富油煤地下原位热解余热利用过程数值模拟

富油煤作为一种公认的特殊煤炭资源,储量巨大,是我国重要的战略能源。富油煤原位热解是一种摒弃传统煤炭开采,直接在地下热解提油的新技术。前人对原位注气加热研究主要集中在油页岩开采利用。地块热解后的残余热量具有重要经济效益,然而鲜见其余热利用过程研究。通过构建富油煤半焦层降温冷却的二维大尺度模型,研究了冷却介质种类、入口流速及温度、半焦层初始温度、布井方式、水平裂缝数目、加热时长和加热介质入口流速对余热利用过程的影响规律。结果表明,冷却介质流速对半焦层冷却效果提升有限;加热介质流速对平均温度上升的贡献有限。相较N₂和水蒸气,CO₂作为冷却介质能加快半焦层冷却。增加注气井数量有助于改善半焦层温度的均匀性、提高冷却效率,但半焦层冷却效果几乎不受注气井位置影响。双水平裂缝布置能满足有效冷却的要求。通过对半焦层冷却初始状态各参数优化,有助于了解冷却过程的温度变化规律,提高余热利用效率,为富油煤原位热注入开采全过程研究提供理论依据。     

富氧条件下分解炉三维流场数值模拟

以前期实验为基础,将某水泥厂KDS分解炉为原型修改成富氧燃烧的分解炉,运用fluent软件,模拟30％氧气浓度下,炉内气固两相流,根据速度云图、压力云图、CaCO3分解率的结果显示,炉内流场与实际工况较为一致,说明结果具有一定可靠性;温度云图整体高出实际工况,反映出富氧燃烧能够使分解炉内煤粉燃烧更加充分,提高燃烧效率的优点,在水泥行业中有很好的应用前景.     

三维小球随机堆积多孔介质内黏弹性流体流动数值模拟分析

复杂流体在多孔介质内的流动广泛存在于自然界和工业生产中,研究复杂流体的非牛顿特性对多孔介质内流动的影响具有重要的意义.基于黏弹性流体本构方程,对三维颗粒随机堆积的多孔介质模型进行研究,获得了流体流变性质对多孔介质内流动特性的影响规律.研究发现,流体的流变性质对多孔介质流场内流动的压力降和渗透率等有着显著的影响.对于黏弹性流体来说,随着弛豫时间的增大,即流体的弹性增强,导致流场内压力降减小,渗透率增大;当表征剪切稀化效应的迁移因子增大时流场内部压力降减小,渗透率增大.     

不同布井模式下富油煤原位热解传热规律数值模拟

原位热解技术是可将富油煤在地下煤层中直接进行加热而无需开采的一种新型富油煤开发利用技术,能够实现对富油煤资源的高效清洁利用。为了探究布井模式对加热过程中升温效果的定量影响,通过Fluent数值模拟的方法,研究了不同布井数量(单口注热井、四口注热井、六口注热井)、不同加热介质流速(2 m/s, 4 m/s, 6 m/s, 8 m/s, 10 m/s, 12 m/s)、不同加热介质温度(500℃,550℃,600℃,650℃,700℃)等因素对煤层整体温度场均匀性以及煤层加热速率的影响。此外,探究了多井注热对不同井间的流量配置偏差的调节作用。结果表明：多井注热的模式改善了裂缝中流体分布不均匀的问题,六井注热有效区域是单井注热有效区域的2.2倍,煤层平均温度提高了约100℃。六井注热模式下,提高流速和提高加热介质温度均可大幅改善煤层升温的速率,当加热介质为650℃,入口折算流速为10 m/s时,加热三年后的有效加热区域范围已经达到70%。单井的流量出现偏差时,有效加热区域占比从50.7%下降至47.9%。当三口井同时出现流量偏差时,井群的调节能力减弱,有效加热区域占比从50.7%下降至44....     

油煤浆输送管道弯管部位流场的数值模拟与磨损预测

针对煤液化工业中油煤浆管道,利用fluent软件对7种不同管径,8种弯径比的弯管部位的流场进行了模拟计算,得到在湍流状态下管内速度场分布。通过二次开发将磨损模型嵌入到Fluent软件中,实现了对弯管部位的磨损预测。数值计算结果表明,弯径比不同,弯管的磨损区域与磨损量有较大差异;同一管径时,随着弯径比增大,最大磨损量减小。考虑到管路经济性,弯径比取4—6是比较适宜的。     

LPG埋地储罐泄漏渗流扩散多相混合数值模型及模拟（Ⅱ）数值模拟验证

采用本文（Ⅰ）报建立的LPG（liquefied petroleum gas）埋地储罐泄漏渗流扩散多相混合数值模型分别对气态和液态LPG在含水量不同的砂池中渗流扩散到外界环境的过程进行数值模拟,得到砂池中的流场、浓度场和LPG渗透到外界环境的质量流速。在数值模拟的基础上,对LPG气相、液相两种状态渗流扩散在砂池出口处LPG流速随时间的变化过程进行分析,总结出LPG渗透到外界的流速变化规律。模拟结果表明重力和出口位置对渗流扩散的方向影响很大,压力驱动是LPG渗流的重要影响因素;流体进出口处是流体流动活跃区域,非达西效应明显。数值模拟结果与LPG气体渗流扩散试验数据吻合较好,验证了理论模型和数值模拟的可靠性。     

LPG埋地储罐泄漏渗流扩散多相混合数值模型及模拟（I）模型建立

在混合模型理论基础上,建立LPG（1iquefied petroleum gas）在非饱和砂土中渗流扩散的传热、传质模型,研究LPG埋地储罐在砂土介质中发生泄漏时LPG渗流扩散的物理过程。该模型综合考虑了LPG泄漏相态、重力、黏滞力、毛细压力、扩散、非达西效应、气液相之间相互作用等影响因素的作用;在Forehheimer方程基础上,推导出多相混合流的非达西流动方程,并根据LPG实际渗流过程中流动状态的变化,将多相流非达西系数根据Reynolds数变化进行相应的改变,实现对多相流体从非达西流动向达西流动的转变现象的描述,能够模拟多种流动状态变化,扩展了模型的适用范围;根据LPG不溶于水的特性,简化了组分方程,推导出LPG体积浓度计算式。该模型能描述LPG埋地储罐泄漏后在砂土中流动趋势和对周围造成的影响,为埋地储罐场地选取、周边区域规划和事故预防、预测、应急提供依据。     

热风循环隧道烘箱的流场模拟及结构优化

采用CFD数值模拟方法研究热风循环隧道烘箱的内部温度及流场分布,提出了6种结构优化方案,考察了不同方案下的气流分布特性。结果表明,烘箱出口面局部温差在1 K以内,温度分布较均匀;气流速度分布是影响烘干品质的主要因素,原始结构下出口气流分布极不均匀,出口面角落位置出现局部高速区,最大速度达3.48 m/s,平均速度为0.94 m/s,相对均方根值为0.73;相比原始结构,6种改进方案中,弯头三隔板结构出口面的相对均方根值最低,最大速度降低51.4%,最佳风速区域占比提升至75.17%,整流效果最明显;弯头内设置三块隔板后,风罩内再设置隔板对气流均匀性的改进作用不大。     

LPG埋地储罐泄漏渗流扩散多相混合数值模型及模拟（Ⅰ）模型建立

在混合模型理论基础上,建立LPG（liquefied petroleum gas）在非饱和砂土中渗流扩散的传热、传质模型,研究LPG埋地储罐在砂土介质中发生泄漏时LPG渗流扩散的物理过程。该模型综合考虑了LPG泄漏相态、重力、黏滞力、毛细压力、扩散、非达西效应、气液相之间相互作用等影响因素的作用;在Forchheimer方程基础上,推导出多相混合流的非达西流动方程,并根据LPG实际渗流过程中流动状态的变化,将多相流非达西系数根据Reynolds数变化进行相应的改变,实现对多相流体从非达西流动向达西流动的转变现象的描述,能够模拟多种流动状态变化,扩展了模型的适用范围;根据LPG不溶于水的特性,简化了组分方程,推导出LPG体积浓度计算式。该模型能描述LPG埋地储罐泄漏后在砂土中流动趋势和对周围造成的影响,为埋地储罐场地选取、周边区域规划和事故预防、预测、应急提供依据。     

Numerical and physical modeling of the permeability of paper to CMC and coating liquids

The penetration of CMC solutions and coating liquids into paper sheets was investigated experimentally and modeled using a Lucas-Washburn equation (Lepoutre, 1978) adequately modified to account for the dynamic contact angle and the coating fluid rheology. A numerical simulation of the fluid penetration based on the finite element resolution of the Navier-Stokes equations was carried out as well. The numerical predictions and the predictions of the Lucas-Washburn equation were compared with the experimental data showing the limitations of the models.     

二段组合式气化炉的数值模拟

二段组合式气化炉利用化学反应方式回收高温煤气中的显热,能有效地提高现有气流床气化技术的能量利用效率。文中利用Fluent中的PDF燃烧模型和多孔介质模型,对该组合式气化炉进行了数值模拟研究,模拟计算结果与实验值吻合较好,验证了模型的可行性。模拟结果表明:一段燃烧区的撞击流有效促进了热质传递,在一段喷嘴平面区域产生了强烈的回流,并且模拟得到了2股射流火焰撞击形成的"花瓣型"火焰形状;在二段固定床两侧存在压降,气流和温度在床层内的径向分布更加均匀,并且二段固定床能够影响水蒸气变换反应的进行。文中的模拟结果为二段组合式气化炉的工艺和结构设计提供参考。     

热压工艺密实过程数值模拟

本文针对热压成型工艺,利用多孔介质有效应力原理和体积平均方法,建立了三维流动-热-化学耦合的数值模型.该模型将密实过程中的纤维层视为可变形的多孔介质,从而能反映纤维层变形的影响.在此基础上,本文采用有限元方法,结合ALE移动网格方法处理动边界,对热压工艺密实过程进行了数值分析.计算结果表明,与非耦合的经典模型相比,该模型给出的结果与实验吻合得更好.     

多孔介质/纯流体耦合区域内可压缩气体的流动

采用统一形式的修正N-S方程描述多孔介质/纯流体耦合区域的流动,提出了方程中用于处理多孔介质内流动的源项确定方法,并利用成熟的CFD技术对圆管内具有前后台阶的耦合区域内可压缩气体的流动进行了数值模拟,得到了与实验吻合的计算结果.     

Permeability analysis and seepage process study on crystal layer in melt crystallization with fractal and porous media theory

In this paper a porous media seepage model was applied to analyze the permeability and study the seepage process of crystal pillar formed in the preparation of electronic grade phosphoric acid (EGPA). By inspecting the seeping process, the structure parameter of crystal pillar could be obtained. Two basic ideal models (perfectly separated model and perfectly connected model) were presented and a characterized factor φ was introduced to modify the model. A good simulation result was obtained which met the experiment result well. The relationship between φ and permeability were also discussed. The characterized factor φ showed potential application on optimizing process.     

A method to calculate the multiphase flow properties of heterogeneous porous media by using network simulations

A method is suggested to compute the capillary pressure and relative permeability curves of heterogeneous porous media. The broad pore radius distribution (PRD) and throat radius distribution (TRD) are decomposed into relatively narrow component distribution functions which are used for the computer‐aided construction of pore‐and‐throat networks. The quasi‐static motion of menisci in pores and throats is tracked by accounting for capillary forces. The presence of fractal roughness along pore walls ensures the coexistence of both phases in pores. The calculation of the hydraulic conductance of each phase is based on the concept of constricted unit cell. Simulations in component pore networks constructed from narrow PRD and TRD produce a set of capillary pressure and relative permeability functions, the arithmetic averaging of which yields the corresponding functions for a heterogeneous synthetic pore network. This information is used by a dynamic simulator of drainage in permeability networks to predict experimental results of soil columns. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

多孔介质燃烧-换热器的二维数值研究

通过二维数值模型研究了多孔介质燃烧-换热器。在宽广的工况范围内,研究多孔介质燃烧-换热器内的温度、速度分布和压力损失,研究主要工作参数过量空气系数和功率对换热管总的热效率的影响。结果表明,过量空气系数和功率对总的热效率有显著的影响,随二者的增大,总的热效率降低。实验验证了数值计算结果的有效性。     

降膜结晶分离过程热、质及动量传递的数值模拟(Ⅰ)分区域统一模型

基于混合物理论和实验观察所获得的有关结晶形态及形貌特征 ,建立了描述降膜结晶过程液相区、枝晶状固液两相共存区及固相区的动量、热量和质量传递过程的分区域统一数学模型 .模型的一个重要特点是认为在降膜结晶过程中 ,于熔体液相区和固相区之间存在一薄厚不匀且不断变化的固液两相共存区 .随着结晶过程的进行 ,二相区内固相体积分数不断增加并不断向液相区推移直至完全固化 .二相区的存在为降膜结晶时含杂质低纯度液体提供了在晶层内栖身的场所 ,这可能是产生杂质包藏的实际原因。引入多孔介质传递理论并采用Brinkman扩展的非稳态Darcy方程来描述固液两相区多孔介质内的流体流动 .进一步 ,采用VanDriest修正的Prandtl混合长度模型来描述降膜结晶过程中液体区的湍流流动与传热传质     

多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型的推导及其应用

基于Whitaker的体积平均方程，在不附加任何新的假设的基础上，对多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型进行推导，得出了多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型。并应用该模型对瓷质砖体干燥过程进行了数值模拟，模拟结果与实验结果十分吻合。     

致密破碎多孔介质渗透率测量方法

基于均匀各向同性多孔介质、达西渗流和理想气体假设,考虑Klinkenberg效应建立了针对具有纳米尺度孔径的低渗透率多孔介质中的渗流模型。针对致密球形破碎样品的压力脉冲实验,建立了相应的边界条件,同时利用有限差分方法获得其实验腔的压力变化曲线的数值解。通过对渗流方程进行量纲1化,引入了与孔隙率、渗透率和滑移参数有关的量纲1参数Z、Z^*和b_K。通过改变参数Z、Z^*和b_K研究了样品边界处压力的变化规律,给出了一种数据处理方法,对于致密球形破碎多孔介质的压力脉冲实验,通过对实验测量的样品边界处压力曲线的分析,结合偏微分方程正问题的数值解,可以确定样品的孔隙率、渗透率和滑移参数,从而更为简便地分析压力脉冲衰减曲线实验数据,得到致密多孔介质样品渗透率。