热力学研究室简介

清华大学热力学研究室成立于1979年,现有2名教学科研人员,主要从事化学工程及相关行业环境、材料和生物领域中所涉及的流体物性、相平衡及传递性质的研究;以分子热力学、统计力学和现代溶液理论为基础,研究上述性质的理论计算和预测;应用上述成果指导和进行实际过程的开发和流程模拟。同时作为国家重点化学工程联合实验室(萃取分离实验室)的萃取热力学和动力学研究单位,建立复杂萃取体系平衡关系的热力学模型,研究萃取过程化学机制及动力学过程。

本室承担过多项国家自然科学基金项目、重点基金项目、攻关项目和省部级项目,获国家自然科学四等奖一次、国家科技术进步二等奖两次,并获多项部级奖励;在国内外期刊及会议上累计发表论文200余篇,和国内外同行有密切联系和合作。年科研经费50余万元。

 

热力学研究室主要人员

职称

职务

E-mail

高光华

教授,博导

室主任  

gaogh@tsinghua.edu.cn

于养信

教授

               

yuyx@chemeng.tsinghua.edu.cn

李以圭

教授,博导

Fluid Phase Equilibria编委

liyig@tsinghua.edu.cn

陆九芳

教授,博导

jflu@ht.rol.cn.net

主要研究内容

       分离过程体系的热力学及传递性质的统计力学及计算机分子模拟研究

      在现代统计力学和分子热力学的基础上,考虑体系中分子间的各种作用力,开发新的分子热力学模型和新的状态方程。研究体系的热力学和传递性质,并与分子模拟和实验数据进行比较。这些理论可以应用于化学、石油化工、材料、环境以及生物化工等相关过程所涉及的体系。

      迄今为止,上述理论已经成功应用于以下过程及体系:液液萃取;金属溶剂萃取;双水相;电解质溶液;气体吸收;多分散溶液体系(离子及非离子表面活性剂溶液体系、胶体溶液体系、微乳液体系),等等。

        相界面非均匀性质的密度泛函理论研究

 汽液(气液)、液液、气固、液固两相相界面的性质与主体相有很大差别。与主体相不同,界面相的性质呈非均匀性。界面性质对传质、传热、界面反应以及其它现代分离和反应过程有重要意义。密度泛函理论可以计算界面层厚度、界面层组分的分布、界面张力等性质,从而在微观水平认识界面现象。

       跨临界区流体状态方程研究

表达流体性质的主要方法状态方程已有百年历史,但是仍然有一些重要问题没有很好地解决。其中一个问题就是临界点附近的流体性质的计算。我们试图在统计力学和分子热力学的基础上,充分考虑分子的结构形状和分子间相互作用,建立实用的解析式状态方程,用于计算包括临界点在内的全局范围内的流体PVT、相平衡、密度以及比热和汽化热等热力学性质。研究结果对于含近临界区流体的化工及相关过程具有重要意义。

        包括高压区域流体热力学及传递性质的实验测定

流体的热力学和传递性质的实验测定是理论研究和工业过程设计和模拟的基础。现有实验设备可以对流体的汽液平衡、液液平衡、气固平衡、液固平衡、密度、介电常数、表面张力、粘度等进行测定。根据需要,以上的实验测定可以在压力高达300 bar的区域进行。

具体研究方向

        热力学理论研究

◆        密度泛函理论

表面现象、界面性质、固体吸附、含纳米材料的溶液体系

◆        微扰理论研究

非对称体系、电解质溶液、跨临界区流体及混合物、多相体系

◆        积分方程理论

电解质溶液的非原始模型

        热力学和传递性质的计算机分子模拟

◆        高温高压及混合溶剂电解质溶液

◆        碳纳米管气体吸附的分子模拟

◆        跨临界区流体及混合物

◆        含纳米材料的溶液体系

◆        DNA溶液的热力学性质研究

◆        受限空间流体相平衡

        热力学模型及其应用

◆        状态方程及混合规则

◆        高压流体相平衡

◆        基团贡献法

◆        酸性气体吸收

◆        金属溶剂萃取

◆        双水相体系

◆        芳烃抽提

◆        有机酸萃取

◆        甲酚萃取结晶

◆        工业尾气处理及其物质综合利用

◆        合成洗涤剂体系相平衡研究

        高压下的输运性质

◆        导热系数

◆        扩散系统

◆        粘度

开设的课程

课程名称

主讲教师

对象

化工热力学()

高光华教授

本科生

化工热力学()

高光华教授、于养信教授

研究生

流体计算机模拟

养信教授

研究

培养学生

 

               已毕业

在读

博士后

博士生

硕士生

本科生

博士生

硕士生

本科生

3

15

>25

>70

3

2

3

出版编译著作

No.

编译著作名          

出版社          

出版时间

1

金属溶剂萃取热力学

清华大学出版社

1988

2

分离过程化学

清华大学出版社

1993

3

化工热力学

清华大学出版社

1995

4

流体的热物理性质

中国石化出版社

1996

5

实用化工英语阅读

中国石化出版社

1997

6

热力学理论与习题

化学工业出版社

1987

7 化工热力学——基本内容、习题详解和计算程序 清华大学出版社 2000
8 化工热力学 清华大学出版社 2007

获奖情况

时间

获奖项目

获奖名称

1985

金属溶剂萃取热力学研究

国家教委科技进步一等奖

1987

金属溶剂萃取热力学研究

国家自然科学四等奖

1990

金属溶剂萃取热力学(专著)

全国优秀科技图书一等奖

1992

溶液理论及其在液液萃取中的应用

国家教委科技进步二等奖

1994

电解质溶液理论研究

国家教委科技进步一等奖

1995

金属溶剂萃取动力学研究

国家教委科技进步二等奖

1998

流体的微扰理论研究

国家教委科技进步二等奖

2006 化工过程涉及体系的扩散性质和热力学性质研究 中国石油和化学工业协会科技进步奖二等奖

论文发表统计

时间

总数

英文刊物

中文刊物

国际会议

国内会议

SCI收录

EI收录

79~85

32

7

11

4

10

2

1

86~90

46

9

15

7

15

5

5

91~95

87

20

41

9

17

20

24

96~98

64

18

29

8

9

10

12

1999

17

10

5

0

2

9

5

2000

24

10

6

5

3

9

5

2001 11 5 3 1 2 6 8
2002 10 6 4 0 0 6 9
2003 7 5 1 0 1 5 6
2004 12 6 2 2 2 5 7
2005 14 10 4 0 0 11 8
2006 12 6 3 3 0 8 7

合计

336

112

124

39

61

96

97

近年已完成的主要项目

时间

项目名称

来源

1991-1993

电解质溶液的统计力学及双水相体系热力学研究

国家自然科学基金

1993-1994

环丁砜芳烃抽提汽液平衡研究

中石化北京设计院

1993-1996

非对称系统的相平衡研究

国家自然科学重点基金

1994-1995

重芳烃抽提的热力学研究

中石化洛阳工程院

1994-1995

状态方程体积参数混合规则研究

国家教委基金

1995-1996

萃取体系中有机相分裂的研究

国家联合化工重点实验室基金

1996-1998

用积分方程理论研究电解质溶液的非原始模型

国家自然科学基金

1996-1997

碳四-仲丁醇-水三元体系高压液液平衡的研究

中石化抚顺院

1997-1998

萃取剂分子设计研究

化工系青年基金

1997-1998

MDEA吸收CO2活化剂的研究

中石化技术开发中心

1997-1998

高压油品导热系数研究

中石化燕山研究院

1997-1998

氢气在SBS高聚物溶液中的高压溶解度研究

中石化燕山研究院

1998-1999

液化石油气萃取法脱硫的热力学研究

国家联合化工重点实验室基金

1998-2001

多分散体系的微扰理论的研究

国家自然基金重点项目

1999-2001

用分子动力学法研究气、液和固体及界面的反应、平衡和传递现象

清华大学基础科研项目

1999-2001

多相体系的热力学和传递现象研究

清华大学学科建设项目

1999-2001

跨临界区流体的统计缔合理论研究   

清华大学骨干人才支持计划

2000-2001

合成气制二甲醚工艺研究–––二甲醚分离热力学

中国石油化工总公司

2000-2002

流体界面性质的分子动力学模拟研究

清华大学骨干人才支持计划

2000-2002

流体界面性质的分子动力学和密度泛函理论研究

国家教委基金

2001-2003

跨临界区流体性质的统计力学与分子模拟研究

国家自然基金

2002-2004 用自给的积分方程理论研究电解质溶液的扩散性质 国家自然基金
2004-2006 核酸周围离子分布及其热力学性质的密度泛函理论研究 国家自然基金

研究开发中的主要项目

时间

项目名称

来源

2004-2008

膜性质的分子模拟与密度泛函理论研究

国家973项目

2006-2007 定型机废气回收油纯化工艺开发研究 私企

2006-2008

洗涤剂体系动态相图的研究

P&G公司

2007-2009

离子在纳米通道内的结构和传递的密度泛函理论研究

国家自然科学基金