颗粒的混合与分离广泛存在于工业生产中，这种混合和分离的动态过程通常受到装置尺寸和颗粒属性的影响。采用离散单元法对水平转筒内颗粒物质的混合特性进行模拟，利用以颗粒接触为基础的分离指数、稳态分离指数和平均混合速率三个参数，系统地评估在恒定转筒直径下，转筒宽度和颗粒密度比、尺寸比对颗粒轴向混合特性的综合影响。结果表明，颗粒系统的平均混合速率随转筒宽度增加而降低，随颗粒密度比和尺寸比增加而增加。转筒宽度固定时，颗粒混合均匀度随密度比和尺寸比增大而减弱。颗粒密度和尺寸差异会诱发颗粒系统的径向和轴向偏析，且径向偏析程度均随二者增大而加剧；尺寸差异还会引发轴向偏析，转筒宽度越大，偏析程度越高。动力学分析显示，颗粒系统的径向动能高于轴向动能是径向平均混合速率优于轴向的关键原因，而端壁剪切效应是诱发颗粒轴向流动的关键。密度比与尺寸比对颗粒轴向混合的影响随转筒宽度变化呈现差异，源于二者分别由浮力主导和渗透主导的偏析机制不同。

受限撞击流反应器因其优异的混合能力成为生产脂质纳米颗粒的核心装置，入射角度是影响其混合性能的重要因素。本工作结合大涡模拟方法和micro-PIV实验，探究了入射角度(0°~30°)对受限撞击流反应器宏观和微观混合性能的影响。结果表明，Re<400时，较小的入射角度促使分离流更早转变为混沌流从而具有更好的宏观混合效果；Re≥400时，增大入射角度可以增强宏观混合的稳定性；入射角度增大至30°时，入口射流的波浪化增强了宏观混合；增大入射角度可以提高受限撞击流反应器微观混合的均匀性，但总体微观混合时间增加。研究结果揭示了入射角度对混合性能的调控机制，可为优化受限撞击流反应器设计提供理论支撑。

作为微热光电系统的关键部件，燃烧室的性能对整个系统的输出功率具有决定性影响。采用数值模拟与实验验证相结合的方法，研究了微燃烧器结构(回热管有/无肋片、火孔间距S/D)对可燃极限、流场分布、传热效应、污染物排放的影响。结果表明，相比于无肋片设计，有肋片的燃烧器的火焰根部锚定能力更强，脱火极限拓宽；预热效应更强，外壁面温度更高，辐射效率更大。S/D对火焰根部的锚定有重要影响，S/D=1.1时，火焰根部分别锚定在多孔板的中心和角再循环区(IRZ和CRZ)；S/D=1.3时，火焰由IRZ和壁面边界层锚定；S/D=1.5时，火焰由中心低速区和壁面边界层锚定。综合来说，有肋片且S/D=1.1为最佳结构设计，虽然它的热性能、辐射效率和燃烧效率次优，介于S/D=1.3和1.5之间，但展现了最佳预热率和火焰稳定性，最宽的稳燃范围，且燃烧器出口CO排放最低。该研究可为微热光电系统高性能燃烧室的优化设计提供了重要的理论依据和实践指导。

本工作耦合带闪蒸的双级压缩热泵(HP)和有机朗肯循环(ORC)构建新型卡诺电池储能系统，并以钢铁行业低温烧结冷却烟气余热为系统热源，建立新型储能系统热力学计算模型，深入探究不同HP工质和关键运行参数下系统往返效率、总?损失和?效率的变化规律，并给出系统最优运行参数下不同HP工质的热力学性能，以及系统各个部件?损失情况。研究结果表明，当HP工质一定时，HP冷凝温度越低，ORC蒸发温度越高，系统往返效率和?效率越大，而系统总?损失越小。随着闪蒸温度升高，系统往返效率和?效率先增加后减小，而系统总?损失先减小后增大。在最佳工况下，R1234ze(Z)作为HP工质的系统热力学性能最好，其系统往返效率、总?损失和?效率分别为64.19%, 1454.3 kW和34.97%。其中，HP蒸发器内产生的?损最高，相对?损率达到24.25%，其次是ORC蒸发器内不可逆损失，相对?损率达到20.19%，最小的是ORC工质泵内不可逆损失，相对?损率仅为0.21%。

本研究通过正渗透(Forward Osmosis, FO)工艺初步浓缩发酵液，探究了正渗透工艺的膜朝向、汲取液种类、浓度和错流流速对浓缩效果的影响。结果表明，FO模式下，选用浓度4.0 mol/L的MgCl2?6H2O、错流流速1200 mL/min时浓缩效果最佳，可将发酵液中己酸浓度由10.2 g/L提升至22.9 g/L，总酸回收率和己酸回收率分别为54.8%和62.9%。在此基础上，采用负压旋转蒸发工艺开展二次浓缩，探究温度对浓缩效果的影响，确定65℃为最优操作温度，二次浓缩后己酸浓度可达40.6 g/L。最后通过调节二次浓缩液的pH，探究pH对酸化提油效果的影响，结果显示在pH为3.5时，己酸以油状析出，己酸最终浓度达476.4 g/L，纯度为68.0%，实现了己酸浓度与纯度的大幅提升。研究证实，正渗透-负压旋转蒸发-酸化提油耦合工艺可有效强化己酸的分离纯化效果，为发酵液中己酸的分离提取提供了新方案。但该方案所得己酸纯度仍难以满足精细化学品的应用要求，后续研究可考虑精馏等方式进一步提高己酸纯度。

面向炼化行业“减油增化”及低碳烯烃和轻芳烃需求，高温快速催化裂解已成为将石油烃分子高效转化为高附加值化学品的关键工艺。本工作以不同碳数的1-烯烃、n-烷烃与n-烷基苯为石油烃分子模型化合物，利用裂解-气相色谱-质谱/氢火焰离子化联用仪(Py-GC-MS/FID)在终温700℃、升温速率20℃/ms的高温快速裂解反应条件下，以热裂解为对照实验，系统研究了ZSM-5酸催化、USY (超稳Y型分子筛)酸催化与CaAl碱催化对产物选择性的调控规律。结果表明，C2-C4轻烃的选择性遵循ZSM-5酸催化>CaAl碱催化>热裂解>USY酸催化的变化规律；而BTX轻芳烃的选择性为酸催化(ZSM-5和USY)>CaAl碱催化>热裂解；1-烯烃在ZSM-5上对C2-C4轻烃的选择性为31%~51%，且随碳数升高而下降；n-烷烃在ZSM-5与USY上对C2-C4轻烃的选择性分别为43%~68%和30%~61%；n-烷基苯在ZSM-5上对C2-C4轻烃的选择性为34%~62%。上述规律源于ZSM-5的酸性位与孔道限域协同抑制了氢转移和低聚等双分子副反应，偏向单分子β-断裂生成小分子；USY的强酸性与多级孔道促进氢转移和二次反应，使C5+烷烃比例升高；而CaAl以自由基链式路径为主，抑制氢转移并提升烯烃选择性，但裂解深度受限。上述结果揭示了“石油烃分子结构-催化剂性质-产物选择性”的内在关联机制，对于石油高温快速催化裂解技术的开发具有一定的理论与实践意义。

在可持续发展战略驱动下，光催化技术已成为印染废水治理的前沿方向。ZnCdS因导带位置匹配、带隙较窄且化学稳定性优异，被视为极具潜力的光催化材料，但仍受光腐蚀严重、光生载流子复合过快等瓶颈制约。海藻酸钠(SA)表面富含羟基与羧基官能团，可构筑高密度吸附位点，实现对染料分子的选择性捕集；通过交联改性，表面电子更易跃迁，形成额外电子缓冲池，从而显著抑制ZnCdS的光生空穴-电子复合，并缓解光腐蚀，为构建高效、稳定的“吸附-催化”一体化体系提供了新思路。基于此，本工作采用共沉淀-交联固化法制备ZnCdS/SA复合凝胶球，系统评价其在不同光源下对罗丹明B (RhB)的去除性能，并考察pH、光照时间及循环次数对降解效率的影响；同时借助X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对材料的晶相、形貌与官能团演变进行表征分析。结果表明，在最佳实验条件下，RhB去除率达98.77%，且凝胶球结构保持完整；材料呈ZnCdS六方晶相，表面褶皱丰富，吸附位点充足；O-H, -COOH, COO-, C-O-H等基团通过静电吸附与氧化还原协同作用捕获RhB, S, O, Fe等元素亦参与电子转移。经5次循环后，降解效率仍可保持85%以上，证实ZnCdS/SA可通过“吸附-光催化”双路径高效、稳定地去除水中的RhB，为实际印染废水处理提供了可行方案。

火电厂湿法脱硫过程中亚硫酸盐氧化效果是决定系统运行效果的关键一环，当前湿法脱硫缺乏准确的指标控制亚硫酸盐氧化。为明确氧化控制原理与方法，解释电厂高盐环境系统氧化状态的影响，本工作搭建了鼓泡反应器研究亚硫酸钙氧化过程，从反应吸收传质动力学角度提出了Hatta数(Ha)作为指标控制调节氧化状态。亚硫酸盐被空气强制氧化实际是O2从气相转移至液相并与亚硫酸盐反应的过程，为了解析O2反应吸收体系内Ha数值特性，围绕过程中的物理传质与化学增强路线，首先计算了不同空气流量与NaCl质量浓度的O2物理传质系数，并给出了SO_3^(2-)与O2反应级数(0.863)与反应速率常数(3.164)；进而通过含盐条件的归一化分析，对比四项关键过程物理参数包括：液相扩散系数D、离子活度系数γ、气液接触面积α及饱和溶解氧质量浓度DO*，发现了NaCl添加干扰Ha的主要路径是离子活度系数。根据反应吸收的三个阶段，提出了基于Ha的氧化风机反馈调节策略，同步实现氧化状态判断与氧化风量调整。将反馈调节策略应用于本次实验系统后，O2利用率提高了5.76倍，SO_3^(2-)氧化率达到95%的时间延迟了200 s。

为了提高8021铝合金的抗拉强度和伸长率，本工作系统研究了Cr添加对8021铝合金第二相形貌演变及力学性能的调控机制。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)，分别对8021铝合金第二相形貌、晶格结构和物相结构进行表征。实验结果表明，向8021铝合金中添加适量Cr后，第二相形貌发生显著变化，β-Al5FeSi相和θ-Al3Fe相含量显著减少，同时析出具有二十面体准晶结构的Al95Fe4Cr相，该相可有效提高合金塑性等力学性能。经Cr改性的合金试样断口韧窝增多且加深，呈现典型的韧性断裂特征，进一步证实Cr可通过促进塑性变形提升合金韧性的作用机制。本工作揭示了通过Cr微合金化调控第二相演化、实现铝合金强塑性协同优化的微观机制，为开发综合性能优良的铝合金提供了成分设计与组织控制新策略。

为实现赤泥中铁资源的高效清洁回收，针对氧化铝工业产生的大宗危险固体废弃物——赤泥所面临的资源化难题，本研究提出了一种“氢气还原-电弧熔分”相结合的新型处理工艺。以拜耳法赤泥为原料，系统研究了在氢气气氛下，还原温度(500~1100℃)对铁氧化物相变行为及金属化率的影响，并借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和热重-差热分析(TG-DSC)对还原产物进行表征。结果表明，赤泥中Fe2O3的氢气还原路径遵循Fe2O3→Fe3O4→Fe的逐步转化过程，其中Fe3O4还原为金属铁为主控吸热反应，其反应速率峰值出现在约760℃。还原温度是决定金属化率的关键因素，在1100℃下还原2 h后，金属铁含量达到42.9wt%，对应金属化率为91.5%。微观结构分析表明，在1100℃下金属铁颗粒经表面扩散与晶界扩散发生显著烧结，形成连续多孔的铁相网络，属于固态烧结中期的典型特征。该相互连接的铁结构极大缩短了后续熔分过程中铁液滴聚合所需的扩散距离。通过对还原产物在1800℃进行电弧熔分，成功实现了铁与渣的高效分离，并获得铁纯度高达98.000wt%的重熔铁产品。本研究为赤泥的大规模资源化利用及低碳冶金提供了一条绿色、高效的新途径。

金刚石和铜之间较差的润湿性极大地影响了复合材料的导热性能，为改善金刚石与铜之间的润湿性并提高导热性能，本研究通过盐浴镀法在金刚石表面镀钨(W)实现金刚石的表面金属化，并采用放电等离子烧结法制备金刚石/铜复合材料，研究盐浴镀镀覆温度、保温时间对金刚石镀层及金刚石/铜复合材料导热性能的影响。结果表明，金刚石表面形成的碳化钨(WC)镀层可增强金刚石颗粒与铜基体之间的界面结合，有效提高金刚石/铜复合材料的导热性能。当镀覆温度为1000℃、保温时间为90 min时，金刚石/铜复合材料的热扩散系数可达208.77 mm2/s，热导率可达579.52 W/(m?K)，具有最好的导热性能。金刚石的镀覆温度和保温时间对复合材料的热导率均有显著影响，只有实现温度-时间耦合优化，才可构筑薄而连续、应力匹配的低阻界面，实现金刚石/铜复合材料热导率最大化。