闫红杰︱每周一星·湖南省青年科学家风采

闫红杰

闫红杰，博士，教授，博士生导师，中国工程热物理学会多相流分委员会委员，湖南省动力工程学会理事。长期从事热工过程及设备的数值仿真与优化、冶金过程中多相多场耦合作用下相间传递机理及强化机制研究等方面的科研工作，国际期刊“Energy”“Applied Thermal Engineering”“Energy Conversion and Management”“International Journal of Thermophysics”“International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials”“Desalination and Water Treatment”等审稿人。主持或参与国家自然科学基金、国家自然科学基金重点国际（地区）合作研究项目、“863”计划、湖南省科技重大专项、湖南省重点研发计划等纵横向研究项目40余项，获第十届湖南省青年科技奖，省部级科技进步一等奖1项，有色金属工业协会技术发明一等奖1项，湖南省科技人才托举工程“中青年学者”培养对象，发表相关学术论文60余篇，被SCI、EI收录30余篇；授权发明专利4项；参与编著各种专著或教材2部。由于科研、教学工作突出，先后获得中南大学校优秀共产党员、校研究生最喜爱的导师、陈国达教育奖励基金优秀教师奖、研究生思想政治教育先进个人、炉光教育奖励基金有效教师奖等10余项荣誉称号。

主要学术成就与贡献：

1、进行了气液两相流动行为的实验研究，研究成果丰富了多相流中弥散项运动行为与相间作用行为的相关理论。对不同物性溶液中气相运动行为进行了大量实验研究，总结了气泡形状、速度、纵横比、曳力系数等参数的变化规律以及与Fr、Re、We、Eo、Mo等无量纲数之间的关系，所提出的数学模型丰富了气液两相流传输行为的相关理论，为工业过程气液传递与反应过程的精细调控提供了理论支持。部分研究成果发表于《Experimental Thermal and Fluid Science》《Applied Thermal Engineering》《中南大学学报（自然科学版）》等国内外知名学术期刊。

2、结合实验研究结果，对多相流动过程进行了数值模拟方法研究，丰富了计算流体力学领域相关知识体系。

（1）采用VOF方法、CLSVOF方法对液相中气相界面捕获技术进行了研究并进行了可靠性验证，所建立方法可用于冶金、化工等领域复杂多相流动与传递过程的多相、多场耦合的数值模拟；

（2）建立了基于分子动力学（Molecular Dynamics）的金属熔体基础物性及扩散行为计算模型，可用于高温、高压条件下液-液、液-固等复杂条件下金属微观传递行为的预测分析；

（3）建立了基于格子Boltzmann方法的界面追踪与传递行为计算模型，可用于研究介观尺度下气-液（含气-熔体体系）界面传递行为的精确计算，基于该研究成果有望提出有别于传统传质模型的新理论。部分研究成果发表于《Journal of Central South University of Technology》《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》《Applied Mechanics and Materials》等国际学术期刊上，或在《ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition》《International Conference on Energy and Environment》《中国工程热物理学会多相流学术年会》等国内外知名学术会议上宣读，另有最新研究成果被本学科顶级国际期刊《Langmuir》录用，同时还有学术论文正在被《International Journal of Heat and Mass Transfer》等本学科顶级学术期刊审稿。

3、基于上述研究成果，进行了冶金领域多相流动过程的精细调控与优化设计研究，推动了冶金领域的装备升级与技术进步。

（1）对富氧底吹熔池熔炼过程的相间传递行为进行了数值模拟与实验研究，提出了“活性反应区”的概念，并以此为基础对现有装备的结构与操作参数进行了优化设计，推动了我国具有自主知识产权的富氧底吹清洁冶金技术的快速提升，并在铜、铅冶金行业（山东东营有色金属有限公司、河南岷山有色金属有限责任公司）得到应用；

（2）采用数值模拟方法研究了铜、锌电解过程多相流动行为与强化技术，在上述研究的基础上，提前介入五矿铜业（湖南）有限公司装备设计与建设工作，完成了该公司铜电解槽结构优化设计并提出新的高效铜电解槽结构，新型铜电解槽一次性投产成功并生产出高品质阴极铜（纯度>99.998%）；

（3）对国内自主设计的热态高铅渣还原炉进行了能量匹配计算与数值模拟研究，在此基础上完成了高铅渣还原炉结构与操作参数的优化设计，保证了该装备在河南省安阳市岷山有色金属有限责任公司的顺利运行；

（4）对反射炉内燃烧、传热与物料熔化过程进行了数学建模与模拟计算，以降低能耗为目标，对再生铜反射炉、铝熔炼炉等装备进行了优化设计，大大降低了铜、铝加工过程的能耗。上述研究成果发表于《Applied Thermal Engineering》《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》《中国有色金属学报》等国内外知名学术期刊，申请发明专利2项（已授权1项），并于2009年获湖南省科技进步一等奖1项。