过程工程学报

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1. 钛渣三相电弧炉内自焙电极的焙烧模拟

刘泉管小平杨宁肖军

过程工程学报 2025, 25 (4): 323-331. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224185

摘要（417）

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PDF （3911KB）（120）

在钛渣电弧炉冶炼过程中，自焙电极烧结的好坏决定了电弧炉能否正常运行。本文以攀钢钛渣三相电弧炉为原型，建立了交变电磁场耦合温度场的多物理场模型，开发了电磁场、温度场快速计算方法，并对比了实心/中空自焙电极焙烧过程中的电流密度、焦耳热以及温度分布规律。结果表明，实心/中空电极的电流密度分布均出现“中心低，边壁高”的分布，即集肤效应，且中空电极的集肤效应弱于实心电极，即电流分布相对更均匀。此外，实心/中空电极的开始焙烧温度均位于导电原件接触区域内，满足焙烧要求。同时，实心/中空电极到达焙烧平衡时的时间分别约为13.4 h和12.8 h，中空电极的焙烧时间相对缩短4.3%。

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2. 一种涡流静态混合器流动及混合特性

周逸凡金光远吴松景玉豪朱正山冯文凯宋春芳李臻峰宋飞虎李静

过程工程学报 2025, 25 (5): 471-482. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224298

摘要（412）

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PDF （7013KB）（86）

静态混合器无须外部能源、结构紧凑、集成便利，在食品加工行业中具有重要地位。其中涡流的引入能够显著提升其混合效率，提高反应效率及效果。目前主流涡流静态混合器通过内部结构产生涡流以达成高效混合，其结构需承受流动冲击，有损坏风险。本工作研究了一种涡流静态混合器，并通过数值模拟方法研究其流动与混合特性，考察了入口流速及结构参数，包括腔室长径比(D/H)和轴向管径比(D/Da)的影响。结果表明，混合器内部以涡流为主，伴有显著二次流，包括二次涡循环流区、短路流区以及偏心涡区。提高入口流速增强了内部涡流流动，减弱了二次流，出口分离强度显著减小。当流速达0.223 m/s，可于腔室出口达到完全混合。减小D/H或增加D/Da可强化内部涡流流动，混合效果随D/H减小而增强，随D/H由6减小至4，涡流腔出口分离强度由4.03×10-3减少至5.23×10-4。

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3. 两椭球形湿颗粒间液桥的形状和气液界面能量模拟

王文哲姚桂焕

过程工程学报 2025, 25 (4): 332-340. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224247

摘要（372）

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PDF （5086KB）（83）

湿颗粒物质广泛地存在于自然以及生产生活中。针对两垂直平行放置的椭球形湿颗粒相对旋转过程中形成的中心液桥，采用Surface Evolver软件对其形状展开研究，分析了接触角、旋转角度、重力等参数的影响。结果表明，液桥形状是一个非圆弧假设的旋转对称体，接触角变化会改变液桥形状，旋转角度、重力均使得液桥中心垂直截面轮廓线从椭圆线向双曲线转变，重力使得上下颗粒上的接触线发生移动，而颗粒旋转会导致接触线收缩；液桥气液界面面积与颗粒相对角度呈正弦函数关系。对重力下维持液桥所需的最小体积进行了研究，表明其与接触角呈二次函数关系，并随着液体密度增大而增大，而且接触角90°左右时维持液桥所需体积最小。

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4. 套筒安装角度对窗口式套筒调节阀空化特性影响及机理分析

盛侃张深哲金志江钱锦远

过程工程学报 2025, 25 (5): 425-434. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224267

摘要（371）

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PDF （3732KB）（79）

窗口式套筒调节阀作为一种常见的调节阀，是过程工业系统中的关键部件，然而，阀内空化现象会导致阀门出现调节能力失效、阀内结构损伤等问题，从而影响系统正常运行。在阀门设计过程中，套筒存在两种基于工程实际的对称安装角度，本工作针对套筒安装角度对窗口式套筒调节阀空化特性影响尚不明晰的问题，通过数值模拟方法对不同套筒安装角度与工况参数影响下的空化特性以及空化产生机理进行研究。结果表明，改变套筒安装角度可以在不影响阀内流通能力的前提下，显著抑制阀内的空化现象。空化程度出现差异的成因源于阀内不同的空化产生机理。一类空化的产生源于流通面积陡缩与康达效应作用下的高速射流；另一类空化的产生源于节流窗口底部的强涡结构带来的局部压降。另外，本工作证明了强涡结构与空化产生位置有直接联系。本研究结果对实际工程中窗口式套筒调节阀套筒安装角度设置问题以及空化抑制结构优化设计均具有指导意义。

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5. 面向新能源消纳的新型重力热管储能单元设计及其性能研究

张舒程远林余虎张毅谢锦林廖兴炜章仁刘昌会顾彦龙

过程工程学报 2025, 25 (4): 373-381. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224288

摘要（366）

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PDF （2378KB）（64）

在全球气候变化问题日益严重的背景下，推动能源结构转型，减少对化石燃料的依赖，提高新能源的消纳能力，已成为必然趋势，在能源消耗占很大比重的建筑供暖领域更是如此。本工作设计了一种新型的翅片结构方形液腔及重力热管耦合的储能及供暖单元，并通过搭建储热平台对该储能单元的壁温特性、启动特性、传热性能及均温性能进行实验探究。随后，对该单元储放热特性进行综合评价，研究发现，该储能单元中耦合的新型重力热管对储能过程的启动特性、传热特性及均温性能均起到重要作用，其最低传热热阻低至0.018℃/W，最大等效导热系数可达239.15 kW/(m?℃)。最低启动温度仅为56.9℃，最低均温系数可达0.009。单元最大供暖系数可达3.83。该新型储能单元的设计及研究结果对移动式供暖单元及分布式能源的综合利用具有重要参考价值。

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6. CeO2/氮掺杂碳材料表面结构调控及染料去除性能

黄耀华张浩刘妍绮王冰慧饶日川

过程工程学报 2025, 25 (4): 389-398. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224210

摘要（360）

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PDF （4849KB）（68）

本工作通过控制硝酸铈和三聚氰胺的投料顺序，调节了CeO2/氮掺杂碳复合材料的表面结构。通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和Zeta电位等表征技术，发现投料顺序对CeO2/碳氮复合材料的氮含量、CeO2分散性、表面电荷分布、孔的结构及比表面积产生显著影响。相对于先加入三聚氰胺制备的CeO2/碳氮复合材料(MCe)，先加入硝酸铈制备的CeO2/碳氮复合材料(CeM)尽管具有较低的比表面积和不太理想的孔结构，但由于其具有更高的氮含量，促进了CeO2在复合材料中的分散；此外，Zeta电位测试表明，CeM样品表面主要带正电荷，由于刚果红在溶液中主要以阴离子形式存在，能与带正电荷的样品表面形成静电吸附作用。因此，先加入硝酸铈所制备的CeO2/碳氮复合材料展现出更高的刚果红去除效率。

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7. 水泥回转窑内多物理场耦合模拟研究

关晶田于杰刘银杰李飞叶家元许成文卢春喜王维何险峰

过程工程学报 2025, 25 (5): 445-458. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224299

摘要（360）

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PDF （4063KB）（77）

水泥回转窑作为水泥生产过程中的关键设备，其内部的气相煤粉颗粒燃烧与固相水泥烧结反应同时进行，这两个过程对于水泥熟料产品的生成及产品质量具有决定性的影响。然而，由于二者之间的反应速率和流速差异较大，现有的模拟多数局限于对单一的固相烧结或气相煤粉燃烧反应过程研究，对二者之间的相互作用探讨较少。针对这一不足，提出一种创新的气固相耦合模拟方法，将窑内区域划分为三维气相煤粉燃烧区和一维固相水泥烧结区，分别进行独立模拟，并通过迭代计算实现两者之间的紧密耦合。耦合模拟方法有效克服了气相与固相间流速显著差异带来的模拟挑战，能够更全面地揭示窑内流体流动、热量传递及化学反应的相互作用机制，为回转窑这一复杂系统提供了一种多尺度耦合模拟方法。耦合模拟结果显示，相较于传统的单一一维或三维模拟，这种方法能显著提高模拟精确度，模拟结果与工厂实际熟料输出数据高度吻合，更真实地还原了工业窑内发生的反应过程，显著提升了模拟精度。可有效指导回转窑优化设计和操作流程，从而提高熟料产品质量，为水泥回转窑的仿真提供了一种准确、高效的模拟方法。

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8. 粉尘浓度和含水率对覆膜滤料滤饼形成特性及过滤性能影响研究

陈路敏李海金朱晨胡文元钱付平郑志敏

过程工程学报 2025, 25 (4): 416-424. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224303

摘要（356）

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PDF （3364KB）（59）

本工作搭建了滤料实验测试台，通过分析覆膜滤料的压降、过滤效率、单位面积粉尘沉积量、滤饼厚度和厚度标准差探究粉尘浓度和粉尘含水率对覆膜滤料滤饼形成特性及过滤性能的影响。结果表明，随过滤时间延长，滤饼垂直方向上从顶部到底部厚度及其不均匀性逐渐增大，但经过一段时间后滤饼厚度不均匀性趋于稳定。随粉尘浓度增加，滤饼厚度和不均匀性逐渐增大；粉尘浓度较低时，滤饼厚度从顶部到底部整体增加缓慢，厚度差异较小；粉尘浓度较高时，滤饼顶部厚度增加较慢，底部厚度增加较快；随粉尘浓度增加，压降和单位面积粉尘沉积量增加，过滤效率约为99.9%，孔隙率整体逐渐减小。随粉尘含水率增加，滤饼均匀性差异明显，粉尘含水率为9%和13%时滤饼均匀性较差，粉尘含水率为10%~12%时，滤饼分布相对均匀。粉尘含水率对过滤性能的影响主要体现在压降的变化，含水率增加有助于减小滤饼压降，对过滤效率的影响并不明显。

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9. 湿式弦栅协同作用下的新型线板式电除尘实验研究

丁厚成薛亚芹邓权龙张文静陈圳杨

过程工程学报 2025, 25 (4): 382-388. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224304

摘要（347）

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PDF （3889KB）（37）

为提高工业上对细颗粒物的除尘效率，基于传统的湿式弦栅过滤除尘及电除尘理论，将湿式除尘与电除尘分区布置，搭建了湿式弦栅协同作用下的新型电除尘实验系统，通过单一静电除尘实验探究了波纹极板的波长与振幅在不同电压、风速下对除尘效率的影响，并获取波纹极板最佳的波长值与振幅值；通过复合湿式电除尘实验探究了电压、风速、雾化压力对除尘效率的影响，并验证了波纹极板作为收尘极板时在湿式电除尘系统中的除尘效果。结果表明，单一静电除尘中的除尘效率与电压成正比，与风速成反比；不同波长、振幅的波纹极板的除尘效率在不同的电压、风速条件下较平板均显著提高，其中振幅对波纹极板的除尘效率的影响更为显著，波长为150 mm、振幅为60 mm的波纹极板除尘效率最佳；复合湿式电除尘系统的除尘效果相较于单一电除尘系统显著升高，复合湿式电除尘系统中的波纹板与水组合的除尘效率高于平板与水组合的除尘效率，除尘效率随着风速、雾化压力增加先增加后降低，与电压成正比；当电压、风速、雾化压力分别为30 kV, 0.6 m/s, 6 MPa时，该系统除尘效率最高达到96.08%。

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10. 变径圆管内离散气泡运动行为及变形特性

李枫明亮邢雷蒋明虎赵立新关帅

过程工程学报 2025, 25 (4): 341-353. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224229

摘要（344）

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PDF （9843KB）（74）

离散气泡在变径圆管内的变形动力学行为是指导气液两相介质输运及分离的重要理论。针对变径圆管结构，开展不同雷诺数及气泡粒径条件下的变径场域内离散气泡的运动行为研究。分析不同入口雷诺数下变径圆管内的流型流态、速度场以及气泡变形特性，探索变径圆管内流场特性与离散气泡间的相互作用规律。结果表明，气泡使其周围的流体速度变化，造成速度梯度增加，致使其周围流场的湍动能上升；此外，随着入口雷诺数增大，气泡在流场内的破碎位置越趋向于突扩截面处，当入口雷诺数Re=5.16×103时，气泡的破碎距离最短为16.09 mm；当雷诺数不变，气泡半径从2.5 mm增大至4.5 mm时，气泡的无量纲最大变形量由0.26增加至0.67，数值模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。

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11. 核能领域含氚水净化技术研究现状与应用前景

徐琰吴孟涵姜百华武毓勇于湉湉

过程工程学报 2025, 25 (7): 645-657. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225158

摘要（343）

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PDF （3093KB）（113）

在全球核能复兴及绿色发展浪潮下，氚排放问题备受关注。降低氚排放是提升核能环境和公众友好度的重要措施。然而，目前尚缺乏从核能应用视角对氚净化技术的全面客观分析，且关于含氚水净化工艺的整体技术路线和流程仍不清晰。此外，该领域发展迅速，现有文献综述亟待更新。本文首先概述了核能领域高氚水的产生场景、特征及法规，指出核电、后处理及未来聚变领域对氚净化技术的需求迫切，尤其是内陆核设施对氚净化的要求更高，典型待处理含氚水活度浓度范围为107~1012 Bq/L。其次，本文对水精馏(Water Distillation, WD)、联合电解催化交换(Combined Electrolysis and Catalytic Exchange, CECE)和液相催化交换(Liquid Phase Catalytic Exchange, LPCE)三种主流的含氚水净化技术的最新研究进展进行了综述，指出氚净化机理与关键物性参数的发掘和建立、高效氢-水同位素交换催化剂的工业化制备和电解系统的适应性改造是当前研究的重点和难点。在此基础上，本文从核能应用视角出发，在当前技术成熟度条件下总结了四种可行的氚净化技术路线：“WD+贮存/电解+低温精馏(CD)”路线、“CECE+贮存/CD”路线、“WD+CECE+贮存/CD”路线、“LPCE+CD”路线，并对其处理能力、适用条件、优缺点进行了综合分析，旨在为含氚水净化技术和工程建设提供参考。

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12. 颗粒静电效应对气固流化床流动参数的影响

于化龙孙建龙胡霞丁宇航

过程工程学报 2025, 25 (5): 459-470. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224305

摘要（342）

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PDF （4241KB）（46）

忽略静电效应是气固流化床中沉降分离高度实际值与预测值之间误差产生的重要原因。由于难以定量控制颗粒带电量，因此很难通过实验方法研究静电效应对沉降分离高度造成的影响。本工作考虑颗粒间的静电效应，采用CFD-DEM数值模拟方法，对三维流化床中的颗粒夹带和沉降分离高度问题进行研究。结果表明，颗粒之间的静电效应会抑制颗粒夹带，降低夹带率；颗粒带电量较小时，颗粒间静电力可以增大平均颗粒高度和自由空域中颗粒纵向速度，增加了沉降分离高度；颗粒带电量较大时，颗粒间的静电吸引力容易造成颗粒团聚，降低了自由空域中的颗粒浓度，抑制了颗粒夹带，减小了沉降分离高度。

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13. 复合立体旋流筛板两区交互影响机制研究

霍平李天宇王虹凯唐猛

过程工程学报 2025, 25 (5): 435-444. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224259

摘要（339）

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针对复合立体旋流筛板(CTRST)中旋流区和填料区气液跨区耦合流动交互影响机制不清晰等问题，本工作基于双欧拉两相流法对CTRST进行了模拟。使用气、液相体积流量比描述了塔板两区气液相流动分配情况，并与单旋流构型塔板进行对比，分析两区交互影响下液相分布、压力场和速度场交互影响机制。结果表明，旋流区气液相体积流量比始终占据60%以上，气液相体积流量比最大值所在轴向截面随气液量变化发生转变。最大气、液相体积流量比截面随Lw增大而上升，由Z=25 mm移动到Z=10 mm处；随Fs增大而下降，由Z=25 mm移动到Z=40 mm处。CTRST中填料区对旋流流动具有较强的缓冲作用，显著减缓了旋流区压力降低趋势，填料的加入并未影响两区压降的平衡；两区结构对于气液两相流动的阻滞作用较为均匀，压降分布较为均匀。在旋流区存在使旋转流方向转变的过渡点，且过渡点位置沿轴向朝内筒方向内移。相比单旋流构型塔板，CTRST过渡点的内移提高了旋流区的持液能力，促进了两区之间气液交互流动。最大气、液相体积流量比截面随Lw增大而上升，由Z=25 mm移动到Z=10 mm处；随Fs增大而下降，由Z=25 mm移动到Z=40 mm处。

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14. 温度和气氛对含铁炉料还原过程粉化行为的影响

杨志伟王广王静松薛庆国

过程工程学报 2025, 25 (5): 492-499. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224296

摘要（338）

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PDF （2794KB）（32）

氧气高炉工艺是一项重要的低碳炼铁工艺，含铁炉料的粉化性能对冶炼过程有着重要影响，为指导氧气高炉工艺下含铁炉料的选择，本工作对比研究了氧气高炉、传统高炉两种还原气氛下烧结矿和球团矿的还原粉化行为。结果表明，在传统高炉条件下，随着还原温度不断升高烧结矿的粉化指数(RDI+3.15)呈先减小后增大的趋势。这是由于随着还原的不断进行，Fe2O3被还原为Fe3O4过程中产生的膨胀内应力逐渐增加，从而导致粉化加剧。在700℃时，粉化指数与国标测试值接近，而在高温区域(900~1100℃)，烧结矿核心处的Fe3O4被快速还原，且随着炉料颗粒由表面到内部FeO和金属铁的逐渐形成，体积收缩，致密度提高，导致粉化减弱。然而在高还原势的氧气高炉条件下，在500~900℃范围内，烧结矿的粉化指数持续下降，这是由于氧气高炉中的还原气体CO和H2浓度提高，促进了还原气体向炉料核心处的扩散，使得反应界面逐渐由表面向核心转移，更多的Fe2O3被还原为Fe3O4，还原膨胀应力增强，导致氧气高炉条件下烧结矿的粉化指数低于传统高炉条件下的粉化指数。但随着还原度的提升，烧结矿中FeO和金属铁含量增加，1100℃时氧气高炉条件下烧结矿的粉化性能得到改善，且略高于同温度下传统高炉条件下的粉化指数。此外，氧气高炉条件下烧结矿和球团矿的粉化指数均低于传统高炉条件下，对比两种炉料发现，两种条件下球团矿的粉化指数远远高于烧结矿，且RDI+3.15均在90%以上。

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15. 苯磺酸钠-硫酸钠-水三元体系相平衡及热力学特性

易嘉惠廖本仁陈鹏魏静玉姚涵黄惠婷卢智昊张乐华

过程工程学报 2025, 25 (4): 408-415. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224274

摘要（334）

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PDF （2508KB）（45）

工业有机磺酸废水中含有高浓度的无机盐和多种磺酸盐，对其有效处理和分离回收面临挑战。因此，本工作采用等温溶解平衡法和湿固相法探究了苯磺酸钠(BSNa)-硫酸钠(Na2SO4)-水(H2O)三元体系在273.15, 283.15和313.15 K下的相平衡数据，并利用van't Hoff方程对其溶解过程的热力学进行了研究。相平衡研究表明，该体系在313.15 K时存在1个共饱和点、2个单变量曲线及由BSNa, Na2SO4及其共晶组成的3个结晶区。而在273.15和283.15 K下，该体系仅存在1个共饱和点、1条单变量曲线和2个结晶区，对应于Na2SO4?10H2O及BSNa和Na2SO4?10H2O的共晶，未见BSNa的结晶区和溶解度曲线，表明该体系在低温下分离更易得到纯盐，且在283.15 K下进行分离的能效比更高。热力学研究表明，在该三元体系中，Na2SO4的溶解是一个非自发的吸热熵增过程，焓变对溶解Gibbs自由能的影响较大。本研究为高浓度有机废水中BSNa和Na2SO4的分离和回收奠定了基础。

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16. 一种新型煤矸石基快硬膏体充填材料的制备与性能

徐亮黄士兵李正昊李家茂高元宝樊传刚

过程工程学报 2025, 25 (5): 483-491. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224295

摘要（331）

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PDF （1376KB）（44）

为提高煤矿开采效率，加快煤矿采空区回填速度，降低煤基固废物对矿区环境的污染与破坏，本工作以煤矸石、粉煤灰、硫铝酸盐水泥、过硫酸盐水泥为原料，制备了煤矸石基快硬膏体充填材料。通过开展流动度、无侧限抗压强度、吸水率及软化系数等试验，研究了水胶比和骨胶比对试样宏观性能的影响，并对试样的微观结构与固化机理进行分析。研究结果表明，当骨胶比为4:1，水胶比为1.5时，试样的初始流动度为195 mm，8 h无侧限抗压强度为3.26 MPa，呈现明显的“早强快硬”特征，3, 7, 28 d无侧限抗压强度分别为5.56, 5.66和6.61 MPa。同时，28 d龄期试样的吸水率为16.86%，软化系数为0.90，耐水性优良。相组成与微观形貌分析表明，充填试样的早期无侧限抗压强度主要来源于煤矸石骨料的堆积填充效益与胶结部分中大量形成的钙矾石(AFt)，而后期粉煤灰等原料发挥火山灰效应，并与过硫酸盐水泥协同反应，其水化产物可进一步提高充填试样的致密度与力学性能。本研究可为新型煤矸石基绿色充填材料的开发与实际应用提供实验依据和理论指导。

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17. 古陆相沉积型稀土矿浸出渣中有价金属在硫酸溶液中的浸出行为

毛兴宇敖先权曹阳郭妤

过程工程学报 2025, 25 (4): 399-407. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224199

摘要（324）

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古陆相沉积型稀土矿是一种新型稀土矿，对稀土矿浸出渣进行金属元素分离提取，可提高稀土矿的利用价值和解决固废处置难题。本工作采用硫酸溶液浸出稀土矿浸出渣，探究硫酸溶液对Al, Fe和Ti浸出行为的影响和反应机理。研究结果表明，硫酸溶液可以有效溶解稀土矿中的硅铝酸盐和赤铁矿，选择性地浸出Al和Fe，锐钛矿不易与硫酸反应，因此Ti的浸出率较低。通过单因素和正交实验优化反应条件，在反应温度115℃、反应时间6 h、酸渣质量比2.1 g/g和液固比4 g/g的最佳反应条件下，Al, Fe和Ti浸出率分别达到86.44%, 94.00%和7.14%。浸出液通过硫酸铝铵法可将Al和Fe有效分离，并制得Al2O3。

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18. 二元颗粒在气固流化床内流动、混合特性的数值模拟(II)：流场径向分布特性的力学分析

王贵方孔双祝李建姚秀颖范怡平卢春喜

过程工程学报 2025, 25 (4): 364-372. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224287

摘要（319）

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由于二元颗粒存在物性差异，气固流动体系会呈现出复杂的流体动力学行为。通过对相对固含率进行比较，发现Geldart D类颗粒更倾向于在边壁富集，但目前少有研究对该现象形成的具体原因进行报道。通过引入Kutta-Joukowski横向力，对气固流化床-提升管耦合反应器底部区域二元颗粒所受横向力进行考察，进而分析了二元颗粒局部浓度/局部分率沿径向的分布特性。Kutta-Joukowski横向力在床内的分布并非均匀，根据颗粒相与气相的速度矢量差以及颗粒速度分布梯度对Kutta-Joukowski横向力沿径向分布的影响程度，对耦合反应器底部流化床进行分区，包括Kutta-Joukowski横向力均匀影响区(I区域)、速度梯度主导区(II区域)、气-固速度矢量差主导区(III区域)。结果表明，在I区域，Geldart A类颗粒和Geldart D类颗粒向边壁运动的趋势相当，促使颗粒相沿径向均匀分布；在II, III区域，Geldart A类颗粒和Geldart D类颗粒均受到指向边壁的Kutta-Joukowski横向力，进而呈现中心低、边壁高的类“环-核”不均匀分布。在II区域Geldart D类颗粒受到的Kutta-Koukowski横向力更大，导致其向边壁聚集的趋势更明显。而在III区域，Geldart A类颗粒和Geldart D类颗粒向边壁运动的趋势均较弱。

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19. 转炉炼钢供氧量预测的混合建模与多网络优化

柳玉杰张兴淦彭前范鼎东邓爱军夏云进

过程工程学报 2025, 25 (5): 500-509. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224252

摘要（300）

HTML （11）

PDF （4536KB）（24）

传统转炉供氧量预测模型多从机理或算法单一角度入手，忽视转炉冶炼数据的高噪音性和模型训练的偶然性，导致实用性和可信度不足。为此，本工作提出一种基于多网络优化的混合预测模型，首先采用孤立森林算法剔除异常值，之后结合弹性网络与BP神经网络进行建模，最后通过五折交叉验证提高模型泛化能力、网格搜索确保全局最优解。以国内150 t氧气转炉为研究对象验证模型使用效果，结果表明，在±200和±300 Nm3误差范围内，预测命中率分别为76.54%和94.61%；模型的R2=0.6512，RMSE=159.7 Nm3，最大绝对误差(MAE)≤350 Nm3。此外，研究表明融合多种数据分析方法能够提高模型的泛化能力和置信度，MAE是衡量模型可用性的重要指标。

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20. 微气泡强化碳酸化法制备纳米碳酸钙

田文鑫杜浩刘彪王少娜

过程工程学报 2025, 25 (2): 179-189. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224147

摘要（296）

HTML （5）

PDF （6269KB）（145）

CO2矿化利用是低品位石灰石和含钙固废资源化利用的重要方向，以乙酸为介质的间接矿物碳酸化固定CO2工艺由于乙酸介质可循环，被认为是新一代的清洁工艺，但该工艺加压5 MPa下碳酸化反应转化效率不足20%，即使引入萃取剂后碳酸化反应转化效率仍不足30%，限制了其工业化应用。针对乙酸体系反应过程碳酸化反应转化效率低的问题，本研究开发了微气泡强化碳酸化法制备纳米碳酸钙新工艺，系统研究了介质钙含量、反应温度、反应时间、pH值、曝气头孔径等对碳酸化反应转化效率的影响。结果表明：(1) 最优工艺条件为：反应时间1 h，反应温度80℃，初始pH值7.2，初始钙含量70.07 g/L，曝气头尺寸0.22 μm，在常压条件下碳酸化反应转化效率可达19.17%，与加压3 MPa的转化效率相当，同时实现了乙酸介质的再生循环，源头上避免了废水产生。(2) 将有机溶剂磷酸三丁酯(TBP)与微气泡技术耦合，所得碳酸化反应转化效率达57.5%，比文献报道的加压萃取工艺提高了13.4个百分点。(3) 在常压条件下制得长度400~800 nm、宽度小于100 nm的棒状文石型纳米碳酸钙产品。

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21. 配加赤-褐铁矿对熔剂性磁铁矿球团氧化动力学和焙烧性能的影响

冉微潘建杨聪聪朱德庆吴增福刘庆华张倩

过程工程学报 2025, 25 (5): 510-521. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224318

摘要（295）

HTML （9）

PDF （5911KB）（37）

采用同步热分析(TG-DSC)揭示了赤-褐铁矿、细磨石灰石对磁铁矿氧化过程的影响，发现石灰石中碳酸钙和褐铁矿中结晶水的分解和逸出会抑制磁铁矿的氧化。考察了配加细磨赤-褐铁矿对不同配矿条件下熔剂性磁铁矿球团氧化动力学的影响机制，并揭示了模拟带式焙烧机工艺条件下球团氧化度与其焙烧性能之间的内在关联。结果表明，在850~1000℃，配加了不同含量赤-褐铁矿的球团在氧化前期均受化学反应控制；赤-褐铁矿的配加量越高，表观活化能越高，且在碱度相同时，配加褐铁矿的球团氧化前期活化能比配加等量赤铁矿的球团高，主要原因是前者在加热过程中结晶水的脱除带走了部分热量，降低了氧分压。不同于传统链篦机-回转窑工艺，带式焙烧机预热段的球团氧化度并非越高越好，球团预热阶段氧化度过高，导致焙烧阶段因Fe3O4氧化提供的热量较少，反而不利于提高球团的强度。

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22. 25 MW导热油炉操作弹性的模拟研究

贾春桦白云宇赵海龙李秀明李迪王娟

过程工程学报 2025, 25 (5): 522-532. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224213

摘要（292）

HTML （11）

PDF （4119KB）（28）

工业上应用的导热油炉具有较大的炉膛尺寸和较高的热负荷。对某设计负荷为25 MW的导热油炉进行了三维数值模拟，研究了不同热负荷的工况下炉内流动与燃烧过程中的烟气速度、温度、组分浓度等关键参数的分布规律。结果表明，燃烧器的布置方式使得燃料射流与空气射流间存在较高的速度差，射流卷吸作用明显，炉膛内的温度分布均匀性有待提高。当热负荷超过60%时，炉膛内的回流区域较大，烟气停留时间延长，有利于炉管内导热油吸热升温，但从辐射室进入对流室的烟气流速较大、温度较高。在满负荷和超负荷运行条件下，需控制烟气流速，保持平稳操作。以上研究结果可为导热油炉的设计和实际运行提供理论指导。

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23. 氧化铝对铝电解生物沥青阳极反应性的影响

张坤谟王维

过程工程学报 2025, 25 (3): 302-310. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224254

摘要（265）

HTML （11）

PDF （1533KB）（42）

为了深入探究氧化铝添加剂对生物沥青阳极性能的影响，本工作通过热压烧结制备了添加氧化铝的生物沥青阳极材料，并对制备的阳极进行气化反应实验，结合光学显微镜、XRD、HRTEM等微观分析手段，研究了生物沥青对石油焦的润湿性、添加剂对生物沥青阳极气化反应性以及添加剂对生物沥青阳极性能的影响。结果表明，在相同表面张力和黏度下，生物质沥青比煤沥青表现出更好的润湿性。氧化铝能够提高生物沥青的产焦率，从而降低生物沥青阳极的气化反应性，提高抗氧化性。氧化铝还可以提高生物沥青阳极的石墨化程度，改善阳极试样的原子排列有序度，从而提高阳极材料的性能。本研究为生物沥青阳极的工业应用以及降低工业生产能耗提供了理论指导。

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24. 电动汽车直冷电池热管理技术研究进展

朱喜娇严华夏

过程工程学报 2025, 25 (6): 533-543. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224250

摘要（251）

HTML （33）

PDF （802KB）（114）

随着全球能源危机和环境污染问题的持续加剧，电动汽车因其高能效、低排放等显著优势，成为未来动力汽车的发展趋势。然而，电池生热现象制约着电动汽车的使用性能，因此，深入探究电池生热成因并采取应对策略，对提高电池使用性能与安全性至关重要。本工作首先介绍了电池生热成因，鉴于电池生热对其循环寿命、能量效率及安全性能的直接制约，亟需研发针对性的热管理技术予以应对。直冷电池热管理技术利用制冷剂蒸发吸热原理，可实现高效冷却效率，相较于传统液冷和风冷系统，直冷系统具有结构更紧凑、响应速度更快的显著特征。通过梳理近期相关文献，本工作综述了直冷系统在结构设计、冷板设计及系统参数的优化等方面的研究进展。研究表明，通过合理配置冷媒属性、精准调节系统参数及优化冷板布置，可显著改善高倍率充放电工况下的电池温度均匀性，进而延长电池使用寿命并保障其安全可靠运行。未来研究可聚焦直冷电池热管理系统的结构和参数优化，以及高效环保的新型冷媒的开发。

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25. 二元颗粒在气固流化床内流动、混合特性的数值模拟(I)：轴向/径向流场分布特性

王贵方孔双祝李建姚秀颖范怡平卢春喜

过程工程学报 2025, 25 (4): 354-363. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224286

摘要（250）

HTML （11）

PDF （4002KB）（85）

在炼油/化工领域，一些新工艺涉及到两种功能/物性不同的催化剂颗粒与气相的混合及流动。本研究采用数值模拟的方法考察了Geldart A类和Geldart D类二元混合颗粒在气固流化床-提升管耦合反应器底部区域的流动特性。采用欧拉-欧拉多相流模型，考虑介尺度非均匀结构的影响，引入基于能量最小化多尺度原理的EMMS曳力模型，建立了气固流化床中二元颗粒的流动模型。通过分析二元颗粒体系的床层密度分布和床层压降分布的转折点，确定了密相区和稀相区的相交界面高度。沿床层轴向方向，通过对比床内两种颗粒的相对截面平均固含率，发现Geldart D类颗粒倾向于在床层底部运动；同时，大粒径/低密度颗粒和小粒径/高密度颗粒的二元颗粒体系的床层底部区域密度分布更稳定。沿径向方向，Geldart A类颗粒和Geldart D类颗粒均趋向边壁运动。定义相对固含率作为定量考察颗粒径向运动趋势的参数，发现Geldart D类颗粒较Geldart A类颗粒向边壁区域浓集的趋势更明显。

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26. 封面和目录

过程工程学报 2025, 25 (4): 0-.

摘要（245）

PDF （3876KB）（58）

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27. 相变微胶囊在金属泡沫微通道中的换热特性

李勇铜孙静王玮铂杨博宇杨云茜

过程工程学报 2025, 25 (3): 233-240. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224227

摘要（240）

HTML （17）

PDF （4566KB）（62）

相变微胶囊悬浮液(MEPCMs)是一种新型传热功能热流体，在热管理、储能等领域极具发展潜力。为提高能流密度电子器件的热管理性能，本工作采用相变微胶囊悬浮液和金属泡沫作为双重强化换热手段来提升微通道的冷却特性。利用数值方法研究了MEPCMs质量分数(5wt%, 10wt%和20wt%)、入口流速、金属泡沫填充率对微通道换热性能、流动阻力及综合换热性能的影响规律。结果表明，金属泡沫微通道的最高温度随着MEPCMs质量分数增大而降低，压降随着质量分数增大而增加；流速为0.06 m/s时，质量分数从5wt%增大到20wt%，压降增加了2.09倍。5wt%的MEPCMs的综合换热性能最好，综合能效因子较纯水提升了8.15%~12.18%。金属泡沫的填充率会显著影响微通道的换热性能，完全填充金属泡沫微通道的冷却性能最好。在整个流速范围内，以5wt%的MEPCMs为冷却工质，完全填充金属泡沫微通道Nuave为空微通道的9.06倍，流动压降为空微通道的56.91倍，综合能效因子可达2.61。本研究结果可为开发高效、紧凑的液冷电子器件散热装置提供理论指导。

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28. 二维聚酰胺改性无色聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能研究

李子健吴任钊董海峰易芬云王彦陈德富蔡玉富

过程工程学报 2025, 25 (2): 210-220. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224184

摘要（236）

HTML （6）

PDF （2403KB）（106）

无色聚酰亚胺(CPI)广泛用作柔性显示器件的盖板、基板以及触控层面板，这些领域要求CPI具有高玻璃化转变温度(Tg)、低热膨胀系数、出色的光学透明度以及良好的力学性能。CPI主要通过引入含氟基团改变分子链的化学结构的方法获得，这种方法制备可以得到透光率高的CPI，但同时也会造成其热性能和力学性能的下降。二维无机材料改性的方法可以有效改善CPI的热学和力学性能。然而，与CPI相容性差、改性工艺复杂等技术难题也限制了二维无机材料在CPI改性中的应用。基于此，本研究提出二维有机聚合物——二维聚酰胺(2DPA)改性CPI的新方法，并通过溶液相混法和两步热酰亚胺法制备了2DPA/CPI复合薄膜。分析了2DPA的结构及性能，并探究了2DPA添加量对2DPA/CPI复合薄膜的透光率、吸水率、Tg和拉伸强度等性能的影响规律。结果表明，在不影响透光率的情况下，2DPA/CPI复合薄膜中2DPA的添加量为1wt%时效果最佳，与CPI膜相比，Tg从338℃提高至358℃；拉伸强度达到了71.44 MPa，断裂伸长率达4.34%，分别提升了21.37%和24.36%；吸水率降低了39%，由3.33%降至2.03%。这种二维有机材料改性CPI复合材料的成功制备，为高性能CPI基复合材料的研究与应用提供了新思路，具有重要的研究意义。

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29. Si₃N₄/BN复合陶瓷材料研究进展

赵蕾孙玥胡玉龙方喆禹金星冉松林

过程工程学报 2025, 25 (2): 111-128. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224154

摘要（230）

HTML （6）

PDF （11377KB）（124）

Si3N4作为一种无机非金属材料，因其具有高硬度、高机械强度和高热稳定性等特性，在切削工具、生物医学、电子、军事和汽车等领域被广泛应用。但Si3N4陶瓷自身的硬脆特性，使其在加工过程中容易形成表面缺陷，极大地降低了Si3N4陶瓷的可靠性。大量研究表明，以Si3N4为基体制备的复合陶瓷能有效弥补单一Si3N4陶瓷的劣势，即在Si3N4基体中添加第二相，其中通过添加BN制备的复合陶瓷在先进的工程应用中尤其有吸引力。Si3N4/BN复合陶瓷是一种耐高温、介电性能良好、可加工性能优异的高温透波陶瓷材料，具有良好的应用前景。本工作综述了近年来Si3N4/BN复合陶瓷制备和性能研究的进展，并讨论了陶瓷材料性能的优化以及今后所面临的挑战。

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30. 生物固碳效益评价的发展和挑战

王梦蝶夏雪王丹秦钊彭祉尧

过程工程学报 2025, 25 (2): 129-141. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224200

摘要（227）

HTML （5）

PDF （3058KB）（93）

空气中二氧化碳(Carbon Dioxide, CO2)浓度逐步上升，全球变暖问题日益严重。目前全球已有120多个国家提出了碳中和目标，碳捕集、碳封存和碳转化技术受到学术界和工业界的高度重视。生物固碳技术因反应条件温和、绿色环保及反应产品应用范围广等特点，在碳中和背景下显示出良好的工业应用潜力。然而，要真正实现可持续发展，必须采用有效评价策略用以量化生物固碳效益。但目前的生物固碳效益评价方法多种多样，缺乏统一的科学评估框架。为了促进生物固碳效益评价的发展，本文综述了基因组规模代谢网络模型(Genome-Scale Metabolic Network Model, GSM)和生命周期评价(Life Cycle Assessment, LCA)在生物固碳评价中的应用，重点分析了这两种方法在生物固碳效益评价中的瓶颈问题。此外，本综述还对生物固碳效益评价的未来发展方向进行了系统展望，阐述了机器学习应用的显著优势，指出了基于原子经济性(Atomic Economy, AE)的科学评估指标，规范了数据获取的基本框架，并分析了构建多层次评估框架的重要突破。

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31. 含列管束鼓泡塔的CFD模拟：湍流模型的影响

张南管小平王康军杨宁

过程工程学报 2025, 25 (3): 261-272. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224206

摘要（218）

HTML （14）

PDF （6598KB）（45）

含列管束鼓泡塔的CFD模拟结果准确性与相间作用力模型、湍流模型等封闭模型有关。本工作考察了常用的6种湍流模型(标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε、标准k-ω、SST k-ω和RSM)对不含内构件及含列管束的中试规模鼓泡塔内流体动力学的影响。结果表明，RSM预测的空塔内流体的湍流动能、湍流耗散率和湍流黏度均远高于涡黏模型(k-ε模型、k-ω模型)，但在模拟列管塔时这种差距明显缩小，而且列管显著抑制了液相的湍动程度。同时，将鼓泡塔内气含率及轴向液速的模拟值与实验测量数据进行了对比，发现涡黏模型仅可准确预测空塔内中心区域气含率而RSM可预测其余区域气含率，6种湍流模型预测的列管塔内气含率径向分布几乎一致；Realizable k-ε模型预测的空塔及列管塔内轴向液速值与实验数据高度吻合，明显优于其他湍流模型，在模拟鼓泡塔内流体力学时推荐使用。

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32. 层级梯度多孔铜表面强化沸腾传热特性研究

石尔叶双瑞王友兰彭启赵斌姜昌伟

过程工程学报 2025, 25 (3): 273-282. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224233

摘要（218）

HTML （16）

PDF （4605KB）（45）

为了提高能源系统的效率，采用电化学沉积方法在铜基底上构筑梯度结构多孔表面以强化沸腾传热，通过恒电流单步沉积法和恒电流恒电压两步沉积法制备了蜂窝状多孔和层级轴向蜂窝状梯度多孔两种结构，以HFE-7100为工质进行饱和池沸腾传热实验，研究多孔表面梯度孔径层级变化对沸腾传热性能的影响。结果表明，沉积总时长60 s，提升第二步沉积电压为3 V的层级梯度多孔表面强化传热效果最为显著，沸腾起始点的壁面过热度为9.5 K，相较光滑表面(16.8 K)下降了43.00%；临界热流密度和传热系数分别高达522.02 kW/m2和22.76 kW/(m2?K)，相较光滑表面，其临界热流密度和传热系数的强化比分别为193.40%和261.01%。层级多孔表面具有内部孔穴和枝晶凸起两类汽化核心，微孔及枝晶内部的微米孔穴具备丰富的孔径范围，在增加表面汽化核心密度和有效传热面积的同时，降低核化能垒；轴向孔径梯度变化加速气泡演化，梯度多孔结构和枝晶提供的毛细芯吸力使工质从水平和垂直方向回流至核化区域，提升了层级梯度多孔表面的沸腾传热系数和临界热流密度。

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33. 封面和目录

过程工程学报 2025, 25 (5): 0-.

摘要（216）

PDF （2982KB）（50）

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34. 钒泥-钒渣协同富氧碱浸强化提钒

陈畅张振全王宝华杜浩祁健王少娜李昊男王明华刘彪

过程工程学报 2025, 25 (9): 933-942. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224369

摘要（216）

HTML （4）

PDF （6729KB）（29）

钒泥是钒浸出液在除杂净化过程中产生的一种固体废弃物，具有极高的回收价值。针对钒泥难以高效利用的问题，采用碱浸提钒法进行钒泥中钒的提取，研究了浸出温度、浸出时间和NaOH浓度对提钒效果的影响规律，筛选出最优条件：在反应温度90℃、反应时间2 h、NaOH浓度20wt%、液固比2∶1的条件下，钒浸出率可达99.23%，此时尾渣中V2O5含量仅为0.48wt%。在此基础上，利用现有的富氧碱浸提钒工艺流程，进行钒泥协同钒渣强化提钒研究。在优化条件下，混合尾渣中钒含量为0.68wt%，钒浸出率为92.40%，钒渣提钒效率提高了约6个百分点。此时最佳的协同浸出工艺反应条件为：在反应温度150℃、氧气压力0.5 MPa的富氧碱浸后的浆料稀释至NaOH浓度为25wt%，添加初始钒渣质量10wt%的钒泥，浸出温度90℃，浸出时间1 h。通过对协同提钒过程进行表征，明确钒泥的加入可改变硅相，促进钒渣中钒的高效提取。该工艺可实现钒泥和钒渣中钒的高效协同提取。

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35. 合金元素对RE₂Fe₁₄B (RE=Nd, Pr)基纳米复合永磁体的影响

霍传友张电宝卜晓宇钱二宝张振牛敬涵姜胜男李海玲

过程工程学报 2025, 25 (3): 221-232. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224121

摘要（208）

HTML （21）

PDF （1330KB）（55）

纳米复合磁体因其潜在的高磁能积成为颇具发展前途的下一代永磁材料。高磁性能的实现依赖于对微观结构的精确控制，包括软硬磁相的晶粒尺寸及分布、软磁相的含量、硬磁相的取向、界面的结构和化学成分等。目前主要通过调整合金成分和制备工艺来控制纳米复合磁体的微观结构。通过添加合金元素不仅可以改善纳米复合永磁体的微观结构，还可以改变磁体中主相的内禀磁参数，是提高磁体磁性能的常用手段。本工作总结和评述了合金元素在RE2Fe14B (RE=Nd, Pr)基纳米复合永磁材料的微观结构控制方面的作用。稀土元素(La, Ce, Pr, Dy, Tb等)加入取代了Nd原子，改变了Nd2Fe14B相的内禀磁参数；Co, Cr, Ni和Mn等元素可以进入α-Fe和RE2Fe14B晶格并置换Fe的点位，同时改变软、硬磁相的内禀磁参量，从而改变磁体的磁性能。Nb, Ti, Zr等元素被证实可以进入主相Nd2Fe14B内，但更多的是富集在晶界处，起到增强畴壁钉扎和细化晶粒的作用；Sn和Ga等元素可以改善磁体的高温磁性能，提高磁体的热稳定性。通过添加合金元素调控合金成分是控制纳米复合磁体微观结构的有效途径，但合金元素的含量需要控制在一定范围内，过量添加会恶化磁体的磁性能。

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36. 考虑气泡形状及气泡诱导湍流的聚并模型

施炜斌龙姗姗杨晓钢黄辉段念

过程工程学报 2025, 25 (2): 169-178. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224140

摘要（206）

HTML （7）

PDF （3280KB）（75）

在描述气泡聚并的碰撞筒(Collision Tube)理论中，气泡沿碰撞方向的横截面积及其所携带的湍动能是决定碰撞速率的两个关键点。在气液鼓泡流动中，随着气泡体积增大，气泡形状由球形向椭球形、球帽形转变，其相应的投影面积也发生变化。由于气泡对液相的强烈作用，液相湍流中剪切湍流和由气泡尾涡诱导的湍流涡漩二者共存，并且在不同的时空范围内对即将发生碰撞的气泡所携带的湍动能产生影响。针对Prince and Blanch聚并模型中的球形气泡假定和剪切湍流作用，本研究建立了考虑气泡形状和气泡诱导湍流的气泡聚并过程动力学模型，并基于群体平衡模型进行了模拟。研究结果表明，在气泡聚并模型中考虑气泡形状变化、气泡诱导湍流和剪切湍流的共同作用，能够准确捕捉气液鼓泡流动中气泡的尺寸分布特征，并且能够进一步影响气液两相的动力学特性预测结果。

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37. 基于界面反应工程和羰基铁粉掺杂的软磁复合材料性能优化研究

李凯旋刘洋吴星怡王锐黄华钦吴朝阳

过程工程学报 2025, 25 (7): 736-747. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224380

摘要（202）

HTML （4）

PDF （4366KB）（44）

通过界面反应工程实现绝缘包覆是优化软磁复合材料(SMCs)性能的重要途径，但传统方法面临绝缘层与软磁粉末晶格失配导致界面裂纹的问题。本研究创新性地提出引入羰基铁粉(CIPs)掺杂策略，利用其高塑性和高比表面积特性，协同碱性化合物热分解构建CaSiO3?Ca2Al2O5?CaO复合绝缘层。结果表明，Ca(OH)2在热处理过程中会分解为固相CaO和气相H2O，其中CaO倾向于在FeSiAl软磁粉末基体表面形核，并沿着掺杂的CIPs生长，最终形成由CaSiO3?Ca2Al2O5?CaO组成的复合绝缘层。高塑性CIPs与包覆层结合后，有效填补SMCs内部孔隙；小粒径CIPs的高比表面积为Ca(OH)2分解及复合绝缘层生长提供更多的反应位点，促进绝缘层在软磁粉末和CIPs表面均匀分布，实现CIPs在绝缘层内部的有效掺杂，削弱绝缘层与软磁粉末间晶格失配带来的负面影响。通过改变CIPs掺杂量，能够实现SMCs磁性能的精确调控，当CIPs掺杂量为20wt%，SMCs展现出最佳的综合磁性能。在10 mT, 200 kHz条件下，饱和磁化强度达145.1 A?m2/kg，磁导率为40.5，磁损耗低至50.6 kW/m3，是高性能电磁元件的理想选择。与其他基于界面反应工程的绝缘层制备策略相比，本研究提出的方法利用CIPs的高塑性和高比表面积的优势，通过与界面反应工程结合，有望成为解决绝缘层与软磁粉末间晶格失配的新思路，为SMCs的性能优化提供了理想解决方案。

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38. 并联微流道换热器中气泡特性与沸腾传热实验研究

袁俊飞邢谷雨冯梓城宋硕硕王雨

过程工程学报 2025, 25 (8): 834-844. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225032

摘要（195）

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PDF （39521KB）（117）

为进一步拓展微通道沸腾传热在高热流密度电子设备冷却领域的应用范围，实验研究了具有并联多流道的微通道换热器中沸腾产生发展的动态特性以及换热器的整体传热特性。结果表明，在并联多流道的微通道换热器中，各并联微通道间沸腾气泡的起始位置存在显著差异，沸腾起点位置的不均匀度标准偏差受质量流率的影响较小，随热流密度增加先降低后增加；在微通道内同时发生过冷沸腾和饱和沸腾两种传热机制，两种沸腾机制中均能发生泡状流流型，弹状流流型和环状流流型仅发生在饱和沸腾区域；热流密度对通道内换热机制、沿程壁面温度及其变化规律具有显著影响，在热流密度为63~80 kW/m2的范围内，出口均流室突扩效应导致换热器出口壁面温度先降低后增加再降低；热流密度增至104~252 kW/m2时，微通道中壁面温度波动较小，温度均匀性增强；换热器整体沸腾传热特性在微通道出口处出口制冷剂工质干度为0.02时出现转折，换热器整体换热系数随质量流率和热流密度增加而增加，质量流率对平均换热系数的影响敏感度更高。

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39. 广西高铁铝土矿氧化铝的溶出与分离

吴浩马淑花欧彦君

过程工程学报 2025, 25 (2): 201-209. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224050

摘要（184）

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以难处理广西高铁复合型铝土矿为研究对象，在明晰铝土矿中氧化铝的赋存形式基础上，第一步采用氢氧化钠溶液，对其中的氧化铝进行溶出。结果表明，该铝土矿的主要矿物成分是三水铝石、一水软铝石、铝针铁矿、赤铁矿以及锐钛矿、石英等。其中，氧化铁72.22wt%以铝针铁矿形式存在，27.78wt%以赤铁矿形式存在，在铝针铁矿中，铝对铁的取代率为24.5 mol/mol；氧化铝以三种形式存在，即三水铝石、一水软铝石和铝针铁矿，各占原矿的37.48wt%, 3.89wt%和42.46wt%。在低碱浓度(Na2O 100 g/L)、反应温度180℃、反应时间1 h条件下，高铁铝土矿中以三水铝石和一水软铝石形式存在的氧化铝可近完全溶出，但矿物中的铝针铁矿在此温和条件下难以转化，严重影响新工艺的经济性。为了解决铝针铁矿中铝铁分离问题，基于针铁矿在一定温度下可向赤铁矿转化的机理，采用低温焙烧的方法将铝针铁矿转化为赤铁矿和活性氧化铝，在450℃温度下将富铁相焙烧0.5 h。研究发现，在转化过程中，铝针铁矿中约57wt%的氧化铝被释放到赤铁矿晶格之外，实现了铝-铁的分离和相转化。第三步将转化之后的矿物再次在低碱浓度(Na2O 100 g/L)、反应温度220℃、反应时间1 h条件下溶出。被释放的氧化铝溶出后，三步法氧化铝的总溶出率可达到85.92%，且溶出后尾渣氧化铁含量达到83.06wt%以上，可用作炼铁原料。

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40. 混合基质膜在膜法碳捕集技术中的应用分析

秦宇海玉琰熊日华

过程工程学报 2025, 25 (10): 1008-1020. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224358

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在“双碳”战略背景下，碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术的重要性日益凸显。作为CCUS技术中的关键环节，CO2分离已成为当前的研究热点。在众多分离法中，膜分离技术凭借低能耗、可连续操作的优势脱颖而出。本工作全面综述了国内外各类CO2分离膜在膜法碳捕集领域的研究现状，重点介绍了混合基质膜的CO2气体渗透分离性能及制备方法的优化。目前，绝大多数混合基质膜的CO2渗透速率介于0~1000 Barrer之间，CO2/N2的分离系数在20~120范围内。研究表明，通过使用修饰改性的晶态多孔填料或直接使用非晶态多孔填料，可有效提升聚合物基底与多孔填料的兼容性，是优化混合基质膜制备方法的可行途径。从后续工业应用的实际需求出发，本工作剖析了不同CO2分离膜组件的优势与不足，明确螺旋卷式是当前最适用于膜法碳捕集领域的组件形式。混合基质膜具备优异的机械与热稳定性、杰出的抗塑化能力及卓越的CO2渗透分离性能，因此在利用螺旋卷式膜组件实现膜法碳捕集应用中展现最大潜力。此外，在添加吹扫气等合适的捕集工艺条件下，基于当前混合基质膜的性能，CO2捕集成本可控制在23 USD/t CO2以内。充分证明了混合基质膜在膜法碳捕集技术中应用的可行性，本工作旨在为CO2膜分离在CCUS技术中的广泛应用提供有力指导。

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