LNG缠绕管式换热器试验研究中的热物性计算方法

在基本负荷型的LNG工厂中,多股流缠绕管式换热器是应用最广泛的主低温换热器,多组分介质在管程和壳程的传热与流动特性是主低温换热器试验研究的关键,而混合介质的热物性（密度、动力黏度、导热系数、比热容）对试验研究的影响较大。为此,在考虑了压力对气态混合物热物性计算影响的情况下,对气态和液态混合介质的4种基本热物性的计算方法进行了提炼、集成,并将计算结果与HYSYS的计算结果进行了比较,结果表明：相关的热物性计算方法是可行的,计算误差均控制在工程允许范围内。该计算方法为国内开发大型冷塔提供了技术支撑,有助于早日实现LNG缠绕管式换热器冷塔的国产化。     

管壳式换热器模拟中壁面函数选择分析

为了比较不同壁面处理方法对管壳式换热器壳侧流体流动和传热的影响,建立了折流板换热器壳侧数值模型,应用大型CFD软件Fluent对其在湍流流动下的流动与传热特性进行数值计算,并将数值计算结果与试验数据进行对比。结果表明,在相同边界条件下,选择不同壁面处理方法,所得计算结果有一定的差别,并且主要差别发生在进口段及折流板附近流体流动发生剧烈变化的区域,但3种壁面处理方法均满足工程计算需要,其中采用增强壁面函数法模拟结果与试验结果最为接近,能更为准确地计算折流板换热器壳侧复杂流动。     

火灾环境下LPG储罐压力与温度响应的数值模拟

建立了火灾环境下液化气(LPG)储罐热响应的模型,针对立式液化石油气储罐进行了数值模拟。结果表明,LPG储罐内介质的温度上升速率随着充装率的增大而减小,压力上升速率随着充装率的增大而增大;储罐介质的升温和升压速率随着热流密度的增大而增大,储罐壁温度的上升速率也随之增大;储罐局部受热时,侧壁受热对储罐压力热响应的影响比底部受热大;升压速率随着导热系数的增大而增大,壁面温度的上升速率随之减小。     

蒸汽发生器换热管壁温的计算

利用两种方法计算了蒸汽发生器换热管的管壁温度,得到了蒸汽发生器换热管壁温沿轴向和径向的分布规律。管壁温度接近导热系数较大-侧介质的温度,且内外壁温差较小。沿换热管轴向的管壁温度分布基本一致,沿壁厚方向的壁温由高温侧到低温侧介质呈直线分布。     

轴向微小扰动下螺旋槽气体端面密封气膜特性分析

利用有限元法和小扰动法求解轴向微小扰动下螺旋槽气体端面密封气膜控制方程——动态雷诺方程,得到了端面稳态及动态膜压分布。计算了表征气膜特性的参数——刚度和阻尼系数,进一步分析了压缩数、频率数及端面锥度对气膜特性的影响规律。结果表明,高频率数及负锥度对气膜刚度系数和阻尼系数的影响显著,而低频率数及正锥度对刚度系数和阻尼系数影响较小。随着轴向激励频率的增大,不同压缩数及锥度下的刚度和阻尼系数逐渐趋于相同值。     

油页岩原位加热电加热器温度分布模拟及优化设计

电加热是原位开采油页岩的方法之一,电加热器是其关键的加热元件。通过MATLAB的PDE工具模拟电加热器的温度分布,探讨了加热器导热系数、热源密度、密度、比热容、加热器尺寸等参数对加热效果的影响,以此作为电加热器优化设计的依据。研究指出,密度小的材料有利于提高加热器的加热效率;导热系数对温度影响不大;比热容越高,加热器的整体温度越低;随热源密度的增加,加热器的温度显著增加;正交实验分析指出,热源密度、密度、比热容对加热器温度分布影响较大,导热系数影响很小;加热器半径增加,温度增加。优化设计的加热器的形状为轴对称U型管和真空加热管,加热元件的材料为铜和不锈钢等。井下原位电加热不仅可以应用在油页岩的开采中,未来也可以作为稠油的开采技术。     

基于FLUENT分析的管壳式换热器筒体腐蚀预测

换热器筒体腐蚀的影响因素众多,流体流速、温度、操作压力和介质成分等流体力学参数是影响换热器内腐蚀的关键因素。现有的腐蚀检测方法难以全面考虑流体流速和温度等流体力学参数的影响,检测精度降低,对于缺陷的探测、描述、定位及确定缺陷大小的可靠性较差。本文采用基于计算流体力学的数值模拟原理,利用有限体积法、RNG模型和壁面函数法,利用FLUENT软件对浮头管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了三维数值模拟,计算了管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,并在此基础上分析筒体的冲蚀规律。     

温度对盐水导热系数影响的实验研究

为探讨温度对盐水导热系数的影响,特别是深水低温条件下的导热系数,采用瞬态热线法测定不同温度下（4～60℃）下5种常用盐水溶液的导热系数,并分析了温度对每种盐导热系数的影响。实验结果表明,对于待测盐水体系而言,相同浓度下,每种盐的导热系数与温度的变化趋势相同,即4～20℃低温段,盐的导热系数曲线缓慢增长,随后温度对导热系数的影响逐渐增大;相同温度下,导热系数随着盐浓度的升高而降低。文中还对现场2口深水井所用的盐水测试液的导热系数进行了室内测定,结果发现,2种配方的导热系数受温度的影响较小,4℃和50℃的导热系数的差值分别为0.036、0.53 W/（m·K）;当温度高于40℃以后,2种体系的导热系数不受温度影响。      

计算C3—C4气体导热系数的新公式

在设计换热器时，需要计算不同部分的换热系数，这些计算需要知道各组分的导热系数。在计算换热器的总传热系数时也需要不同组分的导热系数值。实际上，导热系数是传热的基本参数。     

高频电磁加热稠油储层温度分布及其影响因素分析

为了准确分析高频电磁加热过程中影响稠油储层温度分布的因素,以电磁场和传热理论为基础,考虑稠油储层电导率、相对介电常数随频率变化,导热系数、比热容随温度变化的实际情况,建立了描述储层性质动态变化的数学模型,并采用多物理场模拟软件COMSOL求解数学模型,采用对比法分析了不同因素对温度分布的影响规律。计算分析发现:电磁波功率的提高有助于增大储层加热深度;较大的电磁波频率可引起波源附近储层温度升高,但温度随深度增大急剧下降;考虑储层性质动态变化时计算出的温度分布,与假设储层性质恒定时的计算结果存在差异;在一定变化范围内,储层温度值随相对介电常数和电导率增大而增大。研究结果表明,储层性质、电磁波功率和频率对储层的温度分布有明显影响,建立的考虑储层性质动态变化的数学模型为高频电磁加热稠油技术的现场应用提供了理论依据。      

Shear driven crude oil wax deposition evaluation

Comprehensive testing of waxy crude oil solid deposition using a recently developed device based on Taylor–Couette flow under both live (single-phase) and stock tank conditions was performed. The analysis included wax solid deposition as a function of time (kinetics), shear (dynamics), temperature (heat transfer) and pressure. The study revealed good deposit reproducibility under consistent test conditions. Moreover, collected experimental deposition results from the Taylor–Couette flow device demonstrated proper deposition trends and profiles as a function of the selected variables. In particular, the results confirmed that the deposition increases with the increase of heat transfer and kinetics, and deceases with an increase of shear at the wall.     

高温管架中的热传导及其蕴涵的危险性

高温管道中的热传导存在于高温管道的管壁、管道保温层和管道支架之中。笔者提出发生在管道支架中的热传导及其蕴涵的危险性。通过对管架传热过程的分析、必要的近似与假设,得到了特定几何形状管架的温度计算公式。通过常见蒸汽管道的管架温度和受影响的相邻管道的温度的实际计算,求证了上述危险性的存在。     

热管改善油井井筒流体温度分布的理论研究

为了寻求经济节能的改善热敏感性原油井筒流动特性的工艺技术,基于两相闭式热虹吸管工作原理,提出了利用热管改善井筒流体温度分布剖面的方法.结合井筒传热模型及耦合热管传热理论建立了热管井井筒温度分布计算理论模型,利用该模型分析论证了热管改善井筒流体温度分布的原理及技术可行性.现场试验及理论研究结果表明:在不消耗额外能量的前提下,利用热管可以实现利用深部流体自身部分能量提高井筒上部流体的温度,进而改善井筒温度分布剖面.     

基于非等温三相流模型的欠平衡钻井井底压力预测

考虑欠平衡钻井中钻屑的影响以及由于地层和钻井液之间热量传递导致的温度变化,应用气-液-固三相流模型来模拟井筒流体,计算井筒温度和压力分布,分析不同参数对环空内流体压力和温度分布的影响.研究表明,与两相流模型及其他考虑地温梯度的三相流模型相比,考虑传热的非等温三相流模型能够更加准确地预测欠平衡钻井井底压力.井筒内黏性耗散...     

考虑对流换热的水平套管式蓄热体数值模拟

在考虑对流传热作用的基础上,采用数值传热方法建立了十水硫酸钠蓄热材料的凝固/熔化模型,并应用焓法对水平放置的同心套管蓄热体进行了数值模拟,分析了相变传热过程中不同时刻套管内相变材料的速度场和温度场分布,考察了对流换热对传热的影响。研究结果表明,随着蓄热过程的进行,对流换热对传热的影响越来越强烈,不可忽略。对两种可增强对流换热效应的偏心套管式蓄热体和非均匀内纵翅片套管式蓄热体进行了研究,结果表明两种新结构都能较大幅度提高蓄热体性能,缩短放热时间,而且非均匀内纵翅片套管性能更优。研究结果对该类蓄热体在工程实际中的应用具有一定的参考价值。     

Prediction of Temperature and Pressure Distribution in HTHP Injection Gas Wells with Thermal Effect of Wellbore

In this article, a coupled system model of differential equations was derived in radial form to predict the pressure, temperature of formation, and temperature of wellbore in high-temperature–high-pressure gas wells. In the model, the thermal effect of formation was simplified as heat conduction, both the steady heat transmission model in the gas wellbore and the unsteady heat conduction model in the formation were considered, and the pressure effect due to variations in temperature was considered according to the gas equation of state, which links the temperature with the pressure. The finite difference method was used to simulate the solutions of the coupled models. The basic data for X Well (high-temperature–high-pressure gas well, 7,100 m deep) in China were used for case history calculations and a sensitivity analysis was performed for the models. Graphs of the curves for gas pressure and temperature along the depth of the well were plotted with different gradients, injection volumes, and the characteristic of heat transfer in the formation. The results provide technical reliability in well test design in high-temperature–high-pressure gas wells and the dynamic analysis of production.     

加氢裂化空冷管束流动传热的耦合模拟

为研究加氢裂化空冷管道内流动场和温度场分布规律,在流动传热耦合分析的基础上,结合高雷诺数k-ε湍流模型和热对流传导模型,采用有限元方法数值模拟空冷管道内湍流流动与对流传热过程。研究结果表明:管道壁面处存在速度边界层和温度边界层,有着较大的速度梯度和温度梯度;衬管后存在回流区域,最大回流长度为4.8 mm;流体温度随管道长度呈近线性递减趋势,在同一截面处流体温差较小;流体出口温度随管径减小而减小,随流速的增大而增大。     

不同参数对含盐污水在蒸发管中流动特性影响的数值模拟分析

蒸发处理是炼化企业产生的含盐污水处理的方法之一,但是蒸发过程存在着因流动条件差异而导致传热效果不佳的问题。以降膜蒸发含盐污水为研究对象,通过数值模拟的方法分析不同参数对蒸发管传热传质效果的影响。结果表明,液体入口速度不同对蒸发管加热效果的影响是复杂的,入口速度适当增大导致轴向速度增大,虽然液体加热时间会变短,但加热效果更好;增大布膜间隙对近壁面处温度分布有积极作用,但在距管中心13.5～18.0mm范围内气相湍流强度略低,布膜间隙为1.25 mm时的温降相较于1.0 mm和1.5 mm间隙时的温降大;含盐污水盐度增大对蒸发管传热传质效果不利,特别是在近壁面处温降增大,内部湍流强度在沿径向方向距管中心0～19 mm范围内增大,近壁面处距管壁4 mm范围内速度增大。     

井筒重力热管传热技术在蒸汽吞吐井中的应用

为寻求经济节能、操作简单、维持稠油在井筒中正常举升的工艺,基于重力热管高效导热原理,提出了井筒热管传热技术。该技术是以热管传热机理为基础,耦合井筒传热原理而形成的复杂传热技术。它不需改变稠油热采油井现有的机抽系统,只是将空心抽油杆进行特殊工艺处理,再进行添加工质、抽空、密封连接制成超长重力热管,最后将重力热管连接在整个井筒机抽系统内,具有井结构简单、无需维护、自行运转等特性。在辽河油田杜84-55-85吞吐井上试验获得成功。结果表明,在无需外加能量前提下,热管依靠井筒深部流体热能,通过高效传热作用,平衡井筒流体温场,提高井筒上部流体温度,延缓了井筒流体温度下降速度,延长了吞吐井的生产时间。该项技术的研究和应用对稠油的节能低耗开采、增加产量具有重要意义。     

A Study on the Heat Penetrating Coupling Unsteady State Model of Heavy Oil During Steam Flooding

An unsteady model of temperature field coupled with seepage field during thermal recovery process was derived and the solution method was given. Considering the effects of pressure and temperature during the derivation, the variation laws, with different types of constraints, of temperature and pressure changing with time and space were summarized in the model. The deduced governing equations are applied to oil fields with practical data and the comparison of the results with the numerical results and empirical formula calculation results is basically the same. Examples show that the heat penetrating coupling method can analyze dynamic variation of the formation temperature and pore fluid pressure data near borehole wall quantitatively during thermal production in heavy oil reservoir.