风洞,是一个听上去有些高深的名词,它常常出现在国家重要科技项目的研究中。可能我们大部分师生都不太知道,在我们的校园,就有一个处于国内领先水平、富有电力科研教学特色的风洞——学校依托“085工程”建设的空气动力学(风洞)实验室。下面,让我们走进这个有些“神秘”的实验室。
契合新能源发展需求
“如果说国家实施新能源战略像扑面而来的东风,激发了广阔的科研教学领域;那么学校实施“085工程”就恰如三月和暖的春风,催生了高水平的风洞实验室项目。”在谈到风洞实验室的建设时,能源与机械工程学院院长任建兴、专业教师何平分别动情地讲述了“风洞”诞生的“大环境”、“大背景”。
风洞实验室建设的初衷首先就是契合国家新能源发展的需求。
国家提出十二五期间要大力发展可再生能源。以风电、太阳能、潮汐能为代表的可再生能源具有资源分布广、开发潜力大、环境影响小、可永续利用的特点,是有利于人与自然和谐发展的能源资源。随着经济社会的发展,能源需求持续增长,能源资源和环境问题日益突出,加快开发利用可再生能源已成为我国应对日益严峻的能源环境问题的必由之路。
当前上海正处于创新驱动、转型发展的攻坚阶段,将在新一代信息技术、高端装备制造、新能源等领域实施一批重大项目和专项工程,临港新城规划建立上海能源装备制造基地。这些都对我校、尤其是能源与机械工程学院的人才培养、学科建设提出了新的要求,赋予了新的挑战,推动我校新能源学科领域的向前发展。
如何契合国家发展?如何在新能源科研教学上做出优势文章?高新设备的导入和实验室建设势在必行。我校从2010年开始立项建设风洞实验室,就是要借助对气流动力场的研究,在新能源教研领域,特别是风力发电机的高效运行方面开展探索性和前瞻性的实验研究,风洞实验室的建设恰逢其时。
围绕电院能源学科特色
我国目前的风电已进入规模化发展阶段,技术装备水平迅速提高。风电新增装机容量连续多年快速增长,2009年以来,我国成为新增风电装机规模最大的国家。到2010年底,风电累计并网装机容量为3100万千瓦。围绕风电装备制造和实际运行中的各种实验研究需求,既要在平时运行时注意到能耗的问题,还要注重方便、灵活。因此,风洞建设要体现电院的特色,有别于其他院校,我校采用的是从空间布局和投资都相对较低的紧凑型回流式风洞。
风力发电机如何高效运行,首要的就是风力机叶片设计优化问题。形状、流线、曲线……这些都需经过空气动力学的实验推算与分析。风力机的叶片从开发到实际应用都离不开风洞试验。针对风力发电机整体运行效率高低的评价,如何提高风力机的运行性能,确定能源转换效率,在一定程度上都要借助于风洞进行性能测试。
学校风洞实验室关注的领域不仅仅是新能源,同时还围绕传统能源转换与高效利用、流体动力机械的优化设计等,风洞实验具有广阔的应用前景。通过对现有的、传统的动力机械叶片做进一步的实验研究,有助于提高能量的转化效率,也将成为风洞实验室的重要研究领域。
目前,风洞实验室已开展了风力发电机、流体机械等旋转机械内部流体流动特性的试验研究,促进了能源动力工程学科有关流体流动及强化传热、可再生能源利用技术等研究方向的发展,奠定了我校开展风能利用研究的基础……风洞实验室的建成,将与正在规划建设的风力发电并网实验室共同构成从风电生产到风电并网研究的完整系统,为我校风能利用系统工程产学研基地建设发挥重要作用。
能源与机械工程学院以风洞实验室为实验基地,结合教师的相关科研和课程教学实践,有效地培养了学生的实际动手和操作能力。风洞实验室已成为本科生开展流体流态观测、流体动力学、传热机理等试验的教学科研实验平台;同时,也是研究生开展科研工作的重要平台。
展望未来发展
“目前的建设只是第一阶段,下阶段的发展,要以已有的风洞实验室为基础,建立一个以多能源互补分布式供能的能源研发系统。通过综合导入风力发电、太阳能、燃气轮机系统、燃料电池等多类型能源,构建以分布式能源为特征的冷热电联产的能源网。我们将不断完善和拓展实验室建设项目,为广大教师提供更好的从事科学研究的装置与系统平台,总之,实验室建设前景广阔,但任重道远。”任建兴如是展望风洞实验室的今后发展。(记者王琦 张睿)
名词链接:风洞,作为风工程、空气动力学研究领域的重要设备,是科研实力的重要体现。风洞建设是一项囊括了空气动力学、材料学、声学等20余个专业领域、涉及多学科、跨专业的高水平系统集成课题。