左磊教授谈“能量回收:提高汽车燃油经济性和动力性能的新途径”
2017年6月29日,汽车安全与节能国家重点实验室第197期学术沙龙在清华大学汽车研究所301成功举办,此次请到的演讲嘉宾是美国弗吉尼亚理工及州立大学左磊教授,演讲题目为:“能量回收:提高汽车燃油经济和动力性能的新途径”。
左磊老师此次关于能量回收的讲座,主要从:能量回收的研究背景、能量回收领域目前的研究进展、制动能量回收、汽车尾气热电能量回收、海洋能量回收、智能车能量回收、核辐射能量回收等七个方面展开。在讲座开始时,左磊老师先介绍了一些他在美国工作和学习的经历。左磊老师在MIT求学5年零3个月,主要从事振动控制方面的研究。后来,在弗吉尼亚理工及州立大学中,他研究主要面向振动控制和能量回收,在研究过程中,左磊的目标就是要把能量回收技术的应用范围从微瓦/毫瓦级拓展到兆瓦级。在介绍能量回收的研究背景时,左老师指出,目前能量回收的两大途径是热能回收和动能回收,大部分的能量回收过程都可以归结于这两大类技术范畴。在现有的产品中,手表、鞋子、汽车缓速器和制动器、飞机叶片、心脏起搏器等都是能量回收的应用范围,并且还有更多丰富多彩的应用。在汽车方面,左老师指出,主要的能量回收对象是悬架(10%)、废热(10-30%)和制动(30%)。为了开展能量回收的相关研究,首先需要明确到底有多少能量可以回收。就汽车而言,回收能量功率的大小主要取决于:车速、路况、轮胎刚度三大因素。其次,也需要明确是否有必要回收。研究表明,汽车能量回收潜力巨大,从汽车的电能需求入手,就可以看到能量回收技术对于提高燃油经济性的巨大意义。第三,还需要明确回收的对象。目前,汽车能量回收主要的应用对象是卡车、出租车和越野车。在第二部分,左磊老师主要介绍了该领域的研究进展和概况。从1996年开始,就有学者开始研究能量回收技术,而目前该领域主要的挑战来源于回收对象伴随着的高频振动及其不规则性。为了解决这一问题,左磊老师及其团队开发了一种能将原本双向不规则振动转化为单向规则运动的装置,此装置具有高效、高可靠性、控制方便、燃油经济性高等优势。但同时,这一装置也面临着棘轮耦合时的响应迟滞、速度-位移曲线的偏离等挑战。在谈到制动能量回收时,左老师以卡车缓速器为例向大家介绍了这一技术在汽车上的运用。在第四部分:汽车尾气热能回收的介绍中,左老师为大家展现了一种使用增材加工中的Melt Spinning方法制作的热电材料,并指出目前热电材料的发展趋势是集成化制作、将功能部件集成在排气管表面,以提高能量回收效率。第五部分讲的是海洋能的回收和利用。在这一领域,左磊老师借用了汽车振动能量回收中的一种设计,将海洋表面波的无规则机械能转化为规则的旋转机械能,很好地加以回收和利用。接下来的版块中,左老师用智能车中传感器供电及道路减速带能量回收两个例子,为大家形象地说明了新型能量回收技术在汽车及交通领域内的运用。最后,左老师结合核反应堆的管道热事故及其监测,独辟蹊径,为大家介绍了“热管”能量回收技术及其在核反应堆中运用的优势。
左磊老师本科毕业于清华大学汽车工程系(97级),获校级优秀毕业生。2002获美国麻省理工学院(MIT)机械工程和电子工程双硕士学位,2005年二月获美国麻省理工学院(MIT)机械工程博士学位。在工业界工作四年后,2008年进入美国纽约周立石溪大学做助理教授,创建能量回收和机电一体化实验室,于2013年破格晋升为终身(tenure)副教授,2014年为转入弗吉尼亚理及州立工大学机械工程系副教授,任美国国家科学基金(NSF)大学工业联合研究中心能量回收中心副主任,2016年被特聘为冠名副教授,2016年评选为ASME会士(Fellow),2017年破格晋升为终身正教授。
本次学术沙龙活动由汽车系杨福源老师主持,吸引了近110名左右的师生前来参加。在座的老师及同学们对左磊老师的报告非常感兴趣,在互动环节提出了若干问题与左老师交流,包括振动能量回收装置在汽车领域如何产业化、海浪能回收装置中传动系统的可靠性问题如何解决、如何处理回收能量的不确定性等。左老师对这些问题做了详细而生
动的解答。