从多尺度到介尺度_复杂化工过程模拟的新挑战论述.pdf

　第 61 卷　第 7 期　 　化　工　学　报　　　 　　　　Vo l.61　No.7 　 2010 年 7 月　 　CIESC　Journal　 　　July　2010 综述与专论 从多尺度到介尺度———复杂化工过程 模拟的新挑战 葛　蔚 , 刘新华 , 任　瑛 , 徐　骥 , 李静海 (中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室 , 北京 100190) 摘要:化工过程普遍面对具有多尺度结构的复杂系统 , 而作为从基本单元相互作用形成系统整体行为与功能的 关键环节 , 介尺度结构对化工过程的定量描述和定向调控具有重要意义。同时 , 化学 、 材料 、 生物 、 物理和系 统科学等领域也都逐步认识到各自的介尺度问题及其共同特性。这表明对介尺度结构与行为共性的深入研究将 对科学界产生全局性的影响 , 同时也表明这样的研究必须通过多学科充分交流 、 紧密合作才能取得重大进展。 本文试图从多尺度研究的背景出发探讨化工及相关过程中介尺度模拟的意义 、 挑战和方法 , 并展望其发展。 关键词:多尺度;介尺度;复杂系统;高性能计算;模拟 中图分类号:TQ 018　　　　　　　文献标识码:A 文章编号:0438-1157 (2010)07-1613-08 From multi-scale to meso-scale:new challenges for simulation of complex processes in chemical engineering GE Wei , LIU Xinhua , REN Ying , XU Ji , LI Jinghai (State Key Laboratory o f Multi phase Complex Sy stems , I nstituteo f Process Engineering , Chinese Academy of Sciences , Beij ing 100190 , China) Abstract:Complex sy stems w i th mult i-scale structures a re w idely encountered in chemical engineering.As a cri tical link betw een elemental interactions and system behavior , meso-scale st ructures are impo rtant fo r the quantification and optim ization of the relevant proce sses.Meso-scale st ructures also present a common feature in dif ferent research areas such as chemist ry , mate rial , biolog y , physics and sy stem science , which calls for an inte rdisciplina ry research ef fort.This paper tries to elucidate the significance , challenges and methods of meso-scale simulation fo r chemical engineering in the backg round of multi-scale research. Key words:multi-scale;meso-scale;complex sy stem;high-performance computing;simulation 　　2010-05-19收到初稿 , 2010-05-27收到修改稿。 联系人及第一作者:葛蔚 (1970—), 男 , 博士 , 研究员。 基金项目:财政部重大科研装备研制项目 (ZDYZ2008-2);国 家科技支撑计划项目 (2008BAF33B01);中科院知识创新工程项 目 (KGCX2-YW-124);国家自然科学基金委创新研究群体项目 。 　 　 引　言 新世纪化学工程的发展需要应对人类社会面临 的诸多挑战。例如 , 大量人口的现代化生活对能源 提出了刚性的需求 , 但是传统的化石能源利用效率 低 、污染重 、 资源浪费等问题日益突出 , 特别是 　　Received date:2010-05-19. Corresponding author:Prof.GE Wei , w ge@h Foundat ion item: sup ported by the Minist