高速流体是指在流动过程中具有较高速度的流体，包括气体和液体。其具有高速度、大流量、流动过程能量高等特性。高速流体技术在工业生产和科学研究中应用广泛，常见的应用有泵、 压缩机、涡轮机、风机、喷气发动机、水力发电机组等。高速流体技术具有广阔的应用场景，为此氢能源与氨应用中心也对其进行了相关研究，具体研究方向如下：

1.逆布雷顿高效制冷技术研究

 逆布雷顿制冷循环（Reverse Brayton Cycle）也称为气体制冷循环或贝尔科尔曼（Bell Coleman）循环，一般由室温压缩机、逆流热交换器、膨胀机和负载热交换器组成，目的是将热量从较冷的物体转移到较热的物体。如下图所示，该循环由两个等熵过程组成，制冷工质经压缩机绝热压缩（1-2），压力和温度升高，然后等压散热（2-3），将热量传递到周围环境中，再经绝热膨胀（3-4），压力和温度均降低，最后经等压散热（4–1），将冷却对象的热量带走。这种类型的循环广泛用于深低温获取、空间技术、超导、喷气式飞机、天然气液化等行业。

逆布雷顿制冷循环和温熵图

2. 氢燃料电池用高速离心式压缩技术研究

 高速离心式空气压缩机又称透平式压缩机，在氢燃料电池系统中负责为电堆输送特定压力及流量的洁净空气，为电堆反应提供必需的氧气，是燃料电池系统除电堆外最核心的零部件。当叶轮高速旋转时，在离心力作用下，气体被甩到后面的扩压器中去，从而在叶轮处形成真空地带，吸入外界的新鲜气体。叶轮不断旋转，气体不断地吸入并甩出，从而保持了气体的连续流动。高速离心式空气压缩机在效率、噪音、体积、无油、功率密度等方面具有良好的综合效果，是最有前途的空气机类型之一。课题组开展高效离心式叶轮及流体机械的设计与仿真技术、高速动压气体箔片轴承的成型与特殊处理工艺、高速电机与车载控制器的设计与制造核心技术等方面研究工作，已形成20kW、30kW系列双级高速离心式空气压缩机产品。

高效离心式叶轮设计与流体仿真

3. 透平膨胀制冷技术研究

 透平膨胀机是低温系统的核心部件，主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈冷却达到制冷的目的。透平膨胀机技术在大科学工程，超导应用、空间技术、航空航天等诸多核心高技术领域具有不可替代的作用。透平膨胀机如下图所示，具有以下特点：

（1）转速高。透平膨胀机是一个高速旋转的透平叶轮机械，根据制冷量大小，叶轮直径最小只有几毫米，叶轮每分钟转速从几万转至几十万转不等，难度高，存在失稳风险。

       （2）气体轴承。针对高转速、深低温等要求，一般采用气体轴承支撑转子，即由一层几微米至几十微米厚的气膜来提供转子的润滑和支撑。气膜的刚度、阻尼系数小，其承载能力和运转稳定性一直是低温领域的研究重点。

       （3）深冷低温。膨胀机转子两端分别工作在低温和常温环境，温差可达300K以上，沿转子轴向的温度梯度较高，减少轴向传热，保证轴系密封等是提高透平膨胀机绝热效率的关键因素。

膨胀机叶轮设计与流体仿真

4.液化空气储能技术研究

 液化空气储能是利用空气作为储能介质，通过电能与高压低温空气内能的相互转化，实现电能的储存和管理。在电网负荷低谷期，利用电能不断地从空气中取走热量而使其降温，当降到冷凝温度以下时，开始出现液态空气；再继续取走热量，使体系的温度进一步降低，直到空气全部液化后储存在低温容器中。在电网负荷高峰期，释放低温的液化空气，推动汽轮机发电。

液态压缩空气储能具备长时、大容量的特质，综合性能全面、选址灵活、安全可靠、可提供转动惯量等特征，同时还可以兼顾冷能和热能的利用，使得液化空气储能具有丰富的应用场景，易于在发电侧、电网侧、用户端各种场景配置。