气液并流上行式反应器中分配器压降特性

在冷模试验装置中对气液并流上行式反应器中两种分配器的压降特性进行研究,考察了气体流量和液体流量对分配器压降的影响,结果表明：采用基准气液分配器和新型气液分配器时,分配器压降都随着气体流量的增大而先减小后增大,随着液体流量的增大而增大;在相同条件下新型气液分配器的压降高于基准分配器。针对两种气液分配器分别建立压降模型,压降计算值包括气液分配器的下部入口压降、中部上升管压降和顶部出口压降三部分,模型计算及验证结果表明：基准气液分配器压降中顶部压降占比最大,下部压降和中部压降占比较小,而中部压降中重力压降占比最大,加速压降可忽略不计;压降的模型计算值与试验值随液相流量变化的趋势基本一致,但是在相同条件下压降的计算值大于试验值,且二者的偏差随着液相流量的增大而逐渐增大,其原因是实际分配器中气液两相的流型会发生变化,导致模型计算值偏差变大。     

上流式反应器中分布器气泡发生性能研究

气液分布器是上流式液相加氢反应器重要的内构件,一般为带有多组气液上升管的多孔板分布器。在上流式三维床冷态实验装置中,采用高速摄像法研究了单个圆柱形上升管和文丘里上升管的气泡发生性能,并考察了气速和液速对文丘里上升管气泡发生性能的影响。结果表明,在相同操作条件下,与圆柱形上升管相比,文丘里上升管产生的气泡数量更多,气泡平均尺寸更小,更有利于气体的均匀分布,其气泡发生性能更好。在相同液速下,随着气速增大,微气泡分率略有增大,气泡Satuer平均直径变大,气泡尺寸分布变宽;在相同气速下,随着液速增大,微气泡分率增大,气泡Satuer平均直径变小,气泡尺寸分布变窄。     

多室气升式环流反应器气、液、固三相相含率的研究

在一个四流道的多室气升式环流反应器中，以空气-水-聚苯乙烯为体系，考察了气体表观速率对气含率和固含率的影响。结果表明：某一上升室的气含率只与该室气体表观速率有关。上升室和下降室的气含率均随气体表观速率的增大呈现先增大后减小的趋势；上升室和下降室的固含率随气体表观速率的增大均呈现先减小后增大的趋势。同时在鼓泡流下，用漂流通量模型模拟了气含率，上升室和下降室气含率的计算值和实验值的平均相对误差分别为6．90％和9．04％；用无因次法建立固含率的关联式，固含率的计算值和实验值的平均相对误差为2．75％。     

加压大型鼓泡床反应器中气泡上升速率的研究

在内径0 3m、高6 6m的加压鼓泡床反应器内采用床层塌落技术测量气泡上升速率。在液体粘度(1 43～3 54)×10-3Pa·s、液体表面张力(49 9～70 0)×10-3N/m、系统压力0 1～1 6MPa、表观气速0 06～0 28m/s范围内,考察了表面张力、粘度、压力、表观气速对大小气泡上升速率的影响。结果表明,大气泡上升速率随表观气速的上升而上升,而小气泡速率受表观气速的影响非常小。     

喷管分布器大型浆态鼓泡床反应器气含率的研究

采用内径0 284m、高3m的浆态鼓泡反应器,研究液体流速、分布器形式、高径比、固体质量分数及颗粒粒径大小等因素对反应器内气含率及气泡大小的影响规律。实验结果表明,气含率随体系内固相浓度增加和颗粒粒径的增大而减小,大气泡含率随表观气速、固相浓度增加和颗粒粒径增大而增大,液体逆流、静液高度及分布器形式对气含率无影响。并得出气含率的关联式。     

射流鼓泡反应器内气泡分布特性

采用气体分布盘和缩径式液体喷嘴的射流鼓泡反应器冷模实验装置,以空气-水作为模拟体系,考察了表观气速(ug)和喷嘴出口液速对气泡分布特性的影响。实验结果表明,在不同ug下,平均气含率均随着喷嘴雷诺数(Re_j)的增大而增大,平均气含率经验关联式计算值与实际值的平均相对偏差为8%。射流鼓泡反应器中心处气含率较高,边壁处气含率较低;随着Re_j的增大,气含率最高点向壁面方向移动,径向气含率分布趋于均匀。随着Re_j的增大,气泡具有不同的运动轨迹和分布状态,从类似字母"C"逐步演变为类似字母"B"和"A"。     

深水油气井关井期间井筒含天然气水合物相变的气泡上升规律研究

深水油气井关井期间天然气水合物的生成会导致气泡迁移滞后,影响钻井安全作业周期,为此利用室内垂直圆筒模拟深水井筒环境,实验研究了甲烷气泡表面水合物膜生长特性,提出了考虑自然对流传热的水合物横向生长模型及水合物膜厚度预测方法;分析了水合物气泡变形率与莫顿数、拖曳力系数及雷诺数之间的相关性,据此建立了关井条件下井筒中含水合物相变的气泡上升速度综合预测模型,并对南海某井的安全作业周期进行了预测和分析。通过实验和模拟分析发现,建立的自然对流传热模型对水合物膜横向生长速率和厚度具有较高的预测精度;水合物气泡的变形率随莫顿数增大而减小,拖曳力系数随雷诺数增大先减小然后逐渐增大,并拟合得到了气泡变形率、拖曳力系数计算公式。研究表明,气泡表面水合物的生成显著降低了气泡的上升速度,延长了安全作业周期,但气体到达海底井口后水合物堵塞风险增加,现场应根据关井时间采取针对性的井控措施。      

气侵后井底初始气泡平均直径预测模型实验研究

为了提高气侵后井筒气液两相流动计算结果的准确性，实验分析了气侵后井底初始气泡直径分布特征，建立了初始气泡平均直径预测模型。用不同质量分数黄原胶溶液模拟钻井液，用多孔介质模拟地层，实验分析了不同液相流变性、地层平均孔隙直径和不同气侵速度下井筒底部气泡群的直径分布特征。实验结果表明：模拟钻井液切力越大、气侵速度越大，生成的初始气泡直径范围越大，出现频率最高的气泡直径和最大气泡直径均增大；地层孔隙直径对初始气泡直径影响不明显。基于实验结果，综合考虑钻井液黏度、气体流量和表面张力等因素的影响，得到了侵入井底初始气泡平均直径实验预测模型；并考虑实际钻井过程中井壁处气体径向侵入特征和井斜角的影响，建立了侵入井底初始气泡平均直径预测模型。井底初始气泡直径预测模型的建立，为气侵后井筒气液两相流动精确计算提供了理论支撑。     

浆态床外环流反应器的流体力学特性

研究了浆态床外环流反应器内的局部流体力学特性,获得了局部气含率、气泡Sauter平均直径和气泡上升速度的轴向剖面。实验数据表明,气泡直径和上升速度收到固含率的影响,固含率的增加能够强化气泡的聚并。通过局部气含率、气泡直径和实验体系的物性等数据,建立了一个能够计算相间滑动速度的关联式,该关联式能够用于计算气泡群的局部曳力系数。     

双喷嘴导流管喷动床流动性能实验研究

喷动床喷动压降和喷动高度是喷动床设计和操作的重要参数。本文对双喷嘴矩形导流管喷动床的喷动压降和啧动高度进行了研究,测定了不同表观气速、粒径及粒度、静床层高度、导流管直径、导流管安装位置及左右喷嘴对喷动压降和喷动高度的影响。结果表明:喷动压降随着静床层高度、导喷距和导流管直径的增大而增大,随着颗粒直径的增大先增大后减小;喷动高度随着颗粒直径和导流管直径的增大而减小,与导喷距和静床层高度几乎无关;颗粒直径相近时,粒度对喷动压降和喷动高度影响不大。     

鼓泡床流体力学特性研究

在直径45 mm的鼓泡床冷态装置中,以煤油作为液相,氮气作为气相,研究了气含率、气泡平均粒径、两相相间滑动速度的变化规律。结果表明:反应器内流体的流动处于气泡聚并控制区,气含率随着两相流速的增加而增加;气泡平均粒径随着气相表观流速的增加而增加,随着液相表观流速的增加而降低。实验发现,在相同的条件下,与较小直径反应器相比,随着反应器直径的增大,气泡聚并作用增强,气含率下降,气泡粒径增大。     

采用氙气的鼓泡床流体力学特性研究

Xenon was used as gas phase to investigate the hydrodynamic characteristics in a bubble column. It was found that the flow pattern is mainly in the churn-turbulent flow regime by analysing the relationship between the slip velocity and gas holdup. The influences of operating conditions on the gas holdup and Sauter mean diameter were studied. The experimental results show that the Sauter mean diameter decreases with the increase of energy dissipation rate. A new correlation was developed to predict the Sauter mean diameter with an average error less 15%.     

加压浆态鼓泡床中固含率与气含率轴向分布的研究

在高6.6 m、直径0.3 m的浆态鼓泡塔中,采用动态气体逸出法研究了水-空气-石英砂体系中固含率与气含率的轴向分布。在表观气速0-0.24 m/s、固体质量分数(石英砂在水中的质量分数)0-23％、压力0.1-2.0 MPa范围内,考察了各种因素对固含率和气含率轴向分布的影响。实验结果表明,随着表观气速的增加和固体质量分数的减小,固含率的轴向分布趋于均匀;气含率随压力和表观气速的升高而增加;固体质量分数仅仅影响大气泡气含率和上升速率,而对小气泡气含率和上升速率的影响不大;在固体质量分数大于23％时,压力对气含率轴向分布的影响比较显著。     

采用群体平衡模型模拟多段环流反应器内的气-液两相流动

采用RNG k ε湍流模型、欧拉 欧拉双流体模型和群体平衡模型(Population balance model, PBM),对一种中心气升式多段环流反应器的内部流场进行了数值模拟,并对反应器内导流筒分段位置进行了对比研究。结果表明,与均一粒径方法相比,采用PBM模型得到的气含率、循环液速和气泡粒径的分布规律与实验值吻合较好,可以更加准确地模拟环流反应器的流场及气泡运动规律;多段环流反应器分段位置的调整可以有效解决局部横向混合不均等问题,将分段位置下移可以提高下降区循环液速,减小气泡平均粒径,从而提高气 液分布及传质效果。     

采出液温度对油水旋流分离器内流场及分离性能的影响

为探究油田采出液温度对油水分离旋流分离器(简称旋流器)性能的影响,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,研究不同温度下旋流器分离流场内的流动参数、油相分布、油水分离效率的变化规律。结果表明：随着采出液温度升高,分离流场中油水混合物的切向速度、压力、湍动能以及油滴粒子的径向沉降速度均增大,旋流器的分离性能提高;随着采出液温度升高,旋流器轴心处油水混合物中油相体积分数提高13.97百分点,油相体积分布非均匀度降至80%以下,油芯平均直径减小0.16 mm,轴心处的油相富集程度提高,分布均匀;当采出液温度高于70 ℃时,旋流器分离效率达99%以上。