稠油热采湿蒸汽汽水分离及等干度分配计量技术研究

稠油热采注汽锅炉多为直流锅炉,其产生的湿蒸汽干度≤80%,为了满足井底高干度蒸汽要求,设计球型汽水分离器,采用重力分离、离心分离及膜式分离原理,将蒸汽干度提高至95%以上,满足注汽要求。湿蒸汽为汽水二相流,蒸汽主干线和支线若采用侧三通,二管路内的蒸汽干度差别较大,直接影响各注汽井的注汽效果。采用正三通的入口或出口加装插入装置,可有效使二管路中蒸汽干度近视相等;当分支较多时(3-4路),设计加装整流器的球型等干度分配器,采用整流及对称性原理,实现各分支管路内蒸汽干度相等。同时,将标准孔板与文丘里管串联于湿蒸汽管道中,根据质量守恒定律,求解方程可计算出蒸汽质量流量与蒸汽干度,确保二相流计量的准确性及蒸汽干度的在线测量。通过湿蒸汽汽水分离及等干度分配计量技术研究,提高了注汽井的热采效果。     

船用蒸汽蓄热器非平衡热力过程

船用蒸汽蓄热器作为舰船上弹射装置的重要组成部分,具有充、放汽时间短,短时间内蒸汽消耗量大等特点,其运行特性直接关系到弹射装置能否安全、稳定运行。建立了船用蒸汽蓄热器实验系统,以过热蒸汽作为充汽汽源,进行不同工况下的充汽、放汽及连续充放汽实验。实验结果表明：蓄热器充汽(放汽)过程中,其压力呈现先急剧上升(下降)后随充汽(放汽)阀门关闭下降(上升),最终趋于稳定的强烈的非平衡热力过程;由非平衡热力过程导致的压降比随单位时间内充入蓄热器能量的提升而加大;蓄热器内温度变化滞后于压力变化,水温变化滞后于汽温变化。蓄热器非平衡热力过程研究可为蒸汽弹射系统的安全运行提供一定的技术支撑。     

三通在制冷管路中的使用与安全研究

三通管件是构成冷库管路系统的主要管道元件。受制造工艺的影响,许多厂家至今仍在使用非正规开孔、焊接三通。为了了解焊接三通相对于标准三通的安全性与对主管和支管出口流量分配的影响,应用有限元分析和计算流体力学方法,采用Fluent软件对标准三通、焊接三通充分发展的流场进行了稳态数值模拟。通过比较两种三通应力、出口处流量和速度分布可知,焊接三通上的应力更集中,支管流量更小,管路流阻更大,标准三通比焊接三通更加节能。     

往复压缩机管路中T型三通的气流脉动动力学特征研究

往复压缩机间歇性吸、排气的工作特性,使管网内形成压力和速度呈周期性变化的气流脉动成为激发管网振动的主要原因,严重影响了压缩机组的平稳运行。以平面波动理论为基础,研究了T型分流三通这一重要管件对压缩机管网内部气流脉动的影响,建立了包含T型分流三通的管路气流脉动传递矩阵。运用CFX进行流体动力学仿真,通过分析管路内的压力分布与流场分布,研究了分流三通主干管路与分支管路直径比的变化对管路内气流脉动的影响。     

船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型及其性能仿真

根据船用蒸汽蓄热器的特点,建立了考虑蒸发（冷凝）相变弛豫时间的船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型,并利用实验结果验证了模型的准确性,在此基础上利用仿真模型研究了关键参数对于连续充、放汽过程动态特性的影响。船用蒸汽蓄热器的充水系数决定蓄热器的蓄热能力,同时制约着系统的机动性,而充、放汽压力在影响蒸汽能量的储存与转化效率的同时,对于能否优化蓄热器的容积起到关键作用,因此应充分考虑弹射系统对弹射周期、弹射蒸汽压力、弹射所需蒸汽量等参数的要求匹配好两者的关系,使其既能满足弹射效率又能达到舰载机起飞所需的蒸汽参数。     

船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型及其性能仿真

根据船用蒸汽蓄热器的特点,建立了考虑蒸发(冷凝)相变弛豫时间的船用蒸汽蓄热器连续工作过程数学模型,并利用实验结果验证了模型的准确性,在此基础上利用仿真模型研究了关键参数对于连续充、放汽过程动态特性的影响。船用蒸汽蓄热器的充水系数决定蓄热器的蓄热能力,同时制约着系统的机动性,而充、放汽压力在影响蒸汽能量的储存与转化效率的同时,对于能否优化蓄热器的容积起到关键作用,因此应充分考虑弹射系统对弹射周期、弹射蒸汽压力、弹射所需蒸汽量等参数的要求匹配好两者的关系,使其既能满足弹射效率又能达到舰载机起飞所需的蒸汽参数。     

输油管道冲蚀磨损数值模拟研究

管道冲蚀泄漏是石油化工工业中经常发生的一种失效形态,管道的运行是否安全可靠直接影响石化企业的安全。本文采用RNG k-ε湍流模型,对某炼油厂的输油管线进行数值模拟研究,根据计算得到的壁面剪切应力的大小来表征管道冲蚀磨损的风险大小,并对不同位置管件的冲蚀风险进行排序。模拟结果表明,输油管线的最大壁面切应力出现在盲三通水平出口侧的下底面处,该部位最容易发生冲蚀破坏。本文的研究结果可为工程实际中定点冲蚀监检提供直观、准确的布点指导。     

基于低Reynolds数k-ε模型的超临界流体对流换热的快速计算模型

基于边界层理论,针对管内变物性湍流流动,建立了一种简单的数值模型,对超临界压力下水在直管内的湍流强制对流换热进行了数值研究。计算结果与实验数据比较表明,该数值模型不仅能正确地反映超临界工况下压力、质量流速和壁面热通量等参数对传热系数的影响,而且整个计算过程简洁而高效;计算中分别应用了两种均由Jones和Launder提出的低Reynolds数k-ε湍流模型(JL模型),发现JL1模型(c_1=1.55)适用于常物性管流,但在模拟超临界工况时计算值比实验值偏低很多;JL2模型(c_1=1.45)明显高估了常物性管流的传热系数,但在模拟超临界工况时在大部分参数范围内有着良好的预测精度。     

水煤浆管道冲蚀磨损数值研究

基于非牛顿幂率流体模型,结合水煤浆流变性及管内流动规律建立了水煤浆管道输运控制方程,针对流体流经弯头、变径、三通、补偿器等特殊管件过程进行三维数值模拟,分析了不同工况下管道内壁面剪切应力的分布规律,并给出了不同管件易发生磨损失效的具体位置,可为工程实际应用提供一定的理论指导.     

空冷凝汽器翅片管流态化清洗的数值模拟

对空冷凝汽器翅片管进行了液固两相流流态化除垢清洗的数值模拟。研究了流体流速、固相粒径、固相体积分数对清洗效果的影响。结果表明:流体的湍流强度壁面的剪切应力均随流速、固相粒径、固相体积分数的增加而增大;考虑节水节能和清洗效果,蛇形翅片管最佳入口流速为14m/s,固相粒径为0.3mm,体积分数为8%。     

不同充放汽条件下的锅炉-蓄热器系统动态特性

以锅炉-蓄热器系统为研究对象,采用集总参数法建立了相应的数学模型,并通过仿真与实验相结合的方式,对两种不同充放汽条件下的系统动态特性进行了研究分析。结果表明所建模型能够正确地反映出系统的动态特性,可为系统的设计优化与安全运行提供一定的参考。进一步分析可知,连续充放汽过程蓄热器从压力下限充到上限每次需要57 s,而间断充放汽过程则需要67 s,时间明显变长;同时对于某些需要周期性间断或瞬间大负荷用汽量的场合,在消除供汽锅炉负荷的较大波动、稳定供汽压力、提高锅炉效率等方面,连续充放汽的效果更为显著。     

圆管内轴向旋转流切向速度湍流强度

采用热线风速仪(hot wire anemometry,HWA)测量了ø300 mm×2000 mm圆管内轴向旋转流瞬时切向速度随时间的变化,重点分析了切向速度湍流强度的分布特点和旋转流摆动对切向速度湍流强度的影响.测量结果表明,瞬时切向速度由高频的湍流脉动速度和低频的波动速度叠加构成.由于受旋转流旋转中心偏离圆管几何中心造成的旋转流摆动的影响,在圆管中心区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较大,边壁区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较小.通过对瞬时切向速度数据进行概率密度分析可知,切向湍流强度不仅受气流脉动的影响,还受旋转流中心摆动的影响,是由自身气流脉动产生的湍流强度和旋转流摆动产生的湍流强度两部分叠加构成.旋转流摆动导致了中心区域的湍流强度远大于边壁面区域的湍流强度.     

孔板管道流动加速腐蚀受温度影响的数值模拟

电厂汽水管道的运行中,流动加速腐蚀（FAC）普遍存在且威胁着管道系统。为很好预测电厂管道流动加速腐蚀,本文基于电厂管道实际工况,采用流体动力学软件根据温度变化相应地调整水的物性参数,模拟了孔板管道下的流场,观察高速及高湍流动能分布区域,模拟计算得到不同温度下溶解度、速度、壁面剪切力及传质系数的变化,并结合流动加速腐蚀预测模型更精确地分析了温度对流动加速腐蚀的影响。结果显示：温度通过影响速度及黏性系数,进一步影响到壁面剪切力及传质系数,最终影响到FAC速率;传质系数与溶解度均受温度影响,在150℃以下,温度对FAC速率的影响显著且主要是通过传质系数实现的;FAC速率在Z/D≈0.7~1.0达到峰值,在Z/D≈3.8~4.3出现第二峰,这两处为孔板管道高危腐蚀区域。     

不同载荷下瞬态放汽过程特性仿真

以美国某型弹射器为研究对象,建立蓄热器非平衡热力过程数学模型和基于牛顿定律和气体动力学的飞机力学模型,基于美军标实际数据进行了仿真验证。对不同飞机质量弹射过程进行动力学与热力学综合仿真研究,结果表明：当飞机质量为8、20、35 t时,弹射末速度均大于72 m/s,弹射最大加速度均小于6g,弹射时间均小于3 s;飞机质量越大,蓄热器放汽质量越多,蓄热器最终压力越小,开槽汽缸压力下降越缓慢,开槽汽缸漏汽质量越多     

不同充汽方式下供汽系统动态特性仿真

以供汽系统为研究对象,采用集总参数法建立相应的数学模型,进行充汽阀自动控制充汽和旁通阀自动控制充汽两种充汽方式的动态仿真。结果表明：旁通阀自动控制充汽时完成3次充放汽时间为76.3 s,充汽阀自动控制充汽时完成3次充放汽时间为62.9 s,充汽阀自动控制充汽时平均每次充汽时间减少4.5 s;两种充汽方式关键参数在充汽阶段均维持较为稳定,在阀门切换阶段存在较大波动,但压力波动均小于0.2 MPa;相同充汽方式下,汽包压力波动< 过热蒸汽压力波动< 供汽母管压力波动。     

高压玻璃钢管道固化工艺芯模传热特性研究

本文研究采用蒸汽从内部加热的高压玻璃钢管道固化工艺,介绍了其工艺原理,建立了芯模的传热模型以及内部蒸汽流动的动力学模型,基于标准κ—ε两方程湍流模型和汽液两相流相变模型,使用有限元流体分析软件Fluent对芯模传热的蒸汽流动和传热过程进行数值模拟,根据仿真结果得到了蒸汽流场以及温度场分布情况和变化历程,分析了蒸汽流场内压力、温度、速度等物理量与蒸汽控制参数和流道结构参数之间的关系。本文的研究为高压玻璃钢管道固化工艺的实现以及芯模结构参数和蒸汽控制参数的优化提供理论依据。     

起伏振动状态下倾斜管内两相流多尺度熵分析

将振动装置和气液两相流实验回路相结合,在起伏振动状态下对倾斜管内气液两相流进行实验研究,观察记录流型并使用多尺度熵方法对压差波动信号进行分析。研究结果表明振动条件下倾斜管内出现两种新流型为珠状流、起伏弹状流。同时对95种流动条件下的5种典型流型的差压波动信号进行多尺度熵分析。结果表明,不同流型在低尺度（前9个）下的熵值变化率有明显不同,高尺度下的熵值可以反映不同流型的动力学特性。     

Analysis of pulsatile flow and its role on particle removal from surfaces

The use of pulsatile flow for energy efficient particle removal from surfaces is evaluated through modeling calculations. The governing equation for pulsatile flow in a channel between parallel plates with an oscillatory pressure input is solved and wall shear stress, identified as a measure for particle removal, calculated for fixed power input. It is observed that as the frequency of oscillation is increased the average wall shear stress with an oscillatory pressure input is higher than the corresponding steady state value only above a critical frequency. Similar results are obtained for pulsatile flow in a pipe. Explanation for this observation is presented based on how velocity profile changes as a function of frequency and consequently its effect on wall shear stress versus power dissipated. Based on these observations we propose that there is a critical frequency above which an oscillatory pressure input will be energy efficient for particle removal.