已中标的国家杰出青年基金申请书

国家基金委项目申请书 V3.6.1 学科代码： E060390 受理部门： 收件日期： 受理编号： 国家自然科学基金 申 请 书 资助类别：国家杰出青年科学基金 亚类说明：国家杰出青年科学基金 附注说明： 项目名称：潜热型功能热流体应用中的关键热物理机理问题研究 申 请 者：张寅平 电话：010-62772518 依托单位：清华大学 通讯地址：北京清华大学建筑技术科学系 邮政编码：100084 单位电话：010-62784622 E-mail ：zhangyp@mail.tsinghua.edu.cn 申报日期： 2003年3月1日 国家自然科学基金委员会 基本信息 申 请 者 信 息 姓名 性别 男 出生 年月 1962年4 月 民族 汉族 学位 博士 职称 教授 主要研究领域 建筑环境与工程热物理 电话 010-62772518 E-mail zhangyp@mail.tsinghua.edu.cn 传真 010-62773461 个人网页 工作单位 清华大学\建筑学院建筑技术科学系 在研项目批准号 50276033,50076020,59776030 依托单位信息 名称 代 码 10008405 联系人 宿芬 E-mail kjc-jcb@tsinghua.edu.cn 电话 010-62784622 网站地址 www.Tsinghua.edu.cn 合作单位信息 单 位 名 称 代 码 项 目 基 本 信 息 项目名称 资助类别 国家杰出青年科学基金 亚类说明 国家杰出青年科学基金 附注说明 学科代码 E060390:其他 基地类别 预计研究年限 2004年1月 — 2006年12月 研究属性 应用基础研究 总预算经费 申请经费 摘 要 项目研究内容和意义简介（限400字）：弄清功能热流体流动、传热性能与稳定性和微胶囊或乳状液介观结构、囊材、添加活性剂及制备方式的关系，明晰不同相变温度的潜热型功能热流体制备中的共性机理问题及关键 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，深化对潜热型功能热流体非常规流动、传热和热输运特性的认识，并建立刻画这三方面特性的数学模型，探讨该类材料在换热器及暖通空调领域重要的应用方式和应用效果。本研究旨在解决束缚该类材料走向应用的若干关键机理问题，对丰富和完善潜热型固液两相流流动和传热理论，对推导该类材料的重要应用有重要意义，对我国的节能和环保事业有重要意义。 关 键 词(用分号分开，最多5个) 传热，流动，功能热流体，固液相变，两相流 项目组主要成员 编号 姓 名 出生年月 性别 职 称 学 位 单位名称 电话 E-mail 项目分工 每年工作时间（月） 1 1962年4月 男 教授 博士 清华大学建筑技术科学系 010-62772518 zhangyp@mail.tsinghua.edu.cn 项目负责人 12 2 3 郭宝华 男 副教授 博士 清华大学化工系 101-62782345 4 5 6 7 8 9 10 总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 10 2 3 0 1 2 2 说明: 1. 高级、中级、初级人员数按实际项目人数填写，博士后、博士生、硕士生及参加单位数由申请者负责填报，总人数自动生成； 说明: 2. 第一人必须是申请者，信息从前面自动读入。 经费预算 (单位:万元) 科 目 预算金额 备注（计算依据与说明） 一．研究经费 60.0000 1．科研业务费 15.0000 （1）测试/计算/分析费 6.5000 （2）能源/动力费 1.5000 （3）会议费/差旅费 2.0000 （4）出版物/文献/信息传播事务费 3.0000 （5）其他 2.0000 2．实验材料费 18.0000 （1）原材料/试剂/药品购置费 9.0000 （2）其他 9.0000 3．仪器设备费 16.0000 （1）购置 9.0000 （2）试制 7.0000 4．实验室改装费 7.0000 5．协作费 3.0000 6．其他 1.0000 二．国际合作与交流费 12.0000 1．项目组成员出国合作交流 6.0000 2．境外专家来华合作交流 6.0000 三．劳务费 3.0000 四．管理费 4.0000 五．其他 1.0000 经 费 总 预 算 80.0000 申 请 经 费 80.0000 其他经费来源（单位：万元） 自然科学基金其他项目资助经费 0.0000 国家其他计划资助经费 0.0000 其他经费资助（含部门匹配） 0.0000 合 计 0.0000 报告正文 2. 简历 大学以上学历 1980.9-1985.7 中国科学技术大学热科学和能源工程系，获理学学士学位； 1985.9-1988.7 中国科学技术大学热科学和能源工程系，获工学硕士学位； 1988.9-1991.10中国科学技术大学热科学和能源工程系，获工学博士学位。 主要学术任职 “International Journal of Transport Phenomena” 副编委(Associate Editor) 《科学通报》特邀编辑 《太阳能学报》编委 《太阳能》编委 美国暖通制冷空调工程师协会(ASHRAE) 会员 国际太阳能协会(ISES) 高级会员 工程热物理学会会员 中国制冷协会高级会员 主要科研工作经历 A. 工作经历 1991.10-1993.10 中国科学技术大学热科学和能源工程系 讲师； 1993.10-1997.10中国科学技术大学热科学和能源工程系 副教授； 1992.3-1997.5 中国科学技术大学热科学和能源工程系 系科研副主任； 1994.5-1995.5 德国斯图加特大学核能和热系统研究所 高级访问学者； 1996.9-1996.12 日本东京大学机械系庄司研究室 客座研究员； 1997.10-1999.7 清华大学热能系暖通空调研究所(现调整到建筑学院 更名为 建筑环境与设备工程研究所) 副教授； 1998.10－今 清华大学 建筑学院 建筑环境与设备工程研究所 副所长； 1999.7－今 清华大学 建筑环境与设备工程研究所 教授； 2001.1－今 清华大学 建筑环境与设备工程研究所 博士生导师。 B. 完成或在研的科研项目 序号 项目类别 项目编号 名称 研究起 止年月 资助单位 获资助金额(万元) 完成 情况 参与 程度 1 自然科学基金面上基金 50276033 纳米光催化材料消除室内有机挥发物的若干机理问题研究 2003.1-2005.12 国家自然科学基金委 25 在研 负责 2 自然科学基金 面上基金 50076020 潜热型功能热流体热性能及其流动和储换热机理研究 2001.1-2003.12 国家自然科学基金委 25 在研 负责 3 自然科学基金 面上基金 59776030 定形相变材料的传热和储热特性及其广义换热器性能研究 1998.1-2000.12 国家自然科学基金委 12 完成 负责 4 国家973三级子课题 G2000026309 掺杂相变颗粒的传热流体的传热性能研究 2000- 2004 国家科技部 16.7 在研 负责 5 教育部优秀青年教师资助计划项目 教人司[2001] 39号 功能热流体非常规储传热机理研究 2001- 2002 国家教育部 8 完成 负责 6 国家863课题 2002AA513050 新型相变蓄能建材在太阳能建筑中应用的关键技术研究 2002- 2004 国家科技部 50 在研 负责 7 国际合作项目 室内空气环境模拟和控制仿真 2002.9- 2003.9 美国UTC研究基金 60 在研 第1参加人 8 北京市攻关课题二级子课题 H021820040720 新型相变蓄能地板在节能示范楼中的应用与示范 2002- 2004 北京市科委 20 在研 负责 9 北京市攻关课题二级子课题 H021820040620 热电冷联供系统中传热新工质应用基础研究 2002- 2004 北京市科委 20 在研 负责 10 自然科学基金 重点基金 59836250 住区微气候中的关键热物理问题 1999- 2002 国家自然科学基金委 90 完成 骨干 11 自然科学基金 面上基金 59678013 使用相变储能墙夜间通风蓄冷的基础研究 1996- 1999 国家自然科学基金委 12 完成 第1参加人 12 自然科学基金 面上基金 59176276 透明隔热材料热性能及其应用基础研究 1992－1995 国家自然科学基金委 5.0 完成 骨干 13 博士点基金 新型透明隔热材料的传热机理及其应用研究 1996- 1998 国家教育部 3.6 完成 负责 14 横向项目 纳米光催化空气净化器关键技术问题研究 2001.9- 2003.5 清华同方人工环境公司 100 在研 负责 15 清华大学基础研究基金 200007005 纳米光催化材料在空调领域的应用基础研究 2001-2002 清华大学 7 完成 负责 16 清华大学基础研究基金 JC2002001 定形相变材料研制及用于蓄热式电热地板采暖中的关键机理问题 2003-2004 清华大学 9 在研 负责 17 清华大学一流大学建设基金 室内空气品质和建材散发测试方法研究 2003-2004 清华大学 32 在研 负责 18 国际合作项目 纳米光催化材料的 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 2002.9- 2003.3 日本大研公司 8 在研 负责 19 横向项目 高温相变蓄能电暖器研制 2001- 2003 清华同方人工环境公司 20 在研 负责 20 横向项目 低温空调相变蓄能(相变温度-10℃)系统研制及热性能研究 2001- 2003 清华同方人工环境工程公司 8.6 在研 负责 21 横向项目 相变材料热物性测试装置研制 2000- 2001 山东皇明 太阳能集团 5.0 完成 负责 22 横向项目 相变储能材料应用及设备 1998- 1999 清华同方 研发中心 7.3 在研 负责 23 横向项目 固体吸湿剂及其应用 1997- 1999 清华同方 研发中心 5.8 在研 负责 24 国际合作 透湿膜的理论和应用研究 1998- 1999 美国UTC研究基金 40 完成 第1参加人 25 横向项目 相变蓄能新风机组的可行性研究 1997.5- 1997.9 清华同方股份公司 1.5 完成 负责 26 中国科大留学 回国启动基金 多功能相变蓄热装置 1996.1- 1996.12 中国科学技术大学 1.0 完成 负责 27 留学回国人员科研启动基金 高效蓄能装置热特性研究 1996- 1997 国家教育部 2.0 在研 28 相变蓄能取暖器研制 1993- 1995 合肥恒久公司 4.0 完成 负责 29 横向项目 速冷保温奶瓶研制 1992.1- 1993.12 芜湖光华玻璃厂等 4.3 完成 负责 30 中国科大 青年基金 热镜的制备、性能和应用研究 1992- 1993 中国科学技术大学 1.8 完成 负责 3．主要学术成绩、创新点及其科学意义 按《国家杰出青年科学基金实施管理办法》第二章第八条第四款的要求，着重阐述近几年在基础研究或应用基础研究方面所取得的成果(3000-5000字)。 负责了约20项科研项目，其中国家自然科学基金项目3项、国家863项目、973三级子课题、国家教育部优秀青年教师资助计划项目、博士点基金和北京市重点攻关项目二级子课题各1项，横向合作项目多项，另作为研究骨干参加国家自然科学基金重点项目和北京市重点攻关项目各1项，参加国际合作项目2项。在国际、国内重要学术期刊和国际会议论文集上发表论文近百篇, 其中20＋6*篇被SCI摘引(*表示已被SCI源刊接受发表，尚未摘引)，近30篇被EI摘引，9篇被ISTP摘引，出版编著《相变贮能－理论和应用》和全国建筑环境与设备工程专业教材《热质交换原理和设备》(第二编者)。申报专利17项，其中2项多次获转让。论文多次被国内外同行引用(见附件4)。因研究工作成绩显著，被聘为“Inter. J. of Transport Phenomena”编委、《科学通报》特邀编辑、《太阳能学报》和《太阳能》编委(见附件5)，多次担任国际学术会议贮能专题的分会主席，在即将召开的国际制冷大会(ICCR2003)上被邀作大会特邀报告(见附件8)。 近年来的研究工作主要在以下两方面: (1)相变贮能的基础和应用研究; (2)暖通空调领域热质交换应用基础研究。 (1) 相变贮能材料基础及应用研究方面 相变贮能基础及应用研究是目前国内尚薄弱但应用需求迫切、应用前景广阔的研究方向，也是国际上能源领域的研究和应用热点之一。近年来，利用公派出国研究、访问和开学术会议的机会，与德国斯图加特大学的Groll教授、日本冈山大学的稻叶英男(Inaba)教授、日本东京大学的斋藤彬夫(Saito)教授，日本东京电机大学的射场本(Ibamoto)教授等进行了广泛和深入的学术交流，收集了大量资料，了解了该方向的国际前沿动态，结合我国国情，开展了深入系统的研究，出版了我国第一本全面介绍相变贮能理论和应用的编著[1]，多次代表我国出席IEA主办的国际贮能学术会议, 并是2004年国际贮能会议的牵头人。在该领域的主要学术贡献、创新点及其学术意义如下： (i) 在相变贮能材料热性能测定、预测和研制方面的研究工作得到国际同行好评 ​ 提出多组相变材料多个热物性(固液态比热、导热系数、融解热、过冷度)的同时测定法－T history method，得到国际同行好评 该方法克服了传统相变材料热物性DSC测试方法装置昂贵、使用不便、试样过少造成其性能与实用材料偏差较大的不足，建立了实验装置，完成了对近百种相变材料的性能测试，论文发表在国际著名学术期刊Meas. Sci. & Techno.上，被SCI摘引[2]。在此基础上，完善了相变材料测试装置和配套软件，为学校科研和企业新产品研发做出了贡献：藉此装置，筛选了自研和文献报道的一批相变材料，为相变墙、相变吊顶、相变地板、贮能相变储换热器、空调低温相变蓄能系统和潜热型功能热流体基础和应用研究中相变材料热物性测试提供了保证；山东皇明太阳能集团购置了该实验装置及配套软件，用于蓄能式太阳能热水器的研发。德国慕尼黑大学研究者在Meas. Sci. & Techno.上发表了研究论文，认为其“The temperature-history method, proposed by Yinping et al., is a simple and economic way to determine the main thermophysical properties of materials used in thermal energy storage based on solid-liquid phase change”（见附件4）。 创新点：该方法测试原理为我们提出、测试装置和测试软件均自行研制。 科学意义：克服了传统相变材料热物性DSC测试方法装置昂贵、使用不便、试样过少造成其性能与实用材料偏差较大的不足，装置简单、价格低廉、测试快捷、使用方便、精度较高，为多组相变材料热物性的快速测量提供了有力手段，是迄今工程应用中多组相变材料多个热性能最快捷可靠的测试方法。 ​ 得到了共晶相变材料潜热预测 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ，为相变材料研制提供了理论指导[3] 提出了利用热力学第二定律预测共晶相变材料潜热的方法，得到了预测公式，预测值与实验值吻合，论文被CA摘引。藉此方法，研制了一系列性能价格比很好的相变贮能材料，测试了其热性能[4－6]。 创新点：该预测公式系首次得到。 科学意义：储热相变材料的研制具有很大的盲目性，处在”try and error”的阶段，该工作为理想共晶相变材料的研制提供了理论指导和科学依据。 (ii) 深化了对相变传热强化物理机制和复合相变材料导热特性的认识 ​ 揭示了相变强化换热的物理机制，提出了相变强化换热度的概念，对影响强化换热度的因素及效果进行了定量分析[7, 8]； ​ 研究了复合(相变)材料的导热性能，提出了计算复合(相变)材料有效导热系数的公式，结果与实验吻合[9, 10]； ​ 提出了有效导温系数的概念，并得出了利用其计算(相变)复合材料瞬态导热性能的条件, 分析了计算误差及影响因素，为复合材料瞬态导热性能的预测和计算提供了新途径[11, 12]； ​ 提出了非理想特性相变材料热性能的简便计算方法，分析了其适用条件，为非理想特性相变材料热性能的简便计算提供了理论指导[13]。 在上述方向上系统地发表了论文7篇，4篇为SCI源刊全文，3篇已被SCI摘引，1篇在印，另3篇被EI摘引。 创新点：以上工作均为原始创新工作，在国内外学术文献中未见同类工作报道。 科学意义：上述工作深化了人们对相变强化换热物理机制的认识，提供了瞬态相变传热的简便计算方法，为相变储换热系统的热性能研究提供了理论指导。 (iii) 在相变贮能系统储换热性能研究方面取得了系统深入的研究成果 将相变贮能系统按结构和传热特征进行了科学分类，建立了分析相变贮能系统储换热性能的通用模型[14]，提出了相变界面－温度耦合迭代法，藉此分析了系统性能[14-17]，首次得出了板式、管式堆积床相变贮能系统储换热性能的无量纲 准则 租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载 式[18,19], 首次建立了考虑相变材料固液态密度差的管式和球形相变堆积床贮能系统的热性能分析模型，弄清了影响储换热性能的因素及其定量影响[20,21]。上述分析结果为文献和自己的实验[21,22]验证。研究了国际上首例气－液－固(Galisol)相变贮能系统的储换热性能，弄清了其工作极限条件[23, 24]。在上述方向上，发表论文11篇，其中在国际知名学术期刊Solar Energy Engineering-Trans. of ASME上发表论文3篇，在Inter. J. of Thermal Science上发表论文1篇，均为SCI摘引，另有7篇发表在国内核心学术期刊上，其中6篇被EI摘引。 创新点：揭示了不同相变贮能系统的共性特征，建立了其通用模型，得到了不同系统换热速率的无量纲准则公式；提出了单元分析法，建立了考虑相变材料固液密度差的相变贮能系统的热性能分析模型，弄清了影响储换热性能的因素及其定量影响。上述工作均为我们的原始创新工作。 科学意义：克服了相变储换热器的选型和设计缺乏统一理论模型和系统热性能难以准确预测的不足，为实际应用中大量的各类相变储换热器的选型、设计和性能优化与预测提供了分析手段。 (iv) 在国内率先开展了相变微胶囊功能热流体应用基础研究，取得了重要进展 在国内率先提出开展相变微胶囊的研制及应用基础研究，并得到该领域国家自然科学基金的资助。 ​ 通过对表面活性剂的筛选和优化，研制成功相变微胶囊和相变微乳浆，其性能达到文献中国际同类材料水平[25]； ​ 揭示了潜热型功能热流体强化换热的物理机制，对层流和湍流流态下影响流体换热的因素进行了敏感性分析，指出了换热强化的方向和极限[26-29]； ​ 提出了潜热型功能热流体在热电冷联供系统中的应用方式，进行了定量分析和实验研究，为解决该系统中热流体和冷流体难以同管输送提供了新途径[30]。 在上述方向，发表研究论文4篇，其中在Inter. J. of Heat and Mass Transfer, Science in China上发表论文2篇，均被SCI摘引，另2篇已被SCI源刊Inter. J. of Heat Transfer Enhancement接受，即将发表。 创新点：首次从物性改变温度场从而影响流场和温度场协同性的角度，揭示了潜热型功能热流体强化换热的物理机制，并藉此对影响流体换热的因素进行了全面分析。首次提出将潜热型功能热流体用于热电冷联供系统，并分析了其优点及可行性。 科学意义：深化了对潜热型功能热流体强化换热物理机制的认识，在我国首次制备出作为传热流体的相变微胶囊，指出了其在暖通空调领域的重要应用途径。 (v) 在贮能相变材料研制、性能及应用研究方面取得了系列成果 在国内率先提出开展定形相变材料的研制和应用基础研究工作，并得到国家自然科学基金资助。 ​ 研制成功相变温度为20℃、35℃和52℃的定形相变材料，研究了钴元辐照对增强该类材料密封性和蓄热性能的影响，研制出定形相变材料板批量制备工艺，制备出成型定形相变材料板，性能达到近年来国际期刊中报道的水平[31]； ​ 提出了利用夜间廉价电蓄热采暖的定形相变地板采暖方式，分析了我国不同地区采用该类地板采暖系统的应用效果，进行了技术可行性分析, 为缓解城市电网负荷峰谷差提供了新的有效途径[32, 33]。 ​ 提出了在夏季昼夜温差较大地区利用相变墙和相变吊顶夜间通风蓄冷提高室内舒适度并降低空调能耗的方法，完成了模拟和实验研究，弄清了我国采用该方法的适用地区和使用效果[34-38]； ​ 研制了高温相变蓄能电暖器，制备出实验室样品，申报了发明专利，其性能优于现有国内外同类产品，已投入产品开发[39, 40]（参见附录9）； 在上述方向，申报了数项专利（参见附录6），并发表论文10篇。 创新点：提出了相变材料(包括定形相变材料)在建筑节能和暖通空调领域应用的若干新方式，分析了这些方式在我国的应用效果和可行性；提出了采用高温相变材料的家用蓄能电暖器，其性价比较已有的国内外同类产品更好。 科学意义：指出了相变贮能在暖通空调领域得多种应用新途径，为建筑节能和电网移峰填谷指出了新方向，部分技术正在产品化，可望成为具有我国知识产权的原创性系列产品（参见附录10）。 (2) 暖通空调领域热质交换基础和应用研究方面 (i)​ 通用建材有机挥发物散发模型的建立和应用 克服了著名Little模型中过度简化(假设均匀初始浓度分布、对流传质系数无穷大)的不足，建立了迄今考虑最全面的通用建材有机挥发物散发模型，通过无量纲分析，弄清了散发的普适规律[41]，该工作得到了国外专家(包括Little本人)的高度评价, 论文被国际著名期刊Atmospheric Environment (影响因子1.9)接受, 即将发表，见附录3; 在国内外首次得到了相应的无量纲散发准则公式，为建材污染物散发速率的预测和估算提供了科学依据[42]。在此基础上,在国内外首次提出利用密闭小室测定建材散发量和控制散发的物理参数（建材有机挥发物初始浓度、扩散系数、分离系数和对流传质系数）的方法-C history method，建立了实验装置，测试了30余种建筑材料的有机挥发物散发特性。实验表明，与传统的直流小室测试法相比，该方法测试参数全、测试速度快、装置简单、使用方便，测试精度可满足工程需要。该方法为评价建材有机挥发物散发等级提供了新的手段[43]。传统空调系统设计和控制中只考虑对温度和湿度的控制, 忽略了室内空气品质的控制, 我们针对此不足, 分析了室内有机挥发物散发和传播规律及其相应的空调策略[44-46]。 创新点：建立了迄今考虑最全面的通用建材有机挥发物散发模型，在国内外首次揭示了建材有机挥发物散发的普适规律: 散发速率和散发量仅是Bim/K和Fom的函数, 首次给出了在环境浓度变化不大的情况下建材全散发域无量纲散发准则公式；在国内外首次提出建材散发的多参数测定法-C history method。 科学意义：克服了现有散发模型的不足，所建散发模型为分析建材有机挥发物散发特性提供了有力手段；揭示了建材有机挥发物散发的本质规律, 为控制室内建材有机挥发物散发, 改善室内空气品质提供了科学依据; 提出的C history method为建材散发的多参数测定提供了行之有效的方法, 这些参数在目前已有的方法中难以得到, 从而为评价建材散发特性提供了新途径。 (i)​ 纳米光催化处理室内VOC的空气净化技术 与清华大学化学系李亚栋教授合作对纳米TiO2材料进行了改性和掺杂处理，显著提高了其VOC降解性能；研究了速度场、浓度场、温度场、辐照场、电场和材料特性参数对光催化降解有机挥发物的协同作用机理，藉此，优化了光催化反应降解VOC的外部条件；从反应动力学、表面物理化学等角度，研究了利用光催化降解VOC的机理和内部条件，探索了利用增加光催化材料寿命和反应效果的方法，预测了对不同组分乃至多组分VOC的处理效果，为利用光催化技术有效改善室内空气质量提供了科学基础；建立了光催化反应器的物理模型，提出了总反应系数的概念，指出目前光催化反应器处理效果的瓶颈与其说在材料不如说在强化传质[47-49]；提出了几种新型光催化反应器[50,51]，制备出实验室样机, 样机性能达到日本2002年产品性能, 成本远低于日本同类产品价格，同方洁净公司正在进行产品开发,预计今年4月出第一代产品(见附件10)。 创新点：在国内外率先提出利用场(速度场、浓度场、温度场、辐照场、电场和材料特性场)协同强化TiO2纳米材料降解有机挥发物效果的思想,研究结果表明，降解效果可成倍提高; 在国内外率先开展了TiO2纳米材料降解室内常见的多种污染物效果研究, 提出了光催化反应器总反应系数的概念, 建立了国内外光催化反应器的简化物理模型，指出目前光催化反应器处理效果的瓶颈与其说在材料不如说在传质强化。提出了光催化反应器的几种新形式。 科学意义：提出利用场(速度场、浓度场、温度场、辐照场、电场和材料特性场)协同强化TiO2纳米材料降解有机挥发物效果的思想，为解决光催化技术应用中的瓶颈问题（效率较低、产品性能价格比较低）提供了新思路；提出的光催化反应器总反应系数和光催化反应器的简化物理模型为光催化反应器的性能设计、优化和校核提供了理论手段；指出了目前光催化反应器研发中普遍存在的问题－传质强化不够；上述研究为研发具有我国自主知识产权的原创性纳米光催化高性能空气净化器系列产品提供了科学依据和实现途径。 (iii) 透湿膜空气湿度独立控制技术 针对传统空调热湿同时控制耗能过大、空调箱或风机盘管易产生霉菌的缺点，提出了利用透湿膜独立进行湿度控制的空调方式，并提出了“透湿膜湿泵”概念，研究了用于全热交换器和“透湿膜湿泵”的透湿膜的性能，提出了应用系统的形式并研究了节能效果[52, 53], 为空调热湿控制指出了新途径。 2篇论文分别在Energy, J. of Membrane Science上发表，均被SCI摘引。 创新点：在国内外率先提出了利用透湿膜独立进行湿度控制的空调方式，并提出了“透湿膜湿泵”概念。 科学意义：为空调热湿控制指出了新途径，可解决传统空调耗能过大、易产生霉菌的问题。 (iv) 空调领域空气－水直接接触系统的热质交换性能分析 建立了水－空气处理系统热质交换模型，分析了各因素对水－空气处理系统热质交换性能的影响，在国内外首次通过解析方法得到了该类系统热质交换效率公式，所得结果与文献中实验结果比较，误差在7％以内。该模型和分析方法为空调领域中常用的热质交换设备水－空气处理系统的设计、调湿、性能分析与模拟提供了有力的指导[54]。 创新点：在国内外首次通过解析方法得到了该类系统热质交换效率公式。 科学意义：该模型和分析方法为空调领域中常用的热质交换设备水－空气处理系统的设计、调湿、性能分析与模拟提供了有力的指导。 引用文献 [1]​ 张寅平、胡汉平、孔祥冬、苏跃红，相变贮能--理论和应用，中国科学技术大学出版社, 1996.11。 [2] Zhang Yinping, Jiang Yi, Jiang Yi, A simple method, T-history method, of determining the heat of fusion, specific heat and thermal conducitivity of PCM, Measurement Science Technology, 10(1999), No.3, pp.201-205. SCI 摘引号:174YV。EI摘引号:EX99034623137. [3]张寅平,葛新石,苏跃红,(准)共晶系相变材料融点及融解热的理论预测,中国科学技术大学学报，1995，Vol.25,No.4,pp474-478。CA 摘引号:243695p。 [4] 张寅平，孔祥冬，葛新石等，速冷保温容器，专利号, No 92100602.0. [5] 张寅平，孔祥冬，葛新石等，相变恒温取暖器，专利号,No 92104005.9. [6] 张寅平，江亿，王智超，狄洪发，高温相变电取暖器，专利号, No.99214838.3, 已授权. [7] ZHANG Yinping, WANG Xin, Analysis of solid-liquid phase change heat transfer enhancement, Science in China, Vol.45, No.6, Dec.2002, pp.569-575. SCI 摘引号:614UP。 [8]* Wang Xing, Zhang Yinping, Solid-liquid phase change heat transfer enhancement analysis in cylindrical and spherical walls, Inter. J. of Heat Transfer Enhancement(SCI摘引期刊), in press. [9] Zhang Yinping, Liang Xingang, Numerical analysis of effective thermal conductivity of mixed solid materials, Materials and Design, Vol.16, No.2, 1995, pp.91-96. SCI摘引号:RW475. [10] Zhang Yinping, Liang Xingang, Effective Thermal Conductivity of Composite Materials with Metal Metrix I. Numerical Analysis, Proc. of the 4th International Symposium on Heat Transfer with Exhibition, Beijing, China, High Education Press, 1996.10.pp.119-124. EI摘引:EIP97023511070 [11] Zhang Yinping, Liang Xingang, Jiang Yi et al., Simple method of calculating the transient thermal performance of composite material and its application condition, Science in China, 2000, Vol.43, No.7, pp.344-348. SCI摘引号:353RV. [12] 郭英奎, 梁新刚, 张寅平, 相变复合材料瞬态导热性能的简化计算方法, 太阳能学报, Vol.22, No.1, 2001, pp.40-45 EI摘引期刊 [13] 李震，张寅平，江亿，非理想相变材料比热特性对其储换热性能的影响，太阳能学报，2002,Vol.23, No.1, pp.27-31。EI摘引号:EX02407124787. [14] yanbing Kang, yinping zhang, yi Jiang, Yingxin Zhu, A general model for analyzing the thermal characteristics of a class of latent thermal energy storage systems, Journal of Solar Energy Engineering, Vol.121, No.4, Nov., 1999. SCI摘引号:278UF。EI摘引号: EX00095333450. [15] 康艳兵、张寅平、江亿、朱颖心，相变蓄热球体堆积床传热模型及热性能分析，清华大学学报,2000，No.2,pp.28-32。 EI摘引号:EX00045122471. [16] 康艳兵，张寅平, 江亿，板式相变贮能换热器传热模型和热性能分析，太阳能学报，Vol.21, No.2, pp.121-127, 2000。 EI摘引号:EX00095312336. [17]康艳兵，张寅平，朱颖秋，江亿，相变蓄热同心套管传热模型和性能分析，太阳能学报,Vol.20, No.1,1999,pp.20-25。EI摘引号:EX99094800154. [18] Zhu Yinqiu, Zhang Yinping, Jiang Yi and Kang Yanbing, Thermal storage and heat transfer in phase change material outside a circular tube with axial variation of the heat transfer fluid temperature, Solar Energy Engineering, Transactions of ASME, Vol.121, No.3, 1999, 145-149. SCI 摘引号:241AD。EI摘引号:EX99104847663. [19] 江邑、张寅平、江亿、康艳兵，板式相变储换热器的储换热准则，清华大学学报,1999，No.11,pp.86-89. EI摘引号:EX00045122471. [20]Zhang Yinping, Su Yan, Zhu Yingxin, Hu Xianxu, A general model for analyzing the thermal performance of the heat charging and discharging processes of latent heat thermal energy storage systems, Journal of Solar Energy Engineering, Transactions of ASME. No.3, Aug., 2001, pp.232-236. SCI摘引号:461JJ。 [21]Zhu Yingxin, Zhang Yinping et al., Heat transrer processes during an unfixed solid phase change material melting outside a horizontal tube, Inter. J. of Thermal Physics, (2001)40, pp.550-563. SCI摘引号:453QE. [22]江邑，张寅平,徐继军,江亿,康艳兵，板式相变储换热器储换热性能实验研究，太阳能学报，Vol.21, No.4, 2000, pp.358-363. [23]张寅平, D.Steiner, M.Groll,非接触式汽液固系统储换热性能的理论研究，太阳能学报,Vol. 20, No.1,1999,pp.64-68。EI摘引号:EX99094800162. [24]张寅平,D.Steiner,M.Groll,非接触式汽液固系统储换热性能的实验研究，太阳能学报, 1998, Vol.19, No.4, pp.352-359。EI摘引号:EX99094800114. [25]徐慧，杨睿，张寅平，相变微胶囊功能热流体的研制和性能研究，科学通报已接收，即将发表。SCI摘引期刊. [26]Hu Xianxu, Zhang Yinping, Novel insight and numerical analysis of convective heat transfer enhancement with microencapsulated phase change material slurries: laminar flow in a circular tube with constant heat flow, Inter. J. of Heat and Mass Transfer, 45(2002), 3163-3172. SCI摘引号:560CN, EI摘引号:EX 02287014211 [27]张寅平, 胡先旭, 郝磬, 王馨, 等热流圆管内潜热型功能热流体层流换热的内热源模型及应用, 中国科学,2003，33卷，第2期。英文版已接收，即将发表。SCI摘引期刊 [28]Zhang Yinping, Hu Xianxu, Wang Xin, Theoretical analysis of convective heat transfer enhancement of microencapsulated phase change material slurries, Journal of Heat and Mass Transfer, in press. [29]Xin Wang, Yinping Zhang, Xianxu Hu, Turbulent heat transfer enhancement of microencapsulated phase change material slurries with constant wall heat flux, accepted by Proc.ICEE2003, Shanghai, 2003. [30] 胡先旭, 潜热型功能热流体储传热机理研究及应用初探，清华大学工学硕士学位论文，指导教授：张寅平，2002。 [31] 秦鹏华，杨睿，张寅平，定形相变材料的研制及热性能分析，2002年暖通空调年会论文集，清华大学学报已接收，即将发表。 [32]林坤平, 张寅平, 狄洪发, 江亿, 相变蓄热电加热地板的优点与应用可行性分析, 暖通空调已接收，即将发表。 [33]林坤平，张寅平，定形相变材料蓄热电加热地板采暖系统的热性能分析，工程热物理年会传热传质学术会议论文集，257～260，2002年10月，上海，清华大学学报已接收，即将发表。 [34]林坤平, 张寅平, 江亿, 我国不同气候地区夏季相变墙房间热性能模拟和评价, 太阳能学报已接收，即将发表。 [35]林坤平, 张寅平, 钟志鹏, 江亿, 夏季”空调”型相变墙热设计方法, 太阳能学报已接收, 即将发表. [36]Yanbing Kang, Yi Jiang, Yinping Zhang, Modeling and experimental study on an innovative passive cooling system-NVP System. Energy and Building, in press. [37]康艳兵, 江亿, 张寅平, 夜间通风相变贮能吊顶系统实验分析, 建筑学报, 2002年第7期。 [38]Kang Yanbing, Zhang Yinping, Jiang Yi, Study on Thermal Energy Storage by PCM with Night Ventilation in Summer, Proc. of ISHVAC99’, Shenzhen, 1999,pp.540-548. ISTP摘引. [39]张寅平，江亿, 王智超，狄洪发, 高温相变电取暖器，专利号, No.99214838.3, 已授权. [40]Wang Xin, Liu Jing, Zhang Yinping, Di Hongfa, Guo Xutao, Research on a high-temperature phase change thermal energy storage heater, accepted by Proc.ISHVAC2003, Beijing, 2003. [41]Ying Xu, Yinping Zhang, A new mass transfer based model for analyzing VOC emissions from building materials, Atmospheric Environment. In press. SCI摘引期刊，影响因子1.9。 [42]Yinping Zhang, Ying Xu, Characteristics and formulae of VOC emissions from building materials, submitted to Inter. J. of Heat and Mass Transfer. [43]Qingyuan Wang, Yinping Zhang, Xinke Wang, Rongyi Zhao, A new method of measuring VOC emission rates of dry building materials under various background concentration, submitted to Environment Science and Technology. [44] T Cheng, X Li, Y Zhang, Y Jiang, Prediction of volatile organic compounds concentration in buildings (part 1: modeling), 8th International Conference on Air Distribution in Rooms (Roomvent), Sept.;2002, Copenhagen, Demark. [45] X Li, T Cheng, Y Zhang, Y Jiang, Prediction of volatile organic compounds concentration in buildings (part 2: Application of the model), 8th International Conference on Air Distribution in Rooms (Roomvent), Sept.;2002, Copenhagen, Demark.. [46] T Cheng, J Yi, Y Xu and Y Zhang, A universal model of volatile organic compounds in room, Proc. Of 9th Inter. Conf. on Indoor Air Quality and Climate, Vol.3, Monterey, California, June 30-July 5, 2002, pp.250-255. [47] Y Zhang, R Yang, Y Xu and R Zhao, A model of photocatalytic air cleaner of analyzing the performance of removing VOCs in indoor air and its application, 8th International Conference on Air Distribution in Rooms (Roomvent), Sept.;2002, Copenhagen, Demark. [48] 杨瑞，张寅平, 光催化反应器性能参数及其简便测试方法,工程热物理年会传热传质学术会议论文集，2002年10月，pp877～880上海, 工程热物理学报已接收，即将发表。 [49] R. Yang, Y.P. Zhang, R.Y. Zhao, Effects of mixing different adsorbents with nanometer titania on photocatalytic reaction effectiveness of dilute toluene, accepted by ASHRAE Transactions, 2003. [50]张寅平，杨瑞，江亿等，单元结构式光催化空气净化杀菌装置，申请号：02240514.3。 [51]张寅平，杨瑞，江亿等，梳齿迭放组合式光催化空气净化杀菌装置，申请号：02121329.1。 [52] Zhang Yinping, Jiang Yi, et al., Analysis of Thermal Performance and Energy Saving Effect of Membrane Based Heat Recovery Ventilator, Energy-The International Journal, Vol.25, 2000, pp.515-527. SCI摘引号:313AR. EI摘引号: EX00065194742 [53] Zhang Lizhi, Jiang Yi, Zhang Yinping, Membrane-based humidity pump: performance and limitations, J. of Membrane Science 171: (2), 207-216, Jun 30, 2000. SCI摘引号:317JT. [54] 张寅平，朱颖心，江亿，水－空气处理系统全热交换模型和性能分析，清华大学学报(自然科学版)，1999年，第39卷，第10期，pp.35-38。 4．拟开展的研究工作 4.1 项目提出背景 随着现代科学技术的高速发展，热量传递问题大量出现在动力、冶金、石油、化工、材料等工程领域以及航空、电子、核能等高技术领域，因此，强化传热技术在近几十年获得了广泛重视和长足发展。强化传热不仅可提高传热速率，而且可降低传热设备和热量输运系统的尺寸和初投资，同时可大大降低热量输运过程中的能耗，对我国的节能和环保意义重大。 对流强化换热可分为以下两大类：无源强化换热技术(或称被动技术)和有源强化换热技术(或称有源技术)，前者不需额外的动力，而后者需借助外加动力如机械力和电磁力等方法实现。按照Bergles的分类，无源技术可分为下列8种[1－7]：(1)表面处理，多用于沸腾和凝结换热；(2)粗糙表面；(3)扩展表面；(4)绕流元件；(5)旋流发生器；(6)螺旋管；(7)表面张力器件；(8)添加物。有源技术可分为如下6种[8－11]：(1)机械搅动；(2)表面振动；(3)流体振动；(4)电磁场；(5)喷注和抽吸；(6)射流冲击。而很多实际应用中，无源技术系强化换热的主流。但一个普遍的问题是，传热流体本身的物性没有明显优化，比热没有明显提高，换言之，对给定的传送能量和给定的传热温差，流体的流量不能减小，流体输送功耗较大；强化换热的同时增大了流动阻力，实际应用中换热强化后的系统综合性能难以明显改善。 在传热强化的机理研究方面，文献[12]提出了一些新概念和新方法[12]。对流换热中的边界层方程和热传导方程具有相似性，对流换热中的对流项可视为热传导中的内热源或内热汇项。要强化对流换热, 应加大对流方程中的“等效热源项”。具体方式有三种：增加Re数、Pr数；提高无量纲温度、速度分布的均匀性；降低温度场中温度梯度与流动速度间的夹角。上述理论为研究强化传热提供了有力手段，但考虑的基本为常物性问题，对如何通过改变流体的比热特征即加入相变微粒强化流体换热还未涉及。 随着材料科学的迅速发展，近年来国际上开展了潜热型热功能流体(英文名为latent functionally thermal fluid)的应用基础研究。它是由不同方法特制的相变材料微粒(一般为高分子材料，尺寸多为μm量级)和单相传热流体混合构成的一种固液多相流体。与普通单相传热流体相比, 由于相变材料微粒固液相变过程中吸收或释放潜热，因此在其相变温度段，该类多相混合流体有很大的表观比热(apparent specific heat)，且由于