关键词： CO2腐蚀   O2腐蚀   H2S腐蚀   N80钢   腐蚀产物膜  

摘要： 随着国家能源需求日益高涨,稠油资源的开采成为原油稳产的重要途径之一。由于稠油具有粘度大、渗流阻力大等特点,常规手段难以实现高效开采。近几年注多元热流体采油技术的推广有望为稠油开采提供有效的支持。注入井下的高温多元热流体中除了含有CO之外,还含有一定量的O及HS等腐蚀性组分,致使其腐蚀环境比传统的CO环境更加复杂苛刻,极易导致油井管短期内腐蚀失效,这严重阻碍了注多元热流体采油技术的发展。本文以油田常用油井管材N80钢为实验材料,通过高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验,结合SEM、EDS及XRD等现代分析技术,首先对比研究了注多元热流体注入阶段在仅含CO与同时含有CO和O条件下N80钢的腐蚀行为,之后进一步研究了在注入阶段流速及采出阶段温度对N80钢腐蚀行为的影响规律。主要研究结果如下:(1)注入阶段:在150℃、CO分压为0.52MPa、流速为1m/s条件下N80钢的平均腐蚀速率为0.6414 mm/a,其表面形成的腐蚀产物呈单层膜结构,腐蚀产物主要由灰黑色Fe CO构成。Fe CO产物膜均匀完整的覆盖在金属表面,有效阻碍腐蚀过程的进行,N80钢在此条件下表现为典型的均匀腐蚀形态。在150℃、CO分压为0.52MPa、O分压为0.04MPa、流速为1m/s条件下N80钢的平均腐蚀速率为2.8061mm/a,较仅含CO条件下腐蚀速率增加近4倍。其表面的腐蚀产物呈双层膜结构,外层腐蚀产物主要由FeO构成,内层产物主要由Fe CO和FeO构成,局部区域出现少量FeO。内层膜中FeO的存在破坏了腐蚀产物膜的完整性,导致N80钢呈现出典型的局部腐蚀形态,点蚀坑内腐蚀产物为Fe CO和FeO的混合物。(2)注入阶段:在150℃、CO分压为0.52MPa、O分压为0.04MPa条件下,N80钢的平均腐蚀速率和局部腐蚀速率随流速增加均呈现先降低后升高趋势。0 m/s时,N80钢表面扩散层较厚,溶解氧在边界层的扩散速度较低,此时N80钢的腐蚀以二氧化碳酸性腐蚀为主,腐蚀速率较大。在高温动态条件下,流动能促进N80钢表面氧化钝化过程。1 m/s时,可以明显观测到腐蚀产物外层有一层较完整的FeO产生,能有效阻碍腐蚀介质通过,导致腐蚀速率降低。随着流速的进一步增加,腐蚀产物膜较1m/s时变化不大,但流速增加使腐蚀介质传质速率加快,导致N80钢腐蚀速率增大。可见,流速主要通过以下2方面影响N80钢的腐蚀速率:一方面流速增加使腐蚀介质的传质速率加快;另一方面流速会影响N80钢表面腐蚀产物膜特征。(3)采出阶段:在CO分压为0.97MPa、HS含量为5600ppm、流速为0.23m/s条件下,随温度的升高N80钢的平均腐蚀速率呈现先降低后升高再降低的趋势。4种温度条件下N80钢均呈均匀腐蚀形态,其表面形成的腐蚀产物均呈双层膜结构。60℃时,N80钢表面形成的腐蚀产物主要为细小颗粒堆垛而成的马基诺矿型Fe S,膜层之间夹杂有少量Fe CO。马基诺矿型Fe S产物疏松多孔,对基体保护作用较差。100℃时,N80钢表面的马基诺矿型Fe S少量转变为六边形状磁黄铁矿型Fe S,且腐蚀产物膜分层明显,外层产物主要由Fe S构成,内层由致密的FeO构成,部分区域夹杂有少量Fe S。由于FeO对基体有较强的保护作用,导致腐蚀速率降低。150℃时,N80钢表面外层腐蚀产物主要为Fe S,内层产物为FeO。虽然膜层致密性较100℃相差不大,但表面马基诺矿型Fe S大量转变为稳定态的多边形磁黄铁矿Fe S,由于两种晶型之间具有明显的电位差,极易构成电偶腐蚀体系,导致腐蚀速率上升。200℃时,腐蚀产物膜结构及成分组成与150℃相似,外层膜上稳定态的多边形磁黄铁矿Fe S晶粒细化,内层FeO产物膜变的更为致密平整,对基体保护作用加强,导致腐蚀速率下降。

关键词： 吞咽障碍   流体流量   初始流体高度   摩擦行为   润滑机制  

摘要： 随着社会人口老龄化程度的加深与各种疾病的多发,吞咽障碍已然成为影响患者生活质量的常见疾病。而吞咽障碍的发生也将直接影响着患者的吞咽能力,故易于吞咽的粘性流体将为吞咽障碍患者饮食提供一种较好的选择。深入开展口腔环境下粘性流体的滑移行为研究,将对吞咽障碍患者在功能食品方面的研发提供理论依据和技术支撑。首先,建立舌/上颚微间隙下的挤压模型及Reynolds方程,通过数值方法获取流量变化;在DHR-2流变仪上研究非牛顿流体的粘度与剪切速率的变化,探讨牛顿流体和非牛顿流体流量的影响因素。发现牛顿流体流量平方的倒数同载荷和粘度比值和时间均呈线性函数关系;所制备的非牛顿流体近似为幂律流体,其粘度随脂肪和蛋白质含量的增加而增大,而非牛顿流体流量率先高于后低于等效牛顿流体,合理搭配饮食中脂肪与蛋白质含量能够降低进餐时呛咳风险。其次,建立舌/上颚微间隙下的滑移模型;根据患者吞咽障碍严重程度划分吞咽障碍等级对应的工况参数,通过有限元方法研究流体压力分布及摩擦系数的变化,并探讨其影响因素。发现流体从舌中心沿滑移方向压力呈先升高后降低的变化,沿垂直于滑移方向压力呈先平缓后急剧降低的变化;随着吞咽障碍等级的升高(即吞咽障碍越轻微),流体压力增加而摩擦系数却呈先急剧后平缓减小的变化。吞咽障碍较严重患者所感受的摩擦系数增大,导致唾液分泌过量而降低吞咽的舒适感;随着初始流体高度的增加,摩擦系数呈先急剧后平缓减小的变化。在吞咽流体食物时,选择小口吞咽能够增强其舒适感;与吞咽障碍等级的差异相比,初始流体高度的变化对其摩擦系数的影响较小。最后,为探究吞咽障碍较严重患者的口腔环境下粘性流体的润滑机制。开展在低速轻载和微间隙下舌/上颚间粘性流体的摩擦试验研究,即配制不同质量分数的葡萄糖浆水溶液模拟适用于患者的多种粘度食物;采用PDMS与玻璃片构成的舌/上颚摩擦副,在MFT-5000摩擦试验机上开展基于往复滑动模块的粘性流体的摩擦试验研究,探究流体平均摩擦系数的影响因素及润滑机制。发现质量分数在20%0%范围内的葡萄糖浆水溶液近似为牛顿流体,其粘度随葡萄糖浆的质量分数增加而增大;平均摩擦系数随滑移速度与流体粘度的增加而降低,却随外载荷的增加而呈先减小后增大的变化。由此发现,适度改变吞咽流体中溶质质量分数及进行吞咽能力的康复训练均能够改善吞咽的舒适感;在吞咽障碍较严重患者中,他们的口腔环境主要处于混合润滑或流体润滑状态。随着葡萄糖浆的质量分数增加,Stribeck曲线中混合润滑与流体润滑的临界值依次增大。因此,选择稀薄流体进行吞咽有助于流体处于流体润滑状态,并增强其吞咽舒适感。此外,鉴于摩擦试验后数据处理的耗时性,设计一款基于MFT-5000摩擦试验机滑动模块的数据处理系统。该系统能够实现对原数据进行阶段划分及图形显示、摩擦系数多种有效性选取后的对比显示及试样属性部分参数的获取,极大地提高其处理效率及准确率,也为其他模块的数据处理提供了借鉴。

关键词： 深海压力-流体   环氧清漆涂层   环氧玻璃鳞片涂层   失效机制  

摘要： 我国国策提出“走向深海大洋”,深海是国民经济与军事发展的重要领域。目前在深海环境中服役的深潜设备等装置、装备遭受严重腐蚀,显著制约深海领域的发展,深海环境下金属的腐蚀与防护问题亟待解决。有机涂层是最常用的金属材料防护方法之一。尽管涂覆有机涂层能够延缓金属腐蚀,但是在服役过程中有机涂层仍会不可避免的发生各种形式的失效。目前在深海环境下服役的有机防护涂层失效快、寿命短,问题突出。前期研究揭示深海静水压力及交变压力加速有机涂层失效,但在实际服役环境下,深海是一个动态流体环境,流速是一个不可忽略的关键环境因素,但目前尚未深海压力-流体环境下有机涂层失效机制研究的相关报道,基于此背景,本文将借助深海动态模拟设备,以环氧清漆和环氧玻璃鳞片有机涂层作为研究对象,利用多种表征方法深入研究两种涂层材料在深海压力-流体环境下服役行为,揭示有机涂层在深海压力-流体环境下的失效机制。论文首先开展深海压力-流体环境(6 MPa,3 m/s)下环氧清漆涂层失效机制的研究工作,利用电化学阻抗谱原位监测技术(EIS)、自由膜吸水率测试、拉拔和力学性能测试等表征手段系统地研究了涂层的失效过程及各性能随服役时间变化规律,而后配合差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、激光共聚焦显微镜(CLSM)和傅里叶转换红外光谱(FTIR)等测试方法探讨涂层失效机理,结果表明:环氧清漆涂层/金属体系在深海压力-流体环境下阻抗模值随服役时间急速下降;环氧清漆涂层在深海压力-流体环境下的吸水率大幅上升,在短时间内有大量的水聚集在涂层/金属界面,导致涂层出现鼓泡现象;从而使得涂层附着力快速减小,引发涂层失效。深海压力-流体环境中的压力加速了水传输过程,流体运动扩大了涂层缺陷,使得涂层产生裂纹并不断交联成网状,服役后期出现了表层涂层部分脱落的现象,平均脱落部分深度约为2.896 μm。环氧清漆涂层在整个服役过程中没有化学键形式的改变,主要是物理性能的变化,涂层的抗拉强度和玻璃化转变温度均明显减小。其次,论文对深海压力-流体环境(6 MPa,3 m/s)下玻璃鳞片有机环氧涂层服役过程开展研究。结果表明:添加填料后,有机涂层阻挡作用提高,但深海压力-流体环境依旧加速了水在涂层中的传输过程,导致涂层电阻Rc快速减小,涂层电容Cc不断增大。涂层/金属体系在服役过程中仍以出现鼓泡的形式引发附着力丧失导致涂层失效。与常压浸泡相比,涂层在深海压力-流体环境服役240 h后,吸水率明显上升,抗拉强度和玻璃化转变温度的下降程度也更大。涂层的失效机理是深海压力-流体环境破坏了填料和基料间的结合,使得涂层经历了从鼓包、部分脱落到裂纹萌生以至于最后的完全失效过程。整个失效过程涂层的化学结构没有发生变化。

关键词： 光驱微纳米马达   液液界面   旋转流体场   声流效应   Janus颗粒  

摘要： 微纳米马达是一种能够将外界能量转化为自身的动能的活性胶体材料,在环境监测、污染处理、药物运输、生物传感等方面均具有潜在应用价值。而光能经过合理设计其既可以直接有效地供给马达运动所需的能量,又能够通过改变光强、波长和照射方向等方式给马达传递信息,进而更简单易行的控制马达的诸如运动/停止、转向、加速、震荡等。因此光驱动微纳米马达近年来的发展迅速,应用前景十分广阔。另一方面,目前的很多研究只是着眼于马达在无限大底板上的运动行为,而与现实环境联系更密切的液液界面和流体环境的研究则较少,因此本课题将二者结合,重点研究光驱微纳米马达在液液界面和流体环境下的运动行为特征。本课题首先利用包裹法在商业购买的Si O微球表面均匀包裹上Ti O,并利用真空电子束蒸镀的方法制备了形貌和尺寸均较好的Ti O-Pt Janus马达。同时利用文献中报道的方法,凭借不同亲疏水处理的玻璃片对于水油两相的亲和力不同的特点,制备了较为平整的液液界面实验装置。以及利用声流效应制作了微米尺度上的旋转运动微流体场。最后将前述制备的Ti O-Pt Janus马达分别置于这两种环境中,通过对比其与普通无限大玻璃底板附近的运动行为,探究了液液界面环境和运动流体环境对于光驱动微纳米马达的运动产生的影响,并结合理论对这些影响进行了解释。实验发现,当Ti O-Pt Janus马达在液液界面上时,由于界面的弯曲变形会使微球与微球之间存在一个相互吸引的毛细作用力,这会导致微球在液液界面上照射紫外光后团簇散开的面积变小。而在紫外光照射下,由于光催化分解溶液中的燃料,微纳米马达两侧产生局部物质浓度梯度进而发生自电泳运动。但是当马达位于液液界面环境中时,其运动速度明显小于在普通无限大玻璃底板附近运动时的速度。对于这种现象,本文尝试从多种可能的原因中寻找答案,最终认为马达在不同环境下运动倾角不同是造成这种结果最可能的原因。而在超声波声流所产生的旋转流场中,马达受流体作用公转的同时还会存在自转,这会使得马达自身速度和流体速度存在相互耦合,在某些位置速度相互叠加,某些位置速度相互抵消,使马达在不同的位置速度不同。通过本课题的研究,探究了光驱微纳米马达在液液界面和运动流体两种环境下的运动行为特征,发现马达在液液界面上运动明显减慢,同时在运动流场中,马达自身速度和流场速度存在耦合的情况,这对于理解微纳米马达与周围环境之间的相互作用以及微纳米马达在未来的实际应用均提供了较好的指导意义。

关键词： 流体动压指尖密封   热特性   温度场   热流固耦合  

摘要： 指尖密封作为一种新型密封具有长寿命、低泄漏的优点,在航空发动机、燃气涡轮机等领域具有非常广阔的应用前景。目前国内研究主要集中在指尖密封系统的微观研究,没有考虑试验环境对指尖密封性能的影响。为此本文基于试验环境展开了流体动压指尖密封系统的热效应研究,重点考虑试验环境的温度场对流体指尖密封热变形的影响,为流体动压指尖密封设计时气膜间隙的设置提供了理论依据。主要工作如下:本文通过采用三维建模软件对试验环境、腔体内部流体域及流体动压指尖密封进行三维软件的建模,研究了流体动压指尖密封系统及试验环境中的传热方式,对试验环境内的对流换热模型进行研究;通过设计接触热阻实验,研究了接触热阻与结合面粗糙度、接触热阻与界面压强的影响规律,采用SPSS软件建立接触热阻回归模型,为流体动压指尖密封及实验腔体的温度场研究提供理论依据。本文采用Ansys Workbench对实验腔体及流体动压指尖密封进行热流固耦合分析。研究了腔体进气口及引流管、结合面的接触热阻、不同进气口温度对流体动压指尖密封系统温度场的影响及热效应对流体动压指尖密封系统的变形影响。研究表明:随着进气口数目的增多,流体动压指尖密封系统温度场分布更为均匀;引流管的设置对流体动压指尖密封系统平均温度影响不大;考虑接触热阻的结合面平均温度随着进气口温度的升高影响越显著;考虑热效应流体动压指尖密封的变形受实验腔体密封盘影响,实验腔体左侧流体动压指尖密封系统的总变形比右侧流体动压指尖密封系统变形大,Y方向左侧流体动压指尖密封变形比右侧流体动压指尖密封小,流体动压指尖密封系统变形与进气腔进气口温度成正相关,考虑热效应的变形比不考虑热效应变形更显著。

标准号: GB/T 3836.25-2019

摘要： 可燃性工艺流体和电气系统之间的工艺密封如果出现故障，工艺流体会直接进入现场布线系统《爆炸性环境》的本部分对可燃性工艺流体与电气系统之间的工艺密封提出了具体要求。本部分规定了对单一工艺密封设备、双重工艺密封设备以及附加二次工艺密封的评定制造和试验要求。

关键词： 微型植物工厂   湿度场   模拟计算   计算流体力学   均匀性   结构优化  

摘要： 为研究微型植物工厂内温度场和湿度场的分布情况并对其进行优化,通过Gambit将建于东北林业大学内的微型植物工厂进行3D建模,采用计算流体力学软件,引入混合了空气和水蒸气的组分运输模型和替代植物的多孔介质模型对工厂内温湿度的分布情况进行数值模拟计算,同时设计2种拥有不同回风口和通风机的位置或数量的优化方案。模拟计算的结果与实际监测值进行对比发现,相对湿度的平均相对误差为0.385%,温度的平均相对误差为1.10%,温湿度的最大误差分别不超过0.9℃和1.5%,模拟情况与实际情况吻合度较好,使得模型的可行性和准确性得以验证。在对2种优化方案进行模拟并与初始方案比较后,得出如下结论:工厂内部气流流动对温湿度的分布有较为明显的影响,2种优化方案的温度分布均匀性均优于初始方案,其中,方案2的温湿度分布均匀性最好,相对湿度和温度的标准偏差分别为0.60%和0.08℃,相对湿度范围为76.4%~79.4%,最高温度和最低温度分别为25.4和25.0℃,平均温湿度分别为25.2℃和77.9%,温湿度的分布均匀性较好,没有抑制植物生长的因素存在,因此方案2,即将通风机分别置于工厂西墙离地0.3和1.0m处,回风口分别离地0.6和1.3m,为工程设计优化的最优方案。最后,对最优方案进行了试验验证,认定最优方案中温湿度的模拟情况可以真实反映温室中的实际环境。

关键词： 3Cr钢   CO2-O2腐蚀   温度循环   腐蚀产物膜   点蚀  

摘要： 在模拟不同多元热流体采油温度循环条件(100℃×72h→60℃×72h→100℃×72h→60℃×72h,100℃×72h→60℃×72h→100℃×144h,100℃×72h→60℃×216h,分别记为1^#,2^#,3^#方案)、CO2-O2环境中对3Cr钢进行浸泡腐蚀试验,研究了试验钢的腐蚀速率、腐蚀形貌及腐蚀产物物相组成。结果表明:在1^#和2^#方案下试验钢的腐蚀速率相近,3^#方案下的腐蚀速率最小,较前二者分别下降了15.0%和14.74%;在3种方案下,试验钢表面均存在点蚀坑,其腐蚀产物膜分为两层,内层膜较致密,但存在许多微小的裂纹,外层膜疏松,存在许多孔洞;腐蚀产物均主要由Fe2O3、FeCO3、FeOOH和Cr(OH)3组成。

关键词： 碳—氧同位素   主—微量元素   碳酸盐胶结物   平台地区   柴达木盆地  

摘要： 综合运用岩石学、矿物学以及元素地球化学等理论,对柴达木盆地北缘构造带中段平台地区古近系路乐河组(E1+2)储集岩的岩石学特征、碳酸盐胶结物、黏土矿物以及沉积成岩环境进行分析研究。结果表明:平台地区路乐河组储集岩主要为岩屑砂岩和长石岩屑砂岩,储集岩内颗粒之间以点—线接触关系为主,少量为线接触关系;孔隙类型以原生粒间孔为主,其次为粒内溶蚀孔隙;黏土矿物含量较高,平均值达到了21.92%,主要以伊—蒙混层、伊利石、蒙脱石和绿泥石为主,具有明显的蒙皂石向伊—蒙混层转化的特征。碳—氧同位素分析结果显示碳同位素值(δ13C)在-8.87‰^-3.91‰之间,平均为-5.66‰,碳来源主要为脱羧作用的有机质碳和碳酸盐岩中的无机碳,淋滤作用也造成胶结物中δ13C值变低;氧同位素值(δ18O)介于-12.97‰^-8.75‰,平均值为10.68‰,推算其古盐度Z值分布范围在103.79~114.27之间,平均为110.38,碳酸盐沉淀温度分布范围在62.89℃~90.53℃之间,平均为75.20℃;通过全岩的微量元素分析表明,U/Th、V/Cr、Ni/Co以及Cu/Zn均反映出温暖、湿润的成岩环境,古盐度、Sr/Ba与U值也指向淡水沉积环境,说明平台地区路乐河组储集岩主要形成于温暖湿润的淡水沉积环境之中。

关键词： 非碳酸盐岩矿物   层序界面   成岩流体环境   塔里木盆地  

摘要： 碳酸盐岩层系中以碳酸盐岩矿物为主,其中所含有的少量非碳酸盐岩矿物与沉积过程、成岩过程或陆源碎屑物有关,非碳酸盐岩矿物类型与含量变化为判别沉积与成岩流体环境等提供了相对客观的依据。本文以塔里木盆地塔河地区深层TS2井上寒武统-中下奥陶统溶洞段及关键界面处的27件岩屑样品的系统矿物分析为例,探讨非碳酸盐矿物对层序界面成岩流体环境的指示意义。结果表明,该井下奥陶统鹰山组下段内部界面、上寒武统丘里塔格组顶面处的赤铁矿含量明显较高,表明这两个界面为沉积间断或不整合面;上寒武统丘里塔格组溶洞段砂泥岩充填物与上寒武统顶不整合面上下的矿物组合较一致,表明塔河深层上寒武统白云岩可能经历了大气淡水的成岩流体改造。