2022年北京冬奧會(huì)正在如火如荼地進(jìn)行中，奧運(yùn)健兒們?cè)谫悎?chǎng)上奮力拼搏，綻放出屬于自己的精彩。在“科技冬奧”的號(hào)召下，西安交大能動(dòng)學(xué)院制冷與低溫工程系副主任晏剛教授團(tuán)隊(duì)參與了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”項(xiàng)目，與上海理工大學(xué)、中科院理化所合作負(fù)責(zé)了人工造雪機(jī)理研究以及造雪關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)。

據(jù)介紹，晏剛團(tuán)隊(duì)參與的項(xiàng)目全稱是“多地域氣候條件下高效智能造雪機(jī)研發(fā)及應(yīng)用示范”，包括人工造雪機(jī)理研究、造雪關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)等5個(gè)課題，由9家單位聯(lián)合來完成。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過一年多的造雪實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真分析，已在人工造雪機(jī)理研究上獲得了一些成果，參與研發(fā)的造雪機(jī)將在冬奧會(huì)會(huì)場(chǎng)進(jìn)行性能測(cè)試。

人工造雪技術(shù)的核心是通過節(jié)流制冷制造低溫環(huán)境，催化微小霧滴形成晶核，并以晶核為種子吸附破碎霧滴生長(zhǎng)成雪花?！叭斯ぴ煅┰砗?jiǎn)單，但工藝過程復(fù)雜，成雪效果對(duì)環(huán)境條件依賴性很高，成雪過程中涉及到‘氣、汽、水、冰多相態(tài)變化’‘氣液混合物-霧化水滴-雪晶-雪花多環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣’，密不可分，仿真和實(shí)驗(yàn)難度都很大?！辈┦可鷦鴱?qiáng)介紹說。

團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行造雪實(shí)驗(yàn)

為高度還原實(shí)際造雪環(huán)境，團(tuán)隊(duì)依托上海理工大學(xué)人工造雪實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室由于空間有限，核子器成核過程濕度飆升且難以精準(zhǔn)控制，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和執(zhí)行面臨巨大考驗(yàn)。為克服這一問題，團(tuán)隊(duì)成員精簡(jiǎn)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，每次實(shí)驗(yàn)之前做好充足準(zhǔn)備，細(xì)心監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室溫濕度范圍，不浪費(fèi)任何一次機(jī)會(huì)。測(cè)量雪晶粒徑時(shí)，低溫高濕的惡劣環(huán)境對(duì)測(cè)量?jī)x器損害大，且雪花飄散不受控制形成干擾，數(shù)據(jù)難以捕捉獲取。因此他們嚴(yán)格控制測(cè)粒徑時(shí)間，簡(jiǎn)化流程，盡量縮短儀器連續(xù)工作時(shí)間，另外多備用測(cè)量?jī)x器，防止實(shí)驗(yàn)中斷。

“人工造雪受地域氣候條件影響很大，造雪機(jī)最關(guān)鍵的部件是生產(chǎn)‘晶核’的核子器，為實(shí)現(xiàn)1℃/65%高溫高濕環(huán)境下的造雪，理論和實(shí)驗(yàn)研究都表明核子器出口液滴粒徑應(yīng)小于100μm，且核子器入口氣壓應(yīng)稍大于水壓，成雪效果最好?！辈┦可逦恼f。據(jù)了解，這些研究結(jié)論也用于指導(dǎo)核心部件的創(chuàng)制和整機(jī)最優(yōu)調(diào)控策略的開發(fā)。

核心部件數(shù)值分析

晏剛長(zhǎng)期從事制冷空調(diào)系統(tǒng)熱物理過程、混合工質(zhì)新型循環(huán)、小型制冷裝置節(jié)能與環(huán)保技術(shù)等方面的研究。在多組分工質(zhì)多相流動(dòng)過程相變機(jī)理、自然環(huán)保工質(zhì)開發(fā)利用、新型制冷循環(huán)理論、制冷節(jié)能技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。近年來主持完成多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、國家科技支撐計(jì)劃等科研項(xiàng)目和企業(yè)橫向課題。晏剛表示，雖然沒有直接相關(guān)的造雪研究經(jīng)歷，但是之前20余年積累的制冷理論基礎(chǔ)和項(xiàng)目開展經(jīng)驗(yàn)為團(tuán)隊(duì)完成這項(xiàng)有挑戰(zhàn)性的工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

說起參與此項(xiàng)目的感受，晏剛表示，與歐美國家相比，我國冰雪產(chǎn)業(yè)起步晚，雖然近幾年取得了一定進(jìn)步，但仍然存在技術(shù)裝備落后、自主品牌競(jìng)爭(zhēng)力差、產(chǎn)業(yè)普及率低等問題?！拔覀儗W(xué)校創(chuàng)建了我國第一個(gè)制冷與低溫專業(yè)。借助冬奧會(huì)的契機(jī)，我們也希望項(xiàng)目能為打造自主化國產(chǎn)造雪機(jī)品牌與產(chǎn)業(yè)奉獻(xiàn)一份力量，實(shí)現(xiàn)‘三億人上冰雪’的全民健康運(yùn)動(dòng)目標(biāo)?！?/p>

團(tuán)隊(duì)參與研發(fā)的造雪機(jī)樣機(jī)進(jìn)行造雪實(shí)驗(yàn)

據(jù)了解，受疫情影響，團(tuán)隊(duì)參與研發(fā)的造雪機(jī)目前還沒有應(yīng)用到冬奧會(huì)，但將在冬奧會(huì)會(huì)場(chǎng)進(jìn)行性能測(cè)試，并與國外主流品牌造雪機(jī)進(jìn)行造雪性能對(duì)比，正視差距，獲取先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)?！绊?xiàng)目已接近于收尾階段，但是高效造雪機(jī)開發(fā)仍將是我們持續(xù)性的研究方向，也希望未來能繼續(xù)參與其他人工造雪項(xiàng)目，為我國冰雪產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)交大智慧和力量。”