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2013年以来科研成果介绍
文章来源: 发布日期: 2018-03-28 浏览次数: 664

2013年以来,我室取得了一批高水平创新成果,成果的数量与质量较上一评估周期有大幅提高。在科技奖励方面,获得国家科技奖励6项,其中以第一完成单位获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖3项,获国家奖数是上一评估周期的2倍;第一完成单位获省部级科技一等奖7项。共发表研究论文1244篇,其中SCI收录678篇,是上一评估期4倍,其中SCI一区论文105篇,增长了5倍,ESI高被引论文20篇。出版著作5部。授权国家发明专利增加了1.3倍,达167件,其中授权国际专利7件。一批专利得到了应用,签订转让合同专利6件,但绝大多数专利转让是以横向合作项目形式,如在本评估期所获得的国家奖和省部级奖项目中,我室共有112件发明专利为支撑材料,另外,有5件专利获中国专利优秀奖。

围绕实验室主要研究方向,实验室取得了一系列高水平的基础理论成果和创新技术成果,解决了一批国民经济和国防建设的关键问题,成为不可或缺的重要技术基础和支撑手段。

    内燃机燃烧过程及其优化控制研究方向,在基础理论层面,创新提出了柴油机高密度低温燃烧理论,提出燃烧路径控制的技术思想,通过高密度、高混合率和由CO冷藏降低化学反应率的协同作用改变高负荷条件下燃烧路径。2013年应邀在27届国际内燃机(CIMAC)大会作大会主旨报告。提出了分子重整压燃燃烧(RM-HCCI)新概念,利用发动机排气能量及电辅助加热在缸外将燃料完成高温无氧重整为小分子燃料,引入缸内实现HCCI燃烧。在技术创新研究中,发明柴油机多模式燃烧技术和瞬态过程控制技术,适应各种动力装置不同工况运行需要,燃烧过程热功转化率高达53%,排放达近零水平;首创柴油机可变热力循环技术,发明可变压缩比机构,实现可变米勒循环;2017年成果获中国机械工业科学技术一等奖。系统构建了内燃机气流测试-评价-设计的技术体系,提出了内燃机变压差气流测试方法,相比欧美传统定压差测试方法效率提高5倍以上,消除了气缸盖生产线在线检测的效率瓶颈,为柴油机的生产一致性提供了有力技术保障,成果获中国专利优秀奖和2017年国家技术发明二等奖。发明了新型增压二冲程直喷汽油机技术,可采用一台0.72缸二冲程汽油机替代一台1.64缸四冲程汽油机,提出了DME-汽油复合燃烧实现反应物混合率与燃烧反应速率的协同控制的机理和与米勒循环相结合的控制技术。通过米勒循环-微火焰引燃-增压技术,能将汽油机的最大指示热效率提高到46.9%,而NOx排放几乎为0,为降低汽油机燃油消耗和排放提供了可实施的技术方案。创新提出了基于内/外废气控制的汽油压燃低温燃烧新技术,开发的全工况范围运行的汽油压燃多缸机样机,最高有效热效率达到44.4%,高于国际上报道40-42%的水平,为重型商用柴油机燃用汽油燃料开辟了一条新的技术路线。

内燃机有害排放生成及控制研究方向,在基础理论层面,开展了柴油机颗粒物微观物理化学演化规律研究,发现五碳环结构的PAHs在多环芳烃的生长机理中具有重要的作用,缸内颗粒物分形维数在燃烧过程的变化规律;发现生物柴油排放的碳质颗粒结构更疏松,石墨化程度低,活化能低,更容易氧化。在颗粒三维形貌及力学特性研究中发现柴油机、甲烷预混和扩散火焰三种燃烧过程中一直存在粒径小于7nm子;研究了新型LNT催化剂表面NOx吸附-还原反应机理,并构建新型LNT催化剂催化NOx吸附-还原反应的量子化学理论模型。成果在本领域最有影响的Proceedings of the Combustion Institute (PCI)Combustion & Flame发表系列论文。在创新技术层面,制备了系列不同过渡金属改性水滑石基LNT催化剂。开展了新型LNT催化剂应用技术研究,发现CuFe双元素改性水滑石基新型催化剂在低温及高温阶段均表现出较好的NOx去除性能,所研制的新型LNT催化剂具有高还原效率和良好抗热老化性能。开展了满足欧6排放法规后处理技术及应用研究,开发了环境友好型选择性催化还原催化剂及SCR系统,开展了高性能稀土汽车催化剂制备及应用研究,解决了高性能铈基储氧材料可控制备技术、高水热稳定活性氧化铝材料制备技术以及贵金属减量化技术等技术难题,获2017年中国稀土学会科学技术一等奖。针对欧 6 排放,开发了缸内燃烧控制与高效后处理系统耦合控制技术,提出了基于模型的SCR尿素喷射控制策略和采用被动再生结合低温主动再生的 (DPF) 再生策略,开发成功国内唯一应用的自主品牌欧柴油机产品,获2017年国家科技进步二等奖。承担国家支撑计划和国家重大专项,开展低速船用发动机燃烧技术及排放控制技术研究, 提出采用废气再循环结合M10米勒循环以及缸内喷水等措施,可以实现无后处理器达到TIER Ⅲ排放要求,为解决低速船机行业面临的排放法规的技术难题提供了技术方案。

燃料与燃料燃烧基础研究方向,在基础理论层,在国际上首次实现高空间分辨CH3成像测量以及CH3瞬态成像测量,成果在PCI发表;在国内率先系统开展飞秒激光燃烧诊断研究,应用于超燃发动机燃烧诊断。开展亚网格尺度湍流燃烧对自燃和燃烧过程影响的研究,揭示了不同湍流强度对自燃点产生以及初始自燃火核发展过程的影响;在发动机喷雾燃烧中首次采用CEMA方法获得了喷雾火焰中准确的冷焰结构和着火位置,揭示了喷雾火焰着火过程和稳定性机理,研究成果在Combustion & Flame发表系列高水平论文。提出了混合气浓度和活性分层的内燃机燃烧理论,揭示了浓度分层低温燃烧化学反应机理和混合气浓度和活性分层对低温燃烧过程的作用机理。在创新技术层面,提出了清洁热解气化多联产技术的创新思路,探索了生物质气化多元化应用模式,形成了农林废物清洁高效气化多联产关键技术。成果在国内17个省份推广应用,2015年获国家科学技术进步二等奖。提出了超纯乙醇制造工艺和方法,成果2015年奖天津市科技进步一等奖和中国专利优秀奖。创新提出了柴油甲醇组合燃烧技术(DMCC),发展了柴油甲醇DMCC燃烧控制技术,率先在国际上实现了甲醇在不同类型柴油机上的规模应用。成果获中国专利优秀奖和中国机械工业科学技术一等奖。

动力机械振动噪声及润滑技术研究方向,在基础理论层面,针对高强化汽油设计的瓶颈问题,对早燃和超爆震机理开展了研究,发现早燃能够诱发具有不同压力振荡强度的燃烧,压力振荡强度取决于末端混合气自燃模式,成果在Combustion & Flame发表。在创新技术层面,创新性地研发出抑制内燃机燃烧粗暴性的燃烧噪声控制技术,提出内燃机轴系三维振动复合减振及低噪声结构设计柴油机整机隔振和基于微粒过滤器的排气消声设计方案,柴油机低噪声设计关键技术在潍柴、玉柴等7个企业得到应用,2015年获得国家科技进步二等奖。开展了民用航空发动机寿命预测和故障诊断研究,提出了风扇叶片设计中三个参数的最佳取值范围,避开振动因素的影响从而充分满足空气动力学要求;提出基于LM 算法的BP神经网络和有限元方法耦合方法来描述构件的非线性损伤累积过程,预测压气机叶片的疲劳寿命。研制成功轻型航空发动机TD0工程样机,打破国外在该领域长期技术和市场垄断,综合性能达到了国外同类型无人机发动机水平,2015429日挂载彩虹3”无人机试飞成功。

在内燃机节能新技术与新型动力装置研究方向,在基础理论层面,开展了内燃机余热能利用的研究,揭示了工质热物性与循环性能和大梯度余热源的匹配机制,提出了大梯度余热分区梯级利用的复叠式循环转化理论,提出了运行参数-系统结构-工质组合协同的设计方法。成果被43个国家的800多位学者在51种国际期刊上进行了引用和评述,认为具有最高热效率有应用前景的先进系统原创性贡献2017年该成果获天津市自然科学一等奖。围绕离子交换膜在高温低湿状态下由于膜失水而导致的离子电导率大幅降低的科学难题,从纳米级可调节裂缝疏水涂层进行膜表面改性的基本理论出发,成功制备了高温低湿条件下具有高离子电导率的自保湿碳氢聚合物离子交换膜,成果发表于国际顶级学术期刊《Nature),并被 Nature同期 News & Views高度评价研究工作对开发高性能膜材料做出重要贡献

在测试技术研究方面,发明了高精度、高稳定混合式光纤传感解调技术、恶劣环境高可靠性光纤多传感器封装技术、多波段混叠式光纤多气体传感技术及混合式光纤传感组网融合技术。成果2016年获得国家技术发明二等奖和中国专利优秀奖。在内燃机制造技术研究方面,突破螺旋锥齿轮数控加工模型、机床结构与精度设计、齿轮检测修形三项关键技术,开发了螺旋锥齿轮数控铣齿机、磨齿机、滚动检查机等系列化成套装备,打破了国外技术垄断,满足了重型车辆、大型舰船、万米石油钻机等国家重大需求。成果2013年获国家科技进步二等奖。

公 告
网站短时间断网提醒 02.05
实验室学术委员会会议通知 01.27
学术报告预告 01.12
《内燃机学报》编辑部兼职岗位招聘启 01.11
天津大学内燃机社会奖学金申请通知 12.23
第十届先进发动机控制技术国际研讨会 09.30
2018年开放课题申请指南 09.01
中国内燃机学会燃烧、节能、净化分会 08.02