热能工程系

Department of Thermal Engineering

姓        名:祁海鹰

技术职务:教授(博导),研究所所长

办公电话:010-62796036

通讯地址:北京清华大学热能工程研究所

电子邮件:hyqi@mail.tsinghua.edu.cn

教育背景

1982年、1985年分获清华大学燃气轮机专业学士和硕士学位;留校任教,从事燃烧室、低热值煤气燃烧稳定性等研究

工作履历

1991-1997年:德意志学术交流中心(DAAD)奖学金生,公派赴德国亚琛工业大学(RWTH Aachen)留学和做研究助理,师从Prof. Dr.-Ing. U. Renz(国际煤燃烧领域知名学者、清华大学客座教授),从事循环流化床锅炉稠密气固两相流动研究。获工学博士学位(Dr.-Ing.)

在德国大型电站设备制造公司Steinmueller GmbH任职一年

1998年-今:清华大学热能工程研究所任教,历任研究所副所长,所长,副教授,教授(博导)

曾任清华大学主办的第四届煤燃烧国际会议秘书长(4th ISCC,1999),第七届会议主席(7th ISCC, 2011)、第八届会议组委会主席(8th ISCC, 2015);日本东京农工大学、德国亚琛工业大学和日本中央大学访问教授

学术兼职

- 清华大学热能工程系学术委员会副主任

- 中国工程热物理学会燃烧学、多相流专业委员会委员

- 中国力学学会多相流专业委员会委员

- 中国机械工程学会高级会员,工业炉分会副理事长,学术委员会主任

- 美国ASME会员

- “燃气轮机与煤气化联合循环国家工程研究中心”评审委员会专家

研究领域

多相湍流低污染燃烧与新能源,包括:

1、燃烧

     -高参数重型燃气轮机干式低污染燃烧室性能与设计

     -低热值燃料燃烧稳定性

     -无焰燃烧室

     -气体/气-粒两相侧偏时均湍流燃烧模型

 2、多相湍流流动

     -流态化稠密气固两相流动介尺度特性、非均匀曳力模型建模、欧拉数值模拟

     -气固两相湍流变动

3、新能源

     -龙卷旋涡流动、传热特性及与火焰相互作用

     -真空能(暗能量)提取探索

4、燃烧污染控制

     -燃煤干法烟气脱硫、多污染物联合脱除;

     -火灾烟气毒害物质的释放机理

研究概况

课题组同事:由长福教授(从事燃煤污染控制、多相流动、燃烧及直接数值模拟方法研究),李科教授(访问学者,从事多相湍流燃烧及数值模拟研究)

一、主要科研项目

1、973项目:

     -“燃煤污染物干法联合脱除的基础研究”课题:烟气干法脱硫、脱NOx的反应动力学与扩散机理研究 (No.2006CB200305)

     -“燃煤污染防治的基础研究”课题:稠密气固两相流动规律的研究 (No.G1999022208)

     -“火灾动力学演化与防治理论”课题:火灾中毒害物质的释放机理和对人体的影响  (No.2001CB409603)

2、863燃气轮机重大专项

     -关于RO110重型燃气轮机部件性能的理论分析与试验研究 (No.2002AA503010)

     -中低热值燃料R0110燃气轮机研制及在IGCC示范电站应用 (No. 2008AA05A301)

3、国家自然科学基金项目

     -重点项目:超常颗粒多相流动力学模型 (No.10632070)

     -面上项目:龙卷旋涡与燃烧的相互作用及能量效应研究 (No.51176092)

     -重大研究计划“多相反应过程中的介尺度机制及调控”项目:气固流态化介尺度结构及非均匀曳力模型研究 (No. 91334111)

     -项目:燃烧室气流分叉结构与燃烧稳定性

     -项目:低热值煤气燃烧稳定性的研究

4. 国际合作

     -德国大型电厂运行者协会(VGB)项目:燃煤循环流化床电厂污染排放及N2O问题的研究

     -欧共体JOULE II项目:加压循环流化床燃烧技术试验、理论与数值分析

二、近期主要研究成果

燃气轮机燃烧室:在国家863重型燃气轮机重大专项的支持下,参与了R0110低污染燃烧室和燃用低热值燃料燃烧室研制、设计、校核、单机试验、整机试验及排故试验;揭示了在环形通道内旋流火焰偏斜的机理、决定NOx排放的若干设计因素;发现了出口温度场畸变的根本原因,并提出调试准则;提出了燃料/空气撞击预混技术;揭示了低热值燃料燃烧室双旋流稳定火焰的机理;获得了一系列单火炬燃烧特性与碳氢比、热值、华白指数等参数的线性关系,以及圆湍射流扩散火焰场的无量纲速度分布规律;发展了燃烧室设计体系和设计软件。

谢刚博士、博士生冯冲、祝俊宗,以及赵光军、陈晓丽、樊凡硕士、王正阳等人做出了重要贡献,论文在ASME Power Conference、Asian Congress on Gas Turbine、Institute of Combustion等重要国际会议上发表。

火灾的传热阻碍效应:完整地揭示了火焰传热阻碍的机理;提出了综合反映燃烧过程中质量损失、外加辐射热量及环境氧浓度相互影响关系的线性关系,即“燃烧质量损失速率基线”,为定量测量和工程估算火焰传热阻碍效应奠定了理论基础;提出了气体吸收与辐射光谱的单宽带模型、普适的燃烧传质数BR Number,可适用于有外加辐射、非透明火焰等更复杂的情形。由此通过提出质量输运等效吸收系数、传热等效质量输运等一系列新概念,阐明了传热、传质与火焰介质吸收之间的相互作用。

姜冯辉博士对此做出了重要贡献,论文在Combustion and Flame、Institute of Combustion等重要期刊和会议上发表。

烟气脱硫:在揭示蒸汽活化致氧化钙迁移机理、铁系氧化物吸收剂活化机理、钙基吸收剂高效微粒化表面反应机理、氮氧化物促进脱硫的链式反应原理和作用条件的基础上,发展了中温干法烟气脱硫技术及高效吸收剂制备技术,脱硫效率达95%以上。

王爱军、樊保国、侯波、李飞、李玉然等博士做出了重要贡献,相关论文在Fuel、Chemical Science & Engineering等期刊和Int. Symposium on Coal Combustion等国际会议上发表。

流态化稠密气固两相流动:通过以颗粒团聚特性为核心的流动非均匀性分析,以及在介尺度、计算网格和反应器多重尺度上的实验验证,发展出基于最小能量理论(EMMS)的多尺度流态化非均匀气固曳力模型(QL-EMMS,QC-EMMS模型)。它包含若干创新:指出颗粒团聚、气固滑移速度、流动非均匀性的物理统一性;发现颗粒团尺寸、固含率及整体流态化流动的非均匀性均呈“单峰”分布特征,进而构建了相应的数学模型;建立了局部非均匀性和整体非均匀性的相互关系,使曳力模型普适化,可适应不同操作条件。以上模型深化了对流态化稠密气固两相流动的物理认识,完善了EMMS理论,解决了国际上长期困扰欧拉数值模拟准确性的关键问题,为燃煤和化工循环流化床的设计、优化及大型化提供了重要方法。

气固两相湍流变动:揭示了湍流变动与当地速度梯度的线性关系及其随颗粒浓度非线性演化的规律;提出了湍流变动中拉伸效应和入口效应的修正准则。

肖海涛、包英杰硕士、李飞、陈程博士为此做出了重要贡献。陈程获2014年清华大学优秀博士学位论文和清华大学“优秀博士毕业生”称号。相关论文在J. of Fluid Mechanics, Chemical Science & Engineering、Powder Technology、Particuology 等期刊和Int. Conference on Multiphase Flow等国际会议上发表。

超常气固两相流体动力学:发现复杂颗粒形状之间可相互演化的拓扑关系,提出了一维到三维的形状阵列,实现了用傅里叶描述子对典型形状及其演化规律的定量描述,由此获得非球形颗粒的曳力系数普适性表达;发现了稀疏气固两相圆湍射流中,纳米颗粒在湍流作用下的团聚行为与微米级颗粒相反。

王锦生博士、博士生祝俊宗做出了重要贡献,论文在Particuology 等期刊和Int. Conference on Multiphase Flow等国际会议上发表。

奖励与荣誉

北京市“高等教育教学成果奖”一等奖

清华大学“教学成果奖”一等奖

中国工程热物理学会燃烧学分会“2003年度最佳论文奖”

国家科技部“国家重点基础研究发展计划(973计划)先进个人”

教育部“科技进步奖”三等奖

学术成果

发表论文190余,发明专利6项

Haiying Qi: Euler/Euler-Simulation der FluiddynamikzirkulierenderWirbelschichten, 1997, Verlag Mainz in Aachen, Germany, ISBN 3-89653-224-3(德语专著:循环流化床流体力学欧拉/欧拉模拟)

《锅炉原理及计算》第三版(专业核心教材),科学出版社,2003.7

《中国电气工程大典》:《火力发电工程》卷《燃气轮机》篇燃烧室章,中国电力出版社,2010

对科学研究的思考:

理念:铁肩担道义,妙手著文章(李大钊)

境界:独上高楼,望尽天涯路

           衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴

           众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处(王国维)

心态:宁静以致远——静心可鱼翔浅底,浮躁如舟行水面

写作:大略如行云流水。行于所当行,止于所不可不止,文理自然,姿态横生(苏东坡)

科学与技术:前者可谓从“有”到“无”,后者则从“无”到“有”。犹如树干与树叶之区别。叶如万物,其不断生发如新技术新产品涌现;枝干如机理规律。由此可知科学研究的真谛。