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曹强  副教授、博导

出生年月：1985年10月

联系地址：上海市曹安公路4800号同济大学机械与能源工程学院制冷与低温工程研究所

办公室： 同济大学开物馆（机械能源学院）B416室

邮政编码：201804

E-mail：QiangCao@tongji.edu.cn

   
教育背景                                                              

2012年   浙江大学 制冷及低温专业，博士

（2012年2-5月 美国国家标准技术研究院（NIST），访问学者）

2006年   浙江大学 热能与动力专业（制冷与低温方向），学士
工作经历

2020.12至今    同济大学 机械与能源工程学院，副教授，博士生导师

2014.9-2020.12 同济大学 机械与能源工程学院，助理教授，硕士生导师   2013.1 -2014.1 挪威国家科技工业研究院（SINTEF），访问学者
主要研究方向

交变流动热力学

回热式低温制冷技术

气体液化与储运技术



主持的科研项目

主持国家自然科学基金2项、校科研计划2项、校企合作项目3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. 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）；

  4. 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”；

  5. 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）；

  6. 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）；

  7. 2020-2021：校企合作项目“新型换热器设计技术开发”（甲方：昊姆（上海）节能科技有限公司）。


科研简介

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 have achieved 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 significant improvements of our understanding of regenerators”。而《Applied Energy》评阅人更是热情洋溢地指出 “It is a very interesting and valuable paper that shows that for temperatures near 4 K, it is possible to greatly increase the COP…The paper may stimulate much additional experimental 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” Applied Energy”（ 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！

学术兼职

  1. 上海市制冷学会会员、美国低温学会会员

  2. 国际低温与制冷大会（ICCR 2018）、2019年全国低温工程大会分会场主席

  3. 《Applied Energy》、《Heat Transfer Research》、《Drying Technology》、《Advances in Mechanical Engineering》 等国际著名热学杂志审稿人


奖励与荣誉

  1. “同济大学本科生优秀导师”（ 2019年度）

  2. “同济大学优秀实习指导教师”（ 2015-2019年）荣誉称号

  3. 同济大学教学成果奖三等奖（2018年）

  4. 美国数学建模竞赛（2018年）一等奖指导教师


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），相关荣誉评审中


教学课程

热工仪表及测量技术（又称“建筑环境及能源系统测试技术及设备”）、低温技术与现代科技、冷藏链技术、低温技术、制冷与低温技术前沿导论等。

代表性论文

其中SCI（一作或通讯）9篇，JCR Q1 5篇，中科院一区3篇

  1. Cao, Q., Sun, Z.; Li, Z.; Luan, M.; Tang, X.; Li, P.; Jiang, Z.; Wei, L. *, Reduction of real gas losses with a DC flow in the regenerator of the refrigeration cycle. Applied Energy, 2019. 235: p. 139-146 (IF=9.75, JCR Q1, 中科院一区top)

  2. Cao, Q. *, Attainability of the Carnot efficiency with real gases in the regenerator of the refrigeration cycle. Applied Energy, 2018. 220(15): p. 705–712. (IF=9.75, JCR Q1, 中科院一区top)

  3. Cao Q, Luan MK, Huo B, Li ZM, Sun Z, Li P, Wu Y, Wei L *, Jiang ZH. Reduction of real gas losses with a DC flow in the practical regenerator of the refrigeration cycle. Applied Thermal Engineering. 2021. 183(Part 1): p. 116123. (IF=5.30, JCR Q1, 中科院二区top)

  4. Cao Q, Luan MK, Li P, Wei L, Wu Y *. A critical review of real gas effects on the regenerative refrigerators. Journal of Thermal Science. 2021. 30(3): p. 782–806. (IF=2.44, JCR Q2, 中科院三区)

  5. Wu Y., Gao N., Niu J., Zang J., Cao Q. *, Numerical study on natural ventilation of the wind tower: Effects of combining with different window configurations in a low-rise house. Building and Environment. 2021: 188: p.107450. （通迅作者） (IF=6.46, JCR Q1, 中科院一区top)

  6. Cao Q. *, Li Z., Luan M., Sun Z., Tang X., Li P., Jiang, Z., Wei, L., Investigation on precooling effects of 4 K Stirling-type pulse tube cryocoolers.Journal of Thermal Science, 2019. 28(4): p. 714-726 (IF=2.44, JCR Q2, 中科院三区)

  7. Wei, L., Wu, M., Yan, M., Liu, S., Cao, Q.*, Wang, H., A Review on Electrothermal Modeling of Supercapacitors for Energy Storage Applications. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2019. 7(3): p. 1677 - 1690.（通迅作者）(IF=4.47, JCR Q1, 中科院二区)

  8. 曹强，栾铭凯，李子木，陈超杰，霍斌，李芃. 回热器中实际气体相关损失的研究综述,第十四届全国低温工程大会论文集, 2019. 第722-730页

  9. 孙正, 曹强, 李子木, 栾铭凯, 李芃, 可控直流对于单级脉管制冷机的影响研究. 低温工程, 2019(1): 第8-12页

  10. Huang, C., Cao, Q., Zhi, X., Xia, X., Qiu, L., Effects of DC flow on pulse tube cryocooler working at liquid hydrogen and liquid nitrogen temperatures. Applied Thermal Engineering, 2018. 137: p. 451-460. (IF=5.30, JCR Q1, 中科院二区top)

  11. Cao, Q., Real gas effects on the COP of regenerators working at low temperatures, in International Cryocooler Conference. 2016. p. 319-323.

  12. Cao Q, Qiu LM, Gan Z.H. Real gas effects on the temperature profile of regenerators. Cryogenics. 2014; 61: P. 31-37. (IF=2.23, JCR Q2, 中科院三区)

  13. Cao Q, Qiu LM, Zhi XQ, Han L, Gan ZH, et al. Impedance magnitude optimization of the regenerator in Stirling pulse tube cryocoolers working at liquid-helium temperatures. Cryogenics. 2013; 58: p. 38–44. (IF=2.23, JCR Q2, 中科院三区)

  14. Qiu LM, Cao Q, Zhi XQ, Gan ZH, Yu YB, Liu Y. A three-stage Stirling pulse tube cryocooler operating below the critical point of helium-4. Cryogenics. 2011;51 (10):609-12. (IF=2.23, JCR Q2, 中科院三区)

  15. Qiu LM, Cao Q, Zhi XQ, Han L, Gan ZH, Yu YB, et al. Operating characteristics of a three-stage Stirling pulse tube cryocooler operating near 5 K. Cryogenics2012;52 (7-9):382-8. (IF=2.23, JCR Q2, 中科院三区)

  16. 曹强, 邱利民, 甘智华, 俞益波, 植晓琴. 单级斯特林型脉管制冷机的能量流分析. 工程热物理学报. 2011(6):905-9.

  17. Cao Q, Qiu LM, Gan ZH, Yu YB, Zhi XQ. A Three-stage Stirling Pulse Tube Cryocooler Approaching 4 K.  Cryocoolers 16: Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York; 2011. p. 19-26.

申请并授权发明专利5项（近5年）

  1. 曹强, 代海斌，孙正. 一种脉管膨胀效率高的脉管制冷机, 2020年7月授权，专利号：ZL201710389449.5.

  2. 曹强, 吕维勋，孙正, 一种多层复合型回热材料及其应用，2020年7月授权，专利号：ZL201710675735.8

  3. 曹强，林玉哲.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。发明专利，2017年5月授权，专利号：ZL201510155086.X

  4. 曹强, 栾铭凯，霍斌. 一种采用直流的回热式制冷机高效液化系统. 2020年12月授权，专利号：ZL2020217943812

  5. 吕维勋, 曹强, 唐晓, 孙正, 李子木, 李芃. 一种可变孔隙率的丸状回

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