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介尺度视角下干法重介流态化分选过程强化

介尺度视角下的电催化:从界面、隔膜到多孔电极

化工学报 2022年第6期73卷 2452-2467页

作者：周晨阳贾颖赵跃民张勇付芝杰冯昱清段晨龙中国矿业大学化工学院煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室江苏徐州221116 加拿大西安大略大学颗粒技术研究中心加拿大安大略省伦敦N6A 5B9 中国矿业大学化工学院煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室江苏徐州221116 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 加拿大英属哥伦比亚大学生物与化学工程系加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华V6T 1Z3 澳大利亚联邦科学与工业研究组织澳大利亚墨尔本VIC3168

煤炭在保障我国能源安全中具有重要作用.干法重介流态化分选是煤炭分选加工领域的重要组成部分,有助于推动我国煤炭资源的高效洁净利用.流态化分选密度的稳定调控是实现高效分选的必要条件,调控的核心是如何削弱气泡扰动作用,关键是理... 详细信息

煤炭在保障我国能源安全中具有重要作用.干法重介流态化分选是煤炭分选加工领域的重要组成部分,有助于推动我国煤炭资源的高效洁净利用.流态化分选密度的稳定调控是实现高效分选的必要条件,调控的核心是如何削弱气泡扰动作用,关键是理解流态化分选过程中介尺度结构的演变及调控机制.从介尺度视角分析了气固流态化干法分选调控过程的关键科学问题,梳理了单元干法分选设备以及系统放大过程中介尺度结构的研究进展,分析了介尺度结构的演变规律,提出了介尺度结构的精准调控策略,对干法流态化的工业推广应用及煤炭的分选提质具有重要意义.

关键词：介尺度流态化选煤过程强化

来源：博看期刊评论

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化工学报 2022年第6期73卷 2289-2305页

作者：张文静李静魏子栋重庆大学化学化工学院重庆401331

电催化过程是时空多尺度的复杂系统,探究认识多孔电极电催化体系中不同层次和尺度下的介尺度行为,对进一步强化电催化反应以及物质扩散传递,提高效率减低能耗具有重要的意义。围绕多孔电极、电催化剂以及隔膜,对多级孔电极结构的构筑、... 详细信息

电催化过程是时空多尺度的复杂系统,探究认识多孔电极电催化体系中不同层次和尺度下的介尺度行为,对进一步强化电催化反应以及物质扩散传递,提高效率减低能耗具有重要的意义。围绕多孔电极、电催化剂以及隔膜,对多级孔电极结构的构筑、电催化剂表界面活性位调控、介尺度结构可控制备策略和隔膜结构调控中存在的介尺度现象以及介尺度效应进行了详细的综述,发现电催化体系中各层次之间的介尺度行为可以用于优化、调控、指导多孔电极、电催化剂以及隔膜的设计与制备,为丰富和完善电化学催化体系提供了新思路和新角度。

关键词：介尺度多孔电极电化学催化催化剂隔膜

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并行微通道内液液两相流及介尺度效应

化工学报 2022年第6期73卷 2563-2572页

作者：王忠东朱春英马友光付涛涛天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室天津300072

使用高速摄像仪研究了T形并行微通道液液两相流的流型。以甘油-水溶液为分散相、含5%(质量分数)道康宁的硅油为连续相,下游通道中观察到了塞状流、液滴流、环状流和并行流4种流型,绘制了流型图及流型转变线。研究了后空腔中液滴群的形态... 详细信息

使用高速摄像仪研究了T形并行微通道液液两相流的流型。以甘油-水溶液为分散相、含5%(质量分数)道康宁的硅油为连续相,下游通道中观察到了塞状流、液滴流、环状流和并行流4种流型,绘制了流型图及流型转变线。研究了后空腔中液滴群的形态,运用介尺度概念分析了后空腔中液滴群的行为对流量分配的影响。观察到后空腔中液滴群的挤压、松散、有序排列和并行排列等4种形态,不同形态的转变主要受两相流量比的控制。研究了两相流量比对并行微通道内流量分配的影响,以及分析了不同操作条件下影响流量分配的主导因素。在两相流量比较小时,流量分配由下游通道的流体阻力主导,而两相流量比较大时由后空腔内液滴群动力学主导。

关键词：并行微通道两相流分布介尺度

化学工程中的介尺度科学与虚拟过程工程:分析与展望

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化工学报 2014年第7期65卷 2403-2409页

作者：杨宁李静海中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

传统的过程工程研发具有周期长、风险大、费用高等特点,制约了过程工业的快速发展。解决这一问题应从介尺度科学和虚拟过程工程两方面入手。首先,这一问题的科学根源在于化学和过程工程中的多尺度和多层次结构;而介尺度作为其中的难点... 详细信息

传统的过程工程研发具有周期长、风险大、费用高等特点,制约了过程工业的快速发展。解决这一问题应从介尺度科学和虚拟过程工程两方面入手。首先,这一问题的科学根源在于化学和过程工程中的多尺度和多层次结构;而介尺度作为其中的难点和瓶颈,目前的认识还比较有限。认识和理解介尺度复杂性对研究材料的构效关系、反应器混合与传递、系统集成等具有重要意义。只有实现了流动、传递和反应在介尺度的耦合,才能够准确理解、预测和调控多相反应器中的多尺度结构。另一方面,基于介尺度科学的虚拟过程工程将成为一种全新的过程研发模式,不仅可以大幅度缩短过程放大周期,也使产品精细化成为可能。虚拟过程工程是连接介尺度科学与新技术新工艺开发的桥梁,它是一种实体化、功能化的开发和分析工具及知识库,将实验室成果快速应用于过程开发,将大幅提升我国过程工业对核心技术的研发能力。传统的理论和超级计算尚不足以支撑虚拟过程工程,而介尺度科学则为虚拟过程工程带来前所未有的发展机遇。虚拟过程工程涉及多学科交叉,不仅是模拟计算人员的任务,也是实验室和过程研发人员共同的责任;它甚至在未来可以与云计算相结合,使过程工程进入大数据时代。

关键词：介尺度科学虚拟过程工程多尺度介尺度多相反应器大数据云计算

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溶液结晶中的介尺度成核过程研究进展

化工学报 2022年第6期73卷 2318-2333页

作者：汪帆刘岩博李康丽童丽金美堂汤伟伟陈明洋龚俊波天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室天津300072 天津大学浙江绍兴研究院浙江绍兴312300 化学与化学工程广东实验室广东汕头515031

成核作为溶液结晶的第一步,是决定晶体产品质量的关键因素。目前,成核理论主要包括经典成核理论和非经典成核理论。相比于仅以原子、离子或分子等均匀稳定结构为单元的经典成核理论,非经典成核理论以纳米级前聚体为单元,这类单元涵盖了... 详细信息

成核作为溶液结晶的第一步,是决定晶体产品质量的关键因素。目前,成核理论主要包括经典成核理论和非经典成核理论。相比于仅以原子、离子或分子等均匀稳定结构为单元的经典成核理论,非经典成核理论以纳米级前聚体为单元,这类单元涵盖了聚集体、纳米粒子等介尺度非均匀动态结构,导致形成的非经典成核过程更为复杂,需在传统的化学、化学工程和过程系统工程研究方法的基础上,充分利用介尺度科学研究方法完成其核心规律的探究。为此,总结了二步成核理论、预成核团簇理论、粒子附着晶化理论以及其他新提出的非经典成核理论,分析了其中的介尺度结构及其时空动态行为,并探讨了利用介尺度数学模型对现有成核数学模型的修正和优化的思路,最后对溶液结晶中晶体成核的介尺度研究范式及理论发展进行了展望。

关键词：成核介尺度前聚体 EMMS模型两相流虚拟过程工程

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煤炭自然发火的介尺度现象分析及建模

中国矿业大学学报 2017年第5期46卷 979-987页

作者：梁运涛王树刚林琦宋双林申宝宏田富超煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁沈阳110016 煤炭科学研究总院北京100013 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221008 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024

针对煤炭自然发火研究中宏观层面过于简化无法揭示反应机理,而微观层面过于细化直接应用到工程效果不理想的瓶颈,借鉴复杂系统理论和多尺度科学研究思路,分析了煤炭自然发火的反应粒子、颗粒内孔、单煤颗粒、颗粒聚团、堆积煤体的多尺... 详细信息

针对煤炭自然发火研究中宏观层面过于简化无法揭示反应机理,而微观层面过于细化直接应用到工程效果不理想的瓶颈,借鉴复杂系统理论和多尺度科学研究思路,分析了煤炭自然发火的反应粒子、颗粒内孔、单煤颗粒、颗粒聚团、堆积煤体的多尺度行为和特征,提出了破碎煤体堆积系统自然发火的介尺度概念,并探讨了描述型、关联型和极值型3种多尺度方法在煤炭自然发火介尺度研究中的适用性.基于关联型研究方法,通过分析颗粒聚团内部及聚团间的热力学和动力学的复杂作用,引入"树叉"模型并考虑孔隙率分布的非均匀特征,使单煤颗粒尺度与堆积煤体尺度相关联,实现了从实体模型到物理模型,再到数学模型的煤炭自然发火介尺度模型的构建过程.

关键词：煤炭自然发火介尺度颗粒聚团树叉模型建模

基于介尺度稳定性条件的多相流曳力与群体平衡模型

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化工学报 2022年第6期73卷 2427-2437页

作者：管小平杨宁中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

介尺度结构和介尺度机制是化工、冶金、能源等过程工程中的重要科学问题。尽管多相流数理模型在过去的几十年中已取得长足进展,但仍存在准确性依赖可调参数、模型适用性有限、计算量大等问题,难以适应当前快速发展的新工艺和新过程开发... 详细信息

介尺度结构和介尺度机制是化工、冶金、能源等过程工程中的重要科学问题。尽管多相流数理模型在过去的几十年中已取得长足进展,但仍存在准确性依赖可调参数、模型适用性有限、计算量大等问题,难以适应当前快速发展的新工艺和新过程开发的需求。实际上,基于平均化方法的多流体方程组需要若干子模型封闭,如相间作用力、聚并/破碎核函数以及湍流模型等;这些子模型决定了多流体模型的模拟准确性。从介科学角度发展介尺度物理模型为解决这些问题提供了新的思路。模型可以解析多相流非均匀结构演化的控制机制,进而改进或重构子模型。总结了基于介尺度稳定条件的两类介尺度封闭模型:一类用于封闭相间动量传递,如介尺度曳力;另一类用于封闭离散相特征参数的演化,如介尺度群体平衡模型,计算气泡或液滴尺寸。进而综述了这些模型在流化床、鼓泡塔、气升式环流反应器、搅拌槽、转定子乳化器等多相流设备中的应用,并展望了未来发展方向和关键科学问题。

关键词：多相流介尺度曳力群体平衡模型计算流体力学

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基于EMMS介尺度模型的双分散鼓泡流化床的模拟

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化工学报 2019年第5期70卷 1682-1692页

作者：佟颖 Ahmad Nouman 鲁波娜王维中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学中丹学院北京100049 中国科学院洁净能源创新院辽宁大连116023

双分散气固鼓泡流化床中颗粒通常具有不同粒径或密度,导致产生颗粒偏析等现象,影响传递和反应行为。颗粒分离和混合与气泡运动密不可分,其中相间曳力起关键作用。最近Ahmad等提出了一种基于气泡结构的双分散介尺度曳力模型,能成功预测... 详细信息

双分散气固鼓泡流化床中颗粒通常具有不同粒径或密度,导致产生颗粒偏析等现象,影响传递和反应行为。颗粒分离和混合与气泡运动密不可分,其中相间曳力起关键作用。最近Ahmad等提出了一种基于气泡结构的双分散介尺度曳力模型,能成功预测双分散鼓泡流化床的床层膨胀系数。本研究耦合该曳力模型与连续介质方法,模拟了两种不同的双分散鼓泡流化床,通过分析不同流化状态下的气泡运动、颗粒浓度比的轴向分布等参数,进一步检验模型的适用性。研究表明,当双分散颗粒处于完全流化状态时,耦合双分散介尺度曳力模型可合理预测不同颗粒的分离现象;而其处于过渡流化状态时,新曳力模型和传统模型均无法获得合理结果,此时调节固固曳力可改进模拟结果。

关键词：双分散颗粒流化床介尺度曳力计算流体力学 EMMS

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气液固流化床流动介尺度模型研究进展

化工学报 2022年第6期73卷 2438-2451页

作者：马永丽刘明言胡宗定天津大学化工学院天津300350 化学工程联合国家重点实验室(天津大学) 天津300350

气液固流化床是一类重要的多相反应器,在化工及相关过程工业中有着广泛的应用。然而,由于对该类反应器内复杂的多相流动结构的定量描述十分有限,目前其设计和放大仍主要依赖经验,致使放大成功率低,反应结果达不到预期效果。因此,建立和... 详细信息

气液固流化床是一类重要的多相反应器,在化工及相关过程工业中有着广泛的应用。然而,由于对该类反应器内复杂的多相流动结构的定量描述十分有限,目前其设计和放大仍主要依赖经验,致使放大成功率低,反应结果达不到预期效果。因此,建立和完善气液固流化床内的三相流动机理模型,是实现该类反应器科学设计和放大的关键环节。对气液固流化床内的三相流动机理模型的研究进展进行了分析,着重总结了三相流动介尺度机理模型研究的新进展,并指出了存在的问题和进一步研究的方向,希望为该类反应器的基础研究和工业应用提供参考。

关键词：流化床流动模型介尺度

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