徐进良

晨怡热管 2008-2-8 0:28:11

姓名:徐进良
E-Mail:xujl@ms.giec.ac.cn
地址:广州市天河区五山能源路1号大院 ,中国科学院广州能源研究所
邮编:510640

2003年 3月 -----      广州市第十届政协委员
2003年 1月 ----     中国科学院广州能源研究所学术委员会副主任
2002年 6月 ----     入选中国科学院广州能源研究所“引进国外杰出人才”
                       研究员、博士生导师、首席科学家
2001年 9月 ----2002年 5月  美国圣母大学机械工程系访问学者
2000年 1月 ----2001年 9月  新加坡南洋理工大学研究员
1998年 6月 ----1999年12月  美国佛罗里达国际大学项目经理
1997年11月 ----1998年 5月  西安交通大学副教授
1995年 9月 ----1997年10月  清华大学博士后
1985年 9月 ----1995年 7月  西安交通大学学士学位(核能与热能工程)
                               硕士学位(热能工程)、博士学位(热能工程)

近年来研究工作总结

一、电子元件冷却,热驱动泵及脉冲热管的研究(新加坡)

    近年来,随着信息工业的迅猛发展,集成电路的集成度大大提高。其发展的限制因素之一是元件在工作过程中能否得到良好的冷却。国外很多机械工程系都重视开展这方面的研究。电子元件冷却侧重于研究流体在小尺寸或微尺寸空间内的流动和传热现象(包括相变) 。另一特点是开发出被动式冷却的小尺寸冷却装置,这类装置一般不需外部动力,因而具有高的可靠性。

热驱动泵及脉冲热管的研究(新加坡)

    “热驱动泵” 在去除元件热量的同时自动泵送液体。装置在无任何动力的条件下工作,其尺寸可以很小,因而可望应用在电子元件冷却上。该研究揭示了这种装置以周期性动态工作的理论依据。在每一个周期内,提出存在压力波传播及沸腾边界移动两个阶段。

    加热导致系统压力的上升并打开一个止回阀。止回阀打开及关闭引起的压力波在系统内以声速传播,直到系统内产生蒸气时为止。采用特征值方法求解瞬态质量,动量及能量方程。

    一旦系统内某处流体达到饱和状态,系统内开始发生相变,沸腾边界将随时间而变化。本研究划分出三个区域,即左液区,两相区,右液区。在每个区域内,将描述流体的质量,动量及能量方程在变步长下积分,得到变步长下流体的差分方程。计算结果表明该装置确实以一定的周期在脉动方式下工作。

    对热驱动泵装置进行了动态压力,温度等参数的实验测试。数值计算的结果与实验测量值定性吻合。分析了止回阀参数,装置尺寸大小对其性能的影响。

    脉冲热管在电子设备冷却上具有巨大的应用背景。第一个脉冲热管由日本人发明,但直到如今仍没有合适的理论能揭示其工作原理。对脉冲热管建立了测试系统,采用高速动态摄影技术测量气弹的速度。开发了弹状流模型,以计算该热管的动态过程。

半导体激光器冷却装置的开发

    为了产生一定功率的激光术,需要耗费一定的电能。在所耗费的电能中,约有1/3转换为光能,剩下的2/3则转化为热能。需要有效的去除热能,以便使激光器维持在合适的温度范围。提出并实施了一种新的冷却装置,由热扩散器,TEC(Thermoelectric Cooler) ,冷阱(风冷微型肋片热交换器) 组成。实验测试表明所设计的装置能满足热去除的要求,同时具有体积小,可靠性高等优点,该技术已被新加坡一半导体公司所采用。

微通道内两相流流型的研究

    对于微通道内的两相流流型进行了较仔细的研究。采用高速摄影技术对1.0, 0.6, 及0.3 mm的方形槽道内的空气-水两相流流型进行了动态测量。发现当通道尺寸减小到0.6 mm后,流型与常规尺寸中的流型明显不同,发现并定义了以下新的流型结构:帽式泡状流,弹状-液滴流,混状流,及环状-液滴流。其主要结果发表于国际多相流杂志上。
  

二、核环境及处理研究(美国Florida International University)

    美国是拥有核电站较多的国家。早期建造的核电站在经历了几十年的运行后陆续关闭,由此产生大量核废料。在美国能源部厂址区域(DOE sites),输送核废料泥浆流的管路系统,由于受泥浆流中固体颗粒重力的作用,将在输运过程中沉降。粒子沉降,管道阻塞及反阻塞对于设计及运行核废料输运系统极其重要。作者建造了一个完整的实验室模拟回路,包括混合容器,泵,管路及相应的测试仪表。在回路中还设置了取样系统。该项目的目的在于确定低放射性废物在输运过程中混合,沉降及阻塞的条件。鉴别了流型。发现许多参数都影响固-液泥浆两相流。其中,作者发现两个重要的参数,固体颗粒容积份额,颗粒尺寸是影响流型发展的关键参数。取决于不同的参数组合,压降对流速有不同的变化趋势。提出了多组分,非均匀颗粒尺寸两相流的极限沉降速度概念。极限沉降速度,规定了固体颗粒开始沉降于管道底部的起始条件。与经典的单组分,单颗粒尺寸系统中的临界流速有很大不同。关联了压降对流速的曲线。研究中还进行了反阻塞实验。作者发现在固体颗粒再次上浮的全过程中,存在两个不同的阶段。研究中与美国能源部官员及技术人员密切协作,所得结果用于现有管路系统的改进,及新系统的设计。

三、 VBM 的研究及开发 (美国Florida Int. University)

    为了清除被放射性废物污染的壁面及墙面,在美国能源部的规划下研制真空清除机(VBM)。希望这种机器能够产生高速的固体颗粒射流,当高速颗粒以一定角度打击壁面时,就可清除壁面污染物。作为主要研究者,开发了方形喷嘴,采用商用软件对气固两相流的计算,表明该喷嘴能产生100 m/s的颗粒速度,并得到了实验的验证。采用脉冲激光高速动态摄像仪测量高速颗粒速度。目前还没有测试仪器能够测量如此高的速度。所作工作得到美国能源部官员的好评。已完成原型测试,并被期望用于能源部厂址区域的核废物清除。

四、 反应堆工程及安全研究(西安交通大学及清华大学)

    为了改进核反应堆系统的评价及设计,在中国核安全局及自然科学基金会的资助下,进行了实验及理论研究。研究有两个主要部分,两相临界流及冷凝回流。两相临界流的测试压力高达22.0 MPa,获得了临界流的数据。开发了非平衡膨胀,两相流声速等模型。尝试了高压瞬态两相流的测试技术,例如g射线衰减技术。两相冷凝回流的研究,进一步证实了这种传热模式是小破口失水事故后期堆芯率变热通过U形管蒸发器排除的有效途径。

    实验及理论结果用于反应堆安全分析程序RELAP5/MOD2及RETRAN02的修改。对现有反应堆系统,如大亚湾核电站及秦山核电站的评价及设计具有重要作用。作为第二获奖者,我获得两项国家教委科技进步奖。重要的实验及理论结果发表于国际杂志上,如Int. J. Heat Mass Transfer, Experimental Thermal and Fluid Science, Nuclear Engineering and Design.

    在清华大学做博士后期间,进行了我国大亚湾核电站的概率安全研究(Probability Risk Analysis)。建立了五十多棵故障树及十多棵事件树。许多来自于安全方面的建议被核电站的业主采纳,以有效地降低堆熔频率。

    在此期间,对下世纪先进反应堆进行了详细的文献调研。先进反应堆的概念是万一堆芯烧毁后,坚固的安全壳将把所有放射性物质包容在安全壳内,核电站周围的居民无须进行应急迁移。开发先进反应堆,涉及到对许多严重事故现象的研究,如高压堆芯熔化,蒸汽爆炸,氢气爆炸。这些研究领域是近年来核工程领域研究的热点。

五、 大容量锅炉水动力特性研究(西安交通大学)

    超临界压力锅炉具有循环效率高,快的负荷调节速度及两班制运行的特点。其中有两种形式的锅炉,一种是螺旋管圈直流锅炉,另一种是垂直管圈直流锅炉。垂直管圈直流锅炉,其水冷壁易于制造。但在水冷壁的周向,不同位置所受火焰热辐射的热流密度不同,引起水冷壁周向温度不均及热应力。在西安交通大学的高压实验台上进行了压降,临界热流密度的实验研究。以实验数据为基础,研制了两相流量在水冷壁中的分配程序,其目的是使得流量与热负荷相适应。提出了改进水冷壁水动力特性的措施。所研制的程序安装在我国的哈尔滨锅炉厂。由于在超临界锅炉方面的深入系统的工作,获得国家科技进步三等奖。

    另外,作为项目负责人,独立承担了“两相流敏感性研究” ,及“模拟微重力条件下液液两相流实验台研制” 等课题,在此就不一一叙述。

研究结果的评价及应用
    发表了三十多篇学术论文。其中近十篇发表在本行业著名国际杂志上,如Int. J. Heat Mass Transfer, Int. J. Multiphase Flow, Int. J. Heat Fluid Flow, Experimental Thermal and Fluid Science。其中十五篇论文被EI检索,七篇论文被SCI收录。

    当论文“Non-equilibrium Modeling of Two-phase Critical Flow”发表于1995年在日本举行的国际多相流会议上,瑞典学者Lori Martinez来信,表示希望将我们的模型用于制冷设备毛细管两相流的计算中。

    论文“A Nonlinear Solution of Inverse Heat conduction problem for Obtaining the Inner Heat Transfer coefficient”发表于Int. J. Heat Transfer Engineering.(1998, Vol.19, No.2),美国Ohio State University的Prof. Antonio Campo与我联系,表示对该文有兴趣,并希望我给他提供更多的这方面的论文。另外,新加坡的Nanyang Technological University的Prof. Wong Teck Neng也向我索取论文。学者Chantasiriwan两次在其关于瞬态导热反问题的论文(Int. J. Heat Mass Transfer, Vol.42, No.23, pp.4275-4285,Int. Communication Heat Mass Transfer) 中引用了我的成果。

    “Critical flow in convergent-divergent nozzles with cavity nucleation model ” 发表于International Journal of Experimental Thermal & Fluid Science (1997, Vol.14, No.2 ) ,该文被引用在Eckert Erg, Goldstein RJ, Ibelewe等人所写的1997年传热研究综述(Int. J. Heat Mass Transfer, 2000, Vol.43, No.14, pp.2431-2528

    “两相临界流及冷凝回流”的研究课题受中国国家核安全局及自然科学基金会资助。所有实验均在高压下进行,因而结果可直接应用于反应堆系统。采用所获得的实验及理论结果对反应堆安全分析程序RELAP5/MOD2及RETRAN02进行了修改,有助于改进核安全评审及设备的改进。获得两项国家教委科技进步二等奖。主要成果发表于国际杂志:Int. J. Heat Mass transfer, Experimental Thermal and Fluid Science, Nuclear Engineering and Design.

    根据我们在高压两相流实验台上取得的压降,临界热流密度等数据,开发了计算超临界直流锅炉水冷壁流量的程序。程序在我国的哈尔滨锅炉厂获得应用,为我国开发超临界直流锅炉作出重要贡献,获得国家科技进步三等奖。
在美国的Florida International University,我的工作涉及到低放射性废物的输运,及核环境的处置。建立了一个多组分,多颗粒尺寸固液泥浆两相流实验台。研究的目的在于获得不同运行参数条件下压降关系式,及固体颗粒沉降及阻塞管道的条件。在核环境处置方面,开发了High Productivity Vacuum Blasting Machine.开发了小间隙方形喷嘴。针对颗粒尺寸小(200 mm左右),颗粒速度高的困难,提出并成功地采用脉冲激光与高速动态分析仪相结合的测试方法,测量了颗粒的速度。我在该机研制方面的工作得到美国能源部官员的高度评价。

 

获奖情况
1. 国家科技进步三等奖,第五获奖者,“超临界压力锅炉关键技术的研究”,证书号:05-3-011-05
2. 国家教委科技进步二等奖,第二获奖者,“核电站程序模型实验研究”,证书号:96-574
3. 国家教委科技进步二等奖,第二获奖者,“高压瞬态两相流及传热规律的研究”,1998.3
4. 国家教委科技进步三等奖,第三获奖者,“600MW超临界压力锅炉水冷壁水动力特性的研究”,证书号:95-699

论文发表情况
Recent International Journal Publications:

1. Acoustic wave prediction in flowing steam-water two-phase mixture, Int. Journal of Heat Mass Transfer, 2000, Vol.43, pp.1079-2088 (first author, EI, SCI 检索)
2. Critical flow in convergent-divergent nozzles with cavity nucleation model, International Journal of Experimental Thermal & Fluid Science, 1997, Vol.14, No.2 (first author,EI, SCI 检索,引用次数:1)
3. Experimental study on gas-liquid two-phase flow regimes in rectangular channels with mini gaps, Int. Journal of Heat and Fluid Flow, 1999, Vol.20, No.4 (first author,EI, SCI 检索,引用次数:1)
4. A nonlinear solution of inverse heat conduction problem for obtaining the inner heat transfer coefficient, Heat Transfer Engineering, 1998, Vol.19, No.2 (first author,EI, SCI 检索,引用次数:2)
5. Gas-liquid two-phase flow regimes in rectangular channels with mini/micro gaps, Int. J. Multiphase Flow, 1999, Vol.25, No.3, pp.411-432 (first author,EI, SCI 检索,引用次数:8)
6. Two-phase critical discharge of initially saturated or subcooled water flowing in sharp-edged tubes at high pressures, Heat Mass Transfer, 1999, Vol.35, pp.205-211 (first author,EI, SCI 检索)
7. A numerical model prediction for boiling multi channel flow rate distribution and applied in 600 MW supercritical variable pressure once through boiler with Vertical Tube Coils, J. of Thermal Science, 1997, Vol.5, pp.23 (first author)
8. Experimental study on the hydraulic characteristics of solid-liquid slurry two-phase flow in horizontal pipelines, American Society of Mechanical Engineers, Heat Transfer Division (The ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition), 1999, Nov14-19, V364-2 (first author)
9. A nonequilibrium two-fluid model for prediction of steam-water two-phase critical flow, has been accepted in Heat Mass Transfer (first author)
10. A nonequilibrium two-fluid model for prediction of axial void fraction of subcooled boiling heat transfer at low pressure and flow rates, to be published in Int. J. Heat Mass Transfer (first author)
11. Study on heat driven pump-part 1, Experimental Measurement, to be published in Int. J. Heat Mass Transfer(first author)
12. Study on Heat driven pump-part 2, Mathematical Simulation, to be published in Int. J. Heat Mass Transfer(first author)
13. Dynamic simulation of heat driven pump , has been accepted by 4th Int. Conference on Multiphase Flow, 2001, June, Oralnd, USA

Recent Chinese Journal in English Edition:

14. Investigation on Inlet Steam Quality to a Top Break Hole with Horizontal Pipe, Progress in Natural Science, 1996, Vol.6, No.4 (first author,EI,SCI检索)
15. Investigation on Two-Phase Critical Flow for Loss of Coolant Accident of Pressurized water Reactor, Nuclear Science & Techniques, 1996, Vol.7, No.3 (first author, EI检索)

中文杂志论文:

16. 水平管顶部破口入口蒸气含气率,自然科学进展,1996, Vol.6, No.4 (第一作者)
17. 两相临界流的空穴核化模型,核科学与工程,1996, Vol.16, No.2 (第一作者)
18. 两相临界流的非平衡两流体模型,核科学与工程,1996, Vol.15, No.1 (第一作者)
19.  轻水堆严重事故现象及可能的缓解措施,核动力工程,1998 ,Vol.19 , No.5 (第一作者, EI检索)
20. 水平管顶部破口液体起始夹带,核动力工程,1995, Vol.16, No.3, (第一作者,EI检索)
21.  流过渐缩渐扩喷嘴的两相临界流的改进模型 ,核动力工程,1994 ,Vol.15, No.5 (第一作者, EI检索)
22. 界面切应力对垂直管冷凝回流传热的影响,核动力工程,1995,Vol.16 , No.2 (第三作者,EI检索)
23. 汽液两相流在倾斜管内传热恶化区传热特性的研究,核动力工程,1993, Vol.14, No.5 (第三作者,EI检索)
24. 两相临界流,力学进展, 1995, Vol.25, No.1 (第一作者)
25. 沸腾并联管束在多级节流及受热不均下流量分配模型的研究,水动力学研究进展, 1993, Ser A, Vol.8, Sup. (第一作者)
26. 采用两级节流控制超临界压力锅炉水冷壁的热偏差,西安交通大学学报,1995, Vol.29, No.11, (第二作者,EI检索)
27. 汽液两相流声速的研究,西安交通大学学报, 1994, Vol.28, No.5 (第一作者,EI检索)
28. 液雾在高温气流及大液气比下蒸发特性研究,应用力学学报, Vol.10, No.2 (第一作者)
29. 井下蒸气发生器及燃烧特性,动力工程, 1992, Vol.12, No.2 (第一作者)
30. 井下蒸气发生器燃烧室壁冷却传热特性的研究,动力工程,1993,Vol.13, No.4 (第一作者)
31. 超临界压力锅炉水冷壁的水动力特性,动力工程, 1993, Vol.13, No.5 (第一作者)
32. 进液方式对降膜蒸发管流动及传热的影响,化工机械, 1993, Vol.20, No.4 (第二作者)
33. 超临界压力下水在倾斜管内传热特性的研究,化工学报, 1993, Vol.44, No.1 (第三作者)
34. 井下蒸气发生器研究进展,热能动力工程, 1992, Vol.7, No.5 (第一作者)
35. 电加热管二维温度场计算,热能动力工程, 1994, Vol.9, No.2 (第一作者)
36. 锅炉水冷壁内螺纹管传热及压降特性,热能动力工程, 19 (第一作者)

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