2009-2010顆粒學(xué)學(xué)科發(fā)展報(bào)告

前言

當(dāng)今世界科技正處在一次新的革命性變革的前夜。人類迫切需要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展模式和發(fā)展途徑，創(chuàng)新生產(chǎn)方式和生活方式，開發(fā)新的資源。這樣的需求和矛盾，強(qiáng)烈呼喚著新的科學(xué)技術(shù)革命。而全球金融危機(jī)所帶來的世界經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)格局的大變化，很可能會(huì)加快新科技革命的到來。學(xué)科創(chuàng)立、成長(zhǎng)和發(fā)展，是科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)，是科學(xué)知識(shí)體系化的象征，是創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)的重要方面。深入開展學(xué)科研究，總結(jié)學(xué)科發(fā)展規(guī)律，明晰學(xué)科發(fā)展方向，對(duì)促進(jìn)學(xué)科的交叉融合并衍生新興學(xué)科，繼而提升原始創(chuàng)新能力、加速科技革命具有重要意義。中國(guó)科協(xié)自2006年開始啟動(dòng)學(xué)科發(fā)展研究及發(fā)布活動(dòng)，連續(xù)完成了每個(gè)年度的學(xué)科發(fā)展研究系列報(bào)告編輯出版及發(fā)布工作。2009年，中國(guó)科協(xié)組織中國(guó)氣象學(xué)會(huì)等27個(gè)全國(guó)學(xué)會(huì)分別對(duì)大氣科學(xué)、古生物學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、巖石力學(xué)與巖石工程、系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程、青藏高原研究、晶體學(xué)、動(dòng)力與電氣工程、工程熱物理、標(biāo)準(zhǔn)化科學(xué)技術(shù)、測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)、煙草科學(xué)與技術(shù)、仿真科學(xué)與技術(shù)、顆粒學(xué)、慣性技術(shù)、風(fēng)景園林、畜牧獸醫(yī)科學(xué)、作物學(xué)、茶學(xué)、體育科學(xué)、公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)、科學(xué)技術(shù)史、土地科學(xué)、智能科學(xué)與技術(shù)、密碼學(xué)等26個(gè)學(xué)科的發(fā)展研究，最終完成學(xué)科發(fā)展研究系列報(bào)告和《學(xué)科發(fā)展報(bào)告綜合卷（2009-2010）》。學(xué)科發(fā)展研究系列報(bào)告（2009-2010）共27卷，約800萬字，回顧總結(jié)了所涉及學(xué)科近年來所取得的科研成果和技術(shù)突破，反映了相關(guān)學(xué)科的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)等，集中了相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的智慧，內(nèi)容深入淺出，有較高的學(xué)術(shù)水準(zhǔn)和前瞻性，有助于科技工作者、有關(guān)決策部門和社會(huì)公眾了解、把握相關(guān)學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)。

內(nèi)容概要

本報(bào)告重點(diǎn)選擇學(xué)科發(fā)展較為成熟、與當(dāng)前國(guó)家戰(zhàn)略需求和重大熱點(diǎn)問題緊密相關(guān)的部分分支學(xué)科，報(bào)告力求多方位展示學(xué)科發(fā)展的動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，分析學(xué)科發(fā)展的戰(zhàn)略需求，系統(tǒng)收集學(xué)科近幾年的研究成果，反映學(xué)科的最新研究進(jìn)展及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的應(yīng)用、成效和前景，預(yù)測(cè)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)。由于本報(bào)告是首次撰寫，為了便于讀者對(duì)顆粒學(xué)有更多地了解，我們?cè)谧珜戇^程中盡量簡(jiǎn)要地把過去長(zhǎng)期積累下來的部分優(yōu)秀成果概括進(jìn)來。

書籍目錄

序前言    綜合報(bào)告顆粒學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望  一、引言  二、顆粒測(cè)試學(xué)研究進(jìn)展  三、顆粒制備與處理的研究進(jìn)展  四、納米顆粒研究的新進(jìn)展  五、顆粒流態(tài)化工程學(xué)的研究進(jìn)展  六、氣溶膠科學(xué)技術(shù)研究進(jìn)展  七、未來顆粒學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)  八、關(guān)于顆粒學(xué)學(xué)科發(fā)展的建議  參考文獻(xiàn)    專題報(bào)告顆粒測(cè)試學(xué)科發(fā)展研究顆粒的物理法制備技術(shù)顆粒的化學(xué)法制備技術(shù)粉體表面改性技術(shù)發(fā)展研究流態(tài)化應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展顆粒流體系統(tǒng)的數(shù)值模擬氣溶膠科學(xué)技術(shù)學(xué)科發(fā)展研究生物醫(yī)藥領(lǐng)域超微細(xì)顆粒研究和應(yīng)用的進(jìn)展超微顆粒在新能源材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究概況

章節(jié)摘錄

插圖：顆粒流體系統(tǒng)的數(shù)值模擬顆粒流體系統(tǒng)，即固體顆粒與流體組成的動(dòng)態(tài)混合物系統(tǒng)，在自然界和工業(yè)過程中廣泛存在，與我們的生產(chǎn)與生活密切相關(guān)，如沙塵暴和泥石流，流態(tài)化反應(yīng)器，煤粉燃燒設(shè)備，水煤漿等服務(wù)于化工和動(dòng)力等重要工程領(lǐng)域。同時(shí)，此類系統(tǒng)中顯著的多尺度結(jié)構(gòu)和非線性行為也使之成為流體力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)及更一般的復(fù)雜性科學(xué)研究的一個(gè)焦點(diǎn)。由于其復(fù)雜性，目前從理論獲得的結(jié)果還比較有限，而各種實(shí)驗(yàn)研究雖已有大量報(bào)道，但對(duì)了解系統(tǒng)行為的全貌和細(xì)節(jié)，特別是形成機(jī)理還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算方法的不斷完善，數(shù)值模擬方法已成長(zhǎng)為研究此類系統(tǒng)的又一主流手段，并且還在迅速發(fā)展中。本文將概述國(guó)內(nèi)外近年來在此領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向，為此，首先簡(jiǎn)要說明顆粒流體系統(tǒng)的基本特征與行為。一、顆粒流體系統(tǒng)的行為特征與模擬方法概述顆粒流體系統(tǒng)從組成上可分為液固（如河流中的泥沙運(yùn)動(dòng)）和氣固系統(tǒng)（如煉油催化劑在油氣中的運(yùn)動(dòng)）；主要因?yàn)轭w粒的尺度差異，又呈現(xiàn)膠體（包括氣溶膠）、多相流動(dòng)系統(tǒng)（顆粒直徑大致在亞毫米到厘米量級(jí)，顆粒群體上有流體特征但與真實(shí)流體有明顯的分相行為或滑移運(yùn)動(dòng)）和塊體運(yùn)動(dòng)（如泥石流）等典型狀態(tài)；從顆粒的聚集形態(tài)上又有稀相和密相、聚式和散式等差別；在具體的應(yīng)用方式上，就重要的化工設(shè)備而言，包括移動(dòng)床、鼓泡床、湍動(dòng)床、快速床、氣力輸送、噴動(dòng)床、下行床、漿態(tài)床以至三相的鼓泡塔等；同時(shí)這些設(shè)備又有實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、中試規(guī)模、工業(yè)規(guī)模以及新興的微系統(tǒng)等不同的尺度。這種形式的多樣性決定了模擬方法上的多樣性。目前其模擬方法大致有三類，主要的差別在于描述的精細(xì)程度和相應(yīng)的應(yīng)用規(guī)模。其中，雙流體模型將顆粒和流體分別視為充滿同一空間的兩種流體，完全采用連續(xù)介質(zhì)的方式描述。相應(yīng)地，它可采用有限差分、有限體積和有限元等方法在適當(dāng)大小的數(shù)值網(wǎng)格上求解。形式上，我們可以采用較大的網(wǎng)格來數(shù)值求解這些方程組，從而使這種方法能應(yīng)用于大型工業(yè)系統(tǒng)而依然將計(jì)算量控制在合理的范圍內(nèi)。另外一類顆粒軌道模型將固相中的各個(gè)顆粒直接視為離散單元分別跟蹤，而流體作為連續(xù)介質(zhì)對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生相間作用，但其數(shù)值由關(guān)于顆粒和局部流動(dòng)參數(shù)的關(guān)聯(lián)式計(jì)算，此時(shí)流體計(jì)算用的網(wǎng)格一般遠(yuǎn)大于顆粒。在更細(xì)致的直接模擬方法中，不但顆粒被單個(gè)跟蹤，顆粒與流體的界面也被直接描述，相間作用由界面上的積分結(jié)果決定，此時(shí)流體計(jì)算用的網(wǎng)格或單元一般遠(yuǎn)小于顆粒。后兩類方法由于計(jì)算量與系統(tǒng)的規(guī)模（如顆粒數(shù)）直接相關(guān)，因此目前還很難模擬工業(yè)系統(tǒng)，主要用于系統(tǒng)機(jī)理的探索和理論模型的建立。由于顆粒流體系統(tǒng)的一些共性特征，這些方法都面f臨一些共同的挑戰(zhàn)，比較突出的是多尺度性、異構(gòu)性和尺度的關(guān)聯(lián)性。

編輯推薦

《2009-2010顆粒學(xué)學(xué)科發(fā)展報(bào)告》是中國(guó)科協(xié)學(xué)科發(fā)展研究系列報(bào)告之一。

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