多孔介质单相流阻力特性

球形燃料元件与水冷堆相结合,因其突出的优势受到广泛的关注,成为新概念堆型探索方向之一.文中以水为工质,对多孔介质中Forchheimer区和湍流区下阻力压降进行研究,并将其与经典Ergun型方程的计算值进行了比较和分析.结果表明,湍流区中Ergun型方程的值与实验值出现很大偏差,但二者之间有比较相似的总体趋势.在此基础上,修正了湍流区中Ergun型方程中的常系数,得到了合理的预测模型公式.     

多孔介质地下水非达西渗流研究进展

文章简要回顾近几十年来多孔介质中,地下水非达西渗流研究方面已经取得的研究成果;对一些重要问题如非达西流的描述方程、非达西流与达西流临界点的判断标准以及介质非线性和水流非线性等问题进行了重点评述,并探讨了今后的研究方向.     

管壳式换热器壳侧湍流流动的数值模拟及实验研究

采用全三维、交错网格、全隐格式的计算方法对管壳式换热器壳侧的流动进行了数值模拟。基于各向异性多孔介质与分布阻力的概念，采用修正的κ-ε模型和壁面函数法，着重分析了管壳式换热器壳侧的湍流流动特性。数值模拟结果和冷态实验数据的对比表明：换热器壳侧的压力分布及压降的实验数据和计算结果符合良好，计算值与实验值之间的最大偏差为20％左右。采用各向异性多孔介质模型比现有文献中采用的各向同性多孔介质模型更能有效地模拟管壳式换热器壳侧的流动特性。     

柴油机微粒捕集器泡沫型滤芯上气流压降特性研究

研究了柴油机微粒捕集器泡沫型多孔介质滤芯上的气流压降特性,提出了一种预测泡沫型多孔介质滤芯气流压降的理论模型.模型将泡沫型滤芯材料复杂的内部孔隙结构简化成规则布置的球形通道,直接以滤芯材料的孔隙率和平均孔隙直径为基本参数,同时考虑了流体流过滤芯时介质骨架表面对其的摩擦阻力作用以及介质骨架在流体中的形状阻力,并给出了描述多孔介质滤芯的压降特性关系式及式中渗透率和惯性项系数的计算方法.研究结果显示,对于壁流式滤芯来说,使用达西公式来描述气流通过过滤介质时的压降具有足够的精度,而通流式滤芯必须考虑气流惯性项的影响,公式对其具有良好的适用性.该文的研究结果可以作为DPF的设计和优化提供理论依据和参考.     

螺旋折流板换热器壳侧流动的数值模拟

采用多孔介质、分布阻力模型、阶梯逼近技术对螺旋折流板换热器壳侧的流动进行了三维数值模拟,湍流方程组的求解采用了改进的k-ε模型和壁面函数法.数值模拟结果表明,在相同的进口内径及相同的进口流量条件下,螺旋折流板换热器壳侧的压降明显低于弓形折流板换热器的,且随着螺旋角的增加,压降呈减小的趋势.在小流量条件下,计算所得的换热器进出口总压降与实验值之间的偏差大部分在14%以下,最大为18%,能符合工程计算的需要.     

裂缝-孔隙型双重介质气藏开发影响分析

为了研究裂缝孔隙型双重介质气藏开发特征,建立了考虑应力敏感、气体滑脱效应和高速非达西流的裂缝孔隙型双重介质气藏渗流模型,通过数值模拟分析了不同渗流效应对气井生产的影响。结果表明,当窜流系数大于等于10^-6时,双重介质气藏与等效均质气藏的生产特征基本一致,此时可以运用分析均质气藏的方法和理论来研究双重介质气藏。气井生产早期,应力敏感对井底压降和稳产期的变化规律影响不大;气井生产中后期,应力敏感作用增强;窜流系数越小,应力敏感对井底压降的影响越早表现出来,对稳产期的影响也就越大。气井生产初期,高速非达西渗流对井底压降影响很小,气井生产中后期,高速非达西渗流对井底压降的影响增大;窜流系数越小,高速非达西渗流效应影响越早显现出来,对井底压降和稳产期的影响也就越大。裂缝孔隙型双重介质气藏虽然存在气体滑脱效应,但由于储层及井底压力相对较高,气体滑脱效应对裂缝孔隙型双重介质气藏气井生产的影响很小。     

泡沫型多孔介质中非达西流立方框架模型

该文研究泡沫型多孔介质中的流动特性，提出了一种正立方几何框架模型和相应的数理模型，模型中既考虑了固体介质表面摩擦阻力的作用，也考虑了介多丝形状阻力引起的惯性效应，得到适用于泡沫型多孔介质的非达西流关系式及主要系数的计算式。直接由结构参数即可求得泡沫材料的渗透率Ｋ及非线性Ｆ－Ｗ流动关系式中二次项系数Ｆ，其计算结果与实测值有较好的一致性。在这类多孔介质中的应用中对流动特性的理论预测具有工程实用价值。     

加压颗粒层固定床压力损失的研究

本文研究了加压条件下气流通过石英砂颗粒层的固定床床层压降模型,实验结果表明在Re<5.0的情况下,床层压降与气体速度呈线性关系,而压力对床层压降的影响可以忽略。通过实验数据对Ergun方程的无量纲系数修正,模型预测值与实验值偏差从最高60%降至8%以内,提高了该模型在实验范围内的预报精度。     

(1.中国矿业大学 电力学院,江苏 徐州221116;2.中国矿业大学 化工学院,江苏 徐州221116)

为研究流体在石墨多孔介质中的流动规律,通过水的单相饱和渗流实验,揭示了水在不同孔隙率的石墨多孔介质中的非Darcy渗流规律.实验结果表明:流动偏离达西定律,呈现非线性,可以用一元二次方程的形式拟合,而且精度较高,相关系数达0.99以上;流体在渗流过程中存在最小启动压力梯度,其大小随孔隙率的增加而急剧减小,按其大小随孔隙率的变化将石墨多孔介质分为3类:"易渗类"孔隙率约>18%,"难渗类"孔隙率约<11%,"过渡类"孔隙率在两者之间;水在石墨渗流过程中雷诺数的计算结果也表明流动为非Darcy渗流,与实验现象相一致.     

添加剂对流动沸腾压降的影响

研究了添加剂对垂直铜管内流动沸腾压降的影响。实验介质为水，所用的添加剂为分子量２５６万的聚丙烯酰胺胶乳（ＰＡＭ）及十八烷胺（ＯＤＡ）．测定了添加剂溶液流动沸腾两相流压降，并且用Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ分离流模型回归了不同添加剂浓度下的液相摩擦因子ｆ１与液相雷诺券Ｒｅｔ间的函数关系．根据回归的模型方程计算两相流压降，与实验值比较其相对误差为１５％左右，研究结果表明，在一定热通量和一定浓度范围内，加入少量添加剂ＰＡＭ可改善流体的流动，减少流动沸腾的阻力，提高单位压降的沸腾传热系数；但ＯＤＡ无明显的减阻效果。     

烧结矿余热回收竖罐内气体流态的实验研究

采用对Ergun型方程无量纲化的方法对气体通过烧结矿床层的流态进行了研究,考察气体表观流速、烧结矿颗粒直径和床层空隙率对床层内气体压力降的影响,进而探讨床层内临界颗粒雷诺数随颗粒直径的变化规律.研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大.当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径和空隙率的增大呈指数关系衰减.床层内临界颗粒雷诺数随床层几何因子的增大呈指数关系减小,且临界颗粒雷诺数实验预测公式的平均计算误差在5%以内,显示了良好的预测性能.     

基于Ergun方程的菱镁球团填充床层阻力特性实验

菱镁球团重烧竖炉内的气流流动分布较为复杂,获得料层阻力特性规律是开展竖炉内气体流动及气固换热过程研究的基础.从颗粒填充床的气体动力学出发,以Ergun方程为基础,首先系统测量了菱镁球团颗粒关键宏观特性——粒径分布、密度、球形度及空隙率;通过冷态实验修正了Ergun方程中黏性阻力系数和惯性阻力系数,获得了适用于描述菱镁球团床层阻力特性的关系式.结果表明:球形度及空隙率均随颗粒粒径的增加而增加;单位料层压降随气体流速的增加而增加,且增长趋势逐渐加剧,反之随着颗粒粒径的增加而减小.     

低渗透油藏油水两相渗流研究

用无因次分析法对低渗透岩心的实验数据进行了分析,得出新的低渗透油藏非达西渗流方程,并建立了油水两相渗流的数学模型。通过实例计算,研究了低渗透油藏中储层参数、流体特性以及开采方式等因素对注水开发效果的影响。结果表明,由于非达西渗流的影响,注水开发时容易发生指进现象,而地层倾角的增大可以削弱指进;地层原油粘度的增大会增强开采难度,而地层渗透性能的改善会使油井产能提高。因此,低渗透油藏应加密井网,强化注水以扩大生产压差,从而改善开发效果。     

光滑平行板高速非达西渗流实验研究

对于深埋隧洞,由于高地应力和高水压环境,隧洞通过较宽的裂隙就可能发生较大的突水和涌水,而此时水在裂隙中的流动是处于非线性状态,因此开展了光滑平行板高速非达西渗流实验研究.详细介绍了光滑平行板的实验装置和实验步骤,通过对实验数据整理,利用Forchheimer形式的高速非达西渗流运动方程进行曲线拟合,得到每种隙宽的非达西影响系数、渗透率和方差,最终得到本实验的非达西渗流影响系数与渗透率之间的表达式,最后分析了实验产生误差的原因.     

一种新的考虑启动压力梯度产能方程的建立

The flowing mechanism of a low permeability gas reservoir is different from a conventional gas reservoir,especially for that with higher irreducible water saturation the threshold pressure gradient exists. At present,in all the deliverability equation,the additional pressure drop caused by the threshold pressure gradient is viewed as constant,but this method has big error in the practical application. Based on the non-Darcy steady flow equation,the limited integral of the additional pressure drop is solved in this paper and it is realized that the additional pressure drop is not a constant but has something to do with production data,and a new deliverability equation is derived,with the relevant processing method for modified isochronal test data. The new deliverability equation turns out to be practical through onsite application.     

Numerical simulation on flow and heat transfer at shell-side of flat-tube heat exchangers

The fluid flow and heat transfer of the shell-side in one type of flat-tube heat exchangers(FHE) were studied through numerical simulation and experimental methods.In the numerical simulation,hot/cold air was set as working fluid,and the standard k-ε turbulence model supplemented by boundary conditions was used,and also the control volume method was used to the discrete control equations.Compared with the same type of circular-tube heat exchangers(CHE),the numerical simulation results show that the pressure drop at the shell-side of FHE decreases by 12%-20%,and heat transfer coefficient increases by about 24%.The coefficient of integral performance Nu/ζ 0.29 has an increment of 22%-34%.Under the same conditions,the experimental results of temperature and the overall pressure drop show that the deviation percentage with those of numerical simulation are less than 8% and 25%,respectively.Both results verify that the heat transfer efficiency and flow resistance characteristics of FHEs are superior to that of CHEs.