运行条件对自然通风湿式冷却塔性能影响的实验研究

为研究得到湿式冷却塔最佳运行工况,搭建了自然通风湿式冷却塔实验系统。在保证结构参数不变的情况下,通过改变循环水进塔水温、循环水流量、环境大气干球温度、相对湿度等因素,研究得到不同运行条件下冷却塔性能的变化规律,并对其分析优化,从而取得高性能的运行工况。研究结果表明:在设定工况下,循环水流量对冷却性能几乎没有影响;循环水进塔温度高有利于增大冷却温差和冷却效率,但超过某特定值冷却效率趋于平缓;提高环境空气干球温度冷却温差和冷却效率逐渐减小,且进塔水温越高,环境干球温度的影响越大;空气相对湿度增大将导致冷却性能和冷却效率显著下降;随着侧风风速的增大,冷却性能先减小后增大,存在临界风速值。     

周向角和直径比对切向双旋流冷却流动与传热特性的作用机理

考虑到当前对透平叶片前缘双旋流冷却结构的流动与传热机理认识不足,建立了合理的切向双旋流冷却结构模型,采用雷诺时均Navier-Stokes方程求解SSTk-ω湍流模型,数值分析了周向角为60°～120°、直径比为0.435～1.2时双旋流腔内的流动和传热特性。计算结果表明:与单旋流冷却相比,冷气在双旋流腔内形成相反涡对,在融合区出现冲击和再附现象,使综合换热性能更好。随着周向角增大,旋流腔壁面的努塞尔数先增大后减小,而摩擦系数呈现相反的变化趋势,评估得到周向角为90°时的综合换热因子最高,可以达到1.49;当直径比为0.6时,综合换热因子可达到1.52,当直径比小于0.6时,综合换热性能几乎不受直径比影响,而直径比大于0.6时,综合换热性能随直径比增大而减小,尤其在直径比大于1时急剧下降。     

抽锭电渣重熔大截面高速钢过程的碳化物偏析控制

采用抽锭式双极串联电渣重熔工艺并对抽出结晶器的钢锭进行二次气雾冷却的方法实现高速钢的快速凝固,以期实现对大截面高速钢碳化物偏析的控制;通过钨粉检测熔池结构、评估高速钢碳化物质量等手段研究该工艺对碳化物偏析的改善效果;通过数值模拟分析二次气雾冷却对电渣重熔过程温度场的影响。研究结果表明:双极串联式抽锭电渣二次气雾冷却方法可以明显降低电渣重熔过程的熔池深度,减小金属熔池的结晶角;有效地减小高速钢碳化物的不均匀度和碳化物颗粒度,在相同锻压工艺条件下的碳化物合格率明显提高。     

基于有限元法的振动时效数值模拟与分析

利用有限元分析软件ANSYS,模拟了圆管对接焊件的焊接过程,得到了焊件的残余应力场,在合理确定了振动时效工艺参数基础上,对焊件扭转振动方式的振动时效过程进行了数值模拟,分析和探讨了扭转振动方式的振动时效对消除残余应力效果的影响.模拟结果表明:在合理的振动时效工艺参数条件下,扭转振动方式的振动时效能有效减小和均化残余应力,残余应力的减小和均化效果随激振力的增大而增大.     

球墨铸铁石墨形态及其分布对性能的影响研究

采用3种不同球化工艺制备成分相当的球墨铸铁试样,考察不同试样球状石墨形态、分布和性能,利用神经网络计算,建立石墨组织结构与性能的模型,揭示石墨组织结构不同参数对其性能影响的权重比率。研究结果表明3组不同球化工艺球状石墨直径分布均呈近正态分布。传统的QT-CFM工艺,石墨球化率最低,石墨直径较大,分布不均匀,其低温冲击性能差;QT-CWM工艺制备的石墨球硬度和强度有小幅度下降,但其低温冲击韧性有大幅度地提高。QT-TCM工艺石墨结构参数以及性能介于QT-CFM工艺和QT-CWM工艺之间。神经网络计算模型表明:球化率对性能的影响的权重比率最大,其次为石墨球的直径分布和石墨数量,再次为石墨球的平均直径。     

带造型凹坑孔的平板气膜冷却特性研究

设计了一种造型凹坑冷却孔结构,采用数值求解雷诺平均Navier-Stokes方程的方法,研究了造型凹坑孔结构对平板气膜冷却性能的影响,并利用已有的实验数据考核了数值方法的有效性。通过计算得到了6种吹风比、3种凹坑深度条件下带造型凹坑孔的平板气膜冷却性能,并与常规圆孔进行了对比。研究结果表明:在考核的7种湍流模型中,Realizable k-ε湍流模型可以较好地模拟平板壁面的冷却性能;造型凹坑孔可以产生一对阻碍肾形涡发展的反向旋涡,降低冷却流体与高温主流的掺混作用,增加冷却流体在周向上的覆盖,从而提高气膜冷却效率;相比于常规圆孔结构,造型凹坑孔可以有效地提高轴向中心线及周向平均气膜冷却效率,在不同吹风比条件下,造型凹坑孔的气膜冷却效率在轴向长度为3倍孔径的区域提高了20%～200%,在3倍到10倍孔径的区域提高了10%～25%;在所研究的3种凹坑深度中,凹坑深度为圆孔直径的0.7倍时平板气膜冷却性能最优。     

涡发生器高度对气膜冷却性能影响的实验研究

为了研究涡发生器高度对气膜冷却性能影响的规律,搭建了气膜冷却实验台,利用热电偶测温获得气膜有效度,采用粒子成像测速(PIV)技术拍摄了流场结构。实验中采用20°单孔射流结构,在主流湍流度为0.4%、吹风比M=1.5的条件下,完成了5种不同高度涡发生器的气膜冷却效果以及流场结构的测量。气膜有效度的测量结果表明,涡发生器能显著提高气膜冷却性能,其高度对气膜冷却性能的影响显著,该影响随着高度的增加先增大后减小,最优高度下平均气膜有效度相对不带涡发生器情况提高了81%。结合PIV流场结果分析可知:反肾形涡对将冷气卷向壁面是涡发生器提高气膜冷却性能的根本原因,但涡发生器高度过低时产生的反肾形涡对强度较弱,不能有效地将射流牵引至壁面;当涡发生器高度过高时则会穿透射流,将部分主流卷入到反肾形涡对中,从而削弱冷却效果。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为：水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为：水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为:水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为:水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。     

旋转半径和叶片安装角对动叶旋流冷却流动和传热特性的影响

针对航空发动机涡轮动叶片中应用旋流冷却的问题,建立了旋转条件下的旋流腔冷却模型,比较了静止和旋转条件下冲击与旋流冷却的流动传热特性差异,研究了旋转半径和叶片安装角对旋流冷却特性的影响规律。研究结果表明:叶片旋流腔旋转显著改变旋流冷却气动传热特性,旋转条件下旋流腔产生离心力和科氏力;离心力驱使冷气向叶顶方向运动,加强冷气横向冲击作用,使得高传热区域向叶顶方向偏移;科氏力方向为轴向上游或下游,引起冷气轴向回流,增强冷气掺混,减小射流冷气周向速度,显著降低了传热强度;旋转条件下,旋流冷却传热强度比冲击冷却提高了27.6%;与静止条件相比,旋转数为0.819时冲击冷却传热强度减小了30.0%,旋流冷却传热强度减小了18.6%;叶片旋流腔旋转半径增大时,冷气周向速度稍有减小,靶面平均Nu略有减小;叶片安装角增大时,旋流冷却流场和平均Nu不变,周向平均Nu分布均匀性降低。     

聚合物微球粒径与岩芯孔喉的匹配关系研究

根据岩芯孔喉基本计算公式,计算岩芯的平均孔喉直径,通过吸水膨胀后不同大小聚合物微球在岩芯中的封 堵效果,研究了聚合物微球大小与岩芯孔喉的匹配关系,确定了聚合物微球在岩芯中具有稳定封堵性能时微球粒径与 岩芯孔喉直径的比值范围。从聚合物微球吸水膨胀性能、剪切前后微球粒径变化、不同大小聚合物微球在岩芯中的封 堵效果、与岩芯匹配后的聚合物微球调剖作用对水驱采收率的影响几个方面,研究了聚合物微球大小与岩芯孔喉的匹 配关系,从而为聚合物微球调剖体系大小选择提供实验依据。研究表明,当聚合物微球粒径与岩芯孔喉直径比值在 0.33～1.50 时,聚合物微球可以在岩芯中形成稳定的封堵能力,当聚合物微球粒径与孔喉直径比值在1.20～1.50 时,聚 合物微球兼具良好的运移能力和封堵效果。     

基于酸碱溶胀法制备微米级中空聚合物微球的研究

通过种子乳液聚合法制备得到亲水核与核壳结构微球,采用酸碱溶胀法处理核壳微球,制备了微米级中空微球。扫描电子显微镜、透射电子显微镜等测试分析表明,单分散性的亲水核平均直径约465 nm;单分散的核壳微球表面略显粗糙,平均直径约560 nm,疏水壳层厚度约100 nm;微米级中空微球的直径约1.20μm,中空度为21.6%,其单分散性与球形度良好。在亲水核聚合过程中,当m(MMA)/m(MAA)=1.771时,乳液反应体系稳定,得到亲水核微球的单分散性最好。     

管式间接蒸发冷却器中传递过程熵分析及优化

根据不可逆热力学理论,定义了管式间接蒸发冷却器的熵产单元数,并给出了管式间接蒸发冷却器的熵产单元数的解析表达式．分析了换热器结构参数与最小熵产单元数间的关系,指出了提高管式间接蒸发冷却器热力学完善度的基本方向．     

低分功能型聚合物相渗曲线特征研究及现场应用

采用低分功能型、增黏性能更好地低分功能型聚合物是聚合物驱提高原油采收率的重要攻关方向之一。通过大量的岩心实验,测定了低分功能型聚合物驱在各种不同条件下的相渗曲线,并与普通聚合物驱进行了对比。结果表明,低分功能型聚合物驱与普通聚合物驱的相渗曲线具有相似的变化规律,随聚合物溶液浓度、岩心渗透率的增加,残余油饱和度明显减少;但等渗点下含水饱和度有所增大(向右移动),油水两相跨度增大。由于低分功能型聚合物在分子链上引入了功能性单体,在低渗透岩心上的驱油效果要好于普通聚合物,并不是聚合物的分子量越大驱油效果越好,还与聚合物的分子构型相关。     

聚合物驱不可入孔隙体积效应的室内研究及应用评价

基于聚合物互溶驱替和弥散渗流原理,利用双段塞浓度剖面法测定了聚合物溶液在长庆油田侏罗系延10储层6块岩心上的不可入孔隙体积(IPV),考察其对聚驱效果的影响。结果表明,聚合物溶液在6块岩心上的IPV值为20.6%~27.9%,平均为24.8%。岩心渗透率越高,IPV值越小,二者呈明显的线性负相关关系。IPV值与孔隙度无明显对应关系。不可入孔隙体积的大小反映聚合物分子线团与储层孔喉大小的匹配程度。M区块延10油藏聚合物驱试验结果表明,考虑聚合物驱过程中不可入孔隙体积效应的存在,在矿场注入工艺设计时适当提高注入量和增加前置保护段塞,有利于提升驱油效果。聚合物驱方案设计时考虑不可入孔隙体积效应是必要的。     

聚合物溶液注入附加阻力对驱油效果的影响

利用试验方法对HPAM溶液在不同渗透率岩心上的注入能力进行研究,基于试验结果建立聚合物驱附加阻力与岩心渗透率的相关关系,并在此基础上建立考虑聚合物注入附加阻力效应的油藏数值模拟模型.模拟结果表明:低渗岩心中注入聚合物时稳定注入压力增大,即确实存在附加阻力效应;聚合物注入附加阻力对聚合物驱效果预测有较大影响,考虑聚合物注入附加阻力,聚合物起效时间早、含水率下降幅度减小、聚合物有效期变长.     

可再分散核壳结构乳胶粉的制备

采用种子乳液聚合法制备了核壳结构聚合物乳液,研究了乳化剂用量、核壳比例对乳胶粒形态及聚合物成膜性能的影响;将上述乳液经过喷雾干燥制得可再分散胶粉,对乳胶粉微观形貌进行了表征。实验结果发现,当乳化剂占单体质量分数大于0.5%,核/壳单体质量比在7:3以上,制得的乳液稳定性较好,TEM照片显示存在清晰的核壳结构,测得乳液成膜温度在30℃以下,制得可再分散胶粉直径小于40μm。     

非均质储层纳微米聚合物颗粒体系驱油实验研究

为了深入揭示低渗透储层非均质性对聚合物颗粒分散体系驱油效果的影响,采用平板填砂模型和岩芯串、并
联组合实验技术,对纳微米聚合物颗粒分散体系进行了非均质驱油实验研究,并分析了纵向、横向非均质性和渗透率
级差对驱油效果的影响。平板填砂模型模拟实验结果表明,聚合物颗粒分散体系对改善储层纵向非均质性效果更明
显,在纵向非均质模型中提高的采收率比横向非均质模型高9.83%。岩芯组合模拟实验结果表明,随着渗透率级差增
加,聚合物颗粒分散体系提高串、并联岩芯组合模型的采收率均逐渐增大,在相近渗透率级差变化情况下,聚合物分散
体系提高串联岩芯组合模型的采收率增幅为6.65%,而提高并联岩芯组合模型的采收率增幅为9.48%;渗透率级差越
大,高、低渗岩芯的分流量相差越大,聚合物颗粒分散体系调驱后,高渗岩芯的分流量降低,低渗岩芯的分流量增大。     

聚合物溶液改善吸水剖面能力实验研究

针对聚合物驱过程中窜聚影响聚合物驱效果的现象,开展了聚合物溶液在注入过程中和突破后对吸水剖面改善能力的双管并联岩心驱替实验。对比分析了水驱、恒速聚驱和变速聚驱对吸水剖面的影响程度,绘制了填制不同渗透率岩心所用不同粒径石英砂含量配比图;并通过考虑管线和填砂管端面引起的压力损失对室内计算渗透率进行了改进。结果表明:水驱速度小于2 m L/min时,高低渗分流比远大于渗透率级差,大于4 m L/min分流比与级差吻合;恒速聚驱时在聚合物注入过程中能够有效的改善吸水剖面,但一旦产出端见聚,吸水剖面将会迅速翻转。聚驱速度小于2 m L/min时,高低渗分流比也大于渗透率级差;但比水驱影响小很多。大于4 m L/min时与水驱相同,合理控制注聚速度对聚合物驱提高采收率意义重大。     

聚合物不可入孔隙体积影响因素研究

采用双段塞法分析了部分水解聚丙烯酰胺 (HPAM)的相对分子质量、岩心孔隙分布、温度及矿化度对聚合物的不可入孔隙体积 (VIP)的影响规律。分析结果表明 ,VIP随HPAM的相对分子质量的增大而增大 ;VIP随着岩心平均孔隙半径增大、温度升高、矿化度增加而减小。在不断变化的地层条件下 ,HPAM的VIP可能出现高值的现象 ,这将严重影响聚合物驱的波及系数 ,从而使聚合物驱的原油采收率降低。