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。
  
高精度快速方法模拟射流雾化及液滴覆膜

人工智能在多相流模拟中的应用
(5)大规模反应分子动力学模拟
面向国家能源利用重大需求,将人工智能、高性能计算、化学信息学相结合,致力于发展基于大规模反应分子动力学模拟、反应机理数据库、人工智能驱动的反应机理知识提取新方法,为国防新燃料、新材料的设计优化提供理论支撑,从基础研究助力化工生产的智能化、低碳化。
在方法发展和应用均取得突破进展:将基于GPU的高性能计算与化学信息学处理化学结构的方法相结合,建立并持续发展领先的、具有自主知识产权的模拟计算平台GMD-Reax和化学反应分析与可视化平台VARxMD;开拓了民用和国防领域的领先应用,揭示了固体(包括煤、生物质、含能材料)和液体燃料(包括石油、碳氢燃料和生物油等)在高温高压极端条件下热解与氧化、以及温和催化等复杂过程的全景式反应机理。


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