随着我国提出“碳中和、碳达峰”的目标，氢能的发展日益受到重视。氢能输运连接上游制氢、储氢和下游用氢，是氢能产业链中至关重要的一环。在众多氢能输送方式中，将一定比例的氢气掺入天然气中，利用在役天然气管网进行输送，成为一种高效、经济的输氢技术。采用在役天然气管道掺氢输送氢气具有远距离、大规模和低成本的优点，有望成为“西氢东送”的主要解决方案，助力我国能源转型升级。

针对天然气和氢气在掺混输运过程中的混合与分层机理不明、输送工艺适应性不足等亟需厘清的难题。本项目在前期多组分气体输运机理研究的基础上，创新性地提出了一种低能耗同轴剪切式静态掺混方法。

采用分子动力学和扩散动力学等方法，研究含氢多元混合介质热力学状态变化及传质输运过程的特征与规律，构建掺氢天然气多元混合介质热力学状态方程和输运参数表征模型，分析掺混器中的湍流强度、雷诺数等多因素对混合的影响，揭示掺氢天然气热力学状态变化规律与传质输运机制，优化静态混合器结构参数设计；建立掺氢天然气物性精确表征模型，揭示多因素、多场景掺氢管道系统流动-传热-传质耦合输运机理，形成在役管道掺氢输送工艺适应性评价量化指标体系；通过引入双环控制，实现掺氢比例的精确动态可调，解决掺氢比例调节精度不高的难题。

本研究将为揭示天然气和氢气的混合与分层机理、输送工艺的设计和掺氢比例精确调控提供理论依据，对我国掺氢天然气技术的发展与推广具有重要意义。