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研究所在超臨界能源系統研究方面取得重要進展
发稿时间:2020-09-10         作者:陈林          来源:儲能研發中心     【字号:

  近日,由中科院工程热物理所儲能研發中心陈林研究员主持编辑的超临界流体能源系统方面的英文专著《Handbook of Research on Advancements in Supercritical Fluids Applications for Sustainable Energy Systems(兩卷本)順利在美國IGI Global出版社出版。该书是国际上第一部关于超临界流体应用于能源化工系统方面的专著,是由中国科学家领衔、各国权威专家通力合作的成果。它的出版显示了已中科院工程热物理所为代表的中国科研機構在该领域的重要研究实力和国际影响力。近年来,工程热物理所在该领域的重点方向上,特别是在大型跨临界设备、布雷顿循环及电力循环中适用的紧凑式超临界换热器设计、超临界系统装备制造、超/近臨界環境化工過程中取得了一系列創新成果,成爲中科院在超臨界流體戰略技術的重點突破方向之一。 

  超臨界流體技術憑借其在能源動力領域的重大潛力,被稱作是下一代“戰略技術”。以布雷頓循環爲代表的超臨界動力循環及高溫熱利用等技術近年來在國際上已成爲前沿熱點,並逐步從基礎數據積累進入到兆瓦級商業系統開發的階段。不僅如此,流體在跨越臨界區域時的相變過程和機理研究對許多關鍵領域的突破都十分重要,如超臨界發電、太陽能熱利用、新一代核能系統、航空航天工程、規模化儲能、精細化工及材料工程等。具體而言,絕大多數跨臨界熱力和化工系統都需要面對流體跨越臨界區域發生相態轉變的過程。特別是在靠近熱力工質臨界點附近區域,由于流體熱物性的強烈非線性震蕩所引起的一系列複雜熱力過程,是影響跨臨界和超臨界系統穩定性和能量轉化、存儲效率的關鍵因素。 

  該書共包含四個板塊共22章,彙集了國內外在超臨界流體領域的代表性團隊近年來的系列研究成果,系統介紹了超臨界流體熱物理基礎理論、小尺度對流傳熱及器件設計、超臨界和跨臨界熱力循環系統設計以及超臨界流體在代表性能源動力系統中應用等。該書的出版獲得了包括來自法國巴黎高等物理化工學院(居裏夫婦的母校)Daniel A. Beysens教授、日本同志社大學Hiroshi Yamaguchi教授、東京大學Eiji Hihara教授、俄羅斯科學院Yuri A. Zeigarnik教授和Vladimir I. Anikeev教授、加拿大安大略理工大學Igor Pioro教授、德國卡爾斯魯厄理工學院Thomas Schulenberg教授等专业领域国际学术权威的大力支持。同时,该书也包含了来自西安热工研究院、中国核动力研究设计院、重庆大学及中國科學院工程热物理研究所等国内领先团队的研究成果。日本京都大学Akira Onuki教授應邀爲本書撰寫序言並指出本書“彙集了最優秀的學者”、並且“是超臨界流體領域非常及時而且重要的著作,因爲它包含了從流體基礎到能源系統應用等幾個極其重要的課題”。 

  超臨界流體領域的核心難點在于流體跨越臨界區域時的相態變化及能質傳遞機制,是亟待突破的前沿領域。陳林研究員近年來的工作集中于這一特殊流體參數區域的熱力學分析。這一區域內流體跨臨界過程中同時受到熱-聲作用的影響,表現爲密度、比熱容及其他參數獨特的演化特性。本書第3章介紹了我所團隊在微小通道內超臨界CO2流體流動傳熱特性方面的結果。在微通道等受限制的幾何條件下,流體氣相、液相和超臨界相之間的相態相互轉化過程對外部參數條件、變化的始-終路徑以及流體特殊的熱物理性質參數具有較大的依賴。通過構建微小通道內瞬態熱擾動模型,研究團隊獲得了超臨界流體的小尺度反饋規律並進一步總結了超臨界流體微尺度熱-機械作用産生擾動強化和換熱強化的機制。本章的研究中將其歸結爲可壓縮流體微槽道Kelvin-Helmholtz流動不穩定性,爲進一步理解微尺度下超臨界流體流動傳熱穩定性問題提供了新思路。 

  另外,在超/跨臨界熱力系統研究中,往往具有高熱流密度、大溫差區間和複雜對流情景,使得臨界區域流體傳熱與相變過程細節掩蓋在臨界區域震蕩和對流傳熱不穩定現象當中。本書第5章介紹了陳林研究員和印度理工學院P.K. Basu教授合作針對局部浮力效應與熱加速現象對超臨界區域流動換熱,特別是湍流流動換熱的影響。本書第7章介紹了工程熱物理所團隊進一步針對該問題在超臨界流體自然循環及其在能源系統中基礎傳熱和循環流動規律的探索:在國際上首次揭示了密閉回路中近臨界流體自然對流流動、傳熱穩定性的規律及機制和預測關聯式,在此基礎上提出了穩定性反饋、安全控制及優化管理方法。 

  近期,陳林研究員正集中于發展多相位重構激光測試等方法用于超臨界系統的高精度定量測量方面(近期論文Kanda & Chen, et al. Int. Commu. Heat Mass Transf., 89, 2017, pp. 57-63; Chen et al., Int. J. Heat Mass Transf., 155, 2020, 119684; Tran and Chen, ASME - J. Fluids Eng., 142(11), 2020, 111503),期望通過對超臨界流體界面傳遞的可視化研究,進一步解決跨臨界系統機理“看不清”、“測試難”的課題。 

  Book title: Handbook of Research on Advancements in Supercritical Fluids Applications for Sustainable Energy Systems (2 Volumes) 

  Editors: Dr. Lin Chen 

  Publisher: IGI Global, Hershey, PA, USA (August 2020; 821 pages) 

  ISBN13: 9781799857969; EISBN13: 9781799857983 

  DOI: 10.4018/978-1-7998-5796-9 

  https://www.igi-global.com/book/handbook-research-advancements-supercritical-fluids/253256 

    

 
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