尾流动力学

12月3日，我国第一个研究人造天体运动规律的宇航动力学国家重点实验室在西安卫星测控中心正式挂牌成立。实验室的成立，将从根本上提升我国航天测控技术的自主创新能力，并实现对宇航动力学领域相关研究资源的整合。　　实验室依托中国西安卫星测控中心建设，是我国进行宇航动力学领域基础理论和应用基础研究、前沿技术创新、科研成果推广、人才培养和实践验证和国际交流的国家级创新平台，2009年9月18日正式获国家科技部批准建设。经过两年的建设期，实验室将建成实验室前端系统、宇航动力学平台系统、数据存储系统、网上开放平台系统和精密跟踪站。　　宇航动力学是一门研究航天器质心运动，绕自身质心运动、各部分间相对运动及其控制规律的学科，是高分辨率对地观测系统、北斗卫星导航系统等重大科技工程的重要基础理论。宇航动力学实验室的成立，是提升我国航天技术原始创新能力、提高我国航天测控能力以及实现我国空间科技由试验应用向业务服务转变的迫切需要。　　目前，我国在宇航动力学模型、测量模型等基础领域的技术研究大都依赖国际航天大国发布的数据进行模型系数更新，宇航动力学国家重点实验室成立后，将在动力学模型、测量模型、时空框架、估值理论等基础领域开展关键技术研究，形成自己的宇航动力学基础理论，并摆脱对于国际联测数据的依赖性，充分挖掘和运用已有数据，实现自我完善更新，从根本上提升我国航天测控技术的自主创新能力，推动我国科技创新体系的建设发展。　　宇航动力学实验室主任余培军介绍说，实验室的成员除了40多个固定研究人员外，还会有多个相关领域的国内外知名学者作为流动研究人员。实验室成立后，将充分发挥其"开放、流动、联合、竞争"的独特优势，成为一个开放的国家公共实验研究平台。通过设立开放式科研课题、对外开放科学实验设备和数据、大型课题联合研究等形式，邀请国内外知名学者担任实验室的兼职研究员或学术顾问，使实验室成为国内大专院校、卫星研制部门和科研院所交流的桥梁，实现对宇航动力学领域相关资源的整合。　　宇航动力学国家重点实验室的建设必将吸引我国宇航动力学研究领域的优秀人才和领先技术资源，紧盯世界宇航动力学发展前沿和适应我国航天技术发展需求，推动我国航天测控事业的跨越式发展。

中国唯一国家级空气动力学重点实验室二十三日在四川绵阳空气动力研究基地正式揭牌成立，将为大飞机、新一代列车、风力发电机等国家重大专项研制提供技术支撑，并推动中国空气动力学基础研究，为国家经济社会发展和国家安全战略提供重要保障。　　中国科学技术部副部长曹健林向新成立的空气动力学国家重点实验室授牌，他说，空气动力学是航空航天事业和国家安全战略的重要基础支撑，当前中国日新月异的建设发展对空气动力学的战略需求愈加强烈。成立空气动力学国家重点实验室，是加强国家科技基础条件平台建设的重要举措。依托空气动力研究基地建设空气动力学重点实验室，能够充分利用空气动力研究基地的人才、设备、技术、信息、成果等优势资源，提供一个一流的科学研究和学术交流平台，有利于针对空气动力学的基础性、前沿性关键问题进行长期、系统、深入的研究，从而取得更大突破。　　空气动力学国家重点实验室相关负责人介绍，该实验室将充分发挥其开放共享的独特优势，吸引中国空气动力学研究领域的优秀人才和领先技术资源，紧盯世界空气动力学发展前沿和中国航空航天技术发展需求，重点开展以大飞机研制为核心的气动噪声、减阻技术和结冰机理等方面的技术研究，为大飞机、新一代列车、风力发电机等国家重大专项、高速轨道交通和高效风能利用中涉及的关键气动问题提供技术支撑，为复杂流动机理问题研究搭建高精度、高效率、高可信度的数值模拟研究平台。　　据悉，长期以来，四川绵阳空气动力研究基地依托亚洲最大风洞群和中国最先进的风洞试验研究技术，大力推进空气动力学与其它学科交叉渗透，构建起科学合理的空气动力学基础理论体系，为空气动力学国家重点实验室的成立完成了大量技术储备。该基地广大科技人员致力于解决制约中国航空航天、地面交通、风能利用等领域发展的瓶颈问题，围绕计算空气动力学及飞行器流动机理、低速空气动力学和国家大型空气动力学基础条件平台关键技术开展集中攻关，先后发展了数百项风洞试验新技术，为包括“歼十”战机、“神舟”飞船等多项重点飞行器的研制攻克了上千个技术难题，形成一大批具有国际先进水平的重大研究成果。

摘要：微反应器是一种有效的工艺开发和强化的工具，但是从实验室工艺开发到放大实际生产仍然存在挑战，因为通道尺寸的改变极大的影响了传质传热过程。本文主要演示了一个放热迈克加成的完整的工艺开发过程，综合考虑了在实验室工艺开发阶段及生产放大过程中的通道尺寸，停留时间分布，反应物混合，反应热移除等关键影响因素。图1 合成3-哌啶丙酸乙酯反的反应原理图 环戊胺和丙烯酸乙酯经迈克加成反应生成3-哌啶丙酸乙酯，反应温度30-70oC，淬灭剂：乙酸的甲醇容液（乙酸体积分数：11% ）。根据微反应器内部反应体积（开始混合处和加入淬灭剂处之间的反应器体积）和反应物流速计算。 图2 用于动力学研究的微反应器设计图（a）和实际管式微反应器图（b） 反应物先通过毛细管柱预热，然后通过混合器混合后再后续的不锈钢螺旋管中进行连续流动反应，反应温度由外部热浴装置控制，最后通过T型混合器加入淬灭剂终止反应，产物收集后自动进行GC分析。表1 不同尺寸通道内径传质效果比较表2 不同尺寸通道内径传热效果比较　　保持反应器MR1和MR2长度相同，泵速基本相同的条件下，增大反应器通道尺寸后，净流速明显下降，MR2（0.008）相比于MR1（0.10 m/s）缩小了约10倍，径向扩散相关系数Re和Dn分别减小了4倍和2倍，轴向扩散相关系是B0变大，表明混合传质效果变差，理想的活塞流混合模式只有径向扩散，没有轴向扩散。在传热方面，大尺寸的微通道反应器MR2的比表面积和传热系数相对于明显变小，散热时间延长了9倍。　　 图3 ESK陶瓷SiC反应器（左）和反应板（右） 为了进一步扩大反应器通道内径进行对比，本文采用了Chemtrix公司的MR260型号的连续流动反应器，该反应器由混合板（含预热， T型混合和2.9mL的反应通道）和两个反应板（反应体积分别为16.8和33.6 mL，通道尺寸2.0×2.0 mm）组成。反应板内部通道90o折行排布（图3 右），极大增强了混合效果。MR260反应板是由3M ESK代加工生产，每个反应板都是陶瓷SiC材质，由换热层和反应层或混合层无压烧结而成，传热性能极好，生产通量最高达36L/h，可用于实际生产。 图4 ESK反应器和微反应器 MR2的产率对比图 通过对比发现，在保证较高的传热传质效率的前提下，4mL ESK流动反应器由于反应体积相对过小，产率较低外，MR2及54mL的ESK流动反应器的产率均达90%。由此证明微通道流动反应器工艺参数可一步放大，直接用于实际生产。 为了便于生产工艺的直接放大，我司还代理了Chemtrix其他型号的微通道反应器（流动反应器）。其中： 图5 Protrix微反应器 图6 Labtrix Start 微反应器 Protrix也是一款无压烧结3M ESK碳硅合金材质的模块化低通量流动合成反应器，可灵活安装1-4块SiC模块，每个模块上均设计两组体积不同的独立的流体通道，用户可根据需要灵活搭配，开发的生产条件可以直接放大到MR260或MR555进行实际生产。　　玻璃材质的微通道反应器（芯片反应器）Labtrix系统，0.2-100 μL/min低通量，保留时间1.2 s-100min，也可用于快速筛选反应，研究反应动力学，教学演示等。尤其在教学演示方面，由于流动合成工艺的日趋成熟和完善，多所世界著名高校陆续将连续流动化学开展为一个单独的学科，如华盛顿大学，普度大学，赫尔大学，四川大学，中山大学等。为了便于教学，Chemtrix公司还专门为Labtrix系列配备了“Micro Reaction Technology on Organic Synthesis”教科书一本，教学方法一套及流动化学计算软件一套。　　更多连续工艺设备及方案问题，请详询深圳市一正科技有限公司官网www.e-zheng.com或info@e-zheng.com参考文献：[1] Sebastian S. etc Kinetic and scale-up investigations of a Michael Addition in microreactors, Org. Process Res. Dev.,2014,18,1535-1544.