科创中国

新能源及节能技术,新能源产业,节能环保产业,科学研究和技术服务业

基于高效能量调控与管理的新型能源动力系统是实现“双碳”目标的重要技术途径，其中轻质、紧凑、高效换热器是系统高性能的关键。北京航空航天大学高超声速强预冷空天动力研究团队针对其关键技术、制造及验证开展了攻关研究，构建了包含精细化设计、一体化加工及真实环境模拟验证在内的全流高功重比紧凑微细管束换热器、超紧凑原表面换热器、微通道印刷电路板换热器等样机并完成了模拟真实环境试验考核。所研制的多类超轻质紧凑高效换热器突破了传统换热器换热能力差、体积重量大及工作范围窄等局限，为其在新型能源动力系统的应用提供了核心技术支撑。 所研制的超轻质紧凑高效强换热器具有紧凑度高、单位质量换热功率大、流动阻力小、工质适应性好、可在高温/高压环境中长期服役等核心优势，已经在新型吸气式高超声速发动机样机、新型便携发电装备中得到实际工程应用。相关技术指标处于国内领先、国际一流水平。

现有换热器体积重量大、换热能力低，难以充分满足新型能源动力系统技术需求，而具有超高换热能力、紧凑轻质的先进换热器尚属空白，未出现成熟产品。本项目创新将微小尺度换热单元与超临界介质相结合，提出了微小尺度超临界流动组织与换热强化方法，发展了可考虑强物性变化、加工误差及热变形协调等因素影响的换热器综合设计技术，突破了超薄壁金属等离子弧焊、真空钎焊及扩散焊等先进焊接技术，搭建了可模拟换热器真实运行工况的高温高压试验台，构建了含机理-设计-加工-实验的全流程研制体系。 本项目研制的超轻质紧凑高效强换热器具有紧凑度高、功重比大、流阻小、加工成本低及工作范围宽等核心优势。与传统管壳式换热器相比，在相同换热功率及耐压等级下其自身重量仅约为前者的1/1000，体积可减小85%以上。以紧凑微细管束式强换热器为例，其换热管外径仅*** mm、壁厚50 μm，紧凑度高于1000 m2/m3，可在1000 ℃高温、8MPa压力以上可靠服役，并具备在***秒内将高温空气由988 K降至353 K、降温635 K的超强换热能力，试验功重比101 kW/kg，远超其它换热器最高水平。

本项目由北京航空航天大学高超声速强预冷空天动力技术团队核心人员主持研发，专业涵盖紧凑快速强换热器的全部技术领域。 邹正平，博士，北京航空航天大学长聘教授，博士生导师。吸气式高超声速动力系统及叶轮机气体动力学领域专家。曾获国家级科技奖项2项、省部级科技奖项3项。负责本项目总体设计。 刘火星，博士，北京航空航天大学发动机研究院副院长、研究员，博士生导师。吸气式动力系统、叶轮机气体动力学、实验测试领域专家。曾获国家级科技奖项2项、省部级科技奖项3项。负责本项目试验验证。 赵睿，博士，北京航空航天大学助理教授，博士生导师。塑性微成形及微连接工艺专家。获国家级奖项1项，入选中国科协青托人才，北航青年拔尖人才。负责本项目制造技术研发。 陈一鸣，博士，北京航空航天大学助理研究员。紧凑快速强换热领域专家。入选中国科协青托人才。负责本项目试验验证。 付超，博士，北京航空航天大学助理研究员，硕士生导师。紧凑快速强换热领域专家。曾获国家级科技奖项1项。负责本项目新型高效换热器设计。 姚李超，博士，北京航空航天大学助理研究员，硕士生导师。新型能源动力系统领域专家。负责本项目新型高效换热器应用研究。

点击查看