学术报告-中国科学院工程热物理研究所
多能源互补技术供热系统探究
35第1卷 第29期多能源互补技术供热系统探究*周林元1，吴 柯1，刘一刚2（1.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830091；2.焦作煤业（集团）有限责任公司供电工程分公司，河南 焦作 454002）摘要：多能源互补技术供热系统能够实现太阳能、热泵、风能等多个热水单元按照用户需求进行任意组合，在此基础上来实现太阳能热水单元、风能热水单元以及热泵热源的优势互补，进一步实现能源的合理配置，使供热系统体现出节能、低碳、环保的特征，也能够为人们提供舒适生活，是现代城市实现供热水产品技术升级的有效途径，能够进一步实现产品使用舒适度的提升。
文章主要对太阳能、土壤源热泵与风能的多能源耦合供热系统的主体模块进行分析，并通过试验的方式对系统运行性能进行验证，最终证明该系统完全能够满足日常供热需求，也能达到节能、环保要求。
关键词：能源互补技术；供暖系统；中央控制器中图分类号：TU832 文献标识码：A 文章编号：2096-6164（2019）29-0035-02节能环保目前已经成为实际工业生产的重点话题，家庭供热效率提升中的燃气加热方式也逐渐受到社会的广泛关注。
目前针对多能源组合热水加热装置相关的标准也正在快速的推出过程中。
作为一种集成化的热水技术产品，多能互补供热系统实现了太阳能、热泵、风能等多种供热单元的综合，世界上只有少数工业技术水平比较发达的国家才能实现上述产品的批量生产和销售，在该技术领域我国的起步要相对较晚，国内市场中仍然没有出现太阳能、热泵、风能等三种热水单元组合的供水系统集成化产品。
该领域的研究属于新能源技术应用领域的进一步拓展，也是满足当前城市化发展过程中家庭采暖、卫生热水需求的一项综合性技术。
由此可以看出，加大对多能互补太阳能热泵供热系统的开发具有重要的实践意义。
1 太阳能、土壤源热泵与风能的多能源耦合供热系统的研究中央智能控制系统的主要作用是实现太阳能热、热泵、风能等三种热水单元的优化控制，这样不仅可以单独针对其中一种加热单元进行启停操作，同时也可以实现其中两种或者三种加热单元同时启动，三种热水单元的集成化产品中，太阳能、环境热源属于优先利用地位，风能热水单元属于一种补充能源，在这种情况下就能够实现供热系统的节能、环保和健康，也能够保证为用户提供持续热水供应，面临任何居住环境都能够实现热水的稳定供应。
朱治平丨中国科学院工程热物理研究所
循环流化床气化技术研发与工程应用实例分析朱治平中国科学院工程热物理研究所2017年9月7日报告提纲中科院循环流化床技术简介1循环流化床煤气化技术工程应用3循环流化床煤气化技术研发2煤气化残碳处理技术研发与应用4中国科学院工程热物理研究所简介中国科学院直属科研机构，由中国工程热物理学科的奠基人吴仲华先生创建于1956年的中国科学院动力研究室发展而来主要从事能源、动力和环境等领域的基础研究与应用发展相结合的战略高技术研究获国家级和院、部级一、二等奖以上奖项40余项，研究所正高级科研人员45人，其中院士2人，国家杰青、百人计划、千人计划等22人拥有中关村本部、合肥分所、青岛分所、毕节分所、廊坊研发中心、连云港基地重大突破—煤炭清洁高效利用循环流化床技术实力中国重要的循环流化床技术研发基地•率先在中国开展循环流化床技术研发•拥有中国最大规模的循环流化床技术研发人员团队•拥有2400m 2试验用房，建有大中型冷热态试验平台近20套•拥有30多台套先进的测试和分析仪器循环流化床技术实力已形成具有自主知识产权的循环流化床技术研发平台•对循环流化床技术在煤及多种燃料和废弃物的燃烧、热解、气化等转化和利用方面的应用进行了30年系统研究•建立了中国典型煤种和典型生物质在循环流化床中的燃烧和排放特性数据库，正在建立典型煤种的循环流化床气化特性数据库•完成的技术创新已申报130多项国内外专利，其中100余项已获授权技术成果实现产业化应用•与锅炉行业有着广泛合紧密的长期合作，与多家锅炉生产企业建立了长期紧密的合作开发关系•2500余台产品级应用，循环流化床锅炉机组等级全面覆盖12MW－25MW－50MW－150MW－200/300MW基本炉型•以粉煤(0~12mm)核心目标煤质适应性强煤气中不含焦油和酚；无废水空间循环气化，易放大面向工业燃气、系统解决方案技术应用分类循环流化床煤制清洁工业燃气✓气化剂：空气+水蒸汽煤气热值：1200~1500 kcal/Nm3 规模15k~60km3/h台✓煤种适应性广泛，工业燃气成本0.1~0.15元/Nm3，折合天然气同热值＜1元/Nm3✓连续运转率95%以上，无焦油酚水、化工废水排放面向中小合成氨改造—循环流化床富氧气化制合成气✓气化剂：富氧（~40%）+水蒸汽煤气组分：CO+H2~65% （CO+H2）/N2≈3✓0~12mm粉煤，煤种适应性广，吨氨煤耗、吨氨氧耗低，系统能将高✓煤气无焦油、无废水产生，清洁环保，大幅降低综合成本循环流化床纯氧气化制合成气✓直接使用0~12mm粉煤，焦末等，使用煤种不受灰熔点限制✓气化剂高温预热回收煤气热量，降低氧耗及氧气成本报告提纲中科院循环流化床技术简介1循环流化床煤气化技术工程应用3循环流化床煤气化技术研发2煤气化残碳处理技术研发与应用4✓14个用户，30台套工业应用✓数十种不同性质的煤为原料✓日处理煤量8600余吨✓稳定产出热值为1100~1450 kcal/Nm 3的煤气2580万Nm 3/d0.2t/d(2004)5t/d 中试(2012)25000Nm 3/h 冷煤气（2011）25000Nm 3/h 热煤气（2013）40000Nm 3/h 冷煤气（2014）60000Nm 3/h 冷煤气（2015）循环流化床煤气化技术研发来源工业分析/%收到基热值元素分析/%M ar A ar V ar V daf FC ar (MJ/kg)C ar H ar N ar O ar S ar 港口20.8 3.9633.9145.0741.3321.5758.44 3.580.7814.10.34内蒙17.213.2928.738.442.8219.8553.59 3.030.7211.340.84试验运行曲线试验用煤质产品级技术研发新式高温空气预热器技术大截面风帽以及无风室布风技术静态料层密封和逆流排渣技术高通量双级返料技术高效旋风分离技术高效间冷技术布袋除尘器前部温度保护和预分离联合技术横置锅筒无腔余热锅炉技术循环流化床气化炉技术产品开发：融合八大核心技术的系统集成已发表论文60余篇；申报国家发明专利24项，已获授权20项技术研发成果——第三方评价40000Nm 3/h 煤制工业燃气技术经中国石化联合会组织的鉴定被评价为达到国际领先水平（2015）25000Nm 3/h 煤制工业燃气技术经中国电机工程学会组织的鉴定被评价为达到国际先进水平（2015）0.1 t/d 小试试验台(2005年)8t/d 中试研究平台(2014年)金化500t/d 示范工程循环流化床加压煤气化技术研发报告提纲中科院循环流化床技术简介1循环流化床煤气化技术工程应用3循环流化床煤气化技术研发2煤气化残碳处理技术研发与应用4印尼W. H. Winning 4×30000Nm 3/h项目(2016年)我国首个海外运行的煤清洁制工业燃气项目中国铝业集团5×40000Nm 3/h 项目(2015年)我国一次建成的规模最大的工业燃气站信发集团分三期建成1×40000Nm 3/h (2014年)、2×40000Nm 3/h、2×60000Nm 3/h项目目前在建第四期2×60000Nm 3/h项目技术验证✓以华东、华北、华南、西北、印尼的十多种煤为原料✓技术产品已应用于国内和印尼的13个用户、共30台，产值11亿元，产气能力107.5万方/时产业化应用✓服务于铝业、镁业、焦化等行业(1+2）×40000Nm 3/h——冷煤气——350t/d （2+2）×60000Nm 3/h——600t/d ◆项目一期1台2014年5月投运，二期2台2015年7月投运，已经签订四期合同◆项目累计运行：1000天+，单次连续244天，连续运转率＞92%◆国内首次完成此容量等级的工程示范及冷煤气工艺流程验证◆首次完成40~45%浓度的循环流化床富氧气化工业示范运行通过中国石油和化工联合会科技成果鉴定—达到国际领先水平信发华宇40000Nm 3/h 项目1.23.29.71075原料成本水电气人员固定资产折旧循环流化床煤制工业燃气与两段炉相比，单位体积煤气成本低0.15元/Nm3，以单气化炉满负荷年运行8000小时计算，累积节约成本5400万元/年本技术与两段炉相比，没有焦油酚水排放，劳动环境明显改善1×60000Nm 3/h——500t/d——替代焦炉煤气用于生产LNG ，焦未气化◆项目2015年8月投运，国内目前最大容量的常压循环流化床气化炉◆项目一次投运即通过168小时考核国内首台此容量等级、首次用于替换焦炉煤气制LNG迁安九江焦化60000Nm 3/h 项目工程应用实例——九江焦化工程应用实例——九江焦化5×40000Nm 3/h——350t/d——广泛应用高灰高水低阶煤◆项目2015年5月投运，当时国内最大容量的常压循环流化床煤气站◆中国铝业集团公司2016年标杆工程，单次连续运行310天，连续运转率95%广西平果铝5×40000Nm 3/h 循环流化床煤气化项目工程应用实例——广西平果铝典型应用业绩——广西平果铝原生产线基本情况规模：目前合成氨生产能力为年产8万吨合成氨，实际产能约为6万吨，计划目标为年产10万吨合成氨造气：间歇式制气，原料为石灰碳化煤球，半水煤气各成分含量为CO(28%~32%)、H2(33%~34%)、CO2(11.6~12.6%)、CH4(1.8~2.4%)、N2(19~22%)、H2S(1~2%)。
工程热物理学报模板格式
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- 刊物信息：《工程热物理学报》是技术科学学术性刊物，由中国科学院工程热物理研究所和中国工程热物理学会主办。
- 办刊宗旨：按照党的科技方针政策和出版方针反映我国工程热物理学科的科技成果，传播科技信息，积极开展国内学术交流，发现和培养科技人才，推动科学技术向生产力转化，促进我国科学技术和国民经济建设的发展，为实现具有中国特色的社会主义四个现代化服务。
- 刊登内容：主要刊登工程热力学与动力装置、热机气动热力学、传热传质学、燃烧学、多相流、流体机械和工程热物理研究中的实验测试方法及技术等方面具有创造性的学术论文。
- 基本原则：一贯坚持四项基本原则，坚持党的“一个中心，两个基本点”的基本路线，坚持为人民服务、为社会主义服务的根本方向，提倡社会主义精神文明，把社会效益放在首位，同时努力提高经济效益。
中科院工程热物理研究所博士待遇
中科院工程热物理研究所博士待遇中科院工程热物理研究所是中国科学院下属的一所研究机构，致力于工程热物理领域的研究和创新。
作为一所高水平的研究机构，该所为博士生提供的待遇也是非常优厚的。
中科院工程热物理研究所为博士生提供的经济待遇非常丰厚。
博士生一般可以享受到每月5000-8000元不等的生活补贴，这个数额在全国范围内都是相当可观的。
此外，中科院还会为博士生提供一定的奖学金，根据博士生的表现和科研成果进行评定，优秀的博士生还有机会获得更高额的奖学金。
这样的待遇可以有效地减轻博士生的经济压力，让他们能够更加专注于科研工作。
中科院工程热物理研究所为博士生提供的学术环境非常优越。
该所拥有一流的实验设备和研究平台，为博士生提供了良好的科研条件。
同时，该所还聚集了一大批国内外顶尖的研究团队和专家学者，博士生可以与他们进行深入的学术交流和合作，获得前沿的科研信息和指导。
此外，中科院工程热物理研究所还定期举办学术讲座和研讨会，为博士生提供了广阔的学术交流平台。
中科院工程热物理研究所注重培养博士生的科研能力和创新精神。
在研究过程中，博士生可以自主选择研究方向，并在导师的指导下开展深入的研究工作。
中科院工程热物理研究所鼓励博士生积极参与科研项目，并提供相应的经费和资源支持。
同时，博士生还有机会参与国内外学术会议和研讨会，展示自己的研究成果，拓宽学术视野。
中科院工程热物理研究所还为博士生提供了良好的生活福利。
该所位于北京市海淀区，周边交通便利，生活设施齐全。
博士生可以在校内的学生宿舍或外租的公寓中选择居住，享受相对舒适的生活环境。
中科院工程热物理研究所为博士生提供的待遇非常优越。
经济补贴丰厚，学术环境优越，科研能力得到培养，生活福利完善，这些都使得该所成为众多博士生的理想选择。
选择中科院工程热物理研究所作为博士研究生的学习和科研平台，将为博士生的学术成长和未来发展打下坚实的基础。
中国空间站燃烧科学实验系统燃烧室设计与分析
0254-6124/2021/41(2)-301-09Chin. J. Space Sci.空间科学学报ZHANG Xiaowu, ZHENG Huilong, WANG Kun, YANG Xiaofang. Combustion chamber design and analysis of the space station combustion science experimental system (in Chinese). Chin. J. Space Sci.,2021, 41(2): 301-309. DOI：10.11728/cjss2021.02.301中国空间站燃烧科学实验系统燃烧室设计与分析张晓武1>2郑会龙1王琨3杨肖芳11(中国科学院工程热物理研究所北京100190)2(中国科学院大学工程科学学院北京100049)3(天津航天机电设备研究所天津300450)主商要中国空间站燃烧科学实验系统能够在轨进行多种燃料的微重力燃烧实验，其关键组件燃烧室是可实现密 封的压力容器，为实验插件提供机械、氧化剂、废气排放、供电、控制、冷却等接口，支持实验插件完成相关功能.本文依据承压范围、漏率、透射光波段等设计技术指标进行燃烧室结构设计与力学分析.燃烧室采用分段式结构，由合叶门、锁紧圈、连接环、筒体等组件依次连接组成，连接结构处使用密封圈.通过燃烧室的承压分析、模态分 析以及随机响应分析，校核了燃烧室结构的强度、刚度及随机振动响应特性，验证了燃烧室设计的安全性与可靠性，能够满足发射及在轨工作要求.关键词燃烧室，微重力，压力容器，模态分析，随机振动中图分类号V 524.7C om bustion C ham berD esign and A n alysis o f th e SpaceS tation C om bustion Science E xp erim en tal S ystem ZHANG Xiaowu1-2ZHENG Huilong1WANG Kun3YANG Xiaofang1Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing100190)2(School of Engineering Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing100049)3(Tianjin Aerospace Institute of Electromechanical Equipment, Tianjin300450)Abstract The Chinese Space Station Combustion Science Experiment System is capable of conducting microgravity combustion experiments of multiple fuel types in orbit.The combustion chamber,one of the key components,is a pressure vessel that can be sealed.It is equipped with interfaces for the experiment inserts such as mechanical,oxidizer,exhaust gas emission,power supply,control and cooling.In this paper,the detailed design and analysis of the combustion chamber is based on the technical indicators such as pressure-bearing range,leakage rate,and transmitted light band.The combustion chamber adopts a sectional structure,which consists of a hinged door assembly,a locking ring assembly,a connecting ring assembly,a cylinder assembly,etc.Seals are used at the connection positions.The strength,stiffness and random vibration response of the combustion chamber **中国载人航天工程计划燃烧科学实验系统项目资助2020-06-08收到原稿，2020-08-03收到修定稿E~mail: ******************.通信作者郑会龙，E-mail: *******************302Chin. J. Space Sci.空间科学学报2021, 41(2)structure were checked through pressure analysis,modal analysis and random response analysis.The results verified the safety and reliability of the combustion chamber design,which can meet launch and in-orbit operational requirements.Key words Combustion chamber,Microgravity,Pressure vessel,Modal analysis,Random vibration〇引言燃烧过程能够实现能源利用及获取动力，但是燃 烧引发的火灾、爆炸、污染等也给人类造成了极大困 扰.人类社会的进步有赖于对燃烧现象的预测与控制 能力提升111•重力是燃烧过程的重要影响因素之一，能够引起颗粒或液滴沉降以及浮力诱导的自然对流，但浮力的存在掩盖了一些固有而微弱的现象.重力 可使燃烧过程的动量、热量和质量传递耦合关系发 生改变，因此常重力环境下对燃烧现象难以进行更深 入的研究％.微重力环境是一种理想的燃烧实验研 究条件，能够减轻浮力，抑制颗粒与液滴沉降，简化火 焰几何结构与燃烧过程，实现真正意义的球形火焰.在微重力环境下，一些微弱的效应，如扩散、辐射和 热泳等会控制整个燃烧过程.这为检验经典燃烧理论 及完善燃烧模型提供了有效途径.此外，在发展空天 推进以及航天器防火技术时.地面燃烧实验均不能再 现相关的燃烧过程，必须在微重力条件下进行[3斗相比传统方法通过落塔、落井、抛物线飞行飞 机获得短暂的微重力时间，空间站在轨期间能够提 供长期稳定的实验环境，完成地基微重力装置不能 实现的诸多实验美国、欧盟、日本等在国际空 间站（International Space Station,ISS)上开展了大 t t微重力燃烧研究工作IS S上开展燃烧实验 研究的有关设备包括安装在Destiny舱段的燃烧集 成柜（Combustion Integrated Rack,CIR)以及安装 在Columbus舱段的微重力科学手套箱（Microgravity Science Glovebox，MSG). 其中由 NASA 格伦研究 中心开发的C IR集成了光学诊断、燃料供给、废气 排放等多种功能，在役期间提供了大童可靠、有效的 微重力燃烧实验数据I11一161.中国载人空间站计划设计安装燃烧科学实验柜，用F开展微重力燃烧实验研究.燃烧科学实验柜由 柜体和科学实验系统两部分组成117，181.燃烧室是科学实验系统进行燃烧实验的密闭空间，属F压力容器，其设计在满足质M要求的前提下，应充分考虑密 封性能以及力学性能，保证结构的安全性与可靠性.1燃烧室设计输入中国空间站燃烧科学实验柜（Combustion Sci-ence Rack,CSR)在轨期间可以开展气、固、液微 重力燃烧实验，具有火焰温度、流场速度、材料表面 火焰传播速度、火焰形貌、火焰结构、中间组分光谱 特性、碳烟浓度场等实验参数的测量功能，如图1所 示.燃烧科学实验系统安装在C S R机架上，各类科 学实验在其燃烧室内部进行，燃烧科学实验系统包括 燃烧室、光学支撑平板、光学诊断等子系统，各子系 统的空间布局如图2所示.燃烧室是C S R科学实验系统的核心组件之一，实验插件安装在燃烧室内部，可自动完成点火并维 持火焰燃烧.兼具一定测量功能.燃烧室可为实验插 件提供标准机械接U及气、冷却、供电、信号等资源，图1空间站燃烧科学实验柜Fig. 1Space station com bustion sciencerack张晚武等：中国空间站燃燒科学实验系统燃燒室设计与分析303支持实验插件在燃烧室密闭环境中进行气、固、液 多种类型微重力燃烧实验：燃烧室沿周向布置光学 窗口，为光学诊断子系统提供了观测通道，测量K 域大小为50mmx 50mm ,测量内容包含火焰三维 形貌、火焰温度场、火焰速度场、碳烟浓度、燃 烧中间组分（OH /CH )等.除弱光检测自由基OH (307nm)/CH (432nm )外，其余测量要求透射波段均 处于可见光（380〜780nm )范围.燃烧室设计技术指 标见表1.强度高，阳极化性能好，具有一定耐磨性，且密度低 于合金钢等，常用F 航空航天领域.根据JB/T 4734—2002《铝制焊接容器》，在 巧彡0.4H V 时，设计温度下燃烧室简体的厚度为0■Pc A(1)设计温度下，燃烧室筒体的计算应力为c /=(2)2Se2结构设计燃烧室设计时.定义筒体内径为400mm ,实验允许气压在0.2〜3 atm (1 atm = 101 325 Pa ).燃烧实 验期间，火焰区域集中在燃烧室中央50mmx 50mm 的较小区域，热量传递对燃烧室壁面影响较小，并且 燃烧室内部配置了严格的温度监测与控制系统，因此 燃烧室筒壁最高温度不超过l 〇〇°C .考虑燃烧室的质 量限制，规定壳体厚度不超过l 〇mm .燃烧室材料选用超硬铝合金7075,该材料是一种冷处理锻压合金，V 值应不大于设计温度下燃烧室筒体的最大允许工作压力[•Pw ]=2(5e [c r ]f(^⑶式中，尺为计算压力，即在相应设计温度下用来确定 元件厚度的压力；A 为圆简内直径；为设计温度 下圆筒的材料许用应力；W 为焊接接头系数:V 为设计温度下圆筒的计算应力；P w 为圆筒的最大允许工作压力•本设计中，取计算压力巧=4atm = 0.4〇4Oxidizerand diluent subsystemExhaust cleaning subsystemCombustion chamber (Inserts includedinside)图2燃烧科学实验系统子系统空间布局关系Fig. 2 Sub-system s spatial layout relationship of com bustion science experim ental system表1燃烧室设计技术指标Table 1 Combustion chamber design specifications初始压力 压力控制范围：0.02〜0.3 M P a (绝压)，精度：±0.01 M P a 实验过程压力 允许实验过程压力：<0.3 MP a (绝压）通用功能 具有与供电能力、最大燃烧放热能力匹配的散热功能.为实验插件提供机械、电气接口漏率彡 0.5 x 1(T 6 P a .m 3.s—1 (氦检）观察窗透射波段300〜780 nm304Chin. J. Space Sci.空间科学学报2021，41(2)Hinge door assembly Locking ringassembly BearingInterface ringassemblyCylinderassemblyRear cover图3燃烧室结构Fig. 3 Structural diagram of the com bustion cham berMPa,7〇75铝合金许用应力[a]*为45MPa,焊接接头 系数p= 0.85,满足只^彡0.4H V通过计算得出当 燃烧室有效厚度心= 3.65 m m时，燃烧室最大允许 工作压力[Pw] = 0.415 MPa > 0.303 MPa = 3 atm,满足燃烧室最大工作压力使用要求，考虑安全裕度,燃烧室厚度设计为5 mm.国际空间站C IR技术成熟，借鉴其燃烧室设计 方案，结构采用分段式设计，由合叶门组件、锁紧圈 组件、轴承组件、连接环组件、筒体组件与后盖依 次连接组成（见图3).为保证燃烧室结构整体的密封 性，在各组件连接面之间以及光窗玻璃法兰处加工两 圈密封槽，槽内安装F108氟橡胶密封圈（见图4).燃烧室舱门锁紧与解锁采用齿啮式快开结构，该结构原理简单，承压能力强，方便航天员在轨操作，通 过合页门组件、锁紧圈组件、交叉圆柱滚子轴承实现. 在燃烧室门与锁紧圈上沿圆周方向加工均布的8组 扇形锁紧齿，通过旋转连接于交叉圆柱滚子轴承的锁 紧圈，使相配合的8组锁紧齿啮合与错开，如图5所 示.解锁后，可打开燃烧室门，进行插件更换及维修 操作，燃烧室舱门最大开合角度为11〇°，以防止碰撞.连接环组件上分布了气、液冷、电、信号等12 个接IJ,C S R科学试验系统通过接口实现如下功能: (1)为燃烧室供给氧化剂和稀释剂；（2)接入排气净化 子系统构成回路，完成燃烧实验气体过滤净化以及组 分分析;（3)实现燃烧室内部设备的供电及控制，并实 时监控内部状态；（4)从燃烧科学实验柜引入一路液 冷为实验插件冷板提供冷却介质，液冷工质为质量Installationposition ofcombustionchamber图4燃烧室密封设计Fig. 4 Com bustion chamber seal designLocking state Unlocking state图5燃烧室舱门锁紧与解锁Fig. 5 Com bustion cham ber hatch lockingand unlocking百分比36%的乙二醇水溶液.以燃烧室舱门关节处为〇°，各连接器的位置及编号如图6所示.表2给 出了各接口类型及对应功能.燃烧室筒体内侧壁对称布置两组插件导轨，为实 验插件提供了标准的机械安装接U.筒体外侧壁周向 均匀设置8个观察窗，每个窗口直径为100mm,厚 度8mm,选用融石英玻璃，该材料在300〜800m il波 段的透射率在90%以上,热膨胀系数低，具有非常稳 定的化学特性.由于双向承压，观察窗采用双向法兰 夹紧安装，并设置密封圈，保证简体内部气密性.此 外，为防止实验过程中示踪粒子、碳烟颗粒附着燃烧 室光窗玻璃等有关器件，影响后续实验，实验插件设张晓武等：中国空间站燃烧科学实验系统燃烧室设计与分析图6连接环接口编号Fig. 6 Connecting ring interface number表2连接环接□类型及功能Table 2 Interface type and functionof connecting ring编号零件类型功能1DN4氧化剂2DN4惰性气体3电连接器供电4电连接器信号5电连接器预留6DN8排气系统燃烧室回气7泄气阀释压8DN4稀释剂9DN8冷却液入口10DN8冷却液出口11传感器内部温度及压力监测12DN8排气系统燃烧室出气计了相对密封结构，即插件点火装置、气路系统、示 踪粒子释放机构及控制模块等安装在插件相对密封 的舱体内，舱体上设置了过滤网，该舱体与燃烧室无 压差，并能够隔离2 p m粒子进入燃烧室，防止微小 颗粒污染燃烧室光窗或排气净化子系统.3分析验证3.1燃烧室承压分析利用A N SY S进行燃烧室静态承压分析，燃烧 室结构选用7075铝合金，光窗玻璃为融石英，表3 给出了材料的性能参数.将燃烧室内腔设置为压力 面，并在燃烧室与光学支撑平板的连接处添加固定 约束.图7和图8分别给出了燃烧室内部压力为 0.3 M P a和0.9 M P a两种工况的分析结果.燃烧 室承压为0.3M P a时，最大应力在其底部正中间为 116.17MPa,观察窗的最大应力为8.69MPa;燃 烧室承压为〇.9M P a时，最大应力在底部正中间 为348.52MPa,观察窗的最大应力为26.07MPa. 7075铝合金的屈服极限为524MPa,融石英玻璃的 抗压强度为1150MPa,由此可见，两种工况下，燃烧 室均未失效.燃烧室的设计输入依据给出在轨实验期 间燃烧室内部压力< 0.3MPa，因而燃烧室安全系数 满足>3的工程要求，其承压性能良好.3.2燃烧室模态与随机响应分析燃烧室随柜体发射时经历较为复杂的振动环境，动力学分析能够校验燃烧室结构能否经受发射时的 振动，预知设计缺陷，燃烧室动力学仿真使用MSC. Patran/MSC.Nastran软件.通过模态分析计算燃烧 室的固有频率，采用Lanczos方法得到前6阶模态计 算结果，见表4.燃烧室基频为333.3 Hz，满足柜体要 求的大于74Hz,因而结构刚性较好，能有效避免共 振发生，造成破坏.当结构承受不可预知的连续载荷激励时可以采 用随机响应分析.随机响应的输入、输出均无法采用 时间的确定性函数表达,需要通过概率统计特性进行表3 材料参数表Table 3 Table of material parameters材料弹性模量/G P a泊松比密度/(t.m-3)7075 71 0.33 2.81融石英70 0.17 2.20305306Chin. J. Space Sci .空间科学学报 2〇21，41(2)描述.表5给出了燃烧室分析时所施加载荷的加速 度功率谱密度.设置了 5个关键节点，如图9所示， 其中Node 593771位于燃烧室顶部中心，Node 587663 位于燃烧室锁紧圈把手，Node 573510和Node 582258 位于燃烧室光窗中心.Node 573221位于燃烧室底部 中心.燃烧室随机响应分析结果见图10〜12,分别给出了;r , y , 2三个方向的燃烧室加速度响应云图、Von Mises 应力云图以及关键节点的加速度响应曲线.从图中可以看出：a ：方向最大加速度响应为32.6 g ,位于 燃烧室底部后盖，应力最大响应为9.22 MPa ,位于燃 烧室连接环上部;2/方向最大加速度响应为35.5 g ,位 于锁紧圈把手末端，应力最大响应为15.1 MPa ,位于 燃烧室连接环下部;2方向最大加速度响应为87.99,0_________0.300 m m m m m m zzzVon-Mises stress / Pa!1.1617x10s max 1.0326x10s 9.0356x1 〇7 U7.7448xl 〇7 L6.454〇xl 〇7 P 5_ 1632x1 〇7 卜 3.8724xl 〇7 L2.5816xl 〇7 | 1.2908x1 〇7 _ 47.403 min0.150Von-Mises stress / Pa.8.6919 (x l 〇6) max 7.7543j 6.81685.8793 J 4.9417 14.0042 3.0666 2.1291 ll.l915 ■0.2540 min0.300 m—…—10.150Von-Mises stress cloud of combustion chamber at 0.3 MPaVon- Mises stress cloud of opticalwindow glasses at 0.3 MPa图7 0.3 M P a 工况计算结果Fig. 7 Calculation results for 0.3 M Pa work conditionsVon-Mises stress / Pa i3.4852xl 〇x max 3.0979x10X 2.7107xl 〇K 2.3234xl08 1.9362x10* l.549〇x l 〇8 1.1617xl 〇x J7.7448xl07 |3.8724xl 〇7 1142.21 min0.150Von-Mises stress cloud of combustion chamber at 0.9 MPaVon-Mises stress / Pa12.6076xl07 max 2.3263x1 〇7 2.045〇xl 07 ■ 1.7638x1 〇7 1.4825xl07 1.2013xl07 H9.1999xl 〇6 J6.3873xI06 |3.5746xl 〇6 ■7.6202><105mino0.300 m0.150Von-Mises stress cloud of opticalwindow glasses at 0.9 MPa图8 0.9 M P a 工况计算结果Fig. 8 Calculation results for 0.9 M Pa work conditions表4 前6阶固有频率Table 4First six natural frequencies阶数第i 阶第2阶第3阶第4阶第5阶第6阶频率/H z333.3366.2396.7434.5472538.8张晓武等：中国空间站燃烧科学实验系统燃烧室设计与分析307Node 593771Node 582258Node 573221Node 587663 Node 573510图9关键节点位置Fig. 9 Key node locations位于燃烧室U弯臂上，应力最大响应为11.2MPa，位于燃烧室连接环上部.三个方向关键节点的加速度响应曲线规律相似，在300H z以前，各节点加速度响应一致性良好，300 H z后各方向的加速度响应曲线陆续出现第一个峰值，与模态分析结果吻合.综上所述，:r，y方向最大加速度响应放大倍数分 别为3.37, 3.67,均小于5,满足刚度要求：2方向门弯臂处的加速度响应放大倍数为9.08,锁紧圈把手处放大倍数也较大，其余位置放大倍数小于5,需对响应较大的位置进行优化设计.X，仏2方向的最大应力响应分别为9.22, 15.1, 11.2MPa，能够满足工程材料力学方面的要求，即3倍均方根应力小于材料屈服极限（7075铝合金为524 M Pa),燃烧室强度足够.因此，燃烧室能够承受发射振动，满足发射工作要求.表5加速度功率谱密度Table 5 Accelerated power spectral density频率范围/H z功率谱密度总均方根加速度值每向试验持续时间10 〜50 3 dB/oct50 〜3000.25p2/Hz9.68 g(RMS)180 s300〜2000—12 dB/octResponse / (mms3.265T3.10 s I2 95s I2.805f2.645f2.4952.33-i2.185l2.035|1.8751.7251.56\1.415|1265|1.105|9.4941y\U Random vibration acceleration responseRMS cloud in x-directionStress / MPa9.2218.6〇|7-99P I7-38H6.76 H6-15H5.53 U4.924.313.693.082.461.851.240.6230.00907 Random vibration Von-Misesstress cloud in x-directiona C/3 c z593771587663573221573510582258图10 方向随机响应分析结果F ig. 10 R e su lts of x-d ire c tio n a l ra n d o m re s p o n se a n a ly sis308Chin. J. Space S c i .空间科学学报2021，41(2)u—一V，Random vibration acceleration responseRMS cloud in 少-directionResponse / (mm s ')3.55i 3.385l 3.205f :V (lY2.86-2.685i 2.51\ 2.335| 2.165 1.995 I.8I5 I.645 I.475 1.29\1.12i9.464Random vibration Von-Misesstress cloud in v-directionStress / MPa15.114.113.012.0 11.O H10.09.048.037.036.035.024.023.022.01 1.010.00752Random vibration acceleration response curve of key nodes in v-direction593771587663573221573510582258Frequency/Hz图11 2/方向随机响应分析结果Fig. 11 Results of y-directional random response analysisResponse / (mm s 2)Random vibration acceleration responseRMS cloud in ^-directionRandom vibration Von-Misesstress cloud in z-direction10000Random vibration acceleration response curve of key nodes in r-directionStress / MPa11.2|10.5|9.74 8.998.24 H 7.4916.746.005.254.503.75 3.002.251.50 0.7550.00602-593771 587663 —573221 —573510 —58225810.000 100.000 1000.000Frequency / Hzn001000100.0 / 3s u o d s<u a:图12 2方向随机响应分析结果F ig. 12R e s u lts o f 2-d ire c tio n a l ra n d o m re s p o n se a n a ly sis4结语根据中国空间站燃烧科学实验柜技术要求，开展了燃烧科学实验系统燃烧室的结构设计及力学分析. 燃烧室壁厚为5 mm ，含有实验插件机械接采用 快开门结构，通过连接环组件为实验插件接入系统 提供的氧化剂、供电、控制等各类资源，并通过筒 体的观察窗为系统提供数据采集窗口.利用ANSYS 对燃烧室进行了静态承压分析，结果表明在轨高压 实验期间，燃烧室能够承受3倍额定工作压力；利 用MSC .Patran /MSC .Nastran 对燃烧室进行了随机 响应分析，结果表明燃烧室整体强度满足要求，A 方向刚性良好，z 方向大部分结构刚度满足要求，但 门弯臂等位置需进行优化设计.参考文献[1] ZHANG Xia. 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Flame extinguishment experiment-2 [EB/OL]. Washington ： NASA. [2015-01-01]. / mission_pages/station/research/experiments/1185.Html张晓武等：中国空间站燃烧科学实验系统燃烧室设计与分析[8] NASA. Italian combustion experiment for green air (ICE-GA) [EB/OL]. Washington: NASA. [2015-01-01]. http：// / m ission-pages / s tation / r esearch / e xperim- ents/415.Html[9] NASA. Advanced combustion via microgravity experiments: integrated science requirements [EB/OL]. Washington: NASA, (2013-09-30) [2020-03-01]. https://ww- /wp-content/uploads/ACME_ISRD_revB_ 20130930-signed.Pdf[10] FAROUK T I, HICKS M C, DRYER F L. Multistageoscillatory “Cool Flame” behavior for isolated alkane droplet combustion in elevated pressure microgravity condition [J]. Proceed. Combust. Inst., 2015, 35(2): 1701- 1708[11] NASA. Fluids and combustion facility-combustion integrated rack [EB/OL]. Washington: NASA. (1998-03-01) [2020-03-01]. https:///10.2514/6.1998-257[12]FRANCISCO D R. Fluids and Combustion Facility- Combustion Integrated Rack [R]. 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中国科学院工程热物理研究所
中国科学院工程热物理研究所工程热物理研究所的前身是国际著名科学家、叶轮机械三元流动理论创建者、工程热物理学科奠基人吴仲华教授1956年创立的中国科学院动力研究室，目前已建设成为应用基础与应用发展研究有机结合的战略高技术基地型研究所。
研究所现有职工166名，科研人员133名，其中中国科学院院士2人，研究员18人，副研究员45人，中级专业技术人员54名。
具有国家“动力工程及工程热物理”一级学科博士与硕士学位和环境工程二级学科硕士学位授予权，设有国家博士后流动站，现有在站博士后10 人，在读博士生94人，硕士生98人。
2007年引入“百人计划”两名。
工程热物理所始终注意根据国家需求调整科研领域和方向，建所以来，在科研领域和方向上有过两次重大战略调整，即从航空动力向能源与动力（20世纪80年代初）、从能源与动力向能源、动力、环境（20世纪90年代初）的调整。
围绕能源、动力、环境这三大领域，逐步凝练了洁净煤碳联产技术、先进燃烧技术、传热传质技术、航空航天热物理和总能系统及可再生能源五个研究领域和方向，并取得了一系列有目共睹的成绩，如：三元流动理论的建立与发展、全三维粘性定常和非定常叶轮机械内部流动研究与设计系统研究、总能系统和新型能源动力系统研究、洁净高效燃烧、常规和超常条件传热传质等。
建所以来获国家级三等和院部级二等奖以上共40多项，国家级四等和院部级三等奖以上近50项。
研究所一贯注重科研成果转化工作。
20世纪80年代中期起步的循环流化床燃烧技术的研究与产业化工作，以1996年75吨/小时循环流化床锅炉的完善化为标志，完成了基础性研究、工业示范、产业化这一高技术研究与发展的历程，为推动我国循环流化床产业的形成和发展起到了决定性作用，目前正在以锅炉的大型化和高参数为目标开展攻关；20世纪90年代中期的国产汽轮机通流改造技术和产业化是通过新的运行体制将研究所长期在叶轮机械气动热力学研究方面的成果成功运用到工业领域的例子，基础性研究成果实现了产业化；“九五”期间开始部署城市固体废弃物处置与综合利用技术研究与开发，标志着研究所在环境领域的新发展，研究成果已在国内数个大中城市实施产业化推广。
可靠性-中国科学院工程热物理研究所
（二）：涉及标准： GB/T19000-2008质量管理体系基础和术语 GB/TI9001-2008质量管理体系 要求 2008年12月30日发布、2009年3月1日实施 GJB9001B-2009质量管理体系 要求 2009年12月22日发布 2010年4月1日实施
（三）：相关要求
GB/T19001-2000版标准的认证的最后时限: 2010年11月15日以后GB/T19001 -2000版标准 的认证无效； GJB9001A-2001版标准的认证的最后时限: 2010年4月1日至2012年3月底为GJB9001A2001GJB9001B-2009转换共存阶段，两年之 2002内转换完。2012年4月1日GJB9001A-2001 2003版质量体系证书无效。
标准的分类及作用
根据ISO指南72《管理体系标准的 认证和制定》，分A、B、C三类
A类：管理体系要求标准 GB／T19001-2008 质量管理体系 IS09001：2008 要求
GB／T18305-2003 质量管理体系 汽车生 idt IS016949-2002 产件及相关维修零件组 织应用GB／T19001— 2000的特别要求
• 这三个案例他们之间是有相互联系的， 第一个案例我们认为质量问题至少是 一个体系所反映的问题，抓质量问题 既不能就事论事，还要从机制上、体 制上、特别是从决策层管理层的质量 意识上首先要能够符合潮流，符合现 有的抓质量的思路，也就是9001标准 的第一句话：采用质量管理体系是组 织的一项战略性决策。第二、三案例 想说明有了体系，如何规范化管理的 问题，值得我们要认证、已获证的组 织深思………
基本概念
• ISO 世界标准化组织的缩写 • ISO9000族 由ISO/TC176技术委员会 制定的标准
紧扣国家能源战略 致力节能减排研究——中科院工程热物理研究所节能减排系统研究获重大成果
（ ６）多联产 关键 技术 的研 究 获得突破 。该所 自２ 世 纪 ９ 年代 ０ ０ 开始进 行煤多联产 的研 究和探 索， １ ０余年 以来，不断攻克技术难题， 突破 技 术封锁 和 限 制，通 过 自主 研 发 关键技 术， 掌握 了煤 气 化联 产 发 电系 统核 心技 术和优 化 集成 技 术， 在 国内率先成 功示 范。
实 现 了产 业 化。
用 技术 、 资源化 技术 、 系统化 技 术等 关键技 术研 究 与开发 ，取 得 了一 系列科 研成 果， 并产 生 了显 著 的经济 效 益 、社会 效 益 。 （ ）能源领域基 础理论研 究 １ 成 果指 导 了 国家 能 源战 略，提 高 了我 国 能源科 学领域 的 自主创 新 能力 。基 于能 的综合 梯 级利 用 的
主 要银行 中开发 节 能贷款 项 目为 大 型 的工 业 节 能 投 资提供 资金 。 泰 勒先生 在世 行 的工作不仅
个 富有 创 造 性 和 开放 的 氛 围下 ，
在 中 国发 展 了一 些创 新 的途 径 ， 也 正是 这种 富于建设 性 的氛 围才 使 他们 能获 得现 在 的成 功， 他 同
（ 本刊 记者 杨 静 ）
（ ）城 市生活垃 圾处理和 综 ３ 合利用成套技 术服务 “ 色奥运 ” 绿 。 自１ ９ ９ ７年起， 中国科学 院工程热 物理 研 究所 对垃圾 综 合处 置 、利 用开展 了 １ ０余年 的系统研 究和 应 用 开发， 形 成 了一批 具有 自主知 识产 权 的专 利成果 ， 并在 国内十 余城 市推 广 应用 ，不 仅 实现 了重 事 能效 项 目方面 的工 作是 他职 业 生 涯 中最重 要 的一部 分 。世界 银 行 与 中 国的高级 官 员和专 家之 间 的长期 密切合 作 ，使 得他 们在 一
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近期研究生教育若干工作
教育办公室 2011－11－24
近期研究生教育若干工作
全面启用研究生院教育信息平台 关注安全隐患 保障自身安全 签订助研/助管岗位责任书（12月签订并 交教育办公室） 心理普查
全面启用研究生教育信息平台
毕业答辩 （生成库）
招生 （报名库）
教学 培养 （院内选课； （开题报告；中期考核； 院外 学术报告；社会实践） 和所内选课系统开通）
培养方案查询：
培养方案下载网址： 所网主页/研究生教育/文档下载/<工程热物 理研究所研究生培养方案 >
关注安全隐患 保障通报
防患于未然
助研、助管《岗位责任书》
在12月份签订《助研/助管岗位责任书》 并提交教育办公室备案
心理普查
12月初，开展全所在所研究生心理普查 注意发布的通知，保证施测的有效性（要 求以课题组为单位在规定时间内施测） 不能保证在规定时间内施测的同学，将被 针对性个别施测 心理普查不是目的，提请关注自己的心理 健康。
全面启用研究生教育信息平台
登陆系统，保证用户名和密码有效使用 网址： 有关事项请登陆网址后，查看《用户指南》 陆续录入信息（必修环节）
开题报告（2009级及之前的研究生要求在1月30日之前录 入；） 中期考核（毕业前半年录入，2011年夏季毕业生在12月30 日之前录入） 学术报告（随时录入及补录入工作——学术活动月活动、博 士论坛及工程热物理年会）注意《培养方案》的要求。 社会实践（注意寒暑假期间的报告撰写及录入）
《培养方案》关于学术报告的要求
硕士研究生在学期间除完成规定的论文开 题报告、论文进展报告和毕业论文答辩之 外，还应积极参加专业学术交流或学术报 告，参加研究所举办的或专业领域内的学 术报告不少于8次，硕士研究生须在实验 室范围或更广范围内的学术交流或学术报 告活动中做不少于2次的学术报告。研究 生在学期间参加学术交流或学术报告活动 情况由教育办公室统一收集并归档管理。
《培养方案》关于学术报告的要求
博士研究生在学期间除完成规定的论文开题报告、 论文进展报告和毕业论文答辩之外，还应积极参 加专业学术交流或学术报告活动，参加研究所举 办的或专业领域内的学术报告不少于12次，博 士研究生须在实验室范围或更广范围内的学术交 流或学术报告活动中做不少于3次的学术报告。 研究生在学期间参加学术交流或学术报告活动情 况由教育办公室统一收集并归档管理。
关注情绪、调整心态
怎样看待压力？ ——压力（stress）,应激，好事还是坏事？ ——1、外部事件引发的一种体验。 2、是压力源和压力反应共同构成的一种 认知和行为体验过程。
关注情绪、调整心态
负面情绪体验的原因是什么？ ——中期考核、毕业答辩还是就业？ A诱发事件（中期考核、毕业答辩、就业） B看法、认识和解释 C情绪体验