工程热物理所复杂气固流态化过程参数在线监测与仿真优化研究获进展

　　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，中国科学院工程热物理研究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、中科院“煤清洁燃烧利用创新交叉”团队、中科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”、中科院“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