液态泡沫铝合金泡孔长大与析液过程的数值模拟

建立了一个描述液态泡沫铝合金中气泡分布随时间变化的数学模型,其中同时考虑了气泡间气体扩散和析液过程的影响,即耦合求解泡沫尺寸分布方程和一维析液方程,从而得出泡沫中气泡孔径分布随时间的变化规律.通过与液态铝泡沫试验结果的对比验证了该模型的正确性.计算结果表明泡径随时间以指数规律增长,这与MacPherson等人新近的理论结果相符合.研究了初始液体体积分数、表面张力、亨利常数、扩散率等因素对泡沫尺寸分布演化的影响.结果表明:表面张力越大、亨利常数越大,泡沫尺寸演化过程越剧烈.     

泡沫铝合金析液与凝固过程数值模拟研究

通过对析液方程和能量守恒方程的耦合,建立了吹气法生产泡沫铝过程中泡沫铝合金析液与凝固过程的一个数学模型,计算了铝合金体积分数和温度在泡沫铝合金凝固过程中随时间、空间的变化.从数值模拟角度对粘度、表面张力和重力加速度等参数对凝固过程的影响进行了定量分析,模拟结果表明:在干泡沫凝固过程中,析液过程和凝固过程是相互作用的,凝固时间以及凝固后固体体积分数的分布与熔体泡沫析液现象有直接关系,熔体物性参数和生产环境对凝固时间和泡沫的孔隙率有较大影响.     

煤矿井下液体阻化泡沫阻燃及发泡性能

为解决采空区内液体阻化剂易从岩石缝流失的问题,通过正交试验、对比试验及热重分析,研究新型液体阻化泡沫的发泡性能和阻化性能.结果表明:当AES、MPS、CMC、MgCl_2质量分数分别为0.5%、0.2%、0.1%、5%时,阻化泡沫综合性能最佳.随着AES或CMC质量分数增大,发泡倍数先增加后减小,泡沫稳定性和保水性降低;随着MPS质量分数增大,发泡倍数降低,析液半衰期和保水性先增加后减小;随着MgCl_2质量分数增加,发泡倍数和析液半衰期先增大后减小,保水性增强;阻化泡沫的阻化效果较好.     

单条Plateau边界中微流动分析及其在液态泡沫铝析液研究中的应用

为得到液态泡沫铝的宏观孔隙率分布,提出基于平均速度的泡沫析液模型.从单条Plateau边界上气液界面的流动特征入手,利用格子-Boltzmann方法(LBM)计算plateau边界内部速度分布并将其应用于整体泡沫的析液过程.结果表明:在相同条件下,泡沫体内固壁处plateau边界内平均速度约为内部plateau边界的6～8倍,解释了不同容器内泡沫体析液速率差异的原因.本文模型计算结果与经典析液模型以及实验结果较吻合,证明了模型的可适用性.     

泡沫-聚合物复合体系性能及长期稳定性评价

针对稳泡剂对泡沫体系XHY-4作用,开展了复合泡沫体系性能及长期稳定性评价实验。实验结果表明,当XHY-4有效浓度为0.15%、稳泡剂HPAM浓度1 200 mg/L时,复合泡沫体系较单一泡沫体系的发泡能力没有明显变化;但稳定性有很大提高,析液半衰期和泡沫半衰期增幅分别为119%和131%,并且随温度和矿化度的增大,泡沫稳定性降低;复合泡沫体系的稳定性与稳泡剂HPAM视黏度随老化时间变化具有相关性,均表现为随老化时间的增加,先呈缓慢下降趋势再大幅减少;第30 d和第60 d稳泡剂HPAM的黏度保留率分别为70%和16.6%;而较未老化时的析液半衰期分别下降23.4%和30.6%,泡沫半衰期分别下降9.52%和42.4%。驱油实验结果表明复合泡沫体系较单一泡沫体系更能够提高采收率,其增加幅度达5.43%;但复合泡沫体系提高采收率幅度随老化时间的增加而减小。     

NaBH_4水解制氢泡沫镍载钌催化剂

研究了泡沫镍载钌催化剂制备过程中,RuCl3溶液浓度、pH值和浸渍时间对催化剂性能的影响,以及反应放热与体系温度之间的关系.结果表明,当0.2 g泡沫镍在浓度为0.025 mol.L-1、pH值为5～7的RuCl3溶液中浸渍25 h后,制备出的催化剂在质量分数15%NaBH4、3%NaOH溶液中的平均制氢速率可达到600 mL.min-1.用该催化剂在20 mL NaBH4碱性溶液中使用时,水解放出的热量可使反应体系温度达到80℃.     

单甘油脂类泡沫的稳定机理

对单甘油脂类表面活性剂单硬脂酸甘油酯(GMS)及单月桂酸甘油酯(GML)的发泡性能及泡沫稳定性进行研究,同时用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及α-烯基磺酸钠(AOS)做对比实验.采用黏度仪和偏光显微镜分析溶液及泡沫相态的流变行为和微观结构,来探讨发泡性能及泡沫稳定性机理.结果显示,溶液浓度是主要影响因素,当ω(GMS)为0.1%～10%时,发泡体积存在一个最大值,在同一浓度时其泡沫稳定时间长于GML.当ω(GMS)达到4%时,其泡沫半衰期达到20 d以上.比较微观结构发现,溶液中超过临界胶束浓度(CMC)后形成的聚集体(层状液晶)具有减缓排液速率、增强Gibbs-Marangoni效应及使泡沫粒径均一化等特性,共同作用增加了泡沫稳定性.     

鼠李糖脂发酵泡沫时空规律解析

鼠李糖脂发酵过程中的泡沫控制是其商业化生产的关键技术.对鼠李糖脂发酵过程中的反应器内泡沫生成规律进行了考察,实验结果表明：发酵过程中泡沫量总体呈现为前期快速增加,达最大速率后逐渐减小,最后趋于稳定;发酵中前期单个气泡的体积大,是导致该时期泡沫量较大的重要原因.此外,细胞、蛋白等其他物质对鼠李糖脂发酵泡沫具有较显著的叠加效应,可使发酵液的起泡能力提升约1.15倍.泡沫液膜中的鼠李糖脂可使液膜具有更高的强度,泡沫稳定性时长可达82.5 min,起到了稳定气泡的作用.     

GRF-CO_2清洁泡沫压裂液流变特性实验研究

基于管式流变仪原理,使用大型高温高压泡沫压裂液实验系统,对GRF体系的CO2清洁泡沫压裂液流变特性进行了详细的实验研究,研究了其流变特性受温度、泡沫质量、剪切速率和压力影响的规律,得出了压裂液流变参数的计算关联式,GRF-CO2清洁泡沫压裂液流变指数、流变系数的计算关联式平均误差均小于10%,能够满足实际工程需要。     

环氧树脂乳液泡沫制备及固砂性能研究

为了克服化学防砂中存在的缺陷,改善其应用效果,开展了环氧树脂乳液泡沫固砂性能的研究.以环氧树脂、自制乳化剂为原料,采用相反转法,合成了具有较低黏度的环氧树脂水乳液.将合成的乳液稀释与起泡剂、稳泡剂混合搅拌可得到稳定性良好的泡沫.实验表明,在室温下质量分数50%乳液中,当起泡剂与稳定剂用量分别为乳液质量的0.4%、3.0%时,起泡体积倍数大于4,半衰期可达到29 h以上.通过室内模拟固砂实验发现,采用环氧树脂乳化泡沫固砂,所固结岩心强度高,渗透性好,抗压强度可达5 MPa,可以为非均质油藏或水平井的防砂提供一种有效的手段.     

Modification and investigation of silica particles as a foam stabilizer

As a solid foam stabilizer, spherical silica particles with diameters ranging from 150 to 190 nm were prepared via an improved Stöber method and were subsequently modified using three different silane coupling agents to attain the optimum surface hydrophobicity of the particles. Fourier transform infrared (FTIR) spectra and the measured contact angles were used to characterize the surface properties of the prepared particles. The foam stability was investigated by the foam drainage half-life and the expansion viscoelastic modulus of the liquid film. The results demonstrate that all of the modified silica nanoparticles effectively improve the foam stability. The surface hydrophobicity of the modified particles is found to be a key factor influencing the foam stability. The optimum contact angle of the particles lies in the approximate range from 50° to 55°. The modifier molecular structure used can also influence the stabilizing foam property of the solid particles. The foam system stabilized by (CH₃)₂SiCl₂-modified silica particles exhibits the highest stability; its drainage half-life at maximum increases by 27% compared to that of the blank foam system and is substantially greater than those of the foam systems stabilized by KH570- and KH550-modified particles.     

高压下泡沫性能参数的研究

针对华北油田河间东营油藏温度,开展了SD起泡剂高温高压空气泡沫性能评价实验。研究结果表明,在10 MPa压力下,有效物浓度为0.08%时,起泡剂性能最佳,起泡体积达1 972 mL,泡沫半衰期为2 422 s。不同压力下对有效物浓度为0.08%的SD起泡剂进行评价。结果表明高压下泡沫性能有所提高,空气泡沫起泡体积和泡沫半衰期的增长幅度分别为8.45%和55.56%。通过对SD、OP起泡剂在可视化条件下实验,测得SD、OP泡径约为4.714×10-4m,这与经验公式计算得到的数值相近。     

矿井密闭巷道内瓦斯排放的数学模型

 矿井密闭巷道的瓦斯排放属于矿井通风管理中重要的非正常作业,应对瓦斯排放的过程进行详细的设计以保证排放过程的安全。在瓦斯排放速度不变的条件下,假设巷道内瓦斯与新鲜风流瞬间充分混合,则巷道瓦斯浓度在排放过程中均匀变化。在与传统瓦斯排放方法比较的基础上,建立一种新的瓦斯排放数学模型。该模型推导了巷道内瓦斯浓度与排放速度、排放时间和全负压通风量等参、变量之间的依赖关系。通过计算在排放过程中的危险时间长度及排放风险,得出危险排放时间与初始浓度无关、排放风险与排放率无关的重要结论。最后通过一个瓦斯排放算例,证明了该数学模型的优越性。     

Experimental study on fire extinguishing with a newly prepared multi-component compressed air foam

A multi-component compressed air foam system (MCAFS) was developed with newly prepared multi-component foaming agents. Extinguishing of wood crib and oil pool fires was performed under different conditions, such as foam concentration, mixing chamber forepart structure and working pressure. It was found that the foam concentration had sufficient effects on fire extinguishing efficiency, and an optimized concentration value exists. For instance, for diesel oil pool fires, this value is about 2.2% while it is about 4.0% for wood crib fires. The results also show that the system with a coaxial mixing chamber has greater efficiency than a T-shape. The effects of working pressure on fire extinguishing are evident in experiments, i.e., the higher the working pressure is, the more readily the fire is extinguished. Supported by the Natural Science Foundation of China (Grant No. 50774072), National Key Technology R&D Program (No. 2006BAK06B07) and Program for New Century Excellent Talents in University (No. NECT-07-0794)     

A drainage-enhancing device for foam fractionation of proteins

The foam fractionation of nisin from its fermentation broth was studied.Two types of devices consisting of a rubber piston and a foam riser were developed to enhance foam drainage.The separation performance of these two devices was investigated.Experimental results indicated that the second device could significantly reduce the liquid fraction of the foam leaving the column,εout,leading to a higher enrichment of the out-flow stream.As its mounting height increased from 0 to 15 cm,εout declined from 7.07‰ to...     

驱油用抗温空气泡沫体系研究

空气泡沫驱技术全面的驱油机理与独特的气源优势令其发展应用前景广泛。为保证该技术在高温油藏的成功应用,开展了抗温空气泡沫体系的相关研究。通过在温度110 ℃、地层水矿化度6  104 mg/L 条件下,对10 种耐温表面活性剂起泡体积和析液半衰期的考察,筛选出高温泡沫性能良好的阴非离子表面活性剂LS。模拟油藏条件对LS 的泡沫性能进行了评价,结果表明,LS 在高压密闭条件下能形成比常压下更丰富的泡沫,且多孔介质的持续剪切、空气的持续供给有利于产生丰富的泡沫。向LS 中添加浓度0.1% 以上的稳泡剂WP,可明显提高其析液半衰期;将0.2%LS+0.1%WP 的泡沫体系在110 ℃、6  104 mg/L 下老化90 d,析液半衰期仅缩短20%,与大港官80 油田原油的界面张力保持在10􀀀2 mN/m。同时,空气泡沫体系原油乳化分散性能良好,且能实现油水的彻底分离。     

基于等温活塞换热的空气压缩方法

考虑到使用绝热压缩进行压缩空气储能系统过程中,大量的电力转为热量被耗散,提出了一种利用等温活塞吸收压缩空气中的热量,并把热量排出到缸体底部的液体中的方法,建立了等温活塞传热的无因次化数学模型.提出了影响等温活塞换热的量纲一系数K_a和X_u,分析了量纲一系数对等温活塞压缩系统的影响.采用泡沫铝作为构成等温活塞的材料进行了实例计算,结果表明压缩比为7、转速为1 200 r/min时,压缩效率可提高11%.      

多孔介质内泡沫稳定性定量评价实验

为了克服常规泡沫稳定性评价方法难以模拟高温高压多孔介质环境的不足,基于激光探测技术,根据激光透过不同衰变阶段泡沫时的透射性能差异,首次提出了一种高温高压条件下定量评价多孔介质内泡沫稳定性的实验方法。此外,为验证激光法评价结果的准确性,同时开展了泡沫粒径微观可视化实验,研究了压力、温度、多孔介质对泡沫稳定性的影响及其机理。研究发现,相同条件下,较无多孔介质,泡沫在多孔介质中的稳定性更好,且在高压条件下,多孔介质更有利于稳泡。原因是压力升高,孔隙受压缩其水力半径减小,空气与表活剂疏水链的分子间作用力增强,二者均会导致泡沫粒径减小,稳定性增强;升高同样温度,多孔介质中泡沫稳定性下降的幅度更大。是由于多孔介质中的固态颗粒导热系数比纯泡沫更高,单位时间内辐射出的热量更多,加剧了气泡膨胀及液膜排液,使泡沫粒径增大,稳定性降低。     

空气与泡沫剂注入量的坐标图设计法

空气泡沫钻进技术已广泛地应用于地质钻探,作为冲洗冷却介质的泡沫,总量是可变的,其组分压缩空气与泡沫剂的比率也是可变的,总量和组分比率的可变性导致空气和泡沫剂的注入量很难按要求控制.采用坐标图设计法,将两种变量限定,直观显示出空气和泡沫剂的注入量范围,从而达到方便控制空气、泡沫剂注入量的目的,有效解决了钻探问题.