多相流动表征研究中心(Multiphase Flow Characterization Centre, MFC)隶属于中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室，中心成立于2015年，以加拿大Western University颗粒研究中心几十年的研究成果为基础，秉承“创新、求是、开放、联合”的理念开展了一系列流态化与颗粒技术前沿基础研究，研发了提升管反应器增浓关键技术，搭建了高水平流态化基础研究平台，并依托先进的多相流测试技术开展研究，可承担多相流动多尺度结构的测试与表征工作。
1颗粒基本物性及流动特性测试系列仪器
颗粒密度、粒径、表面积、堆积角、起始流化速度、颗粒浓度、
颗粒速度等。
2一套H20 m多功能气固循环流化床实验装置
3一套H14 m二维循环流化床气固流动可视化测试装置
4一套H6 m颗粒浓度测定仪器标定装置
标定范围宽（~50%）、数据稳定重复性好
5一套120 × 40 mm 矩形流化床可视化测试装置
多床型基础研究，气固、液固与气液固多体系
6内径10 - 200 mm系列传统流化床测试装置
该系列流化床测试装置具有8种不同的尺寸结构，可结合压力、光纤及高速摄像机等不同测试手段进行流态化基础研究。
7臭氧示踪测定流化床反应器效率装置
反应器性能评价与气固接触效率表征
8可基于现有平台与工程实践经验根据实际需求搭建不同结构与体系的多相流动实验装置
1
供气系统
大气量：2000 m3/h
2
压力监测系统
3
颗粒速度浓度测量系统
4
可视化系统
全幅拍摄速度：7400帧/秒
最高拍摄速度：68万帧/秒
最小曝光时间：1μs
5
反应性能表征系统
6
数据分析与处理系统
1高密度气固循环流化床形成机制与稳定性条件
通过设计具有低压降返料结构的出入口结构，优化整个循环回路压降分配，解决高密度循环流化床压力波动敏感性大、高密度高通量床层难以形成和维持的问题，实现高密度循环流化床的稳定运行。
测定各个单元的压力分布，建立全床压力平衡模型，预测设计参数及操作条件对循环流化床内流动特性的影响，揭示了高密度操作条件的形成机制及稳定运行的调控方法，建立了循环流化床操作的稳定性条件和判据。
2高密度循环流化床宏观流动结构
在高密度循环流化床稳定运行状态下，可实现表观气速在5~9 m/s范围内最高可达到1600 kg/m2s的颗粒循环速率，此时，整个提升管轴向截面的平均固含率可以达到20%以上，两种操作条件均已达到工业实际生产状态。
3循环流化床介尺度结构测量
自建图像灰度-颗粒浓度标定装置测定灰度与浓度的关系，并数值计算得到二者之间的定量标定曲线，采用PV6D型光纤探头及高速摄像仪同时测定颗粒运动瞬时信号。通过标定曲线，将图像、光纤瞬时信号结合，详细考察流化床内颗粒浓度、颗粒聚团浓度分布，明确不同操作条件下的介尺度结构特征，解析流型发展及其演化规律。从颗粒聚团特征出发，分析不同操作条件下气固流动规律的多尺度特性。
4循环流化床颗粒聚团表征
通过分析二维及三维循环流化床内得到的图片及标定曲线，确定颗粒聚团的浓度、形貌和大小，准确描述颗粒聚团的定义及分类。根据颗粒聚团的定义，采用小波分析及互相关计算方法对光纤信号进行详细研究，深入剖析颗粒聚团介尺度结构特征和流动特性，具体包括：介尺度结构的形状、大小、空隙率、颗粒数目、分布特征、运动方向和频率等。通过解析特定时间范围内气固两相流动的时空图像以及光纤瞬时信号，分析流化床内颗粒聚团结构及其演化规律。
采用压差传感器来测量提升管两个轴向位置之间的压差，本实验装置的提升管上安装有24个压力传感器用以监测装置运行的稳定性和流动结构的初步探索等工作。另外，通过对所采集的压力信号的功率谱分析可以得到不同操作条件下不同位置压力的波动情况，进而获取高密度条件下多尺度信息，其中包括颗粒聚团的相关信息，研究发现在高密度操作时，颗粒聚团的形成/破碎更剧烈、频次更高。
基于光纤信号可以通过不同的分析方法以及颗粒聚团边界识别获取颗粒聚团产生的时间分率、频率、存在时间、平均浓度、颗粒聚团速度和大小等信息。其中方法之一是基于统计学方法，将颗粒聚团定义为大于平均浓度N倍标准差的区域，此方法的关键就是确定N的数值和连续的数据数量，可以通过对以上两个参数的敏感性分析来确定上述两个参数。
另外一种方法就是利用小波分析的方法识别流化床内的颗粒聚团，该方法主要基于流化床内宏观、介观与微观各个尺度波动频率的不同进行颗粒聚团的识别。利用小波分析方法将高达100 kHz的光纤信号进行小波分解，可以将光纤数据分为17种不同频率范围的尺度，借助相关性分析方法确定颗粒聚团所存在的频率范围，同时根据颗粒聚团内的颗粒数量对识别出的颗粒聚团进行筛选，最后得到颗粒聚团的相关参数。在基于小波分析的基础上还可以利用颗粒浓度的变化梯度作为颗粒聚团边界的判定标准，在此基础上再获取颗粒聚团的相关信息。
高密度操作条件下，颗粒聚团的浓度与所占时间比显著增加
图像信号采用高速摄像机对二维床不同位置进行拍摄获取的不同帧率的图片，通过图像处理技术可以对图像的灰度信号进行数字化运算，可用来获取颗粒聚团的浓度、速度、尺寸（如：当量直径，面积）、持续时间、出现频率等参数。
在进行图像处理时图像中灰度信号数字化为矩阵的形式。可以通过大津法、最大熵法、最大梯度法、最小信息熵法等图像分割方法得到阈值，从而将图像分割为若干个聚类，对于颗粒聚团而言，其对应的聚类为灰度值较大的边界特征明显的区域；也可以对图像信号进行采样，即在图像中不同的横向位置设定窗口，并计算窗口的灰度均值，通过对不同帧的图片进行采样，获得灰度-时间序列，然后对信号进行处理，采用灰度值平均值作为阈值对信号进行筛选，其中，颗粒聚团所代表的信号为高于阈值信号。
基于大津法处理的流动图像
大津法识别颗粒聚团的边界图像
对信号完成处理和分割，识别出颗粒聚团后，可对颗粒聚团特性进行计算。通过液-固二维流化床标定装置得到灰度-颗粒浓度的对应关系，从而得到颗粒聚团的浓度；通过对不同帧图像中颗粒聚团区域进行互相关运算得到延迟时间，进而可计算颗粒聚团速度；通过图像进行尺寸标定可以获得实际尺寸与像素值之间的对应关系，从而可以由颗粒聚团的像素大小得到颗粒聚团的尺寸；通过对颗粒聚团信号所对应的时间、帧数进行统计可以获得颗粒聚团的持续时间；通过对信号中聚团数目进行统计可以获得颗粒聚团的出现频率。
图像灰度-时间序列中颗粒聚团特征
蓝兴英 教授
从事重质油加工、数值模拟以及工业数据分析等研究
国家优秀青年基金获得者、教育部新世纪优秀人才
主持NSFC项目3项，参加“973”项目2项
获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖4项
授权发明专利12 项，发表论文100 余篇
王成秀 副教授
从事颗粒及流态化技术、清洁油品生产及反应器研究
校青年拔尖人才
主持NSFC项目1项，负责NSFC重大研究计划1项
发表论文20 余篇，其中9篇发表在AIChE、CES、I&ECR等
石孝刚 讲师
从事重质油加工、多相反应工程及其数值模拟研究
主持教育部CSC项目1项，NSFC项目1项
参与比利时根特大学交叉学科研究联盟Ghent Bio-Economy项目1项
发明专利1项；国内外发表论文9篇（SCI收录7篇）
Jesse Zhu 教授 院士
加拿大西安大略大学杰出教授、加拿大皇家学会院士、加拿大工程院院士、世界著名流态化及颗粒学专家、中国杰出青年
荣获美国化学工程师协会流态化讲座奖、加拿大安大略省总理优秀科研基金奖，西安大略大学Hellmuth最高科研成就奖；加拿大化工学会历史上唯一囊括其三大奖者
发表文章500篇，专利30余项，培养硕博研究生及博士后160名，其中10余名在北美任教、两人当选加拿大工程院院士
卢春喜 教授 973首席科学家
全国优秀科技工作者，北京市教学名师
主持或参加承担多项国家自然基金、973、国际合作、中石油、中石化等项目30余项；获国家科技进步二等奖2项（分别排名第1、第3）、省部级科技奖18项（其中特等奖1项，1等奖8项）；获发明专利授权42项；发表论文320余篇（其中SCI、EI收录190余篇），出版专著和教材各1本
高金森 教授 重质油国家重点实验室主任
国家杰出青年基金获得者“长江学者”特聘教授
何梁何利科学与技术青年创新奖
获国家科技进步二等奖3项
授权发明专利30项，发表论文200余篇，出版专著1本设计是把一种计划、规划、设想通过某种形式传达出来的活动过程
Allan Issangya 高级研究工程师
美国芝加哥颗粒研究中心项目负责人
首次对高密度循环流化床进行系统研究者
主持研究项目50 余项，文章引用次数近千次
博士生
研究队伍
国家自然科学基金重大研究计划重点项目：
高密度气固循环流化床介尺度机制及模型化研究（91534204）
国家自然科学基金重大研究计划培育项目：
重油催化裂化提升管反应器的介尺度结构及其影响（91334104）
国家自然科学基金委优秀青年基金项目：
石油化工（21622609）
国家自然科学基金青年基金项目：
气固下行循环流化床的增浓机制及调控方法（21506253）
中国石化工程建设公司技术开发项目：
半干法催化裂化烟气脱硫脱硝反应器内颗粒流动特性研究
中国石油大学(北京)青年创新团队：
油气转化与利用过程多相流动反应耦合机制（2462018BJC003）
中国石油大学（北京）科研基金项目
高密度循环流化床流体力学特性研究（2462014YJRC018）
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