能量释放与动力技术应用

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能量释放与动力技术应用
陈叔瑄

    涡旋运动是物质浓缩基本方式，是质量或总能量集中的基本过程，是万有引力产生的根源，也是所有天体、实物粒子或元素原子及量子存在自旋运动本质。物质涡旋运动平衡趋势，必同时存在弥散或辐射能量子，并形成交换。物质交换过程是微旋化，即粒子化和量子化，并产生粒子热运动和量子辐射的过程。因此天体内部存在源源不断热运动和辐射能量子的本质所在。如太阳和地球内部之所以存在源源不断能量辐射，就在于涡旋运动浓缩质量能量过程及其内部物质交换所形成的微旋化和热运动，以及热辐射的能量释放的相反过程。
    太阳和地球之外天体能量难以直接使用，太阳能、地热能、海洋能等直接利用和开发将是未来能源重要角色，是取之不尽的再生能源。按《物性论》及其应用的观念，物质浓缩集中所在就是能量集中的地方，能量高密度变换为低密度就是释放能量基本方式。而《质能论》一文提出三条基本原理是解释能量释放基础，如能量叠加原理，物质极限速度原理，物质形态矢能比原理。能量叠加原理和物质不灭，能量转化守恒原理都是更广泛的质能关系原理的推理或具体的体现，正因为能量叠加原理，才使物质和运动可浓缩、可弥散的，它成为能量可释放的基本根据。
    人类利用木材燃烧的火来取暧、烹调和照明，火的利用是人类支配自然力，是人类从动物分离出来的开始，也是人的智慧产生的原动力。随着人类生产发展，对能源需求增长，自然动力资源不能满足人类需要，迫使人类寻找更多动力资源。这时煤炭、石油、天然气陆续被发现和利用，尤其蒸汽机、内燃机的发明，更推动煤炭、石油作为能源主角登上能量资源舞台，导致第一次产业革命。随后电磁能以其可传输性优势，被广泛应用于生产和生活各个领域，而成为第二次产业革命的先导。２０世纪三十年代末，人类发现放射性元素原子能这一新的能源，正逐步取代气化燃料趋势。但它们毕竟在地壳里储藏量有限，总有一天会枯褐。
    一、能量资源动态问题
按《质能论》观念，有质量物体就有能量，而地面物体通常处于平衡状态，不易释放能量，少数易释放能量材料，其趋势程度不同而具有释放能量易难程度不同，根据质能关系原理只能得出有物质或物质愈集中地方就有能量或能量愈集中的地方。另外趋匀原理又指出能量释放的自动趋势基本依据，它表明质量愈集中且与周围差异愈大地方可能愈易释放能量。但涡旋运动趋匀则浓缩质量，实际上是能量集中的过程，而平动运动增大是能量弥散的过程。不同物质形态的能量释放易难程度跟趋势状态密切相关的，有效释放能量原理和方法是动力技术的基础。如手工畜力只靠人体或生畜体能量来移动或转变地面物体的，其动力太小，手工畜力的技术技能所能够解放的劳动力是非常有限的。采用热机动力释放出的能量可推动庞大的物体机械运动或大规模转变物体形态，实现大规模生产。                  
１、能源主角是矿物燃料
    目前能量资源主要是煤炭，它是地球历史上生长的植物被地层长期淹埋，经过漫长地质的演变年代而形成的矿物燃料。地球煤炭存储量达十万亿吨以上，估计占矿物燃料资源约百分之九十，是人类化工原料、工业燃料、生活燃料重要部分。但煤炭燃烧效率较低，并对环境造成污染，开采难度大，运输不便等因素，为此提出许多技术方法来解决这些问题。为了强化燃烧，可采用沸腾床燃烧，即把煤炭磨成煤粉，用空气吹入炉膛直接燃烧，使单位重量的煤表面积大大增加，以便充分燃烧而达到较高的发热量。
    还可利用煤燃烧的高温热气流，分子分离成带电粒子，令其通过垂直的磁场而发电，余热还可再利用。但比较根本办法是直接在地下将煤炭液化和气化，因为煤成分与石油接近，只是氢成分低于石油而碳成分又高于石油。这样在煤中加氢可变成“人造石油”成为可能。但煤炭燃烧热量本身不是实物的气化物态，必需通过水的吸收热量气化来推动机械运动。“人造石油”就可方便地直接气化推动机械运动。
    二十世纪六十年代，由于油、气的开发利用，逐渐以煤炭为主转变为以石油、天然气为主，这是因为石油、天然气效率高，每公斤发热量近煤炭的一倍，使用量已超过煤炭，而且使用比例逐年递增。但地壳的石油、天然气储存量又远低于煤炭，估计１３００亿吨，只是煤炭储存量百分之一左右。天然气通常与石油伴生在一起，也可单独开采，其消费仅次于石油和煤炭而居第三位。据预测地壳天然气储存量接近或超过石油。天然气与石油相似，具有开采和运输方便，对环境污染较小，成本价格较低，使用方便，可作多种化工产品的原料。但作为动力燃料能源不如石油产品应用的那样普遍广泛。
    ２、自然能量资源
    人类很早就利用风力来推动帆船行驶，利用风车抽水、磨坊、围海造地等，在矿物燃料愈来愈枯褐的现代，风能利用又被重新提出来。主要利用大气流动时产生的风力，一般五级风的风速为１０米／秒，可形成１平方米面积上达１０公斤力。九级风的风速为２０米／秒，可形成１平方米面积上５０公斤力。估计整个地面大气圈一年可供开发风力能量达３５００亿千瓦，可供人类利用的潜力很大。风力利用装置主要是风车，目前世界各种风车有１００多万台，有的还用微机控制角度，以适应风向变化。风能利用的优点在于可再生，无污染，成本低，储存量大，但它的缺点是稳定性差，能量密度低，地区差别大等，影响其作为能源的地位。
    经过漫长的岁月里，人类借助畜力、风力、水力等的动力来代替和帮助人力劳动。水能的利用是较早的、普遍的自然再生能源，江、河和小溪，尤其水量丰富稳定和坡度较大的水域，只要适当引水便可以作为动力，如古代水磨坊等。现代多建水库，不但可以储蓄淡水和灌溉，还可综合利用，形成生态群落和发电、交通、旅游等事业。水力的利用可以缓解地面淡水紧缺和灌溉问题。它是可再生、无污染、能量密度和稳定性都较风力好。
    ３、新的能量资源
    原子能是由原子核结合的变化而释放出的一种能量，通常由放射性重原子核裂变为两个或两个以上较轻的原子核所产生的能量，也可能从两种轻原子核聚变成较重原子核所释放出来的能量。放射性元素原子核裂变所释放的能量相当于石化燃料的３００多万倍，能量密度大。原子核聚变所产生能量更高，它是核裂变能量的４倍。原子能主要用来发电，利用核能发电的电站称核电站，进行核反应的装置称核反应堆。反应堆主要结构包括核燃料棒活性区、石墨反射层及金属套、水层、厚水泥保护墙等组成的，核裂变链式反应速度极快，瞬间释放的能量非常大，因此必需采用远距离的自动或智能控制，以保证操作者安全。
    太阳是一个取之不尽能源宝库，太阳内部存在高温高压的火球，星质在趋心和交换中形成质块、微粒子、量子，而量子以高速运动而源源不断辐射出太阳表面，构成源源不断光和热量。直接到达地球表面能量约８１万亿千瓦，主要通过光热转换和光电转换来获得的，如平板型集热器、聚光型集热器、太阳能电池、太阳能电站等。人造天体的能源主要来自于太阳，通过光电转化来取得能源。与石化燃料相比是可再生的能源，就地可取，不导致污染的能源。但太阳能密度较低，光热量随季节、气候不稳定影响，太阳能不易存储等缺点。作为大能源还相当困难，有待技术进一步提高。
地热能是来自于地球内部的一种天然能源，地球内部蕴藏巨大能库，相当于地球全部煤炭储存量１．７亿倍之多，地热利用开发前景非常广阔，大有作为。但人类能够利用主要是地壳和地幔上层的地热发电，地壳有地热蒸汽发电和地热水发电与一般火力发电原理类似，利用地热能所产生的蒸汽来推动机械运动并转化为电能，如美国盖伊塞地热电厂设备可以发电一百万千瓦和中国西藏羊八井地热电站发电能力达７０００千瓦。地壳下层或上地幔或火山爆发等的干热岩石和热岩浆层所储藏巨大能量，其地热能远远超过地热蒸汽和地热水层，一般钻深达到３０００米到４０００米以下，在接近岩浆层进行爆破并形成洞穴，将水注入产生的蒸汽推动机械运动来发电的。由于该资源蕴藏较深和技术问题，尚处于试验阶段。  
若能从水中氢分离出来作为新的能源加以利用，而地球表面海洋水之多是取之不尽能源。但传统制氢方法是电解水，所消耗能量大于产生的能量，那就没有利用价值。关键是寻求廉价制氢方法，如用太阳能发电来电解水或用聚焦太阳光到二、三千摄氏度把水直接分解出氢或利用半导体基础催化体系，让阳光直接分解出氢。但氢在常温下是气体，要将其液化或固化才便于使用，比较好的办法是利用某些金属与氢结合成金属氢化物，常温时保持原状，需要时稍加热，氢被释放出来，以供使用。制氢和储氢技术进步将推动氢能源应用。海洋水域表面积近陆地的两倍，也是取之不尽的。
    二、能论与能量释放原理
    天体、实物、原子是不同程度能量集中的所在，而场物质和气态实物是能量释放方式，因此能量是取之不尽的。人类能够利用的能量是身边易释放能量的物质资源，如煤炭、石油、天然气和放射性元素等，称为能量取之不尽，但易释放能量的有价值利用的资源只有少数易气化和场质化的材料，称材料能源条件控制技术原理。一个具有热机动力的有机联系的实物机械系统实际上是机械零件巧妙组合和能量释放、变换、交换、传递特定组合，并产生一定功能的热机动力和机械组合系统，热量和物态气化对外作功的动力是热力学第一定律体现，巧妙利用热量和气化能量性能，称为热机与机械能量性能组合技术原理。热量只能自动地从高温物态流到低温物态，与周围环境温差愈大热机效率愈高，是热力学第二定律体现，称热机能量的运动趋匀规律应用技术原理。
    １、释放能量材料条件控制技术原理
    有浓缩物质的所在就是能量集中的地方，能量虽然取之不尽，但有价值的可容易释放能量的材料，称为能源的材料并不多，如煤、石油、天然气等。能量释放程度可用质量密度来衡量的，高速运动场质质量密度较低，表示能量释放较彻底方式，但场质易被实物吸收，反而难直接推动实物作功或作动力使用。人的能动性可将简单的运动组合成复杂运动的系统，并通过能量交换传递，以实现能量的释放，如气体的体积膨胀或变换转化来推动机械运动。能量释放方式主要通过固、液体变换转化为气体和光、热等场质状态来实现的。光热等场质状态虽然是能量释放较彻底方式，但对实物机械推动远不如气体，因此通常用光热能量促使某些实物体气化来推动机械运动。
    人类要使用的能量是那些比较容易得到的和比较容易释放能量的能源。有的物体形态要释放能量所要消耗的能量比释放的能量更大，那就没有作为能源来利用的价值。有的物体形态所消耗的能量小于或远小于要释放能量，这种情况下就有作能源利用的价值。也有的物体形态在自动趋势中释放能量，那就更有利用价值。人类技术上使用动力的能量形式主要是机械能、热力能（包括固、液体变换气体和热量）、电磁能等，而地面机械运动除风力、水力推动外，多半靠热能和电磁能变换转化来的。无机物或有机物的燃烧是一种取得能量动力很方便的方法，利用这种能量转化方法和技术。能量虽取之不尽，但易释放能量的能源材料非常有限的能源气化或场质化模型条件控制技术原理。
    同一温度、压强下不同元素构成的材料处于不同物态，通常金属性愈强愈处于熔点高的固体状态，反之非金属性愈强愈易处于沸点低的气体状态。同一材料在不同温度、压强下处于不同物态，在常压下溶点、沸点是地面物态转变的温度。固体的粒子间靠壳粒交换而连结成体的，壳粒连结松懈的金属不仅具有导电性，而且具有延展性而较易制成各种容器和机械设备。液体的粒子间是靠场质交换连结成体的，从而粒子间易断开和具有流动性。气体的粒子重力作用下聚集成体的，而粒子之间处于不规则的热运动状态，温度愈高体积膨胀愈大。
    地面有一大气压，气体是地面大气层在重力作用下聚集而成体的，大气在地球表面分子打击作用力，同时地面也对打击分子相同的反作用力，可见大气压力是跟分子密度和平均动能乘积决定的。海洋下一定深度的一表面压力是地面大气压加上水加在此面积上重量，从而愈深压力愈大。压强是单位面积所受的压力来量度的，同样压强可通过控制面积大小来产生人造高压，也可通过控制加热气体膨胀或燃烧爆发产生人造高压，以作机械动力。这些属性和原理应用于机械动力重组性技术上，可设计制造成许多种类器件和机器设备，这是物态技术应用之一。
    气体粒子独立性和易流动性是显而易见的，其应用除古老的风车、船帆之外，还广泛地应用于其它方面。尤其利用水化成蒸汽的水分子热运动，所释放出能量和体积膨胀来推动蒸汽机汽缸活塞，再通过机械传动，带动纺织机械、火车等工作。水转化为蒸汽的应用技术为近代带来了产业革命。温度是气体分子的热运动或不规则运动程度的量度。热量可转化相应温度的内能或压力和体积变化乘积的功，以其来产生机械动力。水蒸气的体积膨胀来推动气缸活塞，并带动曲轴转动，再通过连杆、齿轮等带动轮子转动等机械技术。随着人类需要发展，必需开发可再生的新能源，包括太阳能、地热能、海洋能等的直接开发利用，以重复多次产生热量或气化条件，称为物态变换条件控制原理。
    ２、热机动力与机械性能组合技术原理
    热机性能组合原理实际上是热力学第一定律的应用体现。实物中壳粒交换为主的固态、场质交换为主的液态、引力作用下而聚集独立粒子的气态特有交换方式和在一定温度、压力可变换转化，可按热力学规律控制物态和热量跟其它能量变换转化，如加热可使固体变换为液体或液体变换为气体来达到各种物态的变换应用，气体变换引起体积膨胀，可推动机械运动。几个气体体积膨胀的机械构顺序合理组合，可以产生有效的动力，称气态变换产生动力组合原理。
    液体往气体转变过程通常是能量释放过程，也是膨胀过程，是气体分子对气缸之类容器周围容壁不规则打击交换能量而构成压力，如果内外气体对容壁的压力不一致，内壁比外壁强，可以推动容壁往外运动而对外作功。地球表面通常有一个标准大气压，不管气体，还是液体或固体表面内外处于交换平衡或压强平衡时，才保持相对静止不动状态，只有当表面或容壁存在交换不平衡或压强差，才对外膨胀或对内压缩。液体或固体转化为气体实际是将其它能量形式转化为气体对容壁交换能量或压强，并构成内外交换不平衡或压强差，以推动活动活定时塞容壁运动。也可转化为内能，以提高物体的温度。
    地面物态不管用什么方法或手段，如力学方法、热力学方法、化学方法、原子能方法等，把固体往液体再往气体，甚至场质转变过程，通常是使物体质量密度减少，即体积膨胀过程，也是能量释放过程。物体质量密度减少，意味着体积膨胀，而且质量密度改变愈大，体积膨胀愈大。若物体体积被容器所包围限制，则气体对容壁所产生的压力愈大，可对外作愈大的功。爆炸是物体气化急剧方式，如固体突然点火引起的化学反应而气化，对外产生巨大的压力，当容器或包围物体承受不了就发生爆炸。
    蒸汽机就是把煤的燃烧热量被水吸收转化为水蒸汽能量来推动机械运动的一种方法和技术，如旧式火车通过水转化为蒸汽推动气缸活塞来带动火车移动。可见，液体转化为气体所消耗的能量化作扩大体积来推动机械运动。内燃机是直接利用汽油燃烧转化气体的突变体积或爆炸力来推动机械运动的，成为汽车、火车、轮船、飞机等的工具动力，也是火力发电主要动力的技术方法。
    人们设计了蒸汽机、内燃机、喷汽机等的动力设备，如内燃机就是利用多个汽缸轮流点火，轮流将汽缸的汽油燃烧，气化爆发的力量推动汽缸活塞和曲轴运动，并可带动其它机械运动或转动。这些必需具备生产能力的生产工具设备，如铸造气缸熔铁炉的翻砂车间和加工零件、部件车间、装配调试整机车间的生产设备，其生产实践可由某些有技术专业厂家按图纸安排生产。热机与机械零件及其组合不同和能量递传重组和控制方式不同，构成了不同功能的机械能量传递系统，如轮船、飞机、汽车等动力设备。
    动力技术关键是如何最有效气化并推动机械运动和机械运动形式变换转化的设计，如气缸活塞个数、联结机构、进料、点火顺序、排气和转轴运动等的原理方法和手段的设计，燃料的燃烧气化是最直接将液体或固体燃烧成气体和热量所产生体积膨胀来推动活塞运动，几个活塞先后顺序运动，通过按顺序曲轴带动转轴作均匀的转动。有的通过涡轮叶片接受气体或流体的冲力，来带动转轴的转动。这些机械转动可以通过各种机械联结推动各种各样机械运动而成为机械动力。动力设计与机械设计没有本质的不同，所不同的是气化方式、余热处理方法和手段的特殊设计，而且在不断改善试验和积累经验基础上尽可能完善的设计和制造。称为实物气化推动机械运动性能组合原理。
    ３、热机热量趋匀本质应用技术原理
    热量趋匀具体应用于热机上是热力学第二定律热机效率不可能百分之百的技术体现，是物质运动趋匀原理在热机上具体应用。地球表面有机物体的燃烧所释放能量利用各不相同的，燃烧虽是氧化反应过程，更主要的是气化并释放光热量子能量过程，用以照明和烹调，还可用作机械运动的动力。如汽油的燃烧化成气体和光热量子流来推动内燃机运动，并带动汽车、轮船、飞机等之类机械运动。机械结构和联结方式设计不同，便产生不同的机械移动方式。汽车则设计成内燃机推动轮子转动，并带动汽车克服地面摩擦作用来移动的机械结构方式。轮船则设计成内燃机旋转推进器，以便在水中旋转，克服水的摩擦来推动轮船前进。但环境周围温度不是绝对零度，加上容器不可能完全绝热的，必有热量往外辐射或为实物吸收，因此效率不可能百分之百。
    物体形态转化是能量释放基本的技术方法。而实物体，尤其天体是质量较集中的地方，可转化为场物质形态，即释放能量。但释放能量需根据释放易难彻底程度和释放是否远大于启动消耗能量，即将内在能量转化为平动能形式，速度愈高则能量释放的愈彻底。可见通常场物质比气体，气体比液体，液体比固体的粒子或物质平均平动能大，能够释放的能量也大。现代动力技术主要是改善利用风力、水力、海洋潮汐力、蒸汽动力等物理动力和利用燃烧煤、石油等化学作用的蒸汽机或内燃机，并转化为电力，通过导线传输到各个角落，实现能量的传输，成为机械方便使用的动力。尽管效率不能百分之百，但提高效率的途径仍可开发。
    对于地面条件下在元素周期表中铁的左右元素原子核结合能最大，质量小于或大于此值元素原子核结合能均较小，且往往离得愈远愈小，愈易释放能量。放射性元素原子核质量密度极高的所在，是能量集中的地方，可自动衰变，其能量释放可产生巨大动力。某些放射性元素原子核体积足够大或超过临界体积，就会产生连锁反应而爆炸，即某些放射性原子核通过消耗一些能量来产生更大原子能量或原子核实物转化为粒子和场物质的一种技术方法，不仅可以制造原子弹，还可利用原子反应堆技术建造核力发电站或用作大型轮船，如用作某些航空母舰的动力。核动力发电的核电站技术就是原子能利用技术和能源开发典型实例，但效率都不可能达百分百。    天体辐射和地热有着巨大甚至取之不尽的能量，但过于遥远和庞大，人目前难以直接用作动力。高度浓缩质量的恒星等天体内部在平衡趋势中自动释放大量光热形态的能量，现有的人造天体电源采用来自于太阳能转化技术。太阳能利用技术主要采用光电池转化技术，光电池材料研制是提高效能基本步骤之一，可否在方法上根本改善，如选择妥当环境地点和实现多重反射的电池堆，以最大限度地高效吸收太阳能量。地球内部能量开发利用也是最具有潜力的，如地热、海洋利用技术，大有开发潜力。目前地热利用开发技术只停留在天然利用和钻探技术，有待于大力开发，如水送到地幔上层，再回到地面使用等，将来也许成为重要能源，包括把具有破坏力的火山喷发和地震能量的利用技术。
    三、能量释放应用方法
    太阳能量只转化为地壳上煤炭、石油等能源材料，才间接得到利用。实物材料也是集中能量地方，但关键取决于实物材料释放能量易难程度和释放消耗比例的关系。若消耗能量比释放能量还大那就没有作为能源利用价值，这类材料属于非能源材料。若消耗能量远比释放能量小，且易释放能量的材料才称得上能源材料。能源和矿物应用主要指能源矿物采掘工程和能源释放工程两方面。因此设计、决断、执行实性思维过程也是指采掘工程和能源释放工程技术两部分，但以后者为主。热机结构、铸造、加工是动力技术基础。
    １、能量释放设计方法
    能源、矿物采掘工程设计是在探明矿藏基础上，而探矿方法有很多技巧技术，以表面普查与钻探勘察为最基本方式。通过直接或间接的地质勘察资料，开展开矿设计，如入口井、运输道、通风口、出口、电路、堆场等的设想计划，也可能提出多个方案，并从中选择一个，吸收其它方案优点。不足之处作补充或进一步勘察，进一步具体设计和计划。如果是油田或天然气之类液体、气体矿物，主要进出口和管道、储油气罐和加工工程等的设计。
    能量释放主要方式是将实物气化或场质化，作为机械动力更需要的是实物气化体积膨胀所产生的推动力。光热量子虽然高速，是能量释放彻底方式，但易被实物吸收而转化为内能或辐射出去，难以直接用来推动机械运动，只能通过间接地使实物气化来推动机械运动。如蒸汽机设计实际上是燃烧煤来使水汽化，并通过汽缸活塞推动机械运动。为了提高效率，直接燃烧气化来推动机械运动，如内燃机或喷气机。
    能量释放主要目的在于设计制造机械动力设备，因此设计时根据上述原理与较有效地利用释放能量条件和组合，通过适当计算，绘制成动力设备的原理图纸和形成技术零件加工装配图纸。设备图纸设计方法与机械图纸设计方法大体类似，但更注重于能量释放方法方式的开发。热源动力是充分地有效地利用能源释放的能量，利用煤炭、石油、天然气等燃烧气化膨胀体积来推动机械运动就是动力重要来源，如蒸汽机、内燃机、喷气推进器等。
    充分利用和开发各种能源释放能量方式来巧妙地性能组合动力设备，成为热机动力和其它动力设计指导思想和方法。热机和其它动力设备，只有根据需要跟其它机械各种形式的重新组合，以推动机械或发电机等运动才能成为机械动力，如热机与船只或车辆或飞行器等巧妙组合成轮船、汽车、飞机等交通工具，与发电机组合成热电站，与纺纱机、织布机、车床等组合成生产机械转动的动力，它是热机外形和结构设计依据，并可逐步精确绘制在机械图纸上，成为动力设计的基本方法。
    物质分子吸收能量愈多而处于愈高速，愈处于能量释放状态，并趋于扩大体积或对外增大压力状态。利用汽油等燃烧、爆炸的化学反应来直接气化释放能量，构成平均动能较高的气态，所产生突变的气体巨大膨胀动力来推动机械运动，如内燃机、喷气机构等就是根据此原理设计制造的，包括气缸、活塞、曲轴、连杆、进油口、点火器等设计制造。这类热机动力技术已经广泛应用于设计制造为汽车、飞机、轮船等交通工具和其它产业生产的动力，其效率比蒸汽动力高得多。
    整机图纸和零件加工图纸以及量度计算是动力机械设计基本工具和方法。如果连一个螺丝钉都要自己加工生产，不但影响质量，而且效率低下，成本高昂，为此提出零件生产标准化和商品化。机械零件标准化是提高设计制造质量、效率和降低成本有效的方法手段。许多工业发达的国家都设立专门机构或委托某个部门负责标准化工作，推动社会分工合作和产品商品化，以及生产调度管理，从而推动工业化进程。
    ２、能源应用决断方法
    矿物与能源采掘的决策建立在管理条件的基础上，如首先确定该项工程是否有开采的价值；其次开采的设备、运输、材料销售等条件：第三是否有适当数量工程技术人员和技术工人等，即天时、地利、人和或人力、物力、财力等条件是否具备。然后技术决断决策是建立在地质勘察的基础上，提出的方案和技术设计根据具体地质勘察进行可能性分析和可行性论证，才能实施。
    能源工程技术应用的另一方面是热机设备设计制造。释放能量实质是星质态或实物态转化为实物气态和场质态（光、热、电、磁和其它释放能量形态等）的过程，以产生体积膨胀或热量（如火），来加热物体和推动机械作功运动。地面绝大部分物体处于内外平衡稳定状态，不易自行释放能量而不能作为能源。能量应用主要涉及能源材料开发和能源动力结构两方面。那些可作为能源材料需通过试验方法才能确定的，动力结构设想是否可行也要通过试验来验证的，因此试验是技术决断基本方法。
    设计预言现象的验证性实验严重地受到社会的财力、物力和人力条件限制和制约，尤其是经济效益不大的又要庞大设备才能进行的实验，困难更大。有的花了巨大投资，所能做的实验又非常有限，且没有什么经济效益，如粒子加速器的实验。即使投资不大的验证实验，不同实验数量一多，也不是那么容易做到的，许多设备在他人手中，一两件借用或租用都不容易，何况多数实验何止一两件设备能做成的。花了很多时间向国家地方基金会申请经费和使用国家实验室谈何容易，不批或不让你进去做实验。占有实验设备的人员往往又没有什么新思想、新理论、新方法需要验证，放着又非常浪费。验证实验较佳办法是将设计的结果通过书刊方式向社会公布，让有实验条件和熟悉操作的单位或个人去做，实验中可能有成功的、失败的和经过修正。成果应由设计者和执行者共同享有。
    实验（推理验证）或试验（应用决断依据）是能源或热机开发基本方法手段。物质能量彻底释放方式是转化为场物质状态，但难以直接推动机械实物，如太阳能、地热能、原子能都难以直接推动机械运动，需要通过气化物态来间接产生动力，还有海洋潮和水力、风力等可再生能源和动力，这些能源开发利用，尤其直接利用场物质作动力的开发，需要通过大量试验，以提供可能性、可行性决断依据。勘察、调查和试验是动力等决断思维形式的主要技术方法，许多动力想象的技术可能性、可行性是通过试验、检测、调试来证实的，并成为技术设计技术依据。
    ３、能源应用执行方法
    按方案设计和措施计划，制定的决策一步步地指挥执行，直到全部完成为止。如煤窑和煤矿的生产过程曾亲自参与，了解一些情况。通常大型煤矿建成大型矿井采用吊车升降机或矿车送到采矿工作附近，风钻或电钻拉到工作面钻孔，插入炸药雷管，引火爆破，一方面将爆破在地上煤炭铲到煤车上推走，另一方面加工木材等材料，支起支架和顶棚，必要时还要延伸车轨，形成新的一轮工作面，重复上述的操作。煤窑通常是以小型而零散的煤矿为基础，煤层薄，多半手工采掘和输送，工作环境条件更艰苦。
    石油加工技术，主要是蒸馏和裂化，所谓蒸馏是通过石油加热，使不同沸点成分在不同温度下分离出来，如汽油、轻油、重油、煤油等，所加工的汽油通常只有１５－２０％。采用裂化炼制的技术，可以使比汽油、煤油、柴油等分子量大的有机分子分裂成小分子成分，以提高汽油的产量。利用分馏与裂化的联合装置可达到更有效更理想的效果。催化裂化工艺技术更促进石油加工技术的发展，其主要优点是所要求的温度和压力较低（温度为４５０∽５６０摄氏度，压力为１．５∽２．５大气压），产出的汽油质量好而数量又多，炼取率可达８５％。同时还可回收包括柴油和其它多种裂化副产品，是化工产品的重要原料，因而是一项具有能源材料开发意义的石油加工技术和执行方法。
    能源材料气化或场质化的能量释放的机械动力设备，主要投入到具生产热机能力的工厂生产，其生产技术设备与一般机械厂大同小异。动力设备以推动相对地面静止的物体或机械按设计方式运动。控制能源材料蒸发、燃烧、爆炸等的大小、方向、推动机械方式的操作，成为能源应用执行的主要控制方法。因此能源动力的控制方法、执行步骤、操作技能等是能源应用执行过程三要素。
    四、能量释放应用类型
    人类最早光、热能量来自太阳外，就是通过干草、干柴的燃烧得到的，主要能量资源是干草、木材等材料，有的地方还使用水力、风力等作能量资源。后来采用煤炭、石油、天然气等作为主要能量资源，尤其蒸汽机、内燃机等出现更离不开煤炭、石油、天然气等的能量资源。电力发展离不开这些资源，但也广泛应用水力、原子能等资源来发电的。这些资源的能量较容易被释放出来，通常点火加热就可以燃烧释放出能量的，水力可通过适当手段推动水轮机来发电的。
    １、天然能源应用类型
    天体和地球是涡旋体，并在交换中形成微涡旋粒子、量子和大小不一的质块，质块趋心运动是产生天体或地球各种现象的基本动力。它不仅解释大量基本现象，而且解释了旧理论难以解释的地球表面的各种现象。地球内部质块运动冲击地壳是地壳板块破裂、造山运动、地震产生的基本动力，而质块运动必定引起地面磁性和电性变化，加上冲击力作用产生冲击波都应成为预报地震的理论应用。它有助于对地面气象、地震等动态预测。最原始最基本的天然能源是利用自然界气象变化的气流风力和高处往低处水流动力来推动机械运动。风力和水力是天然能源基本形态，是磨坊的动力。
    地面水总是流向低洼处，以趋于平衡，水的流动具有动力，可推动物体或机械的运动。地面大气在随地球运动中，由于地球绕太阳运动状态的周期性或不规则变化，而产生大气产生周期性或不规则膨胀和收缩，即产生风力来推动机械运动。地面物体或机械通常处于力的作用相对平衡状态，并跟着地球运动。要使其运动，必需通过其它能量转化来迫物体或机械运动，除水力或风力外，可通过水汽化的体积膨胀来推动机械运动，构成蒸汽机动力。蒸汽机设计实际上是经过很多发明家革新设计经验积累的结果，功能愈来愈完善，它以加热水成水蒸汽来推动机械运动或转动，并作为火车、轮船等的动力。
    地面物体是地球表面相对静止和稳定平衡的物质部分，它由原子或分子联结成体的，并分别处于固体、液体、气体状态，可以通过某些燃烧材料，如煤炭、石油等提供热量来改变物体状态。固体或液体变换转化为气体，体积或对外压力变大，推动周围物体材料作机械运动，即作机械功。人类正是利用该特性，将水加热成蒸汽来推动蒸汽机运动，甚至直接燃烧汽油化作气体和热量来推动内燃机运动。可见物体气化或场质化过程是释放能量过程，是动力基本来源。当然还有其它能推动机械运动和变换转化释放能量方式的能源，如原子能、地热能、太阳能等，这些天然能源开发将是未来能源基础。
    ２、热机动力类型
    某些液体或固体直接燃烧气化，如汽油燃烧化成气体的体积膨胀和热量所作的功来推动的动力，效率比蒸气更高。内燃机活塞直接由汽油点火燃烧气化的体积膨胀和热量来推动的，并带动气缸曲轴，再通过机械连杆传动，带动汽车、轮船、飞机之类交通工具推进器或其它设备的运动。由于它的效率高，许多热电站的发电机也用内燃机来带动的。甚至火车、轮船也大有用内燃机来代替蒸气机的趋势。这项能量应用技术或动力技术已经成为现代人类生活不可缺少的一部分。内燃机的设计外型、汽缸结构等不管如何新颖变化，但基本原理和设计方法是一致的，以适应各种场合下应用，如汽车、摩托车、飞机、船只等上应用。
    实物固体或液体燃烧转化为气体另一项应用技术是喷气技术，它是一种将固体或液体化学燃烧能量转化为气体和热量，沿着背部喷射的反作用，来推动火箭、飞船之类工具向前运动。喷气技术是利用化学燃烧能量转化为分子动能和热量，如果是容器封闭系统分子动能打击容器四壁构成强大压力或使容器爆炸，但容器若一面开口的，不规则运动分子和热量子往此口喷射，喷射分子量和热量愈多愈快则使同一容器往前运动速度愈快。它也可从质能论所指出系统无外力作用时总动能空间梯度为零或动量守恒来解释，即
ＭＶ＋ｍｖ＝０或Ｖ＝－ｍｖ／Ｍ
负号表示Ｖ速度与ｖ速度相反，Ｍ为容器质量，ｍ为喷射气体的质量。应用于火箭、导弹、人造天体等的动力设计。
    气体应用技术中有一种称为气垫技术，已开始应用于交通工具中，它使轮子交通工具有所失色。轮子发明设计已有千年，几乎用于所有交通工具和绝大部分机械设备中，离开轮子难以想象的。但现可打破这个习惯，如气垫船可驶过水域而无须接触水面，用此跨越过英吉利海峡和岛屿。近年美国等许多国家公司投入地面汽垫列车的研制，相信不久将来就会出现。如福特汽车公司已试验光滑的流线型“飘浮列车”，是在轨道上行驶，却不触及轨道，车体与轨道间距只有０．３２厘米空间上滑动，速度可达每小时三百多公里。现代更进一步研究交通工具的磁悬浮技术，如列车在磁悬浮轨道上不用轮子的磁垫高速运行已成可行的技术。
     ３、核力等动力类型
   原子核是高度浓缩质量和集中能量的旋涡体，尤其不稳定的放射性重原子核可释放出巨大能量，即原子能。磁、电、光、热等场物质是能量释放较彻底方式，如果实物能全部转化为场物质，且能利用场物质推动机械运动的话，那么就可获得高效率的能源。但《论“基本粒子”基础问题》一文指出外力作用物体所产生的加速度随速度提高而减弱，又影响其高效应用，即直接用光、热推动机械运动是很困难的。而电力磁浮采用的是将机械列车与轨道之间去掉轮子，换上磁场斥力使列车与轨道脱离开来，再用磁场间斥力推动列车运行。类似这种能量较彻底释放方式的技术开发和应用，有着巨大的潜力，也许成为未来能量释放的重要手段方法。
    电力传输能量方便，用热力带动发电机的热电站相当普遍。为了使电力传输过程能量损耗减少，常采用高电压小电流传输而采用升压变压器，而到用户单位时降到正常电压和电流，供用户使用需采用降压变压器。有时为了特殊需要再变压到更小电压，如各种电器设备所需整流器的变压器。变压器通常是用一定形状的强磁铁磁材料片重叠（避免涡流热损耗）作为磁芯，在其周围绕有正付线圈，磁芯大小、导线粗细和线圈的匝数比例不同则构成各种各样变压器。但不管那种变压器只对交变电流和电压才能有效地变压。总之，磁性应用技术十分广泛，除机电设备中发电机、电动机、变压器、继电器、仪器仪表等应用外，还有如粒子加速器、核磁共振、热核聚变控制、磁悬浮交通工具等高新技术上的应用。
    人类利用水能的历史较早，古代就利用水力推动轮机带动磨盘加工粮食，近代则利用河水落差带来的能量推动轮机转动，把机械动能转化为电能，是水能利用的主要途径。世界可供利用的水资源的一年发电量约１０万亿度，如果全部开发，可以解决七分之一的能源需要。中国地域广阔，江河纵横交叉，地势与地质较优越，具有丰富水力资源，可开发水力资源的年发电量达１．９万亿千瓦，居世界之首。如三峡水电工程建成后总装机容量可达１７６８万千瓦，年发电量达８４０亿度。水能在现代能源结构中居第四位，它与石油、煤炭、天然气等相比，具有再生性能源，运输成本低，不污染环境，兼顾蓄水、防洪、灌溉等综合利用和保护改善自然生态环境等许多优点。
    海洋蕴藏着巨大的能源，除了海洋底石油、天然气和煤炭等重要矿藏外，海洋本身呈现的潮汐、海洋波浪、海水温差、海水盐度差等多种能量形态。估计海洋潮汐能为３０亿千瓦，海洋波浪能为７００千瓦，海水温差能为５００亿千瓦，海水盐度差能为３００亿千瓦。这类能量蕴藏量大，取之不尽且可再生，无污染。但不足之处是能量密度低，要到汪洋大海中取能，技术复杂，开发投资大，从而应用受到极大限制。潮汐能是利用太阳和月球对海洋引潮力，使海洋水周期性涨落，可用此涨落所产生的能量来发电。波浪能是利用海洋波浪起伏动能来作动力，即利用波浪上下垂直运动来推动一个类似倒立打气筒的活塞，活塞外是浮筒，当活塞处波谷时体积增大室内气压低于外界而产生向里的气流推动涡轮机来发电的。
参考文献:
1,<物性理论及其工程技术应用> 陈叔瑄著  香港天马图书有限公司2000年出版
2,<物性论-自然学科间交叉理论基础>  陈叔瑄著  厦门大学出版社1994年出版
3,<思维工程-人脑智能活动和思维模型>  陈叔瑄著  福建教育出版社1994年出版