微波加热煤储层的共轭传热模型

为研究微波和常规加热时煤储层内温度场的演化规律及储层瓦斯解吸量的变化规律,采用理论分析和数值模拟的试验方法,构建以岩石SEM图像为几何特征,瓦斯和煤基质块体为传热介质的共轭传热模型,对比常规加热和微波功率为1W、3W、5W和7W时温度场的演化过程.结果表明:微波加热时热量由煤储层内向外传递,传热速率是常规加热的1.5倍,且传热速率与微波功率呈对数增长关系;温度场的分布在微波电场传播方向上具有明显的阶段性和区域分布不均匀性,在距离微波端口处温度值最大,随距离增加温度值快速降低;在端口附近200μm的范围内温度的极差值是中部区域的14倍;瓦斯的吸附量随功率的增大基本呈线性递减关系.     

补白$微波加热煤储层的共轭传热模型

为研究微波和常规加热时煤储层内温度场的演化规律及储层瓦斯解吸量的变化规律,采用理论分析和数值模拟的试验方法,构建了以岩石SEM图像为几何特征,瓦斯和煤基质块体为传热介质的共轭传热模型,对比了常规加热和微波功率为1W 3W 5W 7W时温度场的演化过程.结果表明:微波加热时热量由煤储层内向外传递,传热速率是常规加热的1.5倍,且传热速率与微波功率呈对数增长关系;温度场的分布在微波电场传播方向上具有明显的阶段性和区域分布不均匀性,在距离微波端口处温度值最大,随距离增加温度值快速降低;在端口附近200 um的范围内温度的极差值是中部区域的14倍;瓦斯的吸附量随功率的增大基本呈线性递减关系.     

微波加热提高有机粘结剂铁矿球团的强度

对微波功率、加热时间、反应温度对预热球团强度的影响进行研究,并将微波加热与传统管炉加热进行对比.研究结果表明:有机粘结剂铁矿球团对微波具有良好的吸收性能,当微波功率为2.5kW,球团质量为0.4kg时,球团平均升温速率为76.1℃/min:微波加热能明显提高预热球团抗压强度;在微波功率为2.5 kW,加热时间为8 min,球团终点温度为830℃时,预热球团抗压强度为454 N/个;当加热时间为11 min,球团终点温度上升至1 000℃时,预热球团抗压强度为1 038 N/个;采用微波加热,预热球团内部矿物结构较均匀、紧密,细粒磁铁矿氧化成赤铁矿,并在大颗粒之间连接成片,球团强度明显提高.     

微波照射后花岗岩损伤机理试验

在不同微波照射参数下,对干燥花岗岩试件进行了微波照射。通过热成像仪、超声波检测和巴西圆盘劈裂试验,以纵波波速、抗拉强度、相对动弹性模量及损伤变量作为定量指标,衡量微波照射对岩石损伤效应的影响。研究结果表明:微波照射功率的增加,对花岗岩纵波波速、抗拉强度下降幅度的影响明显,远高于微波照射时间变化对其的影响。高功率下,花岗岩升温幅度快,温度变化梯度较大,更易产生破坏。升温速率随微波照射时间的增长由快转慢,但功率的增加使升温速率由慢转快。达到相同温度时,高功率照射时间仅为低功率照射时间的一半,甚至更少。当功率为6 kW时,各时间的损伤值开始大幅提升,最高可达到72%。以损伤变量变化率最大的时间点作为花岗岩优化时间的参考点,得出本次试验照射时间为2～4 min。     

微波场中活性炭升温行为的影响因素研究

吸附法脱硫技术中的一个关键问题是活性炭的再生.微波作为一种新型的热处理技术,具有作用时间短、加热均匀和再生成本低等优点。本文从理论和实验两个层面研究了微波场中活性炭升温的主要影响因素。结果表明,活性炭的升温速率和温度最大值随微波输入功率增大而增大,随载气量增加而减小,而与活性炭质量关系不甚密切,实验结果与理论推导基本吻合。     

微波辐射用于处理和开采岩石的研究进展

微波辐射具有加热速度快、选择性加热、体积式加热、易于控制、高效、安全等特点。针对目前岩石破碎高成本高能耗、煤层气和油页岩无法高效开发等缺点,本文详细介绍和评述了微波辐射在处理和开采岩石中的应用。分析表明,微波辐射可以在岩石内部诱导产生热应力,进一步产生和延伸岩石内部的裂缝,从而达到预处理岩石和煤岩的作用;微波对煤岩有脱硫的作用;还可以加热煤层气和油页岩,帮助煤层气解析和油页岩的热解,从而对两种非常规油气资源进行原位开采。总结认为,精确描述不同岩石的介电特性、优化微波辐射的功率和时间、计算机数值模型考虑化学反应的影响、研发大规模微波发生器下入井下是今后的发展方向。     

含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性

采用微波加热法避免传统加热方式带来的粉状物料传热传质不均匀的现象. 利用微波冶金炉,针对含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性进行了研究. 结果表明,含碳铬铁矿粉在频率2.450 GHz的微波场中具有良好的升温特性. 在微波加热功率10 kW、含碳铬铁矿粉1 kg的条件下,含碳铬铁矿粉在7 min内温度可升至1 100 ℃,升温速率为157.1 ℃·min-1;而含碳磁铁矿粉在10 min内温度升至1 000 ℃,升温速率仅为100 ℃·min-1. 提高配碳比,可提高含碳铬铁矿粉的升温速率和降低轻烧钙质石灰粉对物料升温速率的影响.     

微波场中锰矿粉碳热还原反应研究

采用微波加热和常规加热对锰矿粉的碳热还原反应进行了研究.利用热重分析仪研究温度、粒度和碳氧原子摩尔数比等因素对微波场中锰矿粉碳热还原反应速率的影响,并通过拟合得到碳热还原反应过程动力学方程,进而得到微波加热相对于常规加热碳热还原的速率增加因子Q.实验结果表明:在微波加热时,随着碳氧原子摩尔数比的升高,物料升温速率随之提高;同时,反应前期升温速率较大,随着反应的进行,升温速率逐渐降低.提高碳氧原子摩尔数比和温度,微波加热碳热还原反应速率加快.减小粒度可以提高反应速率,但当粒度减小到150目时,进一步减小粒度后,反应速率不会有明显的提高.相同的温度和保温时间下,微波加热失重率远大于常规加热,微波加热的促进作用在低温和低温反应后期更为显著.     

热流固耦合作用下滑脱效应对煤岩低温渗透性的影响

【目的】增加煤储层渗透性是提高煤层气采收率的关键技术,原位注热开采是强化煤层气开采的有效方法。【方法】为了探索热流固耦合作用下煤储层渗透率的变化规律,进行了不同埋深不同温度无烟煤渗流试验,并对结果进行理论分析研究。【结果】1）三维有效应力作用下,无烟煤渗透率随温度和孔隙压力的变化呈“V”形,具有明显的回弹现象,随埋深的增加而减小。当孔隙压力小于临界孔隙压力,温度小于70℃时,煤体渗透性主要取决于滑脱效应。当孔隙压力大于临界孔隙压力,温度大于70℃时渗透性主要取决于热膨胀和孔隙压力对裂隙的张开程度,热刺激对渗透率的影响远大于孔隙压力。2）临界孔隙压力介于1～1.5 MPa之间,滑脱效应随温度的升高对渗透率的影响在逐渐减小,而且影响减小的梯度随埋深的增加而增大。3）裂隙张开度系数随温度升高和埋深增加而增加,但温度越高,不同埋深下渗透性对孔隙压力作用的敏感程度变化越小。【结论】这些研究结果进一步丰富了原位注热开采煤层气理论,并对煤层气的强化增渗开采提供有价值的参考数据。     

微波场中铵盐浸出钢渣体系的升温行为

采用微波对铵盐浸出钢渣体系进行加热,研究铵盐种类、浓度、固液比、微波功率等对微波场中浸出体系的升温行为的影响。结果表明,随着微波功率的增加,去离子水达到沸腾温度所需的加热时间越短,表观升温速率提高。去离子水、自来水、NH4Cl溶液和NH4Ac溶液均具有良好的吸波特性,在微波功率为420 W时,升温速率由大到小顺序依次为:自来水去离子水NH4Ac溶液NH4Cl溶液。浓度对于氯化铵溶液在微波场中的升温行为影响并不显著,而随着氯化铵溶液体积的增加,其表观升温速率减小。在微波场中,转炉钢渣、电炉不锈钢渣和电炉普碳钢渣吸波能力较强,从大到小依次为:转炉钢渣普碳钢渣不锈钢渣。固液比对含转炉钢渣的氯化铵浸出体系在微波场中的升温行为无明显影响,但在固液比为1g∶20mL的条件下,转炉渣与NH4Cl溶液形成的浸出体系在微波场中的表观升温速率低于去离子水和醋酸铵浸出体系。     

含瓦斯煤层注热温度场的数值模拟

为验证煤层气注热开采的合理性,在实验室进行了考虑温度条件下煤层气的解吸渗流实验,实验结果表明,煤体在升温情况下煤层气解吸渗流量增加,注热开采煤层气具有合理性.根据实验结论,建立了含瓦斯煤层注热传热过程的数学模型,利用ANSYS软件进行了含瓦斯煤层注热温度场的数值模拟.数值模拟结果表明,注蒸汽后煤层的温度梯度改变,热量在井筒径向具有一定的热扩散位移.在热扩散范围内,煤层气更容易发生脱附解吸,有利于煤层气的产出.     

微波辅助条件下单分散球形TiO2的制备

以微波作为热源,在正丙醇与水的混合溶剂体系中水解制备粒径分布窄、分散性好的球形TiO2。主要对前驱物浓度、微波功率、微波加热方式及溶液的pH值等对制备颗粒的影响作用进行实验研究,结果表明在正丙醇与水体积比为1∶1的条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂、在较短的微波加热时间内可制得粒径分布窄、分散性好的高质量球形TiO2颗粒;颗粒粒度大小及粒径分布受微波加热方式、前驱物浓度及pH值的影响较大,而微波加热功率相对其他因素来说影响较小。     

钒钛磁铁矿微波助磨实验

针对我国复杂难处理钒钛磁铁矿资源特点,研究了微波加热对钒钛磁铁矿磨矿性能的影响,揭示了钒钛磁铁矿在微波作用下选择性破碎与界面破碎特性.结果表明:微波场中,矿石的温度随着矿石粒度的增大而增加,且微波功率对矿石升温性能的影响最显著;X射线衍射分析与SEM分析表明,微波预处理后矿石内部会产生大量的晶界裂纹,使更多的单体矿物解离出来;在微波功率为4 k W、加热时间100 s后的磨矿产物中,小于0.074 mm粒级的质量分数由原矿的72%提高到95%.     

玉米淀粉和糯玉米淀粉的微波糊化特性研究

以玉米淀粉和糯玉米淀粉为原料,采用微波加热制备玉米淀粉糊,并与水浴加热制备的淀粉糊相比较,以碘兰值和酶解力为指标,研究了微波法对淀粉糊化特性的影响.研究结果表明,糊化过程中水浴法和微波法糊化淀粉的碘兰值和酶解力均随糊化时间的延长逐渐上升,其中微波糊化淀粉的速度比水浴快,但微波加热玉米淀粉糊的碘兰值和酶解力比水浴加热低.     

淮南煤田煤体结构分布特征及其控制因素探讨

煤体结构是影响煤层气渗透性的重要因素，查明煤体结构分布规律对于煤层气开发意义重大。通过综合分析煤层观测、勘探和开采资料，将煤体结构分为块煤、碎块煤和粉沫煤3种类型。初步查明了淮南煤田的煤体结构分布特征，并对其控制因素进行了探讨。结果表明，该区煤体结构以碎块煤和粉沫煤为主，块煤分布较少，煤体结构分布主要受到褶皱和断层等煤田构造因素的直接控制。     

功率超声致煤层瓦斯升温机理

为了分析功率超声对煤层瓦斯抽放率的影响,基于线性超声学原理,推导了功率超声在煤层瓦斯中传播的吸收致能量损耗公式及热传导诱发的能量损耗公式,并进而推导了功率超声下煤层瓦斯升温计算公式.利用试验资料研究了煤体升温对瓦斯吸附/解吸的影响,在瓦斯吸附量.温度的拟合关系式基础上,建立了功率超声诱发煤层瓦斯升温致瓦斯解吸量的计算公式.研究表明,功率超声致煤层瓦斯升温作用能提高煤层瓦斯的解吸率和抽放率.     

大尺寸热压烧结炉温度场动态分布的有限元法研究

为研究陶瓷在热压烧结炉内温度场的动态分布规律,选用直径400 mm sialon陶瓷为研究对象,采用有限元辐射计算方法研究了加热速率、压头端面温度、隔热套筒高度对热压炉内温度场分布的影响.结果表明:在加热初始阶段,试样心部与边缘的温差随升温速率提高而增大,而在加热后期,随着升温时间增加,试样心部与边缘的温差逐渐减小,并稳定在17℃;样品区达到稳定温度所需时间随升温速率增加而减小;增大隔热套筒与模具之间的距离、增加石墨垫块与水冷压头之间的热阻均有利于提高样品区温度场的均匀性;样品区温度随其距中心距离增加而增大,并沿径向呈抛物线形分布.     

煤体渗透率随温度和应力变化的实验研究

针对温度、应力共同影响下的煤体甲烷渗透率变化规律仍然存在矛盾认识这一问题,采用实验和理论分析的方法,进行了不同温度、不同应力条件下的煤体甲烷渗流实验,分析了二者不同组合条件下的煤体渗透率变化机理。实验结果表明,渗透率随温度的升高呈现两种不同的变化规律,即在高应力条件下,渗透率随温度的升高而降低;在低应力条件下,煤体渗透率随温度的升高而升高。研究认为,温度与应力对渗透率有不同的影响机制,外围应力仅对煤孔隙有压缩效应,而在不同外围应力条件下,温度对煤基质具有外膨胀和内膨胀两种影响效应,进而使渗透率呈现不同的变化规律。这一发现对预测煤层气高渗区具有理论指导意义和应用价值。     

微波加热对无水乙醇表面张力的影响

采用毛细管上升法,针对微波作用对极性液体物理性质的影响,比较在微波加热和传统加热下无水乙醇表面张力随温度变化的不同.研究结果表明,在同一温度条件下,微波加热无水乙醇的表面张力高于传统加热无水乙醇的表面张力.微波增强表面张力的现象为微波非热效应提供直接证据,也为超温沸腾现象给出合理的解释.     

基于红外热成像的微波场中液体加热特性研究

根据红外热成像原理,提出了基于红外热成像的微波加热特性研究方法.以乙醇、食盐水、蒸馏水为实验材料,分别研究不同微波输出功率和不同液体对微波吸收功率和微波穿透深度特性的影响.实验结果表明,微波输出功率和液体的介质损耗值越大,液体的微波吸收功率越大,液体的微波穿透深度与液体的介电性质有关,与微波输出功率无关.所提出的方法得到的结论与理论计算一致,可用于对不同液体的微波吸收功率和微波穿透深度特性的对比,为微波加热特性和高效利用微波能提供了新的研究方法.