2019年4月19日 
星期五
 征稿通知

 全“讲、比”组办发〔2014〕11号
   为深入贯彻党的十八大、十八届三中全会精神和习近平总书记系列重要讲话精神,服务实施bwin|登录驱动发展战略,进一步推动“讲理想、比贡献,奋力实现中国梦”活动(以下简称“讲、比”活动)深入开展,营造群众性技术bwin|登录活动的良好氛围,全国“讲、比”活动领导小组(国家发展改革委、科技部、国务院国资委和中国科协)决定对2013-2014年度在企业开展“讲、比”活动中有突出贡献、有示范作用、辐射性强的先进集体、bwin|登录团队、bwin|登录标兵和优秀组织者进行评选表彰。根据《全国“讲、比”活动表彰... >> 详细

 
理事风采
>> 详细
 征稿通知
关于2013-2014年度全国“讲理想、比贡献,奋力实现中国梦”活动先进集体、bwin|登录团队、bwin|登录标兵和优秀组织者入选名单公示的通知

 全“讲、比”组办发〔2014〕11号

   为深入贯彻党的十八大、十八届三中全会精神和习近平总书记系列重要讲话精神,服务实施bwin|登录驱动发展战略,进一步推动“讲理想、比贡献,奋力实现中国梦”活... >> 详细

投稿方式
电话: 010-68455696 010-68457597
地址: 海淀区阜成路115号丰裕写字楼E座
信箱:kj7597@126.com
邮编: 100142
联系人: 马铭阳
 
战略合作
>> 详细
 
bwin|登录成果

2015/12/28
路有迹 心无疆
—记长江学者、清华大学教授张扬军

文/高妍  毛艳玲

  

   张扬军,湖北宜昌人,发动机流体力学专家;教育部长江学者特聘教授,清华大学汽车工程系教授、博士生导师;北京航空航天大学航空发动机专业博士。主要从事发动机增压及总能利用研究。现担任清华大学特种动力研究中心主任、汽车安全与节能国家重点实验室副主任,国际杂志I.J. of Fluid Machinery and System主编。

  采访张扬军是在一个阴雨的午后。他个子不高,皮肤略黑,穿着朴素,声音细亮,语速有点快,笑起来憨厚爽朗。
幼年苦寒挣扎,少年笃志求学,青年厚积薄发……从长江边的苦孩子,到清华大学教授、长江学者特聘教授,张扬军的成长充满了艰辛与传奇。这样一个人,有太多故事可以述说。
但相比那些故事,张扬军更愿意分享他的科研之路—从航空到汽车的跨行业交叉bwin|登录之路,分享他对行业未来发展的预见,分享他对科研事业的热爱与忠诚。

   


  涡轮增压:
  航空与汽车跨行业交叉

  1999年12月,张扬军调入清华大学汽车工程系,从航空到汽车跨越正是从这个时候开始。在这之前,他就职于清华大学流体机械及工程研究所,更早的时候他在北航完成了本硕博三个阶段的学习,专业是航空发动机。
  虽已转入汽车工程系,但张扬军并未放下自己在航空领域的多年积累。怎么用航空领域的研究所得,帮助自己在汽车工程研究方面开拓出一片天地,是他一直在思考的问题。
  2000年10月20日,作为最年轻的获奖者,张扬军与其他9位博士后一起,获颁“首届中国优秀博士后奖”。
  作为中国博士后制度的倡导者、著名物理学家李政道先生专程回国颁奖。张扬军得以与李政道产生短暂交集,他仍清楚记得当时的情形,记得那句让他受益至今的话。
  典礼前的座谈会上,张扬军身上的几个特殊“标签”(清华大学、最年轻的获奖者,成果在航空航天领域单位却属汽车工程系)引起了李政道先生的好奇。在了解到张扬军正基于航空叶轮机流体力学的研究基础,进行内燃机流体力学的研究时,李政道大加赞赏,并说:“向同行学习,产生量变;跨行业交叉,产生质变!”
  就是这句话,使张扬军茅塞顿开。“涡轮增压技术是典型的源自航空的流体技术,利用这一技术开展汽车工程研究与应用,正是跨行业交叉研究。”前辈的鼓励,坚定了张扬军开展交叉研究的信念,帮助他在航空与汽车的交叉交融中孕育出丰硕的成果。

   
  涡轮增压,就是通过涡轮驱动压气机,对发动机进气增压,提高发动机进气量,从而有效提高发动机功率、降低发动机油耗和排放。
  涡轮增压是先进高效低碳内燃机研发的关键技术。作为汽车、通用航空和船舶等交通运载工具的主导动力,内燃机每年消耗的燃油约占全年石油消耗总量的60%,相当于我国全年进口石油总量,节油降耗的压力一直都在。
  张扬军介绍,随着研究的推进,越来越多的人认识到,不断提高涡轮增压比、缩小排量,是汽车节能的基础战略和主要技术途径。同时,通过高增压提高进气密度,也是解决汽车高原和通用航空高空环境适应性问题的技术关键,适合我国高原面积广阔、通用航空发展迅速的国情。因此,高增压技术不仅是汽车节能减排研究的国际前沿与热点、我国内燃机和汽车零部件产业升级急需突破的主要瓶颈,同时也是通用航空先进动力研发的关键技术。
  我国从“十一五”开始,启动了内燃机高增压研究的973课题,张扬军为课题负责人。当时国内内燃机的增压水平仅为3.5,压比>4的高增压技术完全被国际大公司垄断。
  张扬军解释,内燃机增压压比接近4时,增压离心压气机流动就由亚声速进入跨声速领域。“跨声速领域增压比的提高十分困难,世界上最大的涡轮增压器公司Honeywell基于丰富的设计经验和实验数据,花了17年的时间(1985~2002年),才将该公司的内燃机增压比水平从3.3提升到了3.8。”
  拥有雄厚研究基础与领先技术水平的世界一流公司尚且如此,何况是实力仍与国际存在一定差距的我们。大家就都明白,我国设计经验和实验数据均十分缺乏,要突破压比>4的高增压技术,必须进行理论bwin|登录。
  张扬军所带领的发动机流体与增压团队,在国家973等课题的支持下开始了研究工作。他们针对高增压技术发展所面临的压气机范围窄、涡轮效率低和全工况匹配难等三大技术难点,将航空叶轮机的先进流动控制方法应用于内燃机涡轮增压研究,进行内燃机高增压流动理论与方法bwin|登录,通过理论bwin|登录促进技术突破和工程应用,可谓“战功”卓著。
  在高增压压气机扩稳研究方面,他们揭示了压气机流场匹配扩稳新机理,提出并发展了高增压跨声速压气机非对称控制扩稳技术,实现了我国内燃机增压压气机设计由亚声速到跨声速的技术跨越,解决了传统对称控制扩稳技术在跨声速压气机应用效果差的技术难题,突破了高增压压气机稳定工作范围过窄的关键技术瓶颈。
  在高增压涡轮增效研究方面,他们揭示了涡轮脉冲流场整流增效新机制,提出并发展了基于动态来流、减小对排气脉冲敏感性的涡轮设计技术,实现了增压涡轮设计由基于稳态来流向基于动态来流的技术跨越,解决了在内燃机排气脉冲条件下高增压涡轮效率大幅降低的技术难题,突破了高增压涡轮工作效率低的关键技术瓶颈。
  在高增压全工况匹配研究方面,他们创建了压气机与涡轮系统通流模型,提出并发展了内燃机增压通流匹配技术,实现了增压系统匹配由零维、单向匹配向一维、耦合匹配的技术跨越,解决了高增压全工况匹配技术难题,突破了内燃机高增压系统工况适应性差的关键技术瓶颈。
  这三大技术瓶颈的突破,成功将我国车用内燃机增压水平由3.5提升至4.0以上,有效支撑了水陆两栖等特种车辆的研发。以此为基础,张扬军团队成功研制出多个系列高增压涡轮增压器产品,打破了Honeywell、ABB等国际公司在高增压涡轮增压器领域的市场垄断,并实现了我国涡轮增压器出口与国外大型内燃机和汽车公司进行零部件直接配套“零”的突破。
  同时,他们有效解决了内燃机的高原适应性问题,突破了工程机械在“世界第三极”青藏高原地区使用功率严重下降的重大瓶颈,实现了工程机械动力海拔4500米功率下降<5%的世界领先水平。
更为重要的是,这一研究成果打破了国外对通用航空内燃机高增压技术的封锁,可使无人机升限在原来基础上提高5000米以上。而作为通用航空高端产品,高空无人机在气象预测、通讯中继和灾害预测等领域,具有非常广阔的应用前景。
  这一成果也获得了国内外广泛赞誉—
  高增压流动理论与技术研究成果,被收入中国科技文献出版社出版的《2012—2013工程热物理学科发展报告》,且被中国工程热物理学会在中国科协组织的“2014中国科协学术建设发布会”上作为工程热物理学科的重要进展和成果进行了发布。
  美国Honeywell公司在2012年ASME年会的增压研究综述论文中,对张扬军团队的高增压研究进行了高度评价,称其是“国际上首次利用非对称流动控制进行压气机扩稳研究”。
  英国帝国理工大学教授Ricardo在第五届泵与风机国际大会作特邀报告时,特别提到“现有传统的设计方法均未能考虑发动机排气脉冲效应的影响”,而张扬军团队“减小敏感性的研究非常有效”。
  日本IHI公司也曾表示该团队的高增压流动研究对“内燃机增压研究起到了引领作用”。
  同时,高增压研究发表的论文于2010年获得英国J.of Power and Energy杂志的年度最佳论文奖,2012年获美国ASME Tubo Expo的大会最佳论文奖。张扬军还代表中国工程热物理学会,应邀在韩国举行的ISFMFE2012流体机械国际会议上,作高增压研究进展的大会特邀报告。
  2014年1月10日,张扬军领衔的研究成果“内燃机全工况高增压关键技术及工程应用”荣获2013年国家科技进步二等奖。他代表团队在人民大会堂受到习近平总书记和李克强总理等党和国家领导人的亲切接见。
  如今,他们正依托团队的高增压研究基础和清华大学汽车工程系的电动汽车研究优势,开展电动涡扇发动机的研发。张扬军介绍,电动涡扇推进可应用于无人机和教练机,具有维护简单、安全性高、经济性好、噪声低等优点,飞行一小时的能耗成本还不到传统内燃机动力飞机的十分之一。随着低空空域改革的不断深化和中国通用航空产业环境的不断完善,张扬军认为电动涡扇推进将具有很好的应用前景。
  涡轮复合:
  涡轮增压技术的升级换代

  9月末,习近平主席访美中方成果清单刚一公布,就引起了广泛关注,张扬军就是关注者之一。他最关注的是中美双方在清洁能源领域的交流与合作。“……新启动一个提高中载至重载卡车能源效率的技术合作领域……促进高能效卡车的开发及其在两国市场的应用,以显著降低交通运输领域的燃油消耗和温室气体排放。”
  张扬军正在攻关的项目恰好就在这个范围内—通过涡轮复合实现发动机余压余热能的动力回收与利用,有效提高内燃机的总能利用率。
  交通节能向来是实现节能减排的三大战场之一,内燃机余压余热能利用等交通节能技术更是工业节能和建筑节能的共性关键技术。“现在,内燃机消耗的燃油能量,有60%都以余压余热能的形式排掉了,这是一个非常大的浪费。内燃机余压余热能是一个没有污染的余能资源,如果能够回收利用,哪怕只是一部分,发展空间也是巨大的。”张扬军激动地说。
  他正在研究的涡轮复合技术,就是要激活这个余能空间。该技术能够有效利用发动机排气余压余热能,通过动力涡轮将部分能量转化为有效功,提高内燃机燃油经济性、降低二氧化碳排放。它是涡轮增压的升级换代技术,同样是跨行业交叉研究的结晶。通过涡轮复合回收利用发动机余压余热能是内燃机节能减排的新增长点和主要发展方向,也是当代发动机流体力学研究的主要学科前沿问题。
  2011年前后,受胡锦涛主席委托,两院(中国工程院和中国科学院)启动了由师昌绪院士任组长、刘大响和徐建中院士任副组长,聚集了50多位两院院士、75位特邀专家的“航空发动机和燃气轮机‘两机’专项”调研工作。作为75位特邀专家之一,张扬军得以与航空发动机领域的院士们一起工作。
  北京航空航天大学的陈懋章院士对于他将航空叶轮机领域的先进流体技术跨行业交叉bwin|登录应用于汽车内燃机领域非常赞赏,并鼓励他除汽车内燃机领域外,还可进一步拓展应用于船舶和通用航空内燃机等领域。
  交流中,他从徐建中院士正在开展的973课题航空发动机对转涡轮研究中得到启示,再结合涡轮复合研究情况,bwin|登录提出了内燃机对转涡轮复合新方案,并最终发展了对转涡轮复合新技术。
  在“十二五”国家973等课题支持下,张扬军团队从整机循环、系统集成和部件设计三个层次进行了内燃机余能利用涡轮复合技术的研发,已经取得了多项bwin|登录成果—
  建立了以循环耦合设计参数为变量的涡轮系统通流模型,揭示了涡轮复合气动循环的能量分配效应,提出变几何涡轮复合循环方案,可提高内燃机全工况总能效率。
  揭示了两级涡轮系统的流场匹配效应,提出对转涡轮复合系统,可有效提高涡轮系统的总效率。
  发展了涡轮发电/传动系统一体化设计方法,通过一体化设计降低涡轮发电机或液力偶合器的转速,提高系统总效率,并有效降低系统成本。
  以这些成果为基础,张扬军团队与东风商用车公司等合作,研制出了我国第一台涡轮复合内燃机原理样机。台架测试结果表明,涡轮复合系统可提高总能效率7.8%,优于Volvo、Detroit、Scania等国际公司的涡轮复合技术提高发动机总能效率5%~6%的技术指标。2011年以来,国际上发表SCI和EI检索的内燃机涡轮复合相关论文机构排名中,清华大学(张扬军团队)均名列第一。瑞典皇家理工学院学者2015年在Renewable and Sustainable Energy Reviews上发表的内燃机涡轮复合技术研究综述论文中,详细介绍了张扬军团队的相关研究成果。张扬军应邀在日本举行的AIFMC2015亚洲流体机械国际会议上,就涡轮复合研究进展作大会主题报告。
  作为落实《中国制造2025》的重要举措,中国汽车工业协会已经完成了中国汽车行业工业强基重点支持方向的梳理工作。清华大学研发的内燃机涡轮复合系统,作为核心基础零部件被列入了中国汽车行业工业强基的重点支持方向。
  当前,团队正在内燃机涡轮复合系统原理样机的基础上进行产品样机开发,力争早日将该项技术实现产业化。

  涡轮ORC:
  新能源利用与能源互联网

  电动汽车、电动船舶、电动飞机、分布式发电……这些未来新能源利用科研的发展重点,无一不在能源互联网的建设范畴之内。
  采访中,张扬军为我们展望了能源互联网实现后的一个美好场景:
  每个建筑上都有微型涡轮ORC(有机朗肯循环)太阳能发电厂,产生的电能通过无线方式传给能源互联网。电动汽车、船舶和飞机等可以通过无线连接方式,随时利用能源互联网充电,成为巨大的储能机构。到那个时候,电动汽车、船舶和飞机等新能源交通工具将成为能源互联网中不可或缺的一部分。
  张扬军团队开展的涡轮ORC发电研究,都是在为这个场景的实现加油助力。在国家973等课题支持下,张扬军团队已经在涡轮ORC发电研究方面取得了一定进展。
  他们发展了ORC总能优化技术,通过ORC循环热力过程与余热源传热过程的流动综合优化、涡轮膨胀机低比速设计,提高系统总能利用率、降低系统成本。团队核心研究骨干诸葛伟林副教授应邀在韩国举行的AFORE2015亚太可再生能源国际会议上,就涡轮ORC研究进展作大会特邀报告。
  他们与湖北武冷集团、中船重工等联合研发了工业及船用110kWORC总能循环发电系统,已分别在山东德州大禹化工和宜昌兴发示范运行。目前正与东风商用车、长江动力、三峡大学等进行车用及建筑太阳能利用5-10kW ORC发电系统的研发。
  他们bwin|登录性地提出了燃料电池ORC发电新概念。“燃料电池余热ORC发电,通过燃料电池堆冷却极板与ORC系统蒸发器的一体化设计,不仅有效回收利用燃料电池反应热,同时可有效解决燃料电池散热困难的关键瓶颈之一。该项技术若能突破,在新能源汽车、船舶和分布式发电领域,将具有广阔的应用前景。”
  十几年来,张扬军从航空走向汽车,又立足汽车面向通用航空、船舶及新能源领域,坚持走跨行业交叉bwin|登录之路,始终围绕以流体为工质的能量转换装置—发动机进行研究,并形成了鲜明的研究特色。他嗅觉敏锐,有大局观,总能在不断变换的大环境中,挖掘出自身擅长又适应社会发展趋势的前瞻性研究点,并积极布局、努力突破。无论涡轮增压,还是涡轮ORC,张扬军都是立足实际,面向未来。
  张扬军团队在研究过程中对产学研用协同bwin|登录发展模式的探索,也可为今后工作的开展提供有益借鉴。
  他所领导的发动机流体与增压团队,是由清华大学汽车系、热能系和航院等相关教师组成的跨院系bwin|登录团队。该团队有效利用学校相关院系的流体力学学科研究与行业背景优势,按照学校顶层设计和布局,发挥群体效应,进行动力研发及新能源利用等共性流体关键技术的有组织bwin|登录研究。
  “产学研用合作的关键在于突破产、学、研、用各自为政的壁垒。”在湖北省科技厅和宜昌市委市政府等的支持下,立足于技术发展和行业需求,张扬军团队联合位于武汉的武冷、东风商用车、长江动力,以及位于宜昌的中船重工404厂、三峡大学、宜昌兴发等单位,进行低温余热ORC总能循环发电系统的研发与示范,改变了以往“先有成果,再找企业”的思维模式,探索出一条以需求为牵引、技术为主线、企业为平台、资金为纽带、团队为核心的产学研用融合bwin|登录发展模式,实现了产学研用的“无缝链接”,在与企业紧密合作的基础上,实现了科研bwin|登录、产品开发和人才培养的三重目标。
  在我们身边,有太多张扬军一样默默无闻的科研人员在为美好的未来付出心血。哪怕没有机会亲身感受,但张扬军们依旧全力以赴,因为热爱,因为忠诚,因为值得。

返回上一页




中国科学技术协会
新华网
光明网
中国科技网
看中国
十五届中国北京国际科技产业博览会
山东绿都生物科技有限公司
东北林蛙生态研究院
云南威鑫投资控股集团有限公司
河北中康韦尔环境科技有限公司
                        《科技bwin|登录与品牌》杂志社版权所有             
京ICP备09034215号 京公网安备110108007288
电话:010-68457597 传真:010-68475677 邮编:100142 邮箱:kj7597@126.com
北京市海淀区阜成路115号丰裕写字楼E座二楼
Copyright©2003-2016 Kjcxpp.com. All rights reserved.
《科技bwin|登录与品牌》杂志社网络中心--技术支持