管道螺旋流动强化天然气水合物生成技术研究

【摘要】：天然气水合物的强化快速生成研究一直是水合物应用领域的热点,广泛应用于油气运输、石油化工、能源化工和环境工程等领域。寻找出新型的天然气水合物快速生成方法并对其展开系统的研究,可以优化现有的水合物反应器的操作和开发设计更高效的新型反应器提供指导,对于解决油气管道运输以及能源环境问题具有重要意义。本文在总结现有的水合物生成装置特点上,开发出了一种新型的管道螺旋流动强化天然气水合物的生成装备,主要采用实验的方法对气液两相螺旋流以及管道内的水合物生成进行了系统的研究,主要内容包括以下几个方面：总结梳理了国内外对天然气水合物的勘探与开采的现状,重点梳理研究了国内外的对于天然气水合物的强化生成方法,主要包括物理强化与化学强化,还有一些特殊的强化方法,对各种强化方法的优缺点以及目前工业上大规模生成天然气水合物的难点进行了详细的分析,本课题组开发的管道螺旋流动强化天然气水合物生成技术是一种新型的高效的天然气水合物生成促进装置。对水平管内以叶轮起旋的气液两相螺旋流进行了系统的实验研究。描述并定义了以叶轮起旋的气液两相螺旋流的流型,绘制出气液两相螺旋流流型图；考察了流速对流型的影响,叶轮参数对流型转换边界的影响；考察了含气率、流型、流速以及叶轮参数对流动压降的影响。随后,对水平管内以叶轮起旋的液相螺旋流进行了LDV测量研究。分析研究了螺旋流的衰减、平均雷诺数以及叶轮参数对轴向以及切向流速分布的影响；推导了螺旋流的衰减公式。对水平管内以扭带起旋的气液两相螺旋流实验研究,得出了四种流型以及扭率对流型转换边界以及压降的影响。对水平管内的气液两相螺旋流有了深入的研究,为管内螺旋流动状态下的水合物的生成奠定了基础。对管道内螺旋流动强化天然气水合物生成进行了系统的实验研究。考察了管道内水合物生成的特点,对不同流速以及不同扭率情况下的水合物生成的诱导时间与生成时间进行了研究；考察了温度以及扭率对水合物生成的影响,并对耗气量进行了初步研究；初步总结了管道内水合物生成的机理,并建立了考虑促进剂作用的管道内水合物生成动力学模型。 【关键词】：天然气水合物 气液两相螺旋流 LDV 模型
【学位授予单位】：常州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE832
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 问题的提出及研究意义12-14
• 1.1.1 问题的提出12
• 1.1.2 研究意义12-14
• 1.2 国内外NGH生成促进技术研究现状和发展趋势14-21
• 1.2.1 NGH生成原理14
• 1.2.2 NGH生成过程的强化方法14-19
• 1.2.3 工业上大规模生成水合物的难点19-20
• 1.2.4 NGH生成技术的发展趋势20-21
• 1.3 本文研究任务21-24
• 2 以叶轮起旋的螺旋流实验研究24-42
• 2.1 实验系统与装置的设计24-26
• 2.1.1 实验简介24
• 2.1.2 实验装置24-26
• 2.2 实验方案设计26
• 2.2.1 实验条件26
• 2.2.2 实验方法26
• 2.3 流型26-31
• 2.4 流型图31-34
• 2.5 流动规律分析34-38
• 2.5.1 流速对流型的影响34-37
• 2.5.2 起旋角度对流型转换边界的影响37
• 2.5.3 叶片面积对流型转换边界的影响37-38
• 2.6 流动压降分析38-40
• 2.6.1 含气率对压降的影响38
• 2.6.2 流型对压降的影响38-39
• 2.6.3 流速对压降的影响39-40
• 2.7 本章小结40-42
• 3 以叶轮起旋的螺旋流LDV实验研究42-56
• 3.1 实验概略42-44
• 3.1.1 实验原理42
• 3.1.2 实验简介42-43
• 3.1.3 实验装置43-44
• 3.2 实验方案设计44-45
• 3.2.1 实验条件44
• 3.2.2 实验方法44-45
• 3.3 实验结果分析45-54
• 3.3.1 轴向速度45-48
• 3.3.2 切向速度48-51
• 3.3.3 湍流强度51
• 3.3.4 螺旋强度衰减规律51-54
• 3.4 本章小结54-56
• 4 以扭带起旋的螺旋流实验研究56-64
• 4.1 实验介绍56-58
• 4.1.1 实验简介56
• 4.1.2 实验装置56-58
• 4.2 流型58-61
• 4.2.1 螺旋波状流58-59
• 4.2.2 螺旋泡状流59-60
• 4.2.3 螺旋弥散流60
• 4.2.4 螺旋轴状流60-61
• 4.3 实验结果分析61-62
• 4.3.1 扭率对流型转换边界的影响61-62
• 4.3.2 扭率对压降的影响62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 管道螺旋流动强化NGH生成装置64-68
• 5.1 系统简介64-65
• 5.2 设备的设计与选择65-66
• 5.2.1 供水系统65
• 5.2.2 供气系统65
• 5.2.3 冷却系统65-66
• 5.2.4 监测及数据采集系统66
• 5.3 本章小结66-68
• 6 管道螺旋流动强化NGH生成实验研究68-82
• 6.1 实验系统与方法68-70
• 6.1.1 实验条件68-69
• 6.1.2 实验方法及步骤69-70
• 6.2 实验结果与分析70-74
• 6.2.1 NGH生成过程70
• 6.2.2 诱导时间与生成时间70-71
• 6.2.3 温度对NGH生成的影响71-72
• 6.2.4 扭率对NGH生成的影响72-73
• 6.2.5 耗气量73-74
• 6.3 生成机理初步分析74-75
• 6.3.1 成核74-75
• 6.3.2 生长75
• 6.4 管道水合物生成模型75-80
• 6.4.1 气体水合物生成速率75-79
• 6.4.2 水合物生成驱动力79
• 6.4.3 水合物生成诱导时间79-80
• 6.4.4 管道内含有活性剂的气体消耗率80
• 6.5 本章小结80-82
• 7 总结与展望82-86
• 7.1 总结82-83
• 7.2 展望83-86
• 参考文献86-92
• 攻读学位期间研究成果92-96
• 致谢96

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