同济大学
导师风采
曹强
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个人信息

Personal Information

  • 副教授
  • 导师类别:硕士,博士生导师
  • 性别: 男
  • 学历:博士研究生
  • 学位:博士

联系方式

Contact Information

  • 所属院系:机械与能源工程学院
  • 所属专业: 动力工程及工程热物理  、 能源动力
  • 邮箱 : qiangcao@tongji.edu.cn
  • 工作电话 : -

个人简介

Personal Profile

曹强,副教授,博导,制冷与低温专业,深入研究交变流动低温制冷工作机理,使斯特林型脉管制冷机实现3.60 K最低温度。深入研究液氦温区实际气体效应,解决了这个困扰业内三十年以上的难题难题,取得了原创性成果。在业内提出分布式热力循环理论,并具有提高低温气体液化效率提高50%以上的技术潜力。

  • 研究方向Research Directions
制冷与低温工程,储能科学与技术
2. 机电结构优化与控制 研究内容:在对机电结构进行分析和优化的基础上,运用控制理论进行结构参数的调整,使结构性能满足设计要求。1. 仿生结构材料拓扑优化设计, 仿生机械设计 研究内容:以仿生结构为研究对象,运用连续体结构拓扑优化设计理论和方法,对多相仿生结构(机构)材料进行2. 机电结构优化与控制 研究内容:在对机电结构进行分析和优化的基础上,运用控制理论进行结构参数的调整,使结构性能满足设计要求。1. 仿生结构材料拓扑优化设计, 仿生机械设计 研究内容:以仿生结构为研究对象,运用连续体结构拓扑优化设计理论和方法,对多相仿生结构(机构)材料进行整体布局设计。 整体布局设计。
团队展示

优秀毕业生

1.  孙正(2019届),“同济大学优秀硕士学位论文”获得者

2.  李子木(2020届),“同济大学优秀硕士学位论文”、“同济大学优秀硕士奖学金” 获得者

3. 栾铭凯(2021届),“同济大学优秀硕士学位论文”获得者

4. 王苗苗(2024届),“同济大学优秀硕士学位论文”获得者


项目情况

主持国家自然科学基金2项、上海市自然科学基金1项、校科研计划2项、校企合作项目4项。

1.     2022-2025 国家自然科学基金面上项目“深低温回热式制冷系统中实际气体效应损失的削减方法研究”;

2.     2016-2018 国家自然科学基金青年项目“基于回热制冷系统的直流影响机理与有效利用研究”;

3.     2023-2026 上海市自然科学基金,“温位分布式回热制冷循环理论与氢气低温冷却技术研究”;

4.     2017-2018同济大学中央高校基本科研业务费-学科交叉类项目“超级电容储能系统电-热融合模型与优化管理研究”(与电信学院合作);

5.     2015-2016 同济大学青年优秀人才培养行动计划“回热循环制冷效率研究”;

6.     2017-2020:校企合作项目 “斯特林回热器制冷测试系统研制”(甲方:中船重工集团下属企业);

7.     2020-2023:校企合作项目“大功率液氮温区斯特林制冷机设计技术服务” (甲方:中船集团下属研究所);

8.     2020-2021:校企合作项目“新型换热器设计技术开发”(甲方:上海一家著名节能科技有限公司);

9.     2023-2024:校际合作项目“热声驱动脉冲管制冷机的模拟与制造技术”(甲方:北京一家985高校);


报考意向
招生信息
机械与能源工程学院
硕士研究生
  • 序号
  • 专业
  • 招生人数
  • 年份
博士研究生
  • 序号
  • 专业
  • 招生人数
  • 年份
报考意向
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毕业院校:
所学专业:
报考类型:
博士
硕士
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备注:
科研项目

主持国家自然科学基金2项、上海市自然科学基金1项、校科研计划2项、校企合作项目4项。

1.     2022-2025 国家自然科学基金面上项目“深低温回热式制冷系统中实际气体效应损失的削减方法研究”;

2.     2016-2018 国家自然科学基金青年项目“基于回热制冷系统的直流影响机理与有效利用研究”;

3.     2023-2026 上海市自然科学基金,“温位分布式回热制冷循环理论与氢气低温冷却技术研究”;

4.     2017-2018同济大学中央高校基本科研业务费-学科交叉类项目“超级电容储能系统电-热融合模型与优化管理研究”(与电信学院合作);

5.     2015-2016 同济大学青年优秀人才培养行动计划“回热循环制冷效率研究”;

6.     2017-2020:校企合作项目 “斯特林回热器制冷测试系统研制”(甲方:中船重工集团下属企业);

7.     2020-2023:校企合作项目“大功率液氮温区斯特林制冷机设计技术服务” (甲方:中船集团下属研究所);

8.     2020-2021:校企合作项目“新型换热器设计技术开发”(甲方:上海一家著名节能科技有限公司);

9.     2023-2024:校际合作项目“热声驱动脉冲管制冷机的模拟与制造技术”(甲方:北京一家985高校);


研究成果

一、深入研究交变流动低温制冷工作机理,实现3.60 K最低温度

低温制冷是众多高科技的重要支撑技术。长寿命的深低温空间冷源是CNSA、NASA、ESA等航天机构半世纪以来寻求的一个重要目标。

本人在理论与实验方面研究液氦温区斯特林型脉管制冷机理,获得了本领域国际一流成果。师承邱利民教授(杰青、长江)与甘智华教授,在杰出青年科学基金项目与自然科学基金项目的支持下,自主设计了多级斯特林型脉管制冷机,获得了低于5 K的最低温度,在世界上同类型制冷机中首个实现液氦温区制冷,该研究显著推动了可应用于空间的脉管制冷机的世界前沿。Radebaugh博士(NIST Fellow, 低温制冷机领域领军人物)在合作邀请信中写到“We are eager to collaborate with you... The results you haveachieved with helium-4 working fluid are very impressive”。2018年在同济大学实现了3.6 K的深低温,进一步推动了空间用脉管制冷机研究的前沿。

二、交变流中微量直流的精确控制与测量技术

交变流中的直流对于制冷性能和制冷机的稳定运行影响巨大。由于直流的大小是交流峰值的1/1000量级,且受温度、压力等参数影响,自1990年双向进气发明以来,传统的测动态质量流,以及测温度分布的间接指示等方法均无法精确测量和控制直流。本人提出独特方法,实现直流与交流的完全分离,首次实现直流的精确测量,精度可达1/10000量级,达10 μg/s。并且具有长期稳定的突出优点。在25 K温区实现制冷温度降6 K且制冷效率提高1.5倍的优点。通过发明专利“一种可提高制冷效率的可控直流装置及改进型脉管制冷机”(专利号:ZL201510155086.X)可实现长寿命稳定运行,应用于空间用制冷机。

三、深入研究实际气体难题,取得了原创性成果

实际气体效应是低温制冷机领域的世界难题,该效应可造成液氦温区80%以上的损失,自1990年代世界各国专家纷纷开展研究。本人基于热力学分析,证明国外流传多年的理论的错误,发现了解决实际气体效应问题的真正要素。在国家自然科学基金的支持下,提出了可实现卡诺效率的原创性理论方案,相关研究发表在能源领域著名国际期刊《Applied Energy》(影响因子9.75)上。美国NASA艾姆斯研究中心前研究员、著名低温专家Peter Kittel指出该研究“could lead to significantimprovements of our understanding of regenerators”。而《Applied Energy》评阅人更是热情洋溢地指出 “It is a veryinteresting and valuable paper that shows that for temperatures near 4 K, it ispossible to greatly increase the COP…The paper may stimulate much additionalexperimental research for improving regenerative refrigerators”。进一步推导了直流相关理论模型。在临界温度以下温区,最大可得到40%以上的相对卡诺效率。该部分被能源领域著名杂志” AppliedEnergy”( 影响因子9.75)收录。该研究为提高液氢温区、液氦温区的制冷效率和液化效率打下了重要理论基础。

四、气体液化与储运前沿研究(及招生)

氢能是未来的绿色能源,是“双碳”战略的必经之路,氢的液态储运(-253℃)是最高效的储运方式,同时也是最具挑战的技术。基于实际气体效应原创性理论和国家自然科学基金支持(2022年1月正式启动),本小组正在开展大幅提高液化效率、存储效率的研究,热忱欢迎有志青年报考、推免研究生、博士生、博士后,携手创造无愧于时代的前沿科技!


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