CO_2/正己烷体系质扩散系数和黏度的分子动力学模拟研究

在CO_2驱油提高采收率技术(CO_2-EOR)中,质扩散系数和黏度参数决定了液相混合体系的扩散行为和流动特性。本文基于分子动力学模拟方法,对CO_2/正己烷体系的质扩散系数和黏度进行了研究。CO_2采用改进的EPM2模型,正己烷采用L-OPLS模型,模拟得到的纯质密度分布和自扩散系数与文献数据吻合良好。模拟计算了CO_2/正己烷体系在温度为303.15 K、383.15 K、压力为1～5 MPa范围条件下的质扩散系数和黏度。结果表明:在相同温度下,随压力增大,扩散系数模拟值与实验值相对偏差增大,偏差基本在20%以内。黏度模拟值与实验值相对偏差不超过15%.采用本文所用力场模型与数据处理方法可以用来预测CO_2/正己烷体系的质扩散系数和黏度。     

基于N_2/CO_2相平衡分析的新型CO_2液化再凝华分离系统

低温分离CO_2是捕获烟气中CO_2的有效方法之一,低温捕集法研究的首要问题是进行N_2-CO_2的相平衡计算。通过不同状态方程结合不同混合规则进行相平衡计算,结果显示在分析N_2/CO_2相平衡特性时PR状态方程结合Vdw混合规则的计算精度最高,N_2气相摩尔浓度计算结果与已有实验数据的最大偏差为5.15%,220 K时误差仅为0.43%。本文提出一种新型的液化再凝华低温分离系统并进行系统能耗分析,结果显示此方法能达到较高回收率及回收纯度,并与仅使用凝华方法分离相比,能耗降低9%以上。     

蒸汽压力对Marangoni凝结换热特性的影响

本文研究了蒸汽压力对水-酒精混合蒸汽竖直平板表面凝结换热特性的影响．搭建了具有高气密性的Marangoni凝结换热实验台,分别针对不同压力(31．16 kPa,47．36 kPa,84．53 kPa)、不同表面过冷度(表面过冷度范围2-32℃)的纯水、水-酒精混合液(气相酒精质量百分比浓度为2．28％,5．1％,51％)和酒精进行了换热特性的实验研究,实验结果表明混合蒸汽在相同流速和浓度下凝结表面传热系数随压力的升高而升高,分析认为这是因为相平衡压力的提高会导致凝结液量增加和凝结液平均温度提高,而使凝结汽液界面的表面张力提高,进一步增强了Marangoni效应的影响,从而使凝结表面传热得到加强．     

[APMim]Br离子液体溶液水含量对CO_2溶解度影响

1-氨丙基-3-甲基咪唑溴([APMim]]Br)功能型离子液体对CO_2具有良好的选择吸收特性,在二氧化碳吸收工程领域将有较好的应用前景。对于[APMim]Br离子液体水溶液体系,只有当水含量足够大才能有效地实现流体对CO_2的有效吸收,而且在有效吸收区间(水含量大于55%)水含量多少对溶液体系CO_2吸收效率有着非常显著的影响。为此在密闭石英玻璃反应釜内,测定5~75℃,0.1~7.6 MPa范围内,CO_2在水的质量分数w(H_2O)为0.5590、0.6578、0.7680和0.8576的[APMim]Br水溶液中的溶解特性。实验结果表明,低压下化学吸收占主导作用,随水含量增大,溶液体系对CO_2溶解度成倍增加,而且产生的物理吸收效应远大于离子液体本身的化学吸收能力。在水的质量分数在0.65~0.85区间,[APMim]Br水溶液在相当大的温度和压力范围内具有优良的CO_2吸放气特性,显示出良好的工程应用前景。     

P-R方程新的混合规则和二氧化碳-烷烃非对称体系高压相平衡关联与预测

二氧化碳与烃类的混合工质近年来在动力、能源领域日益受人注目,而油藏原油超临界CO_2注入技术在石油开采工艺中也同样起着重要作用,故含超临界CO_2的非对称烃类体系高压相平衡的预测就成了一个重要的问题而被提出。     

玻璃-橡胶混合颗粒的力学响应研究

通过直剪实验和离散元模拟, 研究掺杂了橡胶软球的玻璃体系的力学响应. 改变颗粒固体中橡胶颗粒的含量, 研究体系剪切强度以及剪胀变化等特性, 发现随着橡胶颗粒的增加, 会出现剪胀到剪缩的相转变现象, 且混合颗粒固体的弹性有了很大的提高. 实验研究发现, 随着体系中橡胶颗粒含量的增加, 剪切屈服强度值逐渐减小, 体积发生从剪胀到剪缩的相转变现象, 但临界剪切强度在一定橡胶颗粒含量范围内保持一致; 实验所采取的剪切速率下, 应力应变曲线能较好重合, 即实验处于率无关区域; 混合样品的屈服强度值随正压力的增大而增大. 离散元模拟也得到了上述结果, 另外模拟还发现, 随着橡胶颗粒含量的增加, 颗粒的平均配位数增大; 橡胶颗粒含量和正压力对剪胀-剪缩相转变的位置有影响, 橡胶颗粒含量较小时, 在较大的正压力下易发生相转变现象, 且剪胀-剪缩相转变点对应的平均配位数在5.6-5.9之间; 在橡胶颗粒含量小于30%时, 混合颗粒样品的残剪强度与不掺杂的颗粒体系相近; 大于30%时, 残剪强度随橡胶颗粒含量的增加而减小; 残剪强度随正压力加大而增加.     

二氧化碳-甲烷混合气体水合物四相区实验研究

以水合物的形式封存CO₂和置换海底的天然气（CH₄）水合物需要对CO₂-CH₄混合水合物的四相平衡状态及数据有清楚的了解。本文通过实验和模型计算对不同组分的CO₂-CH₄混合水合物的较高四相区（Q2）相平衡进行了测定和表述。实验温度范围为273.16～297 15 K,压力范围分为0～10 MPa。四相区的温度压力范围分别是283.51到287.04 K和4.74到8.37 MPa,甲烷的摩尔组份为0～0.225。结果揭示了相平衡温度和压力随着甲烷组分而变化情况以及四相区的范围和临界点,同时还给出了CO₂-CH₄混合气体水合物在四相状态下的融化开始和融化结束点。实验结果与热力学模型计算得出的CO₂-CH₄混合气体水合物相平衡结果进行比较,两者很好吻合,四相平衡区域的存在范围得以明确。     

氩-碳-硅等离子体热力学性质和输运系数计算

计算了广温度范围(300—30000 K)和广压力范围(0.1—10 atm, 1 atm=101.325 k Pa)下,不同混合物比例、碳和硅蒸气浓度的局域热力学平衡(LTE)和化学平衡(LCE)的氩-碳-硅等离子体组分、热力学性质和输运系数.等离子体气相平衡组分使用质量作用定律计算,同时凝聚相组分采用相平衡的方法计算.输运系数的计算包括黏度、电导率和热导率,使用拓展到高阶近似的Chapman-Enskog方法.采用文献中较新的数据得到了较为准确的碰撞积分,导出了Ar-C-Si等离子体的输运系数.结果表明,在相变温度以下,凝聚态物种的引入导致Ar-C-Si等离子体的热力学性质、输运系数与纯Ar等离子体接近,在相变温度点则会产生不连续点.压力、碳/硅蒸气浓度和比例对等离子体热力学性质和输运系数具有较大影响.最终计算值与文献数据对比符合良好,有望为氩-碳-硅等离子体传热流动数值模拟提供基础数据.     

矩形微通道中气–非牛顿流体两相流实验研究

本文通过实验研究了空气与非牛顿流体在小尺寸矩形微通道中的两相流动特性,给出了在不同气液两相流速下的流型图。同时比较了气液两相流速,液相黏度,表面张力,微通道尺寸对各流型分布区域以及Taylor气泡/液柱长度的影响。发现气液两相流流速变化对流型区域的影响极为明显,而黏性力和表面张力只是在局部范围改变了流型分布。Taylor气泡长度随气液两相流速比增大而增大,随液相黏度及表面张力增大而减小。液柱长度随液相黏度增大而增大,随两相流速比及表面张力增大而减小。最后,我们给出了基于无量纲数JG/JL,Re和Ca的Taylor气泡/液柱长度预测公式,公式预测结果与实验结果基本一致。     

功能离子液体复配溶液吸收CO_2性能研究

采用酸碱中和一步法制备出四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])功能离子液体,并进行~1H NMR和TGA表征。通过[N_(1111)][Gly]与单乙醇胺(MEA)水溶液复配成混合吸收剂,研究了不同复配浓度、温度、压力对CO_2的吸收性能的影响。结果表明;在MEA溶液中添加[N_(1111)][Gly]功能离子液体可以提高吸收CO_2的速率,在本文采用的5种吸收剂中,0.3mol·L-[N_(1111)][Gly|与0.7 mol·L~(-1)MEA复配形成的吸收剂具有较高的吸收容量和较大的吸收速率。温度升高,混合吸收剂吸收CO_2的速率增加,但平衡时的吸收容量减小。混合吸收剂的CO_2吸收速率和吸收容量均随压力的升高而增加。     

煤层中封存CO2的流-固-热耦合数值模拟研究

为了研究CO_2煤层封存过程中注气量和煤层渗透率的变化规律,分析不同煤层特征参数对注气效率的影响,利用岩石力学、渗流力学、传热学相关理论,基于煤体双重孔隙结构特征,建立CO_2煤层封存的流-固-热耦合模型,进行CO_2煤层封存数值模拟。结果表明:CO_2注入煤层的速率遵循着"初始阶段迅速减小,随后基本稳定"的规律,注入速率的大小与煤层初始压力、初始温度成反比,与初始渗透率成正比;在煤层注入CO_2的过程中,由于气体压力升高、温度降低引起的收缩应变大于吸附应变,在注气压力增高区内煤体基质系统和裂隙系统的渗透率不断增大,且裂隙渗透率受注气影响更明显。     

CH_4/CO_2反应对微细腔内CH_4/H_2O镍基催化重整反应的影响

本文针对微细腔内在Ni/α-Al_2O_3催化作用下,存在CH_4/CO_2反应时,数值研究了在不同的水碳比,不同的进口甲烷质量组分Rm,不同的进口流量与微细腔壁温下甲烷/水蒸气催化重整反应特性.结果发现,微细腔中存在CH_4/CO_2反应时,CH_4/H_2O催化重整反应中CO_2和CO的产生变化情况比其它反应机理下有较大的变化.随着水碳比增大,H_2和CO_2质量分数有所增大,而CO质量分数先增加后又明显地降低,并出现CO_2质量分数从小于CO质量分数变化到大于CO质量分数;增大Rm,能使反应更充分的发生,反应物的转化率,生成物的质量分数都有提高,并随着Rm的增加,生成产物中CO_2质量分数大于CO的质量分数时对应的水碳比临界值减小,在Rm为O.05、0.1、0.15时,对应的水碳比临界值分别为2.0、1.8和1.6;而混合物进口质量流量增加,反应物的转化率、生成物的产物含量都有不同程度的降低;但壁面温度的增加,反应速率有较大提高,能较明显提高反应物转化率.     

不同预热温度下H_2/CO/O_2/CO_2的层流火焰传播特性

本文利用双腔泄压式球形火焰实验台研究了不同预热温度下H_2/CO/O_2/CO_2燃烧层流火焰特性,得到了不同预热温度(298~450 K)和CO_2稀释率(50%~70%)下层流火焰传播速度和马克斯坦(Markstein)长度。结果表明Markstein长度随着CO_2稀释率的增大而减小,随预热温度增大而增大。CO_2稀释火焰中热力效应占更大比例。CO_2化学效应随CO_2稀释率的增大而增大,在低CO_2稀释率下随预热温度增大而减小,在高CO_2稀释率下随预热温度增大而增大。     

不同小分子醇类对聚合物蓄冷剂影响的分子动力学模拟

聚合物蓄冷剂是一种新型蓄冷材料，目前对于其性质尤其是微观机理研究较少。本文在等温-等压系综下采用分子动力学模拟方法研究了不同小分子醇类(乙二醇、甘油、丙二醇)对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)两种聚合物水溶液蓄冷剂在不同温度下的动力学特性，并从氢键分布与体系平衡态、径向分布函数、扩散系数等角度进行了分析。结果表明：温度对于蓄冷剂影响较大，温度越低，分子动能越小，分子运动越平缓，氢键结合力越大，体系黏度增大，扩散系数减小，有序性增强，进而完成由液相到固相的转变；在PEG-甘油–水体系中模拟相变温度为253.15 K附近，与实验值255.6 K吻合良好，当温度从293.15 K降至243.15 K时，PEG-乙二醇/甘油/丙二醇–水三种体系扩散系数分别降低了67.7%、69.1%、73.8%。研究结果对于筛选和制备高性能的复合蓄冷材料具有一定的参考价值和指导意义。     

湿空气相平衡的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法对湿空气两相平衡问题进行了研究.根据气液相平衡理论,建立了湿空气相平衡模型.水分子、空气分子的相互作用分别采用TIP4P势函数和L-J势函数,水分子与空气分子的相互作用采用L-J势函数.模拟中选取的水分子数为5488,空气分子数为512.模拟研究了湿空气相平衡过程两相中各成分的变化规律,模拟发现气液界面处存在空气分子富集现象,其浓度高于气相和液相的.基于此模型可以确定温度、压力等对气相含湿量和液相溶解度的影响.     

非共沸工质R134a /R245fa的管内冷凝换热特性研究

为研究非共沸工质的冷凝换热特性,本文基于Nusselt理论,建立了竖直圆管内非共沸混合蒸汽的冷凝模型,研究了不同质量比例的R134a/R245fa在不同条件下的冷凝换热特性,结果表明:混合蒸汽质量比例不同,两种组分的露点温度不同,混合物的冷凝特性不同,低沸点组分的气-液相份额差是表征传质阻力的关键因素;混合蒸汽质量比例、质量流速、壁面温度、压力是影响非共沸混合工质冷凝换热的重要因素。     

黏弹性聚合物驱驱替动态与不同注入参数分析

基于质量守恒定律,建立三相五组分考虑聚合物弹性增黏、降低残余油和稠油黏弹性效应的聚合物驱数学模型,并采用IMPES方法进行求解.计算分析表明,黏弹性聚合物驱可降低残余油饱和度,增加驱油体系黏度,提高原油采收率;采收率随注入浓度增大先迅速增加后趋于稳定,最优值为2 000 mg·L^-1;随注入速度先增加后降低,存在最优值;随聚合物段塞增大先迅速增加后缓慢增加并趋于稳定,最佳注入量约为0.6 PV;随原油松弛时间增加呈线性增加.     

多组分介质低温相平衡的理论研究现状

多元混合工质的相平衡特性是复杂且重要的问题之一。文中综述了国内外多组分介质相平衡的理论研究现状,包括状态方程和混合规则的改进、活度系数模型的研究以及对特定体系计算方法的研究等。并总结了适用于低温下尤其是针对天然气组分的相平衡计算方法。     

非均匀毛细多孔层气液渗透传输特性研究

可视化实验研究了不同液/气流速和孔壁面浸润性对非均匀毛细多孔层内稳态饱和度、侵入时间及气、液微观传输特性的影响.结果表明:多孔层内液相饱和度及侵入时间均随液相侵入速率的增大而减小;亲水性多孔介质内液体优先选择小孔侵渗,且孔内侵渗速度变化较大;亲水性多孔层内的稳态气相饱和度随气相驱替速率的增加析增加,憎水性多孔层内的稳态...     

离子液体[BMIM]BF4+H2O汽液相平衡实验研究

离子液体[BMIM]]BF4具有较高的热稳定性,且与水有很好的互溶性,其水溶液在分离、萃取等化工和制冷、热泵等吸收式能量转换系统中的应用受到重视,急需较完整的相平衡实验数据.本文对离子液体[BMIM]BF4+H2O二元体系的汽液相平衡(蒸汽压)特性进行较大温度和压力范围的测定.测试系统采用了双温浴控温方式,获得较高测试...