工程熱物理所復(fù)雜氣固流態(tài)化過程參數(shù)在線監(jiān)測與仿真優(yōu)化研究獲進(jìn)展

　　循環(huán)流化床內(nèi)部氣固流動是一個跨尺度的復(fù)雜多相體系，其流動特性在時間和空間上呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)、多尺度效應(yīng)，并且涉及多參數(shù)信息融合，因此對其在線參數(shù)測量和過程仿真優(yōu)化帶來了極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的單點測量模式和單一的計算分析手段由于本身固有的屬性，難于體現(xiàn)復(fù)雜區(qū)域內(nèi)部流體動力學(xué)特征，無法獲取流動體系內(nèi)部參數(shù)分布規(guī)律。針對上述問題，中國科學(xué)院工程熱物理研究所循環(huán)流化床實驗室開展了電容和微波過程層析成像、復(fù)雜氣固流動過程數(shù)值計算方法融合、流動參數(shù)在線識別和信號處理等方面的理論與關(guān)鍵技術(shù)研究。

　　在理論研究方面，針對氣固流態(tài)化存在的多尺度效應(yīng)和時空分布不均勻性，建立了基于稀疏矩陣的層析成像重構(gòu)算法；形成了融合熱力學(xué)和電學(xué)參數(shù)的數(shù)值仿真平臺，促進(jìn)了該領(lǐng)域從傳統(tǒng)的單一仿真模式發(fā)展到多參數(shù)融合的計算體系，為復(fù)雜氣固流態(tài)化特征參數(shù)在線測量奠定了理論基礎(chǔ)。

　　在數(shù)值計算分析方面，融合了雙流體模型和離散顆粒計算模型，實現(xiàn)了多分離器、復(fù)雜流動結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床全循環(huán)回路計算體系，從氣固流動的微觀-介觀-宏觀流動機(jī)理出發(fā)，揭示了復(fù)雜氣固流動流變特征，為氣固流態(tài)大型化研發(fā)提供了重要技術(shù)支撐。

　　在應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，提出了一種新的非侵入式電容和微波雙模態(tài)測量方法，形成了層析成像在復(fù)雜氣固流動條件下的非線性成像算法，并應(yīng)用于大尺度氣固流動過程優(yōu)化控制；研制了一種組合電容傳感器，構(gòu)建了相應(yīng)的成像算法和評價體系，為與氣固流動相關(guān)的過程控制提供一種在線、無損監(jiān)測方法。研究成果在醫(yī)藥氣固流化床上進(jìn)行了驗證，過程效率顯著提高。

　　該研究先后獲得國家自然科學(xué)基金重點國際合作項目、自然科學(xué)基金面上項目、中科院“煤清潔燃燒利用創(chuàng)新交叉”團(tuán)隊、中科院重大科研儀器研制項目、“百人計劃”人才引進(jìn)等項目資助。申請和授權(quán)國內(nèi)發(fā)明專利7項、國際發(fā)明專利1項，在國際、國內(nèi)重要學(xué)術(shù)期刊和國際會議論文集上發(fā)表論文120多篇, 其中43篇被SCI期刊摘引，60多篇被EI摘引，2篇被選為期刊封頁圖片，論文他引超過500次，SCI他引共計215次。項目組成員應(yīng)邀在2014年希臘舉辦的IEEE成像技術(shù)國際會議（IEEE-IST2014）和2015年韓國舉辦的亞洲顆粒技術(shù)大會（APT2015）上做邀請報告，并先后在英國劍橋大學(xué)、愛丁堡大學(xué)、赫爾瓦特大學(xué)、馬來西亞石油大學(xué)等進(jìn)行學(xué)術(shù)報告多次。項目部分成果榮獲“中國顆粒學(xué)會2016年度科技進(jìn)步獎”二等獎、中國工程熱物理學(xué)會多相流年會“青年學(xué)者陳學(xué)俊優(yōu)秀論文獎”、中科院“朱李月華”優(yōu)秀博士論文獎。研究成果先后在航天長征化學(xué)有限公司、清華大學(xué)深圳研究生院示范或應(yīng)用。

圖1 Wurster流化床仿真及組合電極ECT測量

圖2 電容和微波雙模態(tài)測量系統(tǒng)