过程工程学报

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过程工程学报. 2025, 25(3): 0.

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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

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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。

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

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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。

固相体积分数对O型球阀空化特性的影响

周兆年吴斌彬华霆锋王照彤金志江李文庆钱锦远

过程工程学报. 2025, 25(3): 241-248. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224257

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O型球阀是煤化工行业中重要的流体控制设备，在工作过程中，球阀内部容易发生空化现象。球阀工质为含有固相颗粒的流体，颗粒的体积分数会对空化产生影响但机制尚不明确。针对这一问题，使用数值模拟的手段，探究了不同阀球转角下，固相体积分数对球阀内空化的影响。结果表明，当阀球转角为30°以及45°时，阀内并无空化发生；阀球转角为60°时，低浓度的颗粒会削弱阀内的空化程度，而浓度大于10%的颗粒会促进空化发生；阀球转角为75°时，不同浓度的颗粒均会促进阀内的空化。本工作揭示了固相体积分数对O型球阀空化特性的影响机理，对于控制O型球阀工作环境以及多相流仿真方面具有一定的指导作用。

基于流固耦合的褶式滤筒脉冲清灰特性的数值模拟

李逸非钱付平胡文元马琪鲁进利

过程工程学报. 2025, 25(3): 249-260. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224243

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脉冲喷吹气流是滤筒除尘器清灰的主要手段。通过喷吹气流的作用导致滤筒滤芯产生膨胀和抖动，滤筒上的粉尘被剥离并落入灰斗，从而保持滤筒的清洁和高效的过滤性能。为了更好地反映喷吹气流对滤筒滤芯的影响，利用ANSYS Workbench中的静态结构模块(Static Structural)进行滤芯脉冲清灰的流固耦合，通过对比不同喷吹时间、不同喷吹距离下的模拟结果，从而得出喷吹气流对滤筒褶结构部分的影响。先利用Fluent模拟得到滤筒内压力的变化，结果表明，虽在不同喷吹距离下压力在数值上略有不同，但都有着相同的分布趋势：气流沿过滤元件长度方向向下运动并沿径向扩散，并且在滤芯内部静压从底部向上积累，滤芯下部静压相对较大，上部静压相对较小，滤芯内部有明显压力积累的过程。再利用ANSYS Workbench中的静态结构模块将上一步Fluent模拟得出的压力耦合在滤筒的褶结构，在相同时间集下，通过模拟得到滤芯褶皱结构的总变形、弹性应变和最大剪切应力值及其分布规律。在实验范围内，当喷吹距离为150 mm时，气流作用在滤芯褶皱结构的各项参数值最好：总变形为0.133 27 μm，弹性应变为3.018×10-4 μm，最大剪切应力为222.69 Pa。

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

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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。

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

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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。

脉冲振幅对脉冲折流板萃取柱内气-液-液三相流动规律影响的模拟研究

于婷喻修成卢宗慧肖哲赵松鹤曲鸣何辉叶国安

过程工程学报. 2025, 25(3): 283-292. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224194

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基于CFD模拟技术建立了脉冲折流板萃取柱的气-液-液三相流模型，探究了脉冲振幅对折流板萃取柱内宏观流场演化的影响规律。结果表明，脉冲振幅为1.2 cm的工况下，振幅对水相、有机相两相的运动影响较小，水相在挡板上积聚，脉冲振幅为7.2和14.4 cm的工况下，振幅对水相、有机相两相的运动方向和速度大小均有显著影响，水相脱离挡板分散成更小的液滴；随脉冲振幅增大，湍动能与湍动能耗散率随之增大，在流体冲击固体壁面的区域出现最大值，随脉冲振幅增大，小直径的水相液滴占比更高，强化了萃取过程。本研究使用Euler-Euler两相流模型耦合群体平衡模型模拟脉冲折流板萃取柱内的气-液-液三相演化现象，可为后续脉冲折流板萃取柱的设计及工艺优化提供参考。

牛粪厌氧发酵释磷及蓝铁矿结晶法磷回收试验优化

陈智豪李卫华杨婷婷刘怡心

过程工程学报. 2025, 25(3): 293-301. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224223

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随着我国畜禽养殖业的快速发展，畜禽废弃物的处置与资源化利用引起了人们的广泛关注。为了最大限度地从这种废弃物中回收磷，本研究以富含磷的新鲜牛粪作为研究对象，提出了新的磷回收途径。通过考察不同浓度、厌氧发酵时间和初始pH值对新鲜牛粪厌氧发酵的释磷效果，发现牛粪浓度为180 g/L、厌氧发酵时间为14天、初始pH=7时，牛粪释磷效果最好，达156.57 mg/L；为了从厌氧发酵的牛粪上清液中回收磷，采用投加Fe2+盐诱导蓝铁矿结晶，通过L9(34)正交试验，探究反应温度、pH值和Fe/P比对磷回收率的影响。结果表明，影响磷回收效率的因素依次是初始pH值、反应温度和Fe/P比，最佳工艺条件为：反应温度35℃、pH=7及Fe/P比为1.9。在该条件下，磷的回收率最高，达84.20%，蓝铁矿纯度为25%；通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对回收产物表征，并采用改良的顺序磷提取方法研究了回收产物中蓝铁矿的丰度，证实了回收产物中存在蓝铁矿。本研究在有效提取新鲜牛粪中磷的基础上，为合成高价值的蓝铁矿提供了有价值的参考依据。

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

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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。

烯丙孕素纳米混悬递送系统的制备、表征及体外释放特性

李超李东波王悦力赵海燕张竣郝符华林

过程工程学报. 2025, 25(3): 311-322. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224240

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烯丙孕素(ALT)作为一种动物用口服孕激素，其水溶性极低(约10 μg/mL)，且在体内代谢快，这严重制约了其临床疗效的发挥。纳米混悬递送系统(NS)可以将药物颗粒减小至纳米尺寸，有效提升难溶性药物的溶出能力和生物活性。本研究采用反溶剂法制备了烯丙孕素纳米混悬剂(ALT-NS)，通过单因素实验及星点设计-效应面法(CCD-RSM)对制备工艺和处方组成展开优化，并深入分析了ALT-NS的形成机理及制备影响因素。结果显示，ALT-NS最优处方和工艺参数为：烯丙孕素含量0.4wt%、十二烷基硫酸钠(SDS)浓度25 mg/mL、羟丙基甲基纤维素(HPMC)浓度4 mg/mL、搅拌速度1000 r/min、搅拌时间10 min。所制备的ALT-NS为淡黄色澄清液体，扫描电镜下呈类球形颗粒，平均粒径为104.87±1.10 nm、粒径分布指数(PDI)为0.19±0.01、Zeta电位为-37.87±0.81 mV。分析表明，在ALT-NS制备过程中，ALT由结晶状转变为无定形态。体外释放度研究表明，ALT-NS在72 h的体外累计释放度为98.4%，约是原药组的1.54倍，展现出高效、快速的释药特性。综上，本研究制备的ALT-NS能够显著减小ALT的粒径，有效提高ALT的溶解和释放效率，这对于ALT在临床应用中的疗效具有重要意义。

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