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复杂气固流态化过程参数在线监测与仿真优化取得进展
发稿时间:2016-09-06         作者:王海刚 叶佳敏          来源:循环流化床实验室     【字号:

  循环流化床内部气固流动是一个跨尺度的复杂多相体系,其流动特性在时间和空间上呈现非稳态、多尺度效应,并且涉及多参数信息融合,因此对其在线参数测量和过程仿真优化带来了极大的挑战。传统的单点测量模式和单一的计算分析手段由于本身固有的属性,难于体现复杂区域内部流体动力学特征,无法获取流动体系内部参数分布规律。针对上述问题,工程热物理所循环流化床实验室开展了电容和微波过程层析成像、复杂气固流动过程数值计算方法融合、流动参数在线识别和信号处理等方面的理论与关键技术研究。 

  在理论研究方面,针对气固流态化存在的多尺度效应和时空分布不均匀性,建立了基于稀疏矩阵的层析成像重构算法;形成了融合热力学和电学参数的数值仿真平台,促进了该领域从传统的单一仿真模式发展到多参数融合的计算体系,为复杂气固流态化特征参数在线测量奠定了理论基础。 

  在数值计算分析方面,融合了双流体模型和离散颗粒计算模型,实现了多分离器、复杂流动结构的循环流化床全循环回路计算体系,从气固流动的微观-介观-宏观流动机理出发,揭示了复杂气固流动流变特征,为气固流态大型化研发提供了重要技术支撑。 

  在应用基础研究方面,提出了一种新的非侵入式电容和微波双模态测量方法,形成了层析成像在复杂气固流动条件下的非线性成像算法,并应用于大尺度气固流动过程优化控制;研制了一种组合电容传感器,构建了相应的成像算法和评价体系,为与气固流动相关的过程控制提供一种在线、无损监测方法。研究成果在医药气固流化床上进行了验证,过程效率显著提高。 

  该研究先后获得国家自然科学基金重点国际合作项目、自然科学基金面上项目、中国科学院煤清洁燃烧利用创新交叉团队、中国科学院重大科研仪器研制项目、百人计划人才引进等项目资助。申请和授权国内发明专利7项、国际发明专利1项,在国际、国内重要学术期刊和国际会议论文集上发表论文120多篇, 其中43篇被SCI期刊摘引,60多篇被EI摘引,2篇被选为期刊封页图片论文他引超过500次,SCI他引共计215次。项目组成员应邀在2014年希腊举办的IEEE成像技术国际会议(IEEE-IST2014)和2015年韩国举办的亚洲颗粒技术大会(APT2015)上做邀请报告,并先后在英国剑桥大学、爱丁堡大学、赫尔瓦特大学、马来西亚石油大学等进行学术报告多次。项目部分成果荣获“中国颗粒学会2016年度科技进步奖”二等奖、中国工程热物理学会多相流年会青年学者陈学俊优秀论文奖”、中国科学院朱李月华优秀博士论文奖。研究成果先后在航天长征化学有限公司、清华大学深圳研究生院示范或应用。 

 

  图1 Wurster流化床仿真及组合电极ECT测量

 

  图 2 电容和微波双模态测量系统

 
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