流态化与多相流

课程编码：180210081701P2001H 英文名称：Fluidization and Multiphase Flow 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：鲁波娜等

本课程为化学工程与技术学科研究生的专业基础课，也可作为力学、工程热物理等相关专业研究生的选修课。两相流乃至多相流是常见的物理现象，也是化学工程中“三传一反”的重要基础；流态化是在石油、化工、能源领域中广泛应用的一种操作形式，也是多相流的典型应用。本课程将多相流的基础理论与流态化应用相结合，介绍流态化的历史与发展、流动现象、流型转变、传质与反应、工业应用，以及相关的多相流体力学基础、模型方法与计算模拟技术等。通过本课程的学习，使学生掌握流态化工程与相关的多相流基础和模拟知识，为从事相关领域内的研究打下基础。

化工原理，或者传递过程原理

第一章 流态化与多相流基础 5学时 鲁波娜
第1节 流态化现象
第2节 流态化研究历史及其应用
第3节 多相流发展
第4节 单颗粒表征
第5节 多颗粒（颗粒群）表征
第6节 单颗粒运动方程与作用力定义
第二章 流域转变 5学时 鲁波娜
第1节 固定床
第2节 散式流化与聚式流态化
第3节 最小（起始）流态化
第4节 颗粒分类
第5节 流域转变
第6节 稳定性分析
第三章 密相流化床 8学时 鲁波娜
第1节 密相流化床的基本构造
第2节 分布器基础与设计
第3节 鼓泡现象
第4节 夹带与扬析
第四章 学生口头报告 3学时 鲁波娜
第1节 流态化工业应用
第五章 循环流态化与广义流态化 4学时 鲁波娜
第1节 循环流化床的基本构造
第2节 气固分离基础及分离装置设计
第3节 循环流化床流动特征
第4节 噎塞及其预测
第5节 广义流化与下行床
第六章 传质与传热 2学时 鲁波娜
第1节 颗粒流体传质
第2节 颗粒流体传热，热质相似
第3节 壁面床层传热
第七章 学生口头报告 3学时 鲁波娜
第1节 流态化研究前沿阅读报告
第八章 多相流体力学初步 12学时 鲁波娜
第1节 多相流模型分类
第2节 连续介质模型与尺度分离
第3节 双流体模型
第4节 双流体模型封闭
第5节 EMMS模型
第6节 介尺度方法
第7节 双流体分析与模拟实例
第九章 流态化实验室实践 3学时 李飞
第1节 流态化实验室参观与实践
第十章 多相流/流态化CFD模拟实习 12学时 李飞
第1节 安装开放软件或开源代码平台
第2节 FLUENT软件/开源代码基础
第3节 CFD模拟真实的流化床并分析
第4节 参数比较分析及图形化演示
第十一章 课程总结 1学时 李飞
第1节 各章节总结
第十二章 闭卷考试 2学时 李飞
第1节 期末考试

鲁波娜，中国科学院介科学研究部副主任，研究员，博导。研究领域包括多相传递和反应，计算流体力学，多尺度模拟和反应器优化设计等，其提出的气固曳力公式分别于2020年和2024年被世界排名前2位的商业CFD软件Ansys Fluent和西门子Star-CCM+选为考虑介尺度结构的曳力标准模块：是目前气固领域国内独立研发的唯一成果。与中石化在新型催化裂化变径反应器及复杂催化反应通用变径反应器研发方面开展长期深入合作，共同出版专著《变径流化床反应器理论与实践》和《Diameter-Transformed Fluidized Bed: Fundamentals and Practice》（Springer，第2作者）。发表论文60余篇，引用2000余次，参与中英文丛书撰写10章节，申请软件著作权6项。获中国颗粒学会自然科学一等奖（排名1）、中国化工学会技术发明一等奖及中国石油和化学工业联合会优秀出版物图书类一等奖。入选中国科学院青年创新促进会，兼任国际综合性期刊the Innovation（2023年影响因子：32.1）创始成员、CFB国际顾问委员（国内唯一女性委员）、中国工程院院刊Engineering青年通讯专家、中国颗粒学会青年理事、燃料化学青年编委等。主持国家级、国际合作、科学院战略先导及企业委托等项目20项。
李飞，副研究员，硕士生导师。2004年毕业于华中科技大学热能与动力工程系，获工学学士学位；2009年毕业于清华大学热能工程系，获工学博士学位。毕业后，进入过程工程研究所工作，任助理研究员；2012年9月至今任副研究员。研究方向包括多相流动的多尺度离散模拟、基于EMMS的介尺度模型和工业煤气化应用研究。