过程工程学报

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过程工程学报. 2025, 25(6): 0.

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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

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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。

亲疏水相间结构转盘反应器停留时间分布特性研究

范勇强邱玉清王东祥李财发

过程工程学报. 2025, 25(6): 544-555. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224307

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通过制备不同亲疏水相间表面结构转盘反应器，采用脉冲示踪法研究了不同转速和流量下的不同亲疏水相间表面结构转盘内的液体停留时间分布。结果表明，增加转速和流量使光滑盘的无量纲方差值减小，停留时间分布曲线变窄，液膜流动行为更趋近于理想活塞流，而增加转盘表面的疏水层条数，无量纲方差值随转速和流量的变化趋势不再单调减小。此外，随着流量增加，液体在反应器中的平均停留时间会减小，而转盘表面疏水层条数的改变对于平均停留时间也存在一定影响，但无显著规律性。另外，流量、转速和疏水层条数的改变还会影响转盘表面流体的流动特性与混合性能，光滑盘的串联反应器级数和佩克莱数均会随流量和转速增加而增大，表明液膜流动行为在接近活塞流的同时，转盘表面的返混程度和分散程度也逐渐减小，而疏水层条数增加使串联反应器级数和佩克莱数随转速和流量的变化趋势不再单调增大。通过对不同亲疏水相间结构转盘串联反应器级数和佩克莱数的相关影响因素进行无量纲分析，建立了串联反应器级数和佩克莱数的预测关联式。本研究有助于进一步理解反应器表面非均匀浸润对于液体停留时间分布及返混程度的影响，可为转盘反应器设计与优化提供指导意义。

双行星螺杆式搅拌器的混合性能分析

霍云婷张忠杜晓钟

过程工程学报. 2025, 25(6): 556-564. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224320

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在锂电池浆料的制备过程中，均匀性差和粉末团聚等问题显著影响电池性能。本工作采用计算流体力学研究双行星螺杆式搅拌器的混合特性，考察了转速、转向、桨径比和螺距对锂电池浆料的流场分布、循环特性、剪切性能、浓度分布及单位体积混合能的影响。结果表明，反向搅拌模式下涡流中心明显偏高，展现出更强的流体循环特性。复杂的涡流与交错流动有效增强了剪切应力。尽管单位体积混合能与搅拌桨转速呈正相关，反向搅拌仍在降低能量耗散方面表现出优越性，与同向搅拌相比，在100~400 r/min范围内，反向搅拌的能量节省率可达21.7%~60.7%。在混合均匀性方面，低速下同向搅拌效果较好，高速下反向搅拌更为均匀。增大桨径比能有效提升流体的轴向和径向速度，增强剪切应力，但同时导致单位体积混合能上升，混合效率降低。螺距增大提升了轴向和径向速度，改善了混合均匀性，并降低了流动阻力，提高了混合效率。过大的桨径比和螺距会导致流动不均匀，影响固体颗粒的均匀分布。

炉膛和环境温度对氢基竖炉内温度-应力场的影响

黄正超金焱秦建涛蔡国庆凌宏志刘子钰林鹏

过程工程学报. 2025, 25(6): 565-578. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224325

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氢基竖炉作为氢冶金技术设备具有巨大减排潜力，针对氢基竖炉固体域的温度场分布及热应力产生的问题，本研究以某钢厂氢基竖炉为研究对象，根据稳态热、静态结构理论建立热-力耦合模型，模拟了不同炉膛及环境温度条件下，氢基竖炉内部的热量传递及热应力产生过程，考察了内、外温度对于竖炉内部温度及热应力的影响。结果表明，炉壳及耐火材料1的最大应力分别能达到6150和881 MPa，且内、外部温度对于竖炉内部热环境稳定及炉身结构稳定都具有重要影响，其中炉膛温度提升会显著提高耐火材料间的温度梯度，并增大其热应力峰值，炉膛温度为800~900℃时，最大应力增幅达93 MPa，形变量增幅达3.34 mm；外部温度的提升能减小内外温度梯度，从而降低内部耐火材料的热应力和形变量，并减小炉壳内侧应力。本研究采取特定部位建立路径的方法直观地展示了不同温度条件下的温度场、应力场分布，为优化氢基竖炉的炉身材料堆砌方式和结构设计提供了参考。

基于MIC特征选择和WOA-LSSVM优化的阳极铜质量预测研究

熊文真徐建新熊英

过程工程学报. 2025, 25(6): 579-589. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224392

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电解铜精炼过程中，阳极板中铜含量对电解效率至关重要。以混合铜精矿和粗铜等15种元素质量作为自变量，阳极板的铜元素质量作为因变量，利用最大信息系数(MIC)分析了54个具有代表性的测试数据集中各元素间的非线性相关性。结果表明，混合铜精矿的As含量和粗铜(外购)的Sb含量与阳极板铜含量的相关性最高，MIC值分别约为0.8228和0.8362。基于此，构建了鲸鱼算法优化的最小二乘支持向量机(WOA-LSSVM)回归预测模型，对阳极板铜元素质量进行预测。WOA-LSSVM模型具有较高预测精度，R2达0.9245，均方根误差(RMSE)较小，WOA-LSSVM组合模型对阳极板铜含量的预测精度比其他模型高出4.45%~123.05%。非线性分析方法能够有效捕捉阳极铜生产过程中不同因素之间的复杂关系，结合非线性分析方法和机器学习技术，可以提高阳极铜质量控制的实时性和适应性。

连铸中间包流动特性理论分析模型

周业连江中块朱苗勇

过程工程学报. 2025, 25(6): 590-597. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224333

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为了解决多流中间包内钢液流动特性定量描述问题，本工作基于组合模型假设，深入解析描述中间包内钢液流动特性的停留时间分布(Residence Time Distribution, RTD)函数，建立了停留时间分布函数标准差与中间包活塞区体积分数的等式关系，提出了一种定量描述中间包钢液流动特性的标准差分析模型。该模型采用停留时间分布函数标准差替代传统模型中最小响应时间作为求解活塞区体积分数的参数。同时，基于多流中间包总体停留时间分布函数标准差是各流停留时间分布函数标准差的均方根平均值，将该标准差分析模型推广至多流中间包流动特性分析，形成总体标准差分析模型。与传统多流中间包分析模型相比，该方法解决了总体分析方法中最小响应时间难以确定的问题，同时，也避免了采用并联分析模型时产生死区体积分数为负的现象。最后，通过对比不同模型下的五流中间包RTD曲线，验证了总体标准差分析模型描述多流中间包流动特性的准确性和优点。

电场和物性参数对液滴-界面聚并行为的影响

尹然吴艳崔兆雪仝立宁王晗李彬孙治谦王振波

过程工程学报. 2025, 25(6): 598-608. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224234

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电脱水是解决原油采出液脱水难题的高效技术手段。本工作围绕液滴-界面电聚并过程，采用COMSOL Multiphysics软件开展数值模拟，针对油田现场工况，系统分析了电场参数(电场强度和电场波形)与物性参数(界面张力、电导率、连续相黏度、液滴粒径、液滴-界面距离)对液滴-界面动力学演化行为的影响规律。结果表明，随电场强度、液滴粒径和液滴-界面距离的增加，液滴-界面部分聚并程度增加；当电毛细管数CaE≤5.61、液滴直径D<0.69D0时，液滴-界面发生完全聚并。随界面张力、连续相黏度的增加，液滴-界面部分聚并程度减弱，当界面张力γ*>4.0、连续相黏度Oh≥0.076时，液滴-界面完全聚并。相比于直流电场，脉冲电场能有效促进液滴-界面完全聚并。随电导率的增加，无量纲二次液滴体积(Vr)先增大后减小。本研究结果为开发高效紧凑的电脱水设备提供了理论依据，对油田节能降碳及绿色低碳转型具有重要意义。

废弃LED中有价元素的分布特征及富集分离方法

刘玲苏冬冬董彬欣盛广宏王诗生

过程工程学报. 2025, 25(6): 609-620. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224230

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废弃发光二极管(LED)中含有多种有价金属元素，这些元素的回收利用引起学者们的广泛关注。本研究系统分析了球泡灯灯珠(L-LED)和SMD 2835 LED (S-LED)中有价元素的分布特点。在探明LED各组件质量组成的同时，采用XRD、ICP-OES和SEM-EDS等分析手段研究了有价元素在LED各组件中的分布特征，并据此提出采用机械破碎-筛分预处理技术，对LED中的有价元素进行预富集分离。结果表明，L-LED和S-LED的支架分别为纯铜和黄铜材质。两种LED的封装树脂均为含羟基的苯基甲基有机硅树脂。L-LED和S-LED封装树脂中荧光粉的主要成分分别为Y3Al3.08Ga1.92O12:Ce3+和Y3Al5O12:Ce3+。稀土元素Y, Ce和Eu主要存在于有机硅树脂中；金属元素Cu, Zn, Ni, W和Ag主要分布于支架的金属基板；对于S-LED，稀散元素Ga仅存在于LED芯片中，而L-LED的Ga在硅树脂和芯片中均有分布。通过机械破碎和筛分处理，有效实现了LED各组件的分离。经破碎筛分后，Cu, Zn, Ni, Ag和W元素富集于粒径大于0.6 mm的筛分产物中，而Ga, Y和Ce元素则富集于粒径小于0.6 mm的筛分产物中。该预处理工艺通过物理手段对有价元素进行预富集分离，有利于有价元素后续的回收利用。

静电纺丝碳纳米纤维膜用于质子交换膜燃料电池气体扩散层

姚泽陈闯段锋李玉平秦统李铮铮曹宏斌孙德智

过程工程学报. 2025, 25(6): 621-634. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224328

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在全球能源转型和环境问题日益严峻的背景下，质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效率、低排放特性受到广泛关注。气体扩散层(GDL)作为PEMFC的核心组件，不仅可促进气体分散和水分管理，还为电池提供必要的机械支持。然而，传统GDL存在脆性大、水管理能力弱和界面电阻高等问题。本研究通过改变纺丝液浓度，运用分步静电纺丝技术制备多层复合聚丙烯腈纤维膜，经预氧化和碳化处理后获得碳纤维膜(CFM)，并采用1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷(PFTs)溶液浸泡或蒸汽处理实现其表面疏水改性。通过系统测试CFM的理化特性及燃料电池极化曲线、功率密度曲线，揭示了结构参数与性能的关联。研究结果表明，单层、双层及三层结构的CFM平均孔径分别为0.592, 0.395和0.317 μm，呈现递减趋势。拉伸强度随层数增加先增加后下降，从单层的4.99 MPa增至双层的9.39 MPa然后降至三层的5.26 MPa。对于相同层数的CFM，递增纺丝液浓度制备的CFM在机械性能和导电性能方面均优于递减纺丝液浓度制备的CFM。使用0.5 g PFTs进行1 h的浸泡疏水处理显著提升了GDL的水管理能力。相比单层和三层GDL，双层结构的GDL表现出最高的功率密度，为0.520 W/cm2。本项研究为质子交换膜燃料电池中气体扩散层的制备提供了新的方法和思路。

界面改性橡胶粉/铁尾矿基混凝土制备与性能研究

胡义明黄洋王超陈洲杨婷高翔鹏李明阳

过程工程学报. 2025, 25(6): 635-644. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224256

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本工作以废弃轮胎制成橡胶粉掺入铁尾矿和水泥中制作出铁尾矿基橡胶混凝土(ITRC)，研究了橡胶粒度、浸泡药剂、硅烷偶联剂接枝对ITRC的流动性、抗压强度、抗折强度和折压比的影响，并通过微观形貌分析探究了橡胶粉改性对ITRC的作用机理。结果表明，橡胶粉经过酸性KMnO4溶液浸泡，再进行硅烷接枝处理，可以明显提高橡胶粉与ITRC界面的相容性及黏结效果，减少基体微观裂缝的产生；在铁尾矿和水泥质量分数比为82∶18、改性60目(250 μm)橡胶粉掺量1wt%、水灰比18%的情况下，ITRC的28 d抗压强度达到32.8 MPa，抗折强度达到5.1 MPa，相较于纯铁尾矿水泥材料，抗压强度提高28.6%，抗折强度提升21.4%。本工作可为铁尾矿和废弃轮胎的资源化利用提供参考，有助于加速固体废弃物的循环利用。

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