工程热物理与能源环境研究所
【总体介绍】
本研究所共有教师12名，其中教授/研究员4名、副教授/副研究员4名、讲师/助理研究员4名。近年来承担国家自然科学基金项目，省部级重大重点科技攻关项目，以及企业横向协作项目等课题40余项。
本研究所主要研究方向为强化传热传质理论及先进装备开发技术、可再生能源高效转存理论及先进储能技术、热工关键设备多物理场耦合机理及燃烧调控技术、废弃物资源化原理及低品位原料回收利用技术和能源动力系统关键部件可靠性分析及数字化设计技术。主要针对能源与环境中热科学问题“能源传递过程强化及污染控制”，研究能量转换、传递、储存和利用过程中基本规律和机制，研发能源高效清洁利用新技术、新工艺及其关键装备，提出技术节能、结构节能、管理节能和低碳排放等方面的合理化建议与措施。
【研究方向】
1. 强化传热传质理论及先进装备开发技术
2. 可再生能源高效转存理论及先进储能技术
3. 热工关键设备多物理场耦合机理及燃烧调控技术
4. 废弃物资源化原理及低品位原料回收利用技术
5. 能源动力系统关键部件可靠性分析及数字化设计技术
【成员介绍】
周俊杰 曹海亮 郭茶秀 李火银 李言钦 张东伟
付卫东 田禾青 王保东 王培萍 汤松臻 余银生
【主要科研成果】
1、传热传质强化节能技术及先进装备
基于CFD技术和反方法对汽车和家用空调等领域常用的管翅式强化表面进行反演优化分析，研究了强化换热表面流道内速度场、压力场和温度场等多物理场的耦合规律，从换热与减阻两方面分析了节能机理；构建了多个强化传热表面分布参数反问题的求解模型，形成了一套从经验参数系统反向设计与分布参数反向设计的切实可行的产品开发方法，达到了对换热器强化表面开发的主动可控；在电子器件高效散热方面，创新性地提出多种微细通道沸腾强化结构，对其进行了科学合理的可视化沸腾换热实验，系统研究了微细槽道几何参数对其表面强化沸腾换热特性的影响规律，获得了其表面强化换热作用机理；基于分子动力学构建了沸腾、蒸发和凝结的微观计算模型，揭示亲疏水表面、粗糙表面等表面传热机理；搭建了脉动热管性能测试和可视化实验测试系统，探讨了纳米流体浓度、加热功率对脉动热管启动特性及传热性能的影响，分析了脉动热管内气液两相流动形态的振荡规律，进一步揭示了超声波与纳米颗粒的复合强化传热机理；在多组分复杂介质余热回收方面，研究了烟气中飞灰颗粒、酸蒸气在换热表面的沉积特性，考察了结构参数和运行参数对综合性能的影响机制，揭示了余热利用中多形态热质传递机理，进而开发了多种多组分工业余热高效利用设备。还对跨临界CO2热泵系统进行了优化，搭建了实验系统，构建了系统仿真模型。
2、可再生能源高效转换及存储理论及技术
建立了熔盐复合相变材料的微观模型，发展了对复合相变材料储热性能参数数值预测方法，得到了熔盐复合相变材料的相变特性，观测到了熔盐复合相变材料固-液相变过程中固-液微观界面行为和动态演变过程及微观结构转变特征；进一步构建了单壁碳纳米管复合相变材料的微观模型，揭示了单壁碳纳米管强化相变材料储热性能的微观机理，采用单壁碳纳米管表面电荷修饰方法实现了复合相变材料的导热性能的有效调控；研究了金属（金属氧化物）在高温液相熔盐中溶解的机理，开发均匀分散、稳定悬浮的熔盐纳米流体，实现熔盐储热材料的稳定高效利用；制备了石墨泡沫/共晶盐复合相变材料，分析了主要制备参数（熔融浸渗温度、熔融浸渗时间）对储能密度的影响，进一步建立了采用石墨泡沫/共晶盐复合相变材料的高温相变储能系统的数学物理模型，研究了复合相变材料储能过程及其影响因素（自然对流、石墨泡沫孔隙度、相变储热器几何尺寸），获得了相变储能单元最佳储能特性时的石墨泡沫孔隙度。还对燃料电池复合发电系统和生物质气化进行了研究，并构建了燃料电池多尺度仿真模型和气化过程及关键设备仿真模型。
3、燃烧系统关键设备多物理场耦合分析及燃烧诊断
针对目前微小空间内液体燃料燃烧速率和效率较低以及燃烧器热损失较大和结构复杂的不足，开发了多孔介质液体燃料自输运微能源系统，利用热光伏模块将微燃烧的热能转化为电能，设计了单管多孔介质液体燃料微燃烧器和回热型双管多孔介质液体燃料微燃烧器，考察了两种燃烧器的燃烧功率、过量空气系数对乙醇燃料微燃烧的燃烧效率、出口气体温度、燃烧器外壁面温度的影响。针对煤气化方面，研究了煤粉气化炉、水煤浆气化炉及多元料浆气化炉内流场、温度场及浓度场的分布情况，分析了运行及结构参数对气化炉出口有效气含量及碳转化率的影响，提出了新型气化炉及烧嘴设计方案，构建了IGCC蒸汽联合循环发电系统，系统研究了影响因素的变化规律。针对清洁高效燃烧方面，研究了W型火焰锅炉煤燃烧、双切圆锅炉催化燃烧、循环流化床锅炉内生物质/煤掺烧、流化床锅炉内干化污泥焚烧等过程中燃烧及污染物生成特性，对关键结构和运行参数进行了优化，对燃烧反应机理进行了分析。针对氮氧化物脱除方面，从微观角度研究了氨气在催化剂表面吸附机理，探讨了碱金属、碱金属氯化物，重金属引起催化剂中毒的作用机制，进而设计出多种可使催化剂活性增强的新型催化剂，从宏观角度建立脱硝反应器数学模型，分析了运行参数、催化剂床层参数、导流板参数等对脱硝效率的影响，探讨了喷氨的控制策略，整体上构建了脱硝过程的多尺度仿真模型。同时还对声波法重建流场进行了，构建了小波重建算法，搭建了声波测量实验台，并在电厂中进行了实践应用。
4、废弃物及低品位原料的资源化回收利用技术
针对污泥脱水方面，研究了螺旋挤压机内污泥脱水特性，分析了螺旋直径、挤压腔长度和出料口锥体角度、螺旋的螺距及转速对污泥含水率的影响，确定了螺旋挤压机的设计方案；设计了太阳能热泵污泥干燥系统，并对污泥干燥室内的温度场、浓度场进行仿真，确定了太阳能污泥干燥室的设计方法和运行方式。针对工业循环水资源化技术方面，开发了新型电化学水处理和自动清理装置，实现了工业循环水中钙镁离子的高效脱除。针对低品位矿物浮选利用方面，研究了矿物晶体结构与其浮选性能的内在关联，开展了浮选药剂分子结构的量化计算，揭示了不同溶液环境下捕收剂与矿物表面的吸附机理，实现了特定矿物新型捕收剂的分子设计；建立了搅拌充气式浮选槽内液-固-气三相流的数学模型，研究了浮选槽内气液分散特性，分析了转子速度、充气速度对流场的影响规律，揭示了搅拌充气式浮选槽矿物浮选性能强化机制。
5、能源动力系统关键部件可靠性分析及优化
针对汽轮机叶片可靠性方面，从微观角度构建了镍基合金中的基体相和强化相的晶体模型，从表面吸附能、空位能和电子结构等方面揭示了镍基合金中合金相的氧化机理，并分析了不同Ti/Al比对镍基合金对弹性性质的影响；从宏观角度对汽轮机叶片进行了流-固-热多场耦合模拟，分析了端部二次流的产生原因，提出了利用弯扭叶片减少二次流的措施，对改进后的弯扭叶片进行流固耦合分析验证其综合性能，并对弯扭叶片的操作参数进行了优化设计，使得等熵效率和轴功率增加，最大应力显著降低。针对客车车身轻量化及疲劳分析方面，以某型客车车身骨架为研究对象，建立梁单元的车身骨架有限元模型，对弯曲、扭转、紧急制动及急转弯等工况进行强度刚度仿真评估，并对客车车身骨架的模态和疲劳寿命进行计算，进而对该骨架模型进行轻量化改进，实现了满足强度刚度及频率约束条件下整车骨架减重约6％的目标。此外，本团队还对煤化工设备、压力容器、阀门、锚杆和风机等关键部件进行了强度评估。
研究所承担科研项目】
1、国家自然科学基金面上项目：基于CFD技术和反方法的强化传热表面开发研究
2、国家自然科学基金面上项目：新型双层多孔介质微小燃烧器自输运液膜燃烧机理研究
3、国家自然科学基金面上项目：面向太阳能热发电系统的石墨泡沫/共晶盐相变储能机理研究
4、国家自然科学基金面上项目：基于声波法测量的炉内燃烧流场重建方法及多场耦合机制
5、国家自然科学基金青年项目：国家自然科学基金青年基金项目“新型超绝热微尺度燃烧透平发电系统的研制
6、国家自然科学基金青年项目：超声波激励下脉动热管的启动特性及多场耦合强化的机理研究
7、国家自然科学基金青年项目：基于金属在熔盐中的溶解强化熔盐比热容机理研究
8、国家自然科学基金青年项目：燃煤锅炉烟气冷却器积灰与流动换热过程耦合作用机理及协同优化研究
9、河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目：金属氧化物在液相熔盐中的溶解及其对导热性能强化研究
10、河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目：太阳能热发电系统的相变储能装置开发与研究
11、河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目：基于微结构表面流动池沸腾复合环路热管的新型电子器件散热装置
12、河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目：垃圾焚烧系统受热面颗粒沉积机理、自清洁表面构筑及智能诊断研究
研究所成员简介
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【个人简介】 |
周俊杰，1974年生，工学博士（西安交通大学），工程热物理与能源环境研究所所长，教授，研究生导师，曾挂职河南省发改委能源局煤炭处副处长和太康县产业聚集区主任助理。主要学术兼职：中国能源学会、中国制冷学会、中国化学学会、中国仪表学会和中国双法学会会员，建筑材料学报，郑州大学学报等多个期刊审稿人。 |
【研究方向】 |
姓名 |
周俊杰 |
能源转换与储存机理，储能材料与装置设计开发，强化传热传质理论，先进热管理技术，能源审计与评估方法，环境污染物控制，低品位燃料燃烧，多尺度仿真方法及工程应用，多学科优化设计及工程反演，多能源互补及虚拟设计，多物理场耦合及反求设计 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称/职务 |
教授/所长 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
共发表SCI、EI和中文核心期刊论文50余篇，出版著作2部，获授权专利10余项，软件著作权3项，河南省科技进步奖二等奖1项、周口市科技进步奖二等奖2项，数字仿真杰出贡献奖1项，河南省研究生优秀指导教师称号，主持国家自然基金项目1项、其他项目10余项。 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
zhoujj@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
曹海亮，工学博士（中国科学技术大学），教授，硕士研究生导师，河南省青年骨干教师，河南省教育厅学术技术带头人，美国罗切斯特理工学院访问学者。 |
【研究方向】 |
姓名 |
曹海亮 |
强化换热新技术及高效过程设备研究；沸腾换热及微电子芯片散热研究； 微尺度燃烧、换热及微能源系统研究；化工设备设计及化工设计 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称/职务 |
教授/副所长 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
共主持2项国家自然科学基金项目，3项河南省厅级重点研究项目，横向项目多项。5项科研项目成果通过了河南省科技厅鉴定，获广东省科技进步三等奖、河南省教育厅科技成果奖一等奖1项，河南省科学技术进步奖二等奖1项。在《Energy Conversion and Management》、《Energy》、《化工学报》、《内燃机学报》、《工程热物理学报》和《力学学报》等期刊上发表论文40余篇，出版著作1部。 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
caohl@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
郭茶秀，工学博士[华东理工大学]，郑州大学机械与动力工程学院教授。曾赴德国、日本、美国等国家进行访问学者研究工作和学术交流。河南省高校青年骨干教师，河南省节能专家、安全评价专家，《Int. J. Heat and Mass Transfer》、《储能科学与技术》、《化工学报》等国际国内学术期刊审稿人。 |
【研究方向】 |
姓名 |
郭茶秀 |
太阳能热利用技术；储热材料和储热系统；多尺度传热强化研究；新能源汽车动力电池热管理；电子器件/设备散热；材料及设备安全性能的研究与评估；工业企业节能技术研究与评估 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
教授 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
主持了国家自然科学基金项目、河南省科技攻关计划项目和河南省高校重点科研项目等一系列重点项目。主持完成了企业节能及安全的产学研合作项目多项。作为主要完成人先后参与“九五”、“十五”等国家重点科技攻关计划。获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步二等奖3项。在《Energy Conversion and Management》等国内外核心刊物和国际会议上发表论文近50余篇，出版专著2本。 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
guochaxiu@sina.com |
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【个人简介】 |
李火银，1963年生，教授。1998-2002年，日本筑波大学毕业，获得工学博士学位；2002-2006，日本学术振兴学会研究员，东京大学博士后研究员，东京大学客座副教授。 1993年获得国家教育部“优秀教学成果二等奖”一项；1997年获得煤炭部科技进步三等奖一项。 |
【研究方向】 |
姓名 |
李火银 |
能源管理体系的建立与认证；能源审计报告编制与评审； 固定资产投资项目节能评估报告编制与审查；节能规划报告编制与审查 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
教授 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
主持和参与完成多项科研项目，在国内外学术期刊发表论文50余篇。从2007年开始，开展政策和技术培训、现场指导、报告编写与审查等，成功案例100多例。如：中孚集团铝业有限公司；神马集团的帘子布有限公司；广东中烟；濮阳中原大化；洛阳氟化科技有限公司；新乡孟电集团；郑州市热力公司，等等。 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
hyli@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
张东伟，河南开封人，副教授，硕士生导师，2013年获西安交通大学动力工程及工程热物理专业博士学位。郑州大学动力工程及工程热物理专业博士后，美国堪萨斯大学访问学者，江苏省“双创博士”技术人才，河南省科学技术协会青年托举人才，郑州大学青年骨干教师。指导学生获得中国制冷空调竞赛河南省二等奖、美国数学建模竞赛一等奖、国家级科技创新比赛特等奖等多项奖励。 |
【研究方向】 |
姓名 |
张东伟 |
近年来主要从事热力系统能量转换、制冷热泵技术和强化传热技术方面的研究，主要涉及脉动热管及超声外场强化技术、二氧化碳热泵性能分析及应用研究等。具体研究方向包括：传热传质强化节能技术；热力系统能量转换技术；新型制冷热泵技术 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
副教授 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
【科研业绩】 |
邮编 |
450001 |
承担国家自然科学基金1项，河南省高等学校重点科研项目1项，高等学校能源动力类新工科研究与实践项目1项，江苏省绿色过程装备重点实验室开放课题1项，参与国家自然科学基金项目3项、横向课题6项。发表论文30余篇，参编专业教材1部。 |
邮箱 |
zhangdw@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
李言钦，工学博士（华中科技大学），郑州大学能源与动力工程学院副教授。曾赴加拿大、美国、瑞典等国开展博士后和访问学者研究。Energy, Chemical Engineering Journal, Measurement, Powder Technology, Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control 等国际SCI期刊审稿人。 |
【研究方向】 |
姓名 |
李言钦 |
声学法物理量测量理论与技术，燃烧，多相流，等离子体。 建模方法，C++ , MATLAB, 以及COMSOL, Gaussian等数值计算 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
副教授 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
主持国家自然科学基金项目；与宝钢公司、湖北电力试验研究院等企业/院所合作开展横向科研项目研究。获得美国国家专利1项，中国国家发明专利若干；在Energy、Measurement、Journal of the Acoustical Society of America、Powder Technology、中国电机工程学报、动力工程学报等中英文期刊发表30余篇文章。 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
liyq@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
田禾青，1987年生，直聘副教授，硕士生导师，获中山大学动力工程及工程热物理专业博士学位。郑州大学材料科学与工程专业博士后。 |
【研究方向】 |
姓名 |
田禾青 |
低温制冷、相变储能材料的设计、制备，热物性的测量及强化等。 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称/职务 |
副教授 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
主持国家自然科学基金项目、河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目、郑州大学青年教师专项科研启动项目，作为骨干成员参与2项国家自然科学基金重点项目及国家自然科学基金面上项目等科研项目。获国家发明专利2项，在国际权威学术刊物和国家核心期刊发表学术论文10余篇。 |
邮编 |
450001 |
联系电话 |
13610156327 |
邮箱 |
tianhq@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
付卫东，汉族，1963年5月，博士，副教授、高工，硕士生导师。 现任中国制冷及低温工程协会高级会员，热能与动力工程协会会员。 |
【研究方向】 |
姓名 |
付卫东 |
企业节能及管理体系，工艺设备及流体机械节能技术，热能与动力工程节能仿真，工业系统节能技术、建筑节能技术、节能评估、能源审计。 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
副教授、高工 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
完成年生产40万吨紧固件项目（一期）节能报告、正阳垃圾焚烧厂节能报告、正阳君乐宝年产18万吨酸奶项目节能报告、获嘉县国土局节能改造；完成中孚热力发电公司节能管理体系建立；周口红高粱节能报告、平顶山热力工程节能报告、新乡天冠乙醇能源审计及规划。从事过人工智能培植箱研发，智能热量表测试机理研究等。近年来发表学术论文30余篇，其中EI收录十余篇。主编出版著作《泵与风机节能技术》，《能源工程与节能技术》。获得发明专利十余项。 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
Dwfu2001@163.com |
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【个人简介】 |
王保东，1968年生，工学硕士（郑州工业大学），讲师。 |
【研究方向】 |
姓名 |
王保东 |
制冷工程与设备 节能技术 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
讲师 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
获得国家发明专利1项（冷暖型空调热水器）； 参与完成横向科研项目多项 发表论文多篇，参编出版著作2部（热泵与中央空调节能技术、化工设计） 指导本科生获2015年第二届河南省制冷空调科技竞赛一等奖 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
wangbaodong@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
王培萍，1975年生，工学硕士，讲师，主要从事能源与动力工程专业《锅炉原理》、《汽轮机原理》的教学工作，教学效果优秀，得到学生的一致认可。获得全国压力容器设计审批员A级资质和全国压力容器鉴定评审员资质、全国安全评价师二级资质。 |
【研究方向】 |
姓名 |
王培萍 |
主要从事电站锅炉低负荷稳定燃烧及受热面结渣、积灰的预防等研究工作、压力容器的规则设计工作。 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
讲师 |
【科研业绩】 |
通讯地址 |
郑州市高新区大学科技园西区 |
共发表论文数十篇，合作出版著作2部，参与自然科学基金1项，参与了省内上百家企业的压力容器生产许可的取证和换证评审工作，设计的多台压力容器产品已投产运行。 |
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2号楼A座22楼西北户 |
邮编 |
450001 |
邮箱 |
wppyhh@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
汤松臻，河南南阳人，直聘副教授，硕士生导师，获西安交通大学动力工程及工程热物理专业博士学位，师从何雅玲院士。郑州大学材料科学与工程专业博士后，河南省科学技术协会青年托举人才，中国化工学会会员，河南省制冷学会会员。担任Applied Thermal Enginnering、中国科学技术科学、科学通报等期刊审稿人。 |
【研究方向】 |
姓名 |
汤松臻 |
传热传质强化节能技术及先进装备、工业含尘废气余热利用技术及装备 相变储热过程传热传质及强化、煤气化技术及关键设备研发 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
副教授 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
【科研业绩】 |
邮编 |
450001 |
主持国家自然科学基金青年基金1项，中国博士后科学基金面上项目1项，河南省博士后基金1项，河南省重点研发与推广专项(科技攻关)项目1项，郑州大学拔尖博士科研启动项目1项，参与国家973计划、国家重点研发计划等多项课题。在本领域国内外学术期刊上发表论文30余篇，获授权发明专利18项，参与国家标准1项。 |
邮箱 |
sztang@zzu.edu.cn |
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【个人简介】 |
余银生，博士，现任郑州大学机械与动力工程学院直聘副研究员，美国哥伦比亚大学访问学者。重庆大学核工程与核技术工学学士学位，西安交通大学动力工程及工程热物理工学博士学位。曾主持西安交通大学基本科研业务费，作为主研人员参与国家重点研发计划子课题，国家自然科学基金面上项目等，目前担任Energy conversion and mangement，Journal of CO2 untilization等著名国际期刊的审稿人。 |
【研究方向】 |
姓名 |
余银生 |
为响应国家“碳中和”和“碳达峰”等重大战略，结合国家节能减排和可再生能源利用的重大需求，主要从事太阳能光热利用中的储热材料与技术、工业高温高含尘烟气的气固分离与余热利用技术与装备开发、微纳米尺度传热传质机理等方面的研究。 |
所在系所 |
工程热物理与能源环境研究所 |
职称 |
直聘副研究员 |
通讯地址 |
高新区科学大道100号 |
【科研业绩】 |
邮编 |
450001 |
已发表SCI论文12篇（其中第一作者9篇），参加工程热物理与能源利用领域的国内外会议8次，发表会议论文8篇，申请国家发明专利4项（授权2项）。 |
邮箱 |
yinshengyu@zzu.edu.cn |
