天津大學科學技術發展研究院

2017年天津市一等獎項目簡介-大梯度余熱能回收的高效底循環匹配理論及方法【自然科學一等獎】

日期:2018-07-13 作者:劉濤 瀏覽:


項目屬動力工程技術領域。內燃機節能是國家節能環保的重大需求,作為國民經濟的主導動力裝備,內燃機消耗了石油總量的60%,造成了25%的人為CO2排放。在內燃機節能技術中,余熱能回收被國際上公認為具有最大的節能潛力,但內燃機余熱具有多溫區、大梯度、瞬變脈動的特征,探索與之相適應的高效底循環回收技術是世界級熱點難題。項目組通過研究提出了大梯度余熱高效匹配的新理論新方法,實現了余熱高效回收和有效利用。主要發現點有:

1)揭示了工質熱物性與循環性能和特征熱源的匹配機制。發現工質臨界參數、分子結構等物性與循環效率等綜合性能的關聯規律,提出了“利用物化特性主動設計匹配工質”的工質設計新方法。闡明了CO2工質近臨界區-超臨界區物性與內燃機余熱特征的匹配規律,提出CO2基/高溫烴混合物的新工質,解決了傳統工質高溫不穩定、無法匹配大梯度余熱的問題。

2)提出了大梯度余熱分區梯級利用的復疊式循環匹配理論。發現按熱源品位分區設計循環可有效匹配大梯度余熱、實現按質用能的現象,構建了高溫朗肯、高溫熱電材料分別耦合有機朗肯的復疊式循環模式,闡明了復疊式循環的多參數協同機制,提出了高效復疊循環模式的耦合設計理論,系統效率高于報道的國際最好水平,較好地解決了傳統循環模式適應溫區窄的問題。

3)建立了底循環余熱回收系統運行性能的有效評價理論。提出了基于“設計域-運行域-控制域”的全工況綜合性能評價方法,涵蓋了設計階段的系統穩態性能評價,運行階段的系統動態特性評價,以及在工況瞬變條件下對系統的響應和控制品質評價,解決了傳統評價方法比較片面、無法涵蓋全工況性能的問題。

8篇代表作中7篇入選ESI top1%高被引論文,被SCI他引538次。成果被43個國家的800多位學者(含8名中外院士和18位國際期刊主編)在51種國際期刊上進行了引用和評述,以“內燃機余熱”關鍵詞在Web of Science檢索近五年論文,天津大學列全球第一。項目引領了余熱能回收理論的發展和進步。

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