漸增強，當增加至KⅠC時，此時體系內的矛盾的主要方面是裂紋擴展，這是KⅠ緩慢增加的必然結果。

可見，任何質變的發生都是始于量變，量變是質變的必要籌備，質變是量變的必然結果，當量變積累達到事物的度，質變就出現了。

2.4　裂紋擴展過程中，存在著結構與功能的辯證關系

唯物辯證法認為，結構是物質形態的普遍屬性，反映了事物內部各種要素相互聯系與組織方式，我們在實驗中發現，隨著KⅠ緩慢增加，裂紋前端原子鍵開始斷裂，為了抵制斷鍵影響，維持裂紋穩定性，單晶硅材料自身通過原子鍵的旋轉和交換，形成了不同于原有六圓環結構的圓環結構。

在內部和外部的關聯中，具備特定結構的事物展現出來的配套能力稱為功能。我們在研究中發現，這些新的圓環結構主要起到下面的作用：降低了裂紋前端的應力集中，提升了裂紋擴展的能量勢壘，延緩裂紋的擴展。因此這些新的圓環結構可以看成是材料自身所具備的自保護機制。

2.5　裂紋擴展的分子動力學模擬中體現著“原型”與“模型”之間的關系

我們的實驗屬于模型實驗中的物理模擬，因此，對模擬實驗的結果必須要作出客觀的評價，校正、補充或篩選模型，多次模擬，加以驗證，直到獲得最真實的，能夠反映原型本質屬性的模型，然后將模型的實驗結果合理地外推到原型中。

3　小結

綜上所述，在研究裂紋傳播的分子動力學研究過程中，只有以哲學觀點為指導，才能夠揭示材料中斷裂的機理與規律，預測發展規律，幫助工業工程師調控材料，從而減少斷裂事故的出現。

參考文獻

［1］馬克思恩格斯全集:第一卷[M].121.

［2］恩格斯.自然辯證法[M].187.

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關鍵詞 工程碩士 安全工程 核特色 培養模式 質量控制

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.03.010

Exploration and Practice on the Training Mode of Master of

Engineering in the Field of Nuclear Safety Engineering

YE Yongjun， LI Xiangyang， LIU Yingyun， JIANG Fuliang， ZHENG Pingwei

（School of Environmental Protection and Safety Engineering， University of South China， Hengyang， Hunan 421001）

Abstract Since 2008， University of South China has undertaken the task of Cultivating Master's degree in the field of safety engineering in China National Nuclear Corporation. In order to improve the quality of personnel training， combined with the subject characteristics and advantages of running schools in recent years， demand-oriented enterprises， from the characteristics of nuclear safety engineering masters in the field of personnel training platform construction， engineering master training program， training mode and the reform of teaching mode， and determine the training process quality control five aspects of in-depth exploration and practice. Practice has proved that the training mode and related measures of the master of Engineering in the field of nuclear safety engineering in University of South China is feasible and successful.

Keywords master of engineering； safety engineering； nuclear features； training mode； quality control

0 引言

工程T士培養是我國面向企業生產第一線培養高層次工程技術與管理人才的重大舉措。它通過提高我國工礦企業和工程部門在職工程技術和管理人員的素質，增強企業實力和參與國際市場競爭的能力。我國在1997年經國務院學位委員會正式批準設立工程碩士專業學位，長期實踐證明，這種“進校不離崗”的工程碩士培養方式，避免了傳統的工程類研究生培養模式固有的局限性，促進了企業與高校的聯系，加快了我國高校從封閉式辦學向開放式辦學轉變步伐，深受委培單位領導和廣大科技、管理工作者的歡迎[1-3]。南華大學于2006年首批獲得安全工程領域工程碩士學位點，2007年開始招生，至今已經達8年之久。特別是2008年南華大學與中國核工業集團公司達成為其下屬的核廠礦企業培養一批安全工程領域工程碩士的協議以來，已于2008年、2010年、2012年和2014年共招收學員138人，安全工程專業的工程碩士研究生招生規模得到了實質性的壯大、人才培養特色得到彰顯。近年來，南華大學安全科學與工程學科圍繞如何結合學校的學科特色和優勢，培養高素質的核特色安全工程領域工程碩士人才進行了努力探索和實踐。

1 發揮學科優勢，建設核特色安全工程領域工程碩士人才培養平臺

南華大學是具有鮮明核特色的學校，辦學歷史悠久，特別在核科學與技術、核燃料與核資源、醫療衛生、安全與環境保護等領域已形成較齊全的學科（專業）和研究方向。安全工程領域工程碩士點依托于南華大學安全科學與工程一級學科博士學位點，近年來，為了培養高質量核特色安全工程領域工程碩士人才，安全科學與工程學科通過與中國核工業集團公司和中國核工業建設集團等央企下屬的企業、研究院所的深入交流和合作，打造了以鄒樹梁教授、丁德馨教授等博士生導師為方向帶頭人的導師隊伍，建設了多個研究生科研與實踐教學平臺，包括湖南省2011協同創新中心“核燃料循環技術與裝備”、湖南省研究生培養創新基地“鈾尾礦庫退役治理技術中心”、湖南省重點實驗室“核設施應急安全技術與裝備實驗室”、兩個湖南省高校產學研合作示范基地“生產運作與安全管理”和“核測控與核安全防護中心”、兩個南華大學研究生培養創新基地“鈾礦通風與安全環保技術中心”和“AP1000建造安全技術中心”等。這些校企平臺的建設，不僅為工程碩士培養提供了良好的從事科學研究和實踐教學場所，而且也為學校與中國核工業集團公司下屬的企業、研究院所的產學研合作提供了良好的互動平臺。

2 以企業需求為導向，校企雙方共同制定科學合理的工程碩士培養方案

培養方案是培養目標達成的基本教學要求，是培養質量得以保證的依據[4-6]。由于中國核工業集團公司下屬的不同企業、科研院所有各自獨特的安全生產任務及安全發展戰略，從事安全技術和管理工作的職工有不同的專業背景、不同的人才培養規劃及知識結構的要求。因此，南華大學在制定安全工程領域工程碩士研究生的培養方案時，以企業需求為導向，采取多種方式同集團公司安全環保部以及下屬的企業、研究院所進行交流，共同制定和修訂工程碩士的培養方案。如：2010年和2012年，中核集團安全環保質量部原主任孫先榮和副主任費洪澄先后到我校調研究工程碩士培訓班的工作，并就培養方案的修訂提出了指導建議。同時，在2011年至2014年期間，安全科學與工程學科骨干教師赴三門核電有限公司、中核韶關錦原鈾業有限公司、核工業北京化工冶金研究院等科研院所和中核北方核燃料元件有限公司等企業實地考察，同以上單位的安全管理部門領導和一線員工就企業的生產特點和安全要求進行了深入的交流，討論了安全工程領域工程碩士的培養方案和培養模式。經過多次校企協商和長期的實踐，工程碩士的培養方案得到了學員企業的認可。2014年11月，安全環保部主任張金濤在與第四期學員見面會時也對南華大學安全工程領域工程碩士的人才培養方案進行了肯定。

（1）圍繞總的人才培養目標，設置多個研究方向和課程模塊方便學員選擇。南華大學安全工程領域工程碩士的培養目標為：培養具有堅實的基礎理論和寬廣的專業知識，掌握解決安全工程領域實際問題的先進技術與方法，具有工程應用研究、安全工程設計與實施、技術攻關與技術改造、新技術推廣與應用、工程規劃與管理等方面的復合型高層次安全工程技術和安全管理人才。圍繞這一總目標，設置了核安全、礦山安全、建筑安全、安全應急管理、安全監測與監控和信息安全等六個研究方向，并設置相應的課程組。為了確保每個研究方向的學員能達成培養目標，整個課程體系不僅包括國家工程碩士學位規定的公共學位課和專業學位課，同時也設置了可供不同研究方向學員自由選擇的非學位選修課，以及為非安全工程專業本科畢業學員學習和了解安全工程專業基礎理論知識的本科專業補修課。課程教學內容基本是以面向工程實際應用為主，不僅有引導學員了解安全科學國際發展前沿的“安全工程前沿進展”課程，也有讓學員系統掌握安全管理和系統安全分析先進方法的“現代安全管理學”和“安全系統工程理論與實踐”等必修課程；還有為了提高學生的工程能力，開設的“鈾礦通風與輻射安全”、“安全監測與預警技術”、“職業衛生工程學”以及“核安全評價與應急救援”等非學位選修課程。目前，工程碩士的課程體系滿足了安全工程專業多學科綜合、寬口徑培養的人才要求。

（2）采用課程學習、專業實踐和學位論文相結合的培養方式。依據國家工程碩士培養的要求，采用課程學習、專業實踐和學位論文相結合的人才培養方式，由學校負責學生的學位課程學習，課程實行學分制，學員應修滿學分不低于32學分，其中學位課程不低于18學分；專業實踐為學員必修環節，由學員在企業完成，校外導師負責指導；學位論文是培養學員綜合運用所學基礎理論、專業知識和專業實踐經驗去解決安全領域工程實際問題的重要環節，也是學員取得工程碩士學位論文的重要條件。學位論文工作主要由學員在企業完成。

3 依據企業生產需求和學校教學規律，采用靈活的學習方式以適應“進校不離崗”的培養模式

（1）實行彈性學制。由于中國核工業集團公司工程碩士班學員都是企業的工程技術或工程管理骨干，崗位工作任務較重，目前采用集中6個月左右的時間集中學習學位課程，其他時間在企業一邊工作，一邊完成工程碩士的相關培養環節，如開題報告、發表學位必須的期刊論文以及學位論文等。由于工作與學習矛盾突出，一些學員會因為工作任務繁忙或其它原因不能按時學習和完成學位論文，所以工程碩士研究生實行彈性學制。目前，工程碩士的學制3年，學習期限2-5年，即最短可2年授予工程碩士學位，對于不能按時完成培養環節的學員，授予學位的時間可延長至5年。

（2）研究生培養實行導師負責制。學員取得入學資格后，學位點將為每個學員指定一名碩士生導師負責學員的培養工作。根據學員選擇的研究方向，由導師負責組織相關專業背景的專家成立指導小組（3～5人），共同制定培養計劃。培養計劃的執行采取導師負責和指導小組集體培養相結合的方式。

（3）學位論文指導實行雙導師制。根據實際需求，學位論文的指導采取雙導師制，即學校導師和企業導師聯合指導。目前，學校已建立了健全的校內外雙導師制，聘請學員所在單位業務水平高、責任心強的具有高級技術職稱的人員作為副導師聯合指導。校外導師參與實踐過程、項目研究、學位論文等多個環節的指導工作。

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油田堵水包括在生產井堵水和在注水井調整吸水剖面兩種措施。堵水劑一般是指用于生產井堵水的處理劑, 調剖劑則是用于注水井調整吸水剖面的處理劑, 兩種劑有共性, 也有特性,但以共性為主, 多數情況兩劑可以互相通用。為方便起見, 有時把兩種劑統稱為堵劑?？梢酝ㄓ玫亩聞? 在使用時性能上需作適當調整。一般情況下, 用于堵水時用量較少, 相應的可泵時間較短, 要求強度較高。用于調剖時用量較大, 可泵時間則要求較長, 有些劑需用延遲凝膠技術或雙液法注入工藝才能滿足大劑量注入的要求。當然也有一些劑不能或不宜通用。

堵水調剖技術要在油田應用中獲得成功、產生效益，除有好的堵劑外，還必須深入研究油藏及處理工藝，三者互相配合，不可偏廢。

二、油田化學堵水調剖開發研究

1.堵水調剖物理模擬

由于油田在開采過程中，無法預知地底的實際情況，僅能夠依據地面影像、超聲波、附近區域地質等情況預測地層下實際的油層情況，因此通過微觀模擬技術和核磁共振成像技術研究了聚合物凍膠在多孔介質中的充填、運移和堵塞規律，從而初步模擬化學堵水調剖劑在深入地層之后的具體情況，例如：聚合物凍膠提高注入水的波及體積、調整吸水剖面、改善水驅采收率的微觀機理。從整個研究表面，凍膠類的調剖劑能夠對高滲透的大孔道實現堵塞，強迫注入水向低滲透層進行擠壓，這擴大了注入水的波和體積，從而提高了注入水的利用率。

注入水進入低滲透層后使原來未驅動到的原油被驅替出來，提高了產油量和階段采出程度。同時，試驗對層內堵水調剖時的堵劑用量、調剖時機、段塞個數等因素對堵水調剖效果的影響進行了研究，結果表明：多段塞效果好于單段塞；調剖時機越早越好；堵劑用量越大越好，但從經濟效益考慮，認為0.2PV較為合適。

影響凍膠類堵荊封堵效果因素分析

從凍膠類堵水效果進行分析表明了，凍膠類堵劑隨著堵后注水速度的增加封堵率下降，且兩者具有較好的雙對數直線關系；弱凍膠隨著滲透率的增加封堵率下降，強凍膠可使不同滲透率的巖心的滲透率減少到近似同一個值，同時對凍膠類堵劑堵水不堵油的機理進行了探討。

2.堵水調剖優化設計和決策技術研究

2.1堵水調剖數值模擬技術研究

進行堵水研究之前，必須對堵水的調剖數值進行了解，通過堵水模擬軟件則可以以及影響堵水調剖效果的有關參數及基本規律進行了研究，并對現場以堵水調剖為主的進行整體綜合治理的區塊進行了歷史擬合、優化設計，效果較好，符合率較高。

2.2壓力指數(PI)法的決策技術

石油大學和勝利油田合作研究的PI決策技術在油田應用中取得良好效果。PI值由注水井井口測得，是與地層系數(滲透率與油層厚度的乘積)有關的壓力平均值。PI決策可解決6個方面的問題：判斷區塊調剖的必要性；決定區塊需調剖的注水井；選擇適當的調剖劑；計算調剖劑用量 評價調剖井的調剖效果；判斷調剖井下一次施工時間。PI決策方法已在勝利、大港、中原等油田十幾個區塊中得到應用．效果較好

三、我國化學堵水調剖劑的應用現狀

我國的化學堵水調剖劑發展非?？?，而且品種非常多，根據統計的數據，已經在油田中應用過的堵水調剖劑已經約達70多種，以下將分別作介紹：

1.水泥類堵水劑

水泥類堵水劑是大部分是通過水泥顆粒較大，使用水泥堵水可以適用于各種溫度和環境，由于其存在著價格便宜、強度大的特點，水泥堵水劑在當前還配合其他堵水劑一起使用，以便達到最佳的使用效果。水泥堵水劑由于水泥的顆粒大，不容易滲透，所造成的封堵區域則是永久性的，一旦形成著產生水泥隔離直接隔離區域。其主要的產品是微粒水泥和新型水泥添加劑。

2.樹脂類堵水劑

能夠作為堵水劑的樹脂主要包括酚醛樹脂、脈醛樹脂、糠醛樹脂、環氧樹脂等。這些樹脂包含著較強的韌性，他們在催化劑的使用下，能夠在形成堅硬的固體堵塞孔和裂縫修補，其主要的用途在于油井堵水、堵竄、堵裂縫, 堵夾層水。其優點在于強度高，有效期長，缺點是成本高、沒有選擇性、誤堵油層后解除困難。近年來純樹脂類堵水劑的應用已較少。

3.無機鹽沉淀類調剖堵水劑

主要以水玻璃場為主。水玻璃由和組成。按二者含量分為原硅酸鈉?、正硅酸鈉? 住、二硅酸鈉?。與的摩爾比稱為模數, 是水玻璃的一個主要特征指標。模數小生成的凝膠強度小, 模數大則生成的凝膠強度大。國內產品一般在一。硅酸鈉溶液中加入酸性物質后先生成單硅酸, 后縮合成多硅

酸。多硅酸具有長鏈結構, 可形成空間網狀結構, 呈現凝膠狀, 稱為硅酸凝膠, 在地層中起堵塞作用。為適應高溫應用的需要, 可加入醛、醇或氧化物等, 以延遲凝膠時間。

4.粒類堵水調剖劑

顆粒類堵水調剖劑品種較多, 油田使用的品種可分為以下幾個小類非體膨比顆粒果殼粉、青石粉、蚌殼粉、石灰乳等。體膨性聚合物顆粒輕度交聯的聚丙烯酸胺顆粒、聚乙烯醇顆粒等。土類包括膨潤土、粘土、黃河土、安丘鈉土、夏子街鈉土以及溶液一土類, 鉻凍膠一夏子街鈉土等。

顆粒堵劑是一種經濟有效的堵劑, 尤其是高滲透、特高滲透地層, 需要進行深部處理的大孔道地層用顆粒類堵劑處理可獲得明顯的效果。在顆粒堵劑中近年來使用較多的是土類和體膨性顆粒, 土類與聚丙烯酞胺溶液或其凝膠配合使用效果更好, 既可增強堵塞作用, 又可防止或減少顆粒運移。使用顆粒堵劑時顆粒的粒徑必須與地層的喉道半徑配伍, 顆粒粒徑為喉道半徑的一時, 堵塞效果最好。大于這個粒徑范圍時不易進人, 小于這個范圍則易于運移。土類堵劑價格便宜, 原料易得, 近年來在勝利、中原、大港等高滲透油田大面積推廣使用, 已獲得良好的經濟效益。

5.泡沫類

泡沫分為二相泡沫和三相泡沫, 前者包括起泡劑和水溶性添加劑, 后者還含有固相如膨潤土、白粉等。三相泡沫比二相泡沫穩定得多, 故現場多使用三相泡沫。三相泡沫的調剖機理是依靠穩定的泡沫流體在注水層中迭加的氣液阻效應―賈敏效應, 改變吸水層內的滲流方向和吸水剖面, 減緩主要水流方向的水線推進速度和吸水量擴大注入水的掃油面積、波及體積和驅油效率。

四、對堵水調剖研究和應用工作的幾點建議

1.加強堵劑系列化研究，研制適合高溫深井和特殊油田使用的耐溫、耐鹽堵劑；加強適臺層內水和無法卡封作業井封堵用的選擇性堵劑的研究和應用推廣工作

2.加強堵水調剖施工工藝技術研究，針對高含水期后期大厚層層內出水、套管變形無法卡封作業井出水和底水錐進出水研究配套的選擇I生注入工藝，減少調堵剌對非目的產油層的傷害；做好堵水調剖施工動態監f51lf技術研究，扶而為堵水調剖的效果評價提供科學指導

3.加強探部調剖劑及其配套工藝技術研究，研究深部堵水調剖劑的放置技術、效果預測方法和施工動態監刪技術

4.加強水平井堵水技術研究，研究適合堵水平井底水的技術，解決水平井底水脊進問題。

參考文獻：

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