项目名称复杂空气分离类成套装备超大型化与低能耗化的关键科.docx

项目名称： 复杂空气分离类成套装备超大型化与低能耗化的关键科学问题 首席科学家： 起止年限： 依托部门： 谭建荣 浙江大学 2011.1 至 2015.8 教育部 浙江省科技厅 二、预期目标 总体目标 针对国家重大工程建设与重要工业生产对复杂空气分离类成套装备的重大战略需求，研究复杂空气分离类成套装备超大型化与低能耗化中的关键科学问题，揭示低能耗驱动大尺度混合流复杂界面形成规律，构建超大型化复杂空气分离类成套装备的多场耦合与多变量关联设计理论，探明高可靠性复杂空气分离类成套装备关键机组关键部机长寿命与稳定运行机理。在全过程大尺度混合流界面的能量迁移分析、多工况多参数多场耦合设计、多机组多部机寿命均衡设计与保质制造等方面取得源头创新成果，使我国复杂空气分离类成套装备超大型化与低能耗化研究达到世界先进水平。同时，为国家培养一批从事复杂空气分离类成套装备研究、设计与制造的青年学术带头人和研究骨干。 五年预期目标 在理论研究方面： 通过本项目研究，为 8~12 万等级复杂空气分离类成套装备设计制造的关键技术创新提供理论与方法支撑： 掌握临界和超临界状态空气物性参数，揭示空分成套装备内部多相流体 的非定常流动演化机理，探索非平衡状态下全过程大尺度混合流复杂界面的渐变形成规律； 揭示压缩机、膨胀机等高速透平转子系统在多场耦合作用下的非线性振 动特性与系统故障特征的映射关系，建立连续离散混合动力学系统统一表征理论，揭示空分成套装备机电、汽液、流固及热固多场耦合的作用机理与解耦机制。 掌握超大型空分成套装备多机组参数跨学科关联机理，揭示机组界面参数的相互作用及其传递规律，为空分成套装备多性能关联设计与工艺关联设计提供理论基础； 揭示复杂工况下超大型空分成套装备关键机组高可靠性长寿命机理；揭 示关键零部件多尺度高精度保质制造机理，阐明零部件质量特性与机 组、成套装备性能的映射规律，为超大型空分成套装备稳定可靠运行提 供理论与方法基础。 在工程应用技术方面: 在若干关键技术上取得创新和突破，使我国超大型、低能耗空气分离类成套装备研发水平跻身于世界前列，通过成果转化提高超大型、低能耗空气分离类成套装备的自主设计与制造能力。 实现 8~12 万等级复杂空气分离类成套装备自主设计，氧气纯度 99.6% 以上，适应 15%变负荷运行，外压缩流程单位氧产量电耗 0.365-0.38kWh。混合工质的摩尔组分数据精确到 0.1ppm，物性库计算值基本误差在 0.5%以内。 建立空分成套装备关键机组不同结构的流场分布模型；突破多轴齿式循环增压机、高强度特长特宽板翅式换热器等核心机组的关键设计技术， 形成多轴齿式循环增压机、大型低温透平膨胀机与离心增压机的热力性能、气动性能描述与动态仿真方法，实现高速透平机械能耗控制与性能预测； 实现高可靠性的空气分离类成套装备关键零部件多尺度高精度保质加 工与质量控制技术；创建空分成套装备核心零部件多源多工序质量诊断、控制与补偿方法体系。 构建超大型空分成套装备关键机组性能实验台，为空分成套装备关键机 组性能分析、状态监测、故障诊断与稳定运行提供实验依据。 在国内外重要刊物上发表论文 300 篇以上，其中 SCI/EI 收录 200 篇以上； 申请发明专利 20～30 项；形成一支具有国际影响的从事空气分离装备理论与技术研究的队伍，培养一批优秀中青年人才，包括站在国际前沿的学术带头人1～ 2 人，博士后、博士和硕士生 150 人。 三、研究方案 1、学术思路 设计制造需求空气分离成套装备超大型化适应节能减排需要的低耗化复杂工况极端使役条件下的高可靠性关键科学问题 设计 制造需求 空气分离成套装备超大型化 适应节能减排需要的低耗化 复杂工况极端使役条件下的高可靠性 关键 科学问题 低能耗驱动的大尺度混合流 复杂界面渐变形成规律 超大型化多机组多变量关联的 场分离与场耦合原理 高可靠性关键部机的寿命均衡设计与稳定运行理论 主要 研究内容 大尺度混合流与非定常流动界面形成规律 大型装备中动力学非线性耦合机理 复杂工况多机组多变量关联设计理论 多机组同步稳定与寿命均衡设计原理 关键部机高强度大构件保质制造技术 超大型空分装备性能实验、仿真与集成 全过程大尺度混合流界面的能量迁移分析理论 源头 创新成果 多工况多学科多参数耦合设计理论 机 械 、低温 、力学 、信息 、化工等领域综合交 叉 多机组寿命均衡设计与保质制造技术 空分装备性能数字化仿真与综合实验平台 图 1 项目整体学术思路 2、技术途径 本项目的技术途径是结合制造科学的研究前沿和复杂空气分离类成套装备的发展趋势，从超大型空分成套装备设计制造的关键技术中凝炼科学问题，采取理论研究、规律探索与实验验证相结合、前沿技术研究与工程应用示范相结合的方式，集中和融合高等学校和装备制