不等大液滴在不同润湿性壁面碰撞聚结过程实验研究

在工业生产过程中,液滴碰撞的控制和利用对于涂覆、喷涂、沉积等工艺有着重要意义。为了分析不等大液滴在不同湿润性壁面碰撞聚结的过程,制备了体积比为12的不等大液滴,利用高速摄像技术,开展了不同润湿性基板上小液滴撞击大液滴的碰撞实验,对液滴碰撞聚结动力学行为进行分析。实验结果表明,在韦伯数为8.07≤We≤40.38与基板接触角α=100°、120°、145°、160°的实验范围内,液滴出现反弹聚结和接触聚结两种现象。双液滴碰撞聚结后,液滴的最大铺展直径与韦伯数呈正相关,与基板接触角呈负相关。最大射流高度随韦伯数增加先升高后降低,随接触角增加而增加。实验范围中,双液滴碰撞聚结过程中最大铺展直径为d_(p,max)=8.41 mm,最大射流高度h_(s,max)=6.92 mm。

电场-旋流耦合强化多相介质分离研究进展

概述了国内外基于电场-旋流耦合场来强化非均多相分离的研究进展,并对相应强化分离方法进行分析与归纳。根据不同介质类别分别介绍了电场-旋流耦合强化液-液分离、气-固分离、气-液分离、固-液分离等多相介质分离技术、设备及工作原理,例如:动态/静态静电旋流脱水装置、静电旋风除尘器/摩擦旋风分离器、静电旋风除雾器及电动旋液分离器。总结了电场类型与分布、耦合场与液滴、颗粒作用、耦合场数值模拟方法等,为研究电场-旋流耦合强化分离多相介质提供依据。针对特殊多相介质(如黏度大、密度差小及弱/无电导率等)分离性能较差的问题,本文提出应综合考虑耦合设备的结构尺寸、操作参数及安装条件,在提高分离效率的基础上,应加强电场-旋流耦合装置运行安全性的研究以扩大耦合强化多相介质分离的适用范围。

磁场强化多相介质分离技术进展

概述了国内外基于磁场来强化非均相介质分离的研究进展,对相关的强化方法进行了分析和对比。根据磁场作用的非均相介质类别介绍了不同领域磁场辅助多相介质分离技术、设备及工作原理,如磁选机、涡电流分选机、重介质磁力旋流器、磁盘分离器、磁场辅助分离气-固旋流器、磁流化床等。根据应用领域可简要概括为磁场辅助固体分离(具有不同导磁性的固体)、气-固分离、固-液分离、液-液分离等。总结了磁场分布、磁场与颗粒作用、磁场与流场耦合的模拟方法,为磁场强化多相介质分离提供依据。针对普通设备分离能力存在的瓶颈问题,文中提出应综合考虑磁场与设备操作参数等因素以最大限度提高分离效率,应加强磁场与流场耦合研究并将磁场强化分离领域扩大至非磁性流体。

旋转自进空化射流喷头性能及油管清垢实验研究

我国各大油田普遍存在油管矿物质结垢问题,空化射流因其工作压力较低时即可达到较好的清洗效果而应用于油管清洗,通过喷头的旋转实现内壁清洗的全覆盖,但对旋转空化射流喷头的旋转速度、送进速度等性能的研究还比较少,无法有效指导旋转空化射流喷头的应用。针对风琴管空化喷嘴开展了性能实验,对空化喷嘴在不同喷射靶距和喷射角度开展油管矿物质垢的清洗实验,确定了20 MPa条件下清洗的最优靶距及喷射角度;提出了旋转自进空化射流喷头结构,对不同旋转喷嘴圆柱段直径、不同入口压力条件下喷头的旋转速度及自进力进行了实验测试,得到了喷头参数对旋转速度、自进力的影响规律;开展了油管内壁矿物质垢清洗试验,得到了旋转自进空化射流喷头的压力和送进速度对清垢率的影响规律。本文可为油管矿物质垢低压条件下高效清洗提供技术支持,也可为旋转空化射流的机理研究提供借鉴。

3003和3102铝合金电化学和盐雾腐蚀性能实验研究

以3003和3102两种空调用铝合金为研究对象,采用电化学手段和盐雾腐蚀法研究它们在NaCl溶液中的腐蚀性能,为3系空调用铝合金的选材和使用提供一定的实验参考。结果表明:两种铝合金在NaCl溶液中均出现明显的钝化特征,3003铝合金钝化电流小钝化稳定性高。随pH值增加两种铝合金钝化稳定性增加,随NaCl浓度增加钝化稳定性降低。盐雾腐蚀形态主要以点蚀为主,且腐蚀速率存在临界值,超过48h后腐蚀速率均降低。3003铝合金试样表面腐蚀坑小且均匀,其耐盐雾腐蚀性能优于3102铝合金,适合作为空调用材。

7005铝合金在模拟海水介质中的腐蚀行为研究

以7005铝合金作为研究对象,借助电化学测量和重量法研究7005和5052铝合金在模拟海水介质中的耐腐蚀性,分析介质浓度、温度及浸泡时间等对其腐蚀行为的影响规律,为7系铝合金耐蚀性的判断提供实验依据。结果表明:7005与5052均产生明显的钝化特征,钝化电流随NaCl浓度的升高而增大。随温度升高,两种铝合金的腐蚀速率均加快,但增幅不同。两种铝合金表面均以点蚀为主要特征,腐蚀72h后,7005表面发生较为严重的局部腐蚀,其腐蚀程度高于5052。

光谱预处理-卷积神经网络模型预测油田污水含油量研究

含油量是油田污水的重要指标之一,快速分析油田污水含油量对油田污水达标回注处理具有重要意义。测量了油田含油污水水样的紫外透射光谱,基于含油污水紫外透射光谱,采用卷积神经网络(CNN)建立模型预测油田污水含油量,并比较了4种预处理方法对CNN模型预测能力的影响。结果表明:含油污水透射光谱经Savitzky-Golay平滑法预处理后建立的CNN模型优化效果最好,其rp和RMSEP分别为0.9649和1.8470。相比于利用原始光谱建立的CNN模型,SG-CNN模型的rp增加了0.0007,RMSEP降低了3.29%。而另外3种预处理方法对CNN模型的预测能力没有起到预期效果。因此,在使用CNN对油田污水含油量进行分析时,可使用SG预处理方法进行模型优化。本研究为油田污水含油量检测提供了一种快速检测的方法。

介质粘度对三相分离器性能影响的数值分析

基于计算流体动力学方法,运用雷诺应力模型(Reynold Stress Model,RSM)对一种新型脱油除砂三相一体化分离器内部流场特性和分离性能进行数值模拟分析,得出了介质粘度对三相分离器脱油除砂性能的影响规律。结果表明:介质粘度在1.6~2.8mPa·s范围内变化时,随着粘度的增大,分离效率呈逐渐降低趋势,最佳工况下三相分离器的除砂效率达到93%,除油效率可达95%,呈现出了较好的脱油除砂效果。

基于油滴粒度测量的螺旋分离器数值模拟与实验

受多因素影响,基于激光衍射法粒度测量实验获得的分散相粒度分布难以直接用于数值模拟计算。采用离散化方法,将粒度仪测得的分散相油滴粒度分布处理为多组颗粒典型粒径及其体积占比替代分布形式。通过开展螺旋分离器油水分离CFD模拟研究与实验数据对比可见,将实测粒径分布曲线分布离散化方法,可用于分离器结构参数、操作参数的模拟研究与分析。

基于扇形非均匀电场的水滴成链及碰撞实验

为研究高压方波脉冲电场内油包水乳液中水滴的成链及碰撞特性,基于水滴极化运动理论,并采用扇形非均匀电场进行显微实验。结果表明:水滴成链速度随电压单调递增,但电压过大会加剧链上水滴的聚结,而破坏水滴排列影响成链速度;成链速度随频率的增加先增大后减小,当频率为300 Hz时有极大值0.251 5μm/s。小水滴向大水滴运动并发生碰撞,而尺寸相近的水滴做相向运动;塑性碰撞发生后,小水滴液膜破裂并融入到大水滴中聚结为一个水滴,且增大电压和减小频率,聚结行为显著增强。频率对碰撞速度的影响最大,其次是体积差和电压。得到了电压、频率和体积差对水滴极化后运动的影响规律,为电破乳器的研制提供借鉴。

固体颗粒密度对多相耦合油水旋流分离性能的影响

为进一步提高油田采出液油水分离效率,提出了一种多相耦合分离方法,向油水混合液中加入第3相介质固体颗粒,提高旋流器分离性能。采用离散相模型,在不同固体颗粒密度条件下,对旋流器内的固体颗粒分布等进行数值模拟分析。结果表明:加入固体颗粒可以提高旋流器的油水分离效率,最大可提高2.88%。

316Ti材质换热管在含硫介质中的腐蚀失效机理分析

对316Ti材质换热管服役环境、腐蚀形貌、腐蚀产物进行分析,讨论了换热管的腐蚀失效机理。经分析可知:管程介质导热盐与316Ti不锈钢反应生成致密的聚集态氧化产物Fe3O4,阻碍了导热盐对换热管的腐蚀;壳程混合气与316Ti不锈钢反应生成FeSO4、FeSO3、Fe3S4、CrS、NiCr2S4的混合物,其腐蚀机理为介质对316Ti不锈钢的硫化及氧化作用。

一种适于脉动条件的气液分离器的设计与研究

文中针对在流量脉动条件下,无罩、圆柱状、“柱+锥”状稳涡罩对气液分离器的分离性能及流场特性产生的影响,进行了数值模拟和试验研究,提出了旋流场脉动衰减程度评价指标———脉动衰减率(ηp),其值大小与脉动衰减性能成反比。研究结果显示:在流量脉动条件下,“柱+锥”状稳涡罩对于提高旋流场稳定性的能力最为显著,脉动衰减率为0.01028,分离效率最高可达95.15%;同时,运用高速摄像技术对两相流场中气核运动及变化形态进行可视化观测,掌握了基于流量脉动条件下,旋流场内气核的运移规律,并将其划分为4个阶段(断续阶段、汇聚阶段、融合阶段、最终阶段),发现“柱+锥”状稳涡罩旋流器的气核向中心轴线聚集趋势显著,形成具有向上运动形态的空气柱,对旋流场内脉动流有明显的抑制作用。

高气液比井下气液旋流分离器结构设计与性能分析

针对井下高气液比工况气液高效分离难度大的问题,提出了一种旋流-重力耦合式井下气液分离器结构。结合实验研究、数值模拟及实验设计方法,对气液分离器结构参数进行显著性分析和优化设计,建立显著性结构参数与气液分离效率间的数学关系模型,确立了结构参数的最佳匹配方案。分析了入口流量、压力及气液比对气液分离器性能的影响规律。结果表明,重力沉降与旋流分离的结合设计可以实现高气液比条件下的液相沉积,进而实现气液两相的高效分离。分离器的分离效率随着进液量升高而升高,增幅逐渐趋于平稳。随着气液比增大,分离效率呈现先增加后降低的趋势。得出该气液分离器的最佳进液量为42m^(3)/d,最佳入口压力2MPa,最佳气液比为700∶1,在最佳工况下分离效率为97%,模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。研究结果将为高气液比条件下气液分离装备研发提供新的思路和参考。

堵塞工况下水力旋流器流场特性及性能分析

为研究水力旋流器在井下出现堵塞问题而产生的流场及性能变化规律,以井下倒锥式水力旋流器为研究对象,采用数值模拟与实验相结合的研究方法,对旋流器在六种不同堵塞工况下的流场特性及分离性能进行深入分析,并提出一种流场不对称性的定量表征方法,明确其在不同堵塞工况下旋流场变化及平均偏移不对称情况。结果表明,在三条紧邻流道堵塞的工况中,切向速度及轴向速度的平均偏移不对称率均产生最大值分别为67.82%和34.99%;相对于无堵塞工况,六种不同堵塞工况的平均压降均有所上升,分离效率均有所下降,其中工况六在四条紧邻流道堵塞的工况中,平均压降最大,分离效率最小。通过实验开展不同工况下的分离性能分析,实验结果与模拟结果的平均误差为1.22%,呈现出较好的一致性,为本文数值模拟方法的准确性提供了验证。

高压下NbMoTaWV难熔高熵合金结构和力学性能的第一性原理研究

NbMoTaWV难熔高熵合金具有优异的耐高温性能,但超高压力对合金结构和力学性能的影响还不得而知。本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,在0~200 GPa的压力范围内研究了NbMoTaWV难熔高熵合金的电子结构特征,分析了压力对合金形成焓、熔点等热力学性质,以及密度、韧性、硬度、屈服强度和弹性各向同性等力学性质的影响规律,阐明了高压下高熵合金稳定性增强的微观机理。结果表明:在0~200 GPa的压力范围内合金均表现为金属性。随着压力的增大,合金中电子离域性增强,原子间相互作用力增大,相邻原子的成键能力和成键强度提高,合金稳定性增强。0~100 GPa是该合金实验研究理想的压力区间,其中,50~75 GPa压力范围内合金明显呈弹性各向同性,工况下微裂纹产生倾向低。75~100 GPa压力范围内合金硬度和屈服强度高,75 GPa下分别达到11.58 GPa和3.86 GPa,此压力区间内合金具有较出色的综合力学性能。

动态热条件下原油罐储维温过程主要影响因素分析

掌握原油罐储维温过程主要影响因素,对原油库实现节能降耗目的起重要作用。在建立动态热条件下含蜡原油罐储维温过程三维理论模型的基础上,提出了加热盘管空间结构、周向效应对罐内对流传热的影响,划分了内、外因素影响区以及过渡区域;采用多元非线性回归的方法,建立不同季节边界位置主控影响因素模型,定量表征了罐边界油温与内、外因素之间的作用机制。结果表明:罐内大涡结构受无加热盘管区域局部湍涡影响,导致大涡结构向无盘管区域发生偏移。罐底低温区域受盘管周向效应影响较大,罐顶边界油品受内外因素影响大,形成最大厚度1.79 m的外界环境影响区;罐壁受保温层影响,只形成了内部维温热流影响区;冬季罐底形成了0.13 m的外界土壤影响区。

螺杆泵转速对油水旋流分离管流场特性的影响

旋流分离器在井下采油螺杆泵作用下会发生复杂的振动现象,对旋流分离器内部流场造成一定影响。为研究螺杆泵不同转速下旋流分离器内部流场的变化规律,以同井注采工艺中螺杆泵作用下的旋流分离管柱为研究对象,针对振动壁面旋流分离管柱结构及工作特点,基于计算流体动力学方法、计算固体力学方法以及流固耦合理论,建立流固耦合力学模型;利用流固耦合分析方法,对双螺杆泵转动条件下井下旋流分离管柱内速度场、油相分布、涡量及湍动能等流场特性进行分析。分析结果表明:随着螺杆泵转速升高,分离器内切向速度和轴向速度强度逐渐减弱,径向速度的不对称性逐渐加剧,转速的周期性变化还会造成径向速度场分布的偏移;螺杆泵不同转速下旋流分离器内部涡量分布不同,随着转速升高,溢流管以及锥段部分附近相关流场的涡旋明显增强;旋流器溢流口附近油相体积分数会随着螺杆泵转速的升高而减小;不同螺杆泵转动状态下,大颗粒油滴的分布不同。所得结果可为螺杆泵井下旋流分离同井注采系统的设计及螺杆泵的转速设定提供参考。

新型螺旋式气液旋流分离器数值模拟研究

为研究气液旋流分离器的气液分离性能,解决油气产出液中潜在高含气导致泵气锁的问题。基于旋流分离理论,设计了一种新型螺旋气液分离器。在不同气液比条件下对其内部流场进行研究。研究结果表明:随着分流比的增加,旋流器的内壁面和底流口附近的含气体积分数显著降低,同时旋流器溢流压力损失逐渐增大,而底流压力损失逐渐减小,溢流压力损失增加的速率与底流压力损失减小的速率基本相同;分流比的增加使气液分离器的除气效率逐渐提高,底流含气体积分数逐渐减小。综合分析气液比分别为1∶1、1∶2、1∶5以及1∶8的4种工况,得出了其最佳溢流分流比分别为58%、39%、22%以及15%。研究结果可为高含气油井的井下气液分离装置设计提供依据,同时可为现场应用及操作提供指导。

井下旋流分离管柱的振动特性研究

为研究旋流分离管柱在注入泵和采出泵两螺杆泵抽吸条件下的振动特性,对其进行模态分析和瞬态动力响应分析。结果表明,不同工况下,旋流分离管柱的固有频率有所不同;固定注入泵一端和固定采出泵一端相比,固定采出泵一端各阶固有频率较小;螺杆泵转动引起的激振力和内部流量变化都会导致管柱变形,其中螺杆泵转动对旋流分离管柱变形影响较大;相对于固定采出泵,固定注入泵条件下旋流分离管柱产生的振动位移更大,是旋流分离管柱自身结构和注入泵转速产生更大激振力综合作用导致的结果;控制两个螺杆泵工作状态的时间差,理想情况下可以控制旋流分离管柱的总变形。