机构设置

氦透平与氦风机研究室(106室)

1、研究领域

围绕高温气冷堆的主要设备、能量转换系统以及工艺热利用等方面,开展理论分析、实验研究和工程设计。

(1)高温气冷堆氦气透平循环:闭式布雷登循环理论研究;高温气冷堆氦气透平发电系统设计研究;空间堆和气冷微堆气体透平循环设计研究

(2)高温气冷堆主氦风机研制:主氦风机气体动力学性能研究;主氦风机设计和研制

(3)高温气冷堆工艺热综合利用:联合循环发电系统特性研究;热电氢多联产系统耦合特性研究

(4)石墨颗粒行为研究:颗粒产生、沉积扩散、凝并碰撞、事故排放等过程的多尺度机理和特性研究

(5)大型氦气热工试验平台试验研究:主氦风机试验平台;中间换热器试验平台。

2、实验设施与设备

围绕氦气气体动力学特性研究和流动传热特性研究,建立了一批原理性试验台架和工程试验平台

(1)紧凑式换热器流动和传热特性试验平台

试验段参数:气体,温度200-300℃,常压。可以承担高温气冷堆的中间换热器关键部件流动阻力特性以及换热管强化换热机理试验研究,也可以承担其它紧凑式换热器的试验研究。

(2)主氦风机气体动力学性能试验平台

试验段额定参数:氦气,入口温度243℃,入口压力7.0MPa(a),流量96kg/s。

可以承担高温气冷堆主氦风机的气体动力学性能试验研究和装备可靠性的工程试验研究,也可以承担其它大型氦气动力装备的试验研究。

(3)中间换热器传热特性试验平台

试验平台参数:氦气,温度最高可大于900℃,压力3.0MPa,流量0.6kg/s。可以承担高温气冷堆的超高温大功率的中间换热器的流动传热特性研究和设备可靠性的工程试验研究,也可以承担其它超高温大功率氦气工质的换热设备的试验研究。

紧凑式换热器传热特性实验室

换热器流动分配实验室

主氦风机气体动力学性能试验平台

中间换热器传热特性试验平台

4、学术成果

主要获奖

2022年中国颗粒学会青年颗粒学奖

2022年清华大学水木学者

2021年北京市杰出青年科学基金

2020年中国颗粒学会自然科学二等奖

2018年教育部技术发明一等奖

2014年中国高等学校十大科技进展

主要研究成果

1) 高温气冷堆氦气透平循环

建立了闭式布雷登循环的理论体系,为核能气体透平循环系统的研发奠定了理论基础。研究设计了10MW高温气冷堆氦气透平发电系统和商用高温气冷堆氦气透平发电系统,并且研制成功氦气透平压气机组原理性样机。研究设计了移动微堆和空间堆气体透平发电系统,并建立了非核系统集成试验系统。

2) 高温气冷堆主氦风机研制

在国家科技重大专项的支持下,研制完成了世界首台套大功率电磁轴承主氦风机工程样机,突破了主氦风机总体集成技术、三维高效叶轮设计及制造技术、兼具能动与非能动功能的风机挡板技术等多项重大关键技术,已获授权12项发明专利。该成果是我国自主创新在先进核能核心装备技术上的重大突破,采用国产电磁轴承的主氦风机具有完全自主知识产权,成果已应用在高温气冷堆示范工程项目及后续多个高温气冷堆工程项目中。主氦风机技术达到世界领先水平,获评教育部2014年度 “中国高等学校十大科技进展”。


3)高温气冷堆工艺热综合利用

开展了高温气冷堆联合循环发电系统的特性研究,提出了高温气冷堆工业供热系统优化设计方法,建立超高温气冷堆热电氢多联产系统设计方案,为高温和超高温气冷堆的工艺热综合利用提供设计参考。同时,开展了超高温气冷堆与工艺热利用系统耦合特性分析,获得耦合系统的主要参数的变化规律,研究了关键参数和设备对耦合特性的影响,设计和制定超高温气冷堆与热化学循环制氢及其他工艺热利用系统耦合方案。研究成果可以为超高温气冷堆工艺热应用提供设计依据。


4)石墨颗粒行为研究

研究事故工况下放射性石墨粉尘行为对于高温气冷堆核安全分析具有重要意义。研究室对石墨粉尘颗粒产生、沉积扩散、凝并碰撞、事故排放等全过程进行了研究,提出了“振动信号和可视化结合”的实验方法,建立了球形燃料元件碰撞磨损的动力学模型,揭示了相干结构及大温度梯度下粉尘输运机理,发展了颗粒演化的“矩-分布”耦合求解方法,建立了“粗糙壁面-颗粒”粘附作用模型,发展了单层/多层颗粒重悬浮模型以及放射性粉尘事故排放评估方法。研究成果成功应用于我国高温气冷堆示范工程HTR-PM核安全评审,并获得了中国颗粒学会青年颗粒学奖和自然科学奖二等奖。



4、联系我们

杨小勇 xy-yang@tsinghua.edu.cn
彭威 pengwei@tsinghua.edu.cn
最近更新:2024-05