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

項(xiàng)目一、高超聲速轉(zhuǎn)捩邊界層氣動(dòng)加熱機(jī)理研究

高超音速飛行器是本世紀(jì)正在研發(fā)的前沿科技新項(xiàng)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(dá)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(jī)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(tuán)隊(duì)在高超聲速轉(zhuǎn)捩邊界層氣動(dòng)加熱機(jī)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(píng)價(jià)了該項(xiàng)工作，認(rèn)為其構(gòu)建了氣動(dòng)加熱新原理，對(duì)于改進(jìn)高超飛行器的設(shè)計(jì)，提高其安全性具有極為重要的意義。一般認(rèn)為高超聲速邊界層中的氣動(dòng)加熱來自于壁面摩擦力的剪切做功，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)并結(jié)合理論和計(jì)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(huì)在轉(zhuǎn)披前期產(chǎn)生劇烈的氣動(dòng)加熱，其大小可能超過完全湍流狀態(tài)下的氣動(dòng)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(dòng)中，脹壓做功特別是脹壓粘性系數(shù)的作用不可忽視，準(zhǔn)確評(píng)估其大小對(duì)于高超轉(zhuǎn)披的理論分析和計(jì)算建模具有極為重要的意義。

項(xiàng)目二、線性/非線性一體化相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)

無損檢測(cè)在現(xiàn)代工業(yè)中受到越來越廣泛的關(guān)注， 超聲檢測(cè)方法由于其適用性廣、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，一直以來是應(yīng)用最廣泛的無損檢測(cè)方法。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)速度快、效率高、缺陷檢出率較高、檢測(cè)方法靈活多樣以及適用于狹窄空間等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)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(cè)產(chǎn)品均采用線性超聲模式，只用單極向的負(fù)脈沖進(jìn)行發(fā)射。線性超聲對(duì)于微小缺陷，如裂紋、微孔洞的檢測(cè)結(jié)果不是非常理想。隨著 材料科學(xué)的發(fā)展，工程實(shí)踐中對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的要求也越來越高，尤其是對(duì)微小缺陷、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的檢測(cè)等需求對(duì)傳統(tǒng)超聲相控陣技術(shù)的檢測(cè)能力提出了挑戰(zhàn)，將非線性超聲檢測(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)了線性/非線性一體化的相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)，開發(fā)出具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的便攜式相控陣超聲檢測(cè)產(chǎn)品。測(cè)試結(jié)果表明，非線性相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)與線性檢測(cè)技術(shù)相比具有空間分辨力高、缺陷分辨力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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(cè)儀器。

項(xiàng)目三、連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)

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?xì)怏w的壓強(qiáng)和溫度提高十幾甚至是幾十倍。連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)一次點(diǎn)火、連續(xù)進(jìn)氣、連續(xù)排氣。連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、比沖大、小尺寸實(shí)現(xiàn)大推力、燃料流量大幅可調(diào)、可重復(fù)點(diǎn)火使用。使用連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī),可實(shí)現(xiàn)長巡航、高機(jī)動(dòng)、強(qiáng)突防、單級(jí)入軌、超聲速乃至高超聲速飛行。

連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)有如下可能的應(yīng)用：連續(xù)爆轟火箭式發(fā)動(dòng)機(jī)可用于各類運(yùn)載火箭、彈道導(dǎo)彈上。小型連續(xù)爆轟火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可用于變軌、姿控、再入上。連爆轟吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)上，可大幅減少壓氣機(jī)段數(shù)，減輕渦輪負(fù)荷，提高推重比。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年研究驗(yàn)證了概念的可行性、給出了三維燃燒波的結(jié)構(gòu)、驗(yàn)證了多波頭現(xiàn)象、提出并驗(yàn)證了無內(nèi)柱連續(xù)爆轟的可行性。研發(fā)團(tuán)隊(duì)自行設(shè)計(jì)了連續(xù)爆轟的燃燒室和與其配套的系統(tǒng)。經(jīng)過對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，一舉實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)行2秒，旋轉(zhuǎn)12000周的突破性進(jìn)展。

項(xiàng)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(gè)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(dòng)小等特點(diǎn)。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(qiáng)，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(diǎn)，使煙氣更早進(jìn)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(shí)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(dá)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(dá)106%。同時(shí)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(xiàng)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(jī)組，如火電廠、核電站、垃圾電站、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站等；已投產(chǎn)的濕冷機(jī)組，研發(fā)新一代空冷器，實(shí)現(xiàn)濕冷機(jī)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(jì)與研發(fā)的理論體系，增強(qiáng)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(jī)械、化工、紡織、建筑等。

該技術(shù)具有較強(qiáng)的先進(jìn)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(yùn)行過程中的廠用電消耗30%,緩解空冷凝器負(fù)荷容易受環(huán)境和氣候影響等問題，提高機(jī)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(duì)比較成熟，已完成空冷器傳熱優(yōu)化設(shè)計(jì)、新型空冷器模擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)計(jì)算和驗(yàn)證過程，并進(jìn)行長時(shí)間的測(cè)試與完善，后期將通 過建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成對(duì)新型空冷器實(shí)驗(yàn)階段的相關(guān)測(cè)試。

項(xiàng)目六、跨臨界C02熱泵機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(tuán)隊(duì)在對(duì)現(xiàn)有18kW跨臨界C02熱泵系統(tǒng)集成優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)上，開發(fā)了1MW跨臨界C02熱泵系統(tǒng)設(shè)備，對(duì)1MW跨臨界C02熱泵系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、設(shè)備選型、設(shè)備系統(tǒng)的集成、校核計(jì)算。對(duì)供暖系統(tǒng)進(jìn)行集成優(yōu)化。開發(fā)適用于大型跨臨界C02熱泵機(jī)組的滿液式蒸發(fā)器，使用膨脹機(jī)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(jī)組相比，跨臨界C02熱泵機(jī)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(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。與熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組相比，跨臨界C02熱泵機(jī)組使汽輪機(jī)高真空運(yùn)行，對(duì)電廠發(fā)電量沒有影響。在對(duì)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(jì)可行而且潛力巨大。

目前，MW級(jí)跨臨界C02熱泵技術(shù)相對(duì)比較成熟，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)樣機(jī)已經(jīng)建立，并進(jìn)行長時(shí)間測(cè)試與運(yùn)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。