介科学研究部

介科学研究部以介科学为核心解决过程工程的共性基础与前沿问题，建立气固、气液、湍流、颗粒等复杂系统和材料与生化等领域的多尺度理论、高效准确的模拟方法和实验手段。

2025年度研究部承担了国家自然科学基金重大项目和中国科学院战略性先导科技专项、多行业企业合作等90余课题，在化工主流期刊等发表论文80余篇，申请发明专利13项、计算机软件著作权16项，国际介科学组织正常运行，举办第三届东湖·介科学论坛。怀柔科学城介科学与虚拟过程工程平台均已顺利通过技术验收。

重点进展1：介科学实例研究

在人工智能领域，提出了数据集、AI模型、建模软件及硬件体系需遵循逻辑结构一致性（Engineering 2025, 47: 14; Engineering 2025, 50: 13），并提出了记忆-遗忘主导调控的模型优化方法（Machine Learning: Engineering, 2025, 1: 015003）。在免疫系统方面，阐明了存在三种特征状态与两个临界点（Cancer Innovation, 2025, 4: e70030）。在液体结构方面，指出气态与固态分别由单一机制主导，液态由类气态机制与类固态机制交替主导（Chemical Physics, 2025, 595: 112725）。在气液固三相流模拟方面，建立了考虑气泡诱导湍流与颗粒诱导湍流的介尺度模型（Chemical Engineering Science, 2026, 323: 123213）。

图1 介科学实例研究

重点进展2：工业级催化裂化"反应-再生"全回路循环装置的高保真模拟

针对工业级反应装置多操作单元耦合预测难、调控依赖经验等难题，构建了涵盖预提升段、进料区、一/二反段、旋风分离器、烧焦罐、再生段及颗粒输送等所有核心单元的计算模型，率先实现了催化裂化"反应-再生"全回路高保真模拟，预测了催化剂积碳在整个输运过程中的变化，为开发下一代工艺调控软件、实现装置智能化优化运行与节能降碳，奠定了数据基础与设计依据。相关成果发表于AIChE Journal（2025, 71: e18845）及中国工程院院刊Engineering （DOI: https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.02.024），并被Advances in Engineering选为亮点工作。

图2 流化催化裂化反应-再生全回路工业装置的反应模拟

重点进展3：多尺度离散模拟软件DEMms成果转化及推广

成功研发了具有完全自主知识产权的多尺度离散模拟软件DEMms。软件突破了复杂颗粒体系粗粒化、大规模异构并行计算及反应传递多过程耦合等关键技术瓶颈，具备模拟多相流复杂过程的能力，显著提升了工业装备与工艺的设计优化效率。经测试，DEMms计算性能国际领先，颗粒计算规模比国外标杆软件高出两个数量级，计算速度快一个量级，且受力计算更精确，有效解决了工业大规模模拟的算力与精度难题。目前成果已在化工、冶金、医药等领域验证，并完成成果转化，正式进入商业化开发与推广阶段，有望打破国外软件在该领域的垄断。

图3 多尺度离散模拟软件DEMms

重点进展四：电解水制氢反应器的优化设计与新设备开发

压滤式电解槽是大规模碱性电解水制氢的核心设备，但存在气泡堆积影响电解效率的问题，团队在压滤式电解槽性能优化领域取得两项核心突破，聚焦流道设计模拟与创新工艺开发。针对传统装置流场不均、死区较多的瓶颈，创新性提出极板凹凸单元 “中心密、两侧疏” 优化策略，通过数值模拟与实验验证，成功研制新型乳突板结构，使流场均匀性提升27%，流动死区减少10个百分点，显著强化热质传递与气泡脱附效率（Chemical Engineering Journal, 2025, 515: 163908. 化工学报, 2025, 76: 584）。同时，开发颗粒电极碱性水电解技术，基于液固流态化原理优化电解体系，经模拟分析证实槽内碱液流场分布更均匀，且装置放大简便、电解性能优异。相关成果通过多物理场耦合模拟与中试验证深度耦合，为水电解制氢工艺降本增效提供关键技术支撑。