井下流体抽注强制对流作用下超长重力热管地热系统取热强化增产研究

采用超长重力热管开采深部地热资源能够有效避免增强型地热系统存在的工质损耗、结垢腐蚀以及地下连通困难等问题,但重力热管地热系统取热速率受限于热储的低导热率。提出一种井下流体抽注强制对流换热方案,对井下热管与热储之间流体流动传热过程进行数值模拟,获取了流场和温度场的变化规律,对比了井下流体静止和流动情况的采热性能,分析了不同质量流量、抽注时间比、周期时长对采热性能的影响。结果表明:井内抽注流动可以显著增强热管系统的采热性能,增大抽注流量能够提高采热率;慢抽快注的方式对采热率有明显的提升效果,抽注时间比越大采热性能越好;采热总时长不变,抽注周期时长越大对采热性能提升效果越明显。

表面活性剂对水工质超长重力热管传热性能的影响

超长重力热管是近年来被提出的用于干热岩地热能开采的一种新技术。该技术方案通过工质的沸腾−冷凝相变来进行热量传输从而在地面获得地下数千米深的热量,突破了常规热管的热力输运距离。表面活性剂能降低液体的表面张力,从而改变液体工质的沸腾特性,能在一定程度上提升常规热管的热力性能,但在超长重力热管中的作用仍有待研究。本文在自行搭建的超长重力热管实验系统(L=40 m,D=7 mm)中,以不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液为工质,研究了表面活性剂的加入对超长重力热管采热性能的影响。实验发现SDS的加入降低了热管的最佳注液量。纯水工质的最佳注液率为30%(注液高度为6 m),随SDS浓度升高,最佳注液率降低至10%(注液高度为2 m)。实验还发现,SDS的影响在不同注液量条件下有很大区别:注液量较低(2 m)时,加入SDS后热管性能改善,随着SDS溶液浓度的升高,热管的采热性能提高;注液量较高(6 m)时,加入SDS后热管性能下降,随着SDS溶液浓度的增大,采热性能下降。分析热管测温点温度波动发现,加入SDS对不同注液高度工况的影响机制并不相同。注液量较低时,SDS的加入使得热管整体壁温下降,这可能和常规热管中一样,是由于沸腾相变更加剧烈,壁面润湿性提升,从而提高了热管的采热性能。但在注液量较高时,加入SDS后,温度波动幅度减小且沿高度迅速衰减,这可能是由于工质表面张力的降低,沸腾时气泡聚并减弱,热管工作时产生的间歇沸腾减弱或消失,导致超长重力热管的采热性能下降。因为间歇沸腾在一定程度上有利于降低热管注液段与外界环境的温差,减少散热。

管内蒸汽射流凝结压力波特性的小波分析

本文实验研究了蒸汽以射流形态喷射入管内流动水中,发生蒸汽-水直接接触凝结所诱导的压力波动特性。实验是在蒸汽质量流速0~500 kg.m^(-2)·s^(-1)以及管内流动水温度20~70℃的条件下进行的。通过管道壁面安装的高频压力传感器捕获凝结诱导的压力波动信号,并通过小波多分辨率工具揭示压力波在时频平面的特性规律。小波多分辨率分析及能量分析结果表明尺度4,5(对应频率f=125~250 Hz)代表了凝结压力波的主要特征信息,而其他频带的信息几乎为0。小波多分辨率幅值结果分析表明在较高频带和较低频带压力波的小波多分辨率幅值趋近于0。在尺度4,5上(对应频率.f=125~250 Hz),随着蒸汽质量流量的增大,小波多分辨率幅值先增大后减小;随着水温的升高小波多分辨率幅值逐渐增大。

TiO_2光电极表面气泡相互作用规律研究

本文对纳米棒阵列TiO_2光电极表面气泡活性成核中心及气泡间相互作用进行了实验研究,观察气泡间相互作用规律及其对光电体系的影响。实验发现在Marangoni效应作用下,反应区域电极表面附近流体形成四周流向反应区域中心的流场结构,使得反应区域中心产生的气泡对周围气泡有吸引作用,促使气泡聚并。与单气泡生长周期相比,气泡活性中心的活化作用提供了稳定的气泡来源,使气泡的生长周期变短,析气效率上升,平均过电势下降。

光电催化过程中氧气泡成核—生长—脱离特性研究

光电催化过程中的气泡动力学特性是研究气液两相流动行为的重要参数,对光电分解水的效率及反应过程中的传热、传质产生重要影响。本文针对TiO_2光电极表面析出氧气泡的动力学特性展开研究,通过独立设计的实验系统,得到了氧气泡整个演化过程的生长规律符合d∝(?)~s,气泡形成10 ms以内x为0.5～0.85,10 ms之后x≈0.33,捕捉到了气泡成核初期的图像,得到了光学手段能观察到的气泡成核时间和空间尺度,给出了激光功率和恒定偏压对气泡脱离直径的影响规律。