空分过程中以氮、氧、氩为主体的多组分低温汽液混合流界面在宏观和微观两个尺度、临界和超临界两种状态下完成的复杂传热传质与大尺度非定常流动。能耗是复杂空气分离类成套装备的重要性能指标，为了掌握空分过程能耗分布与迁移机理，需探明大尺度混合流复杂界面形成规律，研究低温工质性态变化，建立多组分低温混合工质界面的结构、性能与转换机理和介观结构体系，揭示多物性低温传热传质与非定常交变流动机理，为复杂空气分离类成套装备物性计算、工艺流程设计、能耗分析、压缩机与膨胀机设计等提供理论依据。为此主要研究内容包括：

1）多物性低温流体混合法则与基本型状态方程重构。研究深低温流体高精度、宽范围热物理性质，包括空分物料和产品中氧、氮、氩三种主要成分与稀有气体等微量成分的纯质及多组分混合流体的热物理性质。重构具有高热力学完善度和基于亥姆霍兹能统一形式的基本型状态方程。建立新型流体混合法则，解决空分低温流体多元多相混合物性计算和相平衡界定问题，应用重正化群理论解决临界区热物性计算精度难题，完善各组分超临界与亚临界区的热物性理论和基础数据群。

2）规整填料内多物理场耦合的复杂精馏机理。理论和实验研究低温流体气液相非平衡条件下的精馏机理，研究不同填料结构低温流体压降机理，研究填料复杂几何结构下的液泛特性；考察液体表面张力及润湿角等物性的定量关系；考察填料表面纹理尺寸、沟槽结构等微观处理的定量关系。

3)大流量吸附解吸过程传质特性与流场均布机理。研究多层径向分子筛填充床的结构参数对吸附效果的影响及其机理，结合分子筛床层结构特点探明二氧化碳等气体成分超标机理。建立典型工况下的分子筛活化能耗模型，揭示其吸附动力学与填充床设计制造的映射关系，阐明分子筛加温再生受阻的原因并建立相应预防与控制机制。建立卧式和立式径向流分子筛中的气流均布和床层流程分析理论，获得高效吸附剂及其填充孔径和装填方法，构建大型分子筛工作效能、活性再生的基础理论。

4）高压流体大温区非定常传热强化方法。内部非定常流场及温度分布不均、纵向传热是板翅式换热器性能下降的主要因素。研究换热器内部高压流体两相流动、传热特性及其强化机理，优化翅片、流道及换热器入口几何结构，改进导流性能，获得换热器内部两相流体均匀分配方法，实现高效换热强化。建立板翅式换热器精确换热性能预测理论及方法。提高板翅式换热器承压能力，突破设计制造上的高压限制瓶颈。

通过研究，为8-12万等级复杂空气分离类成套装备设计制造的关键技术创新提供理论与方法支撑。掌握临界和超临界状态空气物性参数，揭示空分成套装备内部多相流体的非定常流动演化机理，探索非平衡状态下全过程大尺度混合流复杂界面的渐变形成规律；在若干关键技术上取得创新和突破，使我国超大型、低能耗空气分离类成套装备研发水平跻身于世界前列，通过成果转化提高我省以杭氧为代表的空分企业在超大型与低能耗空气分离类成套装备的自主设计制造能力，并培养一批具有创新能力的学术带头人和青年骨干。