超声空化对减压渣油微观结构的影响

以超声时间为影响因素,通过实验考察不同超声作用时间对减压渣油四组分占比、动力黏度和热重分析特征点与变化趋势的影响,分析超声波作用及其作用时间对减压渣油体系的改变。结果表明:随着超声波作用时间增加,渣油中胶质质量分数先增加后减小,相比原始油样最多减小了0.64%,沥青质质量分数先减小后增加,相比原始油样最多减小了0.12%;渣油在50—70℃时黏度随着超声波作用时间增加先升高后降低,在80—100℃时渣油黏度呈降低趋势;渣油的残炭值随着超声波作用时间先增加后降低,在60 s时残炭值达到最大值27.92%,在120 s时残炭值降低至1.49%。分析发现超声波会使沥青质降解形成胶质,之后胶质又会缩合重新形成沥青质,同时其所溶解的轻组分被释放到体系中,最后表现出超声波会使渣油体系中胶质减少,饱和分、芳香分与沥青质增加的效果,从而影响黏度与残碳值的变化,进而表明特定超声时间可实现减压渣油向轻质化方向的转变。

基于超声技术的沉浸式换热器强化传热研究

针对沉浸式换热器管外强化传热的问题,采用振动壁面的方式向换热器内输入超声波,研究了超声外场对沉浸式换热器内的管外流动、空化现象以及传热强化的作用。超声作用在流体中能够产生空化现象和声流的传播。其空化作用使得邻近振动面的流体发生液气相变,在远离振子的区域发生微小气泡的膨胀,换热器管外流体区域的平均气体体积分数由未加载超声时的0.01302最大增至0.01359。声流现象使得换热器管外流体的流速具有和超声波相同的脉动变化特性,呈高低速相间分布流向换热器两侧,最低速度接近0,最高速度4.93 m·s^(-1),平均流速由0.0248 m·s^(-1)增至0.102 m·s^(-1),超声作用效果显著。在空化和声流的双重作用下,换热管外表面湍动能均值由2.090×10^(-4)m2·s-2增大至0.01847 m^(-2)·s^(-2),表明换热管外表面流体受到扰动增强,换热管外表面对流传热系数由1634.533 W·m^(-2)·K^(-1)增大至2031.069 W·m^(-2)·K^(-1),传热强化比率达24.26%。本研究对超声技术在沉浸式换热器内的应用具有重要意义。

沉浸式换热器超声强化传热影响因素

以沉浸式换热器为研究对象,通过壁面加载超声波,比较了超声波振幅、换热器入口流速和管外压力对超声波效应及强化传热效果的影响。结果表明:超声波振幅由20μm增大至35μm时,表面对流传热系数增幅由15.67%增至26.71%;管外压力由0.1MPa增大至1.0MPa时,表面对流传热系数增幅由20.95%增至48.43%;入口流速由1.0m/s降低至0.05m/s时,表面对流传热系数增幅由1.76%增至39.01%。增大超声波振幅、环境压力和减小介质流速均能增强超声波声流现象和空化效应,有效提高超声波强化传热效果;高压环境会使同振幅、同频率超声振动作用下声功率呈指数增长,高流速会降低流体介质的声能密度,两种情况都需要匹配合适的超声波以保证强化传热最佳效果。