项目名称微纳尺度相界面作用机理及调控方法

项目名称：微纳尺度相界面作用机理及调控方法

提名者：中华人民共和国教育部

提名意见：

我单位认真审阅了该项目推荐书及其附件材料，确认全部材料真实有效，相关材料均符合国家科学技术奖励办公室的填写要求。

微能源系统挑战性难题是界面效应和通道尺寸效应的耦合机理，本项目围绕该关键科学问题开展了原创研究，在微能源相界面理论、测量及调控方面取得了重要进展，发现了边界条件绝对性和相对性，建立了热边界层再发展强化传热并减小阻力新原理；发现微通道沸腾传热角部核化、气泡爆炸、三区传热，提出沸腾数表征界面效应和通道尺寸效应影响沸腾传热的相对重要性；创造种子气泡传热原理和方法。已获教育部自然科学一等奖。8篇代表性论文他引796次，其中SCI他引480次，来自40个国家和地区的他引作者（含诺贝尔奖获得者1人、国内外院士15人等）正面评价项目成果，并被40余本国内外专著正面引用。徐进良连续四年入选Elsevier中国高被引科学家，担任Energies等国际期刊编委；担任第四届微纳流动会议（英国，2014）、国际传热与热力学循环会议(英国，2016)大会主席之一，是唯一来自中国的学者，主持了CO2动力循环国际会议(北京，2018)、国际传热研讨会（北京，2014）及微能源国际研讨会（三亚，2005），在国内外会议上作特邀报告30次，提升了我国学者在微能源方面的影响力。成果已应用于指导工程设计，部分成果用于小卫星微推力系统的研究，推动了多相流与微尺度热物理学科的发展，培养了活跃在国际学术前沿的研究队伍。

对照国家自然科学奖授奖条件，推荐该项目申报2019年国家自然科学二等奖。

项目简介

本项目属多相流动学及微尺度热物理学领域。航空航天及电子信息等高新技术快速发展，催生微能源系统新型学科。微能源系统指能量转换及传递发生在微小空间，实现电能生产、动力供给等功能的系统。相变型（沸腾、冷凝）微系统中固液、气液界面效应和通道尺寸效应耦合强烈，界面厚度为亚微米或纳米，通道尺寸为亚毫米、微米或纳米。连续介质力学理论难以处理微纳米界面，需建立新的理论、测量及调控方法，以探明界面效应和通道尺寸效应对能量传递的影响机理，主要发现点为：

(1)受限流动固液界面动量及能量交换物理本质：提出“三原子模型”，获得界面边界条件准则数，揭示出边界条件与固液原子相互作用参数间的关系。建立跨尺度模型，发现边界条件绝对性和相对性，揭示固液界面动量交换的物理本质。发现微通道固液界面热边界层迅速发展对传热的弱化效应，建立热边界层再发展概念强化传热并减小阻力的新原理。

(2)界面效应及通道尺寸效应对相变传热的影响机理：研究了硅微通道沸腾传热，发现了角部核化、气泡爆炸、微时间尺度脉动及三区传热。提出沸腾数表征界面效应和通道尺寸效应影响沸腾机理的相对重要性。发现弯曲界面脉动热管方波、正弦波气泡位移曲线，发现局部流动方向转换并定义该科学术语。

(3)微通道种子气泡传热原理和方法：原创性建立微通道种子气泡传热原理与方法，发现种子气泡在极低温差下触发沸腾起始点，避免微系统启动烧毁。种子气泡完全抑制不稳定流动和传热，避免交变热应力引起微系统损坏。提出了优化微通道传热的数学模型。

8篇代表性论文总他引796次，SCI他引480次。他引作者分布在40个国家和地区，含诺贝尔奖获得者Geim A.K.教授、国内外院士15人、国际传热领域最高奖ASME/AIChE Max Jakob纪念奖获得者5人、ASME传热纪念奖获得者8人及国际权威期刊主编27人，权威学会会士49人等。他引期刊包括Science, ACS Nano, Reports on Progress in Physics等权威期刊。边界条件绝对性和相对性，被美国Ho C.M.院士的实验所证实。分子动力学模型被诺贝尔奖获得者Geim A.K.院士发表在Science上的论文引用。国际制冷学会主席，塞尔维亚Hrnjak P院士、Int. J. Multiphase Flow 创刊主编及ASME传热纪念奖获得者Hetsroni G.教授等评价沸腾数为“徐等提出的沸腾数，是表征界面效应及通道尺寸效应相对重要性的关键参数”。印度Sridharan A.院士等评价“种子气泡是调控微通道沸腾传热的有效方法”。

徐进良获2014年度埃尼(Eni Award) 奖提名，被评为2012年度ASME J. Heat Transfer杂志最佳论文评阅人，担任Frontiers in Heat Pipes等杂志编委, Appl. Therm. Eng., Heat Trans. Eng.杂志Guest editor等，是第四届微纳流动会议（英国，2014）及国际传热与热力学循环会议(英国，2016)唯一来自中国的大会主席。作为大会主席主持国际传热研讨会（北京，2014）及微能源国际研讨会（三亚，2005），做国际会议特邀报告20次。

已获教育部自然科学一等奖1项。项目成果指导了我国小卫星微推力系统的研究。研制成功300W大功率LED节能灯冷却器，与传统冷却器相比，重量减少一半，LED温度降低20o C，寿命延长一倍，获得优秀创新产品金奖，专利向企业转化，推动了理论成果的应用。项目促进了热物理和微系统间的学科交叉。

客观评价

8篇代表性论文总他引796次，SCI他引480次。他引作者分布在40个国家和地区，含诺贝尔奖获得者Geim A.K.教授，ASME/AIChE Max Jakob传热纪念奖（国际传热领域最高奖）获得者5人，美国ASME传热纪念奖获得者8人，国际权威期刊主编27人，权威学会会士49人。他引期刊包括Science, ACS Nano, Reports on Progress in Physics, Energy等。(注:以下文献号为代表性论文序号)。发现点一：阐明相界面动量及能量交换的物理本质

美国工程院院士，加州大学Ho C.M.教授实验证实了徐[1]发现的“边界条件绝对性和相对性”，指出“5 μm深的通道未发现滑移，由徐[1]的发现来解释，对稍大通道，滑移长度不受通道尺寸影响”。

美国自然科学基金委流体力学项目部主任，俄克拉荷马大学Papavassiliou D.V.教授指出“李和徐提出了三原子模型，获得了新的固液界面边界条件准则数λ，在理论上建立了滑移长度与固液原子相互作用参数间的函数关系”。

ASME J. Fluid Eng.副主编，美国堪萨斯州立大学Zheng Z.C.教授用大篇幅引用[1]的数学模型及发现。指出“分子-连续力学混合方法与文1类似，滑移长度在5σ附近不变，与文1结论一致，滑移长度与通道尺寸无关”。

诺贝尔物理奖获得者, Geim A.K.院士指出“基于徐[2]和其他学者的水在碳纳米管及憎水性纳米孔中的水渗透机理，我们建议水在二维石墨烯纳米孔中的低摩擦流”。

美国化学工程师学会(AIChE)催化及反应工程第一副主席Mills P.L.教授指出“徐[3]提出采用热边界层再发展强化传热，对于微换热器设计特别有效，普通换热器传热系数小于2kW/m2K，新概念换热器传热系数可达到20kW/m2K，传热系数提高十倍”。

Int. J. Multiphase Flow 创刊主编/ASME传热纪念奖获得者Hetsroni G.教授用14行文字评价代表性论文3，指出“徐等[3]研究了新模型..... 由于"有效流动长度"缩短，传热极大强化，阻力显著降低”。

发现点二：揭示界面效应及通道尺寸效应对相变传热的影响机理

ASME杰出贡献奖获得者Bar-Cohen A.教授、Hetsroni G.教授指出“徐等[5]建立了沸腾传热机理的关键准则，揭示了蒸发动量力和惯性力对沸腾传热的相对重要性”。

Int. J. Therm. Sci.荣誉主编，德国达姆施塔特科技大学Stephan P教授指出“徐等给出了清晰的证明，三角形通道中，气泡产生于角部”；“徐等报道了相界面运动速度的基础数据”。

国际氨制冷学会主席，塞尔维亚Hrnjak P院士指出“徐等[5]建立了瞬态流型