“化工过程中的时空多尺度结构及其效应”重大项目申请指南

　　物质转化过程涉及化工、冶金、石油、能源、材料、食品、制药等许多领域。物质转化必须经过工艺、过程和工程放大才能实现产业化，传统的产业化过程主要靠经验和逐级放大，周期长、费用高、效果差。因此，对物质转化过程的深入认识，特别是对其中时空多尺度结构的形成和变化规律的认识，是解决实验室成果产业化的关键。本项目以化工、冶金中若干典型物质转化过程中的时空多尺度结构及其对物质传递、反应、分离和对产品结构与性能的影响为研究内容，研究、探讨结构形成的机制、结构的稳定性与结构突变等共性规律，建立分析、计算和测量时空多尺度结构的方法和理论。其重点是突破不同尺度现象之间和跨尺度作用的关联、各种多尺度结构的定量预测以及这些方法在实际过程(如过程强化、微化工系统、过程耦合和过程放大)中的验证和应用。

科学目标：

1. 解决重大科学问题：建立研究时空多尺度结构量化的理论，解决多相反应与分离系统中结构的形成机制、稳定性条件、结构演变规律及其调控等重要问题，提供通用方法和软件，并为复杂性科学的发展提供范例；

2. 形成典范技术：以若干典型的物质转化过程为对象，在研究上述科学问题的过程中，建立过程放大方法和相应的过程开发能力，形成实用技术；

3. 推动学科发展：通过对时空多尺度结构的认识，使我国化学工程科学的研究水平有所提升，在化学工程科学进入新的发展阶段中，形成我国的特色和体系。

主要研究方向：

1. 微/纳尺度现象、工艺及过程研究：根据结构形成和微过程中物质流动、传递和反应规律及其强化措施，研究宏观尺度与微/纳尺度结构的相互影响及其调控规律；研究表面和界面现象对微/纳尺度现象、工艺及过程的影响规律。

2. 多相复杂反应与分离系统中的时空多尺度结构研究：重点研究多相系统中多尺度结构形成的机制、稳定性条件、结构突变等演化规律及其对传递和反应性能的影响。揭示不同尺度现象之间相互关联和量化的规律，从而建立时空多尺度结构及其传递性能的量化方法；

3. 适用于多相系统的计算流体力学等方法和理论及测试手段的研究：针对传统的计算流体力学方法的局限，研究以小尺度结构量化为核心的计算流体力学方法，重点突破用机理模型完善传统本构方程以及计算规模与计算量的矛盾等问题，实现工业设备中全流场及其聚团尺度及分散相结构的计算；研究适用于多相系统的离散化模拟方法；研究连续介质与离散介质之间的转化及有效的计算方法；

4. 研究过程强化对物质转化过程的影响：研究在特殊条件下(如外场、高温、高压等)化工、冶金等系统内部结构及其传递和反应性能的变化，认识通过不同过程耦合或解耦实现过程强化的规律，形成实用的过程强化技术；

5. 典型的物质转化实用技术：选择一些具有典型的时空多尺度结构的过程(例如：气固、气液、液液、气液固等系统)，研究上述科学问题的同时，解决形成实用技术的关键问题，如：石油和煤以及其他特色资源的利用（鼓励对新型石油化工过程中反应器放大规律及清洁油品生产等的研究）；功能及超细粉体材料的制备；微分散体系等。鼓励跨科学部研究内容的有机结合、优势互补、重点突破。

　　研究期限： 4年
　　拟资助经费：800万元
　　中国石油天然气集团公司联合资助760万元
　　本领域由化学科学部、工程与材料科学部、数理科学部、管理科学部联合提出，由化学科学部受理申请。