項目一、高超聲速轉(zhuǎn)捩邊界層氣動加熱機理研究高超音速飛行器是本世紀正在研發(fā)的前沿科技新項目，它又被稱作“近空間高超音速飛行器

項目一、高超聲速轉(zhuǎn)捩邊界層氣動加熱機理研究

高超音速飛行器是本世紀正在研發(fā)的前沿科技新項目，它又被稱作“近空間高超音速飛行器（NSHV）”。這種飛行器飛行高度可達離地面20?100km的大氣層空間，這一空間位于低軌衛(wèi)星軌道的下方、一般飛機的飛行高度的上方，包括大氣平流層、中間層和部分熱層，是尚待開發(fā)的近空間區(qū)域。

我研究團隊在高超聲速轉(zhuǎn)捩邊界層氣動加熱機理研究上取得突破，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在流體力學(xué)重要期刊 Physics of Fluids: Letters, J. Fluid Meeh., AIAA J.在國際上引起高度關(guān)注。國際學(xué)界高度評價了該項工作，認為其構(gòu)建了氣動加熱新原理，對于改進高超飛行器的設(shè)計，提高其安全性具有極為重要的意義。一般認為高超聲速邊界層中的氣動加熱來自于壁面摩擦力的剪切做功，技術(shù)團隊通過實驗并結(jié)合理論和計算方法，發(fā)現(xiàn)由包括脹壓粘性在內(nèi)的脹壓做功過程會在轉(zhuǎn)披前期產(chǎn)生劇烈的氣動加熱，其大小可能超過完全湍流狀態(tài)下的氣動加熱值，這一過程與由二次模態(tài)波引起的高頻壓縮——膨脹過程緊密相關(guān)。這一重要發(fā)現(xiàn)告訴人們，在高馬赫數(shù)流動中，脹壓做功特別是脹壓粘性系數(shù)的作用不可忽視，準確評估其大小對于高超轉(zhuǎn)披的理論分析和計算建模具有極為重要的意義。

項目二、線性/非線性一體化相控陣超聲檢測系統(tǒng)

無損檢測在現(xiàn)代工業(yè)中受到越來越廣泛的關(guān)注， 超聲檢測方法由于其適用性廣、綠色環(huán)保等優(yōu)點，一直以來是應(yīng)用最廣泛的無損檢測方法。相控陣超聲檢測技術(shù)具有檢測速度快、效率高、缺陷檢出率較高、檢測方法靈活多樣以及適用于狹窄空間等優(yōu)點，因而近年來在能源、航空、化工以及復(fù)合材料和焊接等無損檢測領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

目前所有的相控陣超聲檢測產(chǎn)品均采用線性超聲模式，只用單極向的負脈沖進行發(fā)射。線性超聲對于微小缺陷，如裂紋、微孔洞的檢測結(jié)果不是非常理想。隨著 材料科學(xué)的發(fā)展，工程實踐中對無損檢測技術(shù)的要求也越來越高，尤其是對微小缺陷、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的檢測等需求對傳統(tǒng)超聲相控陣技術(shù)的檢測能力提出了挑戰(zhàn)，將非線性超聲檢測技術(shù)應(yīng)用于超聲相控陣中是解決上述挑戰(zhàn)的一種途徑。

線性/非線性一體化相控陣超聲檢測系統(tǒng)采用反相脈沖發(fā)射技術(shù)和合成波束技術(shù)，在國際上首次實現(xiàn)了線性/非線性一體化的相控陣超聲檢測系統(tǒng)，開發(fā)出具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的便攜式相控陣超聲檢測產(chǎn)品。測試結(jié)果表明，非線性相控陣超聲檢測技術(shù)與線性檢測技術(shù)相比具有空間分辨力高、缺陷分辨力強等優(yōu)點。該產(chǎn)品的總體性能優(yōu)于國外目前在售的主流相控陣超聲檢測儀器。

項目三、連續(xù)爆轟發(fā)動機

爆轟是超聲速燃燒，與傳統(tǒng)的火箭燃燒室內(nèi)的等壓燃燒不同，爆轟燃燒是等容燃燒，能將可燃氣體的壓強和溫度提高十幾甚至是幾十倍。連續(xù)爆轟發(fā)動機燃燒室為同軸圓環(huán)腔，利用沿圓周方向超聲速傳播的爆轟波，可以實現(xiàn)一次點火、連續(xù)進氣、連續(xù)排氣。連續(xù)爆轟發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、比沖大、小尺寸實現(xiàn)大推力、燃料流量大幅可調(diào)、可重復(fù)點火使用。使用連續(xù)爆轟發(fā)動機,可實現(xiàn)長巡航、高機動、強突防、單級入軌、超聲速乃至高超聲速飛行。

連續(xù)爆轟發(fā)動機有如下可能的應(yīng)用：連續(xù)爆轟火箭式發(fā)動機可用于各類運載火箭、彈道導(dǎo)彈上。小型連續(xù)爆轟火箭發(fā)動機可用于變軌、姿控、再入上。連爆轟吸氣式發(fā)動機可用于巡航導(dǎo)彈、臨近空間飛行器。連續(xù)爆轟用于渦輪噴氣發(fā)動機上，可大幅減少壓氣機段數(shù)，減輕渦輪負荷，提高推重比。

研發(fā)團隊經(jīng)過多年研究驗證了概念的可行性、給出了三維燃燒波的結(jié)構(gòu)、驗證了多波頭現(xiàn)象、提出并驗證了無內(nèi)柱連續(xù)爆轟的可行性。研發(fā)團隊自行設(shè)計了連續(xù)爆轟的燃燒室和與其配套的系統(tǒng)。經(jīng)過對關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，一舉實現(xiàn)了連續(xù)運行2秒，旋轉(zhuǎn)12000周的突破性進展。

項目四、無焰燃燒冷凝鍋爐

無焰燃燒是近二十年國際燃燒領(lǐng)域發(fā)展的一種最新的燃燒方式，它的另一個名稱叫“溫和低氧稀釋”(MILD)燃燒。該燃燒是低氧、低溫(900-1200°C) 條件下的容積燃燒，具有無焰透亮、熱流分布均勻、燃燒噪音小及溫度波動小等特點。相比傳統(tǒng)的局部高溫有焰燃燒，低溫燃燒要求小得多的爐膛空間，故平均爐溫提高、輻射傳熱大大增強，熱利用效率顯著提高；非常重要的是它的污染物(NOx和CO等)排放幾乎為零！

無焰燃燒冷凝鍋爐采用世界領(lǐng)先的全預(yù)混MILD燃燒技術(shù)，使氣體燃料與空氣在燃燒發(fā)生前百分之百地充分混合，減少完全燃燒需要的過剩空氣，降低了空氣的需求量，并提高了排放煙氣的露點，使煙氣更早進入冷凝階段。

傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160-250°C，使得燃燃燒時產(chǎn)生的水(如CH4+2O2 —CO2+2H2O)在煙氣中處于過熱狀態(tài)的水蒸汽，隨煙氣從煙囪中流失，爐熱效率最高只能達到91%。而無焰燃燒冷凝鍋爐把排煙溫度降低到60°C左右，充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱，熱效率可達106%。同時在能量回收過 程中，由于上述無焰燃燒降低了有害氣體特別是氮氧化合物(<10ppm)的排放，緩解了環(huán)境污染的問題。

項目五、新一代空氣冷卻器的研發(fā)

該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：新建空冷機組，如火電廠、核電站、垃圾電站、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站等；已投產(chǎn)的濕冷機組，研發(fā)新一代空冷器，實現(xiàn)濕冷機組的空冷化改造；空冷設(shè)備生產(chǎn)廠家，可提供一套空冷器傳熱優(yōu)化設(shè)計與研發(fā)的理論體系，增強企業(yè)自主研發(fā)能力；其他空冷相關(guān)行業(yè)，如冶金、石油、機械、化工、紡織、建筑等。

該技術(shù)具有較強的先進性，與原有空冷系統(tǒng)相比， 新型空冷器設(shè)備投資減少20%,空冷效率可提高8%,減小空冷器散熱面積20%,減小真空系統(tǒng)體積30%, 降低空冷器運行過程中的廠用電消耗30%,緩解空冷凝器負荷容易受環(huán)境和氣候影響等問題，提高機組真空度，提高系統(tǒng)熱利用效率和發(fā)電效率。

目前，新一代空冷器優(yōu)化技術(shù)相對比較成熟，已完成空冷器傳熱優(yōu)化設(shè)計、新型空冷器模擬實驗的相關(guān)計算和驗證過程，并進行長時間的測試與完善，后期將通 過建立相應(yīng)的實驗平臺，完成對新型空冷器實驗階段的相關(guān)測試。

項目六、跨臨界C02熱泵機組

在我國熱電廠、鋼鐵、油田、化工等行業(yè)，余熱（廢熱）利用率低，循環(huán)冷卻水排放熱量巨大，將每年工業(yè)排放熱量折合標準煤約為70-114萬噸。如果將這些大量的低品位熱源通過熱媒增熱或升溫，用于生產(chǎn)、生活之中，高效、綠色環(huán)保的制冷工質(zhì)就是其技術(shù)關(guān)鍵所在。

技術(shù)研發(fā)團隊在對現(xiàn)有18kW跨臨界C02熱泵系統(tǒng)集成優(yōu)化計算的基礎(chǔ)上，開發(fā)了1MW跨臨界C02熱泵系統(tǒng)設(shè)備，對1MW跨臨界C02熱泵系統(tǒng)設(shè)備進行設(shè)計計算和圖紙設(shè)計、設(shè)備選型、設(shè)備系統(tǒng)的集成、校核計算。對供暖系統(tǒng)進行集成優(yōu)化。開發(fā)適用于大型跨臨界C02熱泵機組的滿液式蒸發(fā)器，使用膨脹機代替膨脹閥或噴射器，回收C02膨脹過程中損耗的能量

與普通濕冷機組相比，跨臨界C02熱泵機組將熱量回收再利用，將冷水加熱到90°C用于集中供熱，提高機組的熱經(jīng)濟性。與熱電聯(lián)產(chǎn)機組相比，跨臨界C02熱泵機組使汽輪機高真空運行，對電廠發(fā)電量沒有影響。在對老廠改造方面較簡單，只需要在電廠冷卻水管路上，外接取水管路即可。因此可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有的電廠中，經(jīng)濟可行而且潛力巨大。

目前，MW級跨臨界C02熱泵技術(shù)相對比較成熟，實驗室試驗樣機已經(jīng)建立，并進行長時間測試與運行，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了10kW和1MW跨臨界C02熱泵系統(tǒng)設(shè)備。