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科研布局

  在解决体问题的过程中,发展学科前沿,解决实际问题,是我室长期坚持的原则。在发展“多尺度方法”,聚焦“介尺度科学”的过程中,选择了工程中的重大需求作为研究对象,一方面从实际问题中归纳介尺度科学的共性规律,另一方面解决国民经济中的重大瓶颈问题。
 

介尺度科学:在原有研究的基础上,进一步选择若干典型的介尺度现象(比如复杂流动、反应-传递耦合、表界面结构调控等)作为研究对象,研究不同系统中控制机制之间竞争及协调的稳定性条件,归纳不同问题中的共性规律,以促进介尺度科学从概念向新的交叉学科发展,与此同时,争取在解决这些长期困扰学术界的问题中取得突破。
 

虚拟过程工程:瞄准反应器量化放大这一久未解决的难题,利用EMMS原理在提高计算精度和扩大计算规模方面的独特优势,建立多相系统多尺度计算流体力学方法,发展工业过程全系统模拟技术,实现大型反应器全系统模拟。利用针对多尺度模拟建立的超级计算软硬件系统并与实验、测量、显示和控制等系统有机结合形成以实时模拟与在线对比为特征的虚拟过程研究与技术平台,带动过程技术研发模式的革命性变化。
 

粉体材料的结构调控与规模化制备:基于材料多尺度结构特征和介尺度科学的概念,致力于通过“反应/传递过程在竞争协调”的原理调控材料结构,开展材料组成与结构设计和反应过程调控研究;并结合实验室在过程放大模拟方面长期积累形成的优势,进行颗粒材料工程化技术与反应器放大研究,实现新型纳微结构材料的规模化制备,满足国防和民用重大需求。
 

煤炭和矿产资源高效利用:煤炭资源和低品位矿产的高效利用是我国能源资源领域最具挑战性的问题,也是制约我国经济发展的难题。开展反应调控和过程强化规律研究,与介尺度科学和虚拟过程相结合,开展模拟放大与集成示范研究,发展成套核心新技术,满足我国低阶煤和低品位矿高效利用的重大需求。
 

新型反应/分离介质:随着化工过程绿色化要求的提高,传统的反应分离介质(如催化剂、溶剂等)难以满足要求,开发新的反应介质,提升绿色化水平成为近年来的热点问题,我室选择离子液体这一与介尺度科学密切相关的领域作为重要研究方向,开展离子液体构效关系及分子设计、离子液体规模化制备、离子液体强化及反应过程调控研究,为传统产业技术升级换代提供新途径。
 

数据信息和超级计算平台:工程模拟放大能力,不仅取决于物理模型是否反映真实过程,还取决于合理的计算模式和优化的计算系统,实验室致力于发展基于EMMS原理的新型计算模式,即:实现问题、模型、软件和硬件的结构和逻辑一致性,发展面向虚拟过程工程的高效多尺度超级计算软硬件系统;在已建立的“化学主题数据库”基础上,进一步整合各种化学数据信息资源,形成更为完备的数据信息系统,为工业过程仿真提供支撑,为大数据时代的过程工程研究提供基础平台。
 

  上述六个方面的研究工作构成了一个如图2所示的相互联系与支持的有机整体,是我室长期坚持的科研布局。即:以介尺度结构为核心科学问题,构建数据信息和虚拟过程基础平台,发展共性的方法和理论,促进介尺度科学和化工过程模拟仿真技术的发展,从而解决化学工程在工艺和过程两个层次的瓶颈问题,重点聚焦粉体材料的结构调控与规模化制备,煤炭和矿产资源高效利用,新型反应/分离介质等,与工业界合作实现科研成果产业化,形成“一个核心,四个层次”的布局。依托此布局,力争引领学科前沿,支撑产业发展,以实现实验室的定位和使命。


实验室“一个核心、四个层次”的科研布局


 

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