栉风沐雨二十载  打造动力新系统 ——记北京理工大学机械与车辆学院王恩华副教授
2022-04-01 14:28 原作者:童悦 访问量:1113次

文/童悦

科技的进步创造了人类工业文明的快速发展,然而也加快了能源的消耗和对环境的破坏,在能源日益匮乏的当今时代,对于任何一个国家来说,节能和减排才是建设可持续发展社会的重要内容。近年来,随着我国新能源产业的持续火爆,在包括汽车、船舶等动力系统中,中低温热源的高效利用是实现节能减排的一个关键技术。

在此领域,北京理工大学机械与车辆学院王恩华副教授,20年来致力于ORC 系统技术、内燃机节能技术、新能源动力系统等研究领域,主持或参与多项国家重点科研项目,在中低温动力循环系统、内燃机热流体流动与燃烧模拟,以及新能源车用动力系统性能研究方面,取得了一系列重要创新性成果,部分成果已经实现了产业化转化,取得了良好的经济效益和社会效益,为提高能源利用效率、实现节能减排和社会可持续发展做出了重要贡献。

逐梦之路  勇攀高峰

王恩华,湖北鄂州人,1995年,作为湖北省鄂州市高考状元考上了清华大学,当时的他面临着决定人生发展方向的第一道难题——报志愿,当时的农村消息闭塞,人们对于高校、专业等知之甚少,几乎没有可以商量和求助的人。王恩华想到了有一个在清华大学学汽车的表哥,经过几多咨询,他最终选择了汽车工程系汽车工程专业。金秋九月,王恩华如愿以偿地走进清华大学校园,开启了他的求学求知生涯,进入了这个将伴随他一生的专业领域。

汽车产业作为世界经济的支柱产业之一,有着一百多年的发展历史。随着汽车产量的逐年增加,汽车废气排放及对石油资源的过度消耗所引发的环境和能源问题日益严重,几十年来,世界各国一直在致力研发应用低排放或零排放技术。2000年,王恩华本科毕业(当时汽车工程是五年制专业),做本科毕业设计时,他就加入了中国科学院院士欧阳明高教授的课题组,进行柴油机电控方面的研究。后来,王恩华在清华大学汽车工程系动力机械及工程专业攻读硕士研究生期间,又继续在欧阳明高院士的课题组做发动机电控研究。

2003年,王恩华研究生毕业,进入中国科学院工程热物理研究所实习,进行甲醇代用燃料和垃圾填埋气焚烧技术的研究;2004年,他进入江铃汽车集团公司任项目工程师,从事某发动机技术引进项目的开发标定工作;2006年,他又进入北京汽车研究总院,从事整车电子控制系统设计开发、汽油机电子控制系统标定方面的研发工作。工作这几年期间,王恩华越来越意识到,在车辆动力系统技术上欧美日等国的相关技术超过中国太多了,他深感知识之不足。于是,2009年,王恩华又重回高校,在北京工业大学环境与能源工程学院热能工程专业攻读博士,师从范伯元教授,主要进行发动机的余热利用的研究。2013年,王恩华在清华大学汽车工程系欧阳明高院士课题组开展博士后工作,主要从事热力循环和混合动力系统能量效率分析研究。为了学习西方国家的先进理论知识和技术,2015年至2016年,王恩华前往英国格拉斯哥大学做访问学者,不仅开阔了视野,也在科研的广度和深度上有了更多新的认知。

一路风雨、一路逐梦,读万卷书、行万里路,王恩华从求学、到工作,再到继续学习,远赴他国深造,人生没有白走的路,一分辛劳、一分收获,这一切让他积累深厚的学识技术和实践技术。自2016年回国后,王恩华进入北京理工大学机械与车辆学院担任博士生导师,科研与教育同时进行,科研攻关创新技术,教育传道授业解惑。

2018年,王恩华负责主持国家自然科学基金面上项目——“船用柴油机与非共沸工质有机朗肯循环耦合工作机理研究”,该项研究基于有机朗肯循环(简称“ORC”)技术的船用柴油机余热动力循环理论,主要针对适用于船用柴油机余热动力循环的高效环保工质,取得了创新性的研究成果。王恩华基于非共沸工质ORC技术,从船用柴油机余热动力循环、非共沸有机工质选择、船用柴油机与ORC联合系统非设计工况点性能等方面广泛调研分析了各种已有提高余热回收效率的方法,总结了已有船用柴油机与ORC系统联合工作时存在“高效环保工质优选”“非设计点工况效率下降”两个共性关键问题,针对性地提出了采用基于基团贡献法优选的非共沸工质ORC底循环,在全工况范围内与船用柴油机的联合系统协同优化这一解决方案。该项研究成果可有效提升非设计点工况余热回收效率,也可应用于其他热源或负荷变化场合,具有重要的科学意义和广泛的应用价值。

开拓创新  不断超越

一丝不苟、实事求是的科研和教学态度是王恩华多年专注学术研究养成的习惯,多年来,他致力于中低温动力循环系统、内燃机热流体流动与燃烧模拟,以及新能源车用动力系统性能研究,除了主持一项国家自然科学基金面上项目,他还主持了与清华大学合作项目“储能电池系统热失控防控技术”,完成了北京理工大学青年教师学术启动计划项目,组分可调型 ORC 工作机理研究,同时,他还参与多项国家重点科研项目。一路披荆斩棘,风雨无阻,砥砺前行,为打造更安全、更高效的动力系统而努力着。

在王恩华所著的《中低温动力循环系统及应用》中,详细介绍了中低温动力循环系统的研究成果,其中“发动机-ORC系统耦合机理”研究成果为有机朗肯循环与内燃机的匹配优化提出了一套系统化的方法,有利于实现有机朗肯循环系统与车用内燃机的最佳匹配,提高联合系统的能效,实现节能减排的目标。“ORC和Kalina系统性能提升”研究结果采用组分调节或压力滑移可有效提高系统全年的平均输出功率,可应用于地热能发电和太阳能热发电等场合,提高发电系统输出功率,降低碳排放量。“二氧化碳跨临界循环工作特性”的研究结果,则不仅表明了跨临界二氧化碳动力循环的净输出功率最大,经济性能处于合理范围内,有利于增进对低温热源二氧化碳跨临界循环的全面认识。

在内燃机热流体流动与燃烧模拟方面,国际上有采用煤油与汽油等燃料混合燃烧提高爆震极限的研究,但因汽油具有易燃性,安全性不高。王恩华针对这些问题,提出了采用喷水来抑制点燃式航空煤油发动机爆震的方法,研究了喷水对煤油预混燃烧爆震抑制的机理,可应用于航空飞行器和无人车辆;在新能源车用动力系统性能,尤其是混合动力系统构型设计与能效分析方面,王恩华研究了直驱混联式混合动力系统的节能潜力,提出了四驱混联式混合动力系统并与直驱混联系统进行对比分析,采用超级电容储能的直驱混联系统在城市工况下的节油率可达42%,四驱混联式节油率接近直驱混联系统。直驱混联系统现已应用于城市公交大客车,四驱混联系统可应用于复杂路面工况的越野车和卡车等重型车辆。

目前,除了开展科研工作和担任教学任务以外,王恩华还兼职ORC 动力系统国际研讨会委员、Frontiers in Energy Research副编辑,多次被国际顶尖期刊评为优秀审稿人。现已发表学术论文70 余篇,获授权发明专利 15项。主编英文专著一部,曾获北京市优秀青年工程师称号,天津市自然科学一等奖。

年虽不惑,慨而当歌,正值壮年,砥砺琢磨。回顾王恩华20年的科研生涯,“努力奋斗”四个字闪闪发光,看着研究成果应用于实际中,他由衷地感到自豪。未来,他仍将会继续奋斗,不断超越,研发更多更先进的技术,精深学术报家国。

 

 

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