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　　姓名 由长福

　　技术职务 研究员/博士生导师

　　办公电话 010-62785669

　　通讯地址 清华大学热能系

　　电子邮件 youcf@tsinghua.edu.cn

　　教育背景

　　1987年—1992年 清华大学热能系，本科

　　1992年—1996年 清华大学热能系，博士，导师：叶大均教授，岳光溪教授

　　工作履历

　　1996年—2001年 清华大学热能系教师

　　2001年-2006年 清华大学热能系 副教授

　　2006年-现在 清华大学热能系 研究员

　　1999年 日本福井大学进修PIV测量技术

　　1999年 法国杜埃矿业研究院 博士后

　　2002年 美国华盛顿州立大学 访问学者

　　研究领域

　　煤燃烧及污染防治、多相流动理论、新能源(生物质、天然气水合物、太阳能)

　　研究概况

　　主要学术成果1: 燃煤污染控制

　　作为2个973项目子课题负责人和1项国际合作项目的主要负责人，在发展适合我国国情的高效、低费用、低耗水的中温干法烟气脱硫原理与技术方面取得了重要成果。

　　发现并证实了一系列重要的脱硫反应机理。诸如：(1) 提出脱硫剂颗粒浓度分布是影响干法/半干法烟气脱硫的关键参数，由此开发出若干新型的反应器结构，研究成果在国际著名杂志(简写ES&T)上发表;(2) 确定了影响烟气脱硫过程的关键因素——烟气中CO2对脱硫过程的作用程度和温度范围，发现并确定了碳酸盐类产物的中温脱硫效应，澄清了长期以来的模糊认识。由此提出实际过程中避免烟气中CO2对系统脱硫效率影响的规律，使干法烟气脱硫技术具有更好的工程应用效果。本研究论文在中国工程热物理学会燃烧学会议上获得2003年度最佳论文奖。

　　在烟气污染物治理中，先进干法吸收剂的研究是影响该技术推广应用的核心之一。在以往研究中，利用水合放热反应释放的热量作为动力，成功开发出钙基吸收剂高效微粒化原理与技术，将吸收剂颗粒尺度缩小到几微米量级，降低了气体在产物层内扩散对吸收剂利用率的影响，极大地增强了中温脱硫反应效果。同时，与国际同类产品相比，大大减少了制备时间(同类产品的1/6)，具有更大的工程可行性与经济型，对于完善干法烟气脱硫技术具有重要工程意义。目前正以此为契机，开发微米与亚微米级吸收剂颗粒的制备原理与技术。从文献报道上看，国际上尚未发现类似研究成果。

　　在实验室内开展了基于链式脱硫反应原理的示范性工程工艺研究，获得了最佳运行参数与条件，得到了关键构件对烟气脱硫过程的影响规律，研究成果可直接应用于中温干法烟气脱硫技术的工程设计与运行，为该技术的推广应用奠定了基础。研究成果在国际著名杂志上发表。国际上同类研究仍不多见。

　　以上研究在973项目“燃煤污染防治的基础研究”结题评审中，专家组给予了高度的好评，并成为后续滚动973项目的重要研究内容。同时，以上成果均具有自主知识产权(申请多项核心发明专利)，有望实现产业化。

　　主要学术成果2: 稠密气固两相流体力学

　　研究背景为干法、半干法烟气脱硫反应器、循环流化床锅炉等系统内所涉及的稠密气固两相流动过程。

　　稠密多相流动问题是目前多相流研究领域的一个前沿性难题，颗粒间距离的缩小导致了很多不确定影响因素的存在。目前，在多相流理论中，很多规律与模型来自于宏观研究，其适用性受到很大限制。可以说，目前多相流理论的发展情况，类似于上世纪80年代湍流模型的研究状况，因缺少微观研究的支持而很难深入开展下去，所以当时才迫切需要开展湍流的直接数值模拟研究，以期在湍流最小涡团尺度上充分地认识湍流结构特性，从而提出更加符合实际物理过程的湍流模型与规律。针对多相流发展的现状，本申请者以往的研究强调从微观层次(颗粒尺度)出发，以建立完善的宏观稠密两相流理论，从而指导实际工业过程的设计与运行。

　　提出了气固多相流无网格直接数值模拟方法，解决了现有多相流移动网格直接数值模拟方法无法克服的网格畸变和颗粒无法真正碰撞的问题，为多相流动的直接数值模拟提供了一种有效的研究方法。文献检索中尚未发现类似研究，该研究获得国家自然科学基金的资助。

　　在多相流可视化PIV测量方法研究方面，将人工智能原理与技术引入到颗粒识别与配对算法中，提高了算法的准确性与效率。改进的圆弧识别算法能够更准确地进行曲线分割，并且能对充满噪音并相互重叠的颗粒图像给出较好的识别结果，有效地解决了稠密颗粒测量中的颗粒重叠问题，使PIV这一个先进测量技术可用于稠密流动的测量。该方法已成功地用于颗粒碰撞、沙漠沙粒起跳规律、可吸入颗粒物运动的研究中，所开发的软件获得国家软件著作权登记。

　　发现了国际通用的以气体分子运动论为基础的颗粒碰撞公式存在本质性的误差，其原因在于实际过程中颗粒浓度与速度分布在时间与空间上的不均匀性造成的，进而提出了合理的修正关系。研究成果在国际著名多相流杂志上发表，该文为当年的唯一国内论文。后续研究成果被 录用，审稿意见提及：“Over the last 15 years, there has been a lot of debate about the nature of particle interactions in collisional flows. Much of the debate has been around theory and/or in the form of numerical simulations. The authors of the current work are to be commended for bringing forward an experimental component”。表明该研究能够得到国际上同行的认可。

　　主要学术成果3: 可吸入颗粒物运动规律的研究

　　燃烧源可吸入颗粒物所造成的污染问题越来越引起全世界的重视。对其运动规律的研究是控制可吸入物排放技术开发的重要理论基础。由于颗粒尺度非常小，所以造成对该问题的研究必须深入到微米甚至纳米尺度进行。针对这一问题，本申请者在微米尺度上对可吸入颗粒物运动规律进行了一系列的实验与理论研究工作，主要研究成果如下：

　　显微PIV系统的研制与建立：考虑可吸入颗粒物尺度较小的原因，建立了基于显微摄像原理的PIV系统，用于研究可吸入颗粒物的运动规律。通过对尺寸为1?m颗粒运动的测量，对不同数据处理算法进行了检验，结果表明：所建立的显微PIV系统可有效获得微观流体流动的图像并可准确进行数据的处理，该系统完全可用于微观流体流动的测量。类似的研究方法与成果以往在国际上极少有文献报道。

　　实现了可吸入颗粒物近壁运动的直接数值模拟：在可吸入颗粒物治理的研究中，由于绝大多数可吸入颗粒物运动都处于流体(如空气)流动环境下，并且它的尺寸比较小，因此，包含可吸入颗粒物运动的流体流动与我们常见的大颗粒两相流动必然存在较大的差别，例如颗粒受力方面、湍流运动特征等。对尺度如此小的颗粒进行气固两相流动数值计算，如果采用湍流模型进行模拟，必然有一定的误差存在。这主要在于颗粒的尺度远小于湍流最小尺度，因此，颗粒的湍流扩散行为是无法准确模拟出来。本研究者采用湍流直接数值模拟方法对近壁附近可吸入颗粒的运动情况进行了详细的研究，数值模拟准确再现了近壁面附近的湍流流动特征，以及可吸入颗粒的运动行为。模拟出颗粒在壁面附近的聚集现象，以及不同尺寸颗粒的分布情况。

　　采用自主研制的显微可视化技术(Micro-PIV)对可吸入颗粒运动规律进行了研究，发现了亚微米颗粒间存在着传统受力模型不能解释的“吸引-旋绕-排斥”特殊运动规律，提出了除静电库仑力、范德华力等之外，颗粒间还存在诱导偶极子作用力的推论和全新的颗粒受力模型，并用实验进行了验证。该研究成果对揭示可吸入颗粒物的微观运动规律及其控制具有非常重要的意义，在国际上尚未发现类似的成果。

　　主要学术成果4: 煤矿瓦斯治理与利用

　　煤矿瓦斯灾害已经成为困扰我国采煤业的头等大事。2004年起，在学术兴趣与学者责任的驱使下，在工程热物理学科内较早地开展了煤矿瓦斯灾害发生的原理与防治技术研究，并取得了一定的研究成果：开展了煤矿灾害条件下瓦斯气体在通风空气中的扩散规律基础研究，理论研究与上百次爆炸试验均证明：所开发的抽吸式矿井通风方式具有优于压入式通风方式的优点。目前正积极联系国内煤矿企业进行现场试验与推广。由于我们在煤矿瓦斯治理方面取得的成绩能够得到国内煤矿安全研究人员的关注，后续研究得到了2006年开始的“十一五”科技支撑计划的资助，将进行煤矿瓦斯灾害防治的深入研究。该研究为工程热物理学科的外延发展拓展了方向。

　　我国615处国有重点煤矿每年排放到大气中的矿井排风甲烷量约为50亿立方米，折合标准煤炭量约为600万吨，相当于一个国有大型煤矿的年产量。由于通风气体中甲烷含量低(体积浓度<1%，国内煤矿多<0.5%)，如何高效利用该能源资源、减少其对温室相应的影响，已经成为一个世界关注的难题。在近两年的国内外实地考察与理论研究基础上，提出了通风甲烷气体用于燃煤锅炉辅助燃烧技术，该技术具有甲烷氧化率高、能源利用率高、经济性优越等优点，可实现环保与节约资源的双重目的，与国际上广泛研究的低浓度甲烷气体高温氧化(或催化氧化)技术相比，具有更大的工程可行性与经济性。目前正积极与国内煤矿企业合作进行示范性试验研究工作。

　　奖励与荣誉

　　2007年入选教育部新世纪人才支持计划

　　学术成果论文发表与专利申请

　　近五年发表论文80余篇(其中SCI论文30余篇)，发表的SCI论文除两篇发表在《力学学报》英文版外，其余均发表在国际上本领域的著名期刊上，诸如：

　　- Environmental Science and Technology 环境科学与技术方面的著名期刊，期刊影响因子为4.054

　　- International Journal of Multiphase Flow 多相流研究的著名期刊，当年国内唯一发表论文

　　- Atmospheric Environment 大气环境科学的著名期刊，期刊影响因子为2.562

　　- Energy and Fuels 能源领域的著名期刊，期刊影响因子为1.494

　　在基础研究的同时，注重其应用背景，提出多项发明专利与1项软件著作权。

　　学术特点

　　以往研究中，恪守“为学先为人”的学者规范，严格本着“严谨、勤奋、求实、创新”的态度，从基础、应用基础等多个层面开展交互式研究，不仅重视发展基础理论，而且注重工程背景，应用目的明确。基础研究成果能够得到国际上同行的认可，技术发明力争取得具有我国自主知识产权的原创性成果。

文章来源：清华大学热能工程系