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2017年天津市一等奖项目简介-大梯度余热能回收的高效底循环匹配理论及方法【自然科学一等奖】

日期:2018-07-13 作者:刘涛 浏览:


项目属动力工程技术领域。内燃机节能是国家节能环保的重大需求,作为国民经济的主导动力装备,内燃机消耗了石油总量的60%,造成了25%的人为CO2排放。在内燃机节能技术中,余热能回收被国际上公认为具有最大的节能潜力,但内燃机余热具有多温区、大梯度、瞬变脉动的特征,探索与之相适应的高效底循环回收技术是世界级热点难题。项目组通过研究提出了大梯度余热高效匹配的新理论新方法,实现了余热高效回收和有效利用。主要发现点有:

1)揭示了工质热物性与循环性能和特征热源的匹配机制。发现工质临界参数、分子结构等物性与循环效率等综合性能的关联规律,提出了“利用物化特性主动设计匹配工质”的工质设计新方法。阐明了CO2工质近临界区-超临界区物性与内燃机余热特征的匹配规律,提出CO2基/高温烃混合物的新工质,解决了传统工质高温不稳定、无法匹配大梯度余热的问题。

2)提出了大梯度余热分区梯级利用的复叠式循环匹配理论。发现按热源品位分区设计循环可有效匹配大梯度余热、实现按质用能的现象,构建了高温朗肯、高温热电材料分别耦合有机朗肯的复叠式循环模式,阐明了复叠式循环的多参数协同机制,提出了高效复叠循环模式的耦合设计理论,系统效率高于报道的国际最好水平,较好地解决了传统循环模式适应温区窄的问题。

3)建立了底循环余热回收系统运行性能的有效评价理论。提出了基于“设计域-运行域-控制域”的全工况综合性能评价方法,涵盖了设计阶段的系统稳态性能评价,运行阶段的系统动态特性评价,以及在工况瞬变条件下对系统的响应和控制品质评价,解决了传统评价方法比较片面、无法涵盖全工况性能的问题。

8篇代表作中7篇入选ESI top1%高被引论文,被SCI他引538次。成果被43个国家的800多位学者(含8名中外院士和18位国际期刊主编)在51种国际期刊上进行了引用和评述,以“内燃机余热”关键词在Web of Science检索近五年论文,天津大学列全球第一。项目引领了余热能回收理论的发展和进步。

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