能量转化与多相流化学反应耦合作用下的颗粒群多相流动力学基础研究

本项目以石油开采与输运、太阳能光催化制氢与生物质超临界水制氢等可再生能源转化过程中的气液固多相流、近地表的风沙气固两相流等中的颗粒与颗粒群动力学、及其传热传质与化学反应等问题为研究对象，在深入分析研究各传输与转化过程微观机理的基础上，重点探索颗粒及颗粒群在能量传递与转化、化学反应过程中的动力学与热力学特性及其耦合规律，建立高精准的多维多相流数理模型，为石油高效开采、风沙防治与新能源高效转化及利用等工业过程与装备的设计与运行提供理论基础和指导。

本项目以太阳能光催化制氢与生物质超临界水制氢过程中的气液固多相流、石油输运过程中油气水多相流、风沙输运过程中的颗粒与颗粒群动力学及其传热传质与化学反应等问题为研究对象，在深入分析研究各传输与转化过程微观机理的基础上，重点探索了颗粒及颗粒群在能量传递与转化、化学反应过程中的动力学与热力学特性及其耦合规律，建立了高精准的多维多相流数理模型，为新能源高效转化及利用、油气集输、风沙防治等工业过程与装备的设计与运行提供理论基础和指导。得出了以下重要的结论：1）针对风沙流，结合PDPA对沙粒在跃移层内的流动特性的测量和分析，研究在近地表大气边界层中风蚀过程中的能量损失特性及其内在的作用机理，建立了颗粒碰撞和浓度及风速廓线理论模型；深入分析颗粒球形度对沙粒起跳、运动及输沙通量等的影响，建立了考虑颗粒形状、水分在内的临界速度起动模型；把最大熵原理技术应用到马尔文粒度仪的测量上，使其能够同时获得运动颗粒的粒度和浓度信息。2）针对新能源新型反应器内多相体系下的相关离散颗粒动力学研究，分析了连续式太阳能光催化制氢反应体系中氢的析出过程中的液体-催化剂固体颗粒两相流体体系内催化剂颗粒及颗粒群间的互作用过程、以及催化剂颗粒与反应液间互作用过程，建立颗粒及颗粒群的形成与演变规律、互作用的微观机理模型，为完善太阳能制氢的基本理论，认识影响制氢效率的关键因素，及最终实现高效规模化制氢提供了十分重要的理论参考。3）针对可变形颗粒气泡和液滴的动力学方面的研究，采用扩散界面方法实现了三维模拟液滴变形的动力学过程，细致描述了界面的拓扑结构的变化及液滴与连续相流场的相互作用；采用界面扩散法与传统CFD 结合的方法，提出了液滴的形成，生长，断裂，成丝等动力学过程的可行算法。并开展了闪蒸喷雾气液两相流体系中液滴群的动力学特征实验研究。.截至目前，本项目在执行期间获得国家技术发明二等奖1项，共发表论文（含录用）95 篇，其中在国际有影响力的英文期刊发表论文 9 篇（9篇已被 SCI检索，9篇已被EI检索）；在国内核心期刊发表论文17篇（其中17篇被EI检索）, 发表国际会议论文37篇（其中19篇为特邀报告）；在国内重要学会会议上发表论文 32 篇（其中 2 篇为特邀报告）。本项目共获已授予国家发明专利 19 项，书/著作 5 部。已毕业研究生 20 名 （其中 10 位为博士，10 位为硕士）。

内容获取失败，请点击重试