微发泡注塑制品表面质量的优化研究

以聚丙烯(PP)和高纯氮气为原料,采用高压短时和低压长时两种注气方式进行了微发泡注塑实验,并在以低压长时为注气方式的实验中,在不同熔体温度、注气压差和储料长度下,研究了冷却时间与制品表面出现大气泡概率之间的关系.结果表明,通过高压短时注气方式得到的制品表面出现大气泡的概率较高,严重影响制品质量;采用低压长时注气方式,制...     

电化学除垢的垂直平面电极间流动特性研究

为改进垂直平板电极反应器电解水除垢的流动传质的影响,采用粒子图像测速系统获取电解水过程中电极间的溶液流动速度分布,研究垂直平板电极极板间溶液流动传质行为。实验结果表明:极板间的主要流动为沿极板向上的气泡驱动对流和向极板表面流动的自然对流。气泡驱动对流速度较大超过0.003m/s。自然对流速度较小低于0.001m/s。极板间的溶液向极板流动时的水平流动速度先增大后减小。受顶部漩涡的影响,随着极板间高度的增加,溶液的水平流动速度先增大后减小。     

CO_2驱提高煤层气开采效果注入参数的实验研究

我国煤层气面临低渗、含气饱和度低和储层压力低等问题,CO_2具有较好的置换、驱替煤层气的效果,同时可以减少碳排放量,对CO_2注入参数优化至今尚没有具体研究。采用正交设计原理对影响CH_4采收率的参数:注气时机、注气方式、注气速度和温压体系进行合理的水平设置和实验方案设计,通过室内长岩心驱替实验得到最佳的注气方式为衰竭式开采采收率为20%时转注CO_2,注入方式采用间歇注入,段塞大小为0.2 PV,注入速度为0.2 m L/min,室温、压力9 MPa条件下,注气约17 PV后衰竭式开采效果最好。注气时机和注气方式对CH_4采收率有显著影响,注气速度影响比较显著,温压体系影响较小。希望对我国煤层气开采提供一定的借鉴和参考。     

微通道内催化表面气泡生长及脱离的可视化实验

采用聚二甲基硅氧烷材料(PDMS)制备矩形截面的微通道,并在微通道壁面上沉积MnO₂作为催化剂,采用高速摄影仪对通流过程中过氧化氢催化分解生成氧气气泡的过程进行了可视化实验研究,分析了反应物的浓度和流量对气泡生长速度及脱离直径的影响.结果表明:气泡在微通道内催化表面的生长及脱离过程呈周期性变化的趋势;气泡生长可以分为快速生长和缓慢生长两个阶段,当t<3 s时气泡处于快速生长阶段,催化反应主要受动力学控制,当t≥3 s时扩散控制占主要地位,气泡生长速度随反应物浓度的升高而增大;气泡脱离直径受反应物浓度影响较小,受反应物流量影响较大,而且随液相反应物Reynolds数的增大线性降低.     

加压鼓泡塔反应器中气液两相流CFD数值模拟

对加压气液鼓泡塔反应器内的气液两相流进行了二维数值模拟,模拟的压力为0.5～2.0 MPa,表观气速为0.120～0.312 m/s;模拟采用了Euler-Euler模型,并耦合了气泡群平衡模型（PBM）预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡的影响。液相湍流采用标准k-ε模型,两相间的作用力只考虑曳力。模拟获得了局部气含率、局部气/液相时均轴向速度及其径向分布等数据,并与实验结果进行比较。结果表明,局部气含率、局部气相速度模拟结果与实验结果吻合较好,局部液相速度径向分布特征模拟结果与文献结果相符。     

喷雾冷却中液滴撞击带气泡液膜的数值模拟

在喷雾冷却过程的核态沸腾区,液滴与液膜及液膜内气泡的撞击对过程传热有重要影响。本文建立以水为冷却工质的单液滴撞击带气泡液膜的二维数值模型,模拟研究过程现象和传热规律。结果表明,We为6.94、量纲为1的液膜厚度为0.5（对应液滴速度0.5m/s、液膜厚度1mm）时,撞击过程中液膜扰动不显著、运动形态近似波纹;当We增大到111.11（对应液滴速度2m/s）时,撞击过程中液滴与液膜接合处的表压达到6000Pa,成为颈部射流现象的推动力,并逐步发展形成冠状水花;撞击过程中气泡的存在会阻碍液滴与加热表面的直接接触,但随着气泡的破裂,液滴与加热表面直接接触换热,使撞击点附近表面传热系数远大于其他区域,提高了传热能力,且液膜厚度越小、液滴速度越大,表面传热系数峰值越高。研究结果可为喷雾冷却系统的进一步研究提供理论依据。     

影响臭氧溶解浓度的关键控制参数分析

臭氧在水和废水处理中的应用非常广泛。笔者综合研究了臭氧发生器关键控制参数对臭氧气泡尺寸、流速和臭氧溶解浓度的影响。结果表明,曝气头孔径越小,氧气源输出压力和氧气流速越低,产生的臭氧气泡越小,上升速度越慢,有利于提高臭氧溶解浓度。实验的最佳制备条件为:微孔曝气头,氧气输出压力为0.1 MPa,流量为0.5 L/min,温度为7℃。产生的气泡直径为1.30 mm,初始上升速度为0.18 m/s,平衡溶解质量浓度能达到(26.84±0.20)mg/L。     

Lightnin静态混合器内气泡分散流体动力学特性实验研究

以Lightnin静态混合器（LSM）内水-空气气液两相体系为研究对象,在连续相水表观速度U_L=0.071~0.127 m/s和离散相空气表观速度U_G=0.007~0.042 m/s的条件下,研究内径100 mm的LSM内气液两相湍流流动阻力与气泡分散水动力学行为。使用分辨率为1920×1080的高速相机Revealer-2F04M采集混合器内不同轴向窗口的气泡群演化过程。结果表明：当U_L<0.085 m/s和U_G=0.025~0.042 m/s时,LSM内的流型为泡状流。随着气泡群流经混合元件数的增加,气泡群的Sauter平均直径d₃₂逐渐减小。当液体表观速度U_L≤0.085 m/s时,Sauter平均直径d₃₂随气体表观速度的增加先减小后增大;U_G =0.028 m/s时d₃₂达到局部最小值,53%的气泡直径d_B/D₀在0.02~0.05范围内。Sauter平均直径、内径与无量纲停留时间τ之间的关系满足d₃₂/D₀=0.031τ^-0.14We^-0.41。平均气含率α的增大显著增加了单位体积内气泡数量密度,加剧气泡与元件表面碰撞频率,增大旋涡二次流强度,导致摩擦系数显著降低;采用Lockhart-Martinelli方法对实验数据回归,得到气液两相流压降预测常数C的关联式：C=5.26×10⁵U_G^-0.91/Re^0.74。     

Lightnin静态混合器内气泡分散流体动力学特性实验研究

以Lightnin静态混合器（LSM）内水-空气气液两相体系为研究对象,在连续相水表观速度U_L=0.071~0.127 m/s和离散相空气表观速度U_G=0.007~0.042 m/s的条件下,研究内径100 mm的LSM内气液两相湍流流动阻力与气泡分散水动力学行为。使用分辨率为1920×1080的高速相机Revealer-2F04M采集混合器内不同轴向窗口的气泡群演化过程。结果表明：当U_L<0.085 m/s和U_G=0.025~0.042 m/s时,LSM内的流型为泡状流。随着气泡群流经混合元件数的增加,气泡群的Sauter平均直径d₃₂逐渐减小。当液体表观速度U_L≤0.085 m/s时,Sauter平均直径d₃₂随气体表观速度的增加先减小后增大;U_G =0.028 m/s时d₃₂达到局部最小值,53%的气泡直径d_B/D₀在0.02~0.05范围内。Sauter平均直径、内径与无量纲停留时间τ之间的关系满足d₃₂/D₀=0.031τ^-0.14We^-0.41。平均气含率α的增大显著增加了单位体积内气泡数量密度,加剧气泡与元件表面碰撞频率,增大旋涡二次流强度,导致摩擦系数显著降低;采用Lockhart-Martinelli方法对实验数据回归,得到气液两相流压降预测常数C的关联式：C=5.26×10⁵U_G^-0.91/Re^0.74。     

气固流化床气泡发生频率的研究

在单孔二维气固流化床中(292mm×16mm)用高灵敏度电容探针研究气泡发生频率.以频谱分析仪分析气泡频率分布曲线.考察了一系列参数对气泡频率功率分布密度曲线的影响,其中包括颗粒直径(0.105—0.590mm),颗粒重度(590—2990kg/m~3),颗粒最小流化速度(0.0072—0.481m/s),床层初始高度(205—565mm),探针离孔口垂直距离,孔口气体流率(0.5—35×10~(-4)m~3/s)以及床层辅助流化气速(0—3倍最小流化速度)等.对于重度低的小颗粒流化床,单孔气泡发生频率符合Davidson和Harrison早先推导的模型.随着颗粒直径和重度的增大,实验数据与上述模型呈有规律的偏差.本文提出气体从形成中气泡的顶半球以最小流化速度值向乳浊相泄漏的模型,推导了气泡发生频率的基本方程.以本研究的泄漏模型,用数值计算方法在计算机上计算的气泡发生频率与实验数据相吻合.     

Bubble Size Distributions for Dispersed Air &#0150; Water Flows in a 100 mm Horizontal Pipeline

The bubble size distributions of air dispersed in water flowing in a 100 mm horizontal pipeline were studied. Size distributions were obtained with a high‐speed digital camera at axial positions 0.5, 15.3 and 42.3 m from the air injection point. Air was injected into the pipeline through a narrow tube extending into the pipe, perpendicular to the pipe axis. The effects of average water velocity, air concentration, and injection nozzle diameter on the evolution of bubble size distribution with axial pipe position were studied. For the lowest air concentration of 0.07%, equilibrium bubble size distributions were dependent only on water velocity. Nozzle injection diameter did not affect the downstream bubble size distributions at air concentrations of 0.07% and 0.3%. Levich's break‐up theory was found to over‐predict the experimental d_max for each test condition.     

水平管内多孔板后的气液两相流型可视化实验

多孔板后是否形成均匀分散的泡状流流型是影响多孔板废气吸收装置吸收效果的关键因素。以空气和水作为两相介质,对气液两相混合物在水平管内流经多孔板后形成的流型进行实验。通过孔径分别为2、3、4、5 mm的4只多孔板在内径98.5 mm水平有机玻璃管内的可视化流动及高速摄像,研究了孔径大小、气相流量变化及液相流量变化对多孔板后流型的影响规律。实验结果表明：水平管内插入多孔板后,分层/塞状流转变边界向液相流量增大方向推移,塞状/泡状流转变边界向液相流量减小方向推移;随气相流量减小或液相流量增大,多孔板后流型趋于形成泡状流;孔径大小对多孔板后流型具有重要影响,减小孔径使塞状/泡状流转变边界移向更大气相流量和更小液相流量,即形成泡状流的两相流量范围增大;随孔径减小,孔板后流型趋于由分层流直接过渡至泡状流,塞状流趋于消失。为保证多孔板吸收装置的良好流型和吸收效果,建议多孔板孔径不大于3 mm。     

基于双向图像的水中上升气泡溶解速率分析技术

鉴于水中上升气泡溶解速率在舰船自消隐气幕等研究中的独特地位和原研究将气泡按球体处理易产生明显误差的问题,在大量观察分析的基础上,提出了基于双向图像的水中上升气泡溶解速率分析技术,进而从技术思想、图像采集与处理、分析模型建立等方面进行了较为深入的研究,得出了具有一般性的数学分析模型。由于该技术将水中上升气泡按更加符合其真实形状的椭球体处理,因而可对其溶解速率进行更为精确的求解,实验结果也证明了其精确性。     

影响低渗透油藏空气泡沫驱的多参数综合评价

根据敖南油田M区块的开发特征,对比分析了各种改善低渗透油藏开发效果的提高采收率方法优缺点,开展了M区块高含水期的空气泡沫驱技术研究。针对现场应用参数存在一定的不确定性,缺乏参数定量值等问题,本文运用数值模拟软件对对比方案进行预测,首次以增油量和投入产出比作为评价指标,对敖南油田M区块空气泡沫驱注入参数进行优化评价。研究结果表明,对于敖南油田,注空气效果影响因素的重要性大小依次为气液比起泡剂浓度注气速度≈起泡剂注入量。注入参数最优方案为气液比为3:1;起泡剂浓度为0.3%;注气速度为40 m~3/d;起泡剂注入量为0.5 PV。对敖南油田空气泡沫驱提高采收率开发方案的制订及优化具有重要指导意义。     

A novel arterial Wick for gas–liquid phase separation

Gas–liquid phase separation under microgravity conditions or in small-scale fluidic systems represents a challenge for two-phase liquid-continuous systems. In this study, capillary channels formed by 3-mm diameter stretched stainless-steel springs coated with a commercial superhydrophobic coating are used to remove air bubbles from water. A single channel is capable of absorbing a stream of 3.7-mm diameter bubbles impinging on a small area of the channel at a rate of over 50 bubbles/s. High-permeability walls lead to fast individual absorption events (4 ms for 2.5-mm bubbles) where bubble collapse time is limited by the inertia of the surrounding liquid. A horizontal three-channel array has been shown capable of absorbing impinging bubbles from a sparger at superficial gas velocities of 0.03 m/s. The ultimate capacity of the 3-mm diameter channel is predicted to be much higher than what could be measured with the existing apparatus. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: 1340–1354, 2019     

海上低渗油田注水水质对储层影响实验研究

针对海上低渗油田注水水质不达标问题,通过理论分析和室内实验的方法 ,从储层伤害机理、固相颗粒浓度、粒径中值、含油量和配伍性等方面开展了注水水质对储层影响的实验研究,并依据企业标准对渤中25油田的水质控制指标进行了优化设计。研究结果表明,水质伤害储层的重点在悬浮固体含量、粒径中值和含油量,当二者共存时将加重伤害程度;为最大限度地降低伤害程度,优化设计渤中25油田的有效注水水质控制指标为:悬浮颗粒粒径中值为1~2μm,悬浮颗粒质量浓度为1~3 mg/L,含油为5~10 mg/L,伤害率控制在20%~40%,实现低渗油田的有效注水开发。     

明珠号生产污水系统的微气泡旋流气浮选改造

明珠号FPSO生产污水流程不稳定,加气浮选器效率低,抗波动能力差,难以保证最终出水含油达标。对现有气浮设备进行微气泡旋流气浮选改造,制备出气泡粒径为5~10μm的溶气水。通过调试,当运行流量为110~120 m~3/h,运行压力为50~80 k Pa,溶气水注入流量为1#罐体1.3~1.8 m~3/h、2#罐体2.0~2.5 m~3/h、3#罐体2.0~2.5 m~3/h、4#罐体2.3~2.8 m~3/h,溶气水注入压力为400~500 k Pa,浮选剂投加质量浓度为30~40 mg/L,清水剂投加质量浓度为15~20 mg/L时,能够在入口油质量浓度100 mg/L的条件下使出口油质量浓度30 mg/L;当入口油质量浓度100mg/L时,除油率70%。     

Flowrate effects on the lateral coalescence of two growing bubbles

The coalescence of two growing bubbles presents unique characteristics compared to static bubble coalescence. The gas injection flowrate significantly affects the different stages of bubble evolution, which is poorly understood. In this study, we investigate the flowrate effects on the lateral coalescence of two growing bubbles experimentally. The synchronous bubbling from adjacent needles is achieved using water to push air. During the bubble growth process, we find that the initial nonlinear evolution of bubble volume is because the bubble emerges as a small spherical cap with a large curvature radius and apparent contact angle. As the neck expands after bubble coalescence, the injection flowrate accelerates the neck evolution compared to the case without air injection. We find the neck expansion time decreases linearly with increasing flowrate, while the expansion speed increases with flowrate, but only in the early stage. Moreover, we propose a new theoretical expression that predicts the neck radius well at all the flowrates. At the post-coalescence oscillation stage, the average projection area of the coalesced bubble increases linearly with time, except for periodic oscillations. Besides, we find that the injected air primarily influences the coalesced bubble's height, which in turn affects the projection area.     

金属有机框架材料的水稳定性及吸水应用进展

水蒸气广泛存在于空气和工业气体中,收集利用或去除水蒸气都需要利用高吸水储水的吸附剂。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）作为一种具有高孔隙率、高比表面积的新型多孔材料,同时具备网状结构和孔径可控调节的特性,被广泛应用于吸附、分离、催化、过滤等多个领域。将MOFs应用于水吸附领域不仅要求MOFs具备较高的水稳定性,还需要具备亲水和吸附-脱附循环能力。本文综述了水稳定性MOFs的基本组成,基于皮尔森软硬酸碱理论的设计原则,水吸附行为的影响因素以及空气集水、气体除湿等应用领域的进展,以饱和吸湿量为参考罗列了13种水吸附MOFs及其衍生物的物理参数。最后总结了水吸附MOFs在合成机理、批量制备和应用领域存在的问题,并对应提出了解决思路,期望为MOFs在水吸附应用的研究方向提供有价值的参考。     

沸石分子筛在大气与水污染治理应用的研究进展

介绍了沸石分子筛结构、性质以及近年来国内外利用沸石分子筛在大气与水体污染治理领域中的研究与应用进展,阐述了该材料在大气净化及污染水体治理领域中应用的原理及优势,提出了针对应用对象有效调控孔径大小及吸附容量、可循环利用的高效吸附降解复合材料制备是沸石研究的发展趋势。沸石分子筛的合理利用能为国内日益加剧的大气与水污染治理提供支持。