气流中液化天然气液滴破碎数值模拟研究

基于流体体积法和k-ε湍流模型对液化天然气单液滴在气流中的变形破碎情况进行模拟研究。研究不同We对液滴形态和破碎模式的影响,分析液滴形态变化过程中速度、加速度和阻力系数随时间的变化趋势,并研究不同流场下液滴变形破碎情况。结果表明,不同的We下,液滴呈现出不同的破碎模式,液滴发生剪切破碎的临界We为80左右,同一We下不同直径的液滴临界破碎时间有所不同;随着气液相对速度的We的增大,液滴的无量纲变形时间先递减后趋向于平缓;液滴变形破碎过程中,速度随着时间的延长而增加,加速度和阻力系数随着时间的延长先增后减;与普通流场相比,带挡板的流场中液滴变形破碎时间明显缩短。     

基于特性黏度法计算沥青质胶团直径和溶剂化效应——分散体系活化状态表征

在委内瑞拉常压渣油中添加不同比例十八醇,考察十八醇对强化减压蒸馏效果的影响。结果表明,十八醇具有良好强化效果,最大蜡油净增收率为4.01%。测定渣油(沥青质)-甲苯溶液的黏度,根据Einstein黏度定律和Pals-Rhodes方程,计算得到了沥青质胶团直径D和溶剂化参数K,结果表明,特性黏度法测得的沥青质尺寸为沥青质胶核外吸附-溶剂化层的直径,其数值受溶剂化效应的影响,测定渣油-甲苯溶液黏度可以表征渣油体系中沥青质胶团尺寸。对于添加了十八醇的渣油体系,其沥青质胶团直径减小、溶剂化效应降低,变化趋势与减压蜡油净增收率有良好的对应关系,可以采用特性黏度法计算沥青质胶团直径和溶剂化效应,来预测石油分散体系的活化状态。     

渣油沸腾床加氢转化过程中结构变化与稳定性的关系

分别采用核磁共振氢谱(¹H-NMR)和光学显微镜测定了典型中东渣油及其不同转化深度加氢生成油的平均分子结构参数和沥青质聚集状态，结合族组成和不稳定性参数，考察了渣油沸腾床加氢转化过程中的分子结构变化与稳定性的关系。结果表明：对所选渣油，在61.87%～79.71%转化率范围内，渣油平均分子的缩合程度先增加后降低，这与沉积物的形成及脱离油相过程有关；渣油经沸腾床加氢转化后，沥青质的聚集程度显著增加，其团簇直径随转化率的提高而增大，最大直径可达58.97μm;另外，在沸腾床加氢转化过程中，渣油中具有稳定沥青质作用的胶质明显减少，而不利于沥青质稳定的饱和分含量显著增加，该趋势随转化率的提高而加剧，这将造成渣油体系稳定性的持续下降。     

稠油化学驱微观机理及数学描述研究

乳化液在孔隙介质中的流动过程是一个复杂的随机游走过程，不同直径的液滴在大小不同的孔隙中滞留和聚并，又通过大小不同的喉道破裂和分散。采用微观物理化学流体力学方法，根据描述乳化液液滴直径的数学公式，分析了液滴直径与毛管数及渗透率的数学关系及乳化现象发生的条件。将不同尺寸液滴在多孔介质中的分布与毛管数联系起来，并结合孔隙喉道分布，计算出乳化液液滴尺寸分布概率曲线。对乳化液滴的破裂与分散进行了初步分析。研究表明，降低界面张力、提高毛管数可改善稠油油藏开发效果。图2参10     

急冷器内液滴运动蒸发的数值模拟

建立了错流射流单液滴蒸发运动过程的数学模型,对急冷器内急冷油液滴运动蒸发过程进行了数值模拟,探讨了液滴运动轨迹和蒸发特性。模拟结果表明,液滴初始直径越小,裂解气流温度越高,液滴蒸发越快,液滴生存时间越短;初始射流速度对急冷油液滴在裂解气流内的贯穿距离和生存时间影响较小,提高初始射流速度,并不能明显加速液滴蒸发;液滴初始直径、射流角度对液滴运动轨迹有较大影响;在液滴初始直径为1.0 mm、裂解气速度10.0 m/s、急冷油初始射流速度24.0 m/s的条件下,临界射流角度约为137°。     

溶剂存在下的渣油轻度热解-脱沥青过程

本文提出了渣油在溶剂存在下轻度热解-脱沥青过程.以胜利减压渣油和孤岛减压渣油为原料,考察了热解温度及热解时间对脱沥青油(DAO)收率、残炭值及镍含量的影响.在实验条件下,渣油在溶剂存在下的热解溶剂脱沥青过程与单纯溶剂脱沥青过程相比;DAO收率明显提高,残炭值和镍含量显著降低;沥青的软化点降低而针入度和延度增加.     

柱色谱分离法预测塔河常压渣油脱沥青油杂质含量的研究

塔河原油是一种沥青质含量高、残炭高、金属含量高、酸值高的重质原油,为避免传统加工过程中的高温腐蚀和塔河渣油进催化裂化装置的高残炭、高金属含量等问题,考虑将塔河原油经常压闪蒸后的渣油直接作为溶剂脱沥青的原料。采用挂片失重试验对塔河原油的腐蚀性进行了研究,同时对适宜闪蒸温度下的常压闪蒸渣油进行了六组分分离,并对各组分的化学性质和结构参数进行了分析。结果表明:53.89%的硫、86.97%的氮、98%以上的镍、钒金属存在于胶质和沥青质组分中;随着组分加重,芳碳率fA增加,H/C原子比、环烷碳分率fN和芳香环系缩合度参数HAU/CA减小;将塔河常压闪蒸渣油在不同柱色谱馏出油收率下的杂质脱除率曲线与溶剂脱沥青中试结果对比发现,两者有较好的相似度,表明采用柱色谱分离方法可以在一定程度上来预测溶剂脱沥青过程不同脱沥青油收率时的杂质含量,可指导塔河常压闪蒸渣油溶剂脱沥青过程的操作。     

渣油中沥青质的缔合状况与热生焦趋势研究

分别以苯、氯代苯和硝基苯为溶剂用ＶＰＯ法研究了辽河、孤岛、胜利和大庆减压渣油中沥青质在不同溶剂和不同温度下的分子缔合状况及渣油热转化过程中沥青质平均相对分子质量、缔合度的变化规律及其与生焦行为的内在关系。结果表明,在苯溶液中原生沥青质以２～３个分子缔合,渣油热处理后的残渣油中的沥青质以３～６个分子缔合;沥青质缔合指数与渣油的热生焦趋势有一定的相关性;以硝基苯为溶剂所测得的沥青质平均相对分子质量更能     

渣油亚组分及其形成的胶粒颗粒尺寸的研究

 根据球形分子模型，采用特性粘度法和密度法计算了渣油亚组分(沥青质、胶质、芳香分)分子的颗粒直径；构筑了渣油中沥青质胶粒(胶团)模型，并据此计算了沥青质胶团尺寸。结果表明，采用特性粘度法，溶剂胶党性对测定沥青质大分子直径有影响，以甲基萘和苯为溶剂测定选择性粘度，关联出的沥青质分子直径分别为3.52~4.34nm和3.93~4.96nm。采用密度法计算得到的沥青质分子颗粒直径为2.39~2.79nm。大分子缔合作用对测定分子颗粒尺寸有影响。采用两种方法计算胶质、芳香分小分子颗粒直径均不受影响，分别约为1.60nm和1.25nm。渣油亚组分构成的胶团颗粒随着加氢处理深度的增加呈变小的趋势，73.3%质量分数的沥青质大分子转化成小分子。     

加氢体系构成对沥青质加氢效果的影响

将从玉门原油常压渣油和委内瑞拉原油常压渣油中抽提得到的沥青质,分别在渣油体系和十氢萘体系中进行加氢反应,从加氢产物分布、杂原子脱除率、加氢后沥青质缩合程度3个方面综合考察两种沥青质在不同体系中的加氢效果.结果表明:在十氢萘体系中,沥青质加氢的轻质产物收率更高,焦炭收率更低,但杂原子脱除效果较差;在渣油体系中,沥青质加氢...     

双场耦合破乳脱水装置中乳化油液滴聚结与破碎的数值分析

针对依靠单一的破乳方法或手段,难以对乳化油进行有效地脱水净化处理的问题,运用一种集成电场破乳和旋流离心脱水于一体的双场耦合破乳脱水装置,使油中液滴在电场中聚结增大,在旋流离心场的作用下快速实现油-水分离。由于乳化油中液滴在双场耦合装置中的动态聚结和破碎,对装置的油-水分离性能影响较大,且过程复杂,通过电聚结核函数和破碎核函数,建立群体平衡模型,模拟了双场耦合脱水装置中乳化液滴的聚结和破碎。计算结果表明：外加电压对液滴聚结产生重要影响,随着电压升高,液滴平均粒径和分离效率先增大,随后保持稳定;当U=11 kV时,相对于无电场条件,液滴平均粒径增大了60%,分离效率提高了27.5%;较低的入口流速虽对液滴聚结有利,但降低了油-水在装置中的分离效果,因此存在最佳入口流速。计算结果对装置参数设计与选择具有较好的指导意义。     

高压交流电场中单液滴振荡特性实验

 以白油和水为实验介质,利用显微高速摄像系统结合图像处理技术对高压交流电场(AC)作用下水滴在油中的振荡特性进行了研究,考察了电场强度、频率、油品黏度、介电常数、油-水界面张力以及液滴直径对液滴伸缩变形幅度的影响。结果表明,交流电场作用下液滴变形度呈周期性变化,且变形度变化频率是电场变化频率的2倍;液滴变形度主要受电场强度、液滴直径、油-水界面张力等因素的影响,而液滴伸缩变形幅度受电场频率、油品黏度和油-水界面张力的影响明显;在50~300 Hz的交流电场中,电场频率越大、油品黏度越高、油-水界面张力越低,液滴的伸缩变形幅度越小;电场强度和直径对液滴伸缩变形幅度的影响不明显。     

以非离子型乳化剂为原料制备油包水型有机硅乳液

为获得稳定的有机硅乳液,分别采用几种不同亲水亲油平衡值的非离子型乳化剂(Gransurf 71,77,90,Span 60,Tween85)制备了有机硅乳液。考察了乳化剂Gransurf 77(R77)浓度、乳化剂并用、油水质量比、环境温度对有机硅乳液类型、液滴尺寸、黏度及稳定性的影响。采用乳化剂R77与R71复配获得了液滴尺寸小、稳定性较好的乳液。研究表明,随着乳化剂浓度的增加,液滴尺寸减小,乳液的稳定性提高;与含水量50%的乳液相比,高含水量乳液的液滴尺寸较小,黏度增加;乳液在室温下稳定,70℃时稳定性降低。     

混沌脉宽调制电场激励油中液滴振动动力学特性分析

常用的恒定脉冲电场进行破乳脱水处理过程中,由于乳化油中液滴粒径的动态变化导致了电场最佳破乳频率的不确定,使得电场破乳效果受到了影响,进而提出了运用混沌脉宽调制电场实现乳化油高效破乳处理。以油中单液滴为研究对象,建立了液滴混沌脉宽调制电场振动动力学模型,数值分析了液滴的振动特性。结果表明：电场频率对液滴振动产生了直接影响,当施加的电场频率等于或接近液滴共振频率时,液滴发生共振;当电场频率小于液滴共振频率一半时,液滴振动频率高于电场频率;反之,液滴振动频率与电场频率一致。此外,不同粒径的液滴在混沌脉宽调制电场中的振动响应均存在滞后现象,粒径越大,其响应滞后越明显,混沌振动程度也会随之降低。     

强抑制高润滑丙三醇基钻井液体系研究与性能评价

针对油基钻井液存在污染环境、环保处理工艺复杂和影响录井质量等问题,利用低碳醇具有强抑制性和高润滑性、能与水以任意比例互溶的优点,开发了适用于强水敏性地层的丙三醇基钻井液。考察了膨润土在不同低碳醇溶液中浸泡24 h后的膨胀率,据此优选丙三醇做为抑制润滑剂;丙三醇体积分数越大,丙三醇溶液的抑制性、润滑性越好,黏度越高。为了降低丙三醇的用量和提高抑制性,将30%丙三醇溶液与5%KCl复配作为基液,形成了丙三醇基钻井液。性能评价结果表明,丙三醇基钻井液的抑制性、润滑性与油基钻井液接近,抗温140 ℃,抗NaCl、CaCl₂及钻屑污染,放置180 d后性能稳定,可重复使用;提高丙三醇加量,还可以进一步增强其抑制性和润滑性。丙三醇基钻井液对于强水敏性地层或对润滑性要求较高的地层具有较好的应用潜力,也为开发环保钻井液提供了新的方向。      

高温气流中液滴蒸发特性的研究

采用液滴蒸发实验装置,以悬挂液滴法研究液滴蒸发特性,考察了液滴蒸发的规律及气流速度和气流温度对液滴蒸发的影响。实验结果表明,液滴蒸发经历初始加热的非稳态阶段和后期的稳态阶段,非稳态过程液滴蒸发速率起伏很大,稳态过程蒸发稳定,液滴直径的平方随蒸发时间呈直线变化;在整个蒸发过程中,在475～500 K内存在一个气流温度临界值,小于临界值,气流温度越高,液滴初始加热时间与液滴生存时间的比值(Φi)越大,大于临界值,气流温度越高,Φi越小;提高气流温度和气流速度都能加速液滴的蒸发。     

电场作用下W/O乳化液中水颗粒的形变模拟研究与动力学分析

采用COMSOL Multipysics^TM软件,对W/O乳化液中分散相水颗粒在电场作用下的变形特性进行数值模拟,并结合已开展的室内实验,讨论电场强度(E)、电压波形、电场频率(f)、水颗粒半径(r)和连续相黏度(μ_c)对单个水颗粒变形的影响。结果表明:增加电场强度、增大水颗粒半径、降低连续相黏度会加剧水颗粒变形,电场强度存在上临界值;当电场频率较低时其值变化对水颗粒变形影响不明显,频率较高时则影响显著,但总体来看存在一个最优电场频率(2000 Hz);交流矩形波对水颗粒变形的影响强于交流锯齿波、直流脉冲波、交流三角波、交流正弦波等波形。当E为3~4 kV/cm、r为0.25~0.5 mm、使用交流矩形波时,水颗粒的拉伸发生增速变形,从而缩短水滴间的碰撞时间和W/O乳化液的电场破乳时间。     

稠油碱驱中液滴流提高采收率机理

利用微观可视化实验和岩心驱替实验,研究了碱驱提高稠油采收率的驱油机理。微观实验结果表明,在稠油碱驱过程中,碱液能够渗入原油中,形成外面包含一层油膜的“水柱”和“小水滴”,出现液滴流现象。依靠液滴流的高黏度和产生的贾敏效应,可以有效抑制驱替液的指进,从而增大了波及系数,且随着碱浓度的上升,液滴流现象越明显,波及系数就越大。岩心驱替实验结果表明,随着碱浓度增加,采收率增值和压力降均上升,这与微观实验得出波及系数随碱浓度的上升而增大规律相吻合。因此,碱驱液滴流增大波及系数是提高稠油采收率的主要作用机理。