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。     

不同燃料超声速燃烧室准一维计算模型

快速高效的准一维计算是超燃冲压发动机设计的重要研究方法。该文发展建立了适用于气态或液态燃料、包含隔离段结构、跨声速工况的准一维通用计算模型。该模型以Euler方程组作为基本控制方程,综合考虑了燃烧室截面面积变化、液态燃料蒸发相变、燃料质量添加、摩擦力项以及隔离段内斜激波串结构对流动的影响等因素。依次以NAL氢燃料发动机实验、气态煤油燃料发动机实验和液态煤油燃料发动机实验等3个不同燃料实验作为验证算例对模型进行考核,计算结果与实验数据均吻合良好,验证了模型的有效性和准确性。该模型可进一步应用于各类燃料的超燃冲压发动机燃烧室结构及工作参数的设计与优化等研究工作。     

含杂质CO2的管道输送

 作为CO₂捕集与封存的中间过程,管道输送是目前比较经济有效的CO₂输送方式。捕集到的CO₂通常含有氮气、氧气、甲烷、氩气、水蒸气等杂质,其对CO₂性质有不同程度的影响,进而影响CO₂的管输特性。采用Matlab 编程计算,利用Span Wag-ner 状态方程计算和分析了纯CO₂的物性参数(密度、黏度、比热等),对比了PR、SRK、BWRS 状态方程应用于CO₂物性计算的平均偏差,并以精度最高的PR 状态方程为基础,建立了一维可压缩流体管道模型,对含杂质CO₂管道在不同输送状态(超临界、密相、液态、气态)、不同杂质类型与含量、不同管道参数等条件下的管道稳态特性进行了研究。研究结果表明,PR 状态方程对于含杂质CO₂物性参数计算的偏差较小,在临界点附近也能有较高的精确度,可用于含杂质CO₂物性参数的计算;在相同输送条件下,CO₂管道密相输送的压降值最小、超临界状态输送的压降值次之、气态输送的压降值最大;杂质的存在使气液两相区的范围扩大,更容易出现两相流,增大摩阻。通过流动仿真,并与天然气管道对比,揭示了含杂质CO₂管道在多种稳态流动条件下的管道沿线参数变化规律。     

二氧化碳制冷剂在烷基萘润滑油中的溶解度研究

为了研究二氧化碳制冷剂在烷基萘润滑油中溶解度的变化,根据分子聚集理论修正了状态方程并运用相应的混合法则,建立了二氧化碳在烷基萘润滑油中溶解度的理论计算模型.模型中润滑油的临界物性参数通过基团贡献法估算得到.与现有文献实验数据对比发现,建立在vdWaals分子聚集理论修正方程上的理论模型计算值与实验数据吻合较好,实验工况下的平均误差分别为5.56%和3.47%,且溶解度越高,分子聚集现象越明显,模型计算值越准确.利用PR和RKS修正方程计算出的溶解度误差均非常大,分别达到了48.92%和46.91%,不适用于二氧化碳制冷剂在烷基萘润滑油中溶解度的理论计算.利用模型对二氧化碳溶解度随温度和压力的变化趋势进行了预测,发现在0℃和10℃下,压力从3.5MPa增加到4.5MPa时,溶解度约提高19%,而当过热度从0℃升高到20℃时,溶解度分别降低20.9%和12.5%.     

Onsager模型对液体化合物适用性的研究

用密度泛函理论方法在BLYP/6-31G^＊水平上计算丙酮气态的红外光谱，并用On-sager模型自恰反应场方法在BLYP／6-31G^＊水平上计算液态丙酮的红外光谱．将计算所得的丙酮羰基的伸缩振动频率与文献值比对，气态值差1cm^-1，液态值差8cm^-1，说明计算结果与实验吻合很好，由此确证量子化学Onsager模型对液态化合物红外光谱的计算是适合的．     

Onsager模型对液体化合物适用性的研究

用密度泛函理论方法在BLYP/6-31G^＊水平上计算丙酮气态的红外光谱，并用On-sager模型自恰反应场方法在BLYP／6-31G^＊水平上计算液态丙酮的红外光谱．将计算所得的丙酮羰基的伸缩振动频率与文献值比对，气态值差1cm^-1，液态值差8cm^-1，说明计算结果与实验吻合很好，由此确证量子化学Onsager模型对液态化合物红外光谱的计算是适合的．     

半导体热电转换单元发电性能的变物性计算模型

为实现半导体热电转换单元发电性能参数的计算,在分析已有的常物性计算模型的基础上,提出了全新的变物性计算模型,该模型包括半导体颗粒温度场分布的求解、材料特性参数的计算和发电性能参数的计算3个部分.在不同工作条件下,分别利用常、变物性计算模型进行发电性能参数的计算,并将计算结果与ANSYS有限元仿真结果进行对比.结果表明变物性计算模型能够较大程度地减少误差,是对常物性计算模型的有效改进.     

大气颗粒物扩散和化学转化过程的数值研究

大气颗粒物是大气中存在的各种固态和液态颗粒物的总称.以液态颗粒物为研究对象,建立Euler-Lagrange多相流运动模型、对流传质模型及颗粒内部化学反应模型,基于有限体积法和SIMPLE算法对大气环境中液体颗粒物的扩散,气态污染物SO₂在气、液相的传质以及液相内部化学反应过程进行数值研究,并数值分析3种不同粒径大小的液态颗粒物沉降及气态污染物的对流传质特性,为污染物控制和去除措施的制定提供理论依据.     

超临界CO_2钻井井筒流动规律

考虑井筒轴向传热以及井壁围岩的温度变化对流场的影响,建立CO_2井筒循环流动模型,实现对流场压力参数、温度参数与CO_2物性参数的耦合计算与分析。结果表明:实验条件下连续管内CO_2由液态转变为超临界态的临界井深为780 m,环空中CO_2可始终处于超临界态;环空中压力剖面与井深近似呈线性相关,CO_2的压降比水的小36.7%;连续管内物性参数的变化主要由温度的变化决定,环空中则取决于压力的变化;环空中雷诺数高达106,处于较强的紊流状态;超临界CO_2钻井在窄密度窗口储层应用中具有优势。     

空位理论模型对单组分吸附等温线的模拟

在２９８．２ Ｋ温度和１３．３～１０１．３ｋＰａ压力范围内，测定了乙烯、乙烷和 二氧化碳单组分气体在ＡＥ型吸附剂上的吸附平衡数据．用空位溶液理论 模型对数据进行分析，并用顶点收敛法进行回归计算，得到了空位溶液理论 模型的四个物性参数：极限吸附量，享利常数ｂ，两个威尔逊参数Ａ１３和 ；用空位溶液理论对单组分等温线进行了很好地描述，使模型与全部压力 范围内的纯组分等温线得到很好地拟合．     

应用改进的正规溶液模型关联氨基酸在水中的溶解度

基于Flory-Huggins修正的正规溶液模型(SHFH模型)被改进用于计算氨基酸在水中的溶解度。改进后的模型将氨基酸的分子内聚能和液态摩尔体积作为可调参数,并进一步分别处理为温度的线性函数和溶剂密度的函数。对21个体系257个氨基酸溶解度数据进行了关联,总体绝对平均偏差为1.15%。计算结果表明该溶液模型形式简单, 参数容易获得,计算精度高,有望扩展到更多体系的固液平衡计算。     

超临界流体中声空化泡的特性研究

根据物质的临界点物性参数,提出了在超临界流体中人为植入空化核的原则和方法.从超临界流体静压力高、表面张力小、空化泡内无蒸汽等物性特点出发,根据瑞利模型分析导出了超临界流体的空化阈值.考虑超临界流体具有很强的可压缩性,结合其物性特点,给出了能够用于超临界流体空化计算分析的简化Gilmore方程.根据美国国家标准局提供的超临界二氧化碳流体的物性数据,拟合出密度-压力关系式及声速-压力关系式,并用于Gilmore方程的计算.计算分析了超临界二氧化碳流体中空化泡的初始半径、流体温度、声压幅值、声波频率等因素对空化过程的影响.研究表明:超临界流体的空化阈值与其静压力相当;超声波声压幅值超过超临界流体的空化阈值后,气泡在超声波作用下的运动特征与在水等常规液体中的空化泡运动特征相同.     

垂直裂缝内液体二氧化碳携砂规律研究

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明：液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。     

二维空心透平转子热状态在线监测模型

结合工程实际情况,用积分变换的方法对二维空心转子导热微分方程进行解析求解,推导得到空心转子内温差及热应力时间域迭代计算公式,并在迭代过程中对随温度变化的物性参数产生的非线性问题进行处理,物性参数由前一时刻物性参数考虑温度变化后进行修正,得到修正后的迭代计算模型,所得到的温度和热应力计算模型可用于典型空心轴对称体如汽轮机转子等热状态理论分析、在线监测和疲劳分析.     

高温高压高含二氧化碳气藏岩石物理参数研究

岩电参数是分析储层物性和计算储层饱和度的重要参数,其数值与岩石孔隙结构及内部两相流体的分布密切相关,且随温度和压力的变化而变化.而在高温高压或孔隙流体中含有二氧化碳的条件下,岩电参数的变化与一般规律的符合程度依旧存疑.针对上述问题,通过测量与统计二氧化碳、甲烷等流体的密度、纵波速度和电阻率等参数的变化,研究并讨论了溶解二氧化碳对地层水导电性的影响,分析了不同温度、压强及二氧化碳含量条件下岩电参数的变化规律,为含二氧化碳气藏含气饱和度的计算及二氧化碳定性识别和定量评价提供了新的思路.     

稠油热采垂直井筒热量损失计算模型与应用

在稠油热采井注蒸汽阶段蒸汽干度和注蒸汽速度是影响其成功与否的主要因素,准确计算沿井筒的热量损失是评价注蒸汽效果的关键.从干度的定义出发结合两相垂直漂移流动模型,按井筒深度和注蒸汽时间分段,建立了稠油热采井垂直井筒热物性参数和热量损失速率模型.模型计算得出的热物性参数对比现场实测数据误差在5％以内;在同一井深注蒸汽时间的增加会导致热量损失速率降低,但对沿程热物性参数影响较小.     

地层H2S侵入时井筒压力变化规律及控制研究

随着我国酸性油气藏勘探开发的深入,处于对井控安全的考虑,需对酸性气体侵入后井筒多相流动及相态转变规律进行研究。针对H₂S特殊的物理性质,并考虑其在井筒内相态变化,建立了钻井过程中H₂S侵入时井筒流动与传热的数学模型。将井筒传热、压力与H₂S物性参数耦合迭代计算,给出了求解方法并编写程序进行数值计算。计算结果表明:井口回压较小时,H₂S在环空上升过程中由液态转化为气态,相态转变点上部为气液两相流,其压力梯度较小,下部为井筒单相流,其压力梯度较大。H₂S侵入速度对环空压力和相变井深均有影响。随着侵入量增大,井底压力先急剧减小,后基本保持不变,而相变井深先增大后减小。井口回压对井底压力影响较大。随着井口回压增大,井底压力增大,但影响程度逐渐减小。井口回压不仅可以控制井筒是否发生相变,而且对相变井深位置影响十分大。对是否考虑传热对相变井深和井底压力的影响进行了对比分析。研究对提高酸性油气藏开发勘探安全具有一定指导意义。     

垂直裂缝内液体二氧化碳携砂性能的数值模拟

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明:液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。     

微波辅助生物柴油生产的一体化计算

多物理场仿真动态计算对于优化微波化学加热反应体系的生产工艺,避免高功率微波带来的安全问题起到极其重要的作用.然而目前大多数微波加热化学反应的多物理场模型仅引入电磁和热传模块进行分析,且将电磁、热力学等物性参数视为常量而忽视了反应体系中各组分和温度变化对物性参数的影响,从而影响到模型的可靠性和准确性.本工作在以往模型的基础上,利用最近提出的简化且精度更高的介电系数表达式,通过引入化学反应工程和传质的计算来对电磁、热力学等物性参数随着反应体系浓度和温度的变化进行自适应实时更新,同时考虑了自然对流对传热和传质的影响.新模型避免了以往模型需要手动更新参数、介电系数表达公式复杂、热力学参数仅根据反应组分变化更新而无法获得更多化学反应模块信息、忽略液体自然对流对温度扩散的影响的弊端,实现了微波促进生物柴油生产的一体化计算.通过实验测量的温度分布验证了模型的合理性和准确性.     

室温下气态二氧化碳可转化为碳电池

正英国《自然·通讯》杂志2月26日发表的一项化学最新突破:科学家研发了一种液态金属电催化剂,可在室温下将气态二氧化碳转化为固体碳材料,并用于能量储存。该方法将为去除大气中的二氧化碳作贡献,成为可行的“负碳排放”技术。这一液态金属催化剂基于无毒镓合金,能防止结焦,即固碳吸附于催化剂表面,降低催化剂的活性。研究人员指