第1章-传热学绪论PPT.ppt

石油工程传热学;教材及参考书;第一章 绪论;自然界及生活中现象;§1-1 传热学研究的对象和任务 一、什么是传热学 1、传热学是研究热量传递规律的学科。 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 热量传递过程的推动力：温差 热力学第二定律：热能只能自发地由高温处传到低温处。 1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分； 2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。 ;??2）非稳态传热过程（非定常过程） ?????? 凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过程均称非稳态传热过程。 ???? 各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停机、工况改变时的传热过程则属非稳态传热过程。 ;3、工程中的两大类问题： 1）计算传热的热流量：反映热传递快慢 增强传热（扇子） 削弱传热（保温、棉衣） 2）确定温度分布：对某些现象判断、温度控制和其它计算 大气层温度分布→天气预报 热应力计算→寿命 油藏地层温度分布→蒸汽带扩散，热影响区域大小;4、假设： 1）普遍性假设： 研究的物体为连续体，物体内各点的温度等参数为时间和空间坐标的连续函数 研究的物体是各向同性的、各点物性与方向无关 2）特定假设： 针对某一类具体问题进行的假设，如在工程压力范围内，温度变化较小时假设热导率为常数或者取平均值;二、传热学的重要性;① 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20℃，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？ ② 夏天人在同样温度（如：25℃）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ ③ 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？;为什么水壶的提把要包上橡胶？;不同材质的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？;生产技术领域大量存在传热问题;微电子： 电子芯片冷却，CPU风扇 生物医学：肿瘤高温热疗；组织与器官的冷冻保存 军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 制冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温水源热泵 新能源：太阳能；燃料电池;目前在石油工??中导致传热学的地位和作用越来越重要的背景有两个： 高粘、高凝原油的开发 我国油田开发的由浅到深、由易到难的开发过程 高粘高凝原油是我国的重要油气资源，分布广、储量大，预测我国的稠油在80亿吨以上。 开发稠油时的主要问题是高粘度导致的流动性差 一是稠油的渗流阻力大，难于从油层流入井底 二是稠油在井筒的流动阻力大，举升困难;高凝油——含蜡量高，凝固点高的原油，其特点是存在析蜡点和凝固点 温度低于析蜡点时，原油中的重质组分开始析出 当原油温度进一步降低至凝固点时，原油将失去流动性 实践证明，热处理油层采油技术是开发稠油和高凝油的一种行之有效的方法，热处理油层的作用： 提高油层温度，降低油层流体的粘度，防止油层中的结蜡现象，增加油藏驱油能力，减小油层流动阻力 是开发稠油、高凝油的主要手段 也是提高原油采收率的主要方法：;目前常用的热处理油层采油技术包括注热流体和火烧油层两类方法 注热流体工艺 ——注入的热流体可以是蒸汽，也可以是热水 高凝油通常采用注热水的方法——以维持原油温度，防止原油中的重质组分析出使流动性变差;注蒸汽工艺通常应用于稠油开发，主要机理： 充分利用稠油粘度对温度非常敏感这一特点，通过提高油藏温度来降低流体粘度以改善其流动性 油藏岩石受热后的膨胀作用，可以减少最后的残余油饱和度 注蒸汽工艺可分为蒸汽吞吐和蒸汽驱两种方法，注入的蒸汽通常是湿蒸汽 ;火烧油层又称为就地燃烧——是将空气（或氧气、液氧）连续地注入到油层中，通过自燃或点火使油层中的部分原油燃烧，利用燃烧释放出的热量来加热油层 目前正处于试验阶段，它对油层的适应性较广，有前途 实际控制较难，还没有到工业化应用的阶段;井筒降粘的必要性 当稠油和高凝油由井底沿井筒被举升到地面时，由于存在着井筒热损失，原油温度不断降低，使原油粘度升高或重质组分析出导致原油在井筒内的流动性变差 热力降粘技术就是常用的一种 热力降粘技术——通过提高井筒流体温度，降低其粘度的技术 有热流体循环加热技术和电加热降粘技术 ;热流体降粘技术——在地面上产生高温流体（油或热水），然后通过特殊管柱注入到井筒中建立循环通道，以加热井筒中生产流体的工艺技术 电加热降粘技术——利用电热杆或伴热电缆，将电能转化为热能，提高井筒生产流体温度的工艺技术;对稠油和高凝油的开发，加热降粘或通过加热维持温度是热处理油层技术和井筒热力降粘技术的目的 其中涉及到的传热问题的分析和解决是工艺的关键所在 ;目前我国石油勘探的现状： ——再找到像大庆油田似的油田几乎不可能，而且浅井、地层条件好的油藏也越来越少 我国社会经济的发展对能源需求量的增加，迫使我们不得不开发深层、超