利用MRI确定油气最小混相压的实验系统与方法

根据核磁共振成像和油气混相原理,探索了磁共振成像(MRI)法测CO2与油MMP的可行性,介绍了利用MRI确定油气MMP实验系统的组成和操作过程。在密度压力图法的基础上,以液相油组分所含1H质子密度为测量对象,采用逐级注气的方式CO2/油体系进行增压,即沿着CO2摩尔浓度逐渐增加的方式达到MMP点。利用MRI扫描得到不同压力下CO2与油体系的信号强度,再作信号强度与压力的函数曲线。定量测量了CO2/正烷烃体系MMP,建立了CO2/正烷烃体系MMP的预测关系式,获得了CO2/正烷烃体系MMP与平均含碳量的关系,在相同温度下,CO2/正烷烃的MMP值随着含碳量n成很好的正比例关系。

低场核磁共振在能源与环境工程专业实验教学中的应用

能源与环境工程专业是伴随我国经济高速增长所面临的能源紧缺和“碳达峰”“碳中和”环境压力问题的双重挑战而设立的战略性新兴学科专业。针对专业课程涵盖领域广泛的特点,从自身特色和优势出发,将先进的低场核磁共振仪器以及自主研发的实验装置成果转化到本科基础和创新实验教学中,主要开展“流体弛豫时间与扩散系数测量”“多孔介质孔隙度测量”“油水相分辨实验”“两相流体渗流实验”“水合物生成与分解实验”等系列实验项目,培养学生掌握最前沿的科学分析仪器的使用能力,锻炼学生从科研的角度来思考、设计、观察、总结实验项目,并加强独立的分析和解决问题的能力,满足社会对“研究型、创新型”高素质综合人才的需求。

能源动力类校企协同实践机制研究与实践

为了实现能源动力类卓越创新型新工科人才的培养目标,将新工科理念融入能源动力类校企协同育人实践环节中,建立了新工科理念下的校企协同育人管理运行机制,将创新实践与协同育人融会贯通,建立了“三段-四环节”的能源动力类实践教学体系,发挥校企协同育人在实践教学体系中的作用;修订了校企协同育人的实践教学内容,从实践项目、实践课程、竞赛指导三方面着手,突出了协同育人的综合性和系统性,切实将新工科理念与能源动力类校企协同相融合,对培养有创新理念、创新思维、创新能力的卓越创新型新工科人才有促进作用。

本科生专业实验教学研究探讨

合理有序的本科生专业实验教学可以提高学生动手操作的能力、巩固学生对专业知识的理解、促进学生创新思维的发展。现阶段本科生专业实验教学在实验内容、实验教学手段、实验课程设置等方面有一定局限性。未来本科生专业实验教学应该确保实验内容与专业发展前沿切实相关、避免认识性的专业实验教学;应该促进学生发挥主观能动性、充分提高专业实验课在专业课学习中的凝练和升华作用;应该培养学生的实践能力和创新能力、提高其综合素质,使之能够在后续工作和科研过程中正确的观察、判断、分析和解决实际问题。

含甲烷水合物沉积层渗透率特性实验与理论研究

含水合物沉积层的饱和度与渗透率关系研究,是深水油气及海洋水合物资源勘探开发的基础性工作.利用两种平均粒径分别为0.110和0.210mm的玻璃砂模拟沉积层环境,通过体积测量法确定其孔隙度分别为0.364和0.368.测量甲烷水合物在沉积层中渗透率随饱和度的变化,并将得到的结果与平行毛细管模型、Kozeny颗粒模型以及Masuda模型进行了比较.结果表明:模拟的沉积层可以近似认为是等径球体颗粒堆积物,其渗透率与孔隙度基本符合修正的Kozeny-Carman公式关系;沉积层中甲烷水合物的存在使其渗透率急剧下降;与多个模型比较后发现水合物占据孔隙中心的平行毛细管模型与实验结果吻合得较好,说明实验中甲烷水合物主要是在沉积层的孔隙中生成而不是对玻璃砂颗粒形成包络;甲烷水合物饱和度低于25%的沉积层渗透率与饱和度的关系成指数递减关系.

天然气水合物生成与分解实验检测技术进展

天然气水合物作为新能源已受到世界的关注,各个国家都在进行天然气水合物的模拟实验研究。着眼国内外部分水合物模拟实验系统,针对水合物生成、分解检测单元进行了研究,目的在于掌握各种检测技术的应用特点和优缺点,指导水合物实验系统的建造和完善。通过分析大量文献发现,传统水合物检测方法造价低,但精度也低;光学检测虽然造价较低、性能较好,但仅可对可视釜进行检测研究;声学与电学检测技术虽然具有很好的性价比,但不能够生成直观图像;CT技术和核磁共振成像技术(MRI)是首选的实验检测技术,它们可以完成高精度的实验研究,缺点是价格较高。研究结果在大连理工大学水合物实验室的筹划和建设过程中起到了积极的指导作用。

喷嘴可调式喷射器性能的实验研究

An adjustable ejector with a spindle in the nozzle was developed for a wider adjustment range.An experimental study was carried out on the performance of the adjustable ejector.To change the spindle position axially the nozzle throat sectional area could be changed.The ejector flow parameters,such as flow rate,pressure and entrainment ratio,at different spindle positions were measured.The results showed that the adjustable ejector could be used in a wider range of fluid flow rate.When the throat area was reduced,the ultimate discharge pressure would be lower but the entrainment ratio would increase greatly.

含甲烷水合物多孔介质渗透性的实验研究

为研究多孔介质中甲烷水合物对其渗透性的影响,开发了一套适合在该条件下测量渗透性的实验装置。研究了多孔介质孔隙度与渗透率的关系;用BZ-01、BZ-02玻璃砂模拟多孔介质进行了渗透率测量实验,测试了不同甲烷水合物饱和度下多孔介质渗透率的变化情况。结果表明,多孔介质中甲烷水合物的存在会导致其渗透率急剧下降,饱和度-渗透率曲线呈指数分布。根据实验数据拟合出了渗透率随饱和度变化的经验公式,并将实验数据与渗透率模型进行了比较,发现在实验条件下生成的甲烷水合物符合平行毛细管模型,水合物占据毛细管中心,多孔介质中的流动形成环状流。

磁共振成像在CO_2驱油实验中应用

将磁共振成像技术应用于高压条件下多孔介质内渗流特性的可视化研究中.为40mm内径微成像探头设计了专用的填砂式岩心夹持器,并将该夹持器应用于CO2非混相驱和混相驱实验中.动态连续二维成像分辨率为0.21mm×0.21mm,基本接近于实验所用玻璃砂尺寸,从而实现了对CO2非混相驱过程中气体窜流通道的形成过程、CO2混相驱过程中塞状驱替前缘的推进过程及多孔介质内油相赋存状态的连续可视化观测.发现在气态CO2非混相驱油实验中,由于气油两相黏度差和密度差的影响,指进和窜流现象较明显,波及范围较小,残余油饱和度为54%;在超临界CO2混相驱油实验中,塞状驱替前缘基本保持匀速推进,可以有效地抑制指进和窜流现象的发生,波及范围较大,最终残余油饱和度为20%.可见,超临界CO2混相驱油技术可显著提高采收率.

竖轴潮流能水轮机实验台设计及水动力性能测试

分析国内外竖轴潮流能水轮机实验台特点,设计了竖轴潮流能水轮机实验台,完成实验台调试、安装,并进行水轮机叶片预置攻角、尖速比、支撑臂等实验研究。所搭建的实验台可模拟8m/s以下潮流,测控系统额定功率5.5kW,水轮机最高转速150r/min;可实现不同尖速比、叶片预置攻角、叶片翼型、水轮机密实度、叶端盘和支撑臂等水动力性能实验和动力学特性实验研究;测控同时具备加载、发电、测量、耗能4个功能,克服了齿轮箱、电动机等部件自身功耗对水轮机性能测试结果的影响,大大拓展了实验台的功能和应用空间。实验结果表明,所设计的水轮机最大能量捕获效率为35%,支撑臂对水轮机能量捕获效率的影响随尖速比提高而增大。研究结果为潮流能综合开发利用提供了具有借鉴意义的实验台设计方案和实验数据。

多孔介质内多相多组分渗流磁共振成像检测实验系统研制

针对探头内径较小的磁共振成像仪器,设计了专用的小直径环压式岩心夹持器以及相应的实验配套系统,整套设备可以实现多孔介质内多相多组分渗流的可视化及量化分析实验研究,并以水驱及随后超临界CO2混相驱实验为案例详细介绍了该实验系统的使用步骤和方法,该系统对开展油气藏、煤层气、天然气水合物等地下能源开采,以及温室气体地下埋存、地下水和污染物运移等领域的相关教学和科研工作具有重要意义。

天然气水合物沉积物体变实验本科教学探索

天然气水合物分解可能引起海底滑坡、生产平台倒塌等灾害,在对其进行商业化开采之前,必须对天然气水合物储层的力学特性进行全面的分析研究。体变是建立土体本构模型必不可少的参数,对评估储层稳定性具有重要意义。通过设置天然气水合物沉积物体变测试实验课程,将国家重大科研项目与本科生实验教学相结合,可以使学生接触和了解国际前沿研究课题。介绍了低温、高压水合物三轴仪的设计原理和功能,然后对比分析了排水法、单层压力室法以及双层压力室法测体变的原理、优点和不足,最后提出了采用双层压力室法测量天然气水合物分解过程中沉积物体变的方案,培养学生主动思考和解决问题的能力。

利用格子Boltzmann方法模拟单个气泡在复杂流道内的运动特性

利用格子Boltzmann方法模拟了单个气泡在具有三个半圆形喉部的复杂流道内的上升过程。通过分析气泡运动过程中的形态、运动轨迹及运动速度的变化,研究复杂流道对气泡运动特性的影响。研究结果表明,在上升过程中,由于壁面的影响,气泡的形状发生严重的变形,运动轨迹也发生相应的偏转。通过实验结果的对比,验证了模拟结果的正确性。结果表明格子Boltzmann方法可以用于模拟具有复杂边界的两相流问题。

大连区域海陆风环流的数值模拟

基于海陆风环流的形成机制,在研究分析海陆风环流形成的物理模型基础上,建立了海陆风环流的数学模型。以大连地区海陆风环流为计算实例,模拟了海陆风形成的压力场、速度场、温度场和湍流动能场的日变化及太阳辐射日变化过程中地面能量变化及导致的湍流动能变化,预测出海陆风环流的水平湍流扩散系数和动量、温度和湍流动能的垂直湍流扩散系数,为求解海陆风中的污染物扩散浓度以进行环境污染损失评价提供参考。应用此模型,对大连地区的海陆风环流进行了数值模拟,定性与定量地给出了海陆风场中的速度、压力、温度及湍流动能分布情况和主要参数值。结果表明:海陆风环流的大气压力场局地日变化较小,温度场变化较明显。在中午前后,动量、温度和湍流动能的垂直扩散系数达到了最大值。模拟结果与其他文献模拟结果的对比表明,本文建立的模型模拟与实验结果相符,但预测精度仍需要进一步检验。

梯形盐水太阳池的实验与模拟研究

以梯形盐水太阳池为研究对象,搭建表面积2.4 m×2.4 m,底面积1.0 m×1.0 m的小型梯形盐水太阳池,基于实验数据对梯形盐水太阳池进行一维数值模拟,建立热盐双扩散离散模型,改进池底反射模型、辐射透射模型和包括表面热损、壁面热损和土壤层热损在内的详细热损失模型,通过模拟与实验结果的对比验证模型的有效性。结果表明:太阳池梯形结构可增强太阳辐射利用率,减少下对流层散热量,提高太阳池储热能力,从而提升太阳池的供热温度。

电预热多孔介质燃烧器内柴油燃烧的实验研究

通过建立电预热式多孔介质燃烧实验系统,在不需二次点火情况下,实现了液体燃料的预蒸发自维持燃烧.在确定电预热温度场稳定性基础上,分析了柴油在多孔介质内预蒸发燃烧的火焰特征与温度场变化规律,讨论了当量比和空气流量对燃烧特性的影响.结果表明:电预热系统具有很强的稳定性,维持稳定燃烧所需的最低预热温度约为750℃;实验观察到液体预蒸发燃烧过程中出现了稳定火焰和过滤燃烧火焰两种火焰形态;稳定火焰与气体预混合燃烧火焰类似,火焰区最高温度可达1 140.2℃,过滤燃烧火焰传播速度约为1 m/s;随着空气流量的增加,火焰面向下游移动且燃烧更加完全;当量比对温度分布影响较大,但其对火焰传播的影响相对较小.

多孔介质内CO_(2)-油扩散系数NMR原位测量实验方法

将CO_(2)注入地下油藏,可以实现提高原油采收率与CO_(2)地下永久埋存的“双赢”,是最具应用前景和经济效益的“碳中和”有效手段之一。为了有效评价CO_(2)驱油效率,以及准确预测CO_(2)地质埋存量与长期安全性,必须对多孔介质中CO_(2)-油扩散机理进行深入的理论和实验研究。该文利用低场磁共振(NMR)技术实现CO_(2)-油扩散过程的原位动态监测,通过纯相位编码SE-SPI脉冲序列得到溶液随时间和位置变化的一维质子密度曲线,进而得到油相膨胀系数、CO_(2)无量纲浓度等参数;基于菲克第二定律构建了考虑溶液体积膨胀的物理模型,采用非迭代有限体积法计算得到随时间和位置变化的CO_(2)扩散系数,为多孔介质内气-液扩散参数原位测量提供了重要的理论方法与实验数据,对CO_(2)提高石油采收率与地质埋存工程设计、安全性和经济性评价具有重要指导意义。

浊盐水自由沉降与太阳池降浊增效实验研究

通过实验室内浊盐水自由沉降实验分析不同盐度、工质及温度下的浊度变化规律,提出采用多孔介质吸附剂进行物理降浊的方法,讨论了4种多孔介质材料的降浊效果;建立2个表面积为2.4m×2.4m、深1.2m的小型盐水太阳池,进行了添加多孔介质的浊度对比实验;通过对实验数据的非线性拟合构建了太阳辐射透射率混合回归模型.结果表明：盐水浊度去除率比卤水高10%左右;盐度从0.2%增至20%时,盐水浊度去除率降低了8%;加入不同多孔介质后,灰尘颗粒自由沉降速度加快,浊度去除率可升高3%～13%;在太阳池内添加多孔介质可有效降低池水浊度,增加池内的太阳辐射透射率.

基于微流控芯片的水合物生成和分解的综合实验设计

天然气水合物安全高效开采是我国天然气水合物资源利用面临的重大课题。基于天然气水合物资源开发技术,设计了一套基于微流控芯片的水合物开采实验模拟系统,搭建了沉积层低温高压条件下水合物生成和分解的实验台,实现微尺度下孔隙内水合物生成形态和赋存特性的可视化研究,探究水合物分解过程中的气水渗流特性,探明水合物分解主导机制和二次生成影响机理。可为水合物的安全高效开采提供重要的研究手段和理论依据。

太阳能光电-光热综合利用系统

太阳能储量巨大,分布广泛,清洁安全。但太阳能光伏发电存在成本较高和能量转化效率较低的问题。因此本文提出太阳能光电-光热综合利用方式。通过聚光降低成本,通过分频综合利用提高系统效率。在分频利用技术上,寻找具有特定吸收发射特性的纳米流体流经光伏电池上层,吸收光伏电池不能加以利用的部分能量。此外,利用光学薄膜,将光伏电池可利用的波段反射给光伏电池,其余部分的能量透射用以其他形式的能量转换。文章对两种太阳能光电-光热综合利用系统进行了设计和探索。结果表明,通过光电-光热综合利用能够对太阳能利用效率实现有效提升。