多孔介质中超临界压力CO_2对流换热的实验研究

介质中的流动传热现象。

对多孔介质内的流动，可使用考虑非达西效应的Darcy –Brinkman -Forchheimer [1]模型进行分析；而对于多孔介质内的传热过程，能量方程可用热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型或非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型进行分析。

其中，热平衡模型被广泛用于分析多孔介质中的对流换热过程，该模型假设多孔固体骨架温度与流体温度局部相等（T s =T f ），适用于多孔固体骨架与流体局部温差不大的场合。

热平衡模型控制方程如下[2-4]：()[]()()()T T c T c c t ∇+∇=∇+-+∂∂d m p pf f ps s pf f 1λλερερερu (1)式中λm 为有效滞止导热系数[5]，λd 为热弥散导热系数。

然而，当多孔固体骨架与流体局部温差不能忽略（T s ≠T f ）时，热平衡模型便会引起较大误差，应该采用非热平衡模型。

非热平衡模型考虑多孔固体骨架与流体的对流换热，其控制方程包括流体能量方程和多孔固体骨架能量方程[3,6-9]：()()()[]()f s sf sf f d f f p pf f f pf f T T a h T T c T c t -+∇+∇=∇+∂∂λελερερu (2)()[]()[]()f s sf sf s s s ps s 11T T a h T T c t --∇-∇=-∂∂λεερSchumann 最早在1929年就考虑了非热平衡模型，但在他的研究中忽略了导热项的影响。

Quintard [10]在1998年第11届国际传热大会的主旨报告中，对在多孔介质中采用局部非热平衡模型进行理论建模做了系统分析，并在非热平衡模型中考虑了颗粒与流体间界面热阻的影响。

不少研究者已经使用非热平衡模型进行了一系列的研究。

如多孔介质中的瞬态传热Nouri-Borujerdi 等[11]、混合对流Shi 和Vafai [12]、强制对流Jiang 等[3,6-9,13-17]、双扩散多孔介质Nield 和Kuznetsov [18]等。

超临界流体传热换热机理的研究一、前言超临界流体传热换热机理是近年来热力学、流体力学界的研究热点。

超临界流体是指在临界点以上，但压力仍高于饱和蒸汽压强时所具有的高密度、低粘度、高扩散性等特点的流体。

由于这些特点，超临界流体应用广泛，可以用于能源开采、化工制造、环境保护等领域，并且超临界流体传热换热机理也是研究这些领域的核心问题之一。

本文将重点介绍超临界流体传热换热机理的最新研究进展和理论基础。

二、超临界流体传热机理1. 动态小结晶动态小结晶是指在超临界流体中，由于密度变化、扩散性变化、界面张力变化等因素的影响导致的“小结晶”现象。

这种“小结晶”不同于常规的晶化现象，它是动态的，而且会随着温度、压力等因素的改变而改变。

动态小结晶对超临界流体的传热有重要影响。

2. 温度梯度扰动温度梯度扰动指的是在超临界流体中，由于温度梯度的存在，会引起流体分子的扰动，从而导致流体传热的增强。

这种扰动和动态小结晶相互作用，会形成一种复杂的传热机制。

3. 热力学力效应超临界流体的高密度和低粘度使得流体内部存在着强烈的热力学力效应。

当流体受到温度或压力变化时，热力学力效应会导致流体内部形成湍流或涡流现象，从而增强流体的传热效果。

三、超临界流体换热机理1. 对流传热超临界流体的高密度和低粘度使得其对流传热效果较好。

通常情况下，超临界流体在热力学不平衡的情况下会发生湍流或涡流，从而增强对流传热效果。

2. 热边界层传热超临界流体具有高扩散性和低粘度，可以较好地克服热边界层对传热的影响。

因此，在热边界层传热方面，超临界流体比普通流体具有优越性。

3. 相变传热超临界流体在压力和温度变化时，可能会发生相变现象。

这种相变是瞬间发生的，且非常强烈，是一种很有效的传热机制。

四、超临界流体换热器研究现状超临界流体换热器被广泛应用于化工、电力、航空航天、海洋工程等领域。

目前，超临界流体换热器的研究与发展以提高传热效率、降低换热器结构复杂度、降低成本为主要研究方向。

第22卷 第4期 石油化工高等学校学报 V ol.22 No.4 2009年12月 JO U RN A L OF PET RO CHEM ICA L U NI VERSIT IES Dec.2009文章编号:1006-396X(2009)04-0038-03CO2在多孔介质中扩散系数的测定郭 彪, 侯吉瑞, 于春磊, 李东东, 林 杨(中国石油大学(北京)教育部重点实验室提高采收率研究中心,北京102249)摘 要: 为了研究注CO2开采原油时CO2在地层中的扩散系数,采用一维扩散的数学模型,利用一维菲克第二定律和连续性方程推导出了CO2扩散系数的计算公式,设计了多孔介质采用露头砂填充,实验模型装置水平放置而消除了 对流扩散的影响,室内测定CO2扩散系数的双测压点的1m长的物理模拟装置,得出了在60!时不同压力下的扩散系数,实验条件更符合矿场实际,研究规律可用于矿场CO2驱过程中的参数优选。

关键词: CO2; 扩散系数; 模型; 一维扩散; 多孔介质; 测定中图分类号: T E357.11 文献标识码:A do i:10.3696/j.issn.1006-396X.2009.04.010Determination of Diffusion Coefficient for CarbonDioxide in the Porous M ediaGUO Biao,H OU Ji-rui,YU Chun-lei,LI Dong-do ng,LIN Yang(E nhanced O il Recover y Resear ch Center,MO E K ey L abor ator y of P etr oleum E ngineer ingin China Univ er sity of P etr oleum,Beij ing102249,P.R.China)Received8December2008;rev is ed5M arch2009;accep ted10S ep tember2009Abstract: T he diffusion co efficient of carbon diox ide in t he fo rmatio n for ex plo red o il by carbon diox ide injected w as researched.T he one-dimension diffusio n equat ion,combined t he second F ike s law and continuity equation w as deduced. T here w er e so me merits:the po ro us media w as stuffed w ith outcro pping sand;the device w as placed ho rizontally,w hich eliminated the convectiv e diffusio n;the simulator is1m,w hich could erase the boundary effect.T he derive the diffusion co efficient for diverse pressur es under the temperature at60!.T he physical simulato r w as packed the outcropping sand, which was much more ag reeable w ith the r ealit y.T he results can be used fo r par amet er o ptimizat ion in the field for CO2 floo ding.Key words: Car bo n dio xide;Diffusion coefficient;M odel;O ne-dimension diffusion;P oro us media;D et erminatioCo rr esponding author.T el.:+86-156********;fax:+86-10-89734612;e-mail:guobiao1982@y 测量气体扩散系数的方法一般说来分为两类:直接法和间接法[1-4]。

第22卷 第4期 石油化工高等学校学报 V ol.22 No.4 2009年12月 JO U RN A L OF PET RO CHEM ICA L U NI VERSIT IES Dec.2009文章编号:1006-396X(2009)04-0038-03CO2在多孔介质中扩散系数的测定郭 彪, 侯吉瑞, 于春磊, 李东东, 林 杨(中国石油大学(北京)教育部重点实验室提高采收率研究中心,北京102249)摘 要: 为了研究注CO2开采原油时CO2在地层中的扩散系数,采用一维扩散的数学模型,利用一维菲克第二定律和连续性方程推导出了CO2扩散系数的计算公式,设计了多孔介质采用露头砂填充,实验模型装置水平放置而消除了 对流扩散的影响,室内测定CO2扩散系数的双测压点的1m长的物理模拟装置,得出了在60!时不同压力下的扩散系数,实验条件更符合矿场实际,研究规律可用于矿场CO2驱过程中的参数优选。

关键词: CO2; 扩散系数; 模型; 一维扩散; 多孔介质; 测定中图分类号: T E357.11 文献标识码:A do i:10.3696/j.issn.1006-396X.2009.04.010Determination of Diffusion Coefficient for CarbonDioxide in the Porous M ediaGUO Biao,H OU Ji-rui,YU Chun-lei,LI Dong-do ng,LIN Yang(E nhanced O il Recover y Resear ch Center,MO E K ey L abor ator y of P etr oleum E ngineer ingin China Univ er sity of P etr oleum,Beij ing102249,P.R.China)Received8December2008;rev is ed5M arch2009;accep ted10S ep tember2009Abstract: T he diffusion co efficient of carbon diox ide in t he fo rmatio n for ex plo red o il by carbon diox ide injected w as researched.T he one-dimension diffusio n equat ion,combined t he second F ike s law and continuity equation w as deduced. T here w er e so me merits:the po ro us media w as stuffed w ith outcro pping sand;the device w as placed ho rizontally,w hich eliminated the convectiv e diffusio n;the simulator is1m,w hich could erase the boundary effect.T he derive the diffusion co efficient for diverse pressur es under the temperature at60!.T he physical simulato r w as packed the outcropping sand, which was much more ag reeable w ith the r ealit y.T he results can be used fo r par amet er o ptimizat ion in the field for CO2 floo ding.Key words: Car bo n dio xide;Diffusion coefficient;M odel;O ne-dimension diffusion;P oro us media;D et erminatioCo rr esponding author.T el.:+86-156********;fax:+86-10-89734612;e-mail:guobiao1982@y 测量气体扩散系数的方法一般说来分为两类:直接法和间接法[1-4]。

多孔介质中的流动、传热与化学反应姜元勇; 徐曾和; 曹建立【期刊名称】《《金属矿山》》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】多孔介质; 流动; 传热; 化学反应; 跨尺度; 相互作用【作者】姜元勇; 徐曾和; 曹建立【作者单位】东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TD80多孔介质是一种由固体骨架和孔隙（空隙）空间所组成的多相介质。

多孔介质的分布非常广泛，在人们的日常生活、工程实践和科学研究中比较常见，如煤层、岩体、球团矿和土壤等。

多孔介质中发生的流动过程、传热传质过程和化学反应过程具有重要的工程和科研价值，多年来一直受到众多研究者的关注［1-6］。

1 多孔介质中的流动多孔介质中的孔隙通道通常被流体所占据，在一定的能量梯度驱动下，流体便会沿着彼此联通的孔隙通道流动。

由于孔隙通道几何结构的复杂性，使得流体在多孔介质中流动时，孔隙流体与固体骨架之间的接触面构型也很复杂，很难进行精确描述［7］。

Bear［8］采用连续介质方法，将微观水平与宏观水平联系起来，通过引入表征体元（Representative Elementary Volume），给出了多孔介质物性参数的严格定义，如孔隙率、比面等，奠定了多孔介质流体动力学研究的基础。

流体在多孔介质中流动时，由于孔隙通道曲折、通道壁面不够光滑、流体具有一定的黏性等原因，造成多孔介质对于在其中流动的流体表现出一定的阻力作用［9］。

为了探究多孔介质中流动动力与阻力之间的关系，许多科研人员进行了不懈的努力。

早在1856年，Darcy就通过实验，研究了水在直立均质砂柱中的流动过程，获得了Darcy公式J=aq，也就是所谓的线性渗流定律（比流量与水力梯度成线性关系），此定律后来被进行了推广和理论证明。

实践中发现，Darcy定律主要反映黏性阻力的影响，具有一定的适用范围，即雷诺数满足Re=1～10。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 8 期多孔介质结构对储层内流动和换热特性的影响汪健生1，张辉鹏1，2，刘雪玲1，2，傅煜郭1，2，朱剑啸1，2（1 中低温热能高效利用教育部重点实验室，天津大学，天津 300350；2 天津大学机械工程学院地热研究培训中心，天津 300350）摘要：针对含水层储能对选址的要求高且存在地下水污染的问题，提出了构建人工填充储层进行储能，并对储层内的局部流动和换热特性进行了研究。

采用共轭传热模型分别对填充非均匀颗粒、十二面体梯度开孔和二十面体梯度开孔结构3种多孔介质孔隙内的流动和换热进行了直接数值模拟，对比分析了多孔介质结构对流动和换热特性的影响。

研究发现，通过选择合适的填充介质，储层内的综合换热性能能够得到改善，3种多孔介质中十二面体梯度开孔多孔介质的总换热效率（η）最高；非均匀颗粒多孔介质的平均努塞尔数（Nu sf ）最大，但同时单位压降（∆p /∆x ）与摩擦系数（f ）也最大；十二面体梯度开孔多孔介质和二十面体梯度开孔多孔介质的Nu sf 随雷诺数（Re ）的变化存在交叉，在Re 较小时二十面体梯度开孔结构的Nu sf 较大，Re 较大时十二面体梯度开孔结构的Nu sf 较大。

关键词：含水层储能；人工储层；对流换热；多孔介质传热中图分类号：TK52 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）08-4212-09Analysis of flow and heat transfer characteristics in porousmedia reservoirWANG Jiansheng 1，ZHANG Huipeng 1，2，LIU Xueling 1，2，FU Yuguo 1，2，ZHU Jianxiao 1，2(1 Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy, Tianjin University, Tianjin 300350, China;2Geothermal Research & Training Center, School of Mechanical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China)Abstract: Focusing on the problem of high requirements for site selection and groundwater pollution in aquifer energy storage, the construction of artificially filled underground reservoir for energy storage was proposed, and the local flow and heat transfer characteristics in underground reservoir were studied. The conjugate heat transfer model was used to simulate the flow and heat transfer in three kinds of porous media filled with non-uniform particle structure, dodecahedral gradient opening structure and icosahedral gradient opening structure, respectively. The effect of porous media structure on flow and heat transfer characteristics were compared and analyzed. The results indicated that comprehensive heat transfer performance in underground reservoir can be improved by selecting the appropriate filling structure. Among three kinds of porous media, the comprehensive heat transfer efficiency of dodecahedral gradient porous media was the highest. The average Nusselt number of porous media filled with non-uniform particle structure was the largest, but at the same time, the unit pressure drop and friction coefficient were also the largest. With the change of Reynolds number, the Nusselt number of dodecahedral gradient研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1833收稿日期：2022-09-30；修改稿日期：2022-12-02。

超临界二氧化碳在变截面通道内强化换热机理研究超临界二氧化碳（CO₂）在变截面通道内强化换热机理研究引言：换热是许多工业和科学领域中一个重要的过程，特别是在能源转化和热力学循环中。

近年来，超临界流体已成为一种具有潜力的换热介质，因其具有高比热容、低粘度、低致密度及压缩性等特点，再加上其高致压差，可以显著改善换热效率。

其中，超临界二氧化碳是一个备受关注的换热介质，其在变截面通道内的强化换热机理研究引起了广泛的兴趣。

1. 超临界二氧化碳在变截面通道内的性质超临界二氧化碳是当温度和压力超过其临界点（31.04℃和7.38MPa）时形成的状态。

这种状态下的CO₂具有一系列独特的物性，如高致压差、可压缩性以及能够表现出同时具有液、气两相特性的超临界态（即接近临界点时的物性行为）。

2. 强化换热机理的现有研究超临界二氧化碳在变截面通道内的强化换热机理研究已经得到了广泛的关注。

研究者们采用实验、数值模拟和数学建模等手段，对该机理进行了深入的探索。

通过这些研究，人们发现，超临界二氧化碳在变截面通道内的强化换热机理与流体的压缩性、传热系数以及温度梯度等因素密切相关。

3. 强化换热机理的影响因素3.1 压缩性对强化换热机理的影响：超临界二氧化碳具有较高的致压差，因此流体在变截面通道内产生的各种流动现象会引起温度和压力的变化，从而改变传热性能。

3.2 传热系数对强化换热机理的影响：传热系数是描述传热能力的重要参数，而超临界二氧化碳的传热系数受到多种因素的影响，如流体动力学、传质能力和传热界面的特性等。

3.3 温度梯度对强化换热机理的影响：温度梯度是导致换热的重要驱动力之一。

超临界二氧化碳在变截面通道内会产生不均匀的温度梯度，从而形成流体的剪切应力，促进换热。

4. 强化换热机理的应用前景超临界二氧化碳在变截面通道内的强化换热机理的研究为改善换热过程提供了新的途径。

这种机理的应用前景广阔，特别是在能源转化和热力学循环领域。

多孔介质流动显示与强化传热的实验研究
葛振玉;许淑惠;倪开锋
【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(019)003
【摘要】对添加挡流板、螺旋板及多孔介质的管束外掠流动的流型、流阻及其传热特性进行了实验研究.实验表明,直挡流板的管束流道由于存在滞留区,流阻高且不利于换热.螺旋板的管束流道的Nu比直挡流板高79%,而具有螺旋板和多孔介质组合的管束流道的对流换热系数比直挡流板高94%.同时得到了最佳螺旋角和多孔介质的最佳孔隙率.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】葛振玉;许淑惠;倪开锋
【作者单位】河北建筑科技学院,河北,邯郸,056038;北京建筑工程学院,北
京,100044;中国煤田第一勘探局,河北,邯郸,056004
【正文语种】中文
【中图分类】TU833
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