2023年度工程热物理与能源利用学科国家自然科学基金管理工作综述

  2023年，国家自然科学基金委员会工程与材料科学部工程热物理与能源利用学科（以下简称“学科”）着力于推动基础研究创新发展。学科围绕国家“双碳”战略，布局了一系列紧密相关的发展的策略调研和重要类型项目，扎实推进科学基金深化改革，顺利完成了各项工作。此外，我们还对学科2023年度所有基金项目申请与资助情况、学科亮点资助成果等进行了总结。

  2023年，学科共接收各类自然科学基金项目申请总计3680项，与2022年3686项相比基本持平。其中，面上项目增加了46项，地区项目增加了29项，较2022年分别增长3.4%和2.3%，而青年科学基金项目减少了7项，较2022年减少了0.4%。2023年学科共资助各类项目606项，较2022年减少了1.6%。2023年学科各类基金项目申请和资助情况见表1。

  2023年学科共接收面上、青年、地区科学基金项目（分别对应：面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目，以下简称“面青地”项目）3182项，比2022年增长2.18%。经初审，本年度不予受理面上项目申请1项、青年科学基金项目申请1项，共计2项，根本原因是未按要求提供专家推荐信等问题。2023年7月，学科在工程与材料科学部的统一安排下组织专家对“面青地”上会项目进行会议评审，共遴选出534项项目给予资助。其中，面上项目222项，资助率16.0%；青年科学基金项目293项，资助率17.8%；地区科学基金项目19项，资助率12.4%。

  按照学科二级申请代码来分类，2023年和2022年的申请量对比情况如表2所示。其中，“E0607可再次生产的能源与新能源利用中的工程热物理问题”二级申请代码的申请量最高。其他占比较大的学科二级申请代码是“E0603传热传质学”和“E0604燃烧学”。有少量项目没选具体的二级申请代码，只选择了E06一级申请代码，但实际资助比例极非常低，建议申请人在项目申报时尽可能地选择二级申请代码，不要简单选择E06一级申请代码。

  2023年，学科接收的“面青地”项目选择的研究方向共有145个，其中，申请量排名前20的研究方向如图2所示。申请量大的研究方向包括：内燃机、生物质热解转化、热质耦合传递、多孔介质传热传质和微纳尺度流动与换热等。获批量排名前20的研究方向分布情况如图2所示，其中生物质热解转化排名第一，后面依次是多孔介质传热传质、内燃机、对流传热调控和热质耦合传递等。

  基于科学问题属性的项目分类评审是科学基金改革的重点任务，四类科学问题属性分别是A类“鼓励探索，突出原创”、B类“聚焦前沿，独辟蹊径”、C类“需求牵引，突破瓶颈”、D类“共性导向，交叉融通”。从学科2023年申请情况去看，C类项目的申请量占比最高，达到79.51%，其次是B类占比15.74%，A类和D类申请量相对较少，如图3所示。四类项目批准率从高到低依次是：B类19.36%、C类16.60%、D类11.58%、A类10.71%。

  2023年，学科继续开展“负责任、讲信誉、计贡献”的RCC评审机制工作，涉及的项目类型为面上项目和重点项目。面上项目和重点项目两类项目共计发送7368份评审通知。在临近审回日期前，通过电话和邮件等方式，一对一提醒尚未登陆系统和未下载申请书的专家，最终回收专家函评意见7368份，回收率为100%。本年度因主动表达不愿继续评审基金项目、存在长期身处国外或不再从事科研工作等情况的专家标记为“不再评审”。截止至2023年10月，共收到RCC有效反馈意见2424份。其中，面上项目有效反馈意见2256份，占调查总数的32.6%；重点项目有效反馈意见168份，占调查总数的37.5%。在函评通知邮件中添加了RCC评审机制试点简要说明。学科重点项目和面上项目RCC意见显示，未获资助重点和面上项目申报人对评审意见的正面评价（很有帮助+有帮助）占比分别是85.7%和79.0%，远高于负面评价，表明大部分评审专家提供的学术意见得到了申请人的认可。此外，RCC机制有助于辨别负责任和不负责任的专家，为学科建立评审专家信誉库提供相关依据。“面青地”项目拒绝指派评审数量和延误提交评审意见数量在执行RCC试点工作后显著增加，但重置评审意见受理的数量比2022年减少约50%，申请人申请复审意见的情况明显降低（从2022年的20项减少到2023年的5项）。

  学科扎实落实国家自然科学基金委员会评审专家被“打招呼”顽疾专项整治工作，在评审过程中增强了保密措施，优化了评审专家的组成，强化了科研人员、承担单位、评审专家以及基金委工作人员等各方在评审过程中的责任，营造风清气正的科研生态。学科严格执行“正面引导、极限防守、严肃惩戒”等要求，坚决维护自然科学基金评审的公正性。

  2023年11月27-28日，国家自然科学基金委员会第358期双清论坛“‘双碳’目标下能源转化与利用科学问题”在北京召开。本次论坛由国家自然科学基金委员会工程与材料科学部主办，论坛执行主席由中国科学院工程热物理所金红光院士、南京航空航天大学宣益民院士、西安交通大学郭烈锦院士共同担任。

  本次论坛围绕“能源低碳高效转化”“绿色氢电与长时储能”“终端用能提效减排”等3个议题，安排了3个主题报告和24个专题报告。参加会议的专家针对各个议题开展了热烈的讨论，系统梳理了能源转化与利用领域的发展动态、研究目标以及面临的挑战，凝练了重大核心科学问题并提出了初步解决思路，为国家自然科学基金委未来围绕该领域的布局提出了政策建议。

  2023年，在工程与材料科学部统一部署下，学科依托中国科学院工程热物理研究所，通过专项项目资助的形式组织学科专家开展学科基金申请代码及关键词优化工作。2023年2月，学科举办了第一次研讨会，会议总结了学科申请代码发展、基金申请现状，确定了战略专家组与领域专家组相结合的学科代码修订组织架构，提出了科学性、引领性、包容性、合理性、规范性的学科代码修订原则，给出了有利于学科发展、有利于学科交叉、有利于新兴领域、有利于问题解决、有利于申请管理的代码调整遵循。

  2023年12月，学科举办了第二次研讨会，回顾了第一次研讨会后形成的调整草案，以及学科范围内针对草案的意见征询等相关情况。参加会议的专家在最大限度地考虑学科发展前沿与国家战略需求和贯彻落实“四个面向”指示要求的基础上，建议学科在储能、氢能、减碳和低碳技术、能源系统和加强工程热物理与其他学科交叉等方面对E06下设的基金申请代码和关键词做调整和优化，以期更好地发挥学科优势解决重要问题、引领和促进学科创新发展。

  2023年2月，重点项目“规模化热能存储转换与能质调控机理和方法”举行了启动会，专家组对项目的研究思路和方案设置给予了肯定，并在高性能储能材料制备、高密度储能装置构建、规模化热能存储经济性评价等方面给出了指导性意见，也对项目协调管理提出了工作建议；重点项目“多能源互补的分布式能源系统基础研究”举行了年度进展交流会，参加会议的专家围绕多能互补分布式能量系统的理论创新、应用场景及新型系统构建等方面提出了意见和建议；重点项目“面向靶病灶精准诊疗的生物热物理基础问题研究”举行了年度进展交流会，参加会议的专家围绕基础研究与医学技术融合、理论模型创新、热物理诊疗新方法的临床前研究等方面提出了意见和建议。

  2023年10月，学科建议立项的“电制合成燃料设计与制备基础理论与关键技术”重点项目通过评审获得资助。该项目以重载动力装置重大需求为导向，拟开展电制合成燃料设计与制备基础理论与关键技术探讨研究，揭示高性能电催化剂反应活性位点和反应物分子动态演变规律，阐明电制合成燃料制备过程中的能质传递与转化机制，揭示电制合成燃料与发动机相互作用机制，提出电制合成燃料设计方法，研制高能效电制合成燃料系统样机，为电制合成燃料高效、规模化制备与利用奠定理论与技术基础，对保障我国能源安全和实现“双碳”目标具备极其重大意义。

  7月29日在天津召开生物质能利用发展的策略研讨会，围绕生物质能热化学转化基础与技术、生物质能生物化学转化基础与技术、生物质能交叉前沿等方向展开讨论，确定生物质负碳、高效、定向、高值化发展趋势，以缓解能源压力、助力“双碳”目标。

  8月25日在新疆召开煤炭绿色低碳利用基础研究及变革技术发展的策略研讨会，围绕煤炭高效低碳清洁发电技术、煤炭清洁转化技术和二氧化碳捕集利用和封存技术等方向展开讨论，提出了煤炭绿色低碳利用的发展目标及发展建议。

  9月16日在北京召开基于氢能的混合航空动力关键理论及技术发展的策略研讨会，围绕氢制备、氢储运、氢动力、氢燃烧、氢电池五个方向展开讨论，为氢能航空动力发展建言献策。

  9月17日在北京召开功率器件“热-力-电-材”融合优化战略研讨会，围绕先进测量方法、耦合机理研究、先进热管理方案、先进仿真方法、先进器件研发等方向展开讨论，形成发展共识。

  12月16-17日在北京召开“低碳能源系统发展的策略研究”研讨会，围绕基于化石能源的低碳能源系统、低碳能源高效利用系统、综合能源系统等3个方向开展研讨，明晰了高碳能源的低碳化利用、低碳能源的提质增效、综合能源互补协同发展的未来能源系统形态和亟需解决的重大关键科学问题。

  为推动面向国家“双碳”战略目标的基础研究，落实国家自然科学基金委员会《“双碳”基础研究指导纲要》，工程与材料科学部设立“双碳”专项项目“工程与材料领域低碳科学基础研究”。学科布局了“聚光太阳能全光谱光-热-储协同利用”的指南，旨在探究聚光太阳能全光谱利用的热力学极限，阐明聚光太阳能全光谱捕获过程中的多因素、多尺度效应对光热能量传输及转化影响机理，揭示极端能流条件下光场-温度场-应力场等多物理场耦合对光谱选择性吸收、能量转化和系统运行的影响规律，提出聚光太阳能全光谱利用技术的综合评价方法，建立下一代高温光-热-储系统能量传递转化与储能/释能协同调控方法。经过通讯评议和会议评审，最终资助了两项专项项目（“高温聚光太阳能系统全光谱利用机理与光-热-储-功协同调控机制”和“聚光全光谱太阳辐射非热效应与热效应协同及调控机制”）。

  2023年12月2日，由工程热物理与能源利用学科支持、中南大学主办的“第一届工程热物理与能源利用创新论坛”在长沙召开。本论坛邀请了来自全国工程热物理学界近90多所高校及科研院所300余位有较大基础研究潜力的专家学者参会。本次论坛共邀请了14位工程热物理与能源利用领域知名专家学者做大会特邀报告。各位报告专家面向国家重大需求和学科发展前沿，结合自己科学研究历程，深度分享了如何精准凝练关键科学问题、如何有效开展基础研究工作、如何切实推动研究成果落地等方面的成功经验。在交流对话环节中，特邀报告专家对与会学者提出的问题进行了深入的讨论和交流。

  本创新论坛为专家学者搭建了一个很好的交流学习的平台，有助于促进年轻学者的思考和发展，逐步提升工程热物理与能源利用学科基础研究项目的立项和执行水平，为我国能源科学技术创新发展培育后续人才队伍。

  2.7 举办第一届工程热物理与能源利用学科优秀青年学者论坛暨学科发展研讨会

  2024年1月13-14日，由工程热物理与能源利用学科支持、杭州市北京航空航天大学中法航空研究院、浙江大学能源工程学院、天目山实验室联合主办的“2024年（第一届）工程热物理与能源利用学科优秀青年学者论坛暨学科发展研讨会”在杭州召开。本次会议邀请了来自全国工程热物理与能源利用领域44所高校和科研院所的260余位高水平专家学者参会，其中绝大多数为青年学者。除大会报告外，本次会议还针对强化传热传质、低碳高效燃烧、燃烧排放控制、风光及生物质能、储能与氢能、热能转换利用、空天发动机等七个方向进行了分会场报告和研讨。参加会议的专家围绕能源转型和气候挑战等方面的国家重大需求与学科前沿动态，结合自己科研情况，深度分享了最新科研动态、展望了相关领域的未来发展的新趋势、梳理了面临的机遇与挑战。

  本届论坛为青年学者搭建了高水平学术交流平台，有助于青年学者进一步探索工程热物理与能源利用学科的发展现状和未来趋势，有助于促进青年学者思考并提升学术自信，有助于推动工程热物理与能源利用学科的发展与进步，有助于支撑我国能源科学技术创新与可持续发展。

  2023年，在国家自然科学基金项目的资助下，本学科领域内涌现出一批优秀资助成果，具体形式包括关键基础突破、重要成果应用、高水平期刊论文等。学科对这些资助成果进行了跟踪报道，现将一些有代表性的亮点成果简介如下。

  浙江大学严建华教授主持的国家自然学科基金创新研究群体项目“复杂组分固体燃料热转化机理及清洁利用”（批准号：51621005）围绕复杂组分固体燃料清洁利用开展相关基础和应用研究，在复杂组分固体燃料热转化规律、多污染物超低排放与在线检测、多相反应流场数值模拟与三维诊断等领域取得系列重要成果。群体成员发表高水平论文219篇，授权专利182个，获得国家技术发明奖一等奖、国家科技进步奖二等奖各1项，中国专利金奖1项及省部级科研奖励9项；群体成员入选中国工程院院士1人、杰青4人、万人领军3人和全国创新争先奖2人等，创办Waste Disposal & Sustainable Energy英文期刊，被EI和ESCI收录；举办国际会议16次，连续6次举办垃圾焚烧发电技术国际培训班，并应邀2次参加达沃斯论坛分享群体成果；高质量完成能源高效清洁利用全国重点实验室重组，建成固态废料能源化清洁利用技术与装备国家工程研究中心、浙江大学青山湖能源研究基地等大型科研平台。群体在固体燃料清洁利用的基础与应用研究方面取得了突出进展，已成为国际能源和环境领域具备极其重大影响力的研究团队。

  北京航空航天大学孙晓峰教授主持的国家自然基金重点项目“航空轴流压气机新气动布局基础研究”（批准号：5179510010）围绕如何突破压气机传统气动设计中遵循的定常附体流动理念，主动利用旋涡和激波来提高叶片力，探索新型气动布局开展研究。在利用非定常涡升力、对转激波增压、旋涡流动控制以及新气动布局下的稳定性控制等四个方面取得了系列开创性研究成果。完成了对转激波增压压气机试验验证，设计点压比、效率、最高压比、级载荷等方面的性能均明显提升。孙晓峰教授参加第24届ISABE并作大会主题报告，作为大会主席主办GPPS2019国际会议。在流体力学、航空航天、气动声学、湍流燃烧等领域高水平学术期刊共发表论文246篇，专著6部，授权国家发明专利71项。本项目研究成员13人次获得国家级人才计划资助。研究成果被广泛应用。

  清华大学李水清教授主持的国家杰出青年科学基金项目（批准号：51725601）围绕气固反应流离散动力学体系理论及应用开展研究，发展了多尺度颗粒离散动力学模型及快速算法，发明了追踪超细颗粒生成的相选择性激光诱导击穿光谱诊断的新方法，基于与真实场景温度和组分相似的原型实验系统揭示了非均相燃烧过程超细颗粒生成的“热解-核化-聚并”新机制，建立了超细颗粒生成过程的调控方法，成功应用于灵活调峰中高碱煤灰渣安全智能防控、探月工程月尘激扬和沉积防护、纳米氧化物关键原材料规模化制备等不同场景的工程实践，相继获得教育部自然科学一等奖、中国发明协会发明创业创新一等奖等。

  在国家自然科学基金项目（批准号：52006085）的资助下，华中科技大学庞元杰教授、金健副教授利用高压装置和催化剂上的创新，以电催化二氧化碳还原技术为基础，采用“两步法”二氧化碳还原途径，稳定住乙酸反应路径的关键中间基团，最终乙酸的选择性高达91%，并且在宽电位窗口下乙酸选择性仍能保持在80%以上。采用高压强膜电极反应池能够将80%以上的乙酸选择性保持820小时之后，系统能量转化效率高达34%，创造新的世界纪录。此外，通过技术经济性分析得出该研究在乙酸的电合成中有着非常明显的成本优势，保证了该技术在未来的应用前景。该研究成果发表在《自然》（Nature）杂志上。

  在国家自然科学基金项目（批准号：、51521004）资助下，上海交通大学王如竹教授团队拓展了现有制冷和冷却技术的边界，提出通过吸附式空气取水、热泵、辐射制冷技术的耦合设计，对水分-能量热力过程进行调控，实现用于炎热干旱地区的可持续制冷以及淡水收集协同，为解决干旱地区的温湿度调控和淡水供给难题提供了一种创新方案。通过该技术路线，可以将空气中的水分利用起来，实现对空调制冷和供水各环节能耗与碳足迹的降低。相关成果可应用于建筑节能、工业生产和农业生产等各领域，为各行业的可持续发展提供支持。该研究成果发表在《科学》（Science）杂志上。

  在国家自然科学基金项目（批准号：52076127）资助下，上海交通大学钱小石教授开发了一种高分子拓扑界面外延技术，通过小分子晶体牺牲层诱导高分子极化界面，使得铁电聚合物在外界电场作用下展现出巨大熵变，在国际上率先实现了庞电卡效应，并揭示了拓扑外延的极化界面在外加电场调控下的熵变机理。该研究成果发表在《科学》（Science）杂志上。

  由于在聚偏氟乙烯基铁电高分子领域的系列突破性成果，钱小石教授与海外合作者对铁电高分子在固态制冷、储能、机电耦合和信息存储等领域的应用进行了系统性的分析、探讨和展望。高分子铁电材料可作为平板或可穿戴空调的固态制冷工质，提供别的产品没办法提供的可穿戴、轻量化和低能耗的主动冷热调控能力，为市场带来新的解决方案。该综述论文发表在《科学》（Science）杂志上。

  在国家自然科学基金（批准号：52206092、52035003和 52372105）的资助下，南京师范大学刘晨晗副教授，哈尔滨工业大学（深圳）陈祖煌教授和东南大学陈云飞教授合作成功研制低压驱动的高开关比、长工作寿命和超快响应的热开关原型器件。提出利用反铁电-铁电相变调控原胞内原子数实现导热系数可逆调控，并首次揭示出薄膜外延生长方向对开关比的重要影响。该研究成果发表在《科学》（Science）杂志上。

  在国家自然科学基金项目（批准号：51976149、51721004）等资助下，西安交通大学能源与动力学院的钱苏昕副教授与马里兰大学竹内一郎教授团队合作，提出了多模式弹热制冷的新流程。多模式弹热制冷机的新型循环流程及系统架构可为弹热制冷及其它固态相变制冷（caloric cooling）领域的研究提供新的思路，有望推进固态相变制冷技术的产业化应用进程。该研究成果发表在《科学》（Science）杂志上。

  2024年，学科将继续贯彻落实国家自然科学基金委员会和工程与材料科学部的决策部署与工作要求，响应国家“双碳”战略目标，坚持“四个面向”，继续深入推动学科发展的策略调研工作。通过专项项目资助，引导专家在一些关键领域（如：储能、氢能、可再次生产的能源、燃烧动力等）开展战略研讨，深入凝练领域内的关键科学问题和重点研究内容，为学科重要类型项目布局提供支撑。

  2024年，学科将继续推进以“符合知识体系逻辑结构、促进知识与应用融通”为原则的学科申请代码优化和调整工作。在2023年工作的基础上，继续广泛征求学科专家意见，在保证科学性、包容性、规范性的基础上，继续对本学科的学科申请代码、研究方向、关键词进行完善。

  2024年，学科将继续组织面青地项目结题和中期交流，进一步活跃学科学术氛围，搭建交流学习平台，提升项目完成质量，促进学科基础研究高水平质量的发展。学科将继续鼓励和支持有能力有潜力的青年人申请并承担重要类型项目，继续加强重要类型项目的立项论证和过程管理，确保重要类型项目的立项质量和完成质量。

  2024年，国家自然科学基金项目科学问题属性将由四类简化为“自由探索类基础研究”和“目标导向类基础研究”两类。“自由探索类基础研究”是指选题源于科研人员好奇心或创新性学术灵感，且不以满足现阶段应用需求为目的的原创性、前沿性基础研究。“目标导向类基础研究”是指以经济社会持续健康发展需要或国家需求为牵引的基础研究。学科将继续采取适当措施，鼓励“自由探索类基础研究”的申请，在政策允许范围内适当在资助比例上予以倾斜，以支持原创性研究，为学科长远发展提供原动力。

  2024年，学科增设了碳中和与储能技术的重点项目资助领域，致力于充分的发挥学科优势，支撑“双碳”目标下能源领域核心核心问题的解决。