博士后基金正文.docx

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博士后基金正文

申请须知

1、申请者必须认真阅读现实执行的《中国博士后科学基金资助条例》，并按该条例有关规定进行申请。

2、申请者打字填写（如不具备打字条件时，请用钢笔或圆珠笔正楷书写，不要用铅笔填写）本表1至6页，并由二位推荐人在7至8页分别填写推荐意见，报所在设站单位（含经批准招收博士后的非设站单位，下同）。

经设站单位在9页填写审核意见后再用B5复印纸进行复制。

3、每位申请者需向中国博士后科学基金会交纳评审资料费100元人民币，未交纳的，不予受理。

4、各设站单位于每年三月十日至三月三十一日或九月十日至九月三十日期间将本单位所有申请者的《申请表》（一式六份，必含原件）和评审资料费集中汇至中国博士后基金会。

5.本表封面上的“原件”和“复印件”系指本份材料是原件或复印件，请在相应的方框内打“√”；“编号”系指申请进站时，全国博士后管委会办公室或有关省、市对博士后研究人员的统一编号；“投送学科”系指申请资助项目所属的学科领域。

若是交叉学科或跨学科，则应填写所涉及的主要学科名称。

学科须按国务院学位委员会公布的标准名称填写。

6、填表必须实事求是，认真详实，不得虚报或留空。

有的栏目如无内容可填，请写上“无”、“未”等字；若填写不下，可另附纸。

姓名

吴东垠

性别

男

出生年月

66.12

民族

汉

博士后日常经费来源

国家资助√单位自筹企业提供（企业博士后）

来自重大科研项目经费（项目博士后）

学位情况

学位

获得年月

攻读学位单位

学位论文题目

导师

学士

89年7月

东北电力学院

燃煤锅炉结焦的成因和防治

王建国

硕士

92年12月

西安交通大学

气液两相流沿水平并联管束集箱的压力变化的研究

林宗虎

博士

03年3月

中国科学院

力学研究所

醇类、水和柴油多组元乳化液的流变、雾化与微爆特性的研究

盛宏至

主要研究工作经历

起止年月

单位

研究工作

职务

自1992年7月

至1998年3月

原电力部

热工研究院

电站锅炉的

运行诊断

工程师

自2003年7月

至今

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室

高辛烷值燃料

均质压燃可控

着火燃烧过程

的基础研究

博士后

主要研究成果：

已发表在国内外核心学术刊物上的论文题目、全部作者署名顺序、发表时间、刊登论文的刊物名称以及被SCI、EI、SSCI收录、引用的情况：

获得专利的名称、内容和号码：

有何发明创造、技术革新、工艺设计和过程等。

请务必具体说明以上成果的科学价值、应用前景、经济效益、社会效益以及本人在这些成果中的主要贡献及所获得奖励的名称、等级和获奖人的排名顺序。

一、主要发表论文：

1.吴东垠，林宗虎.水平并联管子系统中气液两相流在联箱内的压力分布研究.热能动力工程，1994（3）：

168~175

2.吴东垠，林宗虎.气液两相流流经突缩再突扩管道的压力降研究.热能动力工程，1995（6）：

366~370

3.吴东垠.一台350MW机组锅炉一级过热器爆管分析.热力发电，1997（5）：

33~36

4.吴东垠.切向燃烧锅炉水平烟道烟温偏差的起因及改进措施.电站系统工程，1997（4）：

34~36

5.吴东垠.整体煤气化联合循环（IGCC）发电系统.电站系统工程，1997（6）：

1~4

6.吴东垠，田文栋，魏小林，黎军.多组元液雾在高温高压气体中微爆过程的研究.节能，1999，17（5）：

3~6

7.吴东垠，田文栋，魏小林等.压力热回收锅炉的结构和技术要点.中国电力，1999，32（12）：

37~40（EI检索）

8.吴东垠，田文栋，魏小林等.奥里乳化油工业试验结果分析.燃烧科学与技术，2000，6

（2）：

120~123（EI检索）

9.田文栋，魏小林，吴东垠等.非均匀布风对流化床埋管换热特性的影响.工程热物理学报，2000，21（5）：

619~622（EI检索）

10.吴东垠，田文栋，魏小林等.燃油锅炉燃烧乳化重油的运行效果.新能源，2000，22

（2）：

15~17

11.李宝岩，马玉峰，白少义，吴东垠.超临界锅炉的现状与发展趋势.中国电力，2000，33（11）：

10~13（EI检索）

12.盛宏至，吴东垠，张宏策.柴油、甲醇和水三组元乳化液流变特性的研究.西安交通大学学报，2002,36（10）：

1079～1083（EI检索）

13.盛宏至，张宏策，吴东垠.三组元乳化液雾化特性的研究.工程热物理学报，2003，24（5）：

885~887

14.吴东垠，魏小林，盛宏至等.炉内配风方式对锅炉经济性的影响.工程热物理学报，2004，已录用待发表.

上述论文主要涉及气液两相流、煤的燃烧、乳化液的流变、雾化和燃烧特性的内容，各学科知识可以相互启发，在以往工作积累的基础上，目前正深入研究醇类、水和柴油乳化液的流变、雾化和燃烧微爆特性。

硕士期间，师从林宗虎院士，进行气液两相流沿联箱压力变化的研究，得到的经验公式可以指导工程实际。

博士期间，师从盛宏至研究员，进行醇类、水和柴油多组元乳化液的流变、雾化与微爆特性的研究，发展了醇类、水和柴油多组元乳化液的配制方法，并申请了国家发明专利，同时，采用高速CCD摄影技术验证了乳化液喷雾微爆的全息实验结果，并观察到了乳化液喷雾只要环境温度和压力合适，在喷雾的不同时刻和不同位置均可以发生多次微爆的现象，特别是发现了乳化液的流变和雾化特性与乳化液组份、乳化剂粘度与含量的关系，在可查阅的文献中尚未见到类似的报道，但是，作者也仅进行了初步研究，对此内容进行深入的研究将作为本申请书的主要内容。

二、专利：

1.吴东垠，黎军，盛宏至.含有柴油、醇和水的乳化液及其制备方法.发明专利，申请号01144862.8（该专利系国家发明专利，于2001年12月受理，2003年6月公示至今）

本发明涉及一种液体燃料及其制备方法，特别是涉及一种含有醇、水和柴油的乳化液新型液体燃料及其制备方法。

2.吴东垠.高效旋风分离器实用新型，申请号200320130984.2

本实用新型涉及一种高效旋风分离器，属于气固、气液和液固两相流分离的装置，特别适用于气固两相旋流分离。

三、参加项目：

1.作为中国IGCC示范项目技术可行性研究课题组的成员，完成了“我国整体煤气化联合循环（IGCC）示范电站初步方案分析”，目前天燃气联合循环机组正在北京京丰热电有限责任公司安装。

2.参与起草了由原电力部、机械部和国家科委组织的“超临界锅炉若干关键技术的项目书”，目前超临界机组在国内已有十余家的运行业绩，但均为进口机组或技术，国产示范电站正在上海外高桥电厂安装。

3.作为原电力部“国产300MW机组运行实绩的调研分析”调研组的成员，负责锅炉部分。

4.完成近30余台不同型号电站锅炉的运行诊断，为企业创造了较大经济效益。

5.负责均衡等速飞灰取样器和煤粉取样器的技术完善和推广工作，特别是飞灰取样器已应用于百余家电站，产值近500万元，目前仍在推广应用中。

6.开发的电站锅炉蒸汽吹灰器密封系统优于国外技术，经过华能杨柳青电厂3年多的可靠运行，成为该电厂蒸汽吹灰器密封备件的唯一供货单位，已争取经费近80万元。

7.国家自然科学基金（19682010）“多组元液雾在高温高压环境中微爆过程的研究”是博士论文的主要研究内容，已结题。

不仅圆满完成任务书的内容，还发现了乳化液的流变特性和雾化特性与乳化液组份、乳化剂含量和粘度等的关系，该项内容还很少有人研究，目前正在进行深入的研究。

8.参加中国科学院重点项目（KY95T-03-02）和国家重点基础研究计划（G1*******01）的研究工作，并发表了科研论文。

9.目前正进行国家重点基础研究计划（2001CB209204）“高辛烷值燃料均质压燃可控着火燃烧过程的基础研究”，已取得阶段性的科研成果。

四、获奖

1获1996年度原电力部热工研究院科技进步二等奖

2获2002年度中国科学院力学研究所《郭永怀奖学金》

申请资助项目情况

名

称

中文

醇类、水和柴油乳化液的流变和雾化特性研究

英文

StudyoftheRheologyandAtomizationCharacteri-

sticsoftheDiesel,Water/MethanolEmulsions

研究类别

基础研究√应用研究技术开发

项目来源

国家重点项目省市或部门重大项目自选项目

863高科技研究项目国家自然科学基金项目√

其他项目

研究经费

来源及

数额

国家重点基础研究计划（2001CB209204）120万；国家自然科学基金（19682010）12.6万。

经费共计132.6万元。

项目的具体内容、预期目标及国内外在这方面研究的现状：

自20世纪60年代，全球石油的消费量就超过煤炭成为能源的主体，人们历来重视节油、环保以及发展替代燃料，乳化液就是替代燃料之一。

前苏联科学家在1965年最早发现了乳化液滴的微爆现象[1]，当时研究手段落后，工作曾一度中断，后来由于超声乳化技术及测试手段的发展，特别是70年代的石油危机，人们又重视乳化液，到目前仍保持浓厚的兴趣。

就液滴而言，包括挂滴、悬滴、自由落体（或微重力）液滴以及平板液滴等，环境状态由常温常压发展到超临界，实验手段包括高速摄影、显微高速摄影和阴影法等。

美国就进行了较多的研究，Law,C.K等对乳化液滴的蒸发、燃烧和微爆进行了大量实验和理论工作，提出了比较经典的乳化液滴微爆模型，到目前仍关注高能燃料滴的微爆效应[2-3]，W.A.Sirignano研究液滴的滴内循环[4]；由于日本石油完全依赖进口，乳化液的研究也倍受重视，如用均相成核理论分析乳化液滴的微爆机理；也用高速摄影技术观察微重力情况下乳化液滴的燃烧过程，根据摄影图片分析液滴内外层的分离过程并估计液滴的体积和内部水含量[5-6]；俄罗斯科学家研究乳化重油应用于冶金炉的情况[7]。

我国科学家在这方面也做出了突出贡献，台湾大学[8]研究乳化液滴的着火、燃烬和微爆，台湾海洋大学[9]关注船用乳化燃料滴的着火延迟和微爆现象。

清华大学研究了乳化液滴的着火和微爆，并进行了数值模拟，目前正致力于催化重整[10-11]，中国科学院采用激光全息摄影技术得到水/柴油乳化液喷雾微米级液滴微爆的清晰照片，在近期研究甲醇等含氧乳化燃料的物性和微爆效应[12]。

此外，西安交大、浙江大学、江苏大学和沈阳航空学院等均进行过相应的研究。

人们主要研究乳化液的燃烧和微爆等特性，并以实验为主，理论分析并不完善，而且液滴的实验较多，喷雾相对较少，原因是喷雾的滴径为微米级（5-50微米），喷雾速度又高（3-300米/秒），显微摄影的分辨率高，但视场较小；高速摄影可以观察微爆的过程，但分辨率不够；激光全息摄影的分辨率较高，但只是瞬间现象，为了准确把握乳化液喷雾的微爆现象，需要激光全息摄影和高速摄影两种实验手段配合。

但是，激光全息摄影实验系统复杂，尚未商品化，据文献查新，截止2003年底尚未发现采用激光全息摄影技术研究乳化液喷雾微爆的实验报道。

多组元液雾的相变过程还有许多未知的领域，许多基本的物理现象尚不清晰，为了加深对相关物理概念的理解，应以理论分析为主要手段。

以往理论分析不理想的原因除了微爆机理本身的复杂性之外，乳化液的物性参数（粘度和表面张力等）的选取不当可能是其中的主要原因，我们的项目组发现[13-14]：

甲醇、水和柴油乳化液的表面张力与水和柴油的表面张力大致处于一个数量级，乳化液的粘度和雾化特性如图1和图2所示：

（Y01、Y02和Y03系乳化剂编号）（D50M20W30和D70M10W20系乳化液编号）

图1乳化液粘度随“水”相含量变化图2乳化液和柴油的雾化特性对比

可见，乳化液近似为牛顿流体，粘度与乳化液组份、乳化剂含量和粘度等有关，当乳化剂含量及“水”相含量不高时（“水”相含量10%以下），乳化液粘度接近柴油；当乳化剂含量及“水”相含量较高时（“水”相含量40%以上），乳化液的粘度比柴油大5~6倍。

若将乳化液的粘度和雾化特性拟合成经验公式供数值模拟直接引用则具有重要的意义。

我们初步研究了甲醇、水和柴油乳化液的流变和雾化特性，工作并不深入，仅得到一些定性结论，需要定量研究。

进一步的研究内容包括以下几个方面：

（1）乳化剂含量确定，按黄金分割法选择水、柴油和甲醇的含量配制不同组份的乳化液，用旋转粘度计测量粘度，其中，乳化液中“水”相含量为5%~50%，“水”相指甲醇和水，质量配比为1:

2；

（2）乳化液组份确定，按黄金分割法选择乳化剂含量和粘度配制乳化液，分别测量其粘度；

（3）选择压力雾化喷嘴，在喷嘴端部取得压力信号，设计触发电路，使喷雾与马尔文粒度仪（Malvern）同步，分别测量上述乳化液的雾化粒径；

（4）结合量纲分析法，以柴油的数据（粘度和雾化粒径）为基准，寻找修正因子，拟合经验公式。

（5）详细研究乳化液“水”相含量、乳化剂含量和粘度对乳化液流变和雾化特性的影响，定量分析乳化液组份、乳化剂粘度和含量对乳化液粘度的影响。

技术难点和关键技术：

（1）设计触发电路，保证喷雾与马尔文粒度仪（Malvern）同步；

（2）定量分析乳化液组份、乳化剂粘度和含量对乳化液粘度的影响，特别是图1中“水”相含量为40%左右，流变特性曲线有“拐点”，需要详细地研究该“拐点”的物理意义。

（3）经验公式的均方根误差控制在一定范围之内。

预期达到的目标：

（1）得出甲醇、水和柴油三组元乳化液粘度和雾化粒径的经验公式，均方根误差应在20%以内，归纳的经验公式可直接应用于乳化液蒸发、微爆的数值模拟；

（2）量化分析乳化液组份、乳化剂含量和粘度对乳化液粘度和雾化粒径的影响，同时，在国内外学术会议和重要期刊发表论文4篇，其中2篇力争SCI或EI检索。

参考文献：

[1]Ivanov,V.M.andNefedov，P.I.,ExperimentalInvestigationoftheCombustionProcessinNaturalandEmulsifiedFuels,NASATech.Transal.TIF-258,1965

[2]Law,C.K.,RecentAdvancesinDropletVaporizationandCombustion.Prog.EnergyCombust.Sci.，1982，8：

171~201

[3]Li,T.X.,Zhu,D.L.,andLaw,C.K.,Dropletcombustion,microexplosion,andsootingcharacteristicsofseveralenergeticliquidpropellants.JournalofPropulsionandPower,1998,14

（1）：

45~50

[4]Schiller.D,Li.J,Sirignano,W.A.,Transientheating,gasification,andoxidationofanenergeticliquidfuel,CombustionandFlame,1998,114:

：

349~358

[5]T.Kadota.,H.Yamasaki.，Recentadvancesinthecombustionofwaterfuelemulsion.Prog.EnergyCombust.Sci.,2002，28：

385~404

[6]Segawa.Daisuke,Yamasaki.Hiroshi,andKadota.Toshikazu.,et.al.,Water-coalescenceinanoil-in-wateremulsiondropletburningundermicrogravity.Symposium（International）onCombustion,2000，28

（1）：

985~990

[7]Sleptsov,Zh.E,.Vakulin,V.N,.andMirko,V.A.Developmentandimplementationofthenewtechnologiesoftheblast-furnacesmeltingusingoil-in-wateremulsion.Stal',1997,11：

7~12

[8]Wang,Ching-Hua，Chen,Jui-Tseng.Experimentalinvestigationoftheburningcharacteristicsofwater-oilemulsions.InternationalCommunicationsinHeatandMassTransfer236Oct1996PergamonPressInc823~834

[9]Lin,Cherng-Yuan，Lin,Chein-Ming，Cheng,Che-Shiung.Experimentalinvestigationofburningdropletsofemulsifiedmarinefueloilswithwater.JournalofShipResearch,1995,39

（1）：

95~101

[10]卢小丰，候凌云，傅维标等.乳化油的催化重整反应在定容弹中的实验研究.中国工程热物理学会燃烧年会论文集，上海，2003：

531~535

[11]WeiBiaoFu,LingYunHou,LiPoWang,et.al.,Aunifiedforthemicro-explosionofemulsifieddropletsofoilandwater.FuelProcessingTechnology,2002,（79）：

107~119

[12]H.Z.Sheng,L.Chen,andZ.P.Zhang,et.al.,TheDropletGroupMicro-explosionsinWater-in-OilEmulsionSpraysandTheirEffectsonDieselEngineCombustion,Twenty-FifthSymposium（International）onCombustion/TheCombustionInstitute,175~181,ISSN0082-0784,1994.7

[13]盛宏至，吴东垠，张宏策.柴油、甲醇和水三组元乳化液流变特性的研究.西安交通大学学报，2002,36（10）：

1079～1083

[14]盛宏至，张宏策，吴东垠.三组元乳化液雾化特性的研究.工程热物理学报，2003，24（5）：

885~887

项目的科学意义、学术价值、应用前景、解决什么前人尚未解决的问题并务必说明本人的创新之处及主要特色。

我国原油进口逐年递增，2003年接近1亿吨，国家在“十五”期间确定了发展替代燃料的具体目标，乳化液是理想的替代燃料之一。

甲醇、水和柴油三组元乳化液不仅具有微爆效应，而且是含氧燃料，其排放比较清洁，其次，乳化燃料不易着火，易于储存和运输，也是安全燃料，是目前研究的热点之一。

甲醇的来源广泛，可以由天然气、煤和生物质制得，我国富煤少油，特别是可以利用我国大量的高硫高灰分的劣质煤生产。

甲醇在火花点火发动机和压缩式发动机上使用的研究已进行多年，有比较成熟的方案可循，积累了丰富的经验。

本项研究不仅注重基础研究，为乳化液在内燃机领域的推广应用提供技术支持，还将致力于工程应用，密切关注奥里乳化油和乳化重油等在其它燃烧设备的应用[1-2]，拓展乳化液的应用范围。

自乳化液微爆现象发现以来，微爆现象比较明确，但在微爆机理的分析却不尽人意。

究其原因，乳化液物性（如粘度和表面张力等）未知可能是主要原因，若以混合液的平均密度代替乳化液密度，其误差并不大，但是，若以水或柴油的粘度代替乳化液粘度会引起较大误差，可见，乳化液物性是进行理论分析的基础；其次，乳化液在管道的输运过程也与粘度特性相关。

微爆效应称为“二次雾化”，一次雾化直接影响微爆，研究发现：

乳化液喷雾特性又与微爆延迟时间、微爆强度等相关联[3]。

人们主要研究乳化液的蒸发、微爆和燃烧特性，我们在近期有关甲醇、水和柴油乳化液流变特性和雾化特性的研究也比较简单，仅得出定性的实验结论，即乳化液的流变特性与针对压力雾化喷嘴的雾化特性受乳化液组份、乳化剂含量和粘度的影响，而且有一定规律性，需要补充实验数据，得出定量的实验结果，归纳经验公式。

若以上研究获得成功，还可以继续研究乳化液喷雾的雾化锥角和贯穿距离等宏观雾化效果。

本课题的独到之处在于：

尚未见到有关柴油/水、汽油/水及柴油/（水和甲醇）乳化液粘度与乳化液组份、乳化剂粘度和含量关系的报道；以往仅注重水/柴油和水/汽油乳化液与柴油或汽油雾化特性的区别，未涉及乳化液组份、乳化剂含量和粘度对乳化液雾化特性的影响。

本项目研究乳化液的粘度特性，提出的拟合经验公式可以应用于数值模拟，同时，可以根据乳化液组份及乳化剂含量和粘度的变化调整乳化液粘度，指导发动机和锅炉等能量转换设备的设计和运行，满足工程实际要求，这是本研究的创新点之一。

本项目得到乳化液的雾化特性与其组份、乳化剂粘度和含量的关系式，依据经验公式可以调整乳化液组份、乳化剂含量和粘度等达到理想的雾化效果，这是本研究的创新点之二。

参考文献：

[1.]吴东垠，田文栋，魏小林，黎军，盛宏至.奥里乳化油工业试验结果分析.燃烧科学与技术，2000，6

（2）：

120~123

[2]吴东垠，田文栋，魏小林，黎军，盛宏至.燃油锅炉燃烧乳化重油的运行效果.新能源，2000，22

（2）：

15~17

[3]Harstad,K.andBellan,J.，EvaluationofCommonlyUesdAssumptionsforIsolatedandClusterHeptaneDropsinNitrogenAtAllPressures.Combust.Flame,2001，127：

1861~1879

拟采取的研究方法、实验方案、技术路线：

研究以试验工作为主，辅以理论分析。

拟采取的研究方案与技术路线如下：

（1）分别在乳化剂含量和乳化液组份确定的情况下，按黄金分割法优化水、柴油和甲醇含量以及乳化剂含量和粘度配制不同组份的乳化液，选择有代表性的点，减小工作量，测量其粘度；

（2）选择压力雾化喷嘴，在喷嘴端部取得压力信号，以压力信号的上升沿为触发信号设计触发电路，使喷雾与马尔文粒度仪（Malvern）同步，分别测量上述乳化液的雾化粒径；

（3）在计算气液两相流摩擦阻力压力降时，以均相模型为理论基础，首先写出与单相流体相似的形式，然后再加修正因子。

按此技术路线，本文所涉及乳化液的粘度和雾化粒径仍以柴油为基准，结合量纲分析法，根据上述实验数据寻找修正因子，拟合经验公式。

（4）在大量实验数据的基础