竖直细圆管中超临界氮的对流换热研究

在内径为2mm的竖直细圆管内进行了向上流动的超临界对流换热实验。通过实验发现,质量流量、进口温度对壁面温度分布以及压降有很大影响;并讨论了换热发生增强和恶化的原因;用浮升力和热加速准则解释了其中的一些热流体现象。并基于FLUENT软件进行了数值计算,与实验结果进行比较,分析表明,数值计算预测壁面温度分布和压降有一定的适用性。

开架式气化器竖直圆管内超临界氮换热实验研究

目前国内外对液化天然气(LNG)接收站的开架式气化器中超临界天然气的流动换热实验研究非常少,本文为了研究开架式气化器中竖直管内超临界流体的流动换热特性,搭建了竖直单管超临界流体换热实验平台。以液氮代替液化天然气,研究了氮入口压力、水温和水流量等不同参数对换热的影响。结果表明:在拟临界温度以下,表面传热系数随着压力的增大逐渐减小,但拟临界温度以后,这种趋势相反;当水流量足够大时,氮出口温度取决于管外水温而不是水侧流量。最后,基于实验数据拟合出了适用于竖直圆管内超临界低温流体流动换热的半经验关联式,关联式预测值和实验值的平均绝对偏差为8.42%,可以准确预测竖直加热管中超临界氮的表面传热系数。

超临界氮在螺旋管内的流动与传热研究

采用有限元分析软件对超临界氮在螺旋管内的流动与传热进行研究,探讨了螺旋半径R、螺距P、管径d等结构特性对流动传热的影响,并对各参数灵敏度做了量化分析。结果表明,螺旋管内离心力的存在很大程度上强化了传热;螺旋管结构特性的变化对流动传热影响较大,其中管径d影响最大,螺旋半径R、螺距P次之,分析结果为今后的研究提供参考。

超临界氮射流流场数值模拟研究

常规水力压裂技术在改造干热岩储层时面临起裂压力高、封隔器坐封困难等问题。超临界氮喷射压裂技术利用流体压能与冷冲击共同作用,有望实现对干热岩储层的有效压裂。为研究超临界氮射流流场的分布规律,采用计算流体力学方法,考虑超临界氮物性变化,计算得到了超临界氮射流流场的速度、压力和温度分布,并与液氮射流、超临界CO 2射流和水射流流场进行了对比分析,同时研究了在不同压降、围压和入口温度条件下,超临界氮射流的流场特征。研究结果表明:相比于其他3种射流,超临界氮射流具有最大的喷嘴出口速度和最长的射流等速核;随着喷嘴压降的增大和超临界氮入口温度的升高,流体出口速度快速增加,等速核长度增大;围压对喷嘴出口速度影响较小,但提高围压会引起等速核长度变小。研究结果可为超临界氮喷射压裂施工参数的设计提供理论指导。

超临界氮的四参数立方型状态方程与分子动力学模拟

根据精确的压力–摩尔体积–温度(PVT)数据及其外延结果,本研究建立了超临界氮(N2)的四参数立方型状态方程。新方程最适宜的条件为273~4273 K、0~0.85 g·cm^(-3)。在此范围内,新方程的最大体积偏差在0.41%以内,平均体积偏差在0.1%以内;等温线的压力范围随着温度的上升而扩大,最大压力达2.9GPa。当密度增至1.03 g·cm^(-3)、温度增至5000 K时,体积偏差在0.6%~2.50%以内,最高压力达3.3~5.0 GPa。新方程也可近似地应用到密度为1.2 g·cm^(-3)。此时相应的温压可达5573 K、7.5 GPa。此外,本研究还用分子动力学方法模拟了超临界氮在1473~5073 K、0.3~6.0 GPa范围内的PVT性质。所得结果以及现有的高温或高密度实验数据、分子动力学和蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟数据(0.1~1.2 g·cm^(-3))均与新方程吻合得很好或较好。由新方程预测的逸度系数、剩余焓、剩余熵及其他热力学性质与参考模型的计算值均很吻合。这些结果表明新方程显著地优于现有的立方型、维里型和更复杂的地质流体状态方程。

苯甲酸在含夹带剂的超临界CO_2中溶解度的研究

采用流动法研究和测定了苯甲酸在35、50℃下,10.0—30.0MPa范围内,在纯超临界CO2和含醇系列夹带剂的超临界CO2中的溶解度。实验研究表明,醇系列夹带剂的加入均可明显增大苯甲酸的溶解度,但4种醇的增强作用随着碳链的增加而略有减弱。论述了温度、压力对溶解度的影响,并用Sovova方程对实验数据进行了回归。