科创中国

针对某离心式冷水机组能效低的问题，希望在不增加成本投入的情况下提高系统COP值。拟解决的关键问题是，通过优化设计，降低离心压缩机流道的气流损失，提高压缩机机组的效率。目标是提高压缩机在满负荷和部分负荷工况下运行时的性能。技术方案：采用理论设计，数值计算与分析，试验测试验证相结合的方法开展研究。针对原产品，应用三元流设计理论，通过重新设计，获得高性能的压缩机叶轮、扩压器和蜗壳的结构。然后，采用超算计算机集群，对压缩机各部件进行系统的优化研究，将免疫优化算法引入叶轮及流道的优化设计体系中，最终获得高性能的压缩机流道结构。

1、针对三元流理论在离心制冷压缩机中的应用方面，建立了叶轮载荷分布与气动性能高效之间的关系，为获得高效率的叶轮和流道结构提供指导。2、开发了压缩机内部流场主要参量的测试技术，开展了大量试验，获得压缩机内部气流总温总压等参数的分布数据，为了解压缩机内部流动情况和试验验证提供支持。3、将免疫优化算法引入叶轮及流道的优化设计体系中，建立新的优化方法，比常用的遗传算法等优化方法更优，获得了更高性能的优化结果。

以离心压缩机为动力的冷水机组系统，广泛应用于国防军工、冶金、石化、制冷等领域。由于冷水机组应用行业种类多，分布范围广，数量庞大，所以能源消耗十分巨大。国标GB19577 - 2015《冷水机组能效限定值及能源效率等级》对冷水机组规定了新的执行能效标准， 2017年1月1日开始实施。目前冷水机组面临着升级和节能降耗的高要求。本项目在研发高性能离心制冷压缩机方面，具有广阔的应用前景。

本团队现有成员40余人，其中教授 4 人，副教授 4 人， 高级工程师 1 人，科研助理 2 人，硕博研究生30余人。本团队致力于将流体机械设计理论与先进研究技术手段相结合， 为透平机械产品研发提供广泛的技术支持。具体有，透平压缩机（离心及轴流压缩机）新产品研发，及现有产品升级节能改造；透平机械（透平压缩机及膨胀机）为主的制冷系统/热泵系统优化研究；透平机械试验测试技术研究；压缩机管网系统喘振动态特性仿真研究；复杂综合传动机构搅油损失机理研究；核电厂管道系统热疲劳试验测试研究等。团队负责人，宫武旗，博士，教授/博导，工作单位为西安交通大学能源与动力工程学院，流体机械及工程系。主要从事叶轮机械设计及气动机理的试验研究， 高性能叶轮机械产品研发。主持完成国家级及企业级科研项目40余项，其中国防军工项目6项（国防重点1项），国家自然科学基金面上项目1项，航空发动机/燃气轮机重大基础项目专题1项，重点国企千万级重大项目1项。发表学术论文70余篇，获得授权国家发明专利5项。2016 年获得陕西高等学校科学技术奖二等奖（第一完成人）， 2017 年获中国通用机械工业协会科技创新突出贡献奖。

优化后的产品，由试验验证表明，制冷机组COP值提升6%，制冷能力提升13%，达到一级能效水平，不改变电机容量。

项目组掌握了离心式制冷压缩机流道及叶轮的设计与优化技术，压缩机流动的数值计算与测试分析技术，以及压缩机整机或部件的性能与内部流场测试与分析技术，具备开发高性能离心压缩机的技术能力。

经过实践检验，该技术已成功应用于实际产品的升级研发。

与具备制造离心制冷压缩机，离心压缩机能力的企业开展合作，研发新产品或者产品性能升级。