成果与项目的背景及主要用途：曝气生物滤池（biological aerated filter），简称 BAF，是近年来国际上兴起的污水处理新技术。目前在欧、美和日本等国家得到较多应用。BAF 具有去除有机物、脱氮、除去有害物质的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，并节省了后续二次沉淀池。该工艺占地面积小、基建投资少、能耗及运行成本均低于传统的生物处理工艺。曝气生物滤池在污水回用处理、小区生活污水、生活杂排水回用，中水工程以及微污染水处理和受污染的城市河道水质净化等方面具有很大的具有非常好的发展前景和具有巨大的应用市场。 技术原理与工艺流程简介：曝气生物滤池是一种高效低能耗生物反应器，滤天津大学科技成果选编池内装填高比表面积的的轻质颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体。并根据污水流向不同分为下向流或上向流，污水由上向下或由下向上流过滤料层，在填料下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，污水中的有机物与填料表面生物膜通过生化反应得到稳定，填料同时起到物理过滤作用。 该项目开发的使用轻质颗粒填料的 BAF 工艺具有主要的优点： 1、重力流反冲洗无需反冲泵，节省动力，操作简单； 2、滤头布置在滤池顶部，不与预处理水接触，不易堵塞，便于更换； 3、硝化和反硝化可在同一池内完成。 技术水平及专利与获奖情况：该技术为国内先进，正在申请专利。 应用前景分析及效益预测： 1、该技术既可制造为一体化设备，应用于分散的、小型的中水处理；也可用于大中型污水处理厂。 2、产品设备系列：50m3 /d,100 m3 /d,200 m3 /d.年产 10 台 100m3 /d 的设备，创造产值 400 万元。 应用领域：城市污水处理、小区生活污水、生活杂排水回用处理，中水工程以及微污染水处理和受污染的城市河道水质净化。 合作方式及条件：技术转让，合作生产，联合承揽工程。

关节软骨损伤及其退行性病变-骨关节炎给社会带来越来越大的劳动力损失以及患者生活质量的下降。骨软骨生物医学研究日益深入，但另一方面，减少动物的使用又是一个巨大挑战，也是人类文明进步的趋势。因应这一挑战，体外模型，包括多种类器官，被开发出来并用于体外生物医学研究，有效减少了实验动物使用数量，并提升了研究的准确性。本项目通过制备仿生模型，为骨软骨的缺损和再生研究提供了体外、准确的研究手段。

围绕无人驾驶、智能制造领域，本项目针对传统机器视觉难以同时兼顾大视场、高分辨、实时性的技术瓶颈，从源头打破常规成像规则，鉴于昆虫复眼具有大视场高灵敏的优势，以及人眼视觉具有变分辨率和冗余数据压缩的优势，将两者相结合，提出一种复合仿生三维成像感知方法，通过突破变分辨扫描发射、多通道并行接收、图像重构与成像感知算法等关键技术，形成了具有体系化的前沿技术成果，研发出了诸如收发探测模块，多通道仿生曲面相机系统、在线光电检测系统等实物成果。核心技术受到国家、省部级项目资助5项。

01. 成果简介 本项成果应用于电厂，在电厂凝汽器改造过程中采用该仿生优化管束布置形式，可以实现换热性能增强20%以上。该仿生优化管束布置的凝汽器，其换热管在管板上的布置呈仿生双连树形布置，由仿生双连树疏松树枝管束区管束、仿生双连树密集管束区管束、渐缩空冷区管束等组成；仿生双连树疏松树枝管束区由上部倾斜向上的仿生树枝形管束、下部水平的仿生树枝形管束和底部向下的仿生树枝形管束等组成。本项成果具有管束汽流流场均匀无涡流、壳侧汽阻小、热负荷分布均匀、凝结水过冷度小、凝汽器的传热系数和运行真空度都较高的优点，其换热系数可按HEI计算值高10%-20%，可大幅节能。 图1 仿生优化布置管束凝汽器数值模拟流场  图2 某600MW机组凝汽器施工现场 在国家发改委示范工程项目的支撑下，分别在莱城电厂2台机组、蒲城电厂1台机组（330MW），华电邹县电厂2台机组（600MW）等进行了工程示范，改造后的凝汽器压力降低0.8-1.5kPa，节约标煤约2-4g/kWh，节能效果明显。02. 应用前景 电厂凝汽器改造。03. 知识产权 相关成果已授权中国发明专利2项。04. 团队介绍 团队主要研究领域为传热强化与节能理论技术及工程应用研究, 负责人为副研究员。承担国家十二五重大专项子课题、973课题、重点基金、国家发改委示范工程项目课题、科技支撑计划子课题、国际合作等项目，曾获国家科技进步二等奖、教育部科技进步一等奖。科研成果发表论文80余篇，申请专利70余项。05. 合作方式 商务合作。06. 联系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn

01. 成果简介 仿生体模从力学、声学等物理性质上模拟人体软组织，能够直观反映出组织的影像学特征，因此可广泛应用于超声设备校准、临床操作训练等。针对超声成像和超声弹性成像，目前已经发展了一些体模制备方法。为了克服现有技术存在的问题，如材料毒性，难以降解，以及仿生制备非均匀体模（如肿瘤体模和皮肤体模等）界面强度不够等问题，本研究经过多年的反复试验，在理论分析和数值仿真指导下进行实际制作千余次，发展出一种无毒、可降解多功能仿生体模制备技术，所制备的体模性能参数包括但不限于： 体模尺寸：体模最小特征尺寸可从数毫米到数十厘米之间变化，覆盖各种人体组织的特征尺寸； 体模熔点：体模熔点可在20摄氏度到90摄氏度之间调控，覆盖肿瘤热消融时的升温目标(典型值约为43—65摄氏度)。 体模杨氏模量：体模的杨氏模量可在3KPa到500kPa之间调控，覆盖人体主要组织(如皮肤、血管、肝脏等)的杨氏模量变化范围。 仿生微结构：体模内部可包含直径3mm～20mm的球体或截面直径3mm～20mm的圆柱体。能够仿生模拟含肿瘤、神经纤维等结构的软组织。 可3D或4D打印：实验表明，本体模材料可作为3D或4D打印的打印墨水，从而打印出具有复杂微结构并可对外界激励作出响应的仿生体模。      肿瘤仿生体模   皮肤体模 02. 应用前景 临床医用软材料耗材，超声设备校准、临床操作训练等。03. 知识产权 相关成果已申请发明专利保护。04. 团队介绍 团队主要研究领域为超声弹性成像、软材料和生物材料力学、接触力学、计算力学等，项目负责人为教授、博士生导师。参与和承担973、国家自然科学基金重点项目和面上项目等科研项目多项。科研成果发表SCI论文120余篇，申请专利20余项。05. 合作方式 商务合作。06. 联系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn y-zheng17@mails.tsinghua.edu.cn

关节软骨损伤及其退行性病变-骨关节炎给社会带来越来越大的劳动力损失以及患者生活质量的下降。骨软骨生物医学研究日益深入，但另一方面，减少动物的使用又是一个巨大挑战，也是人类文明进步的趋势。因应这一挑战，体外模型，包括多种类器官，被开发出来并用于体外生物医学研究，有效减少了实验动物使用数量，并提升了研究的准确性。本项目通过制备仿生模型，为骨软骨的缺损和再生研究提供了体外、准确的研究手段。

我国是世界上最大的植物油料加工和消费国，总量近 1.5 亿吨，在国家食品安全体系中举足轻重。植物油料加工长期以来以压榨法和浸出法制油、碱溶酸沉制蛋白、化学精炼油脂为技术主线，普遍存在：1）加工条件剧烈、能耗高、溶剂残留、环境污染；2）蛋白功能性差、组分高值化利用率低；3）生物精炼连续性差、附加值低等共性关键问题。本项目在国家自然科学基金重点项目、国家“863 计划”、国家科技支撑计划等重大项目支持下，历经 13 年持续攻关，以现代生物技术为手段，突破植物油料生物解离关键技术为核心、组合发明生物解离产物及油脂的高值化利用成套技术，形成了植物油料全产业链新一代加工技术体系。 项目已获授权发明专利 45 件，申请国际专利（PCT）3 件，出版著作 10 部，发表相关论文 205 篇（SCI/EI106 篇），主持制定或参与国家、行业标准 10 项。项目已获中国轻工业联合会技术发明一等奖、中国发明协会发明创业成果一等奖、黑龙江省技术发明一等奖、中国食品科学技术学会技术发明一等奖等省部级以上科技奖励 14 项。 项目技术主要用于生产有机大豆油脂、大豆蛋白肽以及大豆膳食纤维等产品，项目目前已通过中试实验。项目计划投资预计 2 亿元，建设规模为加工原料豆 20000 吨/年，项目达产后预计年销售额为 3.6 亿元人民币。通过该项目的实施，将打破了国外在高端油脂和蛋白产品生产上的技术垄断，增强了企业的核心竞争力。

仿生表面织构起源 传统摩擦学认为光滑表面具有较低摩擦力和磨损，反之，非光滑表面会带来较大的摩擦力和磨损。而自然界进化过程中，某些生物的表面微观结构具有优异的自润滑和抗磨减磨性能，如鲨鱼皮表面微沟槽表现的超低流体阻力，穿山甲表面微结构的优异耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其机理，则可进行工业应用。 钻头轴承及压裂泵柱塞密封系统仿生织构润滑减磨设计及应用 织构化钻头轴承 钻头作为破碎岩石形成井眼的重要工具之一，在高温高压、冲击动载及贫脂润滑的恶劣环境下，其核心部件钻头滑动轴承易发生黏着磨损从而最终导致钻头整体失效破坏，亟需降耗增寿的新技术来为其安全、可靠使用和延寿经济运行保驾护航。 发明了基于多物理场耦合的超快激光精准高效制备的冰霜辅助超快激光刻蚀分束技术（US17026096，ZL202011229792.1），形成了钻头轴承轴径曲面仿生织构的纳秒/皮秒的激光加工与表征评价方法；目前正在与中国科学院上海光学精密机械研究所和中石化江钻石油机械有限公司开展钻头轴承织构工业化的超快激光加工与质量检测流水线建设和现场应用研究测试，可满足织构化钻头2000支的年产量需求。 建立了织构钻头轴承润滑减磨性能优化设计的理论研究与实验测试评价方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系数、磨损量、油膜厚度、温升和无量纲承载能力等为评价指标，基于理论研究、单元实验和全尺寸的台架实验，模拟测试工况下初步优选的圆形、椭圆形、人字形沟槽织构可使钻头轴承减磨性能和寿命提升50%以上。 织构化柱塞密封系统 柱塞动密封系统是油气增产压裂作业实施中压裂泵装备的关键部件之一，其在超高压、冲击动载及交变往复运动工况下，压裂泵柱塞动密封系统易发生磨损失效而导致密封刺漏等失效，是制约压裂泵工作性能、可靠性和作业成本的关键因素， 亟需创新的设计方法来提升压裂泵柱塞动密封系统的寿命及可靠性。 发明了柱塞表面仿生织构大尺寸拼接刻蚀工艺规划及参数优化设计方法（ZL201910892024.5）， 创新研发了柱塞织构批量化激光分束加工的软件控制系统和配套夹具系统。 发明了表面织构化压裂泵柱塞及其动密封系统性能抗磨减磨性能优化设计的理论研究与试验测试评价方法(ZL201310423514.3)，基于理论模拟、单元及全尺寸台架实验，初步优选的圆形和椭圆形织构布置于压裂泵柱塞表面可实现柱塞动密封系统的摩擦系数和温升降低45%以上，寿命延长30%以上，目前正在与中石油第四石油机械有限公司和中油国家钻井装备工程技术研究中心有限公司开展现场应用试验测试。 未来应用前景及市场规模预测 该技术垂直应用领域为油气勘探开发装备、油气集输装备、通用机械装备的润滑、密封、抗冲蚀与减阻等领域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的装备失效是由磨损引起的。两者造成的损失相当于GDP2%-7%，2019年我国的GDP为99万亿元，按5%计算约为4.95万亿元。

成果描述：电测应力分析实验是材料力学教学中不可缺少的多项目组合性实验，主要包括：压杆稳定实验、等强度梁实试验、悬臂梁实验、弯扭组合受力分析、偏心拉伸实验等，独立分散的实验设备不仅投入大、挤占实验室空间，而且没有必要。目前使用的手摇加载式实验台，学生实验过程中经常出现加载不均、过加载等问题，造成实验数据输出跳变、压力传感器过载损坏、试件超载。针对上述问题，多功能步进电机自动加载试验台在完成材料力学实验项目的基础上，还可满足实验力学中电阻应变片灵敏系数的标定，材料弹性模量E，泊松比μ的测定，电阻应变片横向效应系数测定实验项目。在程序端开放加载模式控制接口，培养学生对电测实验的总体把握能力、学习数据采集与同步加载的编程能力，为创新性开放实验提供基础实验条件。市场前景分析：设备适用于高校材料力学电测实验。材料力学是工科院校中重要的基础课程。材料力学实验教学是基础力学教学的重要组成部分。普通高校每年实验学生人数都在千人以上，按2-3人分组，一般配备台数均在几十台。与同类成果相比的优势分析：（1）加载速度0.01mm~5mm/min （2）最大加载力 8000N （3）最大行程 100mm （4）测试精度 0.5% （5）模数转换 16bit 最大采样速率 5KSPS （6）数据采集及显示软件 国内先进。