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做全球最锋利,青岛能源所揭示不同操作下磁场流化床反应器流型转变规律

By admin in 机械设备 on 2019年11月3日

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未来的工厂必然会采用更尖端的技术,而现在是一些新技术刚开始被主流采用的时候。CB
Insights发布了2019年值得关注的14大先进制造趋势,覆盖新的生产方法和工人所运用的高科技装备等,具体包括:通用物联网、工业机器人、工业无人机、边缘计算和3D打印等。

据中科院1月23日消息,日前,中国科学院青岛生物能源与过程研究所多相反应工程研究组,通过绘制操作相图清晰地揭示了混合物料磁场流化床在两种操作模式下的流型转变规律。该项研究明确了如何获取磁稳定流型及其操作范围,对磁场流化床的稳定操作具有极为重要的指导意义。相关研究成果发表在化学工程领域国际期刊Chemical
Engineering Journal上。

2019年1月17日上午10点,距离上一次对他的采访,已时隔五年。记者在南京市江宁开发区翠屏科技园南京诺派激光技术有限责任公司见到了王枫秋博士,久违的冬日阳光射进办公室,室内透出明媚的气息,原本狭小的办公室扩张了数倍,原本三五个人的小团队扩充到30多人,到处生机勃勃。王枫秋说,创业本是“九死一生”的事情,市场并不会因为你是大学教授就多给你机会,还好,五年坚守,终于为大规模生产做好了准备。

  1. IIOT平台

磁场流化床反应器是将鼓泡流化床反应器和电磁场相结合的产物,常用来处理气固非均相反应,尤其是固体颗粒具有磁性的情况。如果物料是由磁性和非磁性两种颗粒组成的,被称为混合物料磁场流化床。同传统鼓泡流化床一样,磁场流化床也存在许多流型,每个流型都有自己独特的流体动力学特性,适用于解决不同的问题。为了充分利用这些流型的优势,必须掌握磁场流化床存在的流型及其转变规律。

王枫秋和他的团队在实验室查看实验参数。本报通讯员 王强 本报记者 张希摄

工厂拥有大量数据,2019年制造商想出应对方法了吗?

根据磁场和操作气速施加的顺序不同,磁场流化床有“先加磁场”和“后加磁场”这两种操作模式。为了揭示这两种操作模式下的流型及转变规律,中国科学院青岛生物能源与过程研究所多相反应工程研究组开展了详细的研究工作。

王枫秋是南京大学电子科学与工程学院教授、博导,作为“80后”,他30岁出头就拿到教授、博导头衔,是国内高校最年轻的一批博导。他还是国家“纳米科技”重点研发计划课题负责人,参与了“量子调控”国家重大科学研究计划、国家重大科研仪器研制等项目,一项研究成果入选“2017年中国光学十大进展”。意气风发的年轻学者,赶上了创业时代,如何将手头积累的研究成果和技术变成中国经济进步的驱动器,是他们关心的。作为全世界激光精密加工光源领域为数不多的百余位博士之一,王枫秋也有一个梦想——打破国际垄断,为激光精密加工设备制造“中国心”——超快激光光源。2013年,他创业了,成为南京诺派激光技术有限责任公司创始人。

通用物联网平台是物联网领域的一个子集,可以驱动提取和集成工厂所生成数据。今年,市场寻求从风险投资和工业重量级企业加大对先进制造业物联网的投资。

通过绘制操作相图清晰地揭示了混合物料磁场流化床在两种操作模式下的流型转变规律,如图1a和1b所示。同时研究发现:在两种操作模式下,磁场流化床的流型转变存在较大差异;在大多数操作区域内,磁场流化床反应器的状态仅取决于操作气速和磁场强度的大小,与操作模式无关;但在操作区域II内,磁场流化床的流动状态不仅与操作气速和磁场强度的大小相关,还与操作模式密切相关,在“先加磁场”操作模式下,混合物料磁场流化床会形成磁稳定流型,而在“后加磁场”操作模式下,混合物料磁场流化床中会发生两种颗粒完全分级。

很多人看过工业激光切割钢材,发射连续光的激光器利用产生的热能去切割,但那是一把钝刀,切割物边缘会有熔化物,王枫秋团队研发的是发射超短脉冲的高端激光器,可以类比为世界上最锋利的刀,所触之处,直接“升华”为气态,其精度可达到微米量级。南京诺派激光技术有限责任公司的产品之一飞秒脉冲激光器,是面向工业精密加工的一种设备。比如,晶圆激光切割,精度要求非常高,长期以来设备依赖进口。南京诺派是极少数能进入该领域的中国企业,其超短脉冲激光器的精度已在生产线上进行了验证,具有很好的进口替代潜力。此外,南京诺派的设备还可以应用在生物诊疗的显微成像、微创手术等领域。

下图显示Predix的运作,这是一家提供通用工业物联网平台的先进制造初创公司。

进一步的研究表明,存在上述差异是因为磁稳定状态是一种亚稳定平衡状态,只能在“先加磁场”操作模式下存在,无法通过“后加磁场”得到。处于磁稳定流型的磁场流化床兼具了鼓泡流化床反应器和固定床反应器的优点,特别适用于处理各种气固接触传质体系。该项研究明确了如何获取磁稳定流型及其操作范围,对磁场流化床的稳定操作具有极为重要的指导意义。

创业五年,在高校从事国际前沿研究并在中小企业推动高科技产品转化,对于王枫秋是一段特别的经历。环顾身边同期创业的朋友,这些年来来去去一批又一批,王枫秋的团队还在坚守还在前行。他总结一路走来的经验,多数学者、教授创业的第一驱动力不是利益,更多是“热情”或者“热望”,他们看到了技术本身的力量,心里藏着“爱迪生一根钨丝点亮世界”的使命感,身上有商人不能理解的“傻劲儿”,不盲目扩张与冒进,因此有长久的定力。但在创业中,也需要在使命感和生存之间把握好平衡。

2.工业传感器

上述研究工作发表在该工作得到中科院院士李洪钟的指导和国家自然科学基金的资助。

“当初创业,我的愿景是花7—8年时间,做一家技术驱动的中小企业,至今初心未变。在剑桥大学工作时,经常听到的一种说法就是大学一个课题组就是创业公司,优秀的教授应该具备领导中小企业的能力。全球化竞争走到今天,中国也走到了和国外‘拼’中小企业创新能力的新阶段,中国需要一批技术创新水平很高的中小企业在产业生态圈中起引领作用。相信只要我们坚持,明天一定会更好!”王枫秋说。

工业传感器更便宜、更容易部署,制造商正在利用这类设备提供其他解决方案。

南京诺派激光技术有限公司于2012年05月21日在南京市江宁区市场监督管理局登记成立。法定代表人王枫秋,公司经营范围包括光纤激光器元器件、连续及脉冲型光纤激光器等。

由于业内涌入大量的风险投资,预计2019年将会出现新型且性能更好的产品,支撑先进制造业IIoT。

下图显示物联网传感器的价格,从今年到2018年已经下降了66%,这是今年值得关注的先进制造趋势之一。

3.工业机器人

2019年另一个值得关注的先进制造趋势是工业机器人变得更小、更智能,与人类的联系更紧密。

机器人灵活性、计算机视觉和人机交互的改进使机器人用例更具吸引力。今年,我们期望机器人能够更深入地进入生产过程,并进入有限的结构化环境。

下图显示了自2015年以来,随着先进制造业的上升趋势,合作机器人也大幅增长。

4.预测分析

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