摘要：基于数值模拟方法与中心组合设计方法,采用二阶多项式基函数构建了井下旋流分离器的结构参数与分离效率及底流压力损失间的数学关系模型。通过开展附加试验对模型预测值与数值模拟实际值进行对比,得出分离效率和压力损失的预测值与实际值的平均相对误差分别为0.104%和4.562%,验证了模型预测结果的准确性。针对响应面优化结果与初始结构开展分离性能对比研究,结果表明:当入口油滴粒径在50~500μm范围内变化时,优化前结构的分离效率变化范围为58.92%~98.56%,优化后结构的分离效率变化范围为60.35%~99.48%;当入口含水率在94%~99%范围内变化时,优化前结构的分离效率由74.61%提高到88.07%,优化后结构分离效率由75.26%提高到91.56%。在不同粒径及含水率条件下,优化后结构均呈现出了明显的高效性及适用性。

摘要：概述了国内外基于电场-旋流耦合场来强化非均多相分离的研究进展,并对相应强化分离方法进行分析与归纳。根据不同介质类别分别介绍了电场-旋流耦合强化液-液分离、气-固分离、气-液分离、固-液分离等多相介质分离技术、设备及工作原理,例如:动态/静态静电旋流脱水装置、静电旋风除尘器/摩擦旋风分离器、静电旋风除雾器及电动旋液分离器。总结了电场类型与分布、耦合场与液滴、颗粒作用、耦合场数值模拟方法等,为研究电场-旋流耦合强化分离多相介质提供依据。针对特殊多相介质(如黏度大、密度差小及弱/无电导率等)分离性能较差的问题,本文提出应综合考虑耦合设备的结构尺寸、操作参数及安装条件,在提高分离效率的基础上,应加强电场-旋流耦合装置运行安全性的研究以扩大耦合强化多相介质分离的适用范围。

摘要：第一性原理从微观角度对材料性质进行模拟和研究,是一种涉及材料科学、物理学、化学、计算机科学及人工智能的计算方法。近年来,第一性原理计算应用于材料电化学腐蚀领域,可在原子层面分析腐蚀和氧化的微观作用机理和微观机制,从电子层面解释腐蚀产生的内在原因,为腐蚀科学研究开辟了一条新思路和研究方向。本文通过对现有研究成果调研分析,阐述了第一性原理基本方法,综述了第一性原理计算在材料表面吸附与扩散、钝化膜及界面稳定性、元素掺杂及夹杂相溶解、缓蚀与电池电化学、高熵合金及非晶合金腐蚀等方面的研究机理及国内外研究进展。全文总结了第一性原理在腐蚀各领域应用存在的问题,在腐蚀过程直接表征、材料定量建模计算、非晶结构和非晶相建模、腐蚀全过程模拟等方面亟待开展深入研究。最后对第一性原理计算应用于腐蚀研究的发展方向进行了展望。本文对于研究金属表面吸附对腐蚀性能的影响机理、讨论钝化膜与界面稳定性和破坏机理、揭示元素掺杂与析出相诱发基体腐蚀的本质、深入理解缓蚀机理并设计新型缓蚀剂,以及描述高熵合金或非晶结构中局域结构动态演化过程等方面有重要的理论指导意义,对于扩展第一性原理在腐蚀科学研究中的应用具有很好的指导价值。

摘要：设计了一种新的螺旋分离器,采用CFD数值模拟技术对螺旋分离器的入口管段、螺旋分离段及出口管段内流体流动速度场及压力损失分布特性进行了分析,结合PIV流场测试试验对分离器的入口管段和出口管段内流体流动速度场进行了测量和对比分析。介绍了螺旋分离器油水分离的工作原理、结构参数及PIV实验流程。结果表明:该螺旋分离器螺旋导流效果明显,在螺旋分离段及出口管段内具有持续时间长、离心分离强的螺旋流分离流场;流体流过螺旋分离段后,在出口管段内可形成稳定的螺旋流场;通过对比分离器内入口管段及出口管段PIV试验速度测量值与数值模拟值,结果吻合良好,验证了模拟结果的可靠性;通过分离器的压力损耗分析,指出了螺旋分离器的主要压力损耗位置,设计工况下的分离器最大压力损耗不超过90kPa。

摘要：为解决微小粒径分散相分离效率不高,制约水力旋流器分离效率深度提升的问题,本文以液-液水力旋流器为分析对象,在总结已有理论及研究成果基础上,分别从影响旋流分离效率的关键物理因素,包括分散相在旋流场内的停留时间、分散相粒径、分散相距轴心旋转半径、分散相切向旋转速度以及旋流分离工艺系统五个方面出发,首先对已有提升旋流分离效率的水力旋流器串联工艺、分散相粒径聚结器、小直径旋流分离器及增强切向速度的动态水力旋流器等技术措施进行分析总结,并在此基础上提出了促进旋流分离效率深度提升的新型技术方案,为液-液两相以及固-液、气-液、气-液-固等多相混合介质的高效旋流分离器设计及系统优化提供一定理论及技术支撑。

摘要：随着工业化进程的飞速前进,适用于分离多相不互溶介质的旋流分离器已广泛应用于石化、环保等重点行业。为了提高旋流分离器在全粒径范围内分散相的分离效率,涌现出了多种旋流分离过程强化技术。其中,对入口分散相进行重排序的旋流强化技术因具有加工成本及运行费用低、易于实施、强化效果明显等优势,展现出了重要的应用价值及推广前景。本文聚焦于入口分散相重排序的旋流强化技术,对基于惯性力场和离心力场进行分散相重排序的旋流强化原理、排序器结构类型及应用于液-液、固-液、气-固两相的分散相重排序强化技术及研究成果进行了系统的分析和总结。在此基础上,从组织构建分散相重排序后的多股液流,选择促进多股液流间协同高效分离的旋流场入射方案,强化分散相移动过程中的聚并长大和/或惯性碰撞等角度出发,总结了分散相重排序的技术路线并进行研究展望,从而指导旋流器的旋流分离过程强化及优化设计,助力于旋流分离效率的深度提升。

摘要：体积压裂过程中套管变形失效成为影响低渗透油田高效开发的难题。通过对体积压裂区实现全局嵌入Cohesive单元和渗流节点,并在体积压裂区预制天然裂缝,运用应力-渗流耦合的方法,完成体积压裂过程中套管两侧复杂裂缝网络非均匀扩展过程的刻画并进行仿真初探。初探结果表明,裂缝的非均匀扩展改变了套管内壁应力周期性变化的规律,使套管的最大应力区域发生偏移,破坏了套管的内壁应力周期对称性分布。综述其研究进展和发展趋势,总结出可通过刻画出的复杂裂缝网络群体非均匀扩展过程对水平井套管的影响规律,从体积压裂下非均匀载荷对套管强度影响这一视角修正水平井大规模体积压裂用套管强度设计方法,为保障压裂工况下套管使用寿命提供理论支持。

摘要：为解决狭长空间内无法实现油水两相介质高精度分离的问题,结合旋流分离理论,设计了一种可实现轴向进液的两级串联旋流器,针对该装置开展内部流场特性及分离性能研究。揭示了不同处理量及分流比对旋流器内速度场、压力场、浓度场以及分离效率的影响规律。结果表明:随着处理量的增大,底流口压降最大值逐渐增大且增长速率逐渐增大,旋流腔内切向速度也逐渐增大;增大一级溢流分流比,可减小环式通道及二级旋流器内的切向旋动能,二级溢流分流比对一级旋流器分离性能影响不大;实验及模拟得出研究范围内一级分流比为20%、二级分流比为15%时分离效率最高,最佳处理量为4.8 m3/h,最佳总分流比为32%;装置对不同流量、不同分流比条件具有较强的适应性,分离效率最高可达99.6%。

摘要：目前我国大部分油田已进入高含水阶段,且采出液中常带有大量伴生气,采用旋流分离法实现采出液高效分离对于简化陆上油田地面处理工艺及提升海上平台经济环保的采出液处理技术具有重要意义。脱气除油旋流系统由GLCC型气液分离器和油滴重构旋流器串联组成,设计的目的是在保证高效脱气的同时进一步改善对小油滴的去除效果,实现油气水三相高效分离。本文基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,利用种群平衡模型(population balance model,PBM)模拟油滴破碎与聚结,对脱气除油旋流系统内部流场特性及粒度分布进行模拟分析,并采用数值模拟与试验相结合的研究方法,对比分析不同含气体积分数和气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离性能的影响规律。结果表明:含气体积分数与气相出口分流比对脱气除油旋流系统分离效率的交互作用较显著,在研究范围内综合脱气效率和除油效率可以得到,含气10%、20%、30%的最佳分流比分别为25%、30%、35%,数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数值模拟方法的可靠性。另外,含气体积分数越大,油滴重构旋流器的油滴分层重构现象越明显,油滴重构旋流器可以在一定程度上改善含气情况下油水分离效果差的现象,脱气除油旋流系统对油气水三相分离的适用性较好。

摘要：为解决游梁式抽油机间歇供液所造成的井下油水旋流分离器分离效率低下的问题,该文设计了一种适用于流量脉动条件下的新型油水旋流分离器,并开展了脉动进液条件下的流场特性及分离性能研究。研究结果显示:旋流器入口为恒定流量时,有部件的分离效率从无部件的89.12%提高至96.82%;为旋流分离器入口添加频率为1 Hz、幅值为1 m/s的流量脉动,无部件的分离效率在81.73%~94.63%范围内规律波动,变化范围为12.9%;在相同脉动条件下,向旋流器内部添加部件,分离效率规律波动范围为88.6%~95.4%,变化范围与无部件相比减小到6.8%。