井筒注汽过程隔热油管传热性能实验分析

稠油热采过程中,热流体由隔热油管组成的管柱注入油层。隔热油管是减少热流体在注入过程中散热损失并保护套管的关键部件,目前国内外学者对隔热油管热损失的研究,多集中在理论分析和数值计算研究方面。隔热油管由内管、隔热层和外管组成,其绝热效果取决于隔热层的视热导率。通过设计和研制的隔热油管地面模拟实验装置,测定了隔热油管的表面温度与热流分布;根据实测数据分别计算了较新隔热油管与较旧隔热油管的视热导率。实验分析发现,接箍与隔热油管外壁之间存在热桥,受影响的隔热油管长度约为0.5 m;接箍处的热通量高于正常隔热油管的3倍以上;较旧隔热油管视热流、表面温度和视热导率明显高于较新隔热油管,隔热性能下降。根据目前隔热油管的生产工艺和结构特点等提出了改进隔热性能的几点建议。     

基于不同接箍形式的隔热油管传热特性模拟分析

热力采油方法是稠油开采的主要方式之一,在注蒸汽热采过程中,隔热油管可以有效减少井筒径向传热损失;常规隔热油管使用一段时间后,热损失明显增加,如何改进隔热油管结构,降低注汽过程热损失,需要进一步研究。基于常规隔热油管,提出了2种改进隔热油管结构：接箍处含隔热衬套油管和直连式隔热油管;在对3种隔热油管物理结构分析基础上,建立了热损分析模型,根据所建模型,利用COMSOL软件进行了模拟计算分析,给出了3种隔热油管结构的温度分布和热损失变化特性,并进行了对比分析。结果表明：接箍处含隔热衬套油管热损失最小,直连式隔热油管热损失适中,建议对普通隔热油管接箍采取保温措施。本研究为注蒸汽热采过程减少热损失、提高稠油采收效果提供一定支撑。     

真空隔热油管隔热性能失效机理分析

本文对真空隔热油管的隔热性能主要影响因素及失效机理进行了分析,并提出了改善隔热性能与延长使用寿命的解决思路。保证隔热层具有一定的真空度是维持隔热油管隔热性能的核心,氢气渗透、管材气体脱附、油管机械破坏等因素都会使得隔热层真空度下降,减弱隔热性能。氢气主要来源于钢材的析氢腐蚀和原油裂解等。本文根据对隔热性能主要影响因素的分析提出了一些解决思路,以期减缓其隔热性能下降速度,延长隔热油管使用寿命,提高稠油热采的热效率和经济性。     

环管反应器内传热过程的数值模拟

为了对环管反应器内传热规律进行研究,在Euler-Euler双流体动量传递模型和环管反应器聚合传质模型的基础上,考虑了环管反应器内传热过程,建立了环管反应器传热数学模型,对工业烯烃聚合环管反应器内流动、传热和传质及聚合反应过程进行了研究。反应器内浆液温度的模拟值与工业现场值吻合,说明所建立的环管反应器传热数学模型是有效的。模拟结果表明,环管反应器温度与物料浓度存在不均匀分布。在上升段,温度分布呈中心对称,在弯管段不再呈中心对称,下降段的温度因弯管段的不均匀分布而不再呈中心对称分布;随着浆液入口速度或入口固体颗粒相体积分数的增加,环管反应器上升直管段,弯管段以及下降直管段温度降低;管壁冷却水温度不同,对环管反应器内冷却能力也不同,在反应器内相同的释放热量情况下,冷却水温度越低,对反应器内物料的冷却能力就越强。     

低成本隔热油管井筒保温冷采技术改进研究与应用

在对隔热油管隔热性能的影响广泛研究的基础上,通过实际生产需求研究与改进隔热油管加工工艺,降低生产成本,同时对影响隔热油管井筒保温的主要因素进行综合分析,寻求改善井筒保温效果的方法。     

泡沫玻璃隔热油管和真空隔热油管隔热效果的数值模拟分析

本文通过对目前常用的真空隔热油管与提出的新方案——泡沫玻璃隔热油管保温效果的数值模拟对比,不同厚度泡沫玻璃隔热油管隔热效果对比以及泡沫玻璃隔热油管氢渗后保温效果和真空隔热油管氢渗后保温效果对比,得出结论:保温层在16mm左右的泡沫玻璃隔热油管和真空隔热油管保温效果相当,但是当发生一定量的氢渗以后,泡沫玻璃隔热油管的保温效果远远优于真空隔热油管。     

氮气隔热油管注汽技术在陈庄油田的应用

河口油田稠油油藏主要分布在陈庄油区,对于稠油热采工艺应用比较广泛。而针对稠油油藏的开采,主要应用稠油热采工艺,采用蒸汽吞吐开采,随着稠油油藏多轮次的注气,隔热管注气逐渐显露疲态。随着技术的不断革新,低成本、高效率的工艺被广泛应用,氮气隔热油管注气技术有效解决了作业中遇到的难题,大大较少了占井周期、降低了作业成本,为河口采油厂稠油油藏的开发开采做出应有的贡献。     

采用泡沫玻璃材料延长隔热油管寿命的分析

主要讨论海上稠油热采隔热油管延长使用寿命的问题。论文探讨了真空隔热油管的氢渗问题及导致失效的机理,提出通过在隔热空间充填闭孔型泡沫玻璃,阻止因渗入隔热空间的氢分子自由运动导致的隔热效果急剧下降而失效,有可能大幅度降低因氢渗造成的真空隔热油管提前实效的现象,并对此进行了定性分析。     

湿蒸汽沿注汽井井筒的压降和传热规律分析

在湿蒸汽热采过程中,精确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽压力,温度,和干度等参数的变化,对整个生产过程都相当重要。本文根据传热和两相流动原理,建立了井筒注蒸汽的数学模型,把井筒热传递可合理地分解成井筒内稳态传热和地层内非稳态导热两部分,并选择B—B法求解摩阻压降,用Ramey方法计算井筒内湿蒸汽的传热量。     

振荡流结晶过程传热效应的模拟分析

通过振荡流调控传热特性以获得结晶器中分布特征良好的局部过饱和度,是有效优化冷却结晶过程的新设想。对具有光滑周期收缩孔(SPC)的振荡流结晶器,进行了三维非稳态数值模拟。考察了振荡流产生的时变流场结构,应用涡量表征涡旋强度,并得到剪切应变率分布,表明涡旋促进了流场混合,增强了剪切成核的调控能力。分析了振荡参数对结晶器传热特性的影响,结果表明振荡流导致了努塞尔数Nu随时间呈周期性变化,并且其周期特征与强度受振荡雷诺数Reo和斯特劳哈尔数St控制。因此,可以通过调节振荡参数达到对过饱和度的调控,这为结晶过程分析提供了依据。     

两相闭式热虹吸管传热极限的实验研究

本文对大型热虹吸管进行了各种不同工况的传热极限实验,取得了238组不同条件下的极限实验数据。根据液阻限制极限功率的机理,考虑到热虹吸管的特点,给出了适用范围较宽的热虹吸管两相流液阻判据式和计算极限功率关联式,误差不超过20％。同时还给出了分别适用于几种工质的简便计算式。     

水平管降膜吸收局部传热传质特性的数值模拟

为分析滴状和柱状流型下纯水蒸气水平管外降膜吸收过程的局部传热传质特性,建立非稳态数值模型考虑吸收过程中降膜区和管间区内液相的实际流动特征及气液两相的传质,同时对多管排区域采用实际边界条件,且考虑气液两相的传热过程。溶液的液膜Reynolds数范围为11~38。结果表明,与文献实验对比,相同流量下溶液出口浓度和温度的平均相对误差在2%以内;滴状和柱状流型下,降膜区溶液的平均浓度和温度均迅速下降,管间区先上升后下降,降膜区溶液的局部吸收速率分别约为管间区的10倍和7倍;柱状流型下降膜区的吸收速率明显小于滴状流型,管间区相差很小;吸收达到稳定后,滴状流型下溶液的平均浓度和温度变化均大于柱状流型,四排管降膜区溶液的浓度变化量依次增大,温度变化量依次减小。     

螺旋流内热虹吸沸腾装置(Ⅰ)——两相流动及传热机理和性能的研究

利用透明膜加热管对内热虹吸式沸腾装置各种螺旋通道内的两相流流型的变化规律、稳定性及传热性能进行观察研究.同时用钢管绕以电阻丝加热,以便能更准确地测量传热系数.实验所用的内热虹吸管模型共有七种不同的几何尺寸,其中五种为螺旋通道,两种为直流环形通道.实验介质为水、乙醇及聚丙烯酰胺水溶液.实验结果用q～G_t和q～(?)的关系来表示.文章讨论了通道的几何形状和尺寸、介质物性等对流体流动及传热性能的影响.     

多物理场耦合模拟微波蒸馏反应器：升温和沸腾过程

使用COMSOL Multiphysics软件建立了耦合电磁场、流体流动、传热以及物质传输的多物理场模型用于模拟蒸馏型反应器的微波能量利用过程,探究了蒸馏反应器中水负载在微波能辐射作用下从升温至沸腾过程,阐明了在升温阶段,样品温度呈上下层分布,上层温度较高,最大温差达20 K,自然对流的产生改善了温度分布的不均匀性;在沸腾阶段,由于下层温度较低,沸腾现象有延迟,气泡的产生消除了部分过热,其中表面蒸发量更大,最大时约为内部蒸发量的3倍,与此同时湍流现象明显改善了温度均匀性。探究了馈入功率对全沸腾状态的影响,揭示了全沸腾状态的最终温度取决于馈入功率和蒸发损耗功率的相对大小。研究结果可为微波辅助分离、反应等化工过程及装备设计提供理论基础与借鉴。     

高温气体穿越液池过程气液传热传质数值分析

建立气液二相间动量、热量及质量同时传递数学模型,数值模拟了高温气体穿越液池气液直接接触热质传递规律。模型中考虑了气泡破碎、聚合以及冷却水蒸发等因素的影响。数值模拟获得了液池内气液二相温度变化规律,探讨了液池内表观气速、气泡尺寸以及进入液池气体温度等因素对液池内气液二相温度分布特性的影响。计算结果与实验值吻合较好,验证了模型的可行性。数值模拟结果表明:高温气体在进入液池后,首先经历一个剧烈的气液热质交换过程,存在一个较大的温度梯度变化,而随后气体温度变化趋于平缓;随着液池内表观气速的降低,池内气体温度降低;最大冷却水蒸发速率和最高气体温度均出现在靠近下降管出口的区域。     

中温铯热管的启动及传热性能

由于铯化学性质活泼、易发生爆炸且价格昂贵,目前对中温铯热管的研究少见报道,而以高温钠、钾及钠钾合金热管的研究为主。鉴于中温热管应用及系统学术研究的需求,本文制备了铯热管,采用高频加热器调控其热流密度、数据采集系统监测管壁沿程的温度变化,对其启动性能及传热性能展开研究。实验结果表明,铯热管的启动演变规律与钠热管类似,利用Kn=0.01计算其转折温度更为准确。当热流密度q=18.04W/cm²时,通过热管沿程温度分布可知热管实现了声速极限下的启动,绝热段温度与蒸发段温度相差30.00℃。热流密度q=69.10W/cm²时,工作温度可达600.00℃,蒸发段与绝热段最大温差小于7.00℃,且有效长度为100％,表现出优异的换热性能和均温性。     

超声波场中蒸汽气泡凝结过程及传热特性

利用高速摄像仪记录有、无超声波时注入过冷水中蒸汽气泡的凝结过程,以分析超声波对蒸汽气泡凝结过程及传热特性的影响。结果表明:在超声波场中,蒸汽气泡表面会形成晶格状毛细波,有效增加气泡表面积,并加强气泡周围流体热边界层扰动,从而导致凝结换热的强化及气泡凝结速度加快。基于15～60 K过冷度下,有、无超声波时较大蒸汽气泡凝结的实验数据,拟合得出有、无超声波时的气泡凝结换热经验关联式,预测误差在±30%以内。     

翅片重力热管传热性能实验研究

热管是一种利用工质相变传热,具有传热温差小、热响应速度快、换热量大等优点的传热元件。为研究翅片重力热管的传热性能,实验测试了翅片重力热管与平板重力热管（铝-丙酮工质）的传热性能,比较了其瞬态热响应速率,获得了翅片与平板重力热管在蒸发段不同电功率稳定加热条件下表面温度沿高度方向的变化规律,计算了平板热管的等效热导率,并与铝板测量结果进行了对比。结果表明：重力热管传热速度快、表面均温效果好,热导率随功率的增大先升高后降低,整体上热导率高达纯铝的84~258倍,翅片热管相比于平板热管具有更好的均温性和散热效果,在建筑供暖、车载电池散热、余热利用等领域具有广泛的应用前景。     

竖直微肋管内LNG流动沸腾传热特性的分析

实验研究了竖直微肋管内液化天然气(LNG)流动沸腾传热特性,分析热通量、质量流量以及入口压力对LNG两相流动传热特性的影响。针对实验工况分别采用Kim关联式、Koyama关联式以及两种不同F_tp系数的Wellsandt关联式对传热系数进行预测,并将实验结果与预测结果进行比较。结果表明,在整个实验工况范围内,采用Koyama关联式预测准确性最好。     

异形整体式热管散热器传热实验与分析

针对电子电气设备散热和均温的需求,提出了一种新型结构形式的异形整体热管散热器：平板热管形式的蒸发段与具有高肋化比翅片的冷凝铜管集成。对该热管进行了传热实验与分析,研究热管在不同工况下温度数值及分布,探究影响热管性能的因素和规律,验证其传热能力。结果表明：在各种工况下热管温差始终在1.75℃之内,均温性能良好。加热功率和对流散热状况对热管启动性能、总体热阻、当量热导率、传热系数都有影响。随着加热功率和对流速度增加,热管启动时间和热阻均降低,当量热导率和传热系数则逐渐上升。热阻最低为0.189℃·W^-1,最佳当量热导率为20964 W·m^-1·K^-1。相比于同等尺寸的传统热管,热阻降低了37%,传热效率提升15%。