一三五专栏
十三五规划重点发展方向
中科院重大科研任务
国家973计划课题
所长基金
规划实施动态
科技布局与战略重点
创新2020发展规划总体战略
科研机构
国家能源风电叶片研发(实验)中心
能源动力研究中心
轻型动力实验室
循环流化床实验室
分布式供能与可再生能源实验室
储能研发中心
传热传质研究中心
工业燃气轮机实验室(筹)
 
您当前所在位置:首页>活动专题>一三五专栏>十三五规划重点发展方向
研究所“十三五”重点培育方向之“超强换热方向”介绍
发稿时间:2016-08-11         作者:淮秀兰          来源:传热传质研究中心     【字号:

  一、超强换热方向简介 

  超强换热方向以微槽群复合相变冷却技术、高强度热压转换传热技术以及高效紧凑式换热器技术为技术突破口,以超临界二氧化碳循环发电系统研究为应用支点,实现技术原始创新和应用系统集成,致力于解决各种超强换热技术的应用难题,服务国家节能减排战略需求。 

  主要研究内容包括:针对超临界二氧化碳发电系统、大功率LED照明与电力电气设备、超高速飞行器及雷达和微小型燃气轮机等领域的超强换热技术需求,开展微槽群复合相变强化传热机理及关键技术研发,以及在大功率LED照明及电力电气设备中的应用研究;开展热压转换传热的基础研究,以及在雷达散热/高速飞行器热防护中的应用研究;开展新型高效紧凑式换热器关键技术研发、样机研制,以及在微型燃气轮机和超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的应用集成研究。 

  二、 “十三五”期间的发展方向和工作设想 

  1.超临界二氧化碳循环发电系统 

  小型模块化反应堆是一种新型核能利用形式,具有安全、灵活、经济性好等优点,在核电行业被寄予厚望。超临界二氧化碳发电系统属于动力系统的一种,具有热效率高、结构紧凑、资源依赖性小等优点,是国际公认与小型模块化反应堆匹配的最佳热力发电系统。该方向将围绕兆瓦级超临界二氧化碳铅快堆核电机组的研发,集中科研力量攻克兆瓦级超临界二氧化碳发电系统制造的核心技术,重点开展超临界二氧化碳循环发电系统设计及优化工作,完成近临界压缩机、超临界透平以及回热器等关键部件研制工作,建设配套部件实验台,通过完成相应的部件研发与实验,实现整机集成及示范运行,通过争取国家级重大科技计划项目和扩大社会融资,推进超临界二氧化碳循环发电技术实现产业化。 

  2.微槽群复合相变冷却技术 

  随着电子器件的功率与集成度的提高,其发热强度增大的趋势迅猛,热管理成为制约行业发展的瓶颈问题,发展先进冷却与节能技术刻不容缓。微槽群复合相变冷却技术具有单位面积取热能力强、温度控制能力出色、无功耗、加工成本低等特点,在LED照明、电力电子、电动汽车等领域具有广泛的应用前景。“十三五”期间,该方向将深入研究微槽群复合相变强化传热机理,创新发展微槽群复合相变强化传热理论体系;研发高功率密度LED照明集成热管理及整灯关键技术;研发大功率电力电子设备热管理与节能关键技术;研发电动汽车热管理关键技术;开拓LED照明和电力电子设备的专业领域市场,以最大化发挥技术优势,进行高效率和高收益的产业化应用。 

  3.高强度热压转换传热技术 

  热压转换传热技术是通过封装在密闭回路中的传热介质进行热量传递,利用该技术可以制造出体积小、重量轻、适应性好的产品,满足小空间大热流、高热流密度散热、多热源耦合及高重力过载需求,其应用包括航天器及高超声速飞行器的热防护、数据中心超级计算机冷却等。该方向需要继续开展热压转换传热基础研究,重点通过可视化实验和脉冲加热实验探明高强度压力波的产生过程和热压转换效应占总热量传递的比例,研究新型传热器件的设计准则。重点推进在电力电子器件热管理、雷达散热及飞行器热防护中的应用研究,在部分领域实现产业化。 

  4.高效紧凑式换热器技术 

  作为热量传递的通用设备,换热器广泛应用与石油化工、能源动力(核能、太阳能、蒸汽动力循环、燃气动力循环)、空调制冷以及余热利用等领域,其综合性能(包括换热效率和紧凑度等指标)的好坏直接影响系统性能和能源利用效率。该方向主要围绕换热器在能源动力系统中的应用,重点开展微小型燃气轮机高效紧凑式回热器和超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统新型印刷电路板换热器(PCHE)研究,开发新型高效紧凑式换热器热工水力特性计算方法,掌握高效紧凑式换热器设计与优化关键技术,创新复杂流道结构换热器的加工工艺,突破高效紧凑式回热器和印刷电路板换热器(PCHE)制造关键技术,并在微小型燃气轮机和超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中进行应用测试验证。 

  到“十三五”末期,超强换热方向预期目标为:建成兆瓦级超临界二氧化碳循环发电系统样机,完成超临界二氧化碳发电系统的示范运行;实现微槽群复合相变冷却技术在千瓦等级LED照明及兆瓦级电力电气设备中的产业化应用;揭示热压转换传热机理,形成热压转换传热器件的制造工艺,并实现其在雷达热管理等方面的应用示范;形成具有自主知识产权的高效紧凑式换热器设计技术,完成兆瓦级换热器研制,实现其在燃气轮机和超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中的集成与应用。 

  三、近期工作进展和重要成果 

  1.超临界二氧化碳循环发电系统 

  完成了基础调研工作,发布了可行性研究报告,与合肥市政府及开发区签署了战略合作协议。正在集中科研力量攻克兆瓦级超临界二氧化碳发电系统核心技术。已经基本完成兆瓦级超临界二氧化碳系统的基础研究工作,如系统参数的优化和设定、循环的布局设计等,正在开展系统关键部件的研制工作,包括近临界压缩机、超临界透平、回热器等。 

  2.微槽群复合相变冷却技术 

  2016年,该方向争取到中国科学院重点部署项目“璀璨行动”计划项目2项、企业项目4项。LED照明方面,多COB集成光源300W LED诱鱼灯项目,经过多次海试,捕鱼量都有大幅提高,节能效果显著。于20166月接受央视《走近科学》栏目专访,在业内引起强烈反响。根据海试数据反馈,新一款的诱鱼灯正在设计之中,预期各方面效果会有进一步的提升。 

  电动汽车热管理方面,“车用电池管理系统及电池组技术”院知识创新工程重要方向项目,电池包电池成组微槽群热管理系统装置顺利通过验收测试,各项温度指标均满足要求。经多次实验改进,该装置已趋于成熟,相关成果已经成立合资公司,目前正积极进行量产化准备,相关生产设备正在研发设计之中。 

  3.高强度热压转换传热技术 

  2016年争取到科技部重大国际合作项目1项,企业合作项目1项。在国际上率先开展了高强度热压转换传热技术研究,已针对该技术与装置进行了大量的实验研究和理论分析,并建成了基础研究实验台和可视化实验台。建立了液态金属工质充装平台,掌握了充装工艺;搭建了小型高温热风洞试验台,形成了1400℃以上高温实验能力。基于CFD方法和工质热物性数据开发了计算程序,通过数值模拟,研究了压力波的形成、传播和耗散的非线性演化过程。 

  4.高效紧凑式换热器技术 

  2016年,该方向争取到国家自然科学基金,中科院创新基金以及其他多项相关项目。已掌握微型燃气轮机回热器复杂流道的三维建模与数值模拟方法,完成了基于微型燃机烟气物性的数值仿真工作;掌握了高效紧凑式回热器设计方法,完成了其在30KW微型燃气轮机上的应用设计,加工企业已落实。印刷电路板换热器(PCHE)方面:完成了PCHE不同复杂流道结构的数值仿真,确定了流道结构的最佳布局与几何参数;完成了MWPCHE结构设计,明确了切实可行的加工工艺,加工厂家也已落实;完成了PCHE部件性能验证试验平台设计。 

 
评论
相关文章