項目名稱： 復(fù)雜空氣分離類成套裝備超大型化與低能耗化的關(guān)鍵科學(xué)問題 首席科學(xué)家： 譚建榮 浙江大學(xué) 起止年限： 托部門： 教育部 浙江省科技廳 二、預(yù)期目標(biāo) 1 總體目標(biāo) 針對國家重大工程建設(shè)與重要工業(yè)生產(chǎn)對 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 的重大戰(zhàn)略需求，研究 復(fù)雜空氣分離類成套裝備超大型化與低能耗化 中的關(guān)鍵科學(xué)問題，揭示 低能耗驅(qū)動大尺度混合流復(fù)雜 界面形成規(guī)律，構(gòu)建 超大型化復(fù)雜空氣分離類成套裝備 的 多場耦合 與 多變量關(guān)聯(lián) 設(shè)計理論，探明 高可靠性復(fù)雜空氣分離類成套裝備關(guān)鍵機(jī) 組 關(guān)鍵 部機(jī) 長壽命 與穩(wěn)定運行 機(jī)理。在 全過程大尺度混合 流 界面的能量遷移分析、多工況多參數(shù)多場耦合設(shè)計、多機(jī)組多部機(jī)壽命均衡設(shè)計與保質(zhì)制造 等方面取得源頭創(chuàng)新成果，使我國 復(fù)雜空氣分離類成套裝備超大型化與低能耗化 研究達(dá)到世界先進(jìn)水平。同時，為國家培養(yǎng)一批從事 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 研究、設(shè)計 與 制造的青年學(xué)術(shù)帶頭人和研究骨干。 2 五年預(yù)期目標(biāo) 1） 在理論研究方面 ： 通過本項目研究，為 812 萬等級 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 設(shè)計制造的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新提供理論與方法支撐： 掌握臨界和超臨界狀態(tài)空氣物性參數(shù)，揭示 空分成套裝備 內(nèi)部多相 流體的非定常流動演化機(jī)理， 探索 非平衡 狀態(tài)下 全過程大尺度混合 流 復(fù)雜界面 的 漸變 形成 規(guī)律 ； 揭示 壓縮機(jī)、膨脹機(jī)等高速透平 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在多場耦合作用下的非線性振動特性與系統(tǒng)故障特征的映射關(guān)系， 建立連續(xù)離散混合動力學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)一表征理論，揭示 空分成套裝備 機(jī)電、 汽液 、流固及熱固多場耦合的作用機(jī)理與解耦機(jī)制。 掌握超大型空分成套裝備多機(jī)組參數(shù)跨學(xué)科關(guān)聯(lián) 機(jī)理，揭示機(jī)組界面參數(shù)的 相互作用及其傳遞規(guī)律，為空分成套裝備多性能關(guān)聯(lián)設(shè)計與工藝關(guān)聯(lián)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)； 揭示復(fù)雜工況下超大型空分成套裝備關(guān)鍵機(jī)組高可靠性長壽命機(jī)理； 揭示關(guān)鍵零部件多 尺度高精度保質(zhì)制造機(jī)理，闡明零部件質(zhì)量特性與機(jī)組、成套裝備性能的映射規(guī)律， 為超大型空分成套裝備穩(wěn)定可靠運行提供理論與方法基礎(chǔ)。 2） 在工程應(yīng)用技術(shù)方面 : 在若干關(guān)鍵技術(shù)上取得創(chuàng)新和突破，使我國 超大型、低能耗空氣分離類成套裝備 研發(fā)水平躋身于世界前列，通過成果轉(zhuǎn)化提高 超大型、低能耗空氣分離類成套裝備 的自主設(shè)計與制造能力。 實現(xiàn) 812 萬 等級 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 自主設(shè)計，氧氣純度 以上，適應(yīng) 15% 變 負(fù) 荷 運 行 ， 外壓縮流程 混合工質(zhì)的摩爾組分?jǐn)?shù)據(jù)精確到 物性庫計算值基本誤差在 內(nèi) 。 建立 空分成套裝備 關(guān)鍵 機(jī)組 不同結(jié)構(gòu)的流場分布模型；突破 多軸齒式循環(huán)增壓機(jī)、 高強(qiáng)度特長特寬板翅式換熱器 等核心 機(jī)組 的關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，形成 多軸齒式循環(huán)增壓機(jī) 、 大型低溫 透平膨脹機(jī)與離心增壓機(jī)的 熱力性能、氣動性能描述與動態(tài)仿真方法，實現(xiàn)高速透平機(jī)械能耗控制與性能預(yù)測； 實現(xiàn) 高可靠性的空氣分離類成套裝備 關(guān)鍵零部件多尺度高精度保質(zhì)加工 與 質(zhì)量控制技術(shù)；創(chuàng)建 空分成套裝備 核心零部件多源多工序質(zhì)量診斷、控制與補(bǔ)償方法體系。 構(gòu)建 超大型空分成套裝備 關(guān)鍵 機(jī)組 性能實驗臺， 為空分成套裝備關(guān)鍵機(jī)組性能分 析、狀態(tài)監(jiān)測、 故障診斷 與穩(wěn)定運行 提供實驗依據(jù) 。 在國內(nèi)外重要刊物上發(fā)表論文 300 篇以上 ， 其中 I 收錄 200 篇以上；申請 發(fā)明專利 20 30 項；形成 一支 具有國際影響的 從事空氣分離裝備理論與技術(shù)研究的 隊伍，培養(yǎng)一批優(yōu)秀中青年人才，包括站在國際前沿的學(xué)術(shù)帶頭人 12 人，博士后、博士和碩士生 150 人。 三、研究方案 1、 學(xué)術(shù)思路 本項目的學(xué)術(shù)思想是針對 復(fù)雜空氣分離類成套裝備超大型化、低能耗化 的核心技術(shù)，圍繞三個關(guān)鍵科學(xué)問題，開展六個方面的研究工作，在 全過程大尺度混合 流 界面的能量遷移分析、多工況多學(xué)科多參數(shù) 耦合設(shè)計、多機(jī)組壽命均衡設(shè)計與保質(zhì)制造 等方面取得源頭創(chuàng)新成果。工作思路如 圖 1 所示。 2、 技術(shù)途徑 設(shè)計 制造 需求 空氣分離 成套裝備 超 大型化 適應(yīng)節(jié)能 減排 需要的低耗 化 復(fù)雜工況極端使役條件下的 高 可靠性 關(guān)鍵 科學(xué) 問題 低能耗驅(qū)動的大尺度混合流 復(fù)雜界面漸變形成規(guī)律 高可靠性關(guān)鍵部機(jī)的壽命均衡設(shè)計與穩(wěn)定運行理論 超大型化多機(jī)組多變量關(guān)聯(lián)的 場分離與場耦合原理 主要 研究 內(nèi)容 1. 大尺度 混合流與非定 常流動 界面形成規(guī)律 2. 大型裝備中動力學(xué)非線性耦合機(jī)理 3. 復(fù)雜工況多機(jī)組多變量關(guān)聯(lián)設(shè)計理論 4. 多機(jī)組同步穩(wěn)定與壽命均衡設(shè)計原理 5. 關(guān)鍵 部機(jī) 高強(qiáng)度大構(gòu)件保質(zhì)制造技術(shù) 6. 超大型空分裝備性能實驗、仿真與集成 機(jī) 械、 低 溫、 力學(xué)、信息 、化工 等 領(lǐng)域綜 合 交 叉 圖 1 項目整體學(xué)術(shù)思路 源頭 創(chuàng)新 成果 全過程大尺度混合流界面的能量遷移分析 理論 多工況多學(xué)科多參數(shù)耦 合設(shè)計理論 多機(jī)組壽命均衡設(shè)計與保質(zhì)制造技術(shù) 空分裝備 性能數(shù)字化仿真與綜合實驗平臺 本項目的技術(shù)途徑是結(jié)合制造科學(xué)的研究前沿和 復(fù)雜空氣分離類成套裝備的發(fā)展趨勢，從 超大型空分成套裝備 設(shè)計制造的關(guān)鍵技術(shù)中凝煉科學(xué)問題，采取理論研究、規(guī)律探索與實驗驗證相結(jié)合、前沿技術(shù)研究與工程應(yīng)用示范相結(jié)合的方式，集中和融合高等學(xué)校和裝備制造企業(yè)各自的優(yōu)勢，開展 復(fù)雜空分成套裝備超大型化與低能耗化 設(shè)計制造的關(guān)鍵科學(xué)理論和核心設(shè)計制造技術(shù)研究，并將研究成果用于指 導(dǎo)工程實踐。 3、 特色與創(chuàng)新 1） 項目特色 多學(xué)科綜合交叉： 復(fù)雜空氣分離類成套裝備超 大型化、低能耗 化與 高可靠性設(shè)計制造的關(guān)鍵科學(xué)問題涉及學(xué)科廣泛，必須用多學(xué)科交叉的研究模式加以解決。通過低溫、力學(xué)、化工學(xué)科的交叉，解決 低能耗驅(qū)動的大尺度 混合流復(fù)雜 界面漸變形成規(guī)律與能量遷移機(jī)理；通過機(jī)械設(shè)計、信息學(xué)科的交叉，解決 超大型化空分成套裝備非線性動力學(xué)耦合 與 多工況多學(xué)科多參數(shù)關(guān)聯(lián)設(shè)計 問題；通過機(jī)械制造、低溫、力學(xué)學(xué)科的交叉，解決 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 運行穩(wěn)定、 關(guān)鍵零部件壽命均衡及 關(guān)鍵機(jī)組 保質(zhì)制造問題。 原始創(chuàng)新與集成 創(chuàng)新相結(jié)合：在深低溫混合流多相傳熱傳質(zhì)理論、 裝備非線性動力學(xué)場分離與場耦合機(jī)理、 多變量 多 參數(shù) 跨尺度異域關(guān)聯(lián) 機(jī)理、多 機(jī)組 壽命均衡與保質(zhì)制造技術(shù)等方面形成原創(chuàng)性成果的基礎(chǔ)上，通過多學(xué)科多系統(tǒng) 技術(shù)成果融合匯聚， 在 812 萬等級 超大型空分成套裝備 設(shè)計制造中實現(xiàn)集成創(chuàng)新，為 形成具有市場競爭力的產(chǎn)品 提供科學(xué)技術(shù)支撐。 基礎(chǔ)研究與裝備應(yīng)用相結(jié)合：從 復(fù)雜空氣分離類裝備超大型化與低能耗化 自主設(shè)計制造中提煉科學(xué)問題， 解決超大型、低能耗復(fù)雜空分成套裝備 在機(jī)理、設(shè)計、制造與運行中 的關(guān)鍵技術(shù)問題 ，在國內(nèi) 空分裝備 制造的龍頭企業(yè)杭州杭氧 股份有限公司的產(chǎn)品開發(fā) 中 實現(xiàn)應(yīng)用驗證，保證了基礎(chǔ)研究有明確的載體。 2）項目 創(chuàng)新 采用深低溫多相傳熱傳質(zhì)理論和多相流動交互作用理論研究 超大型、低能耗空分裝備 空分過程能量流動規(guī)律， 建立以 由能為狀態(tài)參數(shù)基準(zhǔn)，以格魯尼森數(shù)為準(zhǔn)則的仿生進(jìn)化熱力學(xué)優(yōu)化方法，以重正化群理論約束臨界區(qū)熱物 理奇異性為基礎(chǔ)的 深低溫空分混合流體狀態(tài)方程與新型混合法則。 采用全三元可控渦理論及非定常流固耦合理論，研究 大型 離心壓縮機(jī)內(nèi)能量遷移規(guī)律，揭示葉輪內(nèi)流體狀態(tài)控制與葉片光滑可加工性之間的關(guān)聯(lián)特性 ,提出低能耗大壓比高可 靠性空壓機(jī)設(shè)計制造新方法，突破國外在先進(jìn)空壓機(jī)技術(shù)方面的封鎖。 提出基于數(shù)值與幾何相結(jié)合的 空分成套裝備 多 機(jī)組 關(guān)聯(lián)、多層次分析和多參數(shù)設(shè)計技術(shù) ，揭示 機(jī)組界面多變量多參數(shù)的關(guān)聯(lián)機(jī)理以及機(jī)組界面多變量傳遞規(guī)律 ， 解決 跨機(jī)組的機(jī)電 /汽液 /流固 /熱固多 場 耦合與 多學(xué)科 關(guān)聯(lián)的 1600 多個主要設(shè)計變量、 12000 多個設(shè)計參數(shù) 的計算與分析難題。 以質(zhì)量 揭示超大流量、高強(qiáng)度、大尺度關(guān)鍵機(jī)組 關(guān)鍵部機(jī) 的可靠性與壽命預(yù)測機(jī)理，闡明其服役性能退化機(jī)理及質(zhì)量 壽命的演化規(guī)律，解決 關(guān)鍵機(jī)組 關(guān)鍵 部機(jī) 高強(qiáng)度 大構(gòu)件保質(zhì)制造難題， 建立全壽命周期的 空分成套裝備穩(wěn)定運行 理論體系。 4、 可行性分析 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 是大型鋼鐵工程、大型乙烯工程、大型合成氨工程、大型甲醇工程、大型火電工程等國家重大工程必需的重大技術(shù)裝備。特別是近年來， 大型冶煉、大型石化、大型火電等 重要行業(yè)的集約化發(fā)展，對 空分裝備 提出了 超大型化、低能耗化與高可靠性 的需求， 超大型低能耗空氣分離類成套裝備 自主設(shè)計制造已成為國家重大需求。一直以來，項目牽頭單位浙江大學(xué)與項目聯(lián)合申報單位 國內(nèi) 空分裝備 制造的龍頭企業(yè)杭州杭氧股份有限公司開展了緊密合作，共同 承擔(dān)了國家 863 計劃目標(biāo)導(dǎo)向課題，對 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 的快速響應(yīng)設(shè)計技術(shù)進(jìn)行了研究，同時，項目牽頭單位浙江大學(xué)還承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金重點項目，對大型成套裝備制造質(zhì)量控制理論進(jìn)行研究 。 項目聯(lián)合申報單位西安交通大學(xué)在壓縮機(jī)及膨脹機(jī)領(lǐng)域開展了系統(tǒng)深入的工作，建立了空分系統(tǒng)、低溫液氮系統(tǒng)和低溫透平膨脹機(jī)及低溫 實驗臺，在我國多組分復(fù)雜化工介質(zhì)離心壓縮機(jī)氣動性能閉式試驗臺上積累了大量多組份介質(zhì)透平壓縮機(jī)復(fù)雜工況內(nèi)流機(jī)理試驗數(shù)據(jù)及其模型，將科研成果轉(zhuǎn)化成具有世界先進(jìn)水平的一拖二原料空壓機(jī)與多軸循環(huán)增壓 機(jī)聯(lián)合機(jī)組以及節(jié)能型空分單軸等溫型原料空壓機(jī)。 項目聯(lián)合申報單位東北大學(xué)在設(shè)備運行穩(wěn)定性和可靠性設(shè)計方法、機(jī)械系統(tǒng)非線性動力學(xué)、大型裝備安全壽命設(shè)計等方面擁有雄厚的科研和開發(fā)能力，可進(jìn)行大型壓縮機(jī)、發(fā)動機(jī)等空分關(guān)鍵配套裝備的研究與設(shè)計 。 項目聯(lián)合申報單位上海交通大學(xué)在非線性振動與控制、轉(zhuǎn)子動力學(xué)和故障診斷等方面進(jìn)行了大量的研究，擁有大型設(shè)備轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 10： 1 實驗裝備、氣流激振轉(zhuǎn)子實驗裝備和 項目聯(lián)合申報單位華中科技大學(xué)在復(fù)雜裝備多領(lǐng)域物理統(tǒng)一建模等方面開展了深入的研究， 提出 了 多領(lǐng)域約束融合 理論 ， 研發(fā)了多領(lǐng)域物理建模與仿真平臺原型 項目聯(lián)合申報單位大連理工大學(xué) 在大型 工業(yè) 裝備 強(qiáng)度與可靠性分析方面 取得了一批重要的研究成果，積累了雄厚的研究基礎(chǔ) 。 項目聯(lián)合申報單位 中國計量學(xué)院在空氣流動的數(shù)值仿真與測試、多相流體力學(xué)、旋渦模擬與控制等 方面 取得了一批重要的研究成果 。 項目聯(lián)合申報單位杭州杭氧股份有限公司是亞洲最大的 空分裝備 設(shè)計制造企業(yè)，是我國重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化基地，也是我國 空分裝備 行業(yè)唯一一家國家級重點新產(chǎn)品開發(fā)、制造基地，擁有國家級技術(shù)中心。 2008 年 12 月寶鋼與杭氧股份有限公司等聯(lián)合設(shè)計制造 了國內(nèi) 第一套最高等級 6 萬等級 空分裝備。 上述項目聯(lián)合申報單位的相關(guān)科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新工作為開展 復(fù)雜空氣分離類成套裝備超大型化與低能耗化 的關(guān)鍵科學(xué)問題研究奠定了良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 項目參與單位浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、東北大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、大連理工大學(xué) 、中國計量學(xué)院 和杭州杭氧股份有限公司建立了良好的合作關(guān)系，在機(jī)械工程、低溫、力學(xué)、化工、信息等相關(guān)學(xué)科具有雄厚的科研基礎(chǔ)和實力。各單位已相繼開展了大型 空分裝備 系統(tǒng)與相關(guān)單元技術(shù)的研究與開發(fā)工作，具有較高的研究工作起點。項目參與單位建有國 家重點實驗室 6 個、國家工程研究中心 1 個與國家重要裝備制造基地 1 個，支撐條件好。研究隊伍由 2名院士、 1 名長江特聘教授、 4 名國家杰出青年 科學(xué) 基金獲得者以及 一批 優(yōu)秀中青年科研骨干組成，為項目的開展提供了必要的人才保障。 5、 課題設(shè)置 圍繞 3 個關(guān)鍵科學(xué)問題，將項目研究內(nèi)容分為彼此密切銜接的 6 個課題 。 科學(xué)問題一從流程、工藝 與 能量遷移等基礎(chǔ)理論方面探索 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 的 低能耗化 問題，該部分內(nèi)容設(shè)置課題 1，主要研究低溫混合工質(zhì)熱物理性質(zhì)和深低溫多相傳熱、傳質(zhì)與流動規(guī)律，揭示 旋轉(zhuǎn)流道內(nèi)跨音速相變瞬態(tài)界面的形成過程 ， 揭示 空分成套裝備 及其關(guān)鍵 機(jī)組 內(nèi)部 汽液 流動過程能量轉(zhuǎn)換機(jī)理。 科學(xué)問題二從 非線性動力學(xué)耦合 、多 機(jī)組多參數(shù) 關(guān)聯(lián)等方面探索 空分成套裝備多變量多學(xué)科場分離與場耦合機(jī)理 ，該部分內(nèi)容設(shè)置課題 2 和課題 3，主要研究 大型裝備中多因素非線性界面環(huán)境的動力學(xué)耦合作用 與 多機(jī)組多學(xué)科多參數(shù)的跨尺度關(guān)聯(lián) 機(jī)理， 解決超大型空分成套裝備多場耦合與多 參數(shù) 關(guān)聯(lián)設(shè)計問題 。 科學(xué)問題三從關(guān)鍵 機(jī)組 失效機(jī)理、均衡壽命、保質(zhì)制造等方面探索 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 的 高 可靠性 與穩(wěn)定性 問題，該部分內(nèi)容設(shè)置課題 4，主要研究 復(fù)雜空氣分離類成套裝備 關(guān)鍵機(jī)組可 靠性與壽命預(yù)測機(jī)理 ， 成套裝備 多 機(jī)組壽命均衡設(shè)計理論 ，以及 大流量高速轉(zhuǎn)子、高強(qiáng)度特長特寬高壓板翅換熱器、超薄葉輪葉片等的制造難題 ， 構(gòu)建 超大型空分成套裝備系統(tǒng)性能集成 仿真與 關(guān)鍵機(jī)組實驗 平臺，驗證理論與方法的正確性和有效性。 課題 1： 大尺度混合流與非定常流動界面形成規(guī)律 研究目標(biāo)： 以低溫混合工質(zhì)熱物性精確預(yù)測為基礎(chǔ)， 重構(gòu) 具有高熱力學(xué)完善度和基于亥姆霍茲能統(tǒng)一形式的基本型狀態(tài)方程，建立新型流體混合法則，解決空分低溫流體多元多相混合物性計算和相平衡界定問題。研究高速旋轉(zhuǎn)流道內(nèi)低溫工質(zhì)跨音速 相變瞬態(tài)界面的形成過程 ， 獲取空分成套裝備 及其配套 機(jī)組 內(nèi)部氣體流動過程能量轉(zhuǎn)換機(jī)理， 掌握尺度效應(yīng)、三元流動和實際氣體特性對高速透平空壓機(jī)、增壓機(jī)及透平膨脹機(jī) 能耗的影響規(guī)律 ， 為 大流量、高壓比 空分成套裝備的能耗指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平提供理論依據(jù)。 研究內(nèi)容： 1） 多物性低溫流體混合法則與基本型狀態(tài)方程重構(gòu) 研究深低溫流體高精度 、 寬范圍熱物理性質(zhì)，包括空分物料和產(chǎn)品 中 氧 、 氮 、氬 三種主要 成分 與 稀有氣體等 微量 成分 的 純質(zhì)及多組分混合 流體的熱物理性質(zhì)。重構(gòu) 具有高熱力學(xué)完善度和基于亥姆霍茲能統(tǒng)一形式的基本型狀態(tài)方程。建立新型流體混合法則，解決空分低 溫流體多元多相混合物性計算和相平衡界定問題，應(yīng)用 重正化群理論 解決臨界區(qū)熱物性計算精度 難 題 ，完善各組分超臨界與亞臨界區(qū)的熱物性理論和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)群 。 2） 跨臨界瞬態(tài)界面形成機(jī)理 基于 不可逆過程熱力學(xué)和非平衡熱力學(xué)理論 ，以 汽 /液界面為主要研究對象，研究界面的結(jié)構(gòu)、性能與轉(zhuǎn)換機(jī)理和介觀結(jié)構(gòu)體系，探索非平衡界面的形成機(jī)理，并注重跨臨界區(qū)膨脹起始狀態(tài)點和非穩(wěn)態(tài)過程與界面生成的關(guān)聯(lián)，特別是多組分低溫工質(zhì)高速非穩(wěn)態(tài) 汽液 相變與瞬態(tài)轉(zhuǎn)化的動態(tài)規(guī)律。揭示全液體膨脹機(jī)與低溫液體泵中液相連續(xù)、氣相離散的典型兩相流型特性、汽蝕過程氣 固界面特性和相互作用機(jī)理及其對 機(jī)組 性能的影響。 3） 大流量吸附解吸過程傳質(zhì)特性與流場均布機(jī)理 研究 多層徑向 分子篩 填充床的 結(jié)構(gòu)參數(shù)對吸附效果的影響及其機(jī)理，結(jié)合分子篩床層結(jié)構(gòu)特點探明二氧化碳等氣體 成分 超標(biāo)機(jī)理。建立典型工況下的分子篩活化能耗模型，揭示其吸附動力學(xué)與填充床設(shè)計制造的映射關(guān)系，闡明分子篩加溫再生受阻的原因并建立相應(yīng)預(yù)防與控制機(jī)制。建立臥式和立式徑向流分子篩中的氣流均布和床層流程分析理論， 獲得高效吸附劑及其填充孔徑和裝填方法， 構(gòu)建大型分子篩工作效能、活性再生的基礎(chǔ)理論。 4） 高壓流體大溫區(qū)非定常傳 熱強(qiáng)化方法 內(nèi)部非定常流場及溫度分布不均、縱向傳熱是板翅式換熱器性能下降的主要因素。研究換熱器內(nèi)部高壓流體兩相流動、傳熱特性及其強(qiáng)化機(jī)理，優(yōu)化翅片、流道及換熱器入口幾何結(jié)構(gòu)，改進(jìn)導(dǎo)流性能，獲得換 熱器內(nèi)部兩相流體均勻分配方法，實現(xiàn)高效換熱強(qiáng)化。建立板翅式換熱器精確換熱性能預(yù)測理論及方法。提高板翅式換熱器承壓能力，突破設(shè)計制造上的高壓限制瓶頸。 5） 高速旋轉(zhuǎn)流道 內(nèi)跨音速流動機(jī)理 與能耗主動控制 研究高速透平機(jī)械中尺度效應(yīng)、三元流動 、喘振 和 葉型選擇對 機(jī)組能耗的 影響 機(jī)制，實現(xiàn) 大型低溫透平膨脹機(jī)及增壓機(jī)穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)能耗 預(yù)測，包括：葉尖間隙流動與葉道主流的相互作用機(jī)制以及流道形狀效應(yīng)和表面粗糙度對氣動性能的影響，特定緊湊空間透平機(jī)械通流部分跨音速條件下葉輪與噴嘴 /擴(kuò)壓器的非定常相互作用 ， 喘振的機(jī)理及其控制 。揭示高速旋轉(zhuǎn)流道內(nèi)工質(zhì)跨音速流動機(jī)理，建立耦合氣體動力學(xué)性能評估模型 。 基于全三元可控渦理論和能量層級控制理論，提出具有能耗主動控制的多軸多轉(zhuǎn)速多葉輪設(shè)計理論和方法 。 經(jīng)費比例： 17% 承擔(dān)單位： 浙江大學(xué)、 中國計量學(xué)院 課題 2： 大型裝備中動力學(xué)非線性 耦合機(jī)理 研究目標(biāo)： 針對復(fù)雜空氣分離類成套裝備中連續(xù)、離散混合的非線性、 強(qiáng)耦合 動力學(xué)問題， 研究 連續(xù)離散混合系統(tǒng)統(tǒng)一表征理論及方法； 揭示 大型裝備中多因素非線性界面環(huán)境的動力學(xué)耦合作用機(jī)理；建立多場耦合環(huán)境下空分設(shè)備中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學(xué)模型，確定轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 在 非對稱、非穩(wěn)定外場作用下的非線性振動特性；提出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動主 /被動控制方法 ； 實現(xiàn) 基于多領(lǐng)域物理統(tǒng)一表達(dá)方法的復(fù)雜 動力學(xué) 系統(tǒng)解耦機(jī)制及求解方法 。 研究內(nèi)容： 1） 多領(lǐng)域連續(xù)離散 動力學(xué) 系統(tǒng)的統(tǒng)一表征原理 結(jié)合預(yù)冷 、 凈化 、 冷卻 、 精餾 等 工藝流程，研究 空分成套裝備 及其多 機(jī)組 系統(tǒng)多領(lǐng)域耦合作用特性 ， 認(rèn)識 空分成套裝備 狀態(tài)過程非線性、 連 續(xù)離散 混合的 本質(zhì) 規(guī)律，揭示系統(tǒng)狀態(tài)時變響應(yīng)特性及狀態(tài)傳遞關(guān)系； 研究 多領(lǐng)域連續(xù)離散 動力學(xué)系統(tǒng) 行為的統(tǒng)一表征原理，提出 空分成套裝備 多 機(jī)組 系統(tǒng)狀態(tài)模型的形式化表達(dá)方法，構(gòu)建模型可重用、系統(tǒng)可重構(gòu)的 空分成套裝備 層次遞階建模理論體系 。 2）非線性界面環(huán)境下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學(xué)規(guī)律 研究非線性壓力邊界以及耦聯(lián)載荷對透平壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性作用和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學(xué) 耦合作用規(guī)律 。 研究 流場、溫度場、耦聯(lián)載荷作用下多非線性界面耦合環(huán)境 中 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的 動力學(xué)特性，研究 非對稱、非穩(wěn)定外場作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動特性 ，研究 由轉(zhuǎn)子橫截面溫度不對稱及溫度場不穩(wěn)定引起的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動特征 。 3） 旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 故障 非線性振動 特性與 抑制 研究多場耦合作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在升、降速通過一、二階臨界轉(zhuǎn)速過程和在二階臨界轉(zhuǎn)速以上運行時轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多種單一故障及耦合故障引起的非線性響應(yīng)特性，分析諸如轉(zhuǎn)軸彎曲、基礎(chǔ)松動、裂紋、碰摩及其耦合故障發(fā)生的機(jī)理和演化規(guī)律。研究抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動的結(jié)構(gòu)參數(shù)和載荷參數(shù)優(yōu)化，利用已有的電/磁流變阻尼器技術(shù)、擠壓油膜阻尼器技術(shù)和可變支承剛度技術(shù)研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動的主 /被動控制方法。 4） 跨機(jī)組 時變 非 線性 動力學(xué) 耦合 系統(tǒng) 的解耦 機(jī)制 針對 空分成套裝備 多輸入、多輸出及時變非線性特征，研究 空分成套裝備 及其多 機(jī)組 系統(tǒng) 多場 耦合作用的內(nèi)聯(lián)要素及約束機(jī)制，分析時變非線性、連續(xù)離散混合系統(tǒng)狀態(tài)方程的數(shù)理特性；研究剛性微分方程解析機(jī)制，提出大規(guī)模非線性微分代數(shù)方程的自適應(yīng)歸約及解耦策略，建立復(fù)雜多領(lǐng)域連續(xù)離散混合微分代數(shù)系統(tǒng)的分治解算方法。 經(jīng)費比例： 17% 承擔(dān)單位： 上海交通大學(xué)、 華中科技大學(xué) 課題 3： 復(fù)雜工況 多機(jī)組多變量關(guān)聯(lián)設(shè)計 理論 研究目標(biāo)： 針對超 大型 化設(shè)計中需要解決 不同 機(jī)組間存在的機(jī) /電 /液 /控 /低溫多學(xué)科關(guān)聯(lián) 的 1600 多個 主要設(shè)計變量、 12000 多個設(shè)計 參數(shù) 的設(shè)計與分析問題，研究多機(jī)組多學(xué)科多參數(shù)關(guān)聯(lián) 機(jī)理，揭示機(jī)組界面參數(shù)的 相互作用及其傳遞規(guī)律，形成空分成套裝備多性能關(guān)聯(lián)設(shè)計與工藝流程關(guān)聯(lián)設(shè)計方法， 實現(xiàn) 空分成套裝備 關(guān)鍵機(jī)組 參數(shù)的優(yōu)化匹配及 空分成套裝備 工藝流程的仿真優(yōu)化 ， 為提高 空分成套裝備設(shè)計質(zhì)量與效率提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 主要研究 內(nèi)容包括 ： 研究內(nèi)容： 1）機(jī)組界面多變量多參數(shù)的跨學(xué)科異域關(guān)聯(lián)機(jī)理 針對空分成套裝備中壓縮、膨脹、換熱、精餾等關(guān)鍵機(jī)組界面，研究跨學(xué)科、約束不完整、設(shè)計空間不連續(xù)等條件下各機(jī)組變量關(guān)聯(lián)作 用機(jī)制， 建立數(shù)值與幾何相結(jié)合的復(fù)雜成套裝備多機(jī)組、多層次和多參數(shù)關(guān)聯(lián)分析技術(shù)， 認(rèn)識 非線性、強(qiáng)耦合 作用下空分成套裝備及其關(guān)鍵機(jī)組多變量關(guān)聯(lián)的本質(zhì)特性及演化規(guī)律； 研究復(fù)雜裝備多機(jī)組 變量 敏感性 分析方法、 多變量耦合的量綱處理方法， 獲取 不同機(jī)組不同 學(xué)科變量的 關(guān)聯(lián) 形式與 關(guān)聯(lián) 強(qiáng)弱 ，為 超 大型空分成套裝備性能仿真及工藝優(yōu)化提供原理支撐。 2） 變工況 過渡狀態(tài)混合維模型與 多變量傳遞規(guī)律 針對變工況條件下普遍存在的過渡狀態(tài)、模糊狀態(tài)等既不能用規(guī)則的整數(shù)維描述，也不能純粹用分?jǐn)?shù)維描述這類特殊狀態(tài)建模與分析， 研究 整數(shù)維與分?jǐn)?shù)維相結(jié)合的 工程過渡狀態(tài)、模糊狀態(tài)混合維建模理論。研究基于設(shè)計歷史與過程的多機(jī)組設(shè)計變量傳遞模型，實現(xiàn)復(fù)雜空分成套裝備從功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能分析 到工藝 流程設(shè)計 的 全設(shè)計周期的多參數(shù)多變量傳遞規(guī)律分析。 3）空分成套裝備多變量多性能關(guān)聯(lián)設(shè)計方法 構(gòu)建多技術(shù)參數(shù)性能的綜合條件區(qū)域，建立影響成套裝備整體性能的多參數(shù)復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系；研究 多 變量 關(guān)聯(lián)的性能反演分析模型，建立 空分成套裝備 關(guān)鍵性能指標(biāo)與多設(shè)計參數(shù)的映射 規(guī)律；研究空分流程與參數(shù)變動對機(jī)組性能的影響與反饋，建立空分內(nèi)外壓縮流程的跨機(jī)組性能評價方法。 4）空分成套裝備多變 量工藝流程關(guān)聯(lián)設(shè)計方法 建立空氣凈化、壓縮、預(yù)冷、純化、膨脹、換熱和精餾等系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)與工藝流程的關(guān)聯(lián)，研究原料空氣壓縮機(jī)、分子篩吸附器、增壓膨脹機(jī)、板翅式換熱器和精餾塔等機(jī)組與部機(jī)的參數(shù)變動對關(guān)聯(lián)機(jī)組工藝流程的影響。 建立 空分成套裝備子系統(tǒng)及關(guān)鍵機(jī)組參數(shù)與工藝流程相互作用的動態(tài)關(guān)聯(lián)， 實現(xiàn)空分成套裝備關(guān)鍵機(jī)組參數(shù)的優(yōu)化匹配及空分成套裝備工藝流程的仿真優(yōu)化。 經(jīng)費比例： 17% 承擔(dān)單位： 浙江大學(xué)、 杭州杭氧股份有限公司 課題 4： 多機(jī)組 同步穩(wěn)定與壽命均衡 設(shè)計 原理 研究目標(biāo)： 針對 空分成套裝備 多 機(jī)組 壽命均衡 設(shè)計 要求， 通過理論分析與試驗 , 闡明 壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和動力裝置等多 機(jī)組 運行過程 中的失 穩(wěn) 機(jī)理， 揭示關(guān)鍵 機(jī)組 在復(fù)雜振動載荷作用下設(shè)備運行的穩(wěn)定性準(zhǔn)則和疲勞失效規(guī)律 , 以及與可靠性的相互關(guān)聯(lián)與作用機(jī)制，建立成套裝備中最短壽命 機(jī)組 壽命預(yù)測理論，實現(xiàn) 空分成套裝備 多 機(jī)組 零部件壽命均衡設(shè)計。 研究內(nèi)容： 1) 關(guān)鍵 機(jī)組壽命設(shè)計、運行穩(wěn)定性與 失穩(wěn)預(yù)防理論 研究復(fù)雜工況下 空分成套裝備 回轉(zhuǎn)設(shè)備軸承潤滑、密封氣流激振、葉片與葉輪及定子間含微間隙對故障發(fā)生和演化的 影響 規(guī)律及其對 空分成套裝備 失效行為的 作用 規(guī)律，探索復(fù)雜環(huán)境下大型 空分成套裝備 的失效發(fā)生 機(jī)理與規(guī)律，建立大型 空分成套裝備 壽命預(yù)測理論。結(jié)合 空分成套裝備 多場耦合和復(fù)雜工況的特點，對系統(tǒng)及其關(guān)鍵零部件進(jìn)行振動、疲勞強(qiáng)度、運行穩(wěn)定性、動態(tài)可靠性等方面的設(shè)計 ，以使機(jī)組 在滿足基本功能的條件下獲得優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能、使用性能和制造性能。 2) 關(guān)鍵 機(jī)組 的疲勞失效機(jī)理及多 機(jī)組 壽命預(yù)測與排序 研究基于壽命序列的 關(guān)鍵機(jī)組 零部件質(zhì)量性能均衡設(shè)計，包括多 機(jī)組 系統(tǒng)中最短壽命零部件的功能替代設(shè)計原理、性能強(qiáng)化原理、壽命補(bǔ)償設(shè)計原理以及長壽命零部件的質(zhì)量 示低溫高壓等極端環(huán)境下 空分成套裝備關(guān)鍵機(jī)組 性能 究離散隨機(jī)損傷累積與連續(xù)損傷累積作用下成套裝備服役性能退化定量評估與預(yù)測方法，分析易損件性能在服役時間坐標(biāo)下的演變過程，對多 機(jī)組 壽命進(jìn)行預(yù)測與排序。 3) 機(jī)組 動態(tài)可靠性設(shè)計原理與并聯(lián)作用機(jī)制 研究不同結(jié)構(gòu)形式的 機(jī)組 在不同的載荷分布特征下，設(shè)計安全系數(shù)與可靠度之間的關(guān)系，提出基于可靠度的“概率設(shè)計安全系數(shù)”計算方法與模型；進(jìn)行典型試件的壽命分布與可靠性試驗 ； 根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)、材料與載荷的分布特性、加工制造精度等計算滿足規(guī)定可靠度指標(biāo)的設(shè)計安全系數(shù)（概率安全系數(shù)）的模型，實現(xiàn) 復(fù)雜空氣分離類成 套裝備 系統(tǒng)動態(tài)可靠性設(shè)計與并聯(lián)作用機(jī)制。 4) 多變 工況 下 成套裝備運行 穩(wěn)定性 預(yù)測及優(yōu)化 結(jié)合 空分成套裝備 系統(tǒng)多 機(jī)組 各種耦合方式及工藝特點，研究變工況變負(fù)荷條件下影響 空分成套裝備 系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的主要因素 ， 探明環(huán)境等不確定性擾動對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的影響關(guān)系， 揭示空分成套裝備 失穩(wěn)形成機(jī)理， 建立 關(guān)鍵 機(jī)組參數(shù)與設(shè)備運行穩(wěn)定性的量化關(guān)系，提出 空分成套裝備 變工況運行穩(wěn)定性預(yù)測模型及系統(tǒng)狀態(tài)失穩(wěn)調(diào)控策略，建立 空分成套裝備 整機(jī)運行穩(wěn)定性定量評價體系。 經(jīng)費比例： 18% 承擔(dān)單位： 東北大學(xué)、 大連理工大學(xué) 課題 5： 關(guān)鍵 部機(jī)高強(qiáng)度大 構(gòu)件 保質(zhì)制造 技術(shù) 研究目標(biāo)： 針對超大型化空分成套裝備中大型壓縮機(jī)、板翅式換熱器等制造中的難點問題，研究 大流量多軸耦合高速轉(zhuǎn)子加工動態(tài)變形機(jī)理，提出高強(qiáng)度特長特寬高壓板翅換熱器的保質(zhì)制造方法，實現(xiàn)大型壓縮機(jī)中超薄葉輪葉片和刀具耦合動力學(xué)分析， 揭示成套裝備關(guān)鍵零部件多源多工序加工精度的形成機(jī)理，提出復(fù)雜零件加工誤差在位檢測技術(shù)與方法， 從而， 實現(xiàn) 空分成套裝備關(guān)鍵機(jī)組、關(guān)鍵部機(jī) 保質(zhì)制造。 研究內(nèi)容： 1) 大流量 多軸耦合 高速轉(zhuǎn)子加工動態(tài)變形機(jī)理 轉(zhuǎn)子是 空分成套裝備 中 壓縮機(jī)、膨脹機(jī) 等設(shè)備 的 關(guān)鍵零件 ,轉(zhuǎn)子加工過程中的 振動、變形是影響加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，且難以控制。 研究齒式傳動多轉(zhuǎn)子加工中定位轉(zhuǎn)換工藝的依據(jù)及多軸平行對偶機(jī)制，研究制造加工偏差所造成的轉(zhuǎn)子奇異性和全局分叉。 研究轉(zhuǎn)子組件加工過程中影響精度的 多物理場復(fù)合作用規(guī)律及其對構(gòu)件的綜合激勵特性，揭示軸系零件與刀具、機(jī)床耦聯(lián)非光滑非線性動力系統(tǒng)的多尺度振動響應(yīng)及動態(tài)變形產(chǎn)生機(jī)理， 建立 多物理場復(fù)合作用下的復(fù)雜軸系零件加工振動、變形的多尺度預(yù)測模型，提出大型軸系零件加工振動與變形抑制、校正策略。 建立加工定位轉(zhuǎn)換等制造偏差對多軸耦合轉(zhuǎn)子動力特性的影響的量化模型，使機(jī)組在正常和 極端工況下的轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性和服役性能最優(yōu)。 2) 高強(qiáng)度特長特寬 高壓板翅換熱器的保質(zhì)制造方法 高強(qiáng)度、低能耗的大型高壓 板翅式換熱器制造一直是困擾我國 空分成套裝備大型化的一個難題。研究高壓板翅式換熱器翅片材料、翅片幾何特性、翅片裝配間隙、 釬焊 工藝（溫升速度、溫度、真空度）與抗高壓、 適應(yīng)大溫降 能力的映射規(guī)律，提出基于 先進(jìn)制造工藝和新材料的高效、耐大溫降和耐高壓的板翅式換熱器的制造原理，建立板翅式換熱器 生產(chǎn)過程關(guān)鍵質(zhì)量檢測 體系，實現(xiàn) 空分成套裝備 大型高壓板翅換熱器的保質(zhì)制造。 3） 超薄葉輪葉片和刀具耦合動力學(xué)及其對能 耗 的 影響 規(guī)律 建立制造加工中超薄葉輪葉片結(jié)構(gòu)和加工刀具耦合動力學(xué)模型，研究刀具和工件的強(qiáng)迫振動、自激振動及參數(shù)振動的機(jī)理，建立葉片結(jié)構(gòu)加工的優(yōu)化軌跡模型，實現(xiàn)加工效率、薄葉輪葉片的加工形狀、表面精度控制的最佳均衡；研究超薄葉輪葉片加工中刀具顫振等因素造成葉片形狀偏離設(shè)計點對葉輪能耗的影響規(guī)律及對葉輪葉片靜、動應(yīng)力和服役壽命的影響。 4) 復(fù)雜零件多工序加工精度形成規(guī)律及在位檢測理論 超 大型 空分成套裝備中的 復(fù)雜零件 具有尺寸大、精度高、 加工工序 多與安裝復(fù)雜等特性 ， 且 在位檢測理論、方法的滯后與匱乏，使得對零件加工 精度的控制十分困難。 研究多工序誤差傳遞機(jī)理，闡明多工序誤差在狀態(tài)空間上的傳遞機(jī)制，揭示復(fù)雜零件加工精度 的形 成、傳遞規(guī)律 ； 研究 分析工藝系統(tǒng)對加工精度的耦合影響規(guī)律， 建立 復(fù)雜零件 加工誤差與工藝參數(shù)之間的反演模型，構(gòu)建 復(fù)雜零件多工序加工精度的預(yù)測模型； 研究多工序復(fù)雜零件加工過程中加工誤差與表面質(zhì)量在位檢測方法與技術(shù)；構(gòu)建基于工序優(yōu)化與在 位檢測融合的大型復(fù)雜零件加工精度 與 質(zhì)量保證機(jī)制 ，形成 特大型空分設(shè)備關(guān)鍵 零件 的核心制造技術(shù) 。 經(jīng)費比例： 15% 承擔(dān)單位： 西安 交通大學(xué)、浙江大學(xué) 課題 6： 超大型空分裝備 性能實驗、仿真 與集成 研究目標(biāo)： 針對 空分成套裝備 及關(guān)鍵 機(jī)組 在 設(shè)計 制造 運行 中存在的性能評價和 可靠性預(yù)測問題，通過建立仿真數(shù)字樣機(jī)， 模擬 空分成套裝備 整機(jī)性能 ， 實現(xiàn)整機(jī) 性能優(yōu)化與評估；通過構(gòu)建關(guān)鍵 機(jī)組 性能實驗臺， 研究 大流量條件下規(guī)整填料塔內(nèi)部混合物壓力、溫度、流量等重要參數(shù)的動態(tài)分布 ， 揭示高傳熱系數(shù)小傳熱溫差的翅片傳熱強(qiáng)化與大流量低溫兩相流均布機(jī)理 ，開展耦合故障作用 下 空分成套裝備轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 的非線性振動特性實驗研究 ， 通過超大型 空分成套裝備 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷 實驗， 為空分成套裝備狀態(tài)監(jiān)測、 故障診斷 與穩(wěn)定運行 提供實驗依據(jù) 。 研究 內(nèi)容： 1） 超大型空分裝備 數(shù)字樣機(jī)性能 集成 仿真 建立機(jī)械、低溫、電子、液壓 、 控制等多領(lǐng)域耦合的空分裝備關(guān)鍵機(jī)組數(shù)字樣機(jī)仿真模型，實現(xiàn) 空分成套裝備 系統(tǒng)級動態(tài)模型組裝，對裝備的設(shè)計、制造、集成、 作業(yè)及維修全生命周期過程進(jìn)行分析與模擬，揭示裝備靜動態(tài)特性及其作業(yè)過程中的物理狀態(tài)演化規(guī)律，模擬 空分成套裝備 整機(jī)性能， 實現(xiàn)空分成套裝備復(fù)雜系統(tǒng)性能的動態(tài)仿真與評估，為 空分成套裝備 超大型化設(shè)計的性能分析提供程序化、可視化的設(shè)計分析平臺。 2）大型深低溫規(guī)整填料塔熱質(zhì)交換性能綜合實驗 針對大型化低溫精餾系統(tǒng)全工況低能耗、高可 靠性的要求，搭建低溫規(guī)整填料熱質(zhì)交換與流動特性綜合測試平臺 ， 揭示大流量條件下規(guī)整填料塔內(nèi)部混合物壓力、溫度、流量等重要參數(shù)的動態(tài)分布，建立集成填料壓降、換質(zhì)及溢流特性的綜合試驗方法，為低溫精餾塔性能評估與優(yōu)化提供 實驗依據(jù) 。 3）大型 板 翅式換熱器傳熱與流動綜合實驗 建立滿足由高強(qiáng)度、高密 度翅片組成的板翅式換熱器單元芯體及均布結(jié)構(gòu)件綜合性能實驗平臺，借助粒子圖像測速儀（ 先進(jìn)測量手段，開展換熱器均布結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)的流場可視化研究，系統(tǒng)揭示高傳熱系數(shù)小傳熱溫差的翅片傳熱強(qiáng)化與大流量低溫兩相流均布機(jī)理，檢驗新型換熱器制造方法的可行性，為確定最優(yōu)化傳熱結(jié)構(gòu)和流體均布結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。 4）大型轉(zhuǎn)子故障模擬和非線性振動及控制實驗 設(shè)計和研制用于透平機(jī)、 膨脹 機(jī)等轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動實驗的轉(zhuǎn)子模擬試驗臺；進(jìn)行系統(tǒng)的非線性振動特性實驗研究和碰摩、裂紋、基礎(chǔ)松動、轉(zhuǎn)軸彎曲、喘振等單一故障及耦合故障導(dǎo)致 的轉(zhuǎn)子非線性振動的試驗研究；實驗研究電 /磁流變阻尼器等技術(shù)對透平機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動的主 /被動控制的效果。 選擇國內(nèi)在役運行的典型空分大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備，通過現(xiàn)場測試轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性和提取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運行的歷史數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)的非線性振動響應(yīng)特性。 5） 超大型空分裝備 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測 及故障診斷 實驗 空分成套裝備 在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是其安全運行的必要保障。建立溫度、壓力、流量、振動位移、軸心軌跡、電流、轉(zhuǎn)速、噪聲等有效狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)采集 與分析實驗臺，分析時域、頻域、趨勢等各種信號的特征，提出空分裝備數(shù)據(jù)挖掘算法和性能診斷方法 ， 為空分裝備狀態(tài)監(jiān)測、 故障診斷 與穩(wěn)定運行 提供實驗依據(jù)。 經(jīng)費比例： 16% 承擔(dān)單位： 浙江大學(xué)、 杭州杭氧股份有限公司 四、年度計劃 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 1）開展空分流體組分純質(zhì)和兩元或多元混合物相關(guān)的全面的文獻(xiàn)調(diào)研 ； 2）搭建 熱容、聲速和熱導(dǎo)率熱物性測試實驗臺 ； 3） 立式多層徑向分子篩吸附器的結(jié)構(gòu)研究 ； 4） 封頭內(nèi)部流場的分布規(guī)律研究 ； 5）規(guī)整填料內(nèi)低溫流體壓降特性究 ； 6） 研究氣液相變過程中亞穩(wěn)態(tài)體相內(nèi)部活化分子的聚集狀態(tài)，探討在無外界擾動的平衡狀態(tài)下，體相內(nèi)部 活化分子的存在方式以及單體與聚集體的濃度關(guān)系 ； 7）描述氣液相變的物理圖景，利用體相在過熱 (過冷 )極限點處的宏觀性質(zhì)來逆推體相與微小新相之間的界面張力 ； 8）空分系統(tǒng)多領(lǐng)域物理耦合特性研究 ； 9）研究非線性壓力邊界以及耦聯(lián)載荷的非線性動力學(xué)耦合作用規(guī)律 ； 10) 超大型空分成套裝備中壓縮、膨脹、換熱、精餾等關(guān)鍵機(jī)組中機(jī) /電 /液 /控 /低溫多學(xué)科耦合關(guān)系及多變量描述方法； 11) 超大型空分成套裝備多機(jī)組變量 敏感性 分析、 多變量耦合的量綱處理 方法； 12) 超大型空分成套裝備多學(xué)科多變量設(shè)計平臺詳細(xì)設(shè)計； 13） 大型空分成套裝備回轉(zhuǎn)設(shè)備的動力學(xué)分析模型建立 ； 14）大型空分成套裝備有關(guān)因素對失穩(wěn)故障發(fā)生和演化的影響規(guī)律及其對空分成套裝備失穩(wěn)失效行為的作用規(guī)律理論分析 ； 15）關(guān)鍵機(jī)組另部件性能基礎(chǔ)實驗 ； 1）獲得包括空分物料和產(chǎn)品中氧、氮、氬三種主要成分與稀有氣體等微量成分的純質(zhì)及多組分混合流體的已存在的各類熱物性實驗數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)式或狀態(tài)方程 ； 2）建成 20力至 50 3）推導(dǎo)出臨界聚集濃 度的表達(dá)式。確定體相處于過熱 (過冷 )極限點時的內(nèi)部分子能量分布特性 ； 4）對經(jīng)典理論的形核率作出修正 ； 5）揭示空分系統(tǒng)及關(guān)鍵部機(jī)機(jī)電、電液、流固及熱固耦合的作用機(jī)理及演化規(guī)律； 6）揭示非線性界面環(huán)境對透平壓縮機(jī)、透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性作用和耦合作用機(jī)理 ； 7） 建立超大型空分成套裝備多機(jī)組、多學(xué)科、多變量的關(guān)聯(lián)表達(dá)模型 ； 8）獲取超大型空分成套裝備 不同 機(jī)組不同 學(xué)科 的關(guān)鍵設(shè)計 變量的 關(guān)聯(lián)形式與 關(guān)聯(lián) 強(qiáng)弱 ； 9）獲得大型空分成套裝備 的非線性特性 、 系統(tǒng)故障特征 10）大型空分成套裝備的失穩(wěn)失效發(fā)生機(jī)理 ； 11）獲得關(guān)鍵機(jī)組另部件的部分基礎(chǔ)性能數(shù)據(jù) ； 12）給出對流換熱以及熱邊界層增厚對凝結(jié)換熱的影響 ； 13)考慮加工偏差影響的多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型； 14)應(yīng)用高強(qiáng)度高密度翅片通道內(nèi)氣、液兩相流的傳熱強(qiáng)化新機(jī)理、新結(jié)構(gòu)，使其傳熱溫差小于 重量減少 1/3，能耗減少 15以上 ； 15) 建立超薄葉輪葉片結(jié)構(gòu)和加工 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 16) 考慮加工偏差等影響因素，建立齒式轉(zhuǎn)子動力學(xué)實驗臺，研究加工偏差對多轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)行為的影響； 17)通過透平膨脹機(jī)熱力性能、氣動性能和可靠性評價，獲得高速透平膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)方案及參數(shù)； 18)大型尺寸的高傳熱系數(shù)、小傳熱溫差的翅片通道結(jié)構(gòu)設(shè)計與試驗 ; 19) 研究制造加工中超薄葉輪葉片結(jié)構(gòu)和加工刀具耦合動力學(xué)， 開展試驗研究； 20) 研究多工序誤差傳遞機(jī)理，及復(fù)雜零件加工精度的形成、傳遞規(guī)律 ； 21）超大型空分裝備設(shè)計、制造、集成、作業(yè)及維修全生命周期過程分析與模擬； 22）超大型空分裝備靜動態(tài)特性及其作業(yè)過程中的物理狀態(tài)演化規(guī)律； 23）超大型空分裝備數(shù)字樣機(jī)性能的動態(tài)仿真與評估。 刀具耦合動力學(xué)模型 ； 16) 闡明多工序誤差在狀態(tài)空間上的傳遞機(jī)制，揭示復(fù)雜零件加工精度的形成、傳遞規(guī)律 ； 17）建立機(jī)械、低溫、電子、液壓、控制等多領(lǐng)域耦合的超大型空分裝備關(guān)鍵機(jī)組數(shù)字樣 機(jī)仿真模型 ； 18）為空分成套裝備超大型化設(shè)計的性能分析提供程序化、可視化的設(shè)計分析平臺； 19）發(fā)表論文 60篇以上，其中 0 篇以上，申請發(fā)明專利 4 20）培養(yǎng)博士后、博士和碩士生 30名 。 第 二 年 1）針對文獻(xiàn)調(diào)研顯示數(shù)據(jù)空白區(qū)域進(jìn)行實驗測量 ； 2）利用重正化群理論研究空分流體臨界區(qū)特性，完善各組分超臨界與亞臨界區(qū)的熱物性理論 ； 3）基于熱力學(xué)從狀態(tài)信息和量熱信息兩個方面同時出發(fā)，結(jié)合重正化群理論框架，重構(gòu)具有高熱力學(xué)完善度和基于亥姆霍茲能統(tǒng)一形式的基本型狀態(tài)方程 ； 4）立 式多層徑向分子篩吸附器的再生活化能耗分析 ； 5）封頭結(jié)構(gòu)內(nèi)流場的可視化實驗研究 ； 6）規(guī)整填料內(nèi)低溫流體兩相流動及傳質(zhì)特性 究 ； 7） 用 法追蹤自由界面 ,處理汽液交界面上的相變導(dǎo)致的不連續(xù)速度場。數(shù)值模擬水平壁面上的膜態(tài)沸騰和豎直圓頭柱體表面的自然對流膜態(tài)沸騰 ； 8） 實驗研究豎直矩形窄縫流道內(nèi)過1）獲得空白區(qū)域的關(guān)鍵性 熱容、聲速和熱導(dǎo)率熱物性實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研數(shù)據(jù)形成完整的參考物性數(shù)據(jù)庫 ； 2）解決臨界區(qū)低溫流體熱物性計算不確定度問題 ； 3）獲得結(jié)合多方完整信息的新型空分流體狀態(tài)方程框架，以參考數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，獲得各組分純質(zhì)氣體專用的高精度、寬范圍基本型狀態(tài)方程 ； 4） 給出水平壁面上的膜態(tài)沸騰和豎直圓頭柱體表面的自然對流膜態(tài)沸騰的規(guī)律 ； 5） 給出對流換熱以及熱邊界層增厚對凝結(jié)換熱的影響 ； 6）掌握復(fù)雜非線性界面環(huán)境下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學(xué)規(guī)律，包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和失穩(wěn)模式以及其對系統(tǒng)參 數(shù)的敏感性 ； 7）提出空分系統(tǒng)可重用的模型知識統(tǒng)一表征的形式化方法；探索大型空分成套設(shè)備的系統(tǒng)連接機(jī)制，研究其 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 冷沸騰的汽泡凝結(jié)過程 ； 9）研究空分成套裝備系統(tǒng)系統(tǒng)動力學(xué)模型的多領(lǐng)域物理建模原理 ； 10）研究 非線性界面耦合環(huán)境 中 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的 動力學(xué)特性，研究由轉(zhuǎn)子橫截面溫度不對稱及溫度場不穩(wěn)定引起的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動特 征 ； 11) 超大型空分成套裝備多機(jī)組、多層次和多參數(shù)關(guān)聯(lián)分析 ； 12) 變工況條件下超大型空分成套裝備過渡狀態(tài)、模糊狀態(tài)建模 ； 13) 基于設(shè)計歷史與過程的超大型空分成套裝備多機(jī)組設(shè)計變量傳遞 ； 14）復(fù)雜環(huán)境下大型空分成套裝備的失穩(wěn)失效發(fā)生機(jī)理與規(guī)律分析，關(guān)鍵機(jī)組參數(shù)與設(shè)備運行穩(wěn)定性的量化關(guān)系研究 ； 15）關(guān)鍵機(jī)組另部件性能基礎(chǔ)實驗 ； 16）加速壽命試驗的理論模型建立 ； 17）關(guān)鍵零部件的質(zhì)量 18)開展加工偏差對齒式轉(zhuǎn)子動力學(xué)系統(tǒng)動力學(xué)影響的試驗研究，研究轉(zhuǎn)子組件加工過程中影響 精度的多物理場復(fù)合作用規(guī)律及其對構(gòu)件的綜合激勵特性 ； 19)對各種均布結(jié)構(gòu)分期進(jìn)行小件試驗及工業(yè)性結(jié)構(gòu)試驗，進(jìn)行傳熱試驗 ； 20)研究刀具和工件的強(qiáng)迫振動、自激振動及參數(shù)振動，繼續(xù)開展試驗研究 ； 21) 研究分析工藝對加工精度的影響規(guī)律，研究復(fù)雜零件多工序加工精度的預(yù)測模型 ； 22）大型化低溫精餾系統(tǒng)填料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型及有效減小流體不均勻性的結(jié)構(gòu)及方法 ； 23）大流量條件下規(guī)整填料塔內(nèi)部混合物壓力、溫度、流量等重要參數(shù)的動態(tài)分布 ； 24）大型化低溫精餾系統(tǒng)集成填料壓多領(lǐng)域功能模型綜合集成原理，提出可重構(gòu)的模型集成方法；構(gòu)建模型可重用、系統(tǒng)可重構(gòu)的空分系統(tǒng)層次遞階建模理論體系 ； 8）實現(xiàn)數(shù)值與幾何相結(jié)合的復(fù)雜空分成套裝備多機(jī)組、多層次和多參數(shù)關(guān)聯(lián)分析 ； 9）建立整數(shù)維與分?jǐn)?shù)維相結(jié)合復(fù)雜空分成套裝備變工況過渡狀態(tài)混合維模型 ； 10）獲取面向產(chǎn)品全設(shè)計周期的復(fù)雜空分成套裝備多參數(shù)多變量傳遞規(guī)律 ； 11）獲得 在 復(fù)雜環(huán)境 下 空分成套裝備的非線性特性 、 系統(tǒng)故障特征映射關(guān)系 ； 12）獲得關(guān)鍵機(jī)組另部件性能加速壽命試驗方法 ； 13）獲得關(guān)鍵零部件的質(zhì)量 14）給出對流換熱以及熱邊界層增厚對凝結(jié)換熱的影響 ； 15) 揭示制造加工偏差影響轉(zhuǎn)子奇異性和全局分叉等動力學(xué)行為的機(jī)理。提出加工精度對構(gòu)件綜合激勵特征的描述方法 ； 16)使新的均布結(jié)構(gòu)的均布效果比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)提高 15 ； 17)揭示刀具和工件的強(qiáng)迫振動、自激振動及參數(shù)振動的機(jī)理 ； 18) 形成復(fù)雜零件多工序加工精度的預(yù)測模型； 19）針對大型化低溫精餾系統(tǒng)全工況低能耗、高可靠性的要求， 完成低溫規(guī)整填料熱 質(zhì)交換與流動特性綜合測試研究 ； 20）建立精餾塔內(nèi)各參數(shù)隨進(jìn)出口條件變化的非穩(wěn)態(tài)反應(yīng)規(guī)律及相應(yīng)調(diào)控機(jī)制，為低溫精餾塔性能評估與優(yōu)化提供實驗依據(jù) ； 21）發(fā)表論文 60篇以上，其中 0 篇以上，申請發(fā)明專利 4究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 降、換質(zhì)及溢流特性的綜合試驗方法。 項 ； 22） 培養(yǎng)學(xué)術(shù)帶頭人 1 人 ， 培養(yǎng)博士后、博士和碩士生 30 名 。 第 三 年 1)建立面向基本型狀態(tài)方程的新型流體混合法則，解決空分低溫流體多元多相混合物性計算和相平衡界定問題 ； 2） 立式多層徑向分子篩吸附器的再生活化能耗分析 ； 3） 改進(jìn)型封頭結(jié)構(gòu)的研究 ； 4） 搭建小型低溫流體規(guī)整填 料壓降實驗臺，并進(jìn)行試驗 ； 5） 采用數(shù)值模擬方法研究高速旋轉(zhuǎn)流道內(nèi)部的跨音速流動特性，分析通道結(jié)構(gòu)對 流動的影響。針對跨音速旋轉(zhuǎn)流道內(nèi)流，對穩(wěn)態(tài)可壓縮湍流流動進(jìn)行求解 ； 6）研究結(jié)構(gòu)化模型知識的數(shù)學(xué)平坦化映射 ； 7）研究連續(xù)離散微分代數(shù)系統(tǒng)的特性與求解 ； 8）超大型空分成套裝備多技術(shù)參數(shù)性能的綜合條件區(qū)域獲取 ； 9）超大型空分成套裝備 多 變量 關(guān)聯(lián)的性能反演分析 ； 1） 獲得一套適用于空氣組分低溫流體的多元多相熱物性計算的流體混合法則，可以計算氧、氮、氬三種主要成分與稀有氣體等微量成分的純質(zhì)及多組分混合流體在各自三相點以上至室溫 300K 區(qū)間，壓力 50括 熱容、焓、熵等 ； 2） 給 出流體速度、壓力和溫度的變化特征 ； 3）實現(xiàn)知識驅(qū)動的連續(xù)離散系統(tǒng)狀態(tài)方程體系自動生成與計算的技術(shù) ； 4）實現(xiàn)大規(guī)模非線 性微分代數(shù)方程的自適應(yīng)歸約及解耦策略，建立復(fù)雜多領(lǐng)域連續(xù)離散混合系統(tǒng)微分代數(shù)系統(tǒng)的分治解算方法 ； 5）建立超大型空分成套裝備 關(guān)鍵性能指標(biāo)與多設(shè)計參數(shù)的映射 ； 6）實現(xiàn)超大型空分內(nèi)外壓縮流程的跨機(jī)組性能設(shè)計、仿真與分析 ； 7） 揭示 大型空分成套裝備的失穩(wěn)失效發(fā)生機(jī)理與規(guī)律 ； 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 10）空分流程與參數(shù)變動對機(jī)組性能的影響與反饋； 11）進(jìn)行大型空分成套裝備非線性動力學(xué)試驗 ； 12）關(guān)鍵機(jī)組另部件性能基礎(chǔ)實驗 ； 13）基于壽命序列 的關(guān)鍵機(jī)組零部件質(zhì)量性能均衡設(shè)計研究 ； 14）成套裝備服役性能退化定量評估與預(yù)測方法研究 ； 15) 建立軸系零件與刀具、機(jī)床耦聯(lián)非光滑非線性動力系統(tǒng)的多尺度振動響應(yīng)及動態(tài)變形計算分析模型； 16) 進(jìn)行大型尺寸兩類換熱器的高強(qiáng)度制造工藝實施，開展具體設(shè)計、工藝、制造； 17) 研究薄葉輪葉片結(jié)構(gòu)加工效率、加工形狀、表面精度控制的最佳均衡理論； 18）研究復(fù)雜零件加工誤差與工藝參數(shù)之間的反演規(guī)律及量化模型； 19）大型板翅式換熱器均布結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)的流