金属材料表面纳米化研究现状

金属表面纳米化是近几年发展起来的一项新技术,具有广阔的发展空间,工程上材料的失效大多来自于表面,采用表面纳米化技术有可能对表面进行强化,这对提高机械零件的使用寿命具有重要意义。文章阐述了金属表面纳米化的方法以及表面纳米化对金属材料力学性能、疲劳性能、耐磨性能、耐蚀性能、热稳定性、化学热处理性能的影响,论述了表面纳米化技术在石油工程建设中的应用及发展趋势。     

氧化铝厂母液蒸发工序用板式蒸发器

针对氧化铝母液蒸发器换热板的应力腐蚀开裂问题,通过改进板式蒸发器的结构和材料,设计了一种蒸发效率高、能量消耗低、使用寿命长的平面自由降膜板式蒸发器.使用结果表明,新蒸发器达到了预期的改进目的.     

纳米流体及其强化传热性能研究进展

纳米流体是指以一定的方式和比例,在液体介质中添加纳米级的金属或非金属粒子形成的一类新型传热工质。主要介绍了纳米流体的传热特点及传热机理,着重概括了纳米流体在传导、对流及沸腾传热等方面强化传热的最新研究进展,分析了其传热强化的影响因素,同时指出了目前存在问题及今后研究方向。     

铝多孔表面换热管强化沸腾换热的研究及应用

对铝多孔表面管的传热性能进行了研究，结果表明，铝多孔表面对强化液体沸腾换热有显著效果，沸腾传热系数比光滑管提高5—6倍；应用实验和工业数据获得的管外铝多孔表面沸腾传热系数关联式，计算误差小于12％，并对使用铝多孔表面管的经济效益进行了比较。     

纳米微球在岩石矿物表面的静态吸附规律

纳米微球调驱技术已被广泛应用于低渗透油藏开发过程。为开展纳米微球在岩石矿物表面的吸附作用机理研究,需定量表征矿物种类对微球在其表面吸附量的影响。首先,运用淀粉-碘化镉法标定纳米微球乳液的浓度,进而分别实现了微球在单组分矿物表面和多组分矿物表面吸附量的测定。随后,在所测单组分矿物表面的微球吸附量基础上按照岩石矿物的相对含量进行加权叠加,得到多组分矿物表面微球吸附量的预测值。结果表明,纳米微球在不同矿物表面的静态吸附量差异较大。黏土矿物对微球的吸附能力普遍强于非黏土矿物。对微球吸附能力最强的为高岭石,比吸附能力最弱的石英强14.75倍。微球在钾长石表面的吸附量变化值分别是在钠长石和石英表面的1.96倍和8.42倍。对于多组分矿物表面的微球吸附量,加权叠加方法预测值与实验测定值的相对误差在3%以内。基于纳米微球在孔隙通道运移时的固液界面吸附现象,分析认为孔隙壁面上的黏土矿物强化了微球的吸附作用,有利于改变孔隙半径,实现在不完全封堵条件下的部分液流转向。     

疏水纳米颗粒在岩心表面的吸附特性试验研究

采用纳米颗粒吸附法可以在岩心表面构建具有微纳米结构的强/超疏水表面,进而在该表面产生水流滑移,从而达到降低水流阻力及注水压力、增加注水量的目的。研究分析影响纳米颗粒在岩心表面吸附效果的主要因素对吸附效果的影响可以指导纳米降压增注材料的开发和矿场试验。通过制作纳米颗粒吸附岩心片,测试岩心片表面接触角的大小来分析纳米颗粒质量浓度、吸附时间、试验温度和pH值等对纳米颗粒吸附效果的影响。结果表明,纳米颗粒质量浓度、关井时间和试验温度都存在使纳米颗粒吸附表面的接触角达到最大的最佳值。碱性环境对纳米颗粒吸附的影响较大,而酸性环境几乎没有影响。      

ZDDP润滑下表面纳米化316L不锈钢的摩擦学性能

采用SRV摩擦磨损试验机考察了表面纳米化316L不锈钢在PAO4和ZDDP润滑下的摩擦学性能。采用X射线衍射仪(XRD)和金相显微镜表征纳米化样品的微观组织结构,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析摩擦反应膜的微观形貌和化学组成。结果表明,表面纳米化明显提高了316L不锈钢的表面硬度,同时在表面产生了具有储油作用的微坑,在PAO4润滑下,纳米化样品的减摩抗磨性优于未处理样品;在添加ZDDP的PAO4润滑下,在纳米化表面形成了链长较短的磷酸盐膜,膜中Zn和P的含量也高于未处理样品,黏着磨损明显减轻,抗磨性提高幅度更为显著。     

板式蒸发技术

对板式蒸发技术的核心设备——板式蒸发器的传热机理、特性及其应用情况进行了详细介绍。     

升膜式蒸发器的工艺设计

<正> 升膜式蒸发器是薄膜蒸发器之一,在各种薄膜蒸发器中,流体均在加热表面形成薄膜,由于成膜的方法不同,而分成各种不同类型的薄膜蒸发器。一般来说,薄膜蒸发器具有传热系数高,蒸发强度大和接触时间短等优点,特别适用于热敏性物料和易发泡物料的蒸发提浓。因此,薄膜蒸发器在石油化工,医药工业和食品工业中有广泛的应用。升膜式蒸发器实际上就是一种直立安装的固定管板式换热器,被蒸发的液体从下部进入加热管,壳程内用热载体加热,液体大量蒸发     

纳米微乳液驱油体系的构建及性能评价

微乳液驱油是一种有效的提高采收率技术。由十二烷基甜菜碱、异丙醇和90～120石油醚等制备微乳液,采用拟三元相图法研究助表面活性剂与表面活性剂比值Km对微乳液的影响,结果表明：随着Km值的增大,形成微乳区的面积先增大后减小,当Km=2时具有最大面积。通过微乳液稀释法制备了纳米微乳液驱油剂,采用激光散射系统和旋转滴界面张力仪分别测定其粒径分布和界面张力,结果表明：浓度为0.25%的平均粒径为149.0 nm;浓度为0.3%时具有最低界面张力为1.780 44 mN/m。实验室评价了纳米微乳液驱油剂的性能,结果表明：在不同温度下均具有良好的分散稳定性;浓度为0.5%时具有最大起泡高度为140 mm;浓度为0.3%时有最大乳化效率为55.0%;浓度为0.2%时具有最大洗油效率为88.39%;浓度为0.3%时总驱油采收率为86.78%。     

表面强化传热对固定床费-托合成的影响

采用小型池沸腾实验装置研究普通光滑管、表面多孔管和T型槽管的沸腾特性,考察反应管的结构参数对沸腾传热的影响规律,并在中型装置上分别采用普通光滑管、多孔表面管和T型槽管3种形式的反应器,研究了强化传热对固定床费-托合成性能的影响。结果表明:在小型池沸腾实验装置上,表面多孔管和T型槽管的强化传热性能明显优于普通光滑管,能降低起始沸腾过热度,使得沸腾现象较普通光滑管提早发生,但在不同的热流密度范围,表面多孔管和T型槽管的强化传热性能不同;表面多孔管和T型槽管反应器均可以改善费-托合成性能,表面多孔管在低转化率时强化传热效果不明显,但随热流密度增加,传热性能得到改善,催化剂床层温度分布趋于均匀,T型槽管对反应的促进效果更明显,在相同反应条件下,CO转化率增加,C_5~+选择性提高;与多孔表面管相比,T型槽管可以显著提高管外介质对管壁的给热系数,使反应管的传热得到强化。     

扫描电镜测铝多孔表面管的结构

用扫描电镜研究了铝多孔表面管的结构。结果表明,铝多孔表面管比光滑碳钢管、光滑紫铜管的沸腾放热系数提高4—5倍。证实了根据传热试验数据研究的多孔表面厚度对沸腾放热系数的影响。为开发高效强化沸腾传热提供了依据。     

高效异型强化管的研究现状及发展方向

高效异型强化管的传热机理是通过各种细微加工,在管壁上形成凸起,或将管壁沿轴向制成波纹或螺旋凹槽,建立无源扰动来增大传热系数,强化传热效果。分别论述了螺旋槽纹管、横纹管、缩放管、管内插入物、波纹管、旋流管、高效沸腾传热管、锯齿形翅片管和花瓣形翅片管等各种结构的高效异形强化管的研究现状。这此强化管的传热和流阻试验关联式局限性很大,工作介质基本上是水和空气。为准确确定物性的影响,应扩大试验介质的范围,应以水和油为工作流体,将试验数据整理为传热因子与摩擦因子的关联式。     

污垢对换热器传热性能影响

采用     

内螺纹管中煤油单相紊流强化传热研究

对煤油在内螺纹管中的单相紊流传热和摩擦阻力特性进行了实验研究,并将实验结果同煤油在光管中的实验结果作了比较。对内螺纹管的强化传热效果进行了评价,分析了内螺纹管强化传热的机理。提出了煤油在内螺纹管中的单相紊流传热关联式和摩擦阻力系数的关联式。     

杆式支撑换热器壳程性能数值分析及改进设计

用数值方法研究了杆式支撑换热器壳程的流体流动和传热性能，指出了杆式支撑换热器在结构和性能上存在的缺陷，并探讨了几种复合强化传热方法。为杆武支撑换热器的结构完善和推广应用奠定了理论基础。     

水套炉强化传热与结构优化设计应用

水套炉研究在强化传热技术、相变传热技术和控制技术等方面取得了很大的进步,但是在外形结构和金属耗量方面没有突破性的进展。针对水套炉应用存在的问题,结合相变传热技术,采用锅壳式锅炉的设计理念,对水套炉结构进行了优化设计。介绍了水套炉结构方面的新特性,探讨强度计算相关标准的应用。     

复合金属丝网表面强化沸腾传热的研究进展

综述了复合金属丝网多孔表面的强化沸腾传热现状。介绍了复合金属丝网多孔表面的结构特性、强化沸腾传热特性;分析了丝网层内的传热传质过程。研究表明,烧结金属丝网多孔表面是一种很有工业应用前景的强化沸腾传热表面。     

LNG空温式气化器换热机理及结霜工况下的换热计算

ILNG空温式气化器在运行时时常伴有结霜现象,霜层恶化了传热,影响了气化器的性能。探寻霜层在翅片管表面随时间变化的规律及对气化器换热产生的影响,对LNG空温式气化器的设计和安全稳定运行具有重要意义。为此,建立了霜层内部能量和质量守恒方程,并引入霜层物性参数经验公式,得到了封闭的方程组,进而计算出了冷表面结霜后的霜层热阻随时间的变化规律。然后再考虑霜层热阻的影响,计算LNG空温式气化器内外传热传质的相互耦合规律随时间变化的动态过程,模拟结霜工况下LNG空温式气化器的运行情况,获得了不同时刻翅片管内外物性参数沿管长的分布规律。结果表明:①霜层在翅片管表面的覆盖面积可以达到80%,霜层对LNG空温式气化器换热的影响不可忽略;②除了局部由于霜层的肋片作用使换热增强,绝大多数情况下霜层会使翅片管的换热效率大幅降低,最大可降低85%,结霜后的总传热系数为80~220 W/(m~2·K);③结霜后,如果环境适宜,气化器会在很短的时间内达到另一个稳态稳定运行。     

LNG空温式气化器传热问题的研究进展

空温式气化器在运行过程中的传热恶化问题有可能会带来灾难性的后果,是液化天然气再气化过程中必须要重视和解决的难题。为此,在全面回顾和总结空温式气化器传热问题研究成果及现状的基础上,重点阐述了管内流动沸腾传热特点及其传热系数关联式的发展,分析了管外结霜过程及其对空温式气化器换热性能的影响,对当前气化器研究所面临的问题进行了梳理和总结,并对进一步解决传热恶化问题的研究方向进行了展望。研究结果表明:①以甲烷为主的多组分烷烃混合有机物的管内流动沸腾是未来的研究难点;②对于LNG竖直管内的流动沸腾试验还需要开展更加深入的研究,除了热流密度、干度、质量流量以外,还应包括入口压力、管径、管长以及内壁面粗糙度的影响;③管外结霜是造成气化器传热恶化的主要原因;④完善低温表面抑霜技术是改善气化器传热恶化的重点,对于空温式气化器设计、制造以及运行均具有普遍的理论指导意义;⑤疏水材料的抑霜除霜剂比亲水材料的抑霜除霜剂更加适用于空温式气化器。结论认为,该研究成果有助于破解空温式气化器传热恶化难题。