超临界CO_2喷射压裂孔内增压机理

利用计算流体力学方法模拟了超临界CO2喷射压裂过程中的孔内流场,对比和分析了超临界CO2喷射压裂与水力喷射压裂的增压效果,并研究了各参数对超临界CO2喷射压裂增压效果的影响。研究结果表明:超临界CO2喷射压裂在相同条件下具有比水力喷射压裂更强的孔内增压效果,在喷嘴压降为30 MPa时,其增压值比水力喷射压裂高2.4 MPa;超临界CO2喷射压裂的孔内增压值随着喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增大,随着套管孔径的增大而减小,且不受环空压力和超临界CO2流体温度的影响。

超高压超临界微射流技术在牛蒡菊糖提取中的应用

牛蒡根中富含菊糖,对牛蒡菊糖进行理化特性和组成分析,结果表明菊糖平均相对分子质量和聚合度较低,单糖组成含有果糖及少量的葡萄糖,具有菊糖类物质的一般特征。应用超高压超临界微射流技术开发的装置提取牛蒡根中的菊糖,运用均匀设计规划试验方案,考察提取温度、提取时间、固液质量体积比、提取压力对牛蒡菊糖提取率的影响并通过均匀设计优化试验方案,得出最佳提取条件为:固液质量体积比1 g∶20 mL,提取时间10 min,压力220 MPa,乙醇体积分数80%,得率可达92.7%。

超高压超临界撞击流技术制备破壁灵芝孢子粉

介绍了一种制备破壁灵芝孢子粉的新方法。此方法在现有撞击流技术的基础上,引入超临界流体作为撞击流技术应用的工作流体,对现有撞击流技术作了改进,使得该项技术可以应用于超高压领域。由此,提出了超高压超临界撞击流技术的概念。将此技术应用于灵芝孢子粉的破壁研究,并研制开发了一套新的实验系统,此系统具有操作简便,效率高,产品纯度高等特点。初步研究结果表明,灵芝孢子有效破壁率达75%。

近固壁微米尺度空泡溃灭的数值研究

考虑空泡表面张力、液体黏性和气体可压缩性,采用VOF多相流模型对近固壁微米尺度空泡在静止流场溃灭过程进行了数值研究.获得了近固壁空泡溃灭过程的流场细节,分析了空泡与固壁的无量纲距离γ对空泡溃灭过程动力特性的影响,并揭示了不同γ条件下的固壁空蚀破坏机理.计算结果表明:随着γ的减小,泡心向固壁移动的趋势明显,射流形成前空泡上部高压区内压力减小,空泡溃灭时间延长,最大射流速度减小.模拟结果验证了空泡溃灭将产生冲击波和高速微射流,二者均会在固壁面产生脉冲压力,其是造成壁面损伤的两种主要原因.参数γ对固壁的空蚀破坏机理有重要影响.与微射流机制相比,以冲击波机制为主的空蚀破坏更显著.微射流冲击固壁的作用半径为10μm左右,将引起固壁"点"蚀坑的出现.当γ=2.0时,冲击波扫掠壁面的范围相对较广,有效作用半径约为1 mm,其导致固壁产生较大圆形蚀坑,且中心空蚀严重.

超高压超临界微射流技术提取中药有效成分新方法

阐述了超高压超临界微射流技术提取中药有效成分的方法及基本原理,对工艺流程进行了研究,优化了装置的结构,提高了提取效率。传统的方法不能有效提取中药有效成分,并且破坏了其中大部分热敏性物质,利用效率极低,应用超高压超临界微射流技术以中药牛蒡为例对其中的有效成分进行提取效果十分明显,具有常温提取有效成分,无因受热而产生的有效成分变性,提取得率高、提取液中的杂质少、提取时间短、节能等一系列优点,在纯度与提取率相同的条件下,提取时间由原来的至少1 h缩短为10 min。

超临界流体镍基金刚石复合电铸的实验研究

介绍了超临界流体镍基金刚石复合电铸的实验方法及工艺.采用扫描电镜和显微硬度仪表征镍基金刚石复合电铸层的表面形貌和显微硬度,分析金刚石微粒的质量浓度和工作压力对复合电铸层显微硬度的影响,并与普通复合电铸层的进行时比.结果表明：超临界CO2流体独特的理化特性,可有效提高镍基金刚石复合电铸层的表面质量.工作压力为10～14MPa时,超临界CO2流体环境对金刚石微粒的分散效果良好.在工作压力10MPa,金刚石微粒50 g/L时,复合电铸层的显微硬度达到9 100 MPa.

超高压超临界撞击流实验平台

提出超高压超临界撞击流概念,应用其开发设计超高压超临界撞击流工作平台,应用缓冲罐,及连续工作原理设计了超高压连续进料装置,解决了超高压状态下的连续进料问题,分析了其结构和工作原理,将其应用于超细粉碎,乳化和萃取过程,显示其独特的优越性,在灵芝孢子的破壁实验中效果令人满意。

超临界二氧化碳射流破岩的热流固耦合机理

针对超临界二氧化碳(SC-CO_(2))射流压力和温差的协同破岩机制,建立了热流固耦合岩石应力计算模型,验证了模型的有效性,研究了SC-CO_(2)、水和氮气射流的流场和岩石应力随喷距的变化。随着喷距增加,SC-CO_(2)射流压力减小,射流温差增大;SC-CO_(2)射流压力高于氮气射流,与水射流相差不大;无因次喷距大于10时,SC-CO_(2)射流温差分别约是水和氮气射流的5倍和2.5倍以上;更大的温度应力是SC-CO_(2)射流破岩效果优于水和氮气射流的主要原因,SC-CO_(2)射流时有更大的岩石应力、有效破岩喷距和破岩面积;喷距较小时SC-CO_(2)射流压力起主要破岩作用,喷距较大时射流温差起主要破岩作用;SC-CO_(2)短时间射流下岩石表面产生拉伸和剪切破坏,长时间射流下岩石内部同时产生大面积的拉伸破坏,SC-CO_(2)射流是一种高效的体积破岩方法。

超临界CO_2发泡热塑性聚烯烃弹性体材料的研究

用超临界CO_2作为物理发泡剂,采用间歇釜式微孔发泡技术制备了热塑性聚烯烃弹性体(POE)发泡材料,应用扫描电子显微镜等测试手段探究了发泡温度及饱和压力对POE发泡材料表观结构和微观形态的影响。结果表明,发泡温度和饱和压力对材料泡孔结构和性能影响较大;当饱和压力为10 MPa、发泡温度为65℃时,所得的POE发泡材料表观密度较小、发泡倍率大,其内部泡孔密度较大,泡孔尺寸分布均匀。

超临界射流模型的构建及验证

利用计算流体动力学(CFD)软件的OpenFOAM开源程序,基于Soave-Redlich-Kwong(SRK)真实流体状态方程和压力隐式分割算法(PISO),考虑气体可压缩性对压力方程的影响,对等温压缩系数进行修正,建立适用于超临界射流的CFD模型,并采用激波管模拟实验和氮气的超临界射流实验对模型进行验证.结果表明:修正后的模型具有较高的预测精度,能够模拟实验结果.

基于OpenFOAM的超临界压力下低温射流大涡模拟

为了深入认识低温射流在超临界压力下的流动特性,将真实流体热物性模型写入开源CFD程序OpenFOAM平台中,开发出了用于模拟超临界压力下流动过程的均相求解器。针对液氮跨临界、超临界射流进行大涡模拟,研究了环境条件变化对于低温射流流动特性的影响。结果表明:采用的真实流体模型能够在广泛的温度与压力范围内准确计算流体的热物理性质,在此基础上开发的均相求解器能够准确描述超临界条件下的低温射流,其流动特性主要表现为稠密液体与环境气体之间的剪切层不稳定以及湍流混合,此类变密度射流在湍流充分发展区域同常密度射流一样具有自相似特性;超临界射流相比于跨临界射流具有更高的混合效率以及更短的液核穿透长度;环境温度升高以及环境压力降低均使得低温射流与周边气体之间的密度梯度增加,对剪切层中不稳定波动的发展起到抑制作用,导致了射流液核长度的增加以及扩张角度的减小。