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标题 :苏州大学无损检测专业团队及项目介绍
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行政办公室
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2014-10-21
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1. 团队简介
       团队项目主要分为服务地方项目及国家科研项目两类。前者主要从事节能技术及软件的研发;而后者主要为能源方向的前沿性课题,分别为热光伏、热电材料、建筑节能等学术研究。
 
2、研发项目
服务地方
合作单位
项目名称
太仓市计量测试检定所
管道热损测试系统研发
太仓市计量测试检定所
分布式光纤测温系统
北京工信部、苏州福达公司
建筑节能量测评系统
苏州市计量测试研究所
泵类综合测试系统
苏州市计量测试研究所
空压机检测系统研发
苏州伯特利科技有限公司
安全气囊服激发器开发
国家项目
住房和城乡建设部
热色智能玻璃节能评估
江苏省教育厅
基于半导体近场效应提高热光伏系统性能的机理研究
国家科技部
热光伏系统研制
 
3、团队成果汇总
3.1 专利
1. 吴玺, 徐晓杰. 切片设备, 2011.9, 中国, 专利号:201110294460.6
2. 吴玺, 徐晓杰. 切片用硅晶棒加工方法, 2011.9, 中国, 专利号:201110295354.X
3. 吴玺,杨健. 一种非固定触点式热电偶,  2012.5, 中国, 专利号:201210149949.9
4. 吴玺, 何杰. 非固定触点式热电偶, 2012.5, 中国, 专利号:201210149950.1
5. 吴玺, 王健翔. 一种具有热量回收功能的LED照明系统, 2013. 10, 中国, 专利号:201310504965.X
6. 吴玺, 朱骞骞. 一种等离子体空气净化器及其净化方法, 2013. 11, 中国, 专利号:201310582361.7
 
3.2 期刊论文
[1] Xi Wu, Hong Ye, Jianxiang Wang. Experimental analysis of cell output performance for a TPV system. Solar Energy Materials & Solar Cells(SCI 1IF4.746), 95: 2459–2465, 2011.
[2] Xiaojie Xu, Hong Ye, Xi Wu*. Experimental and theoretical analysis of cell module output performance for a thermophotovoltaic system. Applied Energy(SCI 1IF4.781), 113: 924–931, 2014.
[3] Xi Wu, Hong Ye, Jianxiang Wang. Effectiveness analysis and optimum design of the rotary regenerator for thermophotovoltaic system. Frontiers in Energy. 6: 193-199, 2012.
[4] Xiaojie Xu, Xi Wu*, Chao Zhao, Jiangxiang Wang, Xiaotong Ge. Simulation and improvement of energy consumption on intelligent glasses in typical cities of China. SCIENCE CHINA Technological Sciences. 55: 1-7, 2012.
[5] Xiaojing Zhang, Xiaojie Xu, Xi Wu*. A study of the enhancement in near-field radiative hea t transfer by surface polaritons. Applied Mechanics and Materials. 448: 3211-3216, 2014.
[6] He Jie, Zhang XiaoJin, Tao Zhi, Xu YeXin, Wu Xi*. Thermal performance analysis of the molecular linkers in the carbon nanotube composites under stress conditions.  Advanced Materials Research. 11: 737-748, 2013.
[7] Lei Wang, Yexin Xu, Xi Wu*. Analysis of radiation performance for a combustion-end radiator of a TPV system. Applied Mechanics and Materials. 448: 1353-1358, 2014.
[8] Xi Wu, Hong Ye, Jianxiang Wang. Experimental investigation and feasibility analysis of the thermophotovoltaic system using industrial high-temperature waste heat. Lecture Notes in Information Technology. 9: 240-248, 2012.
[9] 吴玺, 叶宏, 热光伏系统燃烧-辐射器的性能分析, 太阳能学报, 30: 1058-1063, 2009.
[10] 吴玺, 叶宏, 葛新石, CH4-ZnO太阳能热化学制氢的数值模拟分析, 太阳能学报, 29: 55-60, 2008.
 
附件 各项目详细说明
1. 服务地方项目
1.1 管道热损测试系统
       在许多工业领域广泛应用的蒸汽或物料等输热管道的热损值,不仅是综合反映输热管道热设计、保温材料、施工工艺等总体水平的关键参数,而且是评估待改造管道或新建管道保温节能状况的主要依据。管道热损值还影响由蒸汽加热的化工反应装置的工艺温度,从而对反应物的得率产生重大影响。因此,对输热管道热损进行现场测试方法的工程研究,具有十分明显的工程价值。
       目前国内测量管道热损的表面温度法有很大的局限性,其必须将测温元件贴在管道表面,测出供热管道表面温度,以及测量当地风速、环境温度等数据,并将数据进行人工计算得出管道截面热流密度,操作复杂繁琐,工作人员的效率很低;对于高空管道的测量,贴测温元件时还有一定的危险性。
 
1.1.1 管道热损测试系统1
       为了解决现有技术的不足,本团队受太仓市计量测试检定所委托,针对管道大小不一,管道位置较高等因素集中攻关,设计了管道热损测试系统,该系统由硬件及软件两部分组成,硬件主要由机械臂、超声波风速风向仪、温度变送器、测温元件、无线信号发送模块、无线信号接收模块、工业计算机、电源等组成,如图1所示。而软件则通过无线通信技术接收测量数据,并根据GB/T 17357-2008和GB/T 8174-2008公式进行数据处理,最后通过输出报表的方式呈现测试信息和计算结果,同时热电偶端自动传输过来的数据实时图像显示,如图2所示。太仓市计量测试检定所以此系统申请了发明型专利,专利号:201110239931.3。
                                

图1 管道热损测试系统硬件

图2 管道热损测试系统软件
 
1.1.2 管道热损测试系统2
       为了进一步提高管道热损测试系统的精度及操作简便性,本团队研发设计了管道热损自动化测试系统2代。系统2代利用了本团队自主研发的非固定触点式热电偶进行测温,测试精度达到了±1℃,整个系统结构简单便携,适应性强,如图3所示。而且相比于1代系统,2代软件界面更加细腻,如图4所示。
图3 管道热损测试系统2代硬件
 

图4 管道热损测试系统2代软件
 
1.1.3 分布式光纤测温系统
       在管道热损测试系统1代与2代巨大成功的前提下,太仓市计量测试检定所就管道热损测试项目提出了进一步的要求,即对总长21公里的蒸汽管道进行管道热损实时监测。本团队经过详细的调研及讨论后,决定采用分布式光纤测温(DTS)技术解决这一难题。目前,本项目正处于研发中,图5为该项目软件,该软件最大的特色是使用了redis数据库。图6为耐高温光纤实物图。

图5 分布式光纤测温系统软件界面
 

图6 分布式光纤实物图
 
 
1.2 移动通信基站节能量测评系统
      当前,全球气候变暖,能耗过大和污染排放的加剧对环境带来了严峻的挑战,环境问题已经成为影响我国社会经济可持续发展的主要障碍,节能减排势在必行。通信业是工业的基础产业,虽然不是污染排放的主要部门,但是每年在能耗上的消费却不容小觑。目前,随着我国通信业的迅猛发展,通信设备数量也急剧增加,随之而来的能耗问题也引起了人们的普遍关注。据统计,2009年我国通信行业耗电量近290亿度,其中通信基站耗电量已占其45%。因此对于通信基站来说,如何降低其能耗是目前各运营商迫切期待解决的问题,而全面了解通信基站能耗的组成及分布是降低其能耗的关键所在。
      受北京工信部委托,本团队针对部分标杆基站进行能耗监测,并通过传热学等知识对所测数据进行分析研究,用以预测不同条件下(地理位置、围护结构和所用设备规格等)通信基站的能耗情况,并将预测数据以图表的形式反映出来,从而针对目前能耗较大的基站实行节能改造。图7为该系统软件界面。

                    图7 移动通信基站节能量测评系统软件界面
 
1.3 泵类综合测试系统
       泵类产品被广泛应用于工业、建筑等众多领域中,是量大面广的用能设备。提高泵产品效率对节能工作具有重要的意义。为了响应政府节能减排号召,强化节能减排工作,继续做好水泵等重点耗能设备能效测试工作要求,苏州市计量测试研究所委托本团队建立泵类系统检测和评估手段,帮助企业推广泵类节能改造技术促进企业节能降耗取得实效。图8为该系统软件界面。

图8泵类综合测试系统软件界面
 
2 国家科研项目
2.1 热光伏
       热光伏(Thermophotovoltaic,简称TPV)技术是指将高温热源发射的红外辐射能通过半导体p-n结直接转换成电能的技术。TPV系统具有较高的能量输出密度和理论效率、可应用能源形式多样、便携、运行安静、维护成本低,安全、无污染,可实行热电联供等优点,在工业、商业、军事和航空航天等领域都将拥有非常巨大的实用价值和应用前景。本团队运用流体力学、传热学、燃烧学和光电等学科的基本原理及相关工程经验公式设计了国内首个大型燃烧TPV系统(如图9所示),并从来理论与实验的角度研究了TPV系统的输出性能,相关结论被整理成论文发表于国际顶级期刊Solar Energy Materials & Solar Cells和Applied Energy。

图9 大型燃烧TPV系统
 
2.2 热电技术
        热电材料是温差产生电动势或外加电场导致热流的材料或器件。近来年,热电材料的研究备受人们的重视,特别是对制冷机的环保要求,进一步促进了半导体制冷、磁制冷的研究和发展。随着半导体材料的深入研究和广泛应用,热电性能良好的半导体材料和半金属材料使热电效应的效率大大提高,从而使热电效应发电和热电制冷逐渐步入实用阶段,目前在国防、工业、农业、医疗和日常生活等领域热电效应均有一定应用,如热电制冷大到可以用于核潜艇的空调,小到可以用来冷却红外探测器的探头。由于目前用于热电制冷的材料主要是半导体和半金属,因此通常把热电制冷又称做半导体制冷。
       本团队对热电材料的发电及制冷原理进行了深入的研究,并通过模拟计算对热电材料的热电优值(ZT值)进行优化。
 
2.3 热色智能玻璃建筑节能
       在发达国家,建筑能耗在社会总能耗中所占的比例通常为30~40%,而在中国,这一比例也已达到了20~30%并且仍在持续增长。通常,由门窗引起的能量损失的占全部建筑能耗的50%左右。因此,对节能窗户的研制日益迫切。在过去的几十年中,有色玻璃、反射玻璃和低辐射(Low-E)玻璃的研制和应用已较为成熟,并取得了一定的节能效果,而智能玻璃因其光学特性能随人的意愿或环境条件而改变的独特优势,在建筑节能上具有更大的潜力,被视为下一代节能窗户的理想选择。
       智能玻璃可依据环境温度和日照强度等因素的变化,使沉积在玻璃上的纳米薄膜光学性质发生改变,从而实现对太阳能辐射的调节,达到建筑节能的目的。薄膜光学性质的改变统称为变色,可分为电致变色(电色)、热致变色(热色)、气致变色(气色)以及光致变色(光色)四种类型。由于热色玻璃的性能变化无需耗费额外的能源或气体,因此较之其他智能玻璃更适合在建筑上广泛使用。
       本团队在住房和城乡建设部的项目资助下,建立了适用于实际热色智能玻璃应用于建筑能耗的理论计算模型,并利用其研究了智能玻璃的透射率、吸收率、反射率以及表面涂层发射率等参数对全年建筑能耗的影响,获得智能玻璃的最优参数。相关结论发表在国内顶级期刊SCIENCE CHINA Technological Sciences,相关工作于2012年7月19日被《中国科学报》头版报导。
 
2.4 近场辐射
       在过去近一百年里,经典热辐射理论已被成功应用于解决大量的实际问题。但随着纳米技术的不断发展,人类已经可以精确制造出特征尺度小于辐射波长的系统结构。受空间尺度效应的影响,利用经典热辐射理论来设计和分析微/纳系统的局限性日益显现。早在上世纪60年代,A.G.Emslie等就提出了在微尺度条件下经典热辐射定律失效这一观点。当时发现利用Stefan-Boltzmann定律计算得到的多层金属板隔热系统的热绝缘效率理论值与实验结果不符。经分析认为,产生误差的原因在于隔热系统的特征长度小于系统温度下辐射的峰值波长,在金属板间出现了波的干涉和光子隧道效应,即所谓的近场效应。随后,近场效应对辐射换热的影响在工程实践中逐渐引起人们的重视,成为纳米传热学中一个急需迫切解决的研究课题。
      本团队对近场辐射的机理进行了深入的研究,并通过超材料技术对近场辐射进行了光谱调节及辐射增强的理论探讨,并被江苏省教育厅支持。目前正在申请国家自然基金,希望得到国基资助,以期使近场辐射得到进一步的应用。
 
 
 

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