检索结果-内蒙古大学图书馆

化工学报 2024年第4期75卷 1497-1507页

作者：赵金鹏张永民兰斌罗节文赵碧丹王军武中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 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 中国科学院大学化学工程学院北京100049

介尺度结构显著影响非均匀气固复杂系统内的流动传递反应特性。构建了结构双流体传热模型用于模拟复杂气固系统内的流动传热过程,按照流动控制机制将鼓泡床系统划分成由气体主导的气泡相和颗粒主导的乳化相两个相互渗透的连续流体,进而... 详细信息

介尺度结构显著影响非均匀气固复杂系统内的流动传递反应特性。构建了结构双流体传热模型用于模拟复杂气固系统内的流动传热过程,按照流动控制机制将鼓泡床系统划分成由气体主导的气泡相和颗粒主导的乳化相两个相互渗透的连续流体,进而确立考虑介尺度结构影响的控制方程及本构关系,其中相间曳力、乳化相黏度、相间传热系数及各相热导率均采用合理的经验关联式进行封闭。利用双流体传热模型与显式解析壁面流动和传热边界层方法相结合,对安装加热管的鼓泡床系统进行了模拟。结果表明:结构双流体传热模型可成功预测鼓泡床系统内固含率的轴向分布及床层壁面传热系数的变化规律;模拟结果与实验数据吻合较好,密相区壁面传热系数模拟值与实验值的相对误差小于10%,稀相区壁面传热系数的模拟值与实验值在同一量级,表明结构双流体传热模型可准确刻画鼓泡床系统内气固两相的流动传热特性。

关键词：多相流鼓泡床介尺度结构连续介质模型传热

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CFD-DEM-IBM方法探究流化床倾斜挡板内构件受力特性

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化工学报 2024年第1期75卷 255-267页

作者：赵碧丹代伊杨王军武张永民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 中国科学院大学化学工程学院北京100049 中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249

在密相床层内安装内构件可显著改善工业流化床的流化质量、强化气固传质和提高化学反应效率。由于长时间受气体和颗粒的挤压和冲击,流化床内构件可能会发生变形或断裂。为实现流化床内构件设计的科学性,确保其长周期可靠性,需要明确其... 详细信息

在密相床层内安装内构件可显著改善工业流化床的流化质量、强化气固传质和提高化学反应效率。由于长时间受气体和颗粒的挤压和冲击,流化床内构件可能会发生变形或断裂。为实现流化床内构件设计的科学性,确保其长周期可靠性,需要明确其受力机理与不同操作条件下受力特性。利用粗粒化CFD-DEM-IBM方法,实现了利用笛卡儿网格模拟流化床中倾斜挡板内构件受力特性的定量模拟,该方法拓展原有挡板应力统计方法,获得了不同倾斜角度对挡板所受应力的定量影响规律。模拟所得挡板受力随时间的演化曲线与实验报道较为一致,在流化床启动阶段会出现较大的峰值,同时成功复现在启动阶段的峰值受力总体与挡板在水平面上的投影面积成正比。模拟结果显示,在启动阶段,挡板受力中颗粒挤压作用力占主导,但在流化阶段,除颗粒作用力达到极大值外的大部分时间中挡板受到的气相压差力要大于颗粒作用力。当挡板倾斜角度较小时,挡板受力较大但抑制床内返混效果较好,因此在工业流化床内构件设计中应兼顾强化传递及长周期可靠性的需求,当挡板倾斜角度较小时应选择强度大的挡板材料。

关键词：气泡流化床数值模拟挡板内构件固相应力

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CO_(2)捕集分离的功能离子液体及材料研究进展

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化学学报 2023年第6期81卷 627-645页

作者：曾少娟孙雪琦白银鸽白璐郑爽张香平张锁江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、离子液体清洁过程北京市重点实验室北京100190

CO_(2)排放是一个严峻的全球性问题,要实现我国双碳战略目标,CO_(2)捕集技术不可或缺.离子液体作为一类新型分离介质,因其特有的低挥发性、良好的气体溶解性和结构可设计性等优势,在CO_(2)捕集分离领域备受关注.重点讨论了近五年来所报... 详细信息

CO_(2)排放是一个严峻的全球性问题,要实现我国双碳战略目标,CO_(2)捕集技术不可或缺.离子液体作为一类新型分离介质,因其特有的低挥发性、良好的气体溶解性和结构可设计性等优势,在CO_(2)捕集分离领域备受关注.重点讨论了近五年来所报道的氨基和非氨基功能离子液体、离子液体复配溶剂、离子液体杂化吸附和膜材料在CO_(2)捕集分离方面的研究进展,总结了氨基、电负性等功能位点对CO_(2)分离性能及机理的影响规律,以及功能离子液体在复配溶剂、吸附和膜材料中发挥的作用,并对离子液体法CO_(2)捕集技术的未来发展方向和前景提出了展望.

关键词：离子液体 CO_(2)捕集吸收吸附膜分离

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LaMnO_(3)/生物炭催化剂低温NH_(3)-SCR催化脱硝性能研究

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化工学报 2023年第9期74卷 3821-3830页

作者：范孝雄郝丽芳范垂钢李松庚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

以La-Mn钙钛矿氧化物为活性组分,生物炭为载体,利用浸渍法制备负载型脱硝催化剂LMO/BCNA。利用固定床反应装置考察了催化剂的催化活性以及耐硫耐水性能,100~250℃范围内,NO转化率>80%,N2选择性>90%,225℃时NO转化率最高,为95.8%,... 详细信息

以La-Mn钙钛矿氧化物为活性组分,生物炭为载体,利用浸渍法制备负载型脱硝催化剂LMO/BCNA。利用固定床反应装置考察了催化剂的催化活性以及耐硫耐水性能,100~250℃范围内,NO转化率>80%,N2选择性>90%,225℃时NO转化率最高,为95.8%,对应的N2选择性为95.4%。与氧化物相比,负载型催化剂的催化活性大幅提升,同时也扩宽了工作温度区间;生物炭载体的引入,减弱了催化剂对H2O、SO_(2)的吸附,增强了耐硫耐水性能。应用稳态动力学方法构建催化反应动力学模型,在实验条件范围且O_(2)含量为5%时,催化NH_(3)-SCR反应过程中NO、O_(2)、NH_(3)的反应级数分别为0.66、0、0,并得到LMO/BCNA催化的反应活化能为25.52 kJ/mol,低于商用钒钨钛催化剂的化学反应活化能(40~94 kJ/mol)。

关键词：脱硝生物炭钙钛矿氧化物选择性催化还原稳态动力学

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磁性活性炭制备及其在水处理中的研究进展

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过程工程学报 2024年第3期24卷 259-272页

作者：汪前雨张玉明崔彦斌中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 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

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点,是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高,难以高效地将吸附饱和的活性炭... 详细信息

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点,是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高,难以高效地将吸附饱和的活性炭从水中分离,在一定程度上限制了活性炭在水处理中的应用。通过对活性炭进行赋磁处理可制备得到吸附容量高、易于分离回收的磁性活性炭。同时,磁性活性炭具有良好的催化活性,可用于在高级氧化反应中高效降解水中有机污染物。因此,磁性活性炭在水处理领域具有广阔的应用前景。本工作主要介绍了磁性活性炭制备方法、微观结构和物化性质,综述了磁性活性炭在污水治理方面的研究进展,总结了磁性活性炭的吸附特性和再生方法,并对磁性活性炭在水处理中的发展趋势进行了展望。要点:(1)介绍了磁性活性炭的制备方法和物化性质。(2)综述了磁性活性炭在水处理中的应用。(3)简要讨论了磁性活性炭的再生方法。(4)磁性活性炭的发展趋势及前景展望。

关键词：磁性活性炭水处理吸附行为高级氧化再生方法

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气固流态化中颗粒介尺度结构的动力学研究

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化工学报 2022年第6期73卷 2486-2495页

作者：孔令菲陈延佩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

气固流化床中的团聚等介尺度结构严重影响气固的整体流化特性、传热、传质和反应效率,因此介尺度结构的研究至关重要。简要回顾颗粒介尺度结构的定义与分类,然后从流体-颗粒、颗粒-颗粒之间的力和非弹性碰撞相互作用出发,总结分析了颗... 详细信息

气固流化床中的团聚等介尺度结构严重影响气固的整体流化特性、传热、传质和反应效率,因此介尺度结构的研究至关重要。简要回顾颗粒介尺度结构的定义与分类,然后从流体-颗粒、颗粒-颗粒之间的力和非弹性碰撞相互作用出发,总结分析了颗粒介尺度结构形成原因和动力学演化过程的研究现状和发展动态。重点关注细颗粒与超细纳米颗粒形成的介尺度结构,即结块,并针对结块形成原因,讨论了颗粒间范德华力计算以及结块的力平衡理论模型,提出了细颗粒介尺度结构进一步的研究方向,即研究带有颗粒-颗粒作用力的介尺度结构的动态演化规律,为精准调控介尺度结构提供理论依据。

关键词：流态化介尺度结构动力学演化多相流颗粒间相互作用力

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一种耦合CFD与深度学习的气固快速模拟方法

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化工学报 2023年第9期74卷 3775-3785,F0003页

作者：温凯杰郭力夏诏杰陈建华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 中国科学院大学化学工程学院北京100049

在计算流体力学领域,深度学习被用于重建流场、预测曳力、求解泊松方程、加速流体模拟等方面的研究。为了加速气固两相流的模拟计算,使用卷积长短时记忆网络对物理量进行预测,并基于LibTorch实现深度学习模型预测与OpenFOAM的耦合。通... 详细信息

在计算流体力学领域,深度学习被用于重建流场、预测曳力、求解泊松方程、加速流体模拟等方面的研究。为了加速气固两相流的模拟计算,使用卷积长短时记忆网络对物理量进行预测,并基于LibTorch实现深度学习模型预测与OpenFOAM的耦合。通过与单纯OpenFOAM模拟结果对比,发现深度学习模型预测存在颗粒体积分数不守恒、极小数值预测不准确的问题,先后通过体积分数校正和网格数据过滤消除了前述影响。选取不同的三个物理量组合进行深度学习模型预测以加速CFD计算,在同样选取颗粒体积分数和气体速度的条件下,对比了增加预测颗粒速度和压力对耦合流程计算结果的影响,其中,增加预测颗粒速度的计算结果较为准确,经分析发现这可能与求解器对不同变量的调用顺序有关。此外,研究了不同深度学习模型预测跨度比(1∶1、3∶1、5∶1、10∶1)下的耦合计算结果以及加速效果,发现在一定误差范围内,当前耦合计算流程最高可实现9倍左右的加速,且加速比与跨度比呈近似线性关系。

关键词：两相流计算流体力学神经网络加速计算深度学习

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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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超低碳炼铁技术路径分析

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化工进展 2022年第3期41卷 1391-1398页

作者：朱庆山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

2060年碳中和目标既使我国钢铁工业未来发展面临巨大挑战,又为其提供了换道超车的发展机遇。本文对绿氢直接还原、氧化铁熔融还原、碱性溶液电沉积铁、酸性溶液电沉积铁的发展历史和技术现状进行了综述。在全绿电炼铁场景下,本文对各种... 详细信息

2060年碳中和目标既使我国钢铁工业未来发展面临巨大挑战,又为其提供了换道超车的发展机遇。本文对绿氢直接还原、氧化铁熔融还原、碱性溶液电沉积铁、酸性溶液电沉积铁的发展历史和技术现状进行了综述。在全绿电炼铁场景下,本文对各种技术路线的理论和实际耗电进行了估算,从技术成熟度、电耗、技术难度、应用前景等方面,对各技术路径进行了对比分析,发现碱性溶液电沉积铁电耗最低,酸性溶液电沉积铁和电供热氢气熔融还原次之。从技术难度上看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁技术难度较小,且都已完成一定规模的中试,氢气熔融还原炼铁、碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术都还处于概念或技术发展早期阶段。综合来看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁和氢气熔融还原炼铁路线可望发展成为有竞争力的超低碳炼铁技术,而碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术难度较大,短期内恐难以取得较大突破。

关键词：超低碳炼铁直接还原氢冶金电冶金氢气熔融还原

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气固流化系统多尺度跨流域EMMS建模

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化工学报 2022年第6期73卷 2514-2528页

作者：胡善伟刘新华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

气固流化床反应器是典型的具有多尺度非均匀动态结构的复杂系统。实现对该类反应器定量描述和定向调控的关键是深入了解系统内介尺度结构的形成和演化特征。能量最小多尺度(EMMS)方法为气固非均匀系统的量化表征提供了一种通用的建模思... 详细信息

气固流化床反应器是典型的具有多尺度非均匀动态结构的复杂系统。实现对该类反应器定量描述和定向调控的关键是深入了解系统内介尺度结构的形成和演化特征。能量最小多尺度(EMMS)方法为气固非均匀系统的量化表征提供了一种通用的建模思路。首先回顾了EMMS理论在构建曳力本构关系方面的应用,重点介绍了本课题组在EMMS曳力模型普适化方面所做的部分工作;随后对介尺度结构时空动态演化行为的群平衡建模方法进行了论述,并给出了群平衡和结构曳力模型相耦合的连续介质模拟框架;最后讨论了EMMS原理在预测反应器宏尺度动力学方面的应用,包括模型在不同流域的拓展、操作相图的绘制以及循环流化床的全回路稳态建模方法等。

关键词：计算流体力学曳力模型流态化多尺度介尺度能量最小多尺度

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