CFD方法修正流体液相比定压热容测量精度研究

为了提升一类快捷、高效准稳态低沸点流体液相比定压热容测量方法精度,发展了其数学物理修正模型。基于数学物理修正模型,应用计算流体动力学(CFD)方法对反式?1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))在压力1.56～4.53 MPa及温度310.15～365.15 K范围内34个点和1,1,1,2,3,3-六氟丙烷(R236fa)在压力1.48～5.41 MPa及温度315.15～365.15 K范围内32个点的液相比定压热容值进行修正。修正后R1234ze(E)比定压热容值与工程方程求解器(EES)软件计算值之间平均绝对偏差(AAD)从0.91%降至0.75%,最大绝对偏差(MAD)从3.55%减至3.22%;R236fa的AAD从3.04%降至2.66%,MAD从6.08%减至5.81%。结果表明,应用CFD方法可以有效地减小测量过程对流现象对准稳态低沸点流体液相比定压热容测量精度影响。     

一种比定容热容测量装置

比定容热容是基础状态方程建立和工程计算的基础热数据。基于绝热量热法研制了一种比定容热容测量装置,使用混合工质节流制冷机实现大温跨制冷并提供稳定的冷量;通过设置双层被动式控温防辐射屏并自主设计PID控温程序,在整个测量过程中样品容器与防辐射内屏的温差小于0.2 K,有效减小了辐射漏热;温度计内置于样品容器,减小了温度梯度,测温更加准确。通过测量异丁烷在279.10～323.68 K温区的压缩液体比定容热容对实验装置的可靠性进行验证。异丁烷的实验数据与文献数据具有较好的一致性,且与REFPROP 9.1的计算值对比最大绝对偏差为1.63%,平均绝对偏差为0.88%。     

低温液体无损储存数学模型的修正和验证

为了更好地预测和模拟低温液体无损储存过程,保障储存、运输安全,建立数学物理模型去仿真无损储存过程是必要的。在已有的俄罗斯无损储存模型的基础上,对计算过程中的漏热量用实时的低温液体温度进行修正。将修正前后的俄罗斯模型应用在2 m³液氮无损储存实验上,并将实验升压数据与计算结果进行比较,验证了修正模型对降低原俄罗斯半经验模型偏差的有效性。结果显示,修正前后的俄罗斯模型产生的误差都是同向负偏差,漏热量经过修正后,负偏差减小。同时将修正后的经验公式的计算结果和更复杂的分层模型的计算结果进行比较,指出复杂度的提升并没有带来精度的提高,修正后的俄罗斯模型适用于工程应用。     

R513A的饱和液相黏度特性研究

工质黏度对于制冷系统的设计优化至关重要。R513A因其良好的环保特性和热力循环性能,在冷水/热泵机组中有望成为R134a的主要替代制冷剂。为了进一步探究R513A的液相黏度特性,基于毛细管法设计搭建了制冷剂液相黏度测试系统,采用R134a作为标准液体对毛细管黏度计进行标定。在温度范围253.15~333.15 K内,开展了R513A的液相黏度实验研究,结果表明R513A的液相黏度略低于R134a。采用R-K多项式方程、硬球模型结合混合规则与实验数据进行关联,R-K方程计算值与实验值的平均绝对偏差（AAD）和最大绝对偏差（MAD）分别为0.71%、1.65%,硬球模型计算值与实验值的平均绝对偏差和最大绝对偏差分别为2.02%和3.39%。上述两种模型能够较好地预测R513A的饱和液相黏度,研究结果可为R513A的替代应用研究提供参考依据。     

R32+R1234yf+R1234ze（E）混合制冷剂气液相平衡实验研究

基于液相循环法搭建的气液相平衡实验装置,在263.15~323.15 K温度范围内,实验测量了R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）二元混合物以及R32+R1234yf+R1234ze（E）三元混合物的气液相平衡数据,利用PRSV状态方程结合WS混合法则和NRTL活度系数模型进行关联拟合,获得二元混合工质的交互参数,并在其基础上预测了三元混合工质气液相平衡性质。计算结果与实验数据对比表明,二元体系R32+R1234yf和R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差分别为0.71%和0.20%,气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.0016,三元体系R32+R1234yf+R1234ze（E）的压力平均绝对偏差为0.82%,系统组分R32和R1234yf的气相摩尔分数平均绝对偏差均约为0.007。     

R600a/矿物油的黏度和密度

利用振动弦黏度/密度实验测量系统对R600a/SUNISO 3GS矿物油混合物5种配比(R600a质量分数为100%、95%、90%、85%、80%)下的黏度和密度进行了实验研究,温度范围为253～333 K。实验系统黏度和密度测量的不确定度分别为±2%和±0.2%,温度测量的不确定度小于±10 mK。在获得实验数据的基础上得到了黏度和密度的关联式。黏度实验数据与方程计算值的最大绝对偏差和平均绝对偏差分别为5.73%和1.75%,密度实验数据与方程计算值的最大绝对偏差和平均绝对偏差分别为0.23%和0.07%。为实际制冷系统的优化设计提供了更为可靠的热物性数据。     

费托合成水相关二元体系热力学模型评价

采用活度系数模型中的Wilson,NRTL,UNIQUAC和UNIFAC模型,对费托合成水中相关的二元体系汽液相平衡数据进行计算,并进一步通过Hayden-O'Connell状态方程对汽相修正,从而得到Wilson-HOC,NRTL-HOC,UNIQUAC-HOC和UNIFAC-HOC模型的计算结果,并对比模型预测的计算结果和实验数据的偏差,对模型进行评价。结果表明:醇-水/醇体系,采用Hayden-O'Connell状态方程校正汽相计算结果后,模型计算结果的准确性得到提高;水-醛/酮体系,计算时不需要对汽相进行修正;水-酸/酯体系,由于水-酸体系是强缔合体系,采用Hayden-O'Connell状态方程修正汽相计算后,计算结果与实验值的偏差明显降低;醇-酸体系,采用Hayden-O'Connell方程修正后,Wilson,NRTL和UNIQUAC计算偏差没有明显降低,但UNIFAC-HOC的计算偏差明显减小,因此在采用UNIFAC模型计算时,应对汽相计算进行修正。     

碳酸二乙酯黏度和密度的实验测量及数据关联

采用振动弦黏度/密度计对碳酸二乙酯的黏度与密度进行了实验研究,测量的温度范围为263～363 K,压力范围为0.1～20 MPa。实验系统黏度和密度测量的不确定度分别为±2.0%和±0.2%。利用得到的实验数据,分别拟合了碳酸二乙酯黏度和密度方程。黏度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.54%,最大绝对偏差为1.98%;密度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.042%,最大绝对偏差为0.12%。最后将实验数据与文献数据进行了比较。为碳酸二乙酯作为替代燃料等研究提供了基础数据。     

含HFO二元混合工质汽液相平衡性质研究

为了提高环保替代混合制冷工质相平衡数据的计算精度,文中收集了公开发表的7种HFOs/HFCs及6种HFOs/HCs 2类二元混合工质的气液相平衡性质实验数据,分别采用PR方程+VDW混合法则、PR方程+MHV1混合法则+Wilson模型对2类混合工质的气液相平衡性质进行了非线性优化,结果表明:对于HFOs/HFCs,PR+MHV1+Wilson模型计算值与实验结果的压力平均相对偏差为0. 28%,汽相组分的平均绝对偏差为0. 003 5,PR+VDW模型的结果分别为0. 30%和0. 003 6;对于HFOs/HCs,PR+MHV1+Wilson模型计算值与实验结果的压力平均相对偏差为0. 25%,汽相组分的平均绝对偏差为0. 003 7,PR+VDW模型的结果分别为0. 55%和0. 004 8。可见:相比于PR+VDW模型,PR+MHV1+Wilson模型对HFOs/HFCs混合工质的汽液相平衡性质计算精度提升有限,对HFOs/HCs类工质则可显著提升计算精度。     

R1234ze(Z)蒸气压方程

为了对第4代新型制冷剂R1234ze(Z)的热物性有更多认识,文中在公开发表的文献中,搜集了关于R1234ze(Z)的饱和蒸气压实验数据。对每组数据精度进行分析后,筛选得到140组实验数据。经过非线性拟合,获得了R1234ze(Z)的4项Wagner型蒸气压专用方程。该方程适用温度区间为283—413 K,压力区间为12—2 950 kPa。将拟合数据与该方程进行对比,其压力绝对偏差大部分在±2 kPa,相对偏差分布于±1%范围,平均绝对偏差为0.193%。对比文献数据与该方程,其压力相对偏差范围为-1%—2%,最大相对偏差为1.827%,平均绝对偏差为0.282%。因此,新方程对各组实验数据点都有很好的拟合度。根据此方程,计算得到R1234ze(Z)的标准沸点为284.751 K,偏心因子为0.325,可供物理性质的计算和工程实践的应用。     

大型原油储罐防静电流速研究

大型原油储罐往往采用大型油轮进库的方式装卸原油,在满足装卸船时间的要求也必须满足防静电流速的要求.静电的产生与所装卸油品的性质、装卸油管道的长度、管径和流量等因素有关.因此,有必要对它们之间的关系进行研究以保证输油的安全.通过建立以场强和装卸船时间为约束条件的数学模型,在给定初始管径求解满足装卸时间要求的流速,判断是否满足防静电要求,满足则流速可继续增加,直到不满足时输出流速;不满足则按50 mm一档加大管径重新进行循环计算,并给出具体算例进行求解,得出满足100000 m3油罐卸100000 t油轮最小管径为DN400. 同时对理论计算与经验公式进行比较,得出经验公式更适合成品油防静电流速的计算,并不适合原油防静电流速的计算.理论计算误差较小,仅为2.8%.建立的数学模型为原油管道的设计和运行提供理论支持.     

原油顺序输送水平管混油段的分析

针对目前从港口输往炼油厂的油品多样性,以大庆和胜利油品为例建立了水平原油管段顺序输送模型,应用FLUENTT软件进行了三维数值模拟,得出了混油浓度变化图象和曲线,表明在原油管道顺序输送过程中粘度差的影响。幵总结出油品分散规律,幵给出了切割的长度,为找到最佳切割点提供依据。     

模拟蒸馏对原油宽沸点馏分分布的色谱测定

采用高温色谱模拟蒸馏快速测定原油馏程,进样量少,快速,分析时间缩短为18 min,结果最大相对标准偏差为0.79%,沸点结果比实沸点馏程分析结果更加精确,并能实现减压馏程无法测定的大于538℃的馏程分布,满足原油加工工艺要求。     

长输原油管道安全输量计算

随着输油管网的不断加大,电力价格和燃料价格的上涨,在热油管道的成本中能耗费用比重越来越大,如何降低能耗、节约成本、实现管道安全优化运行具有重要的研究意义。以沈抚输油管线为实例,在查阅了国内外大量文献的基础上,根据管道沿线油温的变化规律,通过达西公式及苏霍夫温降公式等推导出原油管道最大安全输量计算方法和最小安全输量计算方法数学模型并求解,利用Visual C++语言编写了计算软件。     

一种煤基油窄馏分折射率计算方法研究

为了考察寿德清-向正为关系式计算煤焦油及焦油加氢产物窄馏分样品折射率的准确性,在通过分析大量样品和实验数据的基础上,对比了计算值与测定值之间的差异。结果表明:计算中低温煤焦油窄馏分样品的折射率时,样品的计算结果与测定结果相差较大,寿德清-向正为关系式不可直接用于计算煤焦油窄馏分折射率;用寿德清-向正为关系式计算两种焦油加氢产物窄馏分样品的分子量时,样品的计算结果与测定结果较接近,对焦油加氢产物B样品来说,两种方法的平均误差为0.27%,均方差为0.34%;对焦油加氢产物C样品来说,两种方法的平均误差为0.21%,均方差为0.32%。寿德清-向正为关系式可直接用于计算焦油加氢产物折射率。     

亚临界和超临界压力下液态正癸烷比定压热容实验研究

为了准确测量液态正癸烷的比定压热容,采用流动型绝热量热法,搭建了一套适用于亚临界和超临界压力下的流体比定压热容测量系统。对温度为311~570 K、压力为0.12~6.02 MPa的正癸烷比定压热容进行测量,结果表明比定压热容随温度的升高而增加,但压力对正癸烷的比定压热容影响较小,并将实验值与文献值进行对比,结果表明两者的最大相对偏差在5.0%以内,平均相对偏差在1.39%以内。将实验值与Guseinov模型和Garg模型两种经验模型进行对比,并在两种经验模型的基础上,提出改进后的比定压热容模型。改进后的模型精度较高,其最大绝对偏差为1.32%,平均相对偏差为0.53%,可为其他碳氢燃料的比定压热容的推算提供基础和参考依据。     

原油不同比例混合输送过程中最小输量计算

随着大庆油田开采能力下降,油田产量的降低,庆哈输油新线为满足运行及下游生产的需要,采用进口俄罗斯原油与大庆原油混输的方式,维持对哈尔滨炼化公司的持续供油。针对可能面临的低输量问题,对庆哈新建庆俄原油混合输送管道进行不稳定性分析,分别计算不同混合比例下不同站间管段全年的热力和水力最小安全输量,以确保庆哈输油新线在输量减少、输油比例不断变化的情况下安全平稳运行。     

改性聚丙烯酸酯原油降凝降黏双功能处理剂的研究

以聚乙烯醋酸乙烯酯、极性基团物质改性合成的聚丙烯酸酯SDG - 6双功能处理剂 ,对凝点 40℃左右、黏度 10 0 0 0mPa·s以下的原油降凝率达 70 % ,降黏率达 95 %以上。同时降黏降凝效果好 ,经两口油井试用 ,初步解决了高凝稠油的开采输送问题     

Mixture temperature prediction of waxy oil–water two-phase system flowing near wax appearance temperature

Temperature sensitivity of waxy crude oils makes it difficult to study their flow behaviour in the presence of water especially near their wax appearance temperature(WAT). In this study a method was proposed and implemented to mitigate such difficulties which was applied in predicting mixture temperatures(Tm) of a typical Malaysian waxy crude oil and water flow in a horizontal pipe. To this end, two analytical models were derived firstly from calorimetry equation which based on developed two correlations for defining crude oil heat capacity actualized from the existed specific heat capacities of crude oils. The models were then applied for a set of experiments to reach the defined three predetermined Tm(26 °C, 28 °C and 30 °C). The comparison between the predicted mixture temperatures(Tm,1and Tm,2) from the two models and the experimental results displayed acceptable absolute average errors(0.80%, 0.62%, 0.53% for model 1; 0.74%, 0.54%, 0.52% for model 2). Moreover,the average errors for both models are in the range of standard error limits(±0.75%) according to ASTM E230.Conclusively, the proposed model showed the ease of obtaining mixture temperatures close to WAT as predetermined with accuracy of ± 0.5 °C approximately for over 84% of the examined cases. The method is seen as a practical reference point to further study the flow behaviour of waxy crudes in oil–water two-phase flow system near sensitive temperatures.     

高凝原油降凝剂的合成及性能研究

针对我国原油高凝点的现状,以丙烯酸十八脂、醋酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯酸为单体,按摩尔比10:1:1:1溶液共聚,合成了新型高效的原油降凝剂。结果显示:降凝效果在加剂量为0.5%(wt)、反应温度为70℃时,降凝效果最优;且当原油溶液温度达到20℃以上时候,其粘度几乎降至为0 Pa·s。