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11. Bo Zhang∗, Xutong Song, Jinsheng Lv, Jixue Zuo. Study on the key ejector structures of the waste heat-driven ejector air conditioning system with R236fa as working fluid. Energy and Buildings 49 (2012) 209–215.

【主要研究进展】：

多年一直从事射流混合与增压过程复杂流动过程、流固耦合关系、余热利用及其特殊现象的分析与研究，在理论研究、系统创新、理论转化为实践等方面取得了一定突破。研究内容得到了多项国家自然科学基金、省基金和教育部人才计划支持，承担了十余项企业委托项目，授权发明专利2项，发表论文近30篇，并成功领导了技术创新的工业化设计与实现。主要学术贡献、创新成果与社会经济意义体现在：

1、 面向解决技术难点、提出新理论：基于场协同理论的高速射流传热和流固耦合分析优化新方法

在低品位能源回收利用中，高效传热和流体流动分析至关重要，尤其在能效低下的喷射式制冷/热泵系统中，这两个问题是关键问题。

为了探索紧凑、高效换热器和提高喷射器工作性能，使得喷射式制冷/热泵系统在工业上可行，结合过增元院士提出的对流传热场协同概念（其思想是温度梯度与速度梯度之间的协同耦合提高传热系数），申请人进行了较有成效的探索研究。主要贡献是：1) 发展了场协同传热模型，并进一步尝试和验证了其在传热优化分析中的作用和应用方法，这部分工作内容发表在Energy、Renewable Energy和Applied Thermal Engineering等期刊上，基于以上成果对高效换热器尤其是小温差、层流和过渡段、液滴撞击热壁面为代表的换热器进行了有效的优化，为喷射制冷/热泵系统的主要换热器设计提供了依据。2) 提出流场独立协同对流动减阻优化思想，既速度和速度梯度之间的协同耦合关系:采用Favor平均结合Renolds平均从N-S方程推导建立了完整了可压/不可压层流、湍流场协同流动减阻模型，用协同角和协同度作为指标对CFD计算流场进行二次提炼加工；提出了场协同度结合涡判定的场协同区域分析指标；提出了指标定量、区域分析流场的方法，为流固耦合自动寻优奠定了基础。这部分研究来源于喷射器射流混合和壁面关系优化的难题、定位于具有广泛适用性的流固耦合自动寻优，对流体力学广义上具有一定理论创新意义，这部分主要内容发表在Int. J Heat and Mass Transfer等国际期刊上。

2、 有效的系统技术创新：首次成功实现了大型高效利用余热的喷射制冷/热泵系统产业化

工业余热废热广泛存在，这部分能源由于品位低、能量密度低而难以高效、经济地回收利用，不但造成大量浪费而且还给环境带来危害。长久以来，人们一直在探索如何解决这个问题。喷射器是一种能源回收利用设备，该设备本身和围绕它建立的能源利用系统早已广泛应用于能源生产领域，但是该设备最大问题是效率低下、喷射制冷系统/热泵的机械循环泵耗能高、运行不稳定。

针对工业生产过程中产生的温度低于100℃余热资源，通过研究与开发，发明了新型“主动平衡压力的喷射制冷系统”，解决了制约余热制冷系统发展的性能和安全性问题，使得该系统在工业应用取得了突破。该方案不但节省了机械循环泵电耗而且有效防止了气蚀可能，从而提升了系统安全可靠性。在制冷的同时，该系统也可用于集中供暖系统的二级换热站，实现一次网供回水温差放大的作用。相比于其它系统，喷射式热泵系统运行更可靠、维护费用低、占地面积小，可实现就地替换。这两项专利技术都成功进行了产业化示范，形成了新型能源高效利用设备，用户企业从节能和环保两个方面获得客观效益。由于该两项技术的成功，也形成了新的工业产品、诞生了有竞争力的新型科技创新型企业，为经济发展带来新动力。

本技术创新点之一的思想是：冷凝液不直接进入高压高温的发生器，而是先进入一个冷(或者温)换热器，达到设定容积后，断开冷凝器和这个罐子的连接，然后对这个换热器进行加热到接近发生器温度，随后再开启这个换热器到发生器的链路，利用重力使液体进入发生器，实现供液。供液完毕后，断开此换热器与发生器链路，通过冷却水冷却此空换热器，然后在此与冷凝器连接。以上思路来源于对心脏的左右心室、心房工作过程的分析，将连续的机械升压过程转变为交替的“吸入”和“压缩”过程。同样，为了保证制冷系统连续工作，发生器需要连续获得液体制冷剂补充，为此设置了两个中间换热器。在这个系统中，循环泵将液体工作介质输送到中间换热器的过程中，只需要克服管道阻力和微小的压差（为了加快运行速度，中间换热器通过冷却水降温过程需要加快，不能完全达到冷凝器温度），从而电耗显著降低，只需要消耗原泵功的20~30%。同时由于压差小，循环泵气蚀现象不再出现。

社会经济贡献：以上系统经过工业二次设计开发后，实现了产业化，完成了国内首台大制冷量R236fa工质的余热喷射制冷机，总制冷量1744kW，系统利用90~95℃热水驱动，制备8℃工艺/空调冷冻水，经过运行和测试，系统COP为0.30达到了设定要求。该系统开发成功，用户单位不再需要通过风冷系统对回到锅炉系统的90~95℃热水进行冷却降温，热水利用温差达到20℃；同时，该系统还替代了原压缩式制冷机组，为工艺和空调系统提供了1744kW的冷冻水制冷量，使用户单位产生了可观的节能效益。该系统的成功开发和运行，也为开发单位提供了新的产品、产生了经济收益。本项目实施中，完成企业标准一项（喷射式冷水机组。中能东讯新能源科技（大连）有限公司企业标准，Q/ZD J.001-2010。标准制定人：张博、宋辉）。

本技术创新之二是：基于喷射式热泵回收一次网回水余能的二级换热站供暖系统

在集中式供暖系统中，一次网供水通过二级换热站加热二次网回水，二次网供水负担用户用热量，如果需要提高二级换热站供暖能力、提升供暖质量，需要提高一次网供水温度、供水量。提高一次网供水量将会增加水泵功耗，甚至涉及到一次网改造工程，耗时耗力；提高一次网供水温度，也会增加一次网热损失。我国北方地区存在着大面积的集中供暖系统，随着城市化发展，现有供暖能力不足、供暖质量不达标等问题都需要进行有针对性的研究和改造。针对此问题提出了二级网喷射式热泵改造方案。在该方案中，一次网供水进入热泵系统的发生器，驱动喷射热泵系统工作，而不是直接用来加热二次网回水。整个系统从热量平衡来看，由于一次网回水经过热泵蒸发器再次降温，从而额外获得了这部分温降显热，作为增加量输入到了二次网中。作为指标，一次网供、回水温差的增加，表征了该换热站换热能力的增强。

社会经济贡献：该设计方案成功地进行了工业化设计，并完成了产业化，经过测试热泵系统COP>1.6，单一换热站供暖能力增加了40%。相对于同样可以实现该热量回收目的的溴化锂-水吸收式热泵，本系统最大的特点是系统结构简单、体积小、运行稳定，可以满足现有换热站无需大规模改造、重建的要求。同时只要一次网供水温度高于85℃，本系统就可以正常运行；如果一次网供水温度达不到指标，则本系统关闭运行条件下，也可以退化为简单换热设备，从而满足基本换热需求。

以上围绕高性能喷射器和高效换热为核心的系统皆成功实现了产业化，通过了现场试验和用户考核。

【主要科研项目】：

1)       流体流动减阻新方法，教育部新世纪优秀人才计划，2013-2015；

2)       基于场协同优化的喷射器设计方法研究，国家自然科学基金，2013-2016；

3)       气液两相及气体喷射器内超音速流动过程的研究，国家自然科学基金，2007-2012；

4)       工业余热喷射制冷系统的关键技术与设备研究，辽宁省攻关项目，2010-2012；

5)       新型太阳能双喷射式制冷系统波动工况试验研究，辽宁省自然科学基金，2010-2012。