科研部门

传热传质研究中心

  研究领域

  以超强换热为主线,开展新型高效紧凑式换热装备、先进热管理技术与材料及测量新技术研发,超临界二氧化碳(SCO2)透平发电系统研发和高强度传热基础理论和关键技术研究,以及微槽群复合相变热管理与节能技术研究与应用等。

  研究方向

  1.超强换热技术研发:适用于SCO2发电及燃气轮机间冷与回热的新型高效紧凑式换热器、涡轮叶片表面温度非接触式测量、电子信息热管理技术与材料、高效余热利用及新型热化学储能技术;

  2. SCO2布雷顿循环发电技术:超临界透平、超高压密封、高速电磁轴承、控制系统等关键技术与系统集成技术研究开发;

  3.高强度传热基础理论和关键技术研究:热管及热压转换、相变传热智能调控、微纳米材料热物性测量等核心技术的基础研究及产业化应用;

  4.微槽群复合相变热管理与节能技术研究与应用:微纳槽群复合相变强化传热机理研究、LED照明节能关键技术研发与应用、大功率高密度电子和光电芯片热管理关键技术研发与应用。

  人员组成

  现有研究人员32人,其中正高级岗位人员3人,副高级岗位人员14人;在站博士后7人,在读研究生27人。

  2020年项目情况

  2020年度在研项目34项,新争取各类项目15项,其中包括中科院重点部署项目1项、国家重点研发项目3项、民机专项1项、空装预研项目1项、中科院STS项目1项、国家自然科学基金8项、北京实培计划1项、企业委托项目18项。结题并通过验收项目9项(包括国家重点研发计划2项,国家自然科学基金项目5项,总装探索项目1项,中科院STS双创项目1项)。

  2020工作进展与主要成果

  在高效紧凑式换热器方面,完成“双回路全温全压SCO2换热器综合测试平台”改造与多台样机长期稳定运行测试;完成了新翼型换热器性能测试;完成300KW级燃机回热器整机的设计、制造,以及与燃气轮的安装及冷热侧联调。

  在热化学储能技术方面,建成了中高温和低温热化学储能性能测试平台,研制了适合高温蓄热的钙基中空纳米棒、适合中温蓄热的镁基复合材料、适合低温蓄热的水和盐复合材料以及磷酸铝分子筛等系列高质稳定热化学储能材料;设计完成了10kW级开式谷电蓄热供能系统实验平台。

  在电子信息热管理方面,研发出系列先进高效热界面材料,热导率≥30 W/m.K,并实现产业化量产。研发出极限传输功率850W的超导系列均热板和极限传输功率500W的超导环路热管。

  在先进非接触测量方面,建立了多叶片复杂辐射环境模拟试验台,最高加热温度1300℃;改进了光纤比色测温系统探头,测试结果表明技术指标满足任务书要求。提出了多用途自校正多光谱测温技术,获得了院仪器研制项目支持。

  在SCO2布雷顿循环发电技术方面,完成了改进型两级离心压缩机的加工和性能测试,解决了轴向力及密封难题,最高压比达到2.26,出口压力17MPa,稳定运行超过50小时,具备了工程应用条件;完成了两级向心式膨胀机加工和装配;完成了MWe级示范机组DSC组态和控制系统软硬件开发;完成了MWe级示范机组施工方案的设计、校核和评审,正在进行施工。完成了3MWe、10MWe级机组设计,对50MWe机组进行了预研。

  在高强度传热基础理论和关键技术研究方面,建成100kW级聚光光伏冷热电联供系统示范项目,发电效率26%、总能利用率75%;完成基于热管阵列技术的低温烟气余热利用示范项目的建设,实现示范机组的多参数耦合动态精确调控运行;成功研制出应用于高超声速飞行器前缘的防隔热+热疏导复合热防护系统,实现了2300K、3kW、80W/cm2以上热负荷的防护能力,达到国际领先水平。

  在微纳槽群传热机理研究方面,自组装高性能碳纳米管、氧化石墨烯等沸腾强化表面,探究了纳米流体、电水动力学(EHD)效应和铁磁流体动力学(FHD)效应强化热沉内的润湿与传热机理。

  在LED照明方面,承担国家重点研发计划项目“高效高可靠LED灯具关键技术研究”,开展低膨胀系数高热导率基板与微槽群热沉相结合的光热一体化技术的研究,将基板到散热器肋热阻降至0.006 ℃/W,1000W微槽群散热器重量减至7.6 kg,达到项目结题指标;LED灯具相关应用示范累计16项,累计创造经济效益超8.3亿。

  在大功率电子、光电芯片热管理方面:研发出10kW超算中心高性能服务器芯片微纳槽群集成热管理系统,单芯片250W功耗时,芯片温度小于70℃;冷却系统能源使用效率PUE≤1.07。

  年度发表论文41篇,其中SCI收录29篇、EI收录12篇;申请专利23项,授权专利19项。

  主 任:淮秀兰