泡沫薄膜液在变径管内的流变学特性

针对泡沫流体在储层介质内的流动特点,对泡沫薄膜液在变径管内的流变学特性进行实验研究。基于两相流动假设,利用量纲分析法确定量纲1参数ΔpD/δ及(3μU/σ)~(2/3)。通过CO_2及N_2泡沫的实验结果发现泡沫薄膜液在变径管内流动时需克服启动压力,量纲1参数间呈明显的线性关系,而且N2泡沫与CO2泡沫相比具有更大的流动阻力。与直管相比,泡沫薄膜液在变径管内具有更大的流动压差。实验结果表明,对于揭示泡沫液在多孔介质中的流动机理,Herschel-Bulkley模型优于幂律模型。     

多孔介质内超临界CO2流体及泡沫驱油特性的比较实验研究

CO₂混相驱替可以提高原油采收率,因此近年来得到研究者们的广泛关注。使用高温高压驱替设备,利用超临界CO₂流体、超临界CO₂泡沫及N₂泡沫作为驱替介质,对油水饱和孔隙介质中的油相驱替特性开展了比较实验研究。通过对驱替过程沿程压力及对驱替增采油量的测量,对不同驱替手段在孔隙介质内的油相增采特性进行深入研究和探讨。研究发现在温度为50℃、压力为13 MPa时,超临界CO₂流体对多孔介质内的油相驱替效果有显著提升,当压力进一步升高到23 MPa时,油相增采效果不明显。说明在本实验条件下超临界CO₂流体与油相在50℃、13 MPa时可达到混相驱替状态;而采用超临界CO₂泡沫及N₂泡沫注入工艺未能进一步提高出油量。沿程压差测量结果则显示,与N₂泡沫相比,超临界CO₂泡沫在多孔介质试样内的驱替压差较小,起泡性能较差。实验结果对于筛选及评价超临界CO₂驱油工艺具有一定的指导意义。     

二氧化碳泡沫稳定性及聚合物对其泡沫性能的影响

基于CO₂气体性质的特殊性以及CO₂泡沫在多孔介质中表现出不同于其他气体泡沫的现象,利用气流法,选用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为起泡剂,研究了CO₂泡沫的稳定性和衰减规律,以及聚合物部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）对CO₂泡沫性能的影响。结果表明,在相同条件下,CO₂泡沫的稳定性比N₂泡沫差,并且CO₂泡沫的稳定性基本不受表面活性剂浓度的影响;CO₂泡沫的衰减曲线近似一条直线,泡沫形成后体积迅速减小。CO₂在水中具有较大的溶解度,泡沫的液膜渗透率系数大,因而泡沫稳定性差,也是造成CO₂泡沫在岩心内渗流规律区别于N₂泡沫的一个重要原因。HPAM的加入可以在一定程度上增强CO₂泡沫的稳定性,但同时也会使溶液起泡性能降低,所以实际应用时需要综合考虑泡沫特性,选择最佳的聚合物浓度。     

小尺度超临界CO2管道小孔泄漏减压及温降特性

超临界CO₂管道运行过程中一旦发生泄漏，将会造成严重的事故。本文基于小尺度CO₂管道（长14.85m，内径15mm）实验装置开展了超临界纯CO₂及含杂质超临界CO₂管道的小孔泄漏实验，测量了不同泄漏孔径及不同起始压力条件下超临界CO₂管道泄漏过程中管内介质的压力和温度响应曲线，分析了管道泄漏过程中CO₂的相态变化。研究结果表明，在超临界CO₂管道泄漏过程中，管内流体温度存在一个最低值，CO₂由超临界态直接转变为气态；泄漏孔径越大，管道泄漏时间越短，管内介质温度所能达到的最低值更低；N₂的存在缩短了管道泄漏的时间，提高了管内介质的最低温度，且N₂含量越高，该最低温度越高。此外基于管道泄漏时间的自保持性，得出了不同泄漏孔径和起始压力条件下管内压力随泄漏时间变化的经验公式。     

基于沸石ZSM-5的CH4/N2/CO2二元体系吸附平衡

采用Rubotherm磁悬浮天平测量CH₄、N₂和CO₂在沸石ZSM-5上的单组分吸附平衡等温线,温度273～353 K,压力0～500 kPa。采用Sips模型、Toth模型和MSL模型对单组分吸附平衡实验数据进行拟合,拟合结果良好,非线性回归得到相应的模型参数。测量双组分CO₂/N₂、CO₂/CH₄和CH₄/N₂在沸石ZSM-5上的竞争吸附平衡等温线,实验温度为293 K,实验压力为0～500 kPa。采用基于Sips模型的理想吸附溶液理论和双组分MSL模型预测双组分气体在沸石ZSM-5上的竞争吸附平衡等温线,并与实验结果进行比较,预测结果良好。比较CO₂/N₂、CO₂/CH₄以及CH₄/N₂体系在沸石ZSM-5上的竞争吸附选择性系数,探究沸石ZSM-5吸附分离烟道气（CO₂/N₂体系）、垃圾填埋气（CO₂/CH₄体系）或煤层气（CH₄/N₂体系）的可行性,为将来进行工艺设计提供基础数据。     

泡沫薄膜液在直管内的流变学特性

针对泡沫液在多孔介质内的流动特点,对泡沫薄膜液在直管内的流变学特性进行了实验研究。按单相幂律流体假设,获得二氧化碳及氮气泡沫薄膜液的表观黏度数据。结果表明：泡沫薄膜液具有较大表观黏度并呈现剪切变稀的非牛顿流体特性。由于水溶性影响,二氧化碳泡沫液的表观黏度要小于氮气泡沫液。利用量纲分析法确定量纲1参数,对泡沫薄膜液的流变学特性进行了量纲1分析并给出基于两相流动分析的阻力模型。     

泡沫薄膜液在直管内的流变学特性

针对泡沫液在多孔介质内的流动特点,对泡沫薄膜液在直管内的流变学特性进行了实验研究。按单相幂律流体假设,获得二氧化碳及氮气泡沫薄膜液的表观黏度数据。结果表明:泡沫薄膜液具有较大表观黏度并呈现剪切变稀的非牛顿流体特性。由于水溶性影响,二氧化碳泡沫液的表观黏度要小于氮气泡沫液。利用量纲分析法确定量纲1参数,对泡沫薄膜液的流变学特性进行了量纲1分析并给出基于两相流动分析的阻力模型。     

CO2管内流动沸腾换热模型评价研究

CO₂由于良好的环境特性和优良的热力学特性,被认为是一种理想的替代制冷剂。与传统制冷剂相比,CO₂有着十分不同的流动沸腾换热特性。然而现有的换热关联式都是基于各自的实验数据拟合得出,由于数据点太少和变量参数范围受限导致关联式的预测结果大相径庭。所以建立更加全面的CO₂管内流动沸腾换热数据库对不同换热模型进行对比分析,对于深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和研究更加准确的换热关联式具有重要意义。通过从24篇文献中搜集的4040个实验数据点对6个CO₂的管内流动沸腾换热模型进行对比分析,发现Fang（2013）关联式误差最低为10.6%,并绘制了气液相Reynolds数随管径的变化,气液相Reynolds数的变化的散点图以及Nusselt数随Bond数变化的趋势图,可为深入了解CO₂管内流动沸腾换热特性和将来研究更加准确的新型换热关联式提供参考。     

N2和CO2对液化石油气(LPG)惰化抑爆效能对比分析

为探究惰性气体对液化石油气（LPG）惰化抑爆效能的影响规律,本文运用可燃气体爆炸极限测定装置和可视化球型爆炸综合实验系统,分别测试了不同体积分数N₂和CO₂时,LPG的爆炸极限和压力特性参数并进行对比分析。结果表明：N₂和CO₂都会缩小液化石油气的爆炸极限,且对爆炸上限的影响程度更大;达到爆炸临界点时,CO₂体积分数为34%,小于N₂的43%,并且给出了爆炸危险区域的计算公式;在相同条件下,CO₂使得液化石油气的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率降幅大于N₂的作用效果,且更好地降低了爆炸危险度和最大爆炸指数,提前了爆炸最猛烈程度的出现时间,减小爆炸危险时间。综合对比后发现,CO₂对LPG的抑爆性能要优于N₂。     

矩形截面弯曲型微通道气液两相Taylor流压降的研究

主要测定了低分压CO₂（混合气相组成为5%CO₂和95%N₂，简写为CO₂/N₂）在矩形截面多弯头微通道中气-液两相Taylor流的流动压降。通过对比六个气液相体系，发现液相的物理性质对气液两相Taylor流压降的影响显著不同。表面张力变化组（CO₂/N₂-水、CO₂/N₂ -2%正丙醇水溶液和CO₂/N₂ -5%正丙醇水溶液）的气液两相Taylor流压降随液相流速的增大呈现线性增长趋势；黏度变化组（CO₂/N₂-甲醇、CO₂/N₂-乙醇和CO₂/N₂-正丙醇）的气液两相Taylor流压降随着 j_{\mathrm{L}}^{2/3} 变化而呈现规律性增大。重点考虑了弯曲通道二次流和液弹内循环的贡献，同时分析考虑了气泡的形状及其运动、通道特征参数和液相的物理性质，提出了新的气液两相Taylor流压降的表观摩擦系数模型，在±20%误差范围内获得了良好的预测效果。     

高压气体氛围中的聚氨酯非等温固化动力学

采用高压DSC对0.1~6 MPa压力范围二氧化碳（CO₂）及氮气（N₂）氛围中的聚氨酯非等温固化动力学进行了研究。利用Kissinger法及两种不同积分形式的等转化率法求取了聚氨酯固化过程的表观活化能E_a,在此基础上采用Málek法确定了固化反应的机理函数及动力学参数,得到固化反应动力学方程,并分析了高压CO₂及N₂的存在对固化过程的影响。研究结果表明,该聚氨酯体系的活化能随着反应转化率的增加呈现出典型的先减小后增加的S型反应特征,由于高压气体的静压作用及溶剂效应,体系的表观活化能随着气体压力的升高而逐渐降低,CO₂的溶剂效应明显强于N₂;利用Sestak-Berggren模型进行拟合,发现在不同压力的气体氛围中该模型与非等温测试得到的DSC曲线较为吻合,表明该体系在常压及高压气体存在下均符合自催化模型。     

ON THE PERMEATION OF SOME GASES THROUGH THE LAMELLAE OF STATIC FOAMS. A PRELIMINARY APPROACH

Basing on the capillary method for the determination of foam bubble size, a method was proposed for establishing values of permeability coefficients of several gases. The permeability coefficients of He, Ar, H₂, N₂, CH₄ through the lamellae of static foam bubbles were preliminarily determined using this method.

A rough dependence of the N₂ permeability coefficient through the lamellae of static foam bubbles on the foam wetness and surfactant concentration was also found.

The results obtained lead to the conclusion that the Princen-Mason diffusion model of gas permeation through an isolated soap film was inadequate in the case of permeation through lamellae of bubbles forming a static foam.

A hypothesis that the gas permeation through the lamellae of a static foam is primarily caused by liquid convection in the lamellae core was put forward.     

Inhibition effect of carbon dioxide on the oxidation of hydrogen over a platinum foil catalyst

This paper investigates the catalytic ignition of the H₂/O₂/CO₂ mixture on platinum in a stagnation flow at atmospheric pressure experimentally and numerically. We measure the ignition temperatures of the gas mixtures flowing towards resistively heated platinum with various composition ratios and various diluent gases of N₂, Ar and CO₂. Compared with N₂ or Ar, the CO₂ dilution shows higher ignition temperature by about 50 K, even at the same composition ratio. The ignition temperature increase is proportional to the dilution ratio. Through the numerical simulation, it is illustrated that higher ignition temperature is caused by the adsorption of CO₂ and following dissociation on platinum surface, which was to date considered negligible in catalytic combustion.     

惰性气体对粉尘爆炸泄放特性影响的实验研究

爆炸泄放和爆炸抑制是工业上降低粉尘爆炸危害性的两个重要手段,同时实现粉尘爆炸抑制和泄放共同作用的效果值得关注。基于标准20 L球形粉尘爆炸装置侧向开泄放口,实验研究不同泄放口径和静态动作压力时CO₂/N₂对石松子粉泄放过程压力的影响,采用热重分析法分析了石松子粉尘分别在CO₂、N₂氛围的热重变化。结果表明,在20 mm泄放口径时,随着CO₂/N₂浓度的增加,泄放压力的降低幅值逐渐增大,且CO₂对粉尘爆炸泄放最大超压的减小效果要优于N₂。泄放压力值随着CO₂浓度的增加基本呈线性降低,当体系中的CO₂和N₂浓度增加到10%时对体系泄放压力值的降低效果开始趋于一致。对于40 mm泄放口径,添加相同浓度的CO₂体系泄放压力值要略低于N₂,降低幅值为6%~8%。对于60 mm泄放口径,CO₂/N₂两者抑制效果差别不大,且在添加浓度不超过8%时对体系泄放压力值的降低幅值影响较小。通过TGA曲线可以发现,在N₂气氛和CO₂气氛的热流条件中,石松子粉的热解过程在370℃左右开始出现明显的差异,CO₂气氛中石松子粉的热解速率要快于其在N₂气氛中的,因此在这个过程中CO₂的存在一定程度上会促进石松子粉的热解,随着热解温度进一步提升,CO₂对石松子粉热解的抑制效果开始逐渐体现。     

High-performance SSZ-13 membranes prepared using ball-milled nanosized seeds for carbon dioxide and nitrogen separations from methane

SSZ-13 membranes with high separation performances were prepared using ball-milled nanosized seeds by once hydrothermal synthesis. Separation performances of SSZ-13 membranes in CO_2/CH_4 and N_2/CH_4 mixtures were enhanced after synthesis modification. Single-gas permeances of CO_2, N_2 and CH_4 and ideal selectivities were recorded through SSZ-13 membranes. The effects of temperature, pressure, feed flow rate and humidity on separation performance of the membranes were discussed. Three membranes prepared after synthesis modifications had an average CO_2 permeance of 1.16 × 10~(-6) mol·(m~2· s·Pa)~(-1)(equal to 3554 GPU) with an average CO_2/CH_4 selectivity of 213 in a 50 vol%/50 vol% CO_2/CH_4 mixture. It suggests that membrane synthesis has a good reproducible. The membrane also displayed a N_2 permeance of 1.07 × 10~(-7) mol·(m~2·s·Pa)~(-1)(equal to 320 GPU) with a N_2/CH_4 selectivity of 13 for a 50 vol%/50 vol% N_2/CH_4 mixture. SSZ-13 membrane displayed stable and good separation performance in the wet CO_2/CH_4 mixture for a long test period over 100 h at 348 K. The current SSZ-13 membranes show great potentials for the simultaneous removals of CO_2 and N_2 in natural gas purification as a facile process suitable for industrial application.     

N2和CO2惰化丙烯爆炸极限参数实验研究

为得到惰化条件下丙烯的爆炸极限参数的变化规律,采用标准的可燃性气体爆炸极限测试装置(GB/T 12474—2008),测试研究了N₂和CO₂对丙烯的爆炸极限、临界氧浓度和最小氧浓度的影响,并绘制了C₃H₆-N₂/CO₂-Air爆炸三角形图,对比分析了N₂和CO₂对丙烯爆炸极限参数的惰化效果。结果表明,添加N₂和CO₂都会缩小丙烯爆炸极限范围,减小爆炸的危险度。N₂惰化条件下,丙烯爆炸上下限重合时N₂添加量为49%,临界氧浓度为9.79%;在CO₂惰化条件下,丙烯爆炸上下限重合时,CO₂的添加量为34%,临界氧浓度为12.94%。在丙烯浓度不变的情况下,发现CO₂惰化氛围下的最小氧浓度值均高于N₂惰化条件下的。两种惰化工况下的丙烯爆炸三角形结果显示,在CO₂惰化的爆炸区域明显小于N₂惰化下的;当添加惰性气体使丙烯处于完全惰化状态时,CO₂的窒息比和添加量均小于N₂。本文的实验数据及结论可为进一步研究丙烯爆炸和工业丙烯安全防爆工作提供理论基础。