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1. 痛點問題 城軌交通是城市最大耗電行業之一，截止2020年底全國有45個城市開通了城軌交通線路244條，線路總長度7969.7公里,年耗電量172.4億千瓦時，其中牽引能耗占比高，達到84億千瓦時。為了實現城軌交通行業碳達峰、碳中和的目標，必須從現有的城軌牽引供電系統給出解決方案，以應對城軌交通面臨的行車密度大、節能減碳任務重、供電可靠性要求高等諸多挑戰。 城軌牽引供電系統的核心裝備是連接城市交流配電網與城軌直流牽引網的“交流-直流”電力電子變流器及其運行控制系統。目前國內外仍主要采用基于二極管整流機組變流器和以運行狀態靜態監視為主的電力監控。這種傳統技術方案因缺乏管控能力對城市配電網依賴性強，存在外電源布點密集和選址困難問題，而外電源建設導致一次性投資劇增（7000~10000萬元/個），并且會占用大量城市用地和空間；因為列車頻繁啟停沖擊導致配電網和牽引系統設備利用率低，存在依靠高成本的過度裕量來換取系統安全可靠運行問題；因為缺少對系統能效的主動調度控制、牽引供電電壓波動劇烈、牽引網能量粗放式分布，導致列車再生制動能量無法在牽引系統內部高比例利用、大規模光伏接入和消納困難，存在牽引供電系統內部降耗減碳困難問題。 2. 解決方案 基于全控型雙向變流器和智能協同控制的柔性直流新一代牽引供電技術，具有靈活調控牽引供電系統能量、主動響應城市配電網需求的能力，從根本上改變牽引供電系統運行機制，為系統性解決牽引供電系統痼疾、牽引供電系統和城市配電網互聯互動提供了基礎和平臺。

本發明公開了一種高速公路網交通流量分布的預測方法，假設已經預測了高速公路網在某一時間標度下各入口站的未來產生量和各出口站的未來吸引量，通過站點的歷史流量分布來計算現狀流量分布和現狀效用系數，之后計算預測流量分布，得到預測結果。本發明的有益效果在于：（1）對高速公路流量分布預測具有較高的預測準確率；（2）算法收斂速度快；（3）采用滑動窗口技術，能夠充分利用歷史流量數據，從而準確、有效的修正分布預測模型中的參數，提高預測的準確度；（4）具有較好的普遍適用性，不局限于某一特定高速路段。

本成果來自有重大應用前景的橫向項目。城市軌道交通列車運行圖編制系統已應用于中鐵二院工程集團有限責任公司交通規劃研究院，且作為生產系統在蘇州、哈爾濱地鐵運營中采用。該系統主要由列車運行圖數據庫管理子系統、列車運行圖及車底交路圖編制調整子系統、列車運行圖及車底交路圖繪制子系統組成，實現鋪畫城市軌道交通列車運行圖和城市軌道交通列車運行組織方案設計，能有效提高編圖的質量和效率。

學校堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，落實立德樹人根本任務，全面推動創新創業教育改革，秉承“教育啟發思維、實踐強化能力、大創訓練素質、競賽激發熱情、創業成就夢想”的育人理念，致力于培養具備健全人格和社會責任感，基礎扎實，實踐能力強，具有創新創業意識和國際視野的高素質創新創業人才。

成果描述：我們研發的低介低損耗LTCC微波介質材料主要參數滿足： 燒結溫度：900度 介電常數：5.8~6.5可調 Qf：≥50000市場前景分析：該材料可廣泛應用于各種LTCC天線、濾波器等微波集成器件領域和LTCC集成模塊的封裝領域，市場前景非常好。與同類成果相比的優勢分析：目前國內還沒有該類型的產品問世，相應研究所和企業主要是購買國外的Ferro公司的A6材料。由于A6材料價格昂貴，且主成分為玻璃體系，限制了其推廣和應用。本成果材料主要為陶瓷體系，與LTCC工藝的兼容性很好，且成本低廉，優勢明顯。

項目成果/簡介:摘要超音速旋流凈化技術是濕煙氣經超音速分離器絕熱膨脹至超音速，降溫50-100℃后，其中夾帶的水蒸汽、SOx與溶解性鹽、凝膠粉塵、微塵等成分發生非均質凝結后予以分離的一種新型氣體凈化技術，脫除效率最高可達90%，能夠高效地實現煙氣脫白。該技術同時借助多傳感器融合方法智能診斷和動態測量流場數據，優化煙氣“脫白”過程，必要時輔以高壓微霧增強技術，強化分離凈化效果。相較于傳統的電磁法、煙氣加熱法、煙氣噴淋法等脫白工藝，獨創的基于智能狀態檢測與診斷控制的分離效率增強技術能實現煙氣的高效率穩定脫白。團隊創新成果與技術應用展示本項目團隊，近十幾年一直從事超音速旋流分離技術和多相流流場參數檢測與電學成像技術的研究，已分別構建了超音速分離裝置和電阻成像（ERT）、電容成像（ECT）及電磁（EMT）等多套系統。現有成熟技術已為國內多家單位，如上海交通大學、北京石油化工學院、北方工業大學、太原理工大學、西門子（北京）研究院等，提供了相應的電學成像系統。本項目中所采用的技術和提出的方法均為自主設計和開發，對于已研制超音速旋流分離技術和流場參數檢測系統中的一些關鍵技術已申請了專利，具有完全的知識產權。同時開發過程中使用的所有部件和器件沒有限制級產品，可避免不必要的知識產權爭端，以及國外技術壁壘的限制。獨創的基于智能狀態檢測的超音速旋流凈化系統利用靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器和電學層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器，結合多源信息融合算法，實現管道內氣體的非侵入式流場參數測量和狀態診斷。系統將檢測到的信息進行處理和融合，分析超音速分離器內的流場情況和濕氣出口的成分變化，并建立異常狀態檢測與診斷方法，診斷系統狀態。可被廣泛應用于石油、化工、電力、冶金、建材、食品等工業，如煙氣脫白；石油工業中油／氣／水混輸過程；冶金、電力工業中各種氣力物料輸送過程；以及化工、醫藥、能源等領域中的干燥過程、混合過程、流態化過程、擴散過程、反應過程等普遍涉及多相流測量問題。相較于傳統的處理工藝，超音速旋流凈化技術中的設備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護成本很低。核心傳感器和技術包括靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器、電學層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器和超音速旋流分離技術。靜電傳感器靜電傳感器具有結構簡單、靈敏度高，可以非侵入測量等特點，近幾十年來發展迅速，英國貿工部認為在煤粉的流速、濃度或質量流量測量手段中，靜電法是最有前途的方法之一。在檢測機理方面，目前靜電法氣固兩相流檢測可分為接觸電荷轉移法與靜電感應法兩條路線，對于應用最廣泛的內壁嵌裝電極式傳感器結構，本團隊發現轉移電荷和感應電荷經電荷放大電路后，不僅體現出不同的信號波形特征，而且從頻域來看，轉移電荷形成的信號在整體信號中也占有重要比重。以此為基礎，提出了一系列的感應電荷信息和轉移電荷信息的解耦方法，提高了顆粒流動參數測量精度。本團隊建立了帶式靜電感應實驗裝置與氣固兩相流計量實驗裝置。帶式靜電感應實驗裝置用來模擬帶靜電顆粒流動情況以及相關測速方法標定。氣固兩相流計量裝置為參數可調的氣力輸送系統，用于氣固兩相流研究以及顆粒質量流量計量標定。兩套裝置計量精度均經過了天津市計量監督檢測科學研究院的測試。圖1 靜電法技術成果展示電學層析成像傳感器電學層析成像技術類似醫學的CT技術，通過外圍測量，重構截面電學參數（電導率/磁導率/介電常數）分布信息。電學層析成像技術根據測量模態的不同，主要分為電容層析成像技術（Electrical Capacitance Tomography，簡稱ECT）、電阻層析成像技術（Electrical Resistance Tomography，簡稱ERT）和電磁層析成像技術（Electromagnetic Tomography，簡稱EMT）。系統具備高速測量、多電極組合、多測量模態切換、可視化、高信噪比和可定制化等特點。本團隊針對重質劣質油的加工轉化的核心設備——三相流化床，轉化效率和產量還存在難以突破設計瓶頸的問題，在首次提出基于TMR的磁導率EMT方法的基礎上，結合ECT 和ERT 等多種模態的電學層析成像系統，設計了基于電/磁雙模層析成像的高固含率氣液固三相流態化實驗裝置，可實現高固含率條件下，氣液固三相的識別和分相分布參數的實時測量。圖2 電學層析成像技術成果展示圖3 ERT/ECT/EMT系統展示圖4 ECT對油氣潤滑系統中油膜厚度檢測 超音速旋流分離技術超音速旋流分離技術是結合旋流分離技術和冷凝分離技術的多組分氣體冷凝分離法，具有工藝流程簡單、穩定性好、效率高、能耗低等特點，成為近二十年來非常有應用價值和商業前景的新分離技術。該技術集膨脹機、氣液分離器和壓縮機于一體，主要由旋流發生器、超音速噴嘴、分離段和擴壓管組成。其工作原理如下：經過前級處理后的含濕氣體導入到超音速分離器內，經過旋流發生器，產生加速度為106m/s2的旋轉流場；旋轉的氣體通過拉伐爾噴管時，會絕熱膨脹至超音速，同時降溫降壓，溫度最大可降低50-100℃，低溫的流場環境能夠使氣體中的水蒸氣開始凝結產生相變，出現小液滴；在旋轉流場中，凝結產生的小液滴不斷碰撞、聚并，在強離心力的作用下，被甩至壁面，并在氣體的帶動下，從濕氣出口排出；經過處理的干氣在管道中心流動，經過擴壓器內降速升壓，進行排放。本團隊首次采用Young經典成核理論和C-C相平衡方程推導獲得了水蒸汽自發凝結Wilson位置解析式，在此基礎上，提出了基于液滴成核和生長模型的非均質凝結模型和跨聲速濕空氣凝結SST湍流模型，揭示了跨音速兩相凝結現象“非穩態”不同振蕩模式的流動特性，獲得了使分離效率最大化的最優外界核心半徑，深入研究了超音速分離器的流場特性、處理效率和分離特性。圖5 超音速旋流分離器流場測量系統圖6 凝結液滴參數測量圖7 中國計量測試學會科學技術進步獎圖8 超音速分離器液相分布仿真預測 針對煙氣的智能狀態檢測與診斷控制的超音速旋流凈化工藝濕法脫硫后的濕煙氣直接排放會產生“白色煙羽”，由于在脫硫過程中，脫硫漿液與高溫煙氣直接接觸，發生傳熱傳質；一方面水分蒸發，增加煙氣的含濕量；另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達到飽和狀態后，會攜帶部分小液滴，這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經除霧器除去絕大部分液滴后，直接經煙囪排入大氣，由于環境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會凝結成小液滴形成“白色煙羽”。白煙中含有較多的溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵和微塵等成分，會造成環境污染。針對上述問題，本團隊首創的基于智能檢測與診斷的超音速旋流凈化工藝解決了傳統煙氣脫白技術（如煙氣加熱方法、煙氣冷凝再加熱技術和電磁脫白技術等）成本高，工藝流程復雜，維護費勁的問題，具有設備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護成本很低的特點。該技術主要是利用超音速旋流分離器的增速降溫原理，將煙氣中的水蒸氣進行凝結并旋轉分離，通過引射器將液滴引至超音速分離器入口，輔以高壓微霧增強技術，強化脫白效果。在超音速分離器分離段和濕氣出口處安裝本團隊自主研發的多相流可視化及參數測量系統（靜電層析成像系統和電學層析成像系統），結合智能化成像算法和多元信息融合算法，對管道內煙氣的流場參數進行非侵入式智能測量。系統可根據測量結果，分析超音速旋流分離器內的流場情況和濕氣出口的成分變化，建立異常狀態檢測與診斷方法，診斷脫白系統的運行狀態，同時，指導引射器對液滴量引入的精確控制，進而實現高效穩定的煙氣脫白。圖9 針對白煙氣的智能檢測與診斷控制超音速旋流凈化工藝流程知識產權類型:發明專利知識產權編號:2018114554307，2020102445880，ZL2016106973850技術成熟度:已有樣品技術先進程度:達到國內先進水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:國家自然科學基金獲得經費:61.00萬元

摘要 超音速旋流凈化技術是濕煙氣經超音速分離器絕熱膨脹至超音速，降溫50-100℃后，其中夾帶的水蒸汽、SOx與溶解性鹽、凝膠粉塵、微塵等成分發生非均質凝結后予以分離的一種新型氣體凈化技術，脫除效率最高可達90%，能夠高效地實現煙氣脫白。該技術同時借助多傳感器融合方法智能診斷和動態測量流場數據，優化煙氣“脫白”過程，必要時輔以高壓微霧增強技術，強化分離凈化效果。相較于傳統的電磁法、煙氣加熱法、煙氣噴淋法等脫白工藝，獨創的基于智能狀態檢測與診斷控制的分離效率增強技術能實現煙氣的高效率穩定脫白。 團隊創新成果與技術應用展示 本項目團隊，近十幾年一直從事超音速旋流分離技術和多相流流場參數檢測與電學成像技術的研究，已分別構建了超音速分離裝置和電阻成像（ERT）、電容成像（ECT）及電磁（EMT）等多套系統。現有成熟技術已為國內多家單位，如上海交通大學、北京石油化工學院、北方工業大學、太原理工大學、西門子（北京）研究院等，提供了相應的電學成像系統。本項目中所采用的技術和提出的方法均為自主設計和開發，對于已研制超音速旋流分離技術和流場參數檢測系統中的一些關鍵技術已申請了專利，具有完全的知識產權。同時開發過程中使用的所有部件和器件沒有限制級產品，可避免不必要的知識產權爭端，以及國外技術壁壘的限制。 獨創的基于智能狀態檢測的超音速旋流凈化系統利用靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器和電學層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器，結合多源信息融合算法，實現管道內氣體的非侵入式流場參數測量和狀態診斷。系統將檢測到的信息進行處理和融合，分析超音速分離器內的流場情況和濕氣出口的成分變化，并建立異常狀態檢測與診斷方法，診斷系統狀態。可被廣泛應用于石油、化工、電力、冶金、建材、食品等工業，如煙氣脫白；石油工業中油／氣／水混輸過程；冶金、電力工業中各種氣力物料輸送過程；以及化工、醫藥、能源等領域中的干燥過程、混合過程、流態化過程、擴散過程、反應過程等普遍涉及多相流測量問題。相較于傳統的處理工藝，超音速旋流凈化技術中的設備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護成本很低。核心傳感器和技術包括靜電（Electrical Tomography，ES）傳感器、電學層析成像（Electrical Tomography，ET）傳感器和超音速旋流分離技術。 靜電傳感器 靜電傳感器具有結構簡單、靈敏度高，可以非侵入測量等特點，近幾十年來發展迅速，英國貿工部認為在煤粉的流速、濃度或質量流量測量手段中，靜電法是最有前途的方法之一。 在檢測機理方面，目前靜電法氣固兩相流檢測可分為接觸電荷轉移法與靜電感應法兩條路線，對于應用最廣泛的內壁嵌裝電極式傳感器結構，本團隊發現轉移電荷和感應電荷經電荷放大電路后，不僅體現出不同的信號波形特征，而且從頻域來看，轉移電荷形成的信號在整體信號中也占有重要比重。以此為基礎，提出了一系列的感應電荷信息和轉移電荷信息的解耦方法，提高了顆粒流動參數測量精度。 本團隊建立了帶式靜電感應實驗裝置與氣固兩相流計量實驗裝置。帶式靜電感應實驗裝置用來模擬帶靜電顆粒流動情況以及相關測速方法標定。氣固兩相流計量裝置為參數可調的氣力輸送系統，用于氣固兩相流研究以及顆粒質量流量計量標定。兩套裝置計量精度均經過了天津市計量監督檢測科學研究院的測試。 圖1 靜電法技術成果展示 電學層析成像傳感器 電學層析成像技術類似醫學的CT技術，通過外圍測量，重構截面電學參數（電導率/磁導率/介電常數）分布信息。電學層析成像技術根據測量模態的不同，主要分為電容層析成像技術（Electrical Capacitance Tomography，簡稱ECT）、電阻層析成像技術（Electrical Resistance Tomography，簡稱ERT）和電磁層析成像技術（Electromagnetic Tomography，簡稱EMT）。系統具備高速測量、多電極組合、多測量模態切換、可視化、高信噪比和可定制化等特點。 本團隊針對重質劣質油的加工轉化的核心設備——三相流化床，轉化效率和產量還存在難以突破設計瓶頸的問題，在首次提出基于TMR的磁導率EMT方法的基礎上，結合ECT 和ERT 等多種模態的電學層析成像系統，設計了基于電/磁雙模層析成像的高固含率氣液固三相流態化實驗裝置，可實現高固含率條件下，氣液固三相的識別和分相分布參數的實時測量。 圖2 電學層析成像技術成果展示 圖3 ERT/ECT/EMT系統展示 圖4 ECT對油氣潤滑系統中油膜厚度檢測  超音速旋流分離技術 超音速旋流分離技術是結合旋流分離技術和冷凝分離技術的多組分氣體冷凝分離法，具有工藝流程簡單、穩定性好、效率高、能耗低等特點，成為近二十年來非常有應用價值和商業前景的新分離技術。該技術集膨脹機、氣液分離器和壓縮機于一體，主要由旋流發生器、超音速噴嘴、分離段和擴壓管組成。其工作原理如下： 經過前級處理后的含濕氣體導入到超音速分離器內，經過旋流發生器，產生加速度為106m/s2的旋轉流場； 旋轉的氣體通過拉伐爾噴管時，會絕熱膨脹至超音速，同時降溫降壓，溫度最大可降低50-100℃，低溫的流場環境能夠使氣體中的水蒸氣開始凝結產生相變，出現小液滴； 在旋轉流場中，凝結產生的小液滴不斷碰撞、聚并，在強離心力的作用下，被甩至壁面，并在氣體的帶動下，從濕氣出口排出； 經過處理的干氣在管道中心流動，經過擴壓器內降速升壓，進行排放。 本團隊首次采用Young經典成核理論和C-C相平衡方程推導獲得了水蒸汽自發凝結Wilson位置解析式，在此基礎上，提出了基于液滴成核和生長模型的非均質凝結模型和跨聲速濕空氣凝結SST湍流模型，揭示了跨音速兩相凝結現象“非穩態”不同振蕩模式的流動特性，獲得了使分離效率最大化的最優外界核心半徑，深入研究了超音速分離器的流場特性、處理效率和分離特性。 圖5 超音速旋流分離器流場測量系統 圖6 凝結液滴參數測量 圖7 中國計量測試學會科學技術進步獎 圖8 超音速分離器液相分布仿真預測  針對煙氣的智能狀態檢測與診斷控制的超音速旋流凈化工藝 濕法脫硫后的濕煙氣直接排放會產生“白色煙羽”，由于在脫硫過程中，脫硫漿液與高溫煙氣直接接觸，發生傳熱傳質；一方面水分蒸發，增加煙氣的含濕量；另一方面，煙氣溫度降低，煙氣攜帶水蒸汽的能力降低。煙氣達到飽和狀態后，會攜帶部分小液滴，這些攜帶小液滴的飽和濕煙氣經除霧器除去絕大部分液滴后，直接經煙囪排入大氣，由于環境溫度比煙氣溫度低，飽和濕煙氣中的水分就會凝結成小液滴形成“白色煙羽”。白煙中含有較多的溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵和微塵等成分，會造成環境污染。 針對上述問題，本團隊首創的基于智能檢測與診斷的超音速旋流凈化工藝解決了傳統煙氣脫白技術（如煙氣加熱方法、煙氣冷凝再加熱技術和電磁脫白技術等）成本高，工藝流程復雜，維護費勁的問題，具有設備可靠，工藝過程簡單，投資成本和維護成本很低的特點。 該技術主要是利用超音速旋流分離器的增速降溫原理，將煙氣中的水蒸氣進行凝結并旋轉分離，通過引射器將液滴引至超音速分離器入口，輔以高壓微霧增強技術，強化脫白效果。在超音速分離器分離段和濕氣出口處安裝本團隊自主研發的多相流可視化及參數測量系統（靜電層析成像系統和電學層析成像系統），結合智能化成像算法和多元信息融合算法，對管道內煙氣的流場參數進行非侵入式智能測量。系統可根據測量結果，分析超音速旋流分離器內的流場情況和濕氣出口的成分變化，建立異常狀態檢測與診斷方法，診斷脫白系統的運行狀態，同時，指導引射器對液滴量引入的精確控制，進而實現高效穩定的煙氣脫白。 圖9 針對白煙氣的智能檢測與診斷控制超音速旋流凈化工藝流程

一、 項目簡介并流濕式脫硫除塵一體化技術及設備是針對鍋爐煙氣處理、化工、制藥、食品、廢氣處理等領域的含塵、含硫氣體進行凈化處理開發的一種運行費用低、脫硫、除塵效率高的環保技術與設備。設備內安裝有自主研發的具有自主知識產權的旋風式氣液接觸元件，含塵、含硫氣體與清洗液體同時從設備頂部并流進入，在高速通過旋風式高效接觸元件時對產生強烈的破碎、攪拌、沖擊作用，增強除塵效果，氣體得到凈化。并流濕式脫硫除塵流程如下圖所示。二、 項目技術成熟程度已應用在實際工業生產中。應用實例包括：1. 在河北邢臺英都化工廠含單質硫氣體的凈化工藝中，成功地解決了原有氣體凈化系統中氣體單質硫含量不達標的問題，除塵效率達到99.8%；設備由原來的直徑3米、高32米下降為直徑1.6米，高14.64米，設備投資大大降低；運行可靠、操作簡單；經河北省產品質量監督檢驗院檢測，總濕板壓降120Pa。 2. 本技術和設備在山東得克公司脫硫工程中應用，氣量10000Nm3/h，設備直徑φ1000，高6100mm，脫硫率達99.5%。三、 技術指標采用氣液并流，空塔氣速可達到5~15m/s，液氣比達到5 L/m3；全塔總壓降＜150Pa，脫硫率≥99.5%，總除塵效率可達到99%；對0~5μm粒徑的微細粉塵分級效率達到85%；與氣液逆流相比，處理相同氣量和粉塵濃度時，能耗可降低25%，設備尺寸減小50%～60%，操作費用和設備投資可減少40%以上；操作時不會出現液泛、霧沫夾帶或帶水現象，塔板上無結垢；操作時不會產生粉塵的再飛揚問題。四、 市場前景并流濕式脫硫除塵一體化技術及設備是針對鍋爐煙氣處理、化工、制藥、食品、廢氣處理等領域的含塵、含硫氣體進行凈化處理開發的一種運行費用低、脫硫、除塵效率高的環保技術與設備。氨法、雙堿法、鎂法、石灰石—石膏法等各種方法鍋爐煙氣脫硫除塵；鋼鐵行業燒結煙氣的脫硫除塵；化工、制藥、食品、建材等行業的工業除塵；煙氣脫硫脫硝除塵一體化操作；有害氣體的凈化、冷卻和增濕；處理高溫、高濕和有爆炸危險的氣體；H2S、HCl、NH3、HF等氣體的吸收；惡臭氣體的脫臭。五、 規模與投資需求根據不同需求可對應多種解決方案。六、 合作方式技術入股，技術轉讓等形式。七、 項目具體聯系人及聯系方式項目負責人及聯系人：張少峰電話： 022-60204596 13132081566 郵箱： [email protected]八、 附件：成果圖片