基本情况
名称：天津大学
天津大学北洋园校区
地址：天津市津南区雅观路135号天津大学34教热动力大楼
邮编：300350
电话：+86(0)22 27404188
电子邮件：jons@tju.edu.cn
微信公众号：天大赵力课题组
机械工程学院机械工程学院
学院下设机械工程、力学和能源与动力工程3个系，及机械工程实践教学中心。建有机械设计制造及其自动化、工程力学、能源与动力工程、工业设计、智能制造工程等5个本科专业。拥有内燃机燃烧学国家重点实验室、机构理论与装备设计教育部重点实验室、中低温热能高效利用教育部重点实验室、先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室（与材料科学与工程学院共建）、3个天津市重点实验室以及若干高水平科研基地和合作平台。赵力教授课题组在热泵系统优化、新型制冷剂循环特性研究分析、太阳能高效利用等方面开展了很多卓有成效的研究工作。
赵力课题组简介
赵力教授课题组隶属于天津大学机械工程学院及中低温热能高效利用教育部重点实验室。多年来，在赵力教授的带领下，课题组不断壮大，先后承担并完成了一系列国家自然科学基金、国家863计划等重大科研项目，在热泵系统优化、新型制冷剂循环特性研究分析、太阳能高效利用等方面开展了很多卓有成效的研究工作，累计发表SCI收录论文35篇，SCI他引630余次，申请并获得授权发明专利22项。本课题组现有在读博士研究生8名，在读硕士研究生20名，热烈欢迎有志于新能源利用开发的同学加入本课题组。
赵力课题组在研项目
★ 国家自然科学基金项目
一、热力学碳泵基础问题研究
经费：60万
执行年限：2019/1——2022/12
项目内容：
碳捕集与封存技术被认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的关键技术之一，然而捕集能耗过高限制了规模化发展，迫切需要从机理层面深入认识碳捕集过程中不同能量形式之间的转换关系，明确量化计算方法，探索节能降耗的新机制与新途径。本项目借鉴热力学经典概念热泵，提出热力学碳泵概念，完善文字、数学和图形定义，构建模型并发展能效计算方法，考察碳捕集过程中“热-功-化学能”三者转化关系；其后，开展热力学碳泵循环的理论构建和分析，搭建热/功驱动热力学碳泵循环实验系统，通过理论和实验对比，考察碳泵循环中能量转换的共性规律；最后，探索碳泵循环中典型熵增过程，发展面向循环中不可逆性的计算方法，基于熵增调控机制获得效率提升方法和技术举措，形成量化的循环优化导则。本研究通过热力学方法，对碳捕集中的能量转换机制进行统一性诠释，并从熵增角度对碳捕集技术节能降耗的机制进行更进一步的探索，可有效指导工程实践。
二、非均匀热流下槽式集热管内有机工质相变过程中的流动换热特性研究
资助金费：60万
执行年限：2018/1—2021/12
项目内容：有机工质在集热管内直接相变成为气体的太阳能槽式直膨系统，在集热效率、设备投资以及动力循环性能等方面具有优势，但由于集热管内气液两相流的存在，管外非均匀热流带来的挑战更加严峻，目前相关研究较为有限。为减小管壁温度场的非均匀性，本项目对有机工质在非均匀热流条件下水平管内的两相流动和沸腾换热进行研究。1）通过实验和数值模拟，研究不同热流条件（强度、位置和不均匀程度）下流型分布和转变的规律；2）研究典型流型下管内的沸腾换热特性，明确热流条件对沸腾换热系数的影响，获得相应的换热关联式；3）研究管路压降与热流条件的关系，探索热流条件变化时有机工质两相流的流量漂移规律；4）研究有机工质物性对流动换热过程的影响，提出有机工质的选用原则，优化流型分布以减小管壁温度场的非均匀程度。该研究可为有机工质槽式直膨系统的应用提供参考，丰富和发展非均匀热流换热、有机工质相变和水平管两相流等领域的研究。
★ “十三五”海洋经济创新发展示范项目
舰船余热驱动冷热电淡水多联供设备开发与测试公共服务平台
资助金费：780万
执行年限：2017—2019
本项目的主要内容为依托滨海新区和临港工业区涉海资源，建成一个面向舰船余热多联供技术的公共服务平台，该平台具备培训、标准化测试、技术孵化、装备开发支持和系统示范五大核心功能。通过该公共服务平台的建立，可以串联上下游，对接供需，贯通产业链，培育创新，引导技术升级，规范行业内涵，拓展行业深度，为我国陆上优势产业向海洋产业的转型，及舰船行业的自身技术升级保驾护航。
★ 优秀青年科学基金项目
吸附碳捕集中的热力学基础问题
资助经费：130万
执行年限：2020/1—2022/12
围绕太阳能光热驱动海水淡化多联产系统，面向实际应用，开发太阳能光热利用与海水淡化集成技术，重点解决能源供应侧中低温品位集热的梯级利用、能源消耗侧水、电和冷热多联供产品制取的合理匹配、供需两者之间的“接口”设备的研发与实用、总能系统在可再生能源驱动条件下的综合效率评价新方法等关键问题，重点探讨系统集成的方法和技术实现途径，为集成技术的实用化铺平道路。
★ 天津市人才发展特殊支持计划高层次创新创业团队
团队名称：太阳能驱动分布式多联供技术团队
申请团队依托工程热物理国家重点学科及热能工程、自动化机械、化工过程机械、化学工程、环境工程等学科，既保持了在热能工程方面的传统研究特色，同时进一步加强了在热力学、传热学与燃烧学等方面的基础理论研究深度与广度，并尝试通过跨学科平台的建设，使热科学研究服务于天津大学“大工学”平台。本团队现有 3 个方向的研究， 分别是中低温热能的高效获取与传递的研究、中低温热能转换中先进热力循环和系统关键部件的研究、中低温热能高效利用技术及总能系统优化的研究。申请团队着眼于推动我国能源利用技术的进步，为实现我国能源战略目标特别是为我国中低温热能的高效利用提供可靠的技术支撑。
团队负责人赵力教授，长期致力于非共沸工质热力循环的研究工作， 特别是在太阳能热利用层面展开了大量技术攻关和示范应用工作。近年来所进行的大量基础研究工作， 揭示了非共沸工质相变传热窄点的形成机理，阐明了传热窄点变化规律以及对热力循环系统性能的影响机制；提出了循环中组份迁移的形成及强化机制，构建了组份迁移“理论-实验-应用”的技术体系；发展了自复叠有机朗肯循环、气体膨胀压缩循环、冷电联供循环等新型热力学循环，极大的推动了非共沸工质在热力系统的实现。同时， 团队负责人针对正逆热力循环的实际应用，分别建造了 200kW 级太阳能有机朗肯循环发电示范系统和高温热泵系统。
赵力课题组已完成项目
★ 国家科技部863项目
1、新型太阳能低温高效热电循环研究
项目资金：98.91万元
执行年限：2006/12--2008/12
研究内容
1.完成了R245fa在太阳能集热器中相变过程的数值模拟以及循环系统的仿真优化研究；
2.解决了适宜有机工质的选取、高效集热器的研究和系统参数匹配等技术难点；
3.研发了以R245fa和R245fa/R152a为循环工质的太阳能低温朗肯循环系统；
4.针对R245fa独立设计并制造了额定发电功率2 kW的专用滚动活塞式膨胀机；
5.在此基础上，完成12kW实用型太阳能低温热电转换系统的设计，并提出了包括双级系统和自复叠系统的改进型太阳能低温热电循环。
2、200kW级有机朗肯循环太阳能热发电技术
项目资金：554.00万元
执行年限：2012/1--2014/12
研究内容
针对太阳能分布式供电系统，采用特定工质，开展系统循环参数优化研究，得到特定热源条件和最优工质相对应的最优循环参数并实现系统匹配；开展强化传热技术等研究。研究不同入口温度下，适用于太阳能热发电的的高效、环保、安全有机朗肯循环的最佳工质；研究不同工作参数和系统结构下有机朗肯循环的性能；对有机工质汽轮机进行结构设计和强度优化；进行有机工质汽轮机工程设计和工艺设计等研究
★ 国家自然科学基金面上项目
1、 高温热泵工况下自然工质混合物两类相变传热窄点的研究
项目资金：35万
执行年限：2009/1--2011/12
研究内容：针对由自然工质组成的混合物在高温热泵工况下的两类传热窄点问题进行了理论和实验研究,主要包括：
1）理论探讨不同组分配比的丁戊烷二元混合工质在换热器中第一类传热窄点，提出了优选标准；
2）分别针对非线性和线性混合工质在高温热泵两器内第一类传热窄点和第二类传热窄点进行了实验研究，并针对该工质进行了可视化研究；
2、混合工质组分可调型有机朗肯循环关键科学问题研究
项目资金：80.00 万元
执行年限：2013/1--2016/12
研究内容：针对当前有机朗肯循环的不足，提出了混合工质组份可调型有机朗肯循环的概念，利用非共沸工质蒸发时的组份迁移特点，实现减小系统不可逆损失，提高系统循环效率。针对组份可调有机朗肯循环开展如下研究：
1) 通过理论分析和实验，针对不同工况筛选适宜的非共沸混合工质，构建混合工质组份可调型有机朗肯循环，明确各状态点热力学参数及系统最优效率；
2) 建立变角度非共沸工质单管蒸发实验系统和旋转式超重力单管蒸发试验系统。研究常规重力和超重力条件下， 工质在蒸发相变过程中，工质热力学参数(温度、焓、干度等) 、 输运参数(雷诺数等) 与工质组份迁移程度之间的关联；
3) 研究换热器中，组份迁移对非共沸工质温度匹配的影响，完善温差极值预测理论。
★ 国家教育部项目
水平管中非共沸工质蒸发传热窄点的确定与迁移
项目资金：50万
执行年限： 2008/1--2010/12
研究内容：
1）非共沸工质在水平管蒸发时的温度分布及其与组元配比的关联主要针对非共沸工质物系，研究了在不同蒸发压力下非共沸工质蒸发温度和换热介质温度沿实验管段的分布规律；进行了组元配比与温度分布间的内部关联研究；测量了实验管段不同位置的工质组分迁移等。
2）非共沸工质在水平管蒸发传热窄点研究确定了工质在圆管外部蒸发传热窄点的位置；结合工质组分迁移实验数据和已有的研究成果，提出了重力场中非共沸工质在圆管蒸发的传热窄点关联式并进行实验验证。
3）非共沸工质在水平圆管蒸发传热窄点迁移规律的研究在不同换热介质流速下，测量了非共沸工质在不同蒸发压力下的传热窄点的迁移规律；建立了重力场中非共沸工质在圆管蒸发的传热窄点迁移关联式并进行实验验证。
★ 天津市科技支撑计划国际科技合作专项
聚焦式太阳能高效复合转换技术研究
项目资金：20万
执行年限：2010/10--2012/9
项目内容：
1）对太阳能高效复合转换系统的热力循环进行了理论和实验研究，建立实验平台，实现太阳能光-热-电多种形式的高效复合转换，探究了能量转换与各因素的关系。
2）通过理论计算与软件模拟，提出两套复合供能系统，并对循环最佳工质与最佳工况进行了研究。
3）建立了太阳能温差发电集热系统，对吸收器复合能量转换技术进行了实验研究，探究了能量转换与各因素的关系。
4）对聚焦式太阳能高效复合转换系统关键部件回热器、膨胀机、吸收器进行了理论和实验研究。
5）对转换系统获得能量进行了复合供能理论计算，对冷热电负荷进行优化计算，复合供能效率超过27%。
6）建成2kW以上聚焦式太阳能高效复合转换实验系统，集热温度超过310℃，集热效率达到68%，并对其进行了经济性分析。
聚焦太阳能分布式复合供能系统研究与示范
时间：2011/10—2014/6
项目资金;310万
主要内容：研发新型高效热力循环，并在系统匹配、循环工质研发及高效传热等方面有所突破，使得太阳能综合利用效率达到40%，在项目实施的过程中，完成国内首个聚焦太阳能热力站（集热面积达到800m2）和分布式复合供能系统的设计与建设。本项目还将研究集热、供暖、供冷、发电等设备的相互匹配、并通过供暖、供冷两季的运行，制定系统的最佳运行控制方案，使该系统稳定、高效、安全地为1500m2的建筑提供所需的冷、热及部分电力负荷。
中高温热泵有机工质天津市科技进步奖
获奖时间：2012年12月
1）将传统热泵的冷凝温度提高到70—100℃，提出了中高温热泵的概念
2）针对其工况进行了大量的工质筛选，提出了R125/R152a/R245fa和R22/R142b/R245fa高效(COP3.5左右）、环保的非工沸有机工质，实现了中高温热泵稳定高效运行，从而可以对大量的中低温热泵进行有效利用。
3）发现了非工沸有机工质在换热器中变工况下的传热窄点移动规律，完善了非工沸有机工质传热以及其在中高温热泵中的应用的理论基础。
★ 海洋经济创新发展区域示范项目
基于可再生能源的海水淡化与综合利用创新服务平台
项目资金：1200万
执行年限：2014年10—2017年8月
(1) 建成我国首个 1000m2聚焦型集热器光热海水淡化示范工程，并据此建立可再生能源与海水淡化技术集成示范应用平台；
(2) 具备太阳能光伏驱动热泵型海水淡化机组的样机开发与性能测试条件， 并据此建立可再生能源与海水淡化技术集成设备性能测试平台；
(3) 拥有面向产业的开放性机制，包括具备相关技术转移的软硬件条件、技术培训能力、 标准测试服务能力和创新技术孵化能力等。
基于天津大学科研团队既有研究基础，依托天津大学滨海工业研究院科研平台， 本项目建设一个基于可再生能源应用技术的海水淡化与综合利用创新服务平台，该平台具有技术孵化、标准化测试、研发支撑、示范应用和技术培训等基本服务功能，并具有以下创新点：
★ 天津市科技计划项目
高效太阳能光热海水淡化联供系统关键技术研究
经费：50万
执行年限：2015/4—2017/9
围绕太阳能光热驱动海水淡化多联产系统，面向实际应用，开发太阳能光热利用与海水淡化集成技术，重点解决能源供应侧中低温品位集热的梯级利用、能源消耗侧水、电和冷热多联供产品制取的合理匹配、供需两者之间的“接口”设备的研发与实用、总能系统在可再生能源驱动条件下的综合效率评价新方法等关键问题，重点探讨系统集成的方法和技术实现途径，为集成技术的实用化铺平道路。
在太阳能热利用领域
分布式太阳能热发电系统具有环境效益高、占地面积小、布置灵活的优势，适于在我国中东部地区推广应用。天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室依托国家自然科学基金、国家863计划等重大科研项目，对分布式太阳能热发电技术开展了深入研究。针对此类系统运行温度较低（300℃以下中低温运行），存在循环效率低、工质选型不明、中试系统空白三大“不高、不明、不建”的技术瓶颈，团队在赵力教授的带领下，历经15年技术攻关，形成了我国自主的分布式太阳能系统核心技术。研究包括：对有机工质水平管内流动沸腾换热的机理揭示、工质物性对工质泵效率影响的实验验证，以及冷热电循环耦合的设计优化。通过多项所研发的专利技术的集成，项目团队建成了分布式太阳能冷、热、电及海水淡化四联供中试系统，实现了太阳能综合利用率的大幅提升，填补了中试应用空白，取得了“技术水平国际领先”的天津市科委成果鉴定。相关研究成果获国际可持续能源技术协会2017年发电技术创新奖。
赵力课题组动态
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