油气井井下隔热技术及应用现状研究

深水油气井和注蒸汽热采井井筒热流体含有的大量热量会向周围散失,导致发生井筒结蜡、套管损坏、环空带压等不利现象,必须对井筒进行隔热。详细对比分析了当前国内外现场应用的井筒隔热方式,主要有环空气体隔热、环空伴注N2隔热、蒸汽腔非凝析气隔热、VIC隔热、VIT隔热以及隔热封隔液隔热等几种方式。研究发现,SAGP对稠油的开发具有广阔的研究和试验前景;VIC隔热能够提高生产时率,对特超稠油的开发具有重要意义,并有望在地热井、深水井隔热方面得到应用;水基隔热封隔液既具有高效隔热效果,又能保护海洋环境,在国内深水油气田中可以试用。最后指出国内油田应该对SAGP、VIC及水基隔热封隔液进行更多现场试验并推广应用。

多层隔热材料的研究进展

多层隔热材料在高真空环境下具有极低的热导率,被称为"超级绝热材料"。介绍了多层隔热材料的组成,对其隔热原理、隔热性能的影响因素进行了总结,综述了高温多层隔热材料和多层气凝胶隔热材料的研究进展,并列举了多层隔热材料的应用实例,对多层隔热材料未来的研究方向进行了展望。

气凝胶复合材料在干式潜水服内胆隔热性能提升中的应用

为提升干式潜水服内胆的隔热性能,并探究气凝胶复合材料在潜水服内胆中的水下应用潜力。选择絮片型、发泡型及非织造布型气凝胶复合材料,采用绗缝工艺技术模拟材料在水下的受压状态,研究其在压缩状态下的隔热性能,然后,制作潜水服内胆,通过暖体假人实验及真人水下实验测试其隔热性能。结果表明,絮片型气凝胶复合材料的水下适用性优于絮片型新雪丽棉;发泡型及非织造布型气凝胶复合材料的热阻受压强影响小,也较适用于水下环境;在真人实验过程中,潜水员的核心温度始终大于37℃,证明所研制的气凝胶复合材料内胆具有良好的水下隔热效果。研究结果可为受压环境下防护服隔热材料的应用方法提供指导建议。

膨胀型钢结构防火涂层隔热性能的研究进展

隔热性能的准确量化是防火涂层厚度设计的关键。膨胀型钢结构防火涂层的隔热性能在高温下受升温速率的影响,投入使用后其隔热性能会发生退化,这些特点给膨胀型钢结构防火涂层的厚度设计提出了挑战。总结了膨胀型钢结构防火涂层隔热性能的定量表征方法,分析了隔热性能的影响因素以及这些因素的作用机理和规律,提出了膨胀型钢结构防火涂层厚度设计涉及的关键科学问题及解决方法。

复杂工况下岩石真三轴试验机隔热材料热—力学演化特性

高温真三轴试验机研制过程中,高温环境、循环加卸载和循环热冲击等复杂加载条件对试验系统隔热性能提出了严苛要求。为了科学合理地选择复杂条件下高温真三轴试验机的隔热材料,制备了3种高温工程隔热材料,分别是高聚热能酰胺脂隔热材料(GX)、玻璃纤维与耐高温树脂复合隔热材料(BX)和高温阻隔复合云母材料(YM),并开展考虑实际仪器设备工况下的循环热冲击、高温环境和循环加卸载等室内试验。结果表明:在高温环境影响下3种隔热材料的导热系数均随温度的升高呈现先升高后降低的趋势,弹性模量出现了一定幅度的下降;随着循环加热冷却次数的增加,YM材料的导热系数数值平稳下降,BX和GX材料的导热系数呈现先升高后降低的变化趋势,弹性模量变化规律与高温环境影响下相似;隔热材料的导热系数均随着循环加卸载次数的增加呈现先升高后降低的变化趋势,其中初次加卸载对材料隔热性能和物理性能的影响最大;综合热—力学性能评判,YM材料性能最稳定,为岩石真三轴试验机隔热材料的最优选。

高真空隔热油管隔热机理及隔热结构的研究

通过分析视导热系数对井筒热损失的影响,以及对导热、对流、辐射三种传热机理的深入分析,找出了减少导热、降低自然对流、抑制辐射的有效途径,并研制出真空隔热结构,对指导高真空隔热油管的生产有着重要的意义。

气凝胶复合材料的制备及保温隔热应用进展

气凝胶复合材料由于具有密度低、比表面积大、孔隙率高和导热系数低等结构功能特性,成为最主要的新型保温隔热材料之一。本文简述了气凝胶复合材料的发展历程、制备工艺及方法,从气凝胶复合材料的微观形貌结构、热量传递组成、隔热传热表征等方面对其保温隔热性能及机理进行分析,重点介绍了近年来气凝胶复合材料的保温隔热性能应用在军事航空航天、建筑节能环保、能源存储转化、极端环境材料、电动汽车电池、冷藏(冻)运输以及供热锅炉管道等诸多领域中取得的新进展。同时,对其在各个领域应用中遇到的问题进行了详细讨论并给出建议。此外,文末对气凝胶复合材料在未来的研发、生产及应用中的研究方向进行了展望。

树脂基防隔热一体化热防护复合材料高温性能演变分析

采用溶胶-凝胶-常压干燥的方法,以耐热杂化酚醛树脂(PF)为基体,复合碳纤维编织物(CF)制备树脂基防隔热一体化热防护复合材料(PF/CF-HT01)。利用热分析(TG)、电子万能试验机研究材料热稳定性和高温力学性能,利用氧乙炔装置研究材料耐烧蚀性能,利用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)研究材料微观结构演变过程。结果表明:空气中树脂基体的初始分解温度为387.3℃,最大分解温度为644.7℃,800℃时残炭率为13.8%;复合材料初始分解温度为405.3℃,800℃时残炭率为42.8%;复合材料常温压缩强度最大为542.6 MPa,经1 000℃原位热处理30和60 s后的最大压缩强度分别为166.2和149.9 MPa。复合材料具有良好的防隔热一体化性能,其线烧蚀率可达0.039 mm/s,单次热考核结束时背温低于100℃、继续热传导后最高背温低于200℃。高温作用下材料快速陶瓷化形成致密的SiO2和BN瓷化层,赋予材料突出的耐烧蚀抗冲刷性能,而底层仍然保留着多孔结构使得材料保持较好的隔热性能。

隔热填料对硅溶胶-苯丙乳液复合涂料光反射和隔热性能的影响

为了降低太阳光辐射给建筑物带来的能源损耗,提高涂料的隔热效果,主要研究了钛白粉、氧化铝、滑石粉、SiO_(2)气凝胶的含量对硅溶胶-苯丙乳液复合涂料性能的影响。通过对比实验制备了涂料样品,并测试了涂料的性能,确定各填料的最佳含量。结果表明:钛白粉和氧化铝的最佳含量分别为12%和2%,此时涂料具有较好的反射率。滑石粉含量在8%时涂料具有较高的硬度。SiO_(2)气凝胶含量在4%时涂料的隔热效果最好,隔热温差为8℃。通过微观形貌表征发现,SiO_(2)气凝胶含量超过4%之后涂料开始出现裂纹。选择各填料的最佳用量,制备了硅溶胶-苯丙乳液复合型隔热涂料,根据建筑涂料体系产品技术要求的标准测试了涂料的耐水性、耐碱性等性能,测试结果均合格。

数据驱动的中温隔热陶瓷管件结构优化设计及性能评估

随着中温区电加热的电子产品和家电用品不断涌现,低成本的高效保温隔热材料研究日益成为热点。如何确保管路内部快速升温并避免外表温度大幅波动,有效提高能源利用率,是保温隔热材料领域的挑战。据此,本研究以低熔点玻璃助烧结的镁橄榄石、莫来石、珍珠岩和磷酸锌等复合物陶瓷为对象,从数据驱动的壁内多孔结构隔热管件优化设计出发,开展陶瓷隔热管件三维打印制造,通过显微结构和力学性能分析,并围绕管件的导热、隔热影响因素评估,系统考察了该类新型隔热管件的理化、力学和隔热性能及影响关系。结果表明,通过对沿管壁环绕的矩形大孔高度调控(400~1 200μm)、管腔内热源区的管壁倍增(1.2 mm×2 mm)以及有机微球造孔剂引入(~9%),同时通过烧结温度控制(700~750℃),可以显著改善热流出口区的温度水平(~20℃),并显著优于不锈钢真空隔热管的出口温度。研究结果表明,增材制造复合陶瓷管件具有优良的综合性能以及较低的原料成本,使得多孔陶瓷隔热管件在中温隔热领域具有广阔的应用前景。

深空探测RTPV高温多层隔热技术研究

RTPV作为一种用于深空探测的高效率核电源,其高温隔热技术是影响系统热电转换效率的关键因素之一。针对基于陶瓷点阵间隔层、钼箔反射屏的新型高温多层隔热组件,对比了烧结法、物理气相沉积法、大气等离子喷涂等陶瓷点阵制备工艺,优选出大气等离子喷涂法,成功在钼箔表面制备了直径1.5 mm、厚度0.1 mm、间距15 mm的ZrO2颗粒点阵,并将其作为高温多层的1个单元。仿真结果显示,氧化锆陶瓷点阵高温多层隔热组件的瞬态与稳态隔热性能均优于传统高温多层隔热组件,且具有在小尺寸下边缘漏热小、不产生多余物、长期耐受1000℃高温的特点,可满足深空探测同位素热光伏电源的隔热需求。

“结构-隔热”一体化墙体粮食侧压力下力学性能影响因素分析

“结构-隔热”一体化墙体是一种新型粮食平房仓构件.为研究墙体参数对其在粮食荷载作用下的力学性能影响,通过有限元模拟分析,探究了连接件的直径、间距、墙体厚度及保温板厚度对墙体挠度、应力的影响.结果表明:在常用范围内,连接件直径及墙体厚度对“结构-隔热”一体化墙体的挠度和应力影响较为显著,连接件的间距及保温板的厚度影响较小.墙体挠度随连接件直径的增大而减小,但易出现应力集中、突变现象.墙体挠度随墙厚度的增大而减小,且内外叶墙单独受力,内叶墙在一定范围内越厚使连接件扭曲越小,对结构越有利.研究成果为“结构-隔热”一体化墙体在实际工程中的设计及优化提供参考.

寒区隧道防冻保温层隔热作用机理及其厚度影响因素研究

针对寒冷地区公路隧道防冻保温层表面铺设,共设置了21组计算工况,通过对年周期下隧道防冻保温层、衬砌结构和围岩沿径向温度场变化以及各工况所需的防冻保温层厚度进行数值模拟计算,研究隧道防冻保温层隔热作用机理及其所需厚度的影响因素。结果表明:防冻保温层隔热作用显著,主要体现在使隧道衬砌结构和围岩年温度振幅降低上,同时年平均温度也有一定升高;随着防冻保温层铺设厚度增大,隧道衬砌结构和围岩年平均温度和年温度振幅分别呈指数函数升高和降低,相应的年最低温度也呈指数函数升高,防冻保温层厚度越大,隔热效果越好,但是隔热效率不断降低;围岩导热系数越大,导温系数越小,防冻保温层隔热效果越显著;防冻保温层所需厚度随围岩导热系数和围岩初始温度升高呈指数函数减小,随围岩导温系数升高呈对数函数增加,随年平均气温和年温度振幅升高分别呈线性减小和增加,防冻保温层厚度应综合考虑以上各因素进行计算确定。

夏热冬冷地区居住建筑辐射型反射隔热涂料节能设计方法研究

辐射型反射隔热涂料在夏热冬冷地区居住建筑中的应用案例越来越多,其节能设计方法备受关注。等效热阻法是目前反射隔热涂料热工设计的标准方法,但相关文献研究指出,涂覆于非透明材料上的隔热涂料应采用太阳光直接反射比作为隔热评价指标,不宜用等效热阻来评价。通过上海某6层住宅建筑探讨了夏热冬冷地区居住建筑外墙采用辐射型反射隔热涂料的节能效果及其传热系数、太阳辐射吸收系数和表面发射率之间的关系,对比分析了采用参数直接计算与等效热阻法计算能耗结果,结果表明:1)辐射型反射隔热涂料隔热机理与反射隔热涂料差异明显;2)辐射型反射隔热涂料节能效果不适宜采用等效热阻法进行节能效果评价;3)辐射型反射隔热涂料墙体冬季保温热阻设计应充分考虑其对墙体温度的负面影响。

聚丙烯/玻璃纤维复合泡沫的制备及隔声隔热性能

以二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)和苯乙烯(St)为单体,过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,玻璃纤维(GF)为填料,通过熔融共混法和模压发泡法制备了聚丙烯(PP)/GF复合泡沫,利用PP分子上熔融接枝形成的TPGDA-St共聚物长链支化结构作为相容剂,促进GF在PP基体中的分散,通过GF与TPGDA-St共聚物长链支化结构的协同作用,有效改善PP熔体和复合泡沫的性能。研究了支化结构相容剂和填料用量对PP熔体强度、热稳定性、结晶性能以及复合泡沫微观形貌、隔热性能、声学性能、力学性能的影响。结果表明,TPGDA-St共聚物长链支化结构相容剂能够有效促进GF在PP基体中的分散,强化界面相互作用,形成较为完善的填料网络,显著提升了PP的熔体强度、发泡性能和结晶性能。当GF用量为10份时,PP/GF复合泡沫的泡孔均匀、形状规则、压缩性能良好,具备优异的隔声性能和隔热性能,平均声音传输损耗达到59.7 dB,相较于纯PP泡沫提高了84.8%,导热系数低至0.055 W/(m·K),相较于纯PP泡沫降低了65.6%。

超薄透明芳纶纳米纤维气凝胶膜的制备及隔热性能

为实现废弃芳纶高品质资源化利用,结合浸没沉淀相转化和冷冻干燥法,利用废弃芳纶成功制备了柔性、透明且隔热的芳纶纳米纤维(ANFs)超薄气凝胶膜。优化了ANFs气凝胶膜成型工艺,并借助FESEM、BET、FTIR、UV-Vis、TG及FLIR对所制ANFs薄膜的微观形貌、化学结构、透光性及热学性能进行分析。结果表明:ANFs被成功剥离,平均直径为18.32 nm;所制ANFs气凝胶膜成型良好,具有三维网络结构,其比表面积和孔隙率分别达52.73 m^(2)/g和92.43%;ANFs气凝胶膜具有超高的透明性和防紫外性(紫外透过率接近0%),在500~780 nm范围内透过率均大于70%,最高达90.70%;此外,所制ANFs气凝胶膜热稳定性良好,具有优异的隔热性能和柔性,四层薄膜隔热温差达28℃。该超薄透明ANFs气凝胶膜制备工艺简单且成本低,具有透光、防紫外及隔热特性,在防护膜领域具有广阔的应用前景。

PET复合纤维的制备及其隔热性能

为改善聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维的保温隔热性能,使用熔融纺丝工艺制备具有保温隔热性能的PET/二氧化硅气凝胶(SA)/气相SiO2(FS)复合纤维,并用NaOH溶液对纤维进行碱处理,以在纤维表面形成孔隙;采用SEM、XRD、TG、DSC和导热系数仪等表征技术对复合纤维进行了表征,探究了碱处理时间对纤维表面形貌、拉伸强度、导热系数等物化性质的影响。结果表明:碱处理之后的PET/SA/FS复合纤维表面出现孔隙,断裂强度降低24.5%;热导率从纯PET纤维的0.0894 W/(m·K)最低降低到PET/SA/FS复合纤维的0.0400 W/(m·K),降低了55.3%,从而显著提高了纤维的保温隔热性能。

建筑外墙用保温隔热涂料的性能研究

文中对乳液类型及用量、填料种类、空心玻璃珠以及蛭石对保温隔热涂料隔热性能影响进行分析,确定最佳的保温隔热涂料。结果表明,相同的乳液掺量下三种乳液制备的涂料的隔热性能排续为纯丙乳液>硅丙乳液>苯丙乳液。综合涂料隔热性能以及经济成本,当采用掺量为35%的纯丙乳液、掺量为9.5%的空心玻璃珠时,涂料的隔热温差最大,隔热效果最优。

汽车发动机废气后处理系统尿素喷嘴防结晶隔热降温的研究

为了探究如何有效地控制尿素喷嘴的温度,防止尿素喷嘴结晶堵塞。根据尿素结晶机理,探讨防止尿素喷嘴结晶的关键因素。通过控制尿素喷嘴的温度,验证了防尿素喷嘴结晶的低温温度点;同时,针对尿素喷嘴温度过高导致尿素结晶的问题,提出了不封闭型隔热套尿素喷嘴的设计方案,并构建尿素喷嘴模型和通过Fluent软件仿真计算,将试验结果与仿真计算结果的有隔热套封闭型喷嘴内最高温度进行对比,误差在5%以内,验证了不封闭型隔热套尿素喷嘴隔热降温方案的有效性。研究结果表明:当尿素水溶液温度控制在150℃以内时,尿素喷嘴不易发生结晶堵塞现象;有隔热套喷嘴相较于无隔热套尿素喷嘴具有更好的隔热降温效果,可以有效地降低尿素喷嘴的温度;隔热介质均为空气时,封闭型隔热套喷嘴内部最高温度为153℃,不封闭型隔热套喷嘴内部最高温度为124℃,不封闭型隔热套喷嘴比封闭型隔热套喷嘴的隔热降温效果好。研究结果为解决尿素喷嘴结晶问题提供了有益的参考和指导。

高温环境下烧蚀热防护结构隔热性能测试方法

目的建立高精度的烧蚀热防护结构隔热性能测试方法。方法分析烧蚀热防护结构地面热试验特点,设计烧蚀热防护结构隔热性能试验方案,提出考虑地面热损失的高精度热载荷模拟方法。采用自研模块化石英灯加热器作为加热装置,设计可重复使用夹具封装试验件和热流计,建立烧蚀热防护结构隔热性能测试装置。结果成功完成了典型烧蚀热防护结构隔热性能考核试验,获得了结构在瞬态和稳态热流条件下的背温数据,试验装置运行稳定可靠,可有效消除热边界效应,保证热流长时测控。试验结果验证了试验边界条件模拟的可重复性、热场均匀性以及良好的控制精度。结论有效解决了烧蚀热防护结构受热后产生明火、浓烟而导致的高温环境模拟难题,为烧蚀热防护结构材料筛选及结构定尺寸设计提供了高精度测试方法。