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2023年中国工程热物理学会多相流学术年会“科普作品最佳交叉学科奖”获奖作品《超临界流体科普》

2023年11月15日 08:52  点击:[]

 

《超临界流体科普》

 

       超临界流体存在于自然界中,空气中的氮气实际上也是以超临界态存在,地热系统中的岩石和地层中的流体可以在高温高压条件下达到超临界状态,在地壳中流动并储存大量的能量。在地球大气层的高压条件下,二氧化碳也会形成超临界流体,可以像液体一样在大气层中流动,但同时具有气体的性质。

 

       那什么是超临界呢?临界参数是物质最重要和最基本的物性之一。工程上,将某流体所处的压力和温度均超过临界压力和临界温度时的这种状态称为超临界.纯净物质要根据温度和压力的不同,呈现出液体、气体、固体等状态变化,达到特定的温度、压力时,会出现液体与气体界面逐渐消失的现象,依次经历了两相共存、次临界状态、超临界状态的过程。

 

       温度压力对应的该点被称为临界点。温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体。在临界点附近,会出现流体的密度、粘度、溶解度、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。以水为例,我们可以看到其常温常压下和超临界状态下物性的差异。

 

       超临界流体具有很独特的物理化学性质,其密度大于气体,使其更加稠密,粘度小于液体,赋予其很强的溶剂化能力,介电常数的增大有利于溶解一些极性大的物质,扩散系数的增大,说明其具有较好的流动性和传递性,因此将其视作一种特殊的稠密流体。在临界点附近,溶剂的物理化学性质会发生显著变化,因此也会进一步影响化学反应平衡和化学反应速率。

 

       超临界流体的应用领域非常的广泛,在能源,材料科学,环境保护,医学和食品科学等方面都有广泛的应用。另外,还常被应用于改善喷涂和清洗技术。

 

       由于超临界流体技术表现出诸多优秀的理化性质,人们不断努力地在探索其应用领域,其作为绿色环保的介质也已经被逐渐应用到新型工业过程中,许多涉及到超临界流体的新技术仍在不断出现,随着超临界流体技术的日趋成熟,其工业化应用将更加宽广,未来超临界流体技术将向着规模化和产业化不断发展。

 

       作者简介:

       赵秋阳,副教授,硕导;

       金辉,教授,博导,西安交通大学新能源多相流所所长,国家优青;

       郭烈锦,教授,博导,西安交通大学绿色氢电全国重点实验室主任,中国科学院院士,发展中国家科学院院士,工程热物理与能源利用学家,我国能源动力多相流及氢能学科的主要学术带头人之一。


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