English version
设为首页 | 网站导航 | 收藏本站

“多相反应过程中的介尺度机制及调控”重大研究计划2014年度项目指南

日期 2014-04-14   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

特别提示:为鼓励学科交叉,已经申请国家自然科学基金相关科学部其他研究类项目的申请人(申请人资格应符合重大研究计划申报条件),如果认为其已经申请的项目内容与本指南的要求相符,申请人可以提交申请概要,要求纳入本重大研究计划〔具体要求见本指南第六部分第(三)条第7款〕。该申请概要经本重大研究计划专家指导组评审通过后,拟追加部分研究经费并纳入重大研究计划项目管理。

  过程工业涵盖能源和资源转化利用等重要基础产业,但效率低、污染重、资源浪费严重以及技术开发周期长、费用高等问题已成为该行业和全球可持续发展的瓶颈。而多相反应过程是其中最普遍与核心的过程,探索这些过程中介尺度行为的形成机理、实现其科学定量描述与定向调控已成为过程工业发展和复杂性科学研究共同的前沿。

  所谓介尺度行为,是指由大量单元组成的系统在个体单元与全局系统之间的尺度范围内形成的复杂时空结构。在多相反应过程中,它主要表现在分子尺度到颗粒(包括气泡、液滴等离散单元,下同)尺度间的材料结构或表界面时空尺度、以及颗粒尺度到反应器尺度间形成的非均匀结构的时空尺度。其中发生的化学反应(原子分子水平)受传质扩散(分子群水平)和流动(宏观统计水平)的影响而呈现复杂行为。本计划将建立其测量和计算方法,阐明其机理,进而建立相关模型与理论,推动跨领域、跨学科的介尺度科学的形成与发展,服务于相关工艺和过程的开发。

  为此,本计划将瞄准国际科学前沿、面向国家节能减排与可持续发展的重大战略需求,服务于化石燃料的高效清洁综合利用等关键技术,通过实验、理论分析和计算机模拟等手段,聚焦反应介质与催化材料的表界面和反应器内的动态非均匀结构两个介尺度及其在颗粒尺度的结合,重点揭示介尺度结构对流动-传递-反应行为的影响及其耦合规律,建立多相反应过程定量设计、优化和调控的方法,并形成以介尺度科学为基础的过程工程学科新方向。

  一、科学目标

  本重大研究计划拟通过化工、化学、力学、材料、数理和信息等多学科的交叉,在介尺度科学及其工程应用上取得重大成果。在理论上,建立和发展以介尺度科学为基础的过程工程学科新体系;在技术上,针对能源与资源的高效清洁利用,形成国际领先的多相反应过程介尺度结构测量、模拟放大和调控能力;在应用上,突破煤炭高效洁净利用、油、气加工等过程放大的科学难题。同时培养和凝聚一支国际一流的介尺度科学研究团队,引领世界介尺度科学的前沿。

  二、核心科学问题

  本计划将重点针对多相反应过程中介尺度行为和效应显著的气固、气液、气液固和复杂流体等系统,瞄准煤转化和重气加工等重大工艺开发的共性基础问题,在深入剖析现有典型工艺的基础上,对材料表界面和颗粒聚团两个介尺度问题以及它们在颗粒尺度进行流动-传递-反应耦合的规律进行研究,解决以下三个关键科学问题:

  (一)反应器微元及微反应系统中介质、材料及表界面介尺度结构的形成机理与反应的定向调控。

  重点是揭示反应与扩散过程的机制及其耦合,建立模型,由此量化反应路径、反应产物的成分和结构间的相互影响。

  (二)多相反应器中介尺度流动-传递过程的多机制耦合与调控。

  重点是在多种宏观约束下,建立反应器中非均匀结构的物理模型,明确各种控制机制及其相互关系,从而阐释其介尺度行为-非均匀结构的形成机理及其对传递过程的影响。

  (三)在研究以上两个问题的基础上,建立颗粒尺度上流动-传递-反应跨尺度关联的理论与调控方法。

  重点是不同尺度机理模型的统一,在颗粒尺度形成对反应过程的各种现象的综合描述,实现反应与流动和传递耦合的数学建模与优化分析。

  这三个问题的解决,将奠定多相反应过程介尺度研究的基础,并为相关过程的开发提供量化的理论与技术手段,实现在反应介质、催化材料、反应器和集成技术等方面的系统原始创新,并为形成普遍的介尺度理论与方法体系、最终形成介尺度科学奠定坚实基础。

  三、2014年度拟重点资助的研究方向

  本着从个性到共性,从现象到机理,从经验到量化,从认识到调控的思路,本计划拟分年度发布指南。前两年集中分析一批典型关键工艺和过程,抽提其中的多尺度时空结构,并聚焦于介尺度结构的研究,建立这些介尺度行为的测试分析、模拟手段和理论模型;中间两年重点揭示介尺度行为的共性机理以及调控方法,建立有效的数学模型;后四年重点支持对形成介尺度科学具有普遍性和基础性的项目成果的集成、深化与工业应用。

  为此,2014年度本重大研究计划拟重点支持单个介尺度及跨层次两个介尺度耦合的基础研究、实验和模拟方法的建立。重点资助领域为以下五个:

  (一)表界面介尺度结构与反应-扩散过程的相互关系及其调控规律。

  研究反应器微元、微反应系统,以及物相变化和电子迁移等过程中的表界面结构、相关现象,特别是反应-扩散耦合过程,甄别其中的多种控制机制及其相互关系,阐明其对表界面介尺度结构形成的影响。研究反应介质或催化剂的不同表界面介尺度结构对扩散过程、反应历程和产物成分等的影响;研究相关过程的调控手段与方法;鼓励对煤炭和石油化工等典型反应过程的研究;鼓励提出相关反应过程及催化材料设计的新概念、新理论、新方法和新体系。

  (二)多相反应器中介尺度流动结构与传递过程的相互影响与调控。

  研究典型流动系统中介尺度结构形成机理及其传递性质的定量表征;重点针对煤、油气转化利用和大宗化工材料等重要工艺中典型的气固、气液、液液和复杂湍流与散体系统等,研究其中流动-传递过程各自的控制机制及其在介尺度上的耦合,并由此建立其性能调控方法。支持在深入分析现有工艺的基础上,利用介尺度理论探索反应器新形式,建立介尺度科学的应用范例。

  (三)典型系统中颗粒尺度流动-传递-反应过程的量化表征与相互影响机理。

  选择对煤、石油和材料等领域具有重大意义的体系,分析颗粒尺度两侧的两个不同介尺度行为耦合作用的机制,确定不同介尺度结构对该尺度行为的影响机理,发展相应的调控方法,揭示多个介尺度的共性规律和介尺度科学的本质。研究反应、传递与流动过程在颗粒尺度的参数传递方式与依赖关系。鼓励构建考虑介尺度结构影响的有效反应动力学模型,并获得介尺度行为的基础数据;鼓励对催化剂表界面与反应器流动结构的匹配机理研究、催化剂或反应介质与反应器结构的耦合设计与调控。鼓励通过不同介尺度机理研究阐释微观反应与宏观反应器行为间的内在联系。

  (四)针对介尺度动态过程的高精度在线无损测量、模拟方法及其分析处理手段的建立。

  集成现有单元技术,提出适应介尺度研究需求的动态过程精确测量和量化表征的方法,特别是非接触手段对流动-传递-反应耦合过程的测量;鼓励发展针对表界面和反应器内聚团两个介尺度行为的原位、在线和多尺度、多过程耦合测量的方法与手段;研究并发展适应于介尺度行为研究的高效、精确模拟手段,如聚焦揭示介尺度结构形成规律的多相系统的直接数值模拟、反应过程的量子化学计算等。鼓励发展认识介尺度结构的实验、测量、高性能计算以及数据图像处理和分析的技术;鼓励与数学、物理、力学及信息领域的合作。

  (五)多尺度关联的共性方法及介尺度模型和理论的建立。

  针对不同的介尺度结构,开发适用于不同层次的通用的介尺度模型;鼓励发展针对不同介尺度问题共性机理的物理和数学模型与数值计算方法的研究,鼓励在本方向上与数理、力学、系统科学及信息领域的合作,形成跨领域、跨学科的介尺度科学共性基础理论;鼓励跨尺度的理论、模拟、实验与数据分析研究的有效结合,服务典型工艺过程开发。

  四、2014年度资助计划

  本重大研究计划鼓励不同学科研究队伍的共同参与。2014年拟对探索性强、开拓新方向的申请按“培育项目”予以3年80万元左右的资助,数量约30项;对有一定工作积累、有望在介尺度科学方面取得重要突破的申请将按“重点支持项目”予以4年300-400万元的资助,数量约6项。

  五、遴选项目的基本原则

  为确保形成介尺度科学的总体目标,本重大研究计划要求所有申请应针对介尺度行为的本质机理,旨在揭示规律、建立物理模型和预测方法,并实现工业应用。具体要求如下:

  (一)项目选择原则。

  1.对象:面向过程工程领域涉及能源与资源高效转化利用的多相反应过程,开展多尺度机制与调控的基础研究。要求研究真正的介尺度问题,即:需要明确研究对象中的单元(或“小”)尺度、系统(或“大”)尺度和介于之间的“介尺度”的具体内涵。

  2.内容:必须明确所研究问题的介尺度特征,并提出认识介尺度行为机理的思路,认识和揭示介尺度行为形成的机制,演化规律和稳定性条件。以建立物理和数学模型为目的,研究手段可包括实验、计算和理论分析。

  3.目标:对多相反应过程的介尺度研究提出原创的基本理论与方法,显著推进理论的集成升华和应用,为介尺度科学的形成作出实质性贡献,并将所认识的规律应用于实际能源与资源高效转化利用过程。

  4.形式:鼓励多学科的实质性合作研究,特别是与数理、化学、信息等学科间的交叉。注重理论与实验的有机结合。鼓励国际合作。

  (二)优先资助方向。

  1.对介尺度科学具有原创性的理论和方法,能深刻揭示介尺度过程中不同机制相互作用的规律,提出严密的理论模型和可行方法;

  2.针对多相反应过程中材料表界面和颗粒聚团两个介尺度在颗粒尺度关联的研究;

  3.上述两方面在能源与资源高效转化利用等领域的应用基础研究,特别是对化石燃料的高效综合利用;

  4.特别鼓励对介尺度科学共性数学和物理问题的研究。

  (三)不宜资助情形。

  1.虽针对介尺度问题,但非机理性和基础性研究,不涉及介尺度行为形成的机制和稳定性分析,无法形成物理模型;

  2.不能明确介尺度问题,只是对多尺度问题的笼统描述;

  3.超出指南界定的三个核心科学问题,即两个介尺度问题及其在颗粒尺度的耦合。

  六、申报要求及注意事项

  (一)申请条件。

  本重大研究计划项目申请人应当具备以下条件:

  1. 具有承担基础研究课题的经历;

  2. 具有高级专业技术职务(职称);

  正在博士后流动站或工作站内从事研究、正在攻读研究生学位以及《国家自然科学基金条例》第十条第二款所列的具有博士学位或者有2名与其研究领域相同、具有高级专业技术职务(职称)科技人员推荐的科学技术人员均不得申请。

  (二)限项规定。

  1. 具有高级专业技术职务(职称)的人员,申请或参与申请本次发布的重大研究计划项目与正在承担(包括负责人和主要参与者)以下类型项目合计限为3项:面上项目、重点项目、重大项目、重大研究计划项目(不包括集成项目和指导专家组调研项目)、联合基金项目(指同一名称联合基金项目)、青年科学基金项目、地区科学基金项目、优秀青年科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目(申请时不限项)、国际(地区)合作研究项目(特殊说明的除外)、科学仪器基础研究专款项目、国家重大科研仪器设备研制专项项目、国家重大科研仪器研制项目、优秀国家重点实验室研究专项项目,以及资助期限超过1年的委主任基金项目和科学部主任基金项目等。

  已达到3项的,不得申请或参与申请本次发布的重大研究计划项目。

  处于评审阶段(自然科学基金委做出资助与否决定之前)的申请,计入本限项申请规定范围之内。

  2. 申请人(不含参与者)同年只能申请1项重大研究计划项目。上一年度获得重大研究计划项目资助的项目负责人(不包括集成项目和指导专家组调研项目),本年度不得再申请该重大研究计划项目。

  (三)申请注意事项。

  1. 申请人在填报申请书前,应当认真阅读本项目指南,不符合项目指南的申请项目不予受理。

  2. 本重大研究计划2014年度只接收培育项目和重点支持项目。

  3. 申请人应根据项目指南公布的拟资助研究方向,申请人可自行拟定项目名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经费等。

  申请书的报告正文应当按照重大研究计划正文提纲撰写,根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码(譬如,数学或物理学科领域的项目,选择数理科学部的申请代码,化学学科领域的项目化学科学部的申请代码)。如果申请人已经承担与本重大研究计划相关的国家其他科技计划项目,应当在报告正文的“研究基础”部分论述申请项目与其他相关项目的区别与联系。

  本重大研究计划旨在将相关领域研究进行战略性的方向引导和优势整合,成为一个协调的综合“项目群”。申请书须具有明确的关键科学问题,并应论述与项目指南最接近的科学问题的关系,以及对解决核心科学问题和实现项目总体目标的贡献。

  4. 培育项目的申请书中研究期限应填写“2015年1月-2017年12月”;重点支持项目的申请书中研究期限应填写“2015年1月-2018年12月”;

  培育项目和重点支持项目的合作研究单位不得超过2个。

  5. 为实现重大研究计划总体科学目标和多学科集成,获得资助的项目负责人应承诺遵守相关数据和资料管理与共享的规定。

  6. 本重大研究计划采用在线撰写申请书方式,对申请人具体要求如下:

  (1) 申请人向依托单位索取用户名和密码,登录ISIS系统,申请书中的资助类别选择“重大研究计划”,亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”,附注说明选择“多相反应过程中的介尺度机制及调控”,根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码。以上选择不准确或未选择的项目申请将不予受理。

  (2)申请人完成申请书撰写后,在线提交电子申请书,下载并打印最终PDF版本申请书,向依托单位提交签字后的纸质申请书原件。

  (3)申请人应保证纸质申请书与电子版内容一致。

  7. 凡要求纳入本重大研究计划的其他研究类项目的申请人须提交申请概要(模板见附件),内容限两页A4纸。

  申请概要作为评估申请是否符合指南的重要依据。

  8. 本重大研究计划申请书(或申请概要)报送(或发送)日期为2014年5月12-16日16时。申请书由项目材料接收工作组(联系电话:010-62328591)负责接收;申请概要电子版直接发送至化学科学部邮箱(chem@nsfc.gov.cn),无需提交纸质版。

  9. 依托单位应对本单位申请人所提交申请材料的真实性和完整性进行审核,并在规定时间内将申请材料报送自然科学基金委。具体要求如下:

  (1)依托单位应在自然科学基金委规定的项目申请截止日(5月16日16时)前提交本单位电子申请书,并统一报送经单位签字盖章后的纸质申请书(一式一份)以及要求报送的纸质附件材料。

  (2)依托单位报送纸质申请材料时,还应包括本单位公函和申请项目清单,材料不完整不予接收。

  (3)依托单位提交电子申请书时,对在线撰写的申请书需通过ISIS系统逐项确认。

  (4)依托单位可将纸质申请书直接送达或邮寄至北京市海淀区双清路83号国家自然科学基金委员会项目材料接收工作组(行政楼101房间,邮编100085)。采用邮寄方式的,请在项目申请截止日期前(以发信邮戳日期为准)以快递方式邮寄,并在信封左下角注明“重大研究计划项目申请材料”。请勿使用邮政包裹,以免延误申请。

  10. 为加强项目的学术交流,促进项目围绕重大研究计划目标研究和多学科交叉与集成,本重大研究计划每年将举办一次资助项目的年度学术交流会,并不定期地组织相关领域的学术研讨会。获资助项目负责人有义务参加这些学术活动。

  附件:“多相反应过程中的介尺度机制及调控”重大研究计划2014年度申请概要

>> 更多链接

版权所有:国家自然科学基金委员会 京ICP备05002826号 文保网安备1101080035号

版权所有:国家自然科学基金委员会 京ICP备05002826号
Copyright 2005 NSFC, All Right Reserved