张小斌，1976.03，男，博士，教授，博士生导师，制冷与低温研究所副所长

主要从事低温流体流量计研制、基于层析成像技术(ECT)的两相反演成像技术；超导磁体冷却系统、低温流体两相流动和传热的理论分析、计算流体力学(CFD)方法数值建模及实验可视化研究。具体内容包括液氢科里奥利流量计、液氢平衡流量计、ECT传感器及测量系统、低温流体液泛机理，超导磁体低温冷却系统设计，超流氦冷却系统及空分用规整填料精馏塔流动和传热传质特性等。      

负责国家重点研发项目1项，国家自然科学基金资金4项，作为主要研究者参与国家自然科学基金重点基金和重大研发项目各1项；获得浙江省杰出青年基金；负责完成973及863子课题各1项；完成浙江省自然科学基金及科技厅面上项目各1项。      

获得教育部高等学校科学研究技术发明奖二等奖(2013年，排名：2/6)；浙江省科技进步奖二等奖(2012年，排名：2/9)；中国制冷学会科技奖-青年奖（2014年）；浙江省杰出青年基金获得者（2015）；浙江大学首批求是青年学者(2011年)。以第一或通讯作者在International Journal of Heat and Mass Transfer, International Journal of Hydrogen Energy, Chemical Engineering Science, Cryogenics等期刊共发表SCI检索论文55篇；EI论文23篇；授权中国发明专利19项（第一发明人）。 

工作简历

1995.09～1999.07      哈尔滨工业大学  热能动力工程 本科

1999.09～2001.07      哈尔滨工业大学  工程热物理 硕士

2001.09～2005.03      哈尔滨工业大学  制冷与低温工程 博士

2005.04～2005.08      浙江大学  制冷与低温研究所 学科博士后

2005.09～2007.09      浙江大学  制冷与低温研究所 师资博士后

2007.10～2015.12      浙江大学  制冷与低温研究所 副教授，博士生导师，求是青年学者

2016.01~                    浙江大学 制冷与低温研究所，教授，博士生导师，副所长

2008.09～2010.06      美国宾夕法尼亚大学  机械工程及应用力学系 访问学者，新星计划

2012.10～2012.11      澳大利亚新南威尔士大学  中澳青年科学家交流学者

2016.07~2016.09       澳大利亚新南威尔士大学，高级访问学者

1. 硕士论文：高温稀薄气体的DSMC模拟。哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所，1999-09-2001-07.

2. 博士论文：BEPCII SCQ、SSM超导磁体电流引线设计。哈尔滨工业大学低温与超导技术研究所，2001-09~2004-12

3. 博士后论文：脉管制冷机直接冷却小型超导磁体的研制。浙江大学制冷与低温研究所，2005-04~2007-09
   

4. LNG接收终端设计与运行技术研究前期调研，2005-02-04~2007-01-04

5. 跨临界低温流体汽蚀特性研究，国家自然科学基金，2008-01-01~2010-12-31

6. 液化天然气接受终端冷能综合利用研究（2007风险基金项目），中国石油天然气股份有限公司，2007-09-01~2008-12-30

7. 冷端气库型脉管制冷机研制，浙江省科技厅项目，2009-01-01~2010-12-31

8. 高压气体储罐的CFD模拟，液化空气（杭州）有限公司，2011-02-24~2011-05-24

9. 大尺度混和流与非定常流动界面形成规律，科技部973子课题，2011-01-01~2015-08-31

10. 铝条RRR值测量，西门子麦迪特（深圳）磁共振有限公司，2012-03-16~2012-06-15
    

11. 低温流体非稳态汽蚀形成机理可视化研究，国家自然科学基金，2012-01-01~2016-12-31

12. 深低温流体非稳态汽蚀过程数理模型和实验研究，浙江省自然科学基金，2012-01-01~2014-12-31

13. RRR值测量，西门子（中国）有限公司，2013-06-01~2013-07-01

14. 高转速深低温泵全尺寸汽蚀特性研究，浙江省杰出青年基金，2015.01-2018.12

15. 管内低温两相流液泛发生机理及流型识别方法研究，国家自然科学基金，2016.01-2019.12

16. 深低温精馏过程强化机理研究，国家自然科学基金重点项目，2017-2021，（参与）

17. 低温氧氮分离提升方法，国家重点研发计划课题，2017-07~2020-12，（参与）

18. 基于电容的低温两相流相分布及空泡率反演理论和测量方法研究，国家自然科学基金，2020.1-2023.12

19. 高精度氢能计量装备研发及应用，浙江省重点研发计划（2021C01099），2021.01-2023.12
    

20. 液氢转注、输送和长期高密度存储技术。国家重点研发计划（SQ2022YFB4000047), 2022.12-2026.11

201011-201101，冬  人工环境测试技术          本科生 

201109-201111，秋，超导技术及其应用，     本科生

201111-201201，冬，制冷与低温测试技术， 本科生

201209-201211，秋，液体输送现象建模，   硕士生

201211-201301，冬，超导技术及其应用，      本科生

201211-201301，冬，制冷与低温测试技术，   本科生

201211-201301，冬，低温流体相变现象建模，博士生

201309-201311，秋，超导技术及其应用，       本科生

201309-201311，秋，液体输送现象建模，     硕士生

201311-201401，冬，制冷与低温测试技术，    本科生

201311-201401，冬，低温流体相变现象建模，  博士生

201409-201411，秋，超导技术及其应用，         本科生

201411-201501，冬，制冷与低温测试技术，     本科生

201409-201411，秋，液体输送现象建模，         硕士生

201411-201501，冬，低温流体相变现象建模， 博士生

201511-201601，冬，制冷与低温测试技术，  本科生

201509-201511，秋，液体输送现象建模，    硕士生

201511-201601，冬，低温流体相变现象建模， 博士生

201603-201605，春，CFD技术及其应用，    本科生

201609-201611，秋，制冷与低温测试技术，  本科生

201611-201701，冬，课程设计-低温空分流程设计 本科生

201611-201701，冬，低温流体相变现象建模， 博士生

201709-201711，秋，CFD技术及其应用，    本科生

201711-201801，冬，制冷与低温测试技术，  本科生

201711-201801，冬，课程设计-低温空分流程设计 本科生

201711-201801，冬，低温流体相变现象建模， 博士生

201809-201811，秋，CFD技术及其应用，    本科生

201811-201901，冬，制冷与低温测试技术，  本科生

201811-201901，冬，课程设计-低温空分流程设计 本科生

201811-201901，冬，低温流体相变现象建模， 博士生

201911-202001，冬，制冷与低温测试技术，  本科生

201911-202001，冬，课程设计-低温空分流程设计 本科生

201911-202001，冬，低温流体相变现象建模， 博士生

博士论文内容：北京正负电子对撞机重大改造项目(BEPCⅡ)中单个超导聚焦四极磁体(SCQ)采用6对电流引线，分别为1对设计电流1600A的电流引线，2对设计电流630A的电流引线，1根设计电流150A的电流引线和5根设计电流75A的电流引线。超导探测器磁体(SSM)通过1对设计电流4000A的电流引线传输磁体励磁电流。通过理论分析、有限体积法数值计算以及利用大型CFD、FEM软件包Fluent6.0和ANSYS7.0数值模拟等方法，优化了用于BEPCⅡ的电流引线，对低温系统阀箱、多通道传输管线等其他设备的热应力、漏热等进行了数值模拟验算。参考并改进美国布鲁海文国家实验室g-2磁体电流引线结构，改进了多层套管结构的电流引线以及绝缘子等附属部件。进行了电流引线的实验，对用于电流引线的纯铜的物性参数值进行了实验测量。

博士后研究内容：脉管制冷机直接冷却小型超导磁体的研制（中国博士后科学基金资助）：对脉管制冷机进行了理论、数值及实验研究：1）结合线性理论和热力学分析方法研究了气库体积对小孔型和双向进气型脉管制冷机性能的影响，提出气库和脉管体积比应大于5；2）用简化线性理论分析了小孔型和双向进气型脉管制冷机性能及优化参数，在此基础上，用完整线性理论对上述脉管制冷机进行了深入研究；3）首次提出了在脉管制冷机冷端增加气库的新颖调相结构并申请了专利，理论分析发现该结构能大大提高脉管制冷机制冷量，并能提高制冷效率；4）对小孔型脉管制冷机进行了计算流体力学CFD数值研究，在理论上发现脉管内存在涡流，证实涡流是导致脉管冷端温度不稳定的内在因素，并对涡流产生原因进行了分析，提出了遏制涡流的方法；5）研制了一台冷端气库型脉管制冷机，在相同输入功率下，50K温度时制冷效率提升37.4%。

参加工作以来：围绕超导磁体冷却、低温贮箱设计等低温流体两相流动及绝热问题，在低温冷却系统设计、低温流体吸湿和低温精馏等领域开展了长期研究。具体包括：1）大型超导磁体液氦、超流氦冷却可视化系统设计。2）低温气蚀研究：液氢、液氧等低温工质往往工作在临界点附近，汽蚀极易发生，进而引起系统消极影响。3）绝热泡沫物性实验研究：为减少重量，贮箱普遍采用导热系数小、密度低、机械强度高的聚氨酯泡沫塑料作为液氢液氧储箱绝热材料，因此，泡沫塑料处于高低温循环及高湿度等极端恶劣环境，其热应力强度、与贮箱壁面的粘结性及吸湿性能，是贮箱设计计算的关键数据之一。泡沫塑料也是大型风洞的内绝热材料。4）低温精馏研究：另外，深低温精馏方法依然是制取大流量高纯度液氧的主要方法。围绕低温流体传热传质过程急待解决的上述关键科学问题，本人长期开展深低温流体汽蚀、低温精馏及泡沫低温绝热技术研究，取得的学术贡献和创新成果如下：

创新成果一：深低温流体汽蚀机理研究

相比于室温流体汽蚀过程温度不变，低温流体汽蚀过程热效应和可压缩性不可忽略，饱和压力-温度变化剧烈，导致汽蚀数值计算高度非线性，实验研究及其困难。对单气泡动力学及气泡群动力学（汽蚀）展开研究。首先考虑表面张力影响，得到了深低温流体单个气泡在过热液体中包含惯性控制阶段、传热控制阶段及两者过渡阶段的完整成长过程的理论解，结果比未考虑表面张力的Plesset-Zwick模型及Forster-Zuber模型更符合实验数据；基于单气泡动力学，针对现有汽蚀模型不能准确反映汽蚀尾部射流及动态脱离壁面问题，结合热力学相平衡理论，提出了新的动态汽蚀模型，解决了低温流体汽蚀过程气泡直径和压力动态耦合问题；构建了复杂几何下考虑热效应及可压缩性的非稳态汽蚀数值模型，准确捕捉到了液氮/液氢与实验一致的热效应及尾部射流现象；首次发现了液氢可压缩性及内部涡流耦合影响引起的局部汽蚀“下蛋式”高频间歇脱落特性；建立了修正的k-ε湍流模型建模低温流体汽蚀过程的网格密度及边界处理准则；基于构建的汽蚀数值模型，得到了跨临界液氢/液氧流量计算方法。

 以上研究成果，是获得浙江省科学技术二等奖的主要研究成果之一。

创新成果二：泡沫塑料深低温绝热技术研究，建立了材料强度、粘结性及吸湿特性的检测方法

共研制了4套泡沫塑料性能测试实验系统，分别是：1）温度循环条件下材料与金属壁面粘结特性测试平台-深低温应力环境下泡沫材料粘结特性试验台设计制造; 2）泡沫塑料吸湿增重实验装置-液氮温区 ；3）液氢温区泡沫塑料吸湿增重实验及实验装置研制；4）热应力循环条件下泡沫材料强度测试平台-泡沫塑料绝热结构件低温强度试验。基于这些装置获得的数据已用以指导设计。

基于热力学理论及数值方法，创造性的提出了冷端气库型脉管制冷机结构，实验测试证实其在相同回热器热端工质流量时，相比于传统的双向进气型，制冷量在40K时提高105.7%，50K时提高了37.4%，解决了泡沫塑料低于液氮温度环境营造的冷源问题。提出宽温区泡沫塑料吸湿增重测试方法，基于两台单级脉管制冷机、低温绝热、高精度恒温恒湿等技术，解决了实验装置面临的高温高湿非真空环境下深低温绝热、大样本直接冷却到液氢温区的难题，成功研制了国际首套液氢温区，国内首套液氮温区吸湿增重实验装置以及液氮温区泡沫塑料粘滞特性实验装置。系统揭示了泡沫塑料低温吸湿增重过程机理、制定了样本装配标准和降温加湿过程及称重规范；获得了一批液氢、液氧和常温温区泡沫塑料吸湿增重数据，建立了泡沫塑料吸湿性能评价方法。

以上研究成果，获得了2013年教育部高等学校科研成果技术发明二等奖。

创新成果三：深低温精馏机理研究，提出了传热传质计算的混合级模型；阐明了低温流体液泛发生机理，建立液泛计算关联式；解决了液氮池沸腾数值建模的基础物理模型问题。

基于压降、传质速率和液泛预测等关联式的规整填料精馏计算是精馏塔设计与动态控制的基本。针对复杂精馏计算过程中，平衡级模型易收敛，但精度差，而非平衡级模型计算精度高，但收敛困难的问题，提出了混合级模型。通过引入分离效率函数得到三对角矩阵，用Thomas方法快速求解，解决了低温精馏计算过程中准确性与快速求解的矛盾。在液泛研究方面，基于经典的Kelvin-Helmholtz稳定性理论，将倾斜管内界面波的二维模型扩展到三维，提出了波数与近壁面湍流混合长度的关联式，首次得到倾斜管内室温/低温流体统一的液泛预测关联式，并数值和实验验证，解决了大倾角圆管液泛预测问题。首次实验上获得液泛速度图谱；提出了规整填料塔内两相流动数值建模一种新的三维代表性几何结构，重现了填料内液体复杂流动条件，系统揭示了重力两相流动及压降的影响机理。基于液氮池态沸腾可视化实验，测得气泡脱离直径、频率以及数密度分布与热流密度（过热度）的关系，构建的池沸腾换热数值模型与实验结果一致，解决了该过程传热精确建模的基础物理量计算模型问题。

1.  张小斌，夏涛，朱文俐，胡正根。一种材料深低温漏热率测量装置和方法。授权日：2022.3.29，专利号：202110436313.1

2.  张小斌，夏涛，谢黄骏，一种低温流体文丘里管内流动三维电容层析成像装置。授权日：2021.01.05，专利号：202010357506.3

3.  张小斌，谢黄骏。一种管内低温流体空泡率测量装置及方法。授权日：2020.12.25，专利号：201811197916.5

4.  张小斌，谢黄骏，余柳，周芮，朱佳凯，王彬，王舜浩。一种低温流体管内流动层析成像装置。授权日：2020.8.5，专利号：201711264162.6

5.  谢黄骏，张小斌，郑旭东。一种应用于低温流体两相流相分布测量的电容层析成像传感器。授权日：2020.7.30，专利号：201910796019.4

6.  张小斌，谢黄骏，余柳，朱佳凯，王彬，王舜浩。一种应用于低温流体的交错电极式电容层析成像装置。授权日：2020.5.21，专利号：201711264164.5

7.  张小斌，谢黄骏，余柳，周芮，朱佳凯，王彬，王舜浩。一种应用于低温环境的中心轴式电容层析成像装置。授权日：2020.04.15，专利号：201711264246.X

8.  张小斌，王彬，王舜浩。一种应用于77~90K温区范围的热电偶标定装置。授权日：2019.5.30,专利号：201811019612.X

9.  张小斌，谢黄骏，朱佳凯。一种77K~90K温区热电偶标定系统及方法。授权日：2018.09.20，专利号：201610332690.X

10.  张小斌，王宇辰，陈建业。一种低温电容式空泡率测量装置。授权日：  2018.6.1，专利号：201510365937.3

11.  张小斌，朱佳凯，余柳。可拆卸低温流体可视化视窗、装置和容器。授权日：2018.4.3，专利号：201510590914.2

12.  张小斌，徐璐，朱佳凯。一种套管密封组件。授权日：2017.2.28，授权号：201510148141.2

13.  张小斌，陈建业。一种深低温两相逆流过程可视化实验装置。授权日：  2015.04.15，授权号：201310144553.X

14.  张小斌，朱佳凯。一种自密封低温流体可视化装置。申请日： 2015.03.26，授权号：201510136432X

15. 张小斌，朱佳凯，邱利民等。一种低温绝热用泡沫塑料吸湿增重测量装置。申请日：2012.11.09，授权号：201210447308.1

16.  张小斌，邱利民，项世军。 一种利用液化天然气冷能制取干冰的方法. 2012.5, 授权号：201010231698.X

17.  张小斌，吴钊，邱利民。利用汽车振动能的脉管制冷机系统. 2013.1,授权号：201110194110.2

18.  张小斌，邱利民。 低温绝热用泡沫塑料增重测量装置. 2012.11, 授权号：201110203678.6

19.  张小斌，姚蕾。一种深低温非金属管路的密封接头. 2012.10, 授权号: 201110205558.X    

20.  张小斌，邱利民。带冷端气库的脉管制冷机，2008，授权号:200610050569.4

软件著作权

      1. 夏涛，张小斌，谢黄骏，田泽南。电容层析成像仿真与实验平台V1.0. 完成时间：2021.01.25，登记号：2021SR0397045 

 1. 甘智华，张小斌，王博，制冷与低温测试技术，浙江大学出版社，2011.06

 2. Zhang XB, Zhu JK. Chaper:  Cavitation flow of cryogenic fluids. Handbook of Multiphase Flow Science and Technology, editor: Yeoh.H.Guan. Springer Publication.2018

 3.  Xiaobin Zhang, Jianye Chen. Chaper: Flooding Phenomenon of Cryogenic Liquids. Handbook of Multiphase Flow Science and Technology, editor: Yeoh.H.Guan. Springer Publication.2018

1、张学军，张小斌等，文物热湿环境控制技术研究及应用，2012年浙江省科技进步奖二等奖

2、邱利民，张小斌等，绝热泡沫塑料低温吸湿增重测试技术及应用，高等学校技术发明奖，二等，2013，教育部

3、张小斌，中国制冷学会科技奖-青年奖，中国制冷学会，2014年

4、张小斌，节流器件全尺寸汽蚀特性研究，浙江省杰出青年基金，2015

5、张小斌，浙江大学奖教金，2012

6、张小斌，浙江大学优质奖教金，2016