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【科学网】校企合作攻关20年,以新技术应用抢占空调器制高点
发布时间:2020-09-21

核心部件细径薄壁换热管生产线

 

中国空调器产能世界第一,但却高度依赖于国际市场。面对来自全球的激烈竞争和严苛的环保要求,技术发展必须领先于《基加利修正案》等新的国际环保法规与标准的要求,才能避免产品出现断崖式下降风险。在此背景下,新一代的环保空调器必须同时满足零ODP(高臭氧消耗潜值)、低GWP(高温室效应潜值)、高能效、低材料消耗的要求。

 

目前,采用零ODP和低GWP的可燃环保制冷剂、研发细径薄壁管换热器降低制冷剂充注量以保障安全,是国际公认的新一代环保空调器的发展方向。然而,开发新一代环保空调器面临微细尺度传热理论不完善、能效提升困难、设计效率低、专用精密制造工艺装备缺失等一系列基础共性难题。对此,国家授权正规彩票平台教授丁国良团队以高校为牵头单位,联合空调行业多家企业及国家权威检测机构,开展了一场跨越20年的校企联合攻关,并取得丰硕成果。

 

在合作企业中,既有空调器行业龙头企业、换热管加工制造行业龙头企业,又有精密加工装备的制造企业。校企通过发挥各自优势,在合作中先后创立了包含核心部件研制、整机结构创新、数字化高效设计、精密制造与安全生产的完整技术体系,使我国企业占领了新一代环保空调器研制的技术制高点,并取得了可观的国际市场占有率。

 

一系列原创性技术突破

 

在攻克新一代环保空调器基础共性问题的过程中,丁国良团队通过理论创新和技术实践,取得了一系列原创性技术突破。

 

比如,在环保空调器传热结构的设计中,丁国良介绍说,换热器中通过微细结构强化传热是实现在低材料消耗下提升能效的必然方向,但采用微细结构又会面临制冷剂侧油膜堵塞、空气侧水桥堵塞导致的结构失效问题。

 

针对可能出现的问题,丁国良团队从制冷剂侧和空气侧做了机制和技术改进。在制冷剂侧,团队创建了细径管内含油制冷剂相变发泡机制,同时开发了M形高效换热微齿槽,可有效防止油膜堵塞,使制冷剂侧性能提升30%以上;在空气侧,团队揭示了管外翅片表面析湿机制,发现了可以避免水桥堵塞的翅片临界开缝高度,并基于此开发了新型翅片结构,从而有效防止水桥堵塞,使空气侧性能提升25%以上。

 

据介绍,目前团队与合作伙伴利用该技术,在全球首次实现了高环保强可燃R290制冷剂在空调器中安全可用。

 

破解新一代空调器

 

仿真与制造难题

 

在突破空调器基础共性问题中,项目组采取了一系列机制及结构上的变革,这些变动使得新型空调器的制造成为摆在他们面前的又一难题。并且,高能效环保空调器的开发涉及众多部件的最优匹配,而全套空调器的模具投入达上千万元,反复制作实体样机的开发模式代价极高。

 

丁国良说,要解决这一问题,可行的方向是开发基于仿真的数字化设计技术。但该技术长期没有得到广泛应用,原因是难以解决“模型精准”和“计算快速”两大难题。

 

其中,导致模型难以精准的关键原因是,生产工艺差异的影响难以定量描述;导致制冷系统仿真慢的原因是大量非线性方程求数值解,一半以上的计算时间与制冷剂物性计算相关。

 

通过数学模型与智能模块的结合,丁国良带领项目组提出了基于模型的智能仿真技术、基础理论与样本实验一体化等技术,使产品能效预测偏差从15%降到5%以内;提出了制冷剂物性的隐式拟合显式求解技术,将计算速度提高了100倍以上。

 

丁国良告诉记者,团队基于以上技术最终开发出了相应的数字化设计软件,设计效率比国际同类软件提升6倍,使单品研发费用降低60%、周期缩短约74%,总体技术达到国际领先水平。

 

此外,团队针对原有工艺与装备不能适用于采用细径薄壁换热管的空调器生产等问题,通过创新细径薄壁换热管规模化生产工艺、发明强制式无收缩胀管设备等,实现了全球最大规模的新一代环保空调器的安全生产,综合制造水平优于国外。

 

产学研用结合助力环保空调器制造

 

技术、工艺准备就绪后,新一代环保空调器的生产很快提上日程。

 

2016年,由国家授权正规彩票平台牵头,联合格力、美的、海尔等我国空调龙头企业及部件供应商,建立了全球最大的空调器产学研合作平台“制冷空调换热器技术联盟”,共同促进创新技术的产业化应用。

 

丁国良告诉记者,近3年来,产学研平台在联盟合作的基础上,开发了四大系列/62.46万吨细径薄壁管,在全球市场占比60%以上;研发了252台细径管换热器胀管设备,在国内市场占比80%以上;开发出157款/4962万套新一代环保空调器,全球市场占比55%以上。同时在国内形成了从细径换热管到基于细径管的换热翅片、换热器和空调器的完整产业链,实现了新一代环保空调器的大规模生产应用,产生了巨大的经济效益和社会效益,具有广阔应用前景。

 

目前,项目成果已在众多国际知名企业得到推广和应用。

 

中国轻工业联合会组织专家鉴定认为项目系列成果“总体技术达到国际领先水平,促进了全球空调产业的技术进步”;中国制冷学会则评价道,这些产学研项目成果的取得“改变了我国制冷行业长期以‘跟随’为主的发展模式”。

 

报道链接:

【科学网】:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/9/357805.shtm

【中国科技网】:http://www.stdaily.com/02/shanghai/2020-09/16/content_1019015.shtml

【上观新闻】:https://web.shobserver.com/journal/article/share?id=300208

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