单螺杆膨胀机是一种新型膨胀动力设备，兼具速度型和容积型膨胀机的特点，具有非常好的发展潜力。然而目前缺乏相关基础研究工作。单螺杆膨胀机的工作过程十分复杂，由工质/润滑油组成的多相多组分流体在复杂的三维流道内相互作用、相互影响，通过全流膨胀过程实现热功转换。为提高单螺杆膨胀机热力完善度，需要开展单螺杆膨胀机全流膨胀过程的作用机理研究，展开在单螺杆膨胀机复杂流道内多元多相流体的流动、传热和能量转换机理的研究，分析影响效率的主要因素，结合有机朗肯循环全工况性能测试的实验研究，找到优化单螺杆膨胀机结构及运行方式的方法，为单螺杆膨胀机的实用化提供研发基础和技术支撑，为我国节能减排事业贡献力量。

本课题针对单螺杆膨胀机的基本原理和实际工作过程展开初步的理论分析和实验研究，获得影响单螺杆膨胀机性能的主要影响因素，主要研究工作如下：对单螺杆的几何结构进行了解析法计算分析，比较了不同公式的计算精度，并获得了容积随转角变化的规律；对单螺杆膨胀机实际工作过程进行了热力学分析。通过减小配合间隙可减小泄漏量，但会增加机械摩擦，因此二者之间存在优化关系。通过分析还发现，泄漏对于单螺杆膨胀机性能的影响非常大，但由于螺杆槽道为三维扭转空间，泄漏的工质仍有部分做功能力，只是做功形式由体积功变为流动功；对单螺杆膨胀机的一些工艺问题进行了总结和分析，提出了确保单螺杆膨胀机性能的几个关键工艺问题。提出了基于单螺杆膨胀机的气体动力制冷循环的热力学模型，并分析了各种因素对循环热力性能的影响。结果表明，增加回热器会恶化系统性能，但可以有效降低膨胀机出口温度，实际系统中，回热温度的选择需要综合考虑系统性能和其它降温方法的结合并进行优化设计；提出了基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环低温热能发电系统的热力学模型，并分析了各种因素对循环热力性能的影响。结果表明，在有机朗肯循环热源侧换热过程中，不能忽略有机工质定压比热随温度的变化情况。比较了典型的六种工质（湿工质、等熵工质和干工质各两种），在相同蒸发温度和冷凝温度条件下，R245fa具有最佳的综合性能，其次是R600和R600a，但如果在相同蒸发温度和膨胀比条件下，R600具有最佳的综合性能，其次是R600a，而R245fa的效果最差，这说明膨胀机性能对工质的选择具有决定性影响。开展了配合间隙对膨胀机性能影响的实验研究。结果表明，通过合理的间隙控制可显著提高膨胀机的性能，测试的自制膨胀机最大轴效率达到58.5%，最大容积效率达到66%，最小耗气率约为60kg/kWh。结果还表明，即使在较低的容积效率时，仍可能产生较高的功率输出和较大的温降，这与前期的理论分析一致。带湿膨胀会提高其工作性能，验证了“全流膨胀”现象，但这种提高的有效性随着膨胀机性能的提高而减弱；开展了了基于单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统的初步实验研究，膨胀机最大输出功率约为1.7kW，轴效率约为70%左右，循环最大热效率约为5.6%。本项目共发表论文8篇，其中SCI收录2篇，EI收录2篇，在国际学术会议上做分组报告1篇，全国学术会议上做分组报告2篇。 2100433B

本项目选取目前污水处理厂普遍采用的生物脱氮工艺----A/O工艺和SBR工艺进行试验研究，研究生物脱氮过程丝状菌污泥膨胀的发生条件、影响因素、作用机理和微生物特性，考察其对生物脱氮效果和有机物降解效果的影响。主要研究内容包括生物脱氮过程丝状菌污泥膨胀发生的环境因素研究、生物脱氮过程丝状菌污泥膨胀机理研究、生物脱氮过程丝状菌污泥膨胀的分子生物学研究以及生物脱氮过程丝状菌污泥膨胀的控制方法研究四个方面。研究取得的成果主要包括以下几个方面。 一是明确了低C/N比生活污水在生物脱氮过程中环境因素对丝状菌污泥膨胀的影响过程。确定了在不加外碳源的情况下A/O工艺处理实际低C/N生活污水较优运行条件，确定了以乙酸钠作为外加碳源时A/O工艺处理实际低C/N生活污水的最低碳源投加量。 二是明确了A/O工艺处理实际低C/N生活污水时低氧丝状菌污泥微膨胀的发生条件。在有机负荷(F/M)为0.28 kg/(kgMLSS•d)，溶解氧为0.5mg/L时，系统的SVI能稳定维持在250mL/g以下，系统的曝气能耗可节省约40%。明确了A/O工艺H.hydrossis丝状菌恶性膨胀的发生及膨胀机理与原因。在低氧条件运行过程中，发生由H.hydrossis型丝状菌引起的恶性污泥膨胀，分析了其快速生长的主要原因。 三是确定了针对A/O工艺H.hydrossis丝状菌污泥膨胀的有效控制方法。将A/O反应器的好氧区由三格室增加到五格室，使水流接近推流式流态；同时，逐渐提高溶解氧至2mg/L，能有效控制污泥膨胀。 四是明确了针对SBR工艺H.hydrossis丝状菌污泥膨胀的有效控制方法。维持有机负荷为0.37 kg/(kgMLSS•d)，采取完全好氧运行模式，能够较好地控制H.hydrossis丝状菌引起的污泥膨胀。 本项目共发表论文SCI 3篇，EI 7篇，申请专利4项，在国际会议做分组报告3项，培养博士研究生2名，硕士研究生7名，培养本科生3名。 2100433B

本项目立足在新型制冷和热泵循环装置中应用CO2自然制冷剂，重点解决CO2跨临界循环系统的关键问题- - 降低系统节流损失，提高运行效率。研究集中在超临界CO2流体在降压、闪蒸相变过程中流体的膨胀机理、流动特性以及能量释放规律的分析，此理论研究将对指导设计制冷系统中的能量回收装置代替传统的节流系统，减少系统不可逆损失，提高系统效率具有重大的指导意义。本课题研究的意义在于对CO2跨临界系统的实际应用起到积极的促进作用。由于CO2具有优良的物理特性和环境特性，是环害工质的永久性替代物，具有非常光明的应用前景，已有的研究表明, CO2跨临界循环有极大的开发潜力, 可从根本上解决臭氧层破坏和温室效应问题，达到可持续发展。因此本课题是节约能源和环境保护的重要课题，对制冷空调领域实现可持续性发展具有战略意义。 2100433B