利用数值模拟和实验探讨了极值射流频率的预测方法。结果表明：各阶极值射流频率之间基本呈倍数关系，数值模拟能够准确描述接受管内波系和接触面的运动，预测的极值射流频率均较实验偏低但误差在5%以内;各阶极值射流频率随着出口压力和膨胀比的增加而增大;第二、三阶极值射流频率下气波机制冷效率较第一阶高。所得结论对实际生产中气波机稳定高效运行具有指导意义。

应用Fluent软件对波壁管内脉动流场下的层流流动、质量传递强化进行了数值研究，并将得到的结果与已有的实验结果进行了比较。考虑了3个参数：净流动Reynolds数Re，脉动流的振动分率P和代表脉动频率的Strouhal数St，其中重点考察了St对质量传递强化的影响。对中等Reynolds数以下的脉动流动结构和质量传递强化的数值模拟结果表明，存在一个最佳St使得强化效果最好，并且数值结论与相应的实验结果具有较好的一致性。

为进一步探索电场强化沸腾换热的机理，利用高速摄像仪对沸腾汽泡在电场作用下的生长过程进行了可视化实验研究，实验观察到电场作用下汽泡生长的动态图像，并对电场作用下汽泡行为的改变对沸腾换热的影响进行了初步分析。研究结果表明：电场作用下汽泡沿场强方向伸长，随着场强的升高，汽泡的脱离长径比增大，脱离体积减小，脱离频率增大。汽泡变形是由于汽泡受到电应力的作用，电应力在赤道方向压缩汽泡，在极轴方向拉伸汽泡，使得汽泡沿场强方向变细变长。由于在电场作用下汽泡行为的变化使得沸腾传热系数和临界热流密度提高。

以去离子水为冷却液，对其在超轻多孔铜泡沫中的流动和换热特性进行了实验研究。在测定和分析流量、压力降和温度等实验参数的基础上，获取了热流密度、金属泡沫孔密度、液体流量等参数对层流流体流过金属泡沫时的压力降、通道壁面温度、对流换热等特性的影响。结果表明金属泡沫会显著强化对流换热，大大降低通道的壁面温度，其对流换热能力会随Reynolds数的增大而逐渐增强，最大Nusselt数可达空矩形通道的13倍，但与空通道相比，金属泡沫通道的压力降显著增大，并随Reynolds数及金属泡沫孔密度的增大而增大。

碰撞效率指声波团聚中团聚体内能与大颗粒发生碰撞的小颗粒的比例。通过建立碰撞效率模型，研究其变化规律，发现碰撞效率对声波团聚的影响很大。计算结果表明，粒径越小，碰撞效率越低。在PM_2.5区域，碰撞效率急剧降低，减弱同向团聚作用。在低频区碰撞效率较高，在高频区（>3000 Hz）迅速降低，但同时使最佳团聚频率的范围增大，有利于工程应用。声压级增大不仅使团聚核函数增大，也增大了碰撞效率，使高声压级时的团聚更有效。低温时温度对同向团聚影响不大，但高温时（>600 ℃）无论碰撞效率和团聚核函数都明显降低。

船舶排放的压载水是造成地理性隔离水体间有害生物传播的最主要途径，至今还没有一种环境友好的阻断方法。在压载水输运管路中，利用高级氧化技术可以有效致死水中携带的大量海洋微小生物，是目前实现在船在线治理远洋船舶压载水最可行的方法。但由于压载水排放量大、流速高，其与高级氧化剂溶液的混溶过程直接影响海洋微小生物的致死效果。针对这一问题，利用Eulerian-Eulerian 双流体模型数值模拟了含有羟基自由基的气液垂直射入压载水输运管路的混溶过程。气体体积分数示踪结果显示，在约束横流环境中，冲击射流在上游壁面形成的scarf涡是形成下游反向涡旋对的主要原因，也是冲击射流与横流混合的源动力。同时也发现在下游壁面射流内存在气体集中的问题。

本文旨在建立和求解DMFC多孔阳极甲醇氧化宏观动力学理论数模。根据Pt-Ru催化剂上双位机理，得到包含CO和OH覆盖率的甲醇水解本征动力学表达式;通过对该多孔阳极微元体积中的物料和电（荷）量衡算，导出了描述电极中浓度和超电势分布的两个耦联的模型方程。经量纲1化后，获得以量纲1变量和准数表示的普遍化宏观动力学数模。该模型包括催化层厚度l、比表面积a、有效扩散系数D_e和有效液相电导率κ_e等工程参数，特别是包括了与动力学参数相关且作为厚度变量函数的CO和OH覆盖率。进而，文中还给出了DMFC多孔阳极效率因子和极化曲线的计算公式。该数模为一非线性二阶微分方程组边值问题，经解耦，可得到两个同解的微分方程。用Newman的BAND（J）程序对方程进行数值求解，并在每一节点计算中嵌入一个计算CO和OH覆盖率的子程序。将模型预测值与甲醇氧化多孔阳极的极化实验数据进行对比发现：当宏观电流密度较低时二者能很好相符;当宏观电流密度较高、CO₂形成气泡的影响变大时，实验值有规律地偏低于预测值。详细的宏观动力学分析表明：提高催化剂Pt位甲醇电分解活性以减少功率损失、优化多孔电极微观和宏观结构以削弱两相流影响，应是改善该阳极性能的重要课题。本工作也可为直接乙醇燃料电池（DEFC）、直接硼氢化物燃料电池（DBFC）阳极的理论分析提供参考。

对二甲苯液相氧化是目前石油化工领域最重要的碳氢化合物氧化反应之一，本文报道了μ-氧双［四对氯苯基卟吩］合铁/醋酸钴［(T_p-ClPPFe)₂O/Co(OAc)₂］复合催化体系在无溶剂体系中催化空气氧化对二甲苯的反应，初步考察了(T_p-ClPPFe)₂O/Co(OAc)₂复合催化体系的催化过程，在单因素考察催化剂种类和使用量对反应转化率和产物选择性影响的基础上，使用正交实验全面考察了该反应中时间、温度、压力、空气流速、金属卟啉用量、醋酸钴/金属卟啉质量比对反应转化率和产物选择性的影响，获得了优化反应条件。通过实验对优化条件进行了确认。实验表明，在上述优化条件下，对二甲苯转化率达65.0%，对甲基苯甲酸和对苯二甲酸选择性分别为81.0%和13.0%。

以Na₂WO₄为钨源，以正硅酸乙酯为硅源，采用直接水热法合成了W-SBA-15介孔分子筛，并用XRD、N₂吸附、HRTEM、UV-Vis DRS、NH₃-TPD、H₂-TPR等手段对合成的分子筛进行了表征。表征结果表明，当分子筛中硅钨摩尔比为44时，钨物种以高度分散的四面体和八面体形式存在于分子筛的骨架中，随着钨含量的增加，当硅钨比为30时，分子筛中出现了微量的骨架外钨物种，当硅钨摩尔比为20时，骨架外钨含量增多。W-SBA-15分子筛在乙烯与2-丁烯歧化制丙烯反应中表现出优异的催化性能，在反应温度300℃、压力3.0 MPa、质量空速6.4 h^-1的实验条件下，反应24 h后丁烯的转化率和丙烯的选择性分别高于50%和96％，优于传统的负载型WO₃/SiO₂催化剂。硅钨摩尔比为44时的W-SBA-15具有最好的钨物种分散性和最佳的烯烃歧化性能。

通过生物质发酵产生的乳酸（2-羟基丙酸）在食品和医药领域具有广泛的商业应用价值，作为可再生资源的生物质乳酸已成为备受关注的化学原料。本文采用BP神经网络对乳酸脱水制丙烯酸的催化过程进行了仿真研究。采用正交实验设计确定实验点，主要考察原料液pH、原料液流速、载气流量和温度4个因素对丙烯酸产率的影响。针对正交实验的缺陷，将正交实验设计和神经网络结合起来，采用基于DOS界面并能方便调节BP神经网络计算的程序包对正交实验结果进行训练，用训练好的网络模拟催化反应体系的动态过程。结果表明，由神经网络仿真模拟出的三维图可以直观地体现各个反应条件对丙烯酸产率的影响，并用穷举法求出最佳反应条件，在该条件下的神经网络模拟产率为27.45%，与实验结果较吻合，相对误差约为－0.4391%。

甲苯液相空气氧化是环境友好的苯甲酸和苯甲醛生产工艺。根据在模拟工业条件下测定的动力学数据和观察到的实验现象，提出了该反应的反应机理和反应网络,建立了相应的动力学模型。根据该动力学方程，对现有工业生产过程进行了模拟，发现现有工业过程处于严重供氧不足的情况。提出了3种强化方案并分别对其进行了模拟计算和比较。模拟结果表明，通过增大空气供给量和采用富氧空气氧化均可有效强化现有工业生产过程。采用富氧空气氧化，其甲苯转化率可提高到22.24%，甲苯反应量可增大57%。采用增大空气量的方法，可提高甲苯反应量31%，甲苯转化率可提高到18.61%。若同时增大甲苯和空气负荷，甲苯反应量可提高71%。

为了充分利用能量，采用冷凝水闪蒸、引出额外蒸汽及引出各效完成液预热原料液等节能措施，考虑蒸发过程有固相析出的情况，建立了由多效蒸发和多级预热两个子系统构成的平流多效蒸发系统数学模型。将物料衡算和热量衡算方程组写成矩阵方程的形式，保留或舍弃矩阵方程中的相关块矩阵，模型就能代表有或无固相析出、有或无冷凝水闪蒸、有或无引出各效完成液预热原料液以及不同情况任意组合的平流多效蒸发过程，该模型还可以用于计算不同效数的平流多效蒸发过程，实现模型的通用。利用智能拟合法，将系统的固液相平衡数据拟合成相平衡方程，实现模型的计算机编程求解。用迭代法结合矩阵法求解模型，研究结果表明，平流多效蒸发系统常规设计的数学模型具有通用性，采用冷凝水闪蒸、引出额外蒸汽预热原料液、引出各效完成液预热原料液是有效的节能技术，对四效平流蒸发含NaCl的NaOH溶液系统，采用以上节能措施可节省加热生蒸汽30%左右，节能效果显著。求解模型的算法稳定且高效。

为了满足石化企业工艺过程对蒸汽和电力不断变化的要求，实现企业降低成本、节能降耗的目的，必须保证蒸汽动力系统在最优的状态下运行。针对这一问题在以往研究的基础上提出了包括设备维护和启停费用的改进的混合整数线性规划模型，利用改进的PSO算法对其求解，并通过实例证明了利用该模型、使用改进的PSO算法能很快得到最优的方案，并节省了大量的运行成本。

提出一种新颖的鲁棒PID控制器设计方法，基于最小最大原理寻找一组合理的PID控制器参数，使得闭环系统在一定模型变化范围内仍具有满意的控制品质，降低对模型不确定的敏感程度，提高系统的鲁棒性。鉴于直接求解min-max问题的困难，首先推导出不确定性最坏情况下性能指标的上界，然后将min-max问题转化为最坏性能指标上界的min问题，计算量小且求解容易。同时，证明了该算法的鲁棒稳定性。CSTR仿真例子表明了算法的有效性。

针对化工连续生产过程的时序性及非线性等特征，提出一种新的基于数据驱动的化工过程故障诊断方法：ISOMAP-LDA。首先实行流形学习算法ISOMAP，在保持量测数据几何结构特性下完成非线性降维，然后基于提取的嵌入变量张成的低维空间，选用线性判别分析（LDA）构造故障模式类的判别函数，负责各采样个体故障类型的判定。将该方法用于仿真化工Tennessee Eastman 过程的故障诊断，结果表明，ISOMAP-LDA方法不仅拥有较高的故障诊断能力，而且取得采样在低维空间的可视化表示。

描述化学反应系统的方程组具有强非线性，而对于非线性问题一般情况下有多个解，如何求解出这些解是一个研究热点。本文针对这一问题提出了一种扩展的同伦延拓法，并以一个理想反应器体系为例，显示出化学反应器具有的多稳态特性。为了深入了解反应系统的本质特性，文中将稳态解的计算结果转化为参数平面上的空间图像，以进一步分析在单参数连续变化下体系的多稳态解的分布情况。

为了有效地减少多杂质间歇用水系统的新鲜水消耗量和再生处理量，针对多杂质间歇过程用水网络提出连续操作并联再生处理单元水网络结构模型及其优化设计方法。通过在用水网络中设置中间储罐和再生单元以实现对不同水质废水并联分质处理，建立了减少用水系统的新鲜水用量和再生水量以及废水排放量的数学规划模型，采用GAMS软件对一个实例进行求解。计算和分析表明：提出的水网络结构与优化设计方法可有效地解决按水质对废水进行并联处理的间歇用水系统，使系统的新鲜水用量和再生水流率同时达到最小。

乙二醇生产流程是一个包含十几个精馏塔和固定床催化反应器的长流程。由于流程长且反应催化剂影响不易确定等因素，乙二醇生产过程的全流程模拟十分困难。基于ASPEN PLUS软件平台，集成支持向量机、优化算法、机理建模等多种方法，建立了乙二醇的全流程模型。通过采集并处理实际生产的工业数据，采用优化算法进行模型的智能校正，进一步完善了模型的性能。乙二醇全流程模型模拟结果与实际工业过程数据相符，能够满足工业建模的要求。

利用宏观混合分数方差和微观混合分数方差定量表征宏观混合和微观混合状态，对喷射器内的湍流混合进行了多尺度模拟和研究，并计算出了达到完全混合所需要的特征混合时间。对不同操作条件下的多尺度混合情况进行了模拟计算和分析。结果表明：在引射流速度不变的情况下，增加喷嘴速度，可以降低达到完全混合所需要的时间;在喷嘴速度不变的情况下，增加引射流速度，可以增加达到完全混合所需要的时间;在喷嘴和引射流速度比不变的情况下，增加两者绝对速度，可以降低达到完全混合所需要的时间;在本文所研究的情况下，喷射反应器内湍流混合过程由微观混合控制。

在丙烷脱氢制丙烯反应过程中，由于焦的沉积使催化剂活性不断降低，而且失活速度很快，催化剂需频繁烧焦再生。在研究了丙烷脱氢催化剂烧焦过程内外扩散影响的基础上，采用内扩散效率因子修正的均匀烧焦物理模型，建立了综合考虑内外扩散影响的绝热固定床非均相动态烧焦数学模型，用于指导反应器的设计和操作优化。通过对Cr₂O₃/Al₂O₃脱氢催化剂烧焦过程模拟，可更深入地认识烧焦过程的变化规律。

提出一种基于支持向量描述（SVDD）的统计过程监控与故障重构及诊断算法，避免了PCA、PLS等传统统计过程监控方法假设过程数据服从高斯分布的不足。鲁棒故障重构算法通过迭代保证重构后的数据对应的SVDD监控统计量最小化。诊断算法根据故障集中的不同故障重构后监控统计量是否恢复正常，确定实际发生的过程故障。CSTR过程的仿真研究表明了所提出方法的有效性。

故障诊断是保证化工过程稳定性和安全性的重要技术。本文结合动态时间规整算法提出了一个基于人工免疫系统的间歇化工过程故障诊断方法，并成功应用于青霉素发酵仿真过程的故障诊断。诊断结果显示，该方法可以满足间歇过程的在线动态故障诊断要求，并且通过自学习可以对未知故障进行诊断。

多目标过程综合可归结为一个多目标混合整数非线性规划(MOMINLP)的求解，求解难度较大，以往研究所采用的过程模型多为基于方程的简化模型，难以指导复杂过程的最优设计。在模块模拟器Aspen Plus上建立了一个基于多目标遗传算法的过程综合求解策略，该策略包括3个层次，即模拟层、综合层和决策层。3个层次间通过接口程序进行数据和信息传递。对模拟计算错误进行了处理，避免影响优化结果。实例表明三层次求解策略适用性强，所得结果能够反映过程的本质规律，可为设计符合可持续发展的过程系统提供依据。

在复杂工业系统的监控中，因子分析（FA）方法不需要专业的机理知识，应用系统日常运行数据建立模型，充分考虑了模型误差的普遍意义，具有较大的推广价值。针对实际过程的动态特性，基于自回归（AR）方式扩展过程变量数据矩阵，本文提出一种动态因子分析（DFA）的数据建模方法，充分提取了变量的自相关信息和互相关信息。另一方面，将DFA引入过程监控中，构建统计量作为监控指标，分别衡量变量的特征信息和误差信息，从而实现对动态过程运行状况的监控与评估。在Tennessee-Eastman（TE）过程中的应用研究，反映了这种方法的优越性。

提出以环氧乙烷和正丁醇为原料，应用催化蒸馏法制乙二醇单丁醚的新工艺。建成一个中试规模的催化蒸馏塔，提出一种基于安全考虑的半间歇操作试验方案。建立了催化蒸馏塔的动态数学模型，通过模拟考察了环氧乙烷进料速率对反应物转化率和单醚选择性的影响，得到优化的操作条件。在此基础上，通过模型和模拟分析了塔内温度、汽液相流量及组分组成的动态分布特性，并与试验结果进行了比较。研究表明了模型和模拟方法的可靠性，同时表明了催化蒸馏制乙二醇单丁醚的优越性。

以预测控制和实时优化为代表的先进控制技术可以保证产品质量、提高产率、降低能耗，已经越来越多地应用到石油化工装置上。二甲苯精馏是芳烃生产中的重要单元，具有很大的控制难度，且塔底重沸炉耗能巨大，具有较高的节能空间。针对二甲苯精馏单元的精馏塔和塔底重沸炉在操作和控制中存在的一些问题，根据机理与实际装置数据，建立了该单元的状态空间模型，基于多变量状态反馈预测控制技术开发了该单元的先进控制系统，使装置运行平稳性得到显著改善，提高了精馏塔的分离效果，通过优化促进了装置节能减排。该先进控制系统在两个实际装置应用中都取得了很好的控制和优化效果。

采用循环伏安和原位红外光谱技术，研究了对氯苯酚（4-CP）在碱性体系中的电化学还原反应。对氯苯酚在Ag电极、Pt电极和GC电极上的循环伏安行为表明，Ag电极对4-CP有较好的电还原活性，能在较正的电位下还原4-CP。通过原位红外光谱技术对4-CP在Ag电极上的电还原机理的初步探讨，结果表明4-CP首先在电极表面形成自由基负离子，随着电位的进一步负移，生成苯酚负离子，从而实现4-CP电化学脱氯降解的目标。

建立全钒液流电池六参数开路电压计算模型，揭示开路电压由电池总电势和VO₂⁺/VO²⁺电极电势决定，并与电解液中钒离子透膜扩散行为密切相关。模型计算得到开路电压存在两个电压平台和一个转折点，与实验结果较为一致。利用该模型计算了电池开路时电解液中4种钒离子浓度随时间的变化关系，指出电池电解液不均衡性是由不同价态钒离子在膜相的Donnan平衡和透膜扩散系数不同产生的。该模型可为优化电池操作提供理论指导，并可为电池长期运行时电解液管理提供工程指导。

酚醛型线路板是国内废旧电子线路板的主要类型之一，因其较高的溴代阻燃剂浓度而难于常规回收处理。实现回收的关键在于脱溴，即将有机溴代物转化为无机溴化物。为此采用混合热解吸收技术，着重研究碳酸钙与酚醛型线路板混合热解的脱溴过程。对混合碳酸钙的酚醛型线路板热重实验结果的分析表明：碳酸钙的存在能有效吸收溴化氢并抑制其进一步转化为有机溴代物，从而促进脱溴。通过石英管式热解反应实验，采用莫尔法分析无机溴的相对含量，证实了热解时添加等质量的碳酸钙能吸收93.4%的无机溴并提高脱溴量1倍。对热解油进行GC/MS分析表明：添加碳酸钙后热解油中有机溴代物相对含量降低了25%，由此进一步表明碳酸钙能抑制有机溴代物的生成从而强化热解脱溴。

燃烧优化的核心在于建立有效而快速的建模工具及寻优算法，以便于在线应用。为了研究新方法的适用性以及克服常用算法的缺点，本文利用支持向量回归建立了大型四角切圆燃烧电站锅炉NO_x排放特性模型。利用大量的热态实炉试验NO_x排放数据对模型进行了训练和验证。结果表明，支持向量回归模型能获得较神经网络模型更加准确的预测结果，相对于神经网络，支持向量回归能更好处理大样本量数据的非线性问题。随后，采用一种基于高斯概率密度 (GPDD)的分布估计优化算法对NO_x排放模型进行了寻优。研究发现，与遗传算法相比，GPDD具有更好的寻优能力与更快的收敛速度。结合支持向量回归与高斯概率密度分布(GPDD)算法能有效降低燃煤锅炉NO_x排放量，不到1 min的优化时间便于在线应用。研究结论可为该算法在实际电厂中推广应用提供参考依据。

为掌握医疗废弃物的热解特性，在管式炉中对医疗废弃物典型有机组分进行热解实验研究，并用在线气体分析仪监测物料主要热解气体成分及其含量的变化，得到了物料产气过程和产气成分随温度的变化规律。研究结果表明，物料特性、热解终温对气体产物的生成过程和分布影响较大。与纤维素类的脱脂棉和竹子相比，聚丙烯的分解反应起始温度明显较高。提高热解温度会提高气体析出峰值和产量，以及热解气中可燃气体的比重。

利用DSC/TG、FT-IR、XRD、元素分析、SEM、TEM和HRTEM系统研究了聚丙烯腈预氧化纤维碳化中的结构演变与碳纤维微观结构。结果表明，中温碳化时，未环化的—C≡N基团继续反应。高温碳化进一步脱H、脱N形成C六元环结构。T-700碳纤维的002衍射峰强度明显高于自制碳纤维，层面间距d₀₀₂小、石墨网堆叠厚度L_c大、结晶度高。碳纤维呈皮芯结构，表皮由片层堆叠而成，结构致密，含大量纳米级微晶的石墨层结构沿纤维轴取向好，而芯部结构疏松。碳纤维皮芯结构的非均质性由原丝和预氧化纤维的结构演变而来。碳纤维分子结构中存在条带结构和球形结构。条带结构的碳层与原丝分子链条带结构状态十分相似。球形结构的碳网面围绕球心排列，与预氧化纤维的球形结构类似，表明原丝至碳纤维的结构转化过程中纤维分子链结构的变化有密切相关性。

在恒功率的微波作用下，以N-甲基二乙醇胺（MDEA）和氯化苄为原料，合成了甲基二羟乙基苄基氯化铵（MDBAC）。通过薄层色谱法（HLC）对产物进行了定性分析。经IR、¹H NMR、¹³C NMR分析鉴定了产物的结构。采用响应面分析法（RSM)建立了反应转化率与各因素之间的数学关系模型，对微波合成MDBAC的工艺进行了优化。在优化条件下，反应速率是常规加热合成的60倍。测定了产物的临界胶束浓度（CMC）、表面张力、克拉夫点、熔点。

研制了一套原位光学法测定超临界二氧化碳（SC-CO₂）介质中聚合物玻璃化转变温度（T_g）的仪器装置。该仪器装置由带石英视窗的高温高压平衡釜、数据采集系统、加热与温度控制系统、压力控制系统、CO₂输送系统5部分组成。采用该仪器装置，测定了温度为50、60、70、80、90、100、120℃，压力为0.1、5、10、15、20 MPa范围内，PET聚酯薄膜样品的体积溶胀率及相应的玻璃化转变温度。常压测量结果与DSC差示扫描量热仪的测量值吻合很好，在10 MPa下的实测结果与文献值亦具可比性，表明该实验装置的可靠性及研究方法的可行性。因此，本仪器装置及方法可用于测量SC-CO₂介质中聚合物的玻璃化转变温度。

对连通容器内预混气体爆炸过程进行实验研究，具有重要的科研和实用价值。本文通过实验室内自制的实验仪器详细研究了不同的点火位置、初始压力、初始浓度对连通容器内预混气体爆炸压力的影响。结果显示，在大容器中点火，会引起更大的爆炸压力;压力上升速率也增大很快。初始浓度对连通容器内预混气体爆炸的影响基本与单个容器中的影响一致。当初始压力增大时，连通容器的爆炸压力也随着一起增大，而且小容器比大容器增加更快。因而，在工业中，最有效的方法是隔爆，在容器和管道接口设置隔离装置，使爆炸不能通过管道传播。