中文摘要：

申请人现任美国密苏里大学终身教授，主持了美国的海军研究中心(ONR)、空军试验研究中心(AFRL)、陆军项目执行办公室、国家科学基金会资助的多个重大项目，发表了130多篇期刊论文，90余篇会议论文，合作出版专著二部，获得了美国海军研究中心(ONR)颁发的杰出青年科学家奖，是美国机械工程师协会的Fellow和美国航空与宇航协会的Associate Fellow。本项目执行期间，申请人于2009年3月、2010年5、6、10、12月在国内依托单位工作，指导了5名博士和硕士生，发表了国外期刊论文7篇（含录用）和12篇国际会议论文，另有6篇期刊论文在评审中。主要取得了如下成就蓄能系统的熔化和凝固传热强化；建立了全新的激光烧结过程的三维模型；建立了预测高强度激光束作用的复合材料热弹性力学模型；纳秒到飞秒量级激光脉冲作用下金属薄膜的相变。下一步将建立全新的多尺度方法模拟激光烧结微纳米尺度金属颗粒过程

结论摘要：

研究微米级和纳米级金属颗粒选择性激光烧结过程的固液相变传热问题及其激光烧结工艺过程要求的热质环境控制中的传热传质问题。激光烧结是一种通过激光束照射金属颗粒床以实现逐层烧结的功能元件制造技术。激光照射到金属颗粒上后，颗粒表面熔融在一起，其内部未熔化部分通过表面熔融液体层的再凝固而烧结在一起，从而形成具有特殊功能的元件。这种功能元件的制造技术可以应用在燃料电池极板、人工骨头等生物材料、以及燃气轮机叶片等高温耐热材料的表面加工处理上。由于烧结过程金属颗粒表面发生的熔化和凝固相变传热过程以及材料周围的热质环境将影响烧结过程和材料性能，因而提出本课题。本课题是国家自然科学基金海外及港澳学者合作研究项目的延续资助项目。本课题的初期项目（编号50828601）2011年初结题后，申请并获得了延续资助（新编号51129602）。本结题报告报告的成果，包括了2011年延续申请到获得批准期间的研究工作和成果。主要在以下几个方面取得研究进展（1）数值方法的研究。本课题需要建立一种方法，模拟金属颗粒激光烧结过程的微尺度和跨尺度传热传质问题。并且本课题还要处理导热对流和辐射耦合问题及其非线性问题，需要具有较高精度的数值方法及其多种数值方法以进行结果比较。本课题发展了分子动力学方法、格子-波尔兹曼方法以及有限容积法在处理固液相变问题和非线性问题涉及的具体数值技术；发展了格子-波尔兹曼方法和有限容积法处理不同区域传热问题的耦合算法；求解固液相变的界面追踪法。（2）固液相变传热研究。通过数值模拟，分别得到高普朗特数固液相变问题、低普朗特数固液相变, 硅/锗超晶格在传热过程中晶体结构和运动动力学变化、基于非平衡热效应的三维直接金属激光烧结过程、金属粉末床熔化等的物理机理和规律。（3）热质环境控制的热质传递研究。由于激光烧结固液相变及烧结表面物质沉积都影响材料性能，本课题对相关的自然对流、混合对流、强制对流及耦合导热和辐射的传热过程进行数值模拟，获得了有关物理机理和规律。（4）应用研究。在本课题研究中，发展的新算法和建立的新理论应用于锅炉炉膛、燃烧器、余热回收的管内和管束传热，取得了应用成果。本课题发表学术论文50篇，其中SCI检索28篇，EI检索38篇。已培养了3名博士和11名硕士。所获得3项发明专利和3项实用新型专利及3项省部级科技进步二等奖与本课题相关。