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刘马林——2020年度中国颗粒学会青年颗粒学奖获得者

发布时间:2021年1月6日 来源:中国颗粒学会

刘马林,清华大学,核能与新能源技术研究院副教授,博士生导师,新材料研究室副主任。

人物简介:

2000年9月进入清华大学化学工程系就读,2002年9月辅修清华大学计算机系计算机应用专业;2004年7月获工学学士学位,同时获清华大学辅修专业毕业证书。其间2008年7月至2009年2月在美国The Ohio State University交流访问;2009年7月获清华大学工学博士学位。2009年8月留校工作,担任助理研究员;2012 年12月晋升为副研究员;2015年7月开始担任清华大学核研院新材料研究室副主任;2016年7月晋升为教研系列副教授,博士生导师。

参与研究成果入选“2013-2015中国十大核科技进展”,2013 年入选北京市高等学校青年英才项目,2017 年入选北京市优秀人才青年骨干项目,2018年获清华大学“学术新人奖”,2019年获中国核能行业协会科技进步一等奖,2020年入选江苏省“双创人才”计划,2020年获中国颗粒学会“青年颗粒学奖”。

研究方向为核燃料颗粒学,属于颗粒学和先进核燃料交叉领域,具体研究内容涉及:能源颗粒,颗粒流态化及包覆,核燃料基体微纳颗粒制备和表面改性,研究目标为先进核燃料设计、制备与性能评价,聚焦国家核能重点需求开展基础和应用研究。目前已发表学术论文103篇,其中SCI论文52篇,EI和国际会议论文33篇,中文核心论文11篇。已申请专利45项,获批中国专利26项,国际专利1项,参与撰写著作2部(1部受邀主编),另获软件著作权5项。作为负责人主持各类项目13项(包括国家自然科学基金3项,国家重点研发计划1项,国家科技重大专项1项等),另参与国家科技重大专项,国防科工局科技开发项目等各类项目8项。

 

成果简介:

1) 在颗粒流化包覆过程监控上,发明了流化床包覆过程关键参数在线监控方法和技术。通过测量颗粒包覆过程中产生的压差和脉动信号及其信号解析,实现了反应器内流化的颗粒粒径变化的实验测定和过程监控。发展了基于特征矩阵和“分解-降维法”的Landweber图像重构算法,提出用于测量复杂入口结构浅层密相喷动流化的“填补法”ECT技术,采用PIV以及压力脉动信号频谱分析等多相流动测量手段,对高密度、大直径颗粒在单孔-多孔-多环斜孔式新型反应器的流化规律进行测量,推导得到基于气固质量和动能守恒的流态化“环-核”数学模型,获得高密度颗粒“单频-双频-多频”喷动流化流型相图。

2) 在颗粒流化模拟和混合特征分析方面,首先基于颗粒配位数概念,提出不依赖于网格和颗粒颜色的颗粒混合度新型表征因子(mixing index),并用于多孔喷动床中颗粒混合的精确描述。针对复杂入口结构的流化床大规模颗粒流态化问题,提出了基于“多重虚拟网格”和并行数据传递的CFD-DEM模拟技术,据此实现了多环斜孔式喷动流化床中千万级别颗粒流态化行为模拟,进而基于研究结果提出了流化床反应器气体分配器创新设计。以“动量传递,质量传递,热量传递-化学反应耦合”为科学核心,基于颗粒运动和包覆层生长机理,建立了新的流化床-化学气相沉积颗粒包覆CFD-DEM-CVD模型,进一步的,考虑气相裂解“gas-to-particle”成核机理,以及“气相-纳米粒子-基体颗粒”三相相互作用,建立新的CFD-DEM-PBM模型,实现了流化床-化学气相沉积颗粒包覆过程的数值模拟,研究了包覆效果的参数依赖关系,并基于模拟结果提出“有效包覆区-过渡包覆区”概念和放大准则,用于流化床包覆反应器的放大生产线设计。

3) 以先进的事故容错核燃料(ATF)-全陶瓷式微胶囊型燃料(FCM)制备工艺研发为目标,探索流化床-化学气相沉积过程纳米颗粒材料调控机理,建立纳米颗粒“碰撞-聚并-烧结”过程模拟模型,提出了流化床-化学气相沉积原位制备和液相法制备“核(SiC)-壳(烧结助剂)”结构颗粒方法,研发了ATF-FCM核燃料SiC基体“低温-均匀晶粒”烧结工艺,为先进核燃料制备和性能调控提供理论基础。

4) 在工程建设方面,作为研究骨干承担高温气冷堆核电站示范工程国家科技重大专项核心子课题,对核燃料包覆颗粒的微观机理进行创造性研究,通过过程解耦和子系统分解优化设计,建立完整工艺包,实现工艺标准化、自动化和四层气相沉积的连续进行,大幅提高生产效率和质量稳定性。此工艺包成功应用于世界上首条第四代先进核反应堆燃料包覆颗粒商业化生产线建设。本人在一线参与生产线建设全过程,实现并亲历了实验室研发的流化床-化学气相沉积颗粒包覆技术到工业生产力的转化,为我国第四代核电技术商业化以及“中国核电走出国门”做出微薄贡献。

5) 积极探索颗粒学在先进核燃料研究领域的研究范畴和学术内涵,发展颗粒学和先进核能的交叉应用结合点,多次总结交叉领域的研究成果,撰写多篇综述,形成了鲜明的研究特色。例如2013年《化工流化床技术在铀燃料循环工业中的应用》、2014年《颗粒学在高温气冷堆核能工程中的应用》、2016年《流化床-化学气相沉积技术的应用及研究进展》、2019年《流化床-化学气相沉积技术在先进核燃料制备中的应用进展》等。

 

学术研究脉络图

 

中国颗粒学会青年颗粒学奖
奖项介绍
中国颗粒学会青年颗粒学奖是中国颗粒学会设立的奖项,旨在奖励:在颗粒学及其相关领域的基础理论或应用研究中取得突出成果的卓越青年科技人才。

奖项历史
1994年,中国科学院过程工程研究所郭慕孙院士将他获得的何梁何利基金奖的全部奖金(10万港元)和一些积蓄(5万元人民币)捐赠给中国颗粒学会,作为"青年颗粒学基金",并建议设立中国颗粒学会青年颗粒学奖,旨在鼓励颗粒学领域内青年科技工作者奋发进取,促进人才成长。

1997年,中国颗粒学会利用"青年颗粒学基金"设立了"青年颗粒学奖"。

2002年起,"中国颗粒学会青年颗粒学奖"的评选与中国颗粒学会每两年一次的学术年会同步进行,奖励从事科学研究和在企业工作的青年同志若干名,奖项的颁奖仪式在年会大会上举行。

2007年8月,经国家科学奖励办公室正式批准,"中国颗粒学会青年颗粒学奖"成为国家承认的社会力量设立的科学技术奖。

经过二十余年的发展,中国颗粒学会青年颗粒学奖已经逐步得到本领域专家、企业,特别是青年学者的认可,申请参加该奖项评选的人逐渐增加,涉及的研究范围也越来越广。

“青年颗粒学奖”申报条件:
1. 具有“献身、创新、求实、协作”的科学精神和优良的科学道德;
2. 符合以下条件之一:
1) 在颗粒学科学研究领域取得新发现、新突破,或取得阶段性或系统性创新成果,推动了学科发展;
2) 在颗粒学相关应用及工程工业领域取得独创或革新性技术突破,对国民经济或国家战略需求具有突出性实质贡献;
3) 在颗粒学相关科技普及、科技成果推广转化、科技管理工作中取得突出成绩,产生显著的经济效益、社会效益或环境效益。
3. 上述成果应在国内取得,候选人应为科研成果的首要贡献者。做出成果时一般≤40 周岁,申报时一般≤42 周岁。