团队情况简介
多物理场耦合热质输运与调控团队围绕能源领域中的多尺度多场耦合问题，致力于电化学/热化学储能、工业热过程数字孪生与工艺优化、非常规油气资源高效开采、太阳能全光谱利用、碳捕集与利用等方向的应用基础研究。
团队现有专任教学科研人员5人，其中教授/博导2人、副教授/硕导1人、副研究员/硕导1人、高级工程师1人，以及企业导师6人。团队与英国伯明翰大学、诺丁汉大学、美国宾州州立大学、堪萨斯大学、加拿大英属哥伦比亚大学(UBC)、麦克马斯特大学等国际知名高校建立了良好的合作和交流机制。近年来，团队先后承担国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、北京市自然科学基金等省部级以上项目20余项，承担宝钢、首钢、中冶集团、中石化等机构/企业研究项目30余项。发表高水平论文200余篇，授权发明专利20余项，获省部级科技进步二等奖1项，省部级教学成果奖2项。
导师介绍
导师一：刘训良
具体信息：刘训良，教授，博士生导师
本科生课程：动力机械、热能工程研究进展、热过程模拟软件实训
研究生课程：计算流动与燃烧、数值传热学
专业领域：工程热物理
研究方向：电化学储能及热管理、锂电池/燃料电池多物理场耦合模拟、工业热过程仿真及优化、工业节能及低碳技术
联系方式：liuxl@me.ustb.edu.cn
个人主页：
https://seee.ustb.edu.cn/szdw/jsjs/860133665f5c405a9d2ec21421f4a324.htm
https://faculty.ustb.edu.cn/XunliangLiu/zh_CN/index.htm
导师二：豆瑞锋
具体信息：豆瑞锋，教授，博士生导师
本科生课程：传热传质学(国家级一流本科课程、校级本科生优质课程)、热过程模拟软件实训
传热传质学慕课链接：
研究生课程：高等传热学
专业领域：热能工程
研究方向：工业热过程仿真模型、工艺优化算法与多物理场耦合模拟
联系方式：douruifeng@ustb.edu.cn
个人主页：
http://faculty.ustb.edu.cn/~QnEZVr/zh_CN/index.htm
https://seee.ustb.edu.cn/szdw/jsjs/b450495405724bc495d10952b0e2d557.htm
导师三：周文宁
具体信息：周文宁，副教授，硕士生导师
本科生课程：工程流体力学
研究生课程：介观尺度模拟方法及应用
专业领域：工程热物理
研究方向：微纳尺度传热传质、多相流动、非常规油气资源高效开采、二氧化碳封存、相变/电化学储能、先进数值算法
联系方式：wenningzhou@ustb.edu.cn
个人主页：
https://seee.ustb.edu.cn/szdw/jsjs/a714dc6440b04513bbe9e6604b346906.htm
https://faculty.ustb.edu.cn/WenningZhou/zh_CN/index.htm
导师四：方娟
具体信息：方娟，副研究员，硕士生导师
专业领域：工程热物理
本科生课程：《工程热物理》、《能源环境工程》
研究方向：太阳能与储能、碳捕集与转化、热泵、智慧能源
联系方式：fangjuan@ustb.edu.cn
个人主页：
http://faculty.ustb.edu.cn/~fmyiuu/zh_CN/index.htm
导师五：张四宗
具体信息：张四宗，高级工程师
本科生课程：《热工实验I》与《热工实验II》
专业领域：工程热物理
研究方向：余热利用、节能减排、废气循环烧结工艺优化、颗粒床内气固传热过程
联系方式：zhangsizong@ustb.edu.cn
个人主页：
https://seee.ustb.edu.cn/szdw/jsjs/d366f8127cda40b181a9003e3c47c548.htm
https://faculty.ustb.edu.cn/zhangsizong/zh_CN/index.htm
企业导师一：郜时旺
郜时旺，工学博士，正高级工程师，中共二十大代表，中国华能集团清洁能源技术研究院副总工程师，高效灵活煤电及碳捕集利用封存全国重点实验室副主任。
主要从事煤炭清洁发电和烟气二氧化碳捕集方向的研究工作，荣获全国优秀共产党员、全国劳动模范、国务院政府特殊津贴、中国电力科学技术杰出贡献奖等荣誉。
企业导师二：高林
高林，怀柔实验室研究员，博士生导师，北京科技大学兼职教授。
主要从事碳捕集及利用、低碳能源系统分析与集成和多能互补综合能源系统等方向的研究工作，主持编写的《中国碳捕集与封存示范和推广路线图》于2015年巴黎联合国气候变化大会上发布，2009年获国家自然科学二等奖“能源动力系统中能的综合梯级利用和CO2控制原理与方法”。
企业导师三：程奇伯
程奇伯，正高级工程师，中冶赛迪绿色制造研究分院副研究员。
主要从事绿色高效燃烧、余热梯级回收等领域技术开发及工程应用工作，获省部级科技奖励5项。
企业导师四：董斌
董斌，教授级高级工程师，重庆赛迪热工环保工程技术有限公司。
主要从事钢铁热工领域研发课题管理工作，在热工仿真及控制领域进行了大量卓有成效的工作，获得多项科技进步奖奖励。
企业导师五：谢天华
谢天华，高级工程师，中冶京诚轧钢所热工专业负责人。
主要从事镀锌、镀铝锌、镀锌铝镁、连续退火、彩涂、粉末彩涂等机组的热工设备技术开发及工程应用工作。
企业导师六：郝小红
郝小红，博士，教授级高级工程师
主要从事有色金属冶金工业炉窑咨询及设计，授权发明专利30多项，曾获有色金属建设行业（部级）优秀工程咨询成果奖一等奖1项，中国有色金属工业科学技术奖二等奖2项。
研究领域
1
电化学储能系统多物理场耦合模型构建及多尺度研究
1.1电沉积锂枝晶生长多物理场耦合相场模拟技术
针对锂枝晶生长导致的电解质结构损伤、电池性能退化甚至内部短路等问题，团队开发了高性能的2D/3D多物理场耦合非线性相场模拟技术，探究了液态和固态电池中锂枝晶生长的微观机理、力学性能及固体电解质失效机制，提出了电沉积锂枝晶生长过程的相场模拟研究新范式，为锂电池负极界面优化设计和抑制锂枝晶生长提供理论指导。
图1 液态/固态电池体系中2D/3D锂枝晶生长的相场模拟研究
1.2锂氧电池多孔正极的物质输运和放电机制研究
针对锂氧电池多孔正极存在的传质堵塞、过电势大及循环性差等问题，团队提出了多孔正极优化设计的新思路，发展了多孔电极数值重构和多尺度理论计算方法，开发了一种改进的部分反弹边界条件的多物理场耦合LBM模型，揭示了正极材料孔隙/微通道/负载量等因素与电池性能之间的构效关系，利用DFT方法探明了锂氧电池放电产物的本征特性及初始成核路径，为正极优化设计和开发高活性催化剂提供理论依据。
图2 多孔正极物质输运和放电机制的多尺度模拟研究
1.3固态锂氧电池多尺度理论计算和实验表征技术
为理解高能量密度固态锂氧电池的正极钝化机理和性能退化机制，团队设计了一种多功能的双弹簧固态电池装置并制备出高能碳基复合正极，建立了固态锂氧电池的多物理场耦合数学模型，结合分子动力学（MD）和DFT创新的模拟出固体放电产物的形貌演变过程，通过实验表征探明了放电产物组成与分布特征以及电池阻抗的演变规律，为高性能固态锂氧电池的研发提供理论和技术支撑。
图3 固态锂氧电池多尺度理论计算和实验表征测试
2
工业热过程数字孪生与工艺优化
2.1气体射流、喷雾强化换热基础与应用研究
针对金属材料热处理冷却均匀性问题，采用实验与数值模拟相结合的方式，应用传热反问题的研究方法，获得气体射流冲击换热和喷雾沸腾换热条件下换热系数和热流密度的时空变化规律，为冷却装置性能预测、结构优化提供理论支撑，解决金属材料热处理、关键材料热防护等领域的冷却强度和冷却均匀性的调控问题。
2.2工业热过程多物理场数字孪生与工艺优化
基于传热传质、流体力学、结构力学、微观组织演变、化学反应动力学等理论方法，针对材料热加工过程、热处理过程中的传热、传质、流动、应力应变、材料组织和性能演变的多物理场耦合问题，开发多场耦合仿真模型和优化算法，形成工艺改进、材料性能提升、节能降耗为一体的优化解决方案。
2.3凝固过程的介观动力学特征与宏观缺陷预测
针对高强轻合金铸造成形工艺，开发宏观铸造模型、介观尺度凝固动力学模型，耦合传热、传质、流动、相变、应力应变等多物理场，实现铸造高强轻合金构件微观组织、收缩孔隙、裂纹缺陷的耦合预测，为高强轻合金的高效铸造工艺研发提供理论支撑。
3
非常规油气资源开发及CO2地质封存中的多尺度多场耦合研究
3.1页岩储层微纳孔隙内CO2/CH4竞争吸附与扩散微观机理
针对在页岩储层纳米级孔隙内CO2/CH4的吸附过程，采用基于微观尺度的分子模拟方法，对页岩储层无机质高岭石及有机质干酪根孔隙结构内气体吸附微观机理进行了探究，研究了页岩储层类型、形状、压力、温度、湿度等条件对气体吸附及扩散机理的影响，在微观层面首次揭示了页岩储层狭缝限域空间内气体的Langmuir单分子层吸附和微孔填充形式共存的吸附机理。
图4 页岩储层微纳尺度限域空间内气体吸附与扩散的微观机理
3.2页岩储层多孔结构内气体流动的多尺度多场耦合研究
针对页岩储层微纳孔隙内气体流动中存在气体解吸附、表面扩散、努森扩散、达西流等多种传递过程的问题，采用耦合微观尺度分子模拟和介观尺度格子Boltzmann模型的方法，构建了页岩储层单通道及多孔结构内气体运移的多尺度多场耦合数值模型，揭示了温度、压力、储层结构等因素对气体扩散机理的影响机制，为页岩气高效开采及二氧化碳地质封存提供理论支撑。
图5 页岩储层内气体运移特性的多尺度多物理场耦合研究
4
太阳能全光谱能量高效利用方法和碳捕集及转化
4.1光/热化学储能/制燃料的协同作用机制及全光谱能量转化机理
针对太阳能不同波段光能品位不同，探索太阳能全光谱能量高效利用方法，研究太阳能光效应与热效应在制氢、甲烷重整、CO2燃料转化过程中的协同作用机理，分析光化学储能不可逆损失，揭示光伏-光热（PV-T）系统的能量转化与品位耦合机理，为太阳能全光谱能量高效利用提供理论支撑。
图6 光/热协同驱动燃料转化研究
4.2多能协同驱动碳捕集及转化的反应机制
针对碳捕集能耗过高的难题，研发新一代低能耗碳捕集技术，包括：阐明多种能量（光、热、电）协同的CO2吸收/解吸反应驱动与催化机理，探索新型CO2捕集与转化一体化方法；揭示化学能有序释放与碳组分定向迁移的关联机理与协同机制，探索实现化学能梯级利用与碳组分富集的新型燃料转化或反应路径。
图7 多能协同驱动碳捕集及转化工艺
代表性科研成果
代表性科研项目：
人才培养
学生参加国际学术会议情况：
学生获奖情况：
学生就业情况：
已毕业研究生在高校、研究所、大型国企/央企/民企等从事科学研究或管理工作，包括中国核工业集团、宝钢股份、中冶赛迪、中冶南方、一汽大众、中国电子科技集团、潍柴动力、北汽新能源、比亚迪、大疆创新科技有限公司、联想（北京）有限公司等。
招生要求及联系人信息
长期招收优秀推免或统招硕士生（学术硕士、全日制专业硕士）；直博生或招考博士生（学术博士、工程博士）。申报条件如下：
（1）人品端正，具备基本的科研素养、严谨端正的科研态度、良好的沟通能力和团队协作能力；
（2）具有能源与动力工程、新能源科学与工程、储能科学与工程、冶金科学与工程、材料科学与工程计算数学等专业背景优先；
（3）拥有良好的英语阅读和写作能力，在高水平专业学术期刊发表过论文者优先；
（4）身心健康，积极乐观，踏实肯干，勤奋好学。
联系方式：
刘训良，教 授，liuxl@me.ustb.edu.cn
豆瑞锋，教 授，douruifeng@ustb.edu.cn
周文宁，副教授，wenningzhou@ustb.edu.cn
方 娟，讲 师，fangjuan@ustb.edu.cn
出品 | 能源与环境工程学院新媒体中心
编辑 | 白惠延
责编 | 王咏涛
