竖直管气动物流传输系统管道压降和传送瓶输送特性

气动物流传输系统在医疗、化工等行业得到广泛应用,管道压降和特征速度是竖直管气动物流传输系统设计的关键参数,但目前相关报道很少。基于实验室自主搭建的竖直管气动物流传输系统,开展压缩气流输送传送瓶实验,进行输送特性分析以及管道压降和特征速度的建模研究。首先借助压降信号分析、高速摄像与数据处理等方法,分析了传送瓶输送特性,提出了基于管道压降信号分析的传送瓶运动状态识别方法;其次综合考虑流道结构特征,建立了竖直管气动物流传输系统的管道压降模型,并通过数据回归获得了管道阻力系数;最后基于力平衡分析、机械能守恒定律建立了竖直管气动物流传输系统特征速度的预测模型,为传送瓶状态识别及追踪监测提供了一种新方法。

纳米颗粒在提高采收率微乳液中运用的研究进展

为了解决微乳液使用成本过高以及高温、高盐地层限制微乳液运用等问题,对化学驱微乳液的发展和纳米颗粒的独特性能进行了系统调研,总结了纳米颗粒与微乳液间的协同效应、纳米颗粒的加入对微乳液盐度适用性的影响以及流变性能的影响。对国内外纳米颗粒协同微乳液研究现状进行了总结和综述,并归纳总结了纳米颗粒与微乳液间的协同作用会产生低界面张力、改变润湿性、减少化学剂吸附、增强稳定性以及改善流度比等机理。目前,纳米颗粒在微乳液中的应用还处于探索阶段,需要进一步理论分析与实验研究。

含蜡原油流变性描述及降黏机制研究进展

针对含蜡原油的流变性和降黏机制进行了综述。首先,从微观特性、黏温特性、屈服特性、触变性、黏弹性等方面介绍了含蜡原油流变行为;其次,分别介绍了气体、轻质原油、醇类等组分溶解对原油流变性的影响;最后,阐述了现有原油流变行为及轻质组分对原油流变性影响研究的不足和局限性,并对进一步研究进行展望。在以后工作中可将探寻剪切历史对蜡晶微观结构影响的作用机理、与施加的剪切速率条件无关的屈服应变、屈服应力作为研究重点。建立一种可靠的原油黏弹-触变模型,是原油管道再启动数值计算的前提与基础。

超临界CO_(2)管道输送流动保障分析要点探讨

近年来,随着碳捕集与封存的需求不断提高,CO_(2)管道成为关键支撑,大规模发展趋势明显。CO_(2)管道可采用气相、超临界相或密相输送的方式。相比气相输送,长距离CO_(2)管道采用超临界输送模式具有更好的经济性。与常规油品输送相比,超临界CO_(2)在输送过程中存在水击超压、热膨胀超压、降压相变、相变低温等问题,受超临界CO_(2)物性特点、输送工艺等影响,超临界CO_(2)流动保障值得系统性探讨。基于超临界CO_(2)输送工艺与运行特点,识别了超临界CO_(2)管道输送流动保障分析要点,探讨了超临界CO_(2)与常规油品的水击超压、热膨胀超压问题,具体开展了超临界CO_(2)计划性放空管体相态与温度分布研究。研究表明:超临界CO_(2)管道水击超压影响相对较小,但存在水击点下游降压相变风险;超临界CO_(2)管道停输后存在热膨胀超压风险;受地形影响,超临界CO_(2)管道计划性放空时存在不均匀相变与不均匀温度分布等问题;超临界CO_(2)管道计划性放空宜同步开展数值模拟分析,泄放过程温度监测方案还需进一步研究。研究成果可为超临界CO_(2)管道设计与运行提供相关借鉴。

适用于超临界CO_(2)管道的稳态输送水力热力计算模型

超临界CO_(2)管道输送是碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)中的重要环节,由于超临界CO_(2)水力热力特性与气液有明显差异,为满足实际CO_(2)管道工艺方案设计要求,需要建立适用于超临界CO_(2)的水力热力计算模型,为CO_(2)管道工艺设计参数选择及方案优选提供理论支撑。基于此,以考虑高程差的管道稳态连续性方程、运动方程、能量方程三大守恒方程为基础,结合相平衡实验选择适宜状态方程计算纯CO_(2)或含杂质CO_(2)的物性参数,采用四阶龙格—库塔法迭代数值求解,通过C++语言采用自适应步长设置来满足实际高程变化影响,自主编程得到了一维非等温考虑地形起伏的超临界CO_(2)管输稳态水力热力计算模型,并分别通过实验和OLGA软件从多个方面验证了模型具有较高的精度。利用建立的模型研究杂质含量及种类对CO_(2)管道稳态输送过程的压降和温降的影响,得到杂质种类对压降和温降的影响规律:O_(2)、N_(2)、H_(2)O、CO、Ar、H_(2)、CH_(4)等杂质对温降数据有相同的趋势,几乎不存在影响;在压降数据上发现H_(2)O杂质会导致压降减少,其余杂质均会造成不同程度的压降增加,影响程度体现为H_(2)>CO>N_(2)>CH_(4)>O_(2)>Ar。结合CO_(2)的独特性质,针对超临界CO_(2)管道稳态运输的计算不应当忽略高程差的影响,同时也应注意杂质导致的温降和压降的变化。

CO_2超临界态输送技术研究

为了提高CO2管道输送效率,一般采用超临界密相输送。为此,利用组分热力学模型以及水力学模型,分别对CO2液化管道输送、超临界输送和密相输送进行分析研究,对不同相态条件下的管道输送规律进行了模拟计算,得到了压力、温度等在输送过程的变化规律,并就压降—长度关系、压降—二氧化碳摩尔流量关系和压降—内径关系对3种输送方式进行了对比,得到如下结论:在相同的情况下,超临界输送时的压降比液化输送和密相输送的压降值要大,而液化输送的压降比密相输送大;超临界输送和密相输送的压力都很高,输送过程中基本不会发生气化,而液化输送随着输送过程中压力的降低、温度的升高,CO2很容易气化;不同的输送方式无论从经济性还是能耗上都有很大的差别,输送状态的选择要根据整个系统的具体情况进行综合分析和评价。

斜叶涡轮搅拌槽流动场数值研究

利用ｋε湍流模型模拟了斜四叶涡轮搅拌槽内不同条件下宏观流动场， 研究了搅拌桨与搅拌槽直径比（ Ｄ／ ＤＴ） 、桨叶离槽底距离（Ｃ） 对搅拌槽内宏观流动场的影响。数值模拟结果表明， 桨叶离槽底距离与槽径之比较小（ Ｃ／ ＤＴ＝０－３３）时， 叶轮区域轴向流动较强， 在整个ｒｚ 断面形成一个整体循环。随着桨叶离槽底距离增加， 叶轮区径向流动增强， 当Ｃ／ ＤＴ＝ ０－５ 时， 在搅拌桨下方区域形成二次循环区。搅拌桨与搅拌槽直径比较小时（ Ｄ／ＤＴ＝ ０－３３） ， 挡板前后宏观流动场差别很大， 在挡板后面区域， 流体在桨叶安装位置高度附近转向轴心流动， 槽体上半部区域形成二次循环区域， 且二次循环区域内流体以向上流动为主。

颗粒流数值模拟的现状

介绍了颗粒物质与颗粒流的概念以及目前颗粒流数值模拟的现状;按照采用的模型是否连续,将模型分为:连续介质模型和非连续介质模型两类;着重介绍了非连续介质模型中的离散元法(DEM):硬球模型和软球模型.通过颗粒流的数值模拟,可以对料仓、固定床、移动床和流化床等设备的设计和操作进行优化,因此在工程中具有重要意义.

一种计算搅拌槽混合时间的新方法

基于对混合时间定义的思考,提出了一种新的定义方法,在湍流流场数值计算的基础上通过求解示踪剂的浓度输运方程,研究了单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程。结果表明:搅拌转速和搅拌桨安装位置都影响混合时间的大小,而进料位置对混合时间的影响不大。对于不同的搅拌转速而言,随搅拌转速的增大,相同体积分数对应的混合时间逐渐减小。当搅拌桨安装在槽中间位置时所对应的混合时间最小。利用适宜的尺寸和安装位置的导流筒可有效降低混合时间。

CO_(2)驱分层注气工艺管柱适用性分析及展望

目前,我国现场应用的注气管柱多为笼统注气管柱、同心双管分层注气管柱及偏心投捞分层注气管柱,该类管柱存在着分层数受限、测调效率低、测调精度差及适应性差等问题,难以满足CO_(2)驱油田的精细、高效开发需求。针对这一现象,在现有成熟分层注水管柱的基础上,设计了液控分层注气管柱、测调一体分层注气管柱、有缆智能分层注气管柱,并对这3种分层注气管柱进行了技术适应性分析和实施难点分析,分析发现:所设计的3种分层注气管柱各有优势,配套井下气体流量计的研制既是设计管柱的主要实施难点也是实现精细化注气的关键。最后,对各类流量测量技术进行了技术特性及研究难度分析,并对井下气体流量计的设计选型提出了建议和展望。

气体杂质对管道输送CO_2相态的影响

CO_2的捕集、利用和封存(CCUS)是当前环保的热点话题,而管道输送是CCUS技术的关键环节。CO_2气源含有各种杂质,杂质对CO_2的相态有着很大影响,因此了解含杂质的CO_2的相态特征并了解其与纯CO_2性质的不同是开展CCUS技术研究的基础。通过对状态方程的对比研究,确定PR方程作为计算含杂质的CO_2相态的状态方程,并用HYSYS软件对含杂质的CO_2的基本相态特征及物化性质进行了研究。得到了延长油田含杂质的CO_2的临界温度Tc=30.36℃,临界压力Pc=7.55MPa,相比纯CO_2,含杂质的CO_2的临界温度降低,临界压力升高,且相态图中出现了两相区域,表明了杂质的存在增加了CO_2管道输送的难度;在临界点附近,压力和温度的微小变化将引起CO_2流体密度、粘度、导热系数和压缩系数较大幅度的改变。

DSMC-LES方法研究循环流化床内颗粒团聚物的流动特性

采用直接模拟MonteCarlo方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流.单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定.数值模拟垂直管内气固两相上升流动,对管内气相速度和颗粒相速度、浓度以及聚团流动进行分析.研究平均单个颗粒团聚物的存在时间、颗粒团聚物的时间份额和颗粒团聚物的生成频率分布特性,模拟结果与文献的实验结果基本吻合.

页岩颗粒在回转干馏炉内停留时间的正态性分析

搭建回转干馏炉冷态实验装置,并通过试验得出了不同回转炉转速、倾角、出料口直径等操作与结构参数下页岩示踪粒子停留时间,采用Shapiro-Wilk正态性检验方法对停留时间样本进行检验,并进行正态样本离群值判断与处理。结果表明,停留时间总体分布在检出水平β=0.05下不拒绝正态性,对停留时间样本进行离群值分析能有效的剔除岐离值,使停留时间样本均值更接近其总体期望;通过不同工况下停留时间概率密度分布可以看出,停留时间总体均值及方差随转速、倾角的增加而减小。

管内绿液输运过程中结盐机理

运用化学分析、X射线衍射仪、相位多普勒粒子分析仪等手段对绿液及其盐析物质的物理性质进行了测试,并考察了不同表面粗糙度及不同材质的管内结盐速率的变化规律.同时,结合晶体动力学和流体力学理论对试验结果进行了分析.结果表明:温度与绿液本身的物理属性对盐类物质的析出有直接影响,且较小的粒径分布加强了絮凝作用,构成绿液动态结盐的重要因素;在盐析晶体异相成核及诱导期阶段,壁面粗糙度起重要作用,并对其生长期产生影响,即晶体在粗糙度较小的壁面上的生长滞后于粗糙度较大的壁面;材质影响结盐速率,其原因可能为不同材质具有不同的表面活化能.

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C1、桨间距C2以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明:当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明:二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。

基于CFD模拟与数学规划法的熔融聚合物流动管道设计优化

在满足产能和合理的管道压降范围下,如何降低熔融聚合物在熔体管道中黏度降问题是熔体流动管道设计的关键因素。本研究基于计算流体力学(CFD)的方法,对熔体流经管道发生热降解过程进行数值模拟,并在此基础上提出了混合整数非线性规划(MINLP)模型和非连续性非线性规划(DNLP)模型,分别对熔体管道进行设计与布局优化。分析实际算例的数值模拟结果发现,优化后的管道相较于原管道黏度降减小3.48%,同时出口的压降分布范围减小了60.47%,出口的压降分布更加均匀。结果表明,综合利用模拟方法与数学规划模型可实现熔融聚合物流动管道的自动化设计及优化。

气液两相流破口泄漏的相分离实验研究

为研究气液两相流体通过破口泄漏时的相分离规律,设计了新型泄漏测量装置,在空气-水两相流实验环道上开展了实验研究。实验测量段水平布置,管径为40mm,采用直径为2.5mm的圆孔模拟破口。实验中出现的气液两相流流型包括波状流、环状流以及弹状流。结果发现气液两相流体通过管壁破口时会发生严重的相分离现象,相分离程度主要受小孔方位、流型等因素的影响。在环状流型下,由于周向液膜分布的不均匀性,随着小孔位置偏离管壁底部,进入小孔的液相逐渐减少,气相逐渐增多;在分层的波状流型下,当破口位于管壁顶部时,在小孔两侧差压较大时由于伯奴利效应,液相也会进入破口;由于弹状流独特的流动特性,在液塞来临时,破口两侧压力急剧增加,从而导致弹状流型下进入管壁破口的液相远大于其它流型。

高压浓相煤粉气力输送差压信号多分辨分析

为了探究高压浓相气力输送过程中时频空间的内部特征，利用六尺度多分辨小波分析对试验差压信号进行时频分解．引进能量、Shannon熵和标准差STD作为特征量对气固两相流频域空间进行分析．分析表明：浓相气力输送过程中，差压信号中的能量主要分布在低频区，Shannon熵从高频到低频上呈先减小后增大分布趋势．在相同的试验压力条件下，随着表观速度的增大，低频所占据的能量份额减小，信号脉动向高频移动；高频d1和d2的Shannon熵和α6上的STD增大，低频d4～d6以上的Shannon熵和d1-d6上的STD减小．为进一步研究流型辨识及流动稳定性提供了新方法．

料仓压力的理论分析和实验研究

针对散状物料卸载过程的动力学问题,介绍了料仓内物料对仓壁压力的理论计算方法,并应用微型土压力传感器对垂直和水平压力进行了实验室实验,将实测的侧压力系数与理论计算值做比较,提出了修正侧压力系数的方法。该方法对分析物料对仓壁的压力有一定的参考价值。

散状物料流动特性及仓体设计研究进展

介绍了散状物料流动特性和仓体设计方面的研究成果,包括理论研究的连续介质模型、颗粒动理论模型和离散元模型,介绍了它们的基本原理;此外,还介绍了实验研究的Johanson In-dicizer System以及仓体设计方面的理论与实验研究;最后提出了有待解决的问题。