中国科学院工程热物理研究所先进压缩空气储能成果喜获北京市科学技术一等奖

2月27日,北京市科学技术奖励大会在北京会议中心顺利召开,北京市委书记郭金龙、市长王安顺等北京市委、市政府领导出席会议并为科技获奖代表颁奖。副市长张工宣读了关于2014年度北京市科学技术奖励的决定,王安顺市长发表讲话并向获奖人员辛勤工作取得的成果致以崇高敬意和热烈祝贺。本次奖励大会获奖奖项共计220项,其中一等奖30项,二等奖60项,三等奖130项。

垃圾填埋气综合利用——中国科学院工程热物理研究所填埋气综合利用研究硕果累累

城市垃圾填埋处理是当前世界各国垃圾处理的主要方式，对填埋中产生的填埋气进行综合处置、利用则是国际关注的节能减排课题。中国科学院工程热物理研究所依托学科及团队优势，自1997年起，对垃圾填埋气的综合处置、利用开展了10余年的系统研究和应用开发，形成了一批专利成果，成功研究发明出具有自主知识产权的填埋气焚烧火炬和填埋气发电机组，相关技术已分别达到国际领先、国际先进水平，不仅实现了重大环保设备的国产化，推进了国家环卫行业的技术进步，而且为实现我国节能减排目标和实现“绿色北京、绿色奥运”做出了贡献。

复兴路上的科学家精神:新时代·新青年——中国科学院工程热物理研究所吴仲华高效低碳燃气轮机科技攻关青年突击队:聚成一团火,点亮燃气轮机自主研发的方向

中国科学院工程热物理研究所吴仲华高效低碳燃气轮机科技攻关青年突击队(以下简称“突击队”)共36人,平均年龄35.6岁,其中中共党员22人;突击队的攻关任务为燃气轮机大科学装置和低碳燃烧室关键技术。突击队以中国科学院院士吴仲华冠名,时刻牢记“爱国奉献、开拓创新、追求真理”,旨在传承老一代科学家精神、践行新时代科学家精神。

荣获中国机械工程学会科技成就奖的中国科学院学部委员

在1986年召开的中国机械工程学会第五届全国代表大会上,有6名学者荣获中国机械工程学会科技成就奖,他们是:中国科学院学部委员吴仲华、沈鸿、孟少农、周惠久、陶亨咸、雷天觉(以姓氏笔划为序)。会上,表彰了他们对我国机械工业和科技方面作出的重大贡献,并向他们颁发了金质奖章和证书。这是中国机械工程学会的最高奖励。

全面实施科研财务助理制度的思考和建议——以中国科学院G研究所为例

科研财务助理制度是深入实施科技领域“放管服”改革的一种富有我国特点的科研管理创新制度,主要用于解决经费管理复杂、报销程序烦琐、科研人员无法集中精力从事科研工作的问题。文章从梳理我国科研财务助理制度的要求出发,以中科院G研究所为例,总结了科研财务助理制度在实施过程中的经验和不足,并提出了组成人员稳定、服务专业、发展有序的科研财务助理队伍的建议,以供参考。

2023年中国储能技术研究进展

本文对2023年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,在综合分析的基础上,总结得出了中国储能技术领域的主要进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、储能新技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2023年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均取得了重要进展,保持了全球基础研究、技术研发和集成示范最为活跃的国家地位,中国在储能领域发表SCI论文数、申请专利数、装机规模继续保持世界第一。展望2024年,中国储能技术有望继续高速发展,同时总体上需要向高质量发展转变。

光热协同甲醇水蒸气重整制氢实验和微观机理研究

针对太阳能光热化学甲醇重整制氢中光热耦合效应及微观机理尚不清楚的问题,采用光热化学和热化学反应对比的研究方式,与微观实验相结合,研究了光热化学甲醇重整中光和热的耦合效应,探究了光和热在微观产物转化中的反应路径。研究结果表明:在较低温度下,光对氢气产率的提升具有促进作用,当其与热化学达到相同氢气产率时,光热化学反应温度降低,造成这种现象的原因是光促进了水的分解、吸附态HCOO*的生成以及碳酸盐的分解,其中水在反应中的作用通过不同水醇比的实验得到了进一步验证;随着温度的升高,固定辐照度下光的促进作用逐渐降低,这是因为光对碳酸盐物质分解的促进作用随温度升高而减弱。研究阐明了光和热的耦合效应,分析了对应的微观机理,为理解光热协同机理提供了理论基础。

60 t/h煤粉预热燃烧锅炉宽负荷运行特性研究

为满足国家“双碳”目标下煤炭清洁高效利用领域的迫切需求,在工业锅炉、电站锅炉等领域开发了煤粉预热燃烧技术。煤粉先进入流态化预热燃烧器中高温改性,再进入锅炉炉膛分级配风燃烧,从而实现了煤高效、低氮燃烧,并在1台60 t/h煤粉锅炉上进行了技术验证。锅炉侧墙对冲布置了2只预热燃烧器,单只预热燃烧器设计热功率为26 MW,以烟煤为原料,在10%~100%负荷范围开展了6个不同负荷的锅炉运行特性和NOx排放特性试验研究,结果表明:该锅炉在各负荷下运行状态稳定、良好,无助燃条件下实现了10%超低负荷稳定运行;预热燃烧器各参数合理、循环状态稳定,满足锅炉宽负荷的运行要求;负荷下锅炉燃烧效率均在97%以上,10%、20%负荷下锅炉热效率大于85%,30%及以上负荷锅炉热效率均在90%以上;通过调整配风,锅炉各负荷下NO_(x)原始排放均低于50mg/m^(3)(φ(O2)=9%)。60 t/h煤粉预热燃烧锅炉的成功示范,为煤粉高效清洁灵活燃烧技术的发展和应用提供了重要支撑。

亚声速可压缩流场叶片边界层热线测速方法研究

为了能够开发一种简单有效的亚声速可压缩流场叶片边界层速度测量方法,从而为叶型设计和相关数值研究工作提供支撑,本文围绕热线风速测量技术,针对可压缩流场密度变化对热线标定结果的影响,以及实际测量中速度、密度耦合而无法直接获取的问题,通过理论分析,提出了适用于边界层测量的恒定压力热线标定方法和引入叶表稳态静压进行速度解耦的方法,并对所提出方法的主要误差进行了分析评估。在此基础上进行了热线标定和边界层速度测量试验验证,明确了恒定压力热线标定数学模型系数随压力的线性变化规律,同时针对温度非线性影响提出了一种基于过热比调整的修正方法,该方法能够将约13℃的温度偏差对热线电压的影响降低到1%以内,进一步简化了恒定压力热线标定流程,结合基于叶表稳态静压的速度解耦方法,为亚声速可压缩流场叶片边界层瞬态速度测量提供了一种简单可行的高频响测速方法。

竖直波纹流道内超临界氮气流动与传热研究

本工作开展了不同质量流速[G=200~400 kg/(m^(2)·s)]、热流密度(q=200~400 kW/m^(2))和系统压力(P=5~7 MPa)对超临界氮气在竖直波纹流道内流动与传热特性影响的研究,分析了局部对流换热系数和周期平均对流换热系数分布特性,结合场协同原理和浮升力效应分析不同竖直流向之间对流换热系数差异产生的主要原因。结果表明,波纹周期内局部对流换热系数存在波动;周期平均对流换热系数能更好地反映超临界氮气在流道内的整体流动换热特性。提高质量流速可以显著增强换热,削弱流向对换热系数的影响;增加热流密度会降低流道内换热系数,强化流向对换热系数的影响;系统压力接近临界压力会提高流道内换热系数峰值,不同流向换热系数差异受系统压力影响较小;波纹流道内不同流向对流换热系数差异主要是由浮升力效应和场协同效应共同影响产生的。

基于圆柱封装单元的水合盐相变储热填充床的储释特性实验研究

水合盐相变储热技术具有储热密度高、成本低等优势,在清洁供暖中具有广阔应用前景。本研究设计并搭建了以三水合乙酸钠作为储热材料,以圆柱形相变材料封装单元作为基础单元的填充床相变储热装置。通过实验研究填充床储热装置的运行特性,研究了流量和储热温度对装置的储释热用时、出口温度、热效率及储热密度的影响。实验结果表明:提高储热温度和增大流量可缩短储热用时、提升热效率和储热密度。储热装置的热效率可达94.73%,储能密度可达71.77 kW·h/m^(3)。

基于响应曲面法的交错肋换热特性研究

为了深入了解交错肋进口雷诺数在104量级的换热特性,研究了肋倾角、肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋换热特性的影响。基于响应曲面法建立了交错肋回归模型,对数值模拟结果进行分析。研究发现各因素对交错肋换热性能的影响力为:肋倾角>肋宽与肋间距比>进口雷诺数。肋倾角减小,交错肋平均努塞尔数先增大后减小,肋倾角在30°~40°时平均努塞尔数出现极大值,肋倾角太小不利于换热。肋倾角每减小25°时,交错肋流阻系数平均增大10倍;当肋倾角增大时,交错肋流阻系数极大值向低雷诺数方向移动;当肋倾角大于35°时,肋宽与肋间距比和进口雷诺数对交错肋流阻系数影响较小。进口雷诺数与交错肋换热性能参数均呈正相关。交错肋在大肋宽与肋间距比、小肋倾角时的换热能力更强;在大肋宽与肋间距比、大肋倾角时的综合流动传热性能更好。

旋转热管砂轮冷凝端单翅片对流换热仿真研究

为优化旋转热管砂轮冷凝端结构,在冷凝端添加翅片,增大散热面积,实现有效散热,从而提高换热能力。应用FLUENT软件对旋转热管砂轮冷凝端单翅片进行对流换热仿真研究,通过建模分析翅片高度、翅片厚度、冷风条件、转速对冷凝端换热性能的影响。研究表明,当翅片高度为6 mm,翅片厚度为1 mm时,冷凝端外壁面的平均对流换热系数最大,平均温度最低。当冷风压力为0.6MPa时,冷凝端换热性能较好。随着旋转速度的加快,冷凝端外壁面平均对流换热系数增大,表明换热能力不断提高。仿真研究结果为旋转热管砂轮冷凝端结构优化及后续磨削试验提供了参考,具有较高的实际工程应用价值。

2022年中国储能技术研究进展

本文对2022年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,总结了2022年中国储能领域的主要技术进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2022年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均有重要进展,中国已成为世界储能技术基础研究、技术研发和集成应用最活跃的国家。

工程热物理所风电复合材料叶片结构研究获进展

近年来,随着风电叶片尺寸的不断增大,复合材料叶片的结构强度和破坏问题愈发重要。为了减少叶片局部屈曲、叶根过渡段失效、承力梁帽分层等破坏模式对叶片结构安全性和可靠性带来的潜在威胁,中国科学院工程热物理研究所研究人员在不损失叶片气动性能的前提下,提出了大厚度钝尾缘叶根、大厚度叶中、阶梯厚度承力梁帽等创新结构设计概念;并利用非线性有限元数值分析方法和全尺度叶片弯曲承载力破坏试验,系统地分析了新型叶片在极限弯曲荷载下的结构响应特征,

工程热物理领域近期研究热点及态势分析

采用文献计量学方法对26种工程热物理领域重点刊物近5 a的文章进行分析,从年度发文情况、作者国别分布、作者合作情况、基金资助情况总结了该领域研究的基本态势,并对最近研究热点进行了总结。将近5 a 26种期刊的研究中心分为A、B、C、D、E 5个子聚类,即从5个维度分析工程热物理领域的研究热点,得到了5个研究热点。工程热物理领域研究热点可以总结为能源动力视角下的工程热物理相关的理论性研究,生物能源等新能源的获取、利用与评估等相关研究,节能储能等提升能源效率的方法和新型算法,微尺度的热物理材料的开发与利用以及工程热物理的社会化应用。

MW级大储能量飞轮轴系结构力学及动力学研究

当前,对于高功率大储能量飞轮储能系统的仿真和实验研究还不够充分,本工作主要针对MW/100 MJ级飞轮储能样机展开。比较分析了内置式和表贴式两种结构飞轮电机转子的结构力学,比较了不同动平衡块材质对应力及形变的影响,并开展了轴系的动力学特性分析。对飞轮样机开展了实验测试,验证了系统的稳定性。数值计算结果表明,表贴式结构形式可以使电机硅钢片应力显著降低,但是通常这种结构需要在硅钢片外缠绕碳纤维加强层,以确保运行时磁钢不会因为离心力与硅钢片发生分离。动平衡块材质为不锈钢时的应力值相较于动平衡块为铝合金时提高了45%以上。对轴系进行了动力学特性分析,在工作转速下存在着1300 r/min和4200 r/min两个刚性振型,分别为平动和锥动。测试运行中,飞轮轴系在1300 r/min出现振动峰值,证明了数值仿真计算的准确性。但是数值仿真中的4200 r/min临界转速(锥动)在实际运行中并未出现明显峰值,在本工作的轴系结构中,相较于锥动,平动振型更容易被激发。

工程热物理学科中的若干解析解

介绍了蔡睿贤给出的工程热物理学科中典型的2组基本方程的解析解,即完全气体无粘可压流动的显式解析解和球体内不定常非Fourier导热的一维代数显式解析解.应用加法分离变量法。

热力循环——工程热力学的一个永恒研究方向

概述了上世纪热力循环研究的传统思路与主要内容 ,论述了新世纪热力循环研究的前沿与热点。鉴于热力循环对热力学和动力机械发展的重要意义以及工程热力学主要研究对象仍在能源动力领域 ,强调指出热力循环是工程热力学的一个永恒研究方向。

基于Damköhler数的支板稳定器贫油熄火分析方法研究

稳定器的贫油熄火边界预测对于燃烧室的设计具有重要意义。本文开展了支板稳定器的贫油熄火试验,得到了来流温度473~623 K,空气流速在60~130 m/s下的贫油熄火边界。通过数值模拟得到燃烧室的反应场和流场分布,分析了近熄火和稳定燃烧工况时Damköhler数的分布特性。结果表明,流动时间尺度在不同燃油流量下变化不大,化学时间尺度随燃油流量的降低而增大,在近熄火时,Damköhler数大于1的区域为两条明显的带状分布,仅在剪切层保持较高水平,回流区难以加热剪切层的新鲜混气,导致最终熄火;基于CO质量分数确定的关键反应区与实际火焰具有较好的一致性。不同熄火工况下反应区内的平均Damköhler数在1左右波动,最大误差22%,证明基于Damköhler数的贫油熄火分析方法能够揭示贫熄特征,为解决实际熄火预测提供基础。