項(xiàng)目名稱：    復(fù)雜約束條件氣液兩相與多相流及傳熱研究

推薦單位：    教育部

項(xiàng)目簡介：    本項(xiàng)目屬動力工程及工程熱物理學(xué)科領(lǐng)域。

氣液兩相與多相流動、傳熱傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象廣泛存在于能源動力、石油化工和自然界等許多過程中。近20年來，本項(xiàng)目針對復(fù)雜管道內(nèi)和瞬態(tài)、高參數(shù)、超臨界及極端條件下的兩相與多相流及傳熱特性缺乏系統(tǒng)深入認(rèn)知，且少有可進(jìn)行相應(yīng)條件下實(shí)驗(yàn)的系列裝備和技術(shù)等問題，開展了全面和系統(tǒng)的分析研究，通過自主創(chuàng)新、建立了一整套實(shí)驗(yàn)研究的裝置和系統(tǒng)，開展了一系列高溫高壓氣液兩相流及傳熱、超臨界水中多相流熱物理熱化學(xué)、復(fù)雜油氣水多相流試驗(yàn)研究，獲取了大量寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解決了許多復(fù)雜及極端條件下多相流實(shí)驗(yàn)手段的難題。

在上述工作基礎(chǔ)上，開展了理論和實(shí)驗(yàn)層面的科學(xué)研究，揭示了各種管內(nèi)高壓水/水蒸汽流動及傳熱的系統(tǒng)規(guī)律，提出并發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)、煤及有機(jī)廢棄物與超臨界水的多相流連續(xù)混輸和熱化學(xué)氣化的能源潔凈轉(zhuǎn)化新途徑和原理，創(chuàng)建復(fù)雜管內(nèi)油氣水多相流動和混輸規(guī)律、流動參數(shù)測量和控制的方法和理論，建立了兩相與多相流動力學(xué)新的基本理論框架，取得重要科學(xué)成果和顯著應(yīng)用效益。

項(xiàng)目共發(fā)表論文200余篇，著作3部，其中國際期刊論文64篇、系列國際學(xué)術(shù)大會主旨和特邀報(bào)告10篇，SCI收錄74篇，EI收錄135篇，獲授權(quán)國家發(fā)明專利3項(xiàng)、已公示4項(xiàng)。論著被Nature-Biotechnology、Chemical Reviews和Annual Review of Fluid Mechanics等64種國際期刊和大量中文期刊論文等他引共1018篇次，SCI引用230篇次、他引151篇次。他引論文作者有美英日德等數(shù)十個(gè)主要國家和地區(qū)的百余名著名學(xué)者；主持召開每4～5年一次的系列國際會議5次，協(xié)辦他國召開的國際會議18次；擔(dān)任5種國際、9種國內(nèi)期刊編委和15個(gè)國內(nèi)外學(xué)術(shù)組織負(fù)責(zé)人。項(xiàng)目研究產(chǎn)生了重要國際學(xué)術(shù)影響，促進(jìn)了本學(xué)科快速發(fā)展。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：  1.建立了各種管內(nèi)高壓水/水蒸汽流動與傳熱的規(guī)律，比較系統(tǒng)地提出和建立螺旋管多相流熱物理的理論體系，發(fā)現(xiàn)兩類新型氣液兩相流脈動及其規(guī)律，發(fā)現(xiàn)流動與傳熱脈動的反相效應(yīng)，提出的第一張螺旋管高壓氣水兩相流流型圖等重要成果，被S Kakac、RK Shah、TN Veziroglu、KJ Bell等著名學(xué)者評價(jià)為該領(lǐng)域的先驅(qū)（Pioneer），受到廣泛引用，解決了鍋爐反應(yīng)器及蒸汽發(fā)生器內(nèi)極限傳熱和流動失穩(wěn)預(yù)報(bào)的難題，直接應(yīng)用于發(fā)展我國先進(jìn)及特種能源動力系統(tǒng)，產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì)和社會效益；(代表作[2-6,10]；多相流動，工程傳熱傳質(zhì)學(xué))

2.有別于能源轉(zhuǎn)化和廢棄物處理的常規(guī)方法不能完全消除污染和實(shí)現(xiàn)CO2零排放的現(xiàn)狀，創(chuàng)新性提出并建立了生物質(zhì)及煤、有機(jī)廢棄物等碳?xì)浠�合物的超臨界水多相流連續(xù)混輸熱化學(xué)氣化的能源完全潔凈轉(zhuǎn)化新方法和原理，實(shí)現(xiàn)了從生物質(zhì)模型化合物到原生質(zhì)、煤和有機(jī)廢棄物的多相流連續(xù)混輸與在超臨界水中的完全氣化制氫，同時(shí)揭示了管內(nèi)超臨界水流動傳熱和超臨界水中有機(jī)物完全氣化制氫的多相流熱物理熱化學(xué)規(guī)律。首篇論文在Int J Hydrogen Energy發(fā)表三年來即被Nature Biotechnology、Chemical Reviews等著名期刊論文他引43篇次，產(chǎn)生重要影響，展示出從碳?xì)浠�合物完全潔凈轉(zhuǎn)化制氫的可行性和巨大潛力，開拓了多相流科學(xué)研究的新領(lǐng)域；(代表作[1]；多相流動理論，工程傳熱傳質(zhì)學(xué))

3.揭示了復(fù)雜管內(nèi)油氣水多相流流型及其轉(zhuǎn)變、段塞流的形成發(fā)展、相濃度和相速度分布等的系統(tǒng)規(guī)律，發(fā)明多種多相流特征參數(shù)測量技術(shù)及方法，建立了系統(tǒng)的管內(nèi)復(fù)雜油氣水多相流和混輸?shù)囊?guī)律、參數(shù)測量和控制的方法和理論，提出全新的多功能耦合流型圖、各種管內(nèi)油氣水多相流壓降計(jì)算式和段塞流動力學(xué)模型及預(yù)報(bào)方法，為解決大型油氣水混輸管道內(nèi)復(fù)雜多相流流型的分類判別、預(yù)報(bào)與管道及設(shè)備的設(shè)計(jì)和安全監(jiān)測理論提供了科學(xué)依據(jù)；(代表作[7,10]；多相流動理論)

4.從上述復(fù)雜約束條件的具體特性中提煉出共性基礎(chǔ)，構(gòu)建了兩相與多相流動力學(xué)新的基本框架體系，該體系由多相流中相場空間結(jié)構(gòu)與相分布、界面現(xiàn)象、波動現(xiàn)象、顆粒相特性和可變形顆粒動力學(xué)、沸騰系統(tǒng)兩相流及其不穩(wěn)定性、以及兩相與多相流數(shù)學(xué)建模及數(shù)值�；�方法等六方面構(gòu)成，揭示了多相流"相場空間結(jié)構(gòu)與相分布不均勻性、狀態(tài)多值性、過程不可逆性"等三大基本屬性，在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了關(guān)于氣液兩相與多相流動的相場空間結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變、界面?zhèn)鬟f、波動、流動系統(tǒng)不穩(wěn)定性、可變形顆粒運(yùn)動和聚并及分裂、相分離和燃料電池多孔介質(zhì)多維多相流等方面的一系列模型及數(shù)值方法，提出求解非線性問題的“時(shí)－空兩層算法”及其收斂性與穩(wěn)定性理論，運(yùn)用非線性數(shù)學(xué)物理方法進(jìn)行多相流相界面描述和模擬，揭示了相界面分形特征與相界面構(gòu)形、參數(shù)、界面波動等之間的關(guān)系，發(fā)展了新的相界面參數(shù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測模型，推動了兩相與多相流動力學(xué)科學(xué)理論的建立和發(fā)展。(代表作[8-10]；多相流動理論)

主要完成人：  1.   郭烈錦

本項(xiàng)目學(xué)術(shù)帶頭人，總的學(xué)術(shù)思想、基本屬性和理論體系的提出者，負(fù)責(zé)制定總體研究路線和落實(shí)各方面的工作計(jì)劃，全面安排實(shí)施并具體研究和指導(dǎo)研究生、開展研究工作，是本項(xiàng)目主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1，2，3，4的核心貢獻(xiàn)者；投入本項(xiàng)目工作量約為80％。

2.   陳學(xué)俊

本項(xiàng)目學(xué)術(shù)帶頭人，指導(dǎo)研究生開展研究工作，是本項(xiàng)目主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1，3，4的主要貢獻(xiàn)者之一；投入本項(xiàng)目工作量約為70％。

3.   趙亮

本項(xiàng)目組主要研究成員，本項(xiàng)目主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1，2的主要貢獻(xiàn)者之一；投入本項(xiàng)目工作量約為90％以上。

4.   郝小紅

本項(xiàng)目組主要研究成員，本項(xiàng)目主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)2的主要貢獻(xiàn)者之一；投入本項(xiàng)目工作量約為90％以上。

5.   何銀年

本項(xiàng)目組主要研究成員，具體承擔(dān)并指導(dǎo)研究生開展兩相流模型和數(shù)值算法的研究，本項(xiàng)目主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)4的主要貢獻(xiàn)者之一；投入本項(xiàng)目工作量約為70％。

10篇代表性論文：  1.   Hydrogen production from glucose used as a model compound of biomass gasified in supercritical water [J]. /Int. J. Hydrogen Energy

2.   An experimental investigation of the frictional pressure drop of steam-water two-phase flow in helical coils [J]. /Int. J. Heat Mass Transfer

3.   Multivariable linear investigation of two-phase flow instabilities in parallel boiling channels under high pressure [J]. /Int. J. Multiphase Flow

4.   Boiling onset oscillation: A new type of dynamic instability in a forced- convection upflow boiling system [J]. /Int. J. Heat Fluid Flow

5.   Transient convective heat transfer in a helical coiled tube with pulsatile fully developed turbulent flow [J]. /Int. J. Heat Mass Transfer.

6.   Convective boiling heat transfer and two-phase flow characteristics inside a small horizontal helically coiled tubing once-through steam generator [J]. /Int. J. Heat Mass Transfer

7.   Flow patterns and pressure drop in oil-air-water three-phase flow through helically coiled tubes [J]. /Int. J. Multiphase Flow.

8.   PEM fuel cell performance and its two-phase mass transport [J] /J. Power Sources

9.   Stabilized finite element methods for the stationary Navier-Stokes equations [J] /J. Engineering Mathematics

10.  兩相與多相流動力學(xué)[M]