全国第一！西安交大实力超群！
近日， 首钢京唐杯第十二届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛举行，西安交通大学成绩喜人，获奖再居全国高校第一！
15项作品入围决赛，全国特等奖1项，成果转化金奖1项（全国第一名），一等奖5项，二等奖2项，三等奖4项
总获奖数量居全国之首
优秀高校组织奖：西安交通大学
赛场资讯
大赛时间
2019年8月7日——10日
大赛主题
“节能减排 绿色能源”
参赛队伍
吸引力来自清华大学、西安交通大学、上海交通大学等393个高校的4102件作品参赛，参赛高校数量历史之最。经过专家组的网评和汇评，最终经过初赛共选出1144件作品进入会评，最终决赛共评出特等奖10项（获奖率约0.24%），一等奖72项（获奖率约1.76%），二等奖117项（获奖率约2.85%），三等奖599项。
本届大赛受到了社会各界的高度关注，，以促进大赛获奖作品向创新设计应用产品的转化。
获奖名单
西安交大从今年3月份准备本届竞赛，通过校内赛选拔，共推荐15件作品入围最后的全国决赛。西安交通大学作为教育部高等学校能源动力类专业教学指导委员会主任委员单位，陶文铨院士、何雅玲院士、丰镇平教授、王秋旺教授、杨卫卫教授多次担任全国竞赛专家评委并对全校参赛项目进行了统一的指导和评审。
（点击获取大图）
比赛简介
全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛是由教育部高等教育司、教育部高等学校能源动力类专业教学指导委员会主办的全国大学生学科竞赛。该项赛事紧密围绕国家重大需求、着重培养大学生的创新能力与协作精神，为能源与环境领域培养优秀接班人。
获奖作品简介
特 等 奖
基于环境温度波动的全天候无线传感器自供电系统
本作品设计了一种基于环境温度波动的无线传感器自供电系统。该系统由发电模块和电源管理两大部分组成，其中，发电模块利用相变蓄热和热电器件实现环境温差的“时空”转换，多种相变材料联合储能增强对气候变化的适应性；电源管理系统收集与管控波动式电能，利用温度控制电能存储与释放，从而实现电能高效利用。该系统利用环境温度波动实现电能采集，与现有MIT作品相比，平均功率密度提高36.4%，而成本仅为30.1%。该系统基于环境温度波动下的微弱能量采集，并能够根据无线传感器的间歇性工作的特点，快速做好供电准备，实现了全天候供电，着力解决当下低功率无线传感器的供电难题。此外，本作品具有节约人力、不受地域限制、清洁环保、轻巧便携等优点，具备较高的实用价值。
成果转化金奖
一种用于超、特高压 GIL 的哑铃型三支柱绝缘子
本团队研发了一款可用于超、特高压GIL绝缘系统中的哑铃型三支柱绝缘子。首先，我团队根据GIL三支柱绝缘子的初步设计方案，结合关键结构参数对电场分布的影响规律，提出哑铃型三支柱绝缘子的设计方案；为对绝缘子进行优化，采用样条曲线对多段圆弧连接的绝缘子复杂轮廓进行模型重构，联合调用有限元仿真软件和CAD软件进行多目标优化，进一步均匀三支柱绝缘子的电场分布。该设计方案能够有效均匀GIL内部的电场分布，显著提高了三支柱绝缘子的可靠性。同时，哑铃型结构设计减少了单个三支柱材料用量，显著提高了三支柱绝缘子的经济性。
该结构对打破国外垄断，实现超、特高压GIL支柱绝缘子的国产化具有重要意义。同时，关键技术实用性强，应用和推广前景良好，不仅有助于我国输电技术的发展和进步，也可以带来良好的节能减排效益。项目团队共发表论文5篇，申请专利2项。
全国一等奖
相变耦合仿生翅片型汽车尾气余热梯级发电系统
汽车是一种使用广泛的交通工具，其工作中约40%的燃油产能由尾气散失至环境，造成了大量的热能损失。本项目有效利用了这部分热量进行发电，供汽车车载空调、照明系统等设备使用，具有极大的经济效益和环保效果。本装置具有功率高、装置简易、成本低等优势，可实现500W以上的发电功率，满足车辆用电需求；降低汽车油耗10%以上，为一辆轿车节省约1600元油费/年，为全国3亿辆机动车节油2000余万吨/年，减少逾亿吨污染气体排放，节能减排效果显著。作品在申国家发明专利1项（申请号：201910440941.X），签约企业合作协议1项。
基于热开关的热管-PCM耦合电池热管理系统
由于能源与环境问题的日渐突出，纯电动汽车因其节能环保的特点，市场发展迅速。目前国内电动汽车产销量同比增长率达50%，中国已成为全球最大新能源汽车市场，但车用动力电池性能正制约着电动汽车产业的发展，电池温控效果直接影响整车续航里程和安全性能,目前主流的风冷和液冷热管理系统存在冷却能力有限和高系统复杂度等问题。在此背景下，本作品设计了一套带有热开关的热管-PCM耦合电池热管理系统。本系统利用汽车行驶时的空气对流散热，实现零功耗热管理，底部风道处设计的“热开关”完成散热与保温工况的转换，满足夏季高温和冬季低温工况的热管理需求。通过数值模拟和实验测试，本系统在30℃，60km/h速度下，较好地保持了系统的温度均匀性最大温差降低了5℃，与风冷对比最高温度降低了10℃且冷却过程无耗能；在45℃停车工况下，本方案能维持最高温度<45℃，且能保持约6小时；在-10℃停车工况下，电池组由工作温度（40℃）降至-10℃，保温时间较风冷提高了169%，比液冷系统提高了195%，较风冷可节约33%的电池预热能耗。实测工况下，20℃工况下本系统稳定温度较风冷低10℃；-10℃降温工况下，本系统降温速度明显减缓。经有限元软件进行强度校核，本系统传动部件符合许用标准，可靠性高；此外本系统有较低的成本，成本是风冷系统的70%，液冷系统的40%。目前本项已申国家发明专利一项。
“喷云吐雾”
基于气-磁辅助雾化喷嘴的高效降温增湿系统
燃气轮机发电技术具有高效、环保、灵活等优点，但进气温度过高会引发机组出力大幅降低等实际问题。本项目设计了以气-磁辅助雾化喷嘴为核心的高效降温增湿系统，通过喷雾冷却燃机进气，大幅提高燃气轮机发电机组出力、降低氮氧化物排放水平。该喷嘴集成气动雾化和气泡雾化技术，利用磁化技术降低液膜破碎难度、提高蒸发速率，使气泡雾化气流量小、气动雾化气压小的特性高效结合，实现了在较低气相表压80kPa、较高液相流量40kg/h条件下平均粒径13.63μm的高效雾化。经测算，本系统可使燃气轮机组进气温度降低20℃、相对湿度达到90％RH，燃机出力提高22％、热耗率降低5个百分点，降低NOx排放量12%，节能减排效果显著。本项目以本科生为第一作者已申请国家发明专利3项。
一种可用于能量收集与信息传感的新型电子皮肤
本团队基于一种新型柔性摩擦纳米发电机，设计出了一种可实现能量收集与信息传感功能的电子皮肤。本作品通过收集人体运动中产生的微小机械能并转化为电能，为可穿戴电子设备供能。经实验证实，本作品具有稳定的电压和电流输出，能很好地适应各种恶劣环境。本作品可替代传统锂离子电池供电，为可穿戴软电子设备的发展及人体信息传感网络的搭建提供新的方向，节能减排效益显著。
基于环境温度波动的全天候无线传感器自供电系统
本作品基于流动-雾化-相变传热耦合的复杂传热机理和参数控制最优准则而设计。冷却系统采用闪蒸喷雾与制冷循环技术，建立闪蒸雾化与相变传热可视化腔体，配以压缩机、回热器、气液分离器等多个部件构建整个循环冷却系统；强化换热表面包括不同粗糙度的金字塔型、方柱型结构，并设计了一种新的表面镀有多孔金属层的四面体阵列复合表面（现已申请国家专利并被受理）。经实验测得，四面体阵列复合表面的闪蒸喷雾散热能力在表面温度低于20℃时热流密度高达337W/cm²，为相控阵雷达、半导体激光器等领域的大功率芯片散热提供解决方案。本低温高效散热技术可极大提高芯片使用寿命，有效地减少了用电量和芯片制造成本及其带来的环境污染，具有较好的经济性和节能环保性。
全国二等奖
一种新的CPC膜蒸馏海水淡化装置
清洁饮用水缺乏会造成国际卫生难题，淡水资源短缺将阻碍国家发展，发展海水淡化等淡水资源开源增量技术已成当务之急。针对现有基于传统能源或新能源驱动的中低温海水淡化技术缺点，本作品选用在能源和效益上均有优势的太阳能膜法海水淡化技术作为技术关键，在此基础上研究了复合抛物面聚光器集热原理、高温直接接触式膜蒸馏海水淡化过程中的传质传热过程和相变储热材料的热物性质，并采用多系统耦合思路设计了一种新的 CPC膜蒸馏海水淡化装置，在膜蒸馏海水淡化技术的基础上耦合了CPC太阳能集热系统、管束式高温膜蒸馏组件和储热系统。并对以上系统进行了优化，优化得到的CPC太阳能集热器的设计聚光比为2.42，截断后聚光比为2.05。在热海水入口温度为353.15K条件下膜组件的单位膜面积产水率可达到21.4kg/(m2·h)。储热材料的保温效果可在无光条件下延长系统工作时间约1.2 h。相比于传统的海水淡化装置，其采用的管束式排布方式可以减少系统的占地面积，同时将太阳能集热器与膜蒸馏组件耦合，实现了加热与流动过程的同步。本装置具有产水率高、能源利用率高、无污染等优势。
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「出品 / 党委宣传部」
内容来源 / 西安交大团委 能动学院
图 / 西安交大团委 能动学院
华北理工大学
版尾设计 / X工作室 刘逸伦
责任编辑 / 谭金巍
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