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化工多相流测量技术及模型化方法 课程编码：180210081701P3003H 英文名称：Measurement Technique and Modeling Method of Multiphase Flow in Chemical Engineering 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：段晓霞等 教学目的要求 本课程是化工学院研究生的专业课，也可作为力学、工程热物理等相关专业研究生的选修课。多相流广泛地存在于化工、能源、冶金、环境、制药和生化等领域，涉及大量关系到国计民生的产业过程。多相流的流场结构包括各相的相含率、速度、压力及温度等场分布信息，而对于化学反应的多相流过程，由于存在物质、能量的转化和传递，且上述各属性依赖于不同的时间和空间尺度，因此多相流过程往往表现出极大地复杂性。一直以来多相流的测试、模型及模拟技术始终是学术界和工业界关注的热点和难点。本课程将基于多相流的基础理论与测量和模拟方法的实际应用相结合，代表性的介绍近些年来多相流测量技术，如光纤探头、超声多普勒测速技术、激光多普勒测速和粒子图像测速技术以及过程层析成像技术等前沿的测试方法，以及多相流模型和模拟方法，如气液/固液/气液固等多流体欧拉模型和模拟。通过本课程的学习，使学生掌握多相流测量技术和模型、模拟方法的基础知识，为从事相关领域内的研究和工程应用打下基础。 预修课程 化工原理 大纲内容 第一章 概述第1节 多相流的定义 0.2学时 张伟鹏第2节 多相流的分类 0.2学时 张伟鹏第3节 多相流的应用 0.2学时 张伟鹏第4节 多相流主要测量参数及分类 0.2学时 张伟鹏第5节 多相流测量技术的发展现状及趋势 0.2学时 张伟鹏第二章 流体动力探针第1节 内部流动测量中常用的压力传感器 0.1学时 张伟鹏第2节 压力转换系统的动态特性 0.1学时 张伟鹏第3节 L形静压探针和总压探针 0.1学时 张伟鹏第4节 皮托管 0.1学时 张伟鹏第5节 三孔动力探针 0.1学时 张伟鹏第6节 五孔动力探针 0.2学时 张伟鹏第7节 压力测量和流动方向测量的误差分析 0.2学时 张伟鹏第三章 微界面体系测量技术第1节 毫米-厘米级群颗粒测试技术现状 0.3学时 张伟鹏第2节 激冷-电子计算机断层扫描技术用于微气泡测量 0.3学时 张伟鹏第3节 液相微颗粒体系测试技术 0.3学时 张伟鹏第4节 微界面体系的在线成像技术 0.3学时 张伟鹏第四章 电学法多相流测量技术第1节 静电传感器测量原理 0.2学时 张伟鹏第2节 静电法颗粒速度的测量 0.2学时 张伟鹏第3节 静电法流型识别 0.2学时 张伟鹏第4节 电容传感器测量原理 0.2学时 张伟鹏第5节 电容法气液两相流相含率测量 0.2学时 张伟鹏第6节 基于静电法与电容法融合的三相流相含率测量 0.2学时 张伟鹏第五章 光纤/电导侵入式测量技术第1节 气泡探针的测量原理 0.3学时 张伟鹏第2节 气泡探针的结构组成及其分类 0.3学时 张伟鹏第3节 信号分析及算法 0.3学时 张伟鹏第4节 颗粒浓度/速度探头的测量原理 0.3学时 张伟鹏第5节 颗粒浓度速度探头的结构组成及其分类 0.3学时 张伟鹏第6节 信号分析及算法 0.3学时 张伟鹏第7节 应用实例 0.3学时 张伟鹏第六章 多普勒技术第1节 超声多普勒（UDV）测速原理 0.1学时 张伟鹏第2节 UDV用于液固体系固含量的测量 0.1学时 张伟鹏第3节 UDV在气液体系液速和气泡速度的测量 0.1学时 张伟鹏第4节 激光多普勒（LDV）测速原理 0.1学时 张伟鹏第5节 LDV在液固搅拌体系中的应用 0.1学时 张伟鹏第6节 LDV在气液体系中的应用 0.1学时 张伟鹏第7节 相位多普勒（PDPA）测量原理 0.1学时 张伟鹏第8节 PDPA系统基本光学结构 0.1学时 张伟鹏第9节 粒子数密度测量及粒子体积流量测量 0.1学时 张伟鹏第10节 PDPA在流动测量中的应用 0.1学时 张伟鹏第七章 流动显示测量技术第1节 流动显示技术的方法和技术特点 0.1学时 张伟鹏第2节 流动显示技术的分类 0.1学时 张伟鹏第3节 流场的描述及观测流场的时空尺度分析 0.1学时 张伟鹏第4节 直接注入流动显示技术 0.1学时 张伟鹏第5节 表面流动显示方法 0.1学时 张伟鹏第6节 激光空间流动显示技术 0.2学时 张伟鹏第7节 应用实例 0.2学时 张伟鹏第八章 粒子图像测量技术第1节 粒子图像测速（PIV）技术原理 0.3学时 张伟鹏第2节 粒子图像处理方法 0.3学时 张伟鹏第3节 体视PIV技术 0.3学时 张伟鹏第4节 三维PIV技术 0.3学时 张伟鹏第5节 微PIV技术 0.3学时 张伟鹏第6节 应用实例 0.3学时 张伟鹏第九章 过程层析成像技术第1节 CT技术简介 0.1学时 张伟鹏第2节 过程层析成像技术简介 0.1学时 张伟鹏第3节 适用于轴对称两相流的一维CT测试技术的研究应用 0.1学时 张伟鹏第4节 多相流快速XCT测试技术的研究应用 0.1学时 张伟鹏第5节 ECT技术的测量原理及主要研究进展 0.2学时 张伟鹏第6节 ECT技术在多相流场测量中的研究应用 0.2学时 张伟鹏第7节 ECT技术的实际应用及主要挑战 0.1学时 张伟鹏第十章 化学反应器内混合效果评价的测量技术第1节 混合的特征指标 0.3学时 张伟鹏第2节 宏观混合及微观混合的实验方法 0.3学时 张伟鹏第3节 典型反应器的宏观混合微观混合的测定 0.3学时 张伟鹏第4节 停留时间分布的定义 0.3学时 张伟鹏第5节 停留时间的实验测定方法 0.3学时 张伟鹏第6节 典型反应器的停留时间测定 0.3学时 张伟鹏第十一章 教学实践第1节 BVW2气泡特征参数测量仪的原理介绍及课堂实操 0.8学时 张伟鹏第2节 PC6M/PV6M颗粒浓度速度测量仪的原理介绍及课堂实操 0.8学时 张伟鹏第3节 TVP远心照相特征参数测量仪的原理介绍及课堂实操 0.8学时 张伟鹏第4节 TCM3停留时间分布测量仪的原理介绍及课堂实操 0.8学时 张伟鹏第5节 PDM2荧光/磷光示踪剂分布测量仪的原理介绍及课堂实操 0.8学时 张伟鹏第十二章 多相流测量的工业应用第1节 雾化液滴的测量 0.3学时 张伟鹏第2节 乳浊液中液体颗粒大小的测量 0.3学时 张伟鹏第3节 烟气轮机入口颗粒浓度及粒径的在线测量 0.3学时 张伟鹏第4节 烟雾连续在线测量 0.3学时 张伟鹏第5节 电厂气力输送煤粉粒径、浓度和速度的在线测量 0.3学时 张伟鹏第6节 超声测量高浓度水煤浆 0.3学时 张伟鹏第十三章 化工多相流动模型的描述方法及选择第1节 多相流动模拟的方法介绍 1学时 段晓霞第2节 多相流动模型的选择 1学时 段晓霞第3节 典型化工多相流反应器举例 1学时 段晓霞第十四章 化工多相反应器流场模拟模型第1节 多相流湍流模型分类 1.3学时 段晓霞第2节 群体平衡模型PBM介绍 1.3学时 段晓霞第3节 典型化工多相流反应器模拟举例 1.3学时 段晓霞第十五章 宏观混合模型及数值模拟研究第1节 宏观混合模拟的数学模型 1.5学时 段晓霞第2节 典型反应器的宏观混合模拟举例 1.5学时 段晓霞第十六章 停留时间模型及数值模拟研究第1节 停留时间模拟的数学模型 1.5学时 段晓霞第2节 典型反应器的停留时间模拟举例 1.5学时 段晓霞第十七章 微观混合模型及数值模拟研究第1节 微观混合模拟的数学模型 1.5学时 段晓霞第2节 典型反应器的微观混合模拟举例 1.5学时 段晓霞第十八章 相间传质模型及数值模拟研究第1节 相间传质模拟的数学模型 2学时 段晓霞第2节 典型反应器的传质模拟举例 1学时 段晓霞第十九章 考试第1节 考试 1学时 张伟鹏第2节 考试 1学时 段晓霞 参考书 1、 多相流测量技术及模型化方法 程易，王铁峰 2016年 化学工业出版社 2、 化学反应器中的宏观与微观混合 毛在砂,杨超 2020年 化学工业出版社 3、 Numerical simulation of multiphase reactors with continuous liquid phase 杨超、毛在砂 2014年 化学工业出版社 4、 多相流参数检测理论及其应用 周云龙，孙斌，李洪伟 2010年 科学出版社 5、 两相流与多相流动力学 郭烈锦 2002年 西安交通大学出版社 课程教师信息 张伟鹏，中国科学院过程工程研究所副研究员、硕士生导师，长期从事多相反应器的设计放大、多相流测量仪器的开发及应用等工作。主持国家自然科学基金及企业横向课题12项；在国内外主流期刊及会议发表论文10余篇；授权软件著作权13项，授权中国发明专利3项，实用新型专利6项，国际专利1项；为专著“多相反应器的设计放大和过程强化”及“Numerical simulation of multiphase reactors with continuous liquid phases” 撰写2章；相关研究成果（气液固多相反应器的非均相特性在线测量技术与工业应用）获得2018中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖（排名第三）。段晓霞：副研究员，硕士生导师，研究方向包括反应器流体流动、混合、相间传质以及化学反应过程的模型开发和数值模拟，以及反应器内多过程耦合调控规律、反应器设计、优化和放大等。先后主持国家面上基金（1项）、青年科学基金（1项），负责1项国家重点研发计划子课题以及1项地区创新基金子课题项目。共主持6项企业横向课题（合作单位包括中石化大连院、中石化北化院燕山分院、首创环保集团等）。在Chem. Eng. Sci.、Chem. Eng. J.、Ind. Eng. Chem. Res.等期刊发表论文7篇，授权中国发明专利2项、计算机软件著作权7项。 |
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