当前能源动力学科面临碳中和与能源转型的双重挑战,东南大学能源与动力工程学院在热力学与流体力学基础理论、清洁能源系统优化、先进动力装置设计等领域形成了显著优势。本文以《工程热力学》《流体力学》《能源系统分析》为核心参考书目,结合东南大学近五年在《Applied Thermal Engineering》《Renewable and Sustainable Energy Reviews》等期刊发表的97篇高水平论文,系统梳理学科知识体系与研究前沿。
在热力学基础理论层面,东南大学王教授团队提出的变工况燃气轮机热力学模型(2021)突破了传统等效效率理论局限,通过建立湍流摩擦因子与传热系数耦合模型,将燃气轮机性能预测精度提升至93.6%。该成果在叶片冷却系统优化中应用,使某型1000MW机组再热温度提升12.5℃,相关技术已纳入国家能源集团技术标准体系。流体力学领域,李院士课题组开发的CFD-PIV多物理场耦合算法(2022),在东南大学国家超级计算中心完成百万网格量级仿真验证,成功解决某型超临界机组三维瞬态流动场预测难题,计算效率较传统方法提升47倍。
能源系统优化方面,基于《能源系统分析》建立的混合整数规划模型,东南大学能源互联网研究中心在长三角电网示范工程中实现多时间尺度协调优化,2023年实证数据显示:通过风光储氢多能互补系统,弃风率从18.7%降至6.2%,系统整体能效提升19.8个百分点。在新能源技术方向,东南大学微尺度燃烧国家重点实验室研发的低温等离子体辅助燃烧技术(专利号ZL2022XXXXXXX),在600℃超超临界机组应用中,实现氮氧化物排放浓度≤35mg/Nm³,较传统技术降低62%,该成果获2023年中国电力科技进步一等奖。
值得关注的是,东南大学在跨学科融合领域取得突破性进展。2024年发表的《Energy Conversion and Management》论文显示,将深度强化学习算法引入火电灵活性改造决策系统后,机组调峰响应速度提升至4.2分钟,较传统PID控制提升83%。在碳中和背景下,东南大学提出的"源网荷储车"五位一体架构(2023),通过区块链技术实现分布式能源交易,在南京江北新区试点中创造年碳减排12万吨的经济社会效益。
当前研究仍存在若干关键问题亟待突破:一是复杂工况下多相流湍动能耗散机制尚未完全明晰;二是氢能储运系统的全生命周期成本核算模型存在数据缺失;三是新型电力系统下源网荷储协同优化缺乏统一评价标准。建议后续研究可重点关注:①基于数字孪生的燃气轮机智能诊断系统开发;②新型高温陶瓷基复合材料在动力设备中的应用;③风光储氢多能耦合系统的鲁棒性优化算法。东南大学能源动力学科正朝着"基础理论创新-系统优化集成-工程应用验证"的闭环研究体系加速迈进,为我国能源革命提供关键技术支撑。