多相微分散体系流动与传递性能的基础研究

微化工系统作为化工学科前沿方向，是实现化工过程安全和高效的重要方法。微尺度下多相流动和传递性能是该方向的重要研究内容。本项目以拓宽微化工系统应用领域、发展新一代高效微结构设备和丰富化学工程学科基本理论为目标，针对多相反应和分离过程，开展多相微分散体系流动与传递性能的研究。在多重毛细管、双T型等微设备内开展液液、气液、气液液、液液液、气液固、液液固等多相微分散基本规律研究，发展纳流体剪切和气相剪切等新分散方法；采用Micro-PIV、高速显微技术等现代测试方法与计算流体力学模拟相结合，研究设备结构、流体性质及操作条件等因素对多相分散与传递性能的影响规律，探讨微分散方式对于传递性能的影响，分析界面动态性质变化规律及其对微分散过程的影响，区分微分散体系形成和运动阶段的传递性能，并考虑流动与传递之间的协同关系，建立微分散过程的数学模型，为丰富化工基本理论和探究微化工系统强化传递的内在机理提供基础。

本项目以丰富化学工程学科的多相流动与传递基础理论为目标，以实现化工过程的安全、绿色和高效为宗旨，深入研究了微尺度条件下多相分散体系结构变化、分散尺度调控与传递基本规律及其内在机理。取得的主要学术成果包括：1) 微尺度下多相流调控及多相微分散新方法：重点考察了多相微分散体系流型和结构变化内在机制，提出了气相剪切、纳流体剪切等新分散方法以及多重复杂乳液制备新方法；2) 多相微分散体系结构及尺度变化规律和数学模型：重点研究了有机相中气泡形成及纳流体中的液滴（气泡）形成基本规律，掌握了微分散体系结构、分散尺寸变化与这些因素的关系，揭示了微分散过程的内在机理和数学模型；3) 微分散传质过程质量传递与动量传递间的协同作用：深入研究了微尺度条件下相间传递特性，揭示了大传质量条件下微分散体系的界表面动态特性，确定了质量传递和动量传递之间的协同关系，发展了基于界面动态性质变化的多相微分散过程数学模型；4）新型微分散设备及其在化工分离过程强化中的应用：在基础研究指导下，发明了新型微分散结构设备，成功实现了湿法磷酸萃取净化和酸团萃取等过程强化中的工业应用。. 发表SCI论文 85 篇 (封面论文 6 篇)，有一批成果发表在微流控和化工领域顶级期刊上；申请中国发明专利 19 项；获国家技术发明二等奖，省部级创新团队奖、技术发明一等奖和自然科学奖二等奖各 1 项；研究团队入选2012年教育部“创新团队发展计划”，研究骨干中2人获国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”资助，共8人次获中国科协“全国优秀科技工作者”等多项荣誉；组织大型国际会议 1 次，参加国际国内学术会议交流60余人次，其中有13次在国际学术会议上做特邀报告；培养博士生15名，硕士生3名，其中 1 人获2012年全国优秀博士论文和2011年北京市优秀博士论文奖，3人获2011年清华大学优秀博士论文奖，2人获教育部“学术新人奖”。