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CO_(2)泡沫压裂井筒气-液-固三相流动模型

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石油学报 2022年第3期43卷 386-398页

作者：李玉伟彭根博陈勉张军魏建光杨春光辽宁大学环境学院辽宁沈阳110036 东北石油大学非常规油气研究院黑龙江大庆163318 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 大庆油田有限责任公司第四采油厂第四油矿工艺队黑龙江大庆163511

CO_(2)泡沫压裂技术具有低伤害、易返排、节约水资源等优点,已被广泛应用于非常规油气开采,但目前CO_(2)泡沫压裂液井筒流动模型大多只考虑气、液两相,忽略了支撑剂固相对CO_(2)泡沫压裂液流动性的影响。通过体积平均法将支撑剂固相与CO... 详细信息

CO_(2)泡沫压裂技术具有低伤害、易返排、节约水资源等优点,已被广泛应用于非常规油气开采,但目前CO_(2)泡沫压裂液井筒流动模型大多只考虑气、液两相,忽略了支撑剂固相对CO_(2)泡沫压裂液流动性的影响。通过体积平均法将支撑剂固相与CO_(2)泡沫耦合建立气-液-固三相CO_(2)泡沫压裂液井筒流动计算模型,并与现场压裂井实测温度数据对比,温度平均误差仅为2.7%,验证了模型的正确性。实例计算表明:支撑剂固相会使CO_(2)泡沫压裂液井筒压力升高,井筒内温度和压力随支撑剂体积浓度的增加而增大,体积分数从0增加到0.3,井底压力增大9.0 MPa;泡沫质量增加会明显增大井筒内CO_(2)泡沫压裂液温度;增大质量流量会导致温度和压力降低,质量流量增加10 kg/s,井底压力降低5 MPa、温度降低0.4℃。研究成果可以实现CO_(2)泡沫压裂井筒气-液-固三相流动温度和压力等参数耦合计算。

关键词： CO_(2)泡沫气-液-固三相流固耦合井筒摩阻温度分布压力分布

热态气-液-固三相搅拌反应槽的气-液分散特性

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北京化工大学学报（自然科学版） 2007年第2期34卷 117-121页

作者：黄小华包雨云高正明北京化工大学化学工程学院北京100029

在直径为0.476m椭圆底搅拌槽内,以空气-去离子水-玻璃珠为实验物系,选用HEDT＋WHU组合桨型,在体系温度为80～82℃时,研究热态体系中固相浓度、搅拌转速、通气流量等操作条件对气-液-固三相体系的功率消耗及气含率的影响规律.研究结果表... 详细信息

在直径为0.476m椭圆底搅拌槽内,以空气-去离子水-玻璃珠为实验物系,选用HEDT＋WHU组合桨型,在体系温度为80～82℃时,研究热态体系中固相浓度、搅拌转速、通气流量等操作条件对气-液-固三相体系的功率消耗及气含率的影响规律.研究结果表明：在其它条件相同的情况下,热态的相对功率消耗（K）明显高于常温体系,而固相浓度对K影响不大.热态的气-固-液三相体系的气含率明显小于常温体系,但随着固含率的增加,两者气含率的差异逐渐变小.与常温体系中固体颗粒的存在对气含率基本无影响的规律不同,热态的气含率随固相浓度的增加而增加.

关键词：热态气-液-固三相气含率多层桨搅拌槽

超重力反应器用于产物为气-液-固三相的催化剂制备

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化工进展 2010年第5期29卷 807-811页

作者：黄伟莉侯晋王慈林张帮亮陈建峰张鹏远北京化工大学教育部超重力工程研究中心

通过讨论CuO/ZnO/Al2O3催化剂的合成机理研究了超重力旋转床制备产物为气-液-固三相的材料的可行性以及存在的问题,并提出了解决办法,在超重力旋转床改造意见的指导下建造了年产50t的CuO/ZnO/Al2O3催化剂的大型超重力机并用于催化剂的... 详细信息

通过讨论CuO/ZnO/Al2O3催化剂的合成机理研究了超重力旋转床制备产物为气-液-固三相的材料的可行性以及存在的问题,并提出了解决办法,在超重力旋转床改造意见的指导下建造了年产50t的CuO/ZnO/Al2O3催化剂的大型超重力机并用于催化剂的制备。催化剂的表征结果表明,所制备的催化剂的各项理化性能优于现有的醛加氢催化剂。

关键词：超重力反应器 CuO/ZnO/Al2O3催化剂气-液-固三相

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锈蚀反应器内气-液-固三相搅拌性能研究

锈蚀反应器内气-液-固三相搅拌性能研究

作者：张朝阳东北大学

学位级别：硕士

人造金红石是天然金红石的优质替代品,还原锈蚀法是制备人造金红石的方法之一,其优点是污染少而成本低,但该方法反应时间长,反应效率低。为此,本研究受某企业委托,模拟还原锈蚀体系,从提高反应器多相搅拌性能角度强化锈蚀反应过程。采... 详细信息

人造金红石是天然金红石的优质替代品,还原锈蚀法是制备人造金红石的方法之一,其优点是污染少而成本低,但该方法反应时间长,反应效率低。为此,本研究受某企业委托,模拟还原锈蚀体系,从提高反应器多相搅拌性能角度强化锈蚀反应过程。采用相似原理和因次分析等方法分别研究了搅拌桨型、通气量、搅拌转速等操作参数对固-液两相、气-液两相、气-液-固三相的搅拌性能的影响。得到主要结论如下:(1)固-液两相搅拌体系中,四叶搅拌桨、三叶搅拌桨、六弯叶搅拌桨所需要的临界悬浮转速分别为212 rpm、224 rpm、325 rpm。若视颗粒均匀度在0.9～1.1之间即达到混合均匀状态,则四叶搅拌桨在桨叶距底高度为T/6,搅拌转速为400～450rpm,可以使固体颗粒处于均匀悬浮状态。(2)气-液两相搅拌体系中,通气量在1.0～2.5 m3·h-1的范围内,相对于六弯叶搅拌桨,四叶搅拌桨具有更好的气液分散性能,气泡平均直径减小约20%,局部气泡数量增多约30%。随着通气量的增大,泛点转速也随之正比例增大,局部气泡数量增多约30%。出气孔直径为0.01 mm比出气孔直径为1 mm具有更好的气泡分散,反应器内气泡数量明显增多。(3)气-液-固三相搅拌体系中,在通气量(1.0～2.5 m3·h-1)相同的条件下,临界悬浮转速从小到大的搅拌桨桨型依次为四叶搅拌桨、三叶搅拌桨、六弯叶搅拌桨。当搅拌桨型不变时,临界悬浮转速随通气量成正比例增大。当其他操作条件不变时,相对搅拌功率RPD随通气量的增大而减小,但是减小的幅度随通气量的增大而减小,并逐渐趋于稳定。在出气孔直径为1mm和出气孔直径为0.01 mm两种通气方式下,临界悬浮转速几乎不变,相对于出气孔直径为0.01 mm,出气孔直径为1 mm临界悬浮功率减小40%。采用四叶搅拌桨,通气量为1.0～2.5 m3·h-1范围内,分别在直径为400mm、500mm和600mm的搅拌反应器内进行实验,经拟合得到临界悬浮转速N与搅拌反应器直径D的关系为:NL=NS(DS/DL)0.805(4)影响搅拌功率的因素有:搅拌转速、搅拌桨直径、搅拌桨叶距底距离、进气口的气体速度、混合液的密度、重力加速度等,结合实验数据对其进行因次分析,可得到有关功率的经验表达式:P=0.387ug-0.241N2.84

关键词：气-液-固三相临界悬浮搅拌功率设备放大

搅拌槽内气—液—固三相体系中液相湍流特性的实验研究

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搅拌槽内气—液—固三相体系中液相湍流特性的实验研究

作者：宋海霞北京化工大学

学位级别：硕士

多相流体的搅拌混合在石油化工、制药、发酵等行业中的应用十分广泛。深入了解搅拌槽内的流动特性对搅拌装置及搅拌操作条件的优化十分重要。目前已有许多学者对搅拌槽内的单相体系做了大量的研究，而多相体系研究的发展相对较晚，搅拌... 详细信息

多相流体的搅拌混合在石油化工、制药、发酵等行业中的应用十分广泛。深入了解搅拌槽内的流动特性对搅拌装置及搅拌操作条件的优化十分重要。目前已有许多学者对搅拌槽内的单相体系做了大量的研究，而多相体系研究的发展相对较晚，搅拌槽内的多相体系主要有：固-液两相、气-液两相、液-液两相和气-液-固三相。搅拌槽内的液体流动多为湍流，湍流场的测量的方法有多种，例如：热线（膜）风速仪、激光多普勒测速仪和粒子图像测速仪（PIV）。PIV能同时测量搅拌槽内多个点的瞬态流场，并且PIV的测量为非侵入式，不会对流场造成干扰，所以在测量流场时，PIV比其它测量技术有更大的优势。本文主要研究了搅拌槽内气-液两相和气-液-固三相中液相的微观流场，讨论了搅拌槽内的速度场和湍流场的分布，考察了气-液两相中的气含率对连续相的速度场和湍流场的影响以及气-液-固三相中固体颗粒对连续相速度场和湍流场的影响。实验采用PIV测量了搅拌槽内的气-液两相和气-液固三相的湍流场，所用搅拌槽为方形搅拌槽，测量面为近壁2mm平面。气-液两相实验测量了清水单相和7个不同通气量下的流场，最大通气量为160L/h，对应的气含率为5.78%。气-液-固三相实验测量了固-液两相、气含率为1.42%下的三相流场和气含率为3.73%下的三相流场。气含率为1.42%时三相流场中的最大颗粒浓度为1.6%，气含率为3.73%时三相流场中的最大颗粒浓度为1.0%。实验结果表明：气-液两相中，液相速度和湍流动能随气含率的增大而增大，液相湍流动能耗散率随气含率的增大先增加后减小;固体颗粒对固-液两相和气含率为1.42%的三相体系的影响较大，对气含率为3.73%的三相体系的影响较小。多相体系中，连续相的速度与分散相的浓度相关，而与分散相的密度关系不大;分散相密度对湍流动能的影响较小，但是大于对速度的影响;湍流动能耗散率不仅受分散相浓度的影响较大，而且受分散相密度的影响也较大。

关键词： PIV 搅拌槽气-液两相气-液-固三相湍流场

Monte Carlo方法模拟晶粒在气-液-固三相体系下的各向异性生长

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新技术新工艺 2011年第11期 50-53页

作者：赵宇辉侯华程军中北大学材料科学与工程学院特种液态成型技术研究中心山西太原030051 河北工业职业技术学院机电工程系河北石家庄050091

基于Monte Carlo方法,建立了气-液-固三相体系下晶粒生长的传质路径;根据最小能量原理,确立了最优和非最优生长取向上能量值的选取准则;采用各向异性的液-固和固-气界面能,对陶瓷晶粒的生长进行了二维模拟,并探讨了各向异性界面能量差... 详细信息

基于Monte Carlo方法,建立了气-液-固三相体系下晶粒生长的传质路径;根据最小能量原理,确立了最优和非最优生长取向上能量值的选取准则;采用各向异性的液-固和固-气界面能,对陶瓷晶粒的生长进行了二维模拟,并探讨了各向异性界面能量差值对晶粒形貌的影响规律。结果表明,在状态点发生相变时,引入寻找能量最低状态的过程,不仅消除了液相分布不合理现象,且晶粒边界更平直,形状更规则,质点在晶粒最优生长方向上的生长几率明显高于非最优方向;随着各向异性界面能差值的增加,晶粒的长径比基本呈线性变化,各向异性生长更突出。

关键词： Monte Carlo方法晶粒生长气-液-固三相各向异性

自吸式龙卷流型搅拌槽内气—液—固三相混合特性的研究

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自吸式龙卷流型搅拌槽内气—液—固三相混合特性的研究

作者：秦佩西北大学

学位级别：硕士

流体搅拌技术广泛应用于石油、化工、生物发酵等领域,尤其是多相流的搅拌技术。多相流搅拌体系主要包括气-液、液-固、液-液和气-液-固等多种情况,目前,单相和两相的研究技术和成果比较完善,但气-液-固三相的研究技术还不系统和成熟。... 详细信息

流体搅拌技术广泛应用于石油、化工、生物发酵等领域,尤其是多相流的搅拌技术。多相流搅拌体系主要包括气-液、液-固、液-液和气-液-固等多种情况,目前,单相和两相的研究技术和成果比较完善,但气-液-固三相的研究技术还不系统和成熟。在生物化工领域,好氧发酵过程需要气、液、固三相充分的接触混合,不仅要有充分的搅拌,又要避免高剪切力的作用,因此,本文提出了一种新型的低剪切、高传质的三相搅拌槽,并从固液悬浮、气液分散以及功耗等方面进行了重点研究。本文所研究的搅拌槽,以中心龙卷流搅拌槽为基础,在桨叶上方安装定子进行自吸分散,得到一种新型的三相搅拌槽—自吸式龙卷流型搅拌槽。搅拌槽的研究方法为利用CFD进行数值模拟和实验研究。首先从导流板角度、气体分散角度和桨叶安装高度三个方面进行了数值模拟,结果表明：导流板角度0=60°,气体分散通道角度y=30°,桨叶安装高度L=180mm时,搅拌槽内部能够获得较好的流场分布、较高的气含率以及良好的固相颗粒的悬浮效果,而且在该组合结构下搅拌功耗最低。因此通过模拟确定了理论上的合理结构,为后续的实验提供了理论基础和准备工作。实验研究是在数值模拟确定的结构中进行的,具体从临界转速、气含率、功耗、实际流场以及传氧性能等方面,研究了搅拌槽内的气、液、固三相接触与混合性能,得出了搅拌槽中的不同性能参数的变化规律,并拟合了重要参数的关联式,最后提供了搅拌槽的放大方法。实验研究表明,该新型三相龙卷流搅拌槽具有良好的固液悬浮和气液分散性能,而且功耗小、剪切力低,同时验证了数值模拟所确定的结构的合理性。自吸式龙卷流型搅拌槽适用于生物化工方面,还有待于进一步的中试,本研究为工业中搅拌槽的结构优化和放大提供了理论基础。

关键词：自吸式龙卷流型搅拌槽气-液-固三相气液分散固液悬浮混合特性

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小波包分析识别气液固三相流流型

石油化工 2020年第1期49卷 62-69页

作者：王杰李爱蓉西南石油大学化学化工学院

气-液-固三相流化床因混合均匀、相间接触面积大、传热传质速率快且温度易于控制等优点在工业领域广泛应用,但气-液-固三相的流动复杂且难以测定。利用小波包分析方法,计算经4层小波分解后各个频带的能量占比,利用能量占比特征对气-液-... 详细信息

气-液-固三相流化床因混合均匀、相间接触面积大、传热传质速率快且温度易于控制等优点在工业领域广泛应用,但气-液-固三相的流动复杂且难以测定。利用小波包分析方法,计算经4层小波分解后各个频带的能量占比,利用能量占比特征对气-液-固三相流的流型进行识别。实验结果表明,利用小波包多分辨的优点,可以有效提取气-液-固三相流的流型特征;利用小波包能量占比特征可以准确地识别气-液-固三相流流型,有效识别率达90.95%,可为封闭或浑浊体系中气-液-固三相流流型的判别提供借鉴。

关键词：气-液-固三相流型小波包分析识别

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催化臭氧化三相环流反应器的CFD模拟

石油化工 2019年第5期48卷 491-495页

作者：舒展孙宇维魏骎李久义李海涛张忠国中国石化北京化工研究院北京100013 中国科学院过程工程研究所北京100190 北京市科学技术研究院轻工业环境保护研究所北京100089 轻工业环境保护研究所中国轻工业节能节水与废水资源化重点实验室北京100089 北京交通大学市政与环境工程系北京100044

采用欧拉法对环流反应器中气-液-固三相流动进行计算流体力学模拟研究,通过氧气-水-催化剂冷态实验体系的实验数据验证模型与参数。实验结果表明,反应器环隙区域液相环流的主要推动力为反应器中心气流上升造成的套管内外压力差。从操作... 详细信息

采用欧拉法对环流反应器中气-液-固三相流动进行计算流体力学模拟研究,通过氧气-水-催化剂冷态实验体系的实验数据验证模型与参数。实验结果表明,反应器环隙区域液相环流的主要推动力为反应器中心气流上升造成的套管内外压力差。从操作条件优化和反应器设计角度,提出提高环隙区域气含率的两种方法——增大环隙套管内外压力差和降低气泡直径。结合实验工况探索了不同气流量下反应器内流体流动状态,为优化热态反应器操作提供理论依据。

关键词：计算流体力学环流反应器气-液-固三相拟均相假设