基于分子动力学的天然气水合物生长过程模拟及热导率计算
发布时间：2021-06-10 20:08
天然气水合物在自然界中储量巨大,是未来一种重要的能源。与水合物的开采技术一样,水合物的成核和生长也吸引了广泛的研究。科学家在研究水合物时发现1m3的天然气水合物（可燃冰）可以储存150170m3（标准状态下）的天然气,且能在较低压力和较高温度的亚稳态条件下储存,不存在爆炸等危险,因此水合物有望成为一种新型的天然气储运方式。本课题利用分子动力学（MD）模拟了两种类型水合物（SI型和SII型）的生长过程,应用平衡态分子动力学计算了水合物的热导率。探究了影响水合物生长、水合物热导率的因素和机理,为水合物的工业生产、运输提供一定的温度、压力指导。本文首先采用甲烷SI型水合物-甲烷水溶液-甲烷气体三相系统模拟了SI型水合物的生长过程。在温度为270K、压力分别为30、50、70、90MPa的模拟条件下,水合物的生长速率随压力升高而增加。编程计算水合物生长过程中水溶液中甲烷浓度随时间的变化,发现压力越高,甲烷分子在水溶液中的扩散速率越快、平均浓度越高,导致水合物的生长速率越快。而在压力为50MPa,温度分别为240、250、260、...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天然气水合物俗称“可燃冰”我国在2007年、2009年分别在南海北部、青藏高原冻土区获得天然气水
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文水合物的单晶胞由 46 个水分子和 8 个甲烷分子组成62大水笼子和 2 个 512小水笼子。SII 型水合物单晶胞51264大水笼子和 16 个 512小水笼子组成，共有 136 分子占据一个笼子的情况下）客体分子。SH 型水合子、2 个 435663中水笼子和 1 个 51268大水笼子组成的分子 34 个、客体分子 6 个。SI、SII、SH 型三种不示。
图 1-2 天然气水合物的三种不同的结构[11]晶体类似，水合物晶体中的水分子也满足 Bernal-Fowler 规则[12,13]（）：晶体中的水分子除了部分的形变以外与气体水分子没有很大的差别晶体中每一个水分子的氢原子朝向邻近的水分子，并与之形成氢键晶体中每两个氧原子之间只能存在一个氢原子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of hydrophilic silica nanoparticles on hydrate formation: Insight from the experimental study[J]. Ren Wang,Tianle Liu,Fulong Ning,Wenjia Ou,Ling Zhang,Zhen Wang,Li Peng,Jiaxin Sun,Zhichao Liu,Tianshu Li,Huicui Sun,Guosheng Jiang. Journal of Energy Chemistry. 2019(03)
[2]多孔介质与SDS复配体系中天然气水合物生成过程分析[J]. 刘志明,商丽艳,潘振,孙秀丽,王喆,侯朋朋. 化工进展. 2018(06)
[3]SDS对合成四氢呋喃水合物的促进作用[J]. 张大平. 化工管理. 2018(15)
[4]SDS对甲烷水合物生成动力学和微观结构的影响[J]. 丁家祥,史伶俐,申小冬,梁德青. 化工学报. 2017(12)
[5]表面活性剂吸附对促进甲烷水合物生成效果的影响[J]. 李文昭,潘振,马贵阳,李存磊,仇阳,刘畅达. 化工学报. 2017(04)
[6]甲烷水合物热导率分子动力学模拟及分析[J]. 杨德伟,刘雨文,修毓,徐宏国,苑昆鹏,徐哲. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(04)
[7]表面活性剂促进气体水合物生成的研究[J]. 谢育博,杨亮,刘道平,杨梦. 制冷学报. 2016(03)
[8]促进天然气水合物形成的影响因素分析[J]. 王帅,杜胜男,刘胜利,米俊锋. 当代化工. 2016(02)
[9]高压下Ⅰ型甲烷水合物导热机理的分子动力学模拟[J]. 李期斌,刘朝. 工程热物理学报. 2015(04)
[10]天然气水合物导热性能研究现状[J]. 万丽华,梁徳青,关进安. 新能源进展. 2014(05)
博士论文
[1]含抑制剂体系甲烷水合物形成动力学的拉曼光谱研究[D]. 吴祥恩.中国地质大学 2018
[2]天然气开采利用中若干热物理基础问题的分子动力学研究[D]. 李期斌.重庆大学 2014
硕士论文
[1]常剪应力路径下含气砂土的三轴试验研究[D]. 刘文卓.青岛理工大学 2018
[2]基于分子动力学模拟的天然气水合物分解和置换过程机理研究[D]. 刘一楠.天津大学 2017
[3]氨基酸促进甲烷水合物形成的机理研究[D]. 陈玉龙.华南理工大学 2016
[4]天然气水合物抑制剂协同作用的分子动力学模拟[D]. 胡美娟.吉林大学 2015
[5]甲烷水合物的形成机制及水在石墨烯表面润湿性的分子动力学模拟[D]. 张柯.湘潭大学 2015
[6]抑制剂作用下水合物分解机理的分子模拟[D]. 孙泽宁.中国石油大学(华东) 2015
[7]客体分子对天然气水合物稳定性作用研究[D]. 张庆东.中国石油大学(华东) 2015
[8]笼型水合物的晶格动力学模拟[D]. 景茂锋.中国海洋大学 2004
本文编号：3223040
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
天然气水合物俗称“可燃冰”我国在2007年、2009年分别在南海北部、青藏高原冻土区获得天然气水
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文水合物的单晶胞由 46 个水分子和 8 个甲烷分子组成62大水笼子和 2 个 512小水笼子。SII 型水合物单晶胞51264大水笼子和 16 个 512小水笼子组成，共有 136 分子占据一个笼子的情况下）客体分子。SH 型水合子、2 个 435663中水笼子和 1 个 51268大水笼子组成的分子 34 个、客体分子 6 个。SI、SII、SH 型三种不示。
图 1-2 天然气水合物的三种不同的结构[11]晶体类似，水合物晶体中的水分子也满足 Bernal-Fowler 规则[12,13]（）：晶体中的水分子除了部分的形变以外与气体水分子没有很大的差别晶体中每一个水分子的氢原子朝向邻近的水分子，并与之形成氢键晶体中每两个氧原子之间只能存在一个氢原子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of hydrophilic silica nanoparticles on hydrate formation: Insight from the experimental study[J]. Ren Wang,Tianle Liu,Fulong Ning,Wenjia Ou,Ling Zhang,Zhen Wang,Li Peng,Jiaxin Sun,Zhichao Liu,Tianshu Li,Huicui Sun,Guosheng Jiang. Journal of Energy Chemistry. 2019(03)
[2]多孔介质与SDS复配体系中天然气水合物生成过程分析[J]. 刘志明,商丽艳,潘振,孙秀丽,王喆,侯朋朋. 化工进展. 2018(06)
[3]SDS对合成四氢呋喃水合物的促进作用[J]. 张大平. 化工管理. 2018(15)
[4]SDS对甲烷水合物生成动力学和微观结构的影响[J]. 丁家祥,史伶俐,申小冬,梁德青. 化工学报. 2017(12)
[5]表面活性剂吸附对促进甲烷水合物生成效果的影响[J]. 李文昭,潘振,马贵阳,李存磊,仇阳,刘畅达. 化工学报. 2017(04)
[6]甲烷水合物热导率分子动力学模拟及分析[J]. 杨德伟,刘雨文,修毓,徐宏国,苑昆鹏,徐哲. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(04)
[7]表面活性剂促进气体水合物生成的研究[J]. 谢育博,杨亮,刘道平,杨梦. 制冷学报. 2016(03)
[8]促进天然气水合物形成的影响因素分析[J]. 王帅,杜胜男,刘胜利,米俊锋. 当代化工. 2016(02)
[9]高压下Ⅰ型甲烷水合物导热机理的分子动力学模拟[J]. 李期斌,刘朝. 工程热物理学报. 2015(04)
[10]天然气水合物导热性能研究现状[J]. 万丽华,梁徳青,关进安. 新能源进展. 2014(05)
博士论文
[1]含抑制剂体系甲烷水合物形成动力学的拉曼光谱研究[D]. 吴祥恩.中国地质大学 2018
[2]天然气开采利用中若干热物理基础问题的分子动力学研究[D]. 李期斌.重庆大学 2014
硕士论文
[1]常剪应力路径下含气砂土的三轴试验研究[D]. 刘文卓.青岛理工大学 2018
[2]基于分子动力学模拟的天然气水合物分解和置换过程机理研究[D]. 刘一楠.天津大学 2017
[3]氨基酸促进甲烷水合物形成的机理研究[D]. 陈玉龙.华南理工大学 2016
[4]天然气水合物抑制剂协同作用的分子动力学模拟[D]. 胡美娟.吉林大学 2015
[5]甲烷水合物的形成机制及水在石墨烯表面润湿性的分子动力学模拟[D]. 张柯.湘潭大学 2015
[6]抑制剂作用下水合物分解机理的分子模拟[D]. 孙泽宁.中国石油大学(华东) 2015
[7]客体分子对天然气水合物稳定性作用研究[D]. 张庆东.中国石油大学(华东) 2015
[8]笼型水合物的晶格动力学模拟[D]. 景茂锋.中国海洋大学 2004
本文编号：3223040
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