研究方向----低碳工业过程与智能计算课题组

研究方向

（1）工业过程多相流基础

　　多相流反应过程广泛存在于能源、化工、环境、生化等过程工业中，具有复杂的多尺度特征。理解复杂多相流动的结构演化、相间作用以及热质传递规律对过程工艺的设计放大、调控优化具有重要意义。本课题组建立了基于能量最小多尺度方法的双气泡理论模型，阐明了宏观流域过渡的介尺度物理机制。这一理论模型还用于计算流体力学模拟中的相间曳力、气泡/液滴聚并破碎及湍流模型的开发，实现了工艺关键参数的准确模拟，用于工艺优化、过程强化和诊断。针对气固流态化体系，课题组聚焦于工业过程中的颗粒粘结、失流现象的研究，揭示颗粒粘结机制，探究流型转变和异常流态化行为规律，旨在建立颗粒粘结与流态化之间的关联，为流化床的优化调控提供科学指导。在模拟方法方面，致力于发展多相流高精度模拟与并行计算方法，开发LBM-LES等大规模快速并行算法，实现大型工业装置的模拟优化。

气液体系的介尺度理论

溶胀粘性颗粒的流态化行为转变

（2）能源/资源化工过程强化

　　课题组致力于将多相流反应工程的基础研究成果应用于工程实践，以实现传统能源、资源化工过程的强化，主要应用领域包括烯烃聚合反应器多尺度模拟优化、费托合成浆态床反应器内构件与工艺优化、液-液萃取分离过程以及转定子油-水体系乳化过程的跨尺度模拟等。

浆态床反应器内构件与工艺优化

介尺度模型用于烯烃聚合反应器诊断

（3）低碳工业过程放大与优化

　　在“双碳”背景下，加快工业绿色低碳技术变革迫在眉睫。课题组聚焦低碳工业过程中多相流动与传递、工程放大和智能优化等焦点领域,开展对高电流密度质子交换膜电解水制氢过程、富氢竖炉中的多相流过程、二氧化碳直接矿化过程、污染物扩散过程等工艺过程的放大、模拟与优化。

高电流密度质子交换膜电解水制氢过程

污染物扩散过程模拟

（4）人工智能与工业软件

　　随着人工智能技术的不断发展，各种人工智能算法已被成功应用于化工过程。课题组结合多相流与介尺度研究基础，发展人工智能在多相流模拟中的应用，以发挥其计算速度快、物理模型依赖程度低的优势，用于开发低碳过程工业软件。

人工智能在多相流模拟中的应用

高精度快速方法模拟射流雾化及液滴覆膜

近三年文章列表

序号	文章标题	期刊名称	DOI
1	Proton exchange membrane water electrolysis at high current densities: Response time and gas‐water distribution	AICHE Journal	https://doi.org/10.1002/aic.18223
2	Characterizing bubble behavior in a pseudo-2D fluidized bed of wet particles	AICHE Journal	https://doi.org/10.1002/aic.18207
3	Optimization of Slurry Loop Reactors by Understanding the Complex Mesoscale Structure of Liquid–Solid Flow	ACS Engineering AU	https://doi.org/10.1021/acsengineeringau.1c00032
4	CFD–DEM simulations of wet particles fluidization with a new evolution model for liquid bridge	AICHE Journal	https://doi.org/10.1002/aic.17681
5	Modeling and Optimization of Flow Distribution in Multistage Pipe Distributors	AICHE Journal	https://doi/10.1002/aic.17462
6	Fluidization of Swelling Particles at Elevated Temperatures	Ind. Eng. Chem. Res	https://doi/10.1021/acs.iecr.3c00304
7	基于介尺度稳定性条件的多相流曳力与群体平衡模型	化工学报	https://hgxb.cip.com.cn/CN/10.11949/0438-1157.20220450
8	内置涡流发生器的管内过冷沸腾与强化换热的模拟	过程工程学报	https://www.jproeng.com/CN/10.12034/j.issn.1009-606X.218281
9	大型反应器内管式气体分布器的研究进展	煤炭学报	http://www.chinacaj.net/d/file/48-2020-S2/951fd4ad6a0c98c74f667d644f6fdfda.pdf
10	洗涤冷却室气液两相流的模拟及结构优化	过程工程学报	https://www.jproeng.com/CN/abstract/abstract3768.shtml
11	搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟	过程工程学报	https://www.jproeng.com/CN/10.12034/j.issn.1009-606X.221317
12	CO2微气泡强化纳米碳酸钙的制备及传递-反应分析	过程工程学报	https://www.jproeng.com/CN/10.12034/j.issn.1009-606X.222450
13	Bubble Size Distribution in a Bubble Column with Vertical Tube Internals: Experiments and CFD‐PBM Simulations	AICHE Journal	https://doi.org/10.1002/aic.17755
14	Bubble-induced turbulence in CFD simulation of bubble columns. Part I: Coupling of SIT and BIT	Chem. Eng. Sci	https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118528
15	A new drag model for CFD modeling of bubble columns with surfactant	Chem. Eng. Journal	https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140682
16	Modeling Partition Coefficient of Liquid Droplets Impacting on Particles by Direct Numerical Simulation	Chem. Eng. Sci	https://doi.org/10.1016/j.ces.2022.117553
17	Lattice Boltzmann Simulation of Drop Splitting in a Fractal Tree-Like Microchannel	Chem. Eng. Sci	https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.117277
18	Hydrodynamics in Bubble Columns with Helically-Finned Tube Internals: Experiments and CFD-PBM Simulation	Chem. Eng. Sci	https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116674
19	Characterizing Regime Transitions in a Bubble Column with Internals	AIChE Journal	https://doi.org/10.1002/aic.17167
20	Modeling the Effects of Solid Particles in CFD-PBM Simulation of Slurry Bubble Columns	Chem. Eng. Sci	https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115743
21	Effects of liquid property on onset velocity of circulating fluidization in liquid-solid systems: A CFD-DEM simulation	Powder Technology	https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.01.051
22	Characterizing Regime Transitions in a Bubble Column with Internals	AICHE Journal	https://doi.org/10.1002/aic.17167
23	Regime Mapping of Multiple Breakup of Droplets in Shear Flow by Phase-field Lattice Boltzmann Simulation	Chem. Eng. Sci	https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116673