海上油田多元热流体热采井筒参数模拟计算研究及应用

多元热流体热采为新一代热力采油技术。为弄清多元热流体在井筒流动及传热规律,指导热采工艺方案设计,运用多相流体力学及传热学原理,建立了井筒沿程温度、压力及干度综合计算模型,并在此基础上编制海上多元热流体热采井筒参数计算程序。研究成果有助于多元热流体热采注入参数优化、环空隔热设计,可为多元热流体热采工艺方案设计提供理论依据。     

井筒内超临界多元热流体注入过程的数值模拟

在稠油热采过程中,提高注入工质的流动参数可显著增加采收率。为评价超临界多元热流体注入井筒后的流动传热特性,建立了相应的计算模型,得到了井底温度、压力与沿程热损失随注入流量、井口温度及井口压力的变化规律,并与注入超临界蒸汽情况下的流动传热规律进行了比较。结果表明,井底参数与注入流量呈单调关系;井底压力与井口温度、压力亦呈单调关系;而其他井口、井底参数的组合呈现出复杂关系。相同井口压力条件下,为使井底参数达到超临界状态,超临界多元热流体的井口温度和注入量高于注入超临界蒸汽的情况。适当选取较低的井口压力,可以减少热损失,提高经济性。所得结果可为注入工质参数的选取提供参考,进而为海洋稠油开发中的能源与动力保障的研究及设计明确需求。     

二氧化碳连续管井筒流动传热规律研究

基于二氧化碳在井筒内流动时的传热过程,考察二氧化碳在井筒内的热量和压力传递方式及其对相态和物性变化的影响规律。建立二氧化碳井筒内热传递模型,采用交替方向推进法进行求解,分析二氧化碳在井筒内流动过程中温度、压力和相态的变化规律。结果表明:二氧化碳在连续管内热交换效率较高,温度上升幅度随着井深的增大逐渐减小;二氧化碳沿环空上返过程中,温度逐渐降低,在靠近井口处温度显著下降;随着井深的增大,连续管内的液态二氧化碳逐渐转变为超临界态,在沿环空上返的过程中再次转变为液态,继而变为气液两相至出口。     

液氮在狭缝中热虹吸两相流传热的强化实验研究

狭缝中液体的沸腾换热是以变形的扁平汽泡为特点的，以微液膜蒸发为主导机理，热量通过扁平汽泡底部的液膜传给主流流体，试验结果表明：狭缝间隙尺寸对传热有直接影响，当间隙尺寸为０．５～１．０ｍｍ时，狭缝沸腾换热系数比光管增加３～５倍，达到人工烧结多孔表面管相当的水平；当狭缝通道中流型大部分转变为环状流时，传热效果达到最佳状态；对１／１０长度的狭缝通道起始段采用人工凹孔表面处理，使这种流型转变在较小热流密度下提前发生，换热系数进一步提高，传热温差进一步下降，随间隙减小，这种趋势尤为明显．     

井筒重力热管流动与传热特性的研究

井筒重力热管是利用热管将油藏自身能量,即井底热量传递到井筒上部,在无需外加动力条件下实现对井筒近井口流体加热,改善井口流体温度分布,防止近井口结蜡和絮凝,从而降低采油成本。为了研究井筒重力热管的传热性能和工作过程,进而改进和优化重力热管的传热性能,建立了重力热管内部流动和传热的数学模型。利用该模型对重力热管的传热特性进行了数值模拟,得到了热管正常工作时,液膜厚度、蒸汽流速和液膜流速及热管换热系数随热管高度的变化规律。     

水平管内煤油和空气的混合物流动传热特性的研究

对煤油和空气的混合流体在水平管（φ１９ｍｍ＊２．５ｍｍ）内加热时的两相流动进行了实验研究,实验范围：空气质量分数为３％－５０％;混合流体的质量流量为１２７－１０００ｋｇ／ｈ;入口压力为０．１３５－０．３５ＭＰａ;采用分相模型对高含气率时的环状流动进行理论分析,得到了在高含气率的水平管内,煤油不产生相时两相流动传热和阻力计算的半经验,半理论的准则方程,所得到的结果为加氢换热器的设计了可靠的依据。     

烟气在井筒中的酸凝结规律

注烟气开发稠油技术中,确定烟气酸凝结点温度已经成为避免发生低温酸腐蚀、提高注烟气采油安全性的关键。通过建立烟气在井筒中的流动与传热模型,计算了不同烟气成分及参数下沿井筒深度的酸凝结点,分析得到不同注入介质及参数对酸凝结点的影响规律。结果表明:烟气注入压力越高,水蒸气含量和三氧化硫含量越高,则烟气酸凝结点温度越高,酸凝结位置离井口越近;注入流量越大、注入温度越高,则井底温度越高,酸凝结位置离井口越远。提高注入温度和流量,降低注入压力,对烟气进行脱硫、脱水处理,可以防止井筒内出现酸凝结。     

高粘流体流动沸腾传热实验及流型

在垂直管内用高粘假塑性流体进行了流动沸腾传热实验,观察到一种新的流型,建立了流动沸腾传热给热系数关联式.     

氮气辅助注蒸汽热采井筒中的流动与换热规律

为分析注汽井油套环空充氮气和伴注氮气的隔热效果对注蒸汽的影响,根据热量传递原理和流体流动理论,建立了井筒中伴注氮气辅助注蒸汽热采工艺中蒸汽、氮气沿井筒流动与传热的数学模型,计算了蒸汽、氮气沿井筒的温度分布和压力分布,对比了环空充氮气和空气、充氮气和伴注氮气的隔热效果.结果表明:充氮气和充空气隔热方式对隔热效果的影响不大;充低压隔热气体可获得较好的隔热效果;伴注氮气比充氮气隔热效果好,且随着环空伴注氮气流量的增大,油管内蒸汽压力升高,蒸汽的热损失增大,大部分热量被氮气吸收后带入地层,而实际散失到地层的热损失逐渐减小.     

井筒中垂直泡状流传热实验研究

通过理论实验相结合的方法研究石油钻采过程中井筒内泡状流传热问题.根据井筒内泡状流流动特点,以传热学基本理论为基础,建立考虑泡状流流动参数分布的泡状流传热模型,并在模拟井筒多相流传热实验装置上进行了泡状流传热实验,对所建立的传热模型进行评价,研究传热规律.结果表明:建立的泡状流传热模型计算精度良好;泡状流对流换热系数随液体流量增大线性增加,随平均空隙率增大线性减小,液体流量是影响泡状流对流换热系数的主要因素.研究两相流传热要考虑流型自身的流动特点.     

Flow and heat transfer behaviour of nanofluids in microchannels

Flow and heat transfer of aqueous based silica and alumina nanofluids in microchannels were experimentally investigated. The measured friction factors were higher than conventional model predictions at low Reynolds numbers particularly with high nanoparticle concentrations. A decrease in the friction factor was observed with increasing Reynolds number, possibly due to the augmentation of nanoparticle aggregate shape arising from fluid shear and alteration of local nanoparticle concentration and nanofluid viscosity. Augmentation of the silica nanoparticle morphology by fluid shear may also have affected the friction factor due to possible formation of a core/shell structure of the particles. Measured thermal conductivities of the silica nanofluids were in approximate agreement with the Maxwell-Crosser model, whereas the alumina nanofluids only showed slight enhancements. Enhanced convective heat transfer was observed for both nanofluids, relative to their base fluids (water), at low particle concentrations. Heat transfer enhancement increased with increasing Reynolds number and microchannel hydraulic diameter. However, the majority of experiments showed a larger increase in pumping power requirements relative to heat transfer enhancements, which may hinder the industrial uptake of the nanofluids, particularly in confined environments, such as Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS).     

翼型印刷电路板式换热器内流动与换热特性

为了探究翼型印刷电路板式换热器(PCHE)内流动与换热特性,采用数值模拟方法,以S-CO2为工质,针对S-CO2布雷顿循环燃煤系统中的高温回热器,研究了质量流量、进口温度和出口压力对PCHE流动和换热特性的影响,分析压降、范宁摩擦因子、努塞尔数及综合换热性能评价指标的变化规律,提出S-CO2在翼型PCHE中新的流动和传...     

泡沫流体管流流动与换热数值模拟

基于质量、动量和能量守恒方程,建立泡沫流体在圆管内流动与换热的物理模型和数学模型,并利用FLUENT软件进行模拟,得到不同雷诺数下圆管内的压力损失、管道横截面上的速度分布和表观黏度分布,同时回归了不同雷诺数下的摩阻系数和努塞尔数经验关系式.结果表明:管内压力沿管程不断降低,且流速越大压降越大;管内温度沿管程不断升高,且流速越小温升越大;管道横截面上的速度、温度分布不均匀,越接近管壁速度越小,温度越高.     

引入惰气强化对流传热过程研究

引入惰气增强传热具有清洁、增加的压力降小和不干扰流体流动等优点．在传热实验装置的竖直向上矩形管道入口处引入氮气,通过对一般对流传热与引入氮气情况下的传热实验进行对比,考察了引入氮气对传热的增强作用。结果表明：混合对流传热时。传热的增强更加显著,引入惰气对对流传热的增强程度要明显好于对过冷沸腾传热的增强．通过对惰气增强传热的机理进行分析,提出惰气对传热的增强作用,是气泡引起液速增加而产生的湍动增强和气泡滑移而产生的边界层湍动增强这两种机理叠加作用的结果。     

微圆管内非共沸混合工质流动沸腾传热强化

分别进行了R32/R134a在水平微圆管、细圆管和小尺寸常规管道内的流动沸腾传热试验.在定义微圆管传热强化系数Ec(相对于细圆管和小尺寸常规管道的传热强化系数分别用Ecm和Ecs表示)的基础上,从不同强化管内流动沸腾传热机理的角度分析了Ecm和Ecs在不同试验工况下的变化规律及其与传热机理的关系.结果表明,试验工况范围内Ecm和Ecs分别在1.01～2.33和1.03～3.54之间变化.绝大部分试验工况下Ecm的值较小且变化很小,Ecs则较大且有明显变化;高热通量和高质量干度下Ecm和Ecs的值都较大.微圆管内流动沸腾传热强化效果与传热机理及其转变区域密切相关,当微圆管内传热开始出现恶化和较高热通量下微圆管内核态沸腾传热占绝对主导地位时,微圆管传热强化效果明显.     

水平新型微肋管内流动冷凝换热及流阻特性

为研究微肋管结构尺寸及工况等对管内流动冷凝性能的影响，采用R22为工质对4种结构的微肋管和1根Ф9．52mm光管进行了实验．根据实验结果分析了质量流速、微肋结构尺寸和管径等对冷凝换热性能的影响．实验结果表明，两根Ф9．52mm微肋管的换热系数分别比光管提高了90％和120％，而其内表面积只比光管增加了40％和70％．     

NHR-200主换热器传热管振动分析

根据２００ＭＷ核供热堆（ＮＨＲ－２００）主换热器的设计工况，针对其传热管振动时流体弹性不稳定、旋涡脱落和湍流激振的主要机理，依目前换热器设计所通常采用的防振判据，对主换热器传热管振动作了详细分析。结果表明：ＮＨＲ－２００主换热器在其设计工况下运行时，不会发生流体弹性不稳定所导致的大振幅振动，如果运行偏离设计工况，那么Ｕ型管的弯管区是首先引起注意的区域；在设计工况下，传热管各区不会产生疲劳破坏，传热管的相互碰撞和剪切与磨损的破坏。