微孔隙内甲烷水合物降压分解中热质传递机理数值模拟

发布时间：2023-01-07 09:42

　　天然气水合物已经被我国国务院列为新矿种,其低温高压的赋存环境和复杂多变的分解特性导致了对其开采的困难性。目前为止,降压开采法是海洋天然气水合物试采所采用的唯一方法。甲烷水合物的降压分解是一个多相多组分的流体流动传热传质问题,涉及到孔隙通道内部固相冰与水合物分解之间的相互作用。孔隙尺度下天然气水合物分解的微观特性、水合物分解过程中的微尺度效应、结冰和融冰效应、传质限制效应以及孔隙通道内的流体流动和水合物分解效应之间的耦合关系等科学问题的解决,是突破水合物分解基础理论局限,从而推动开采技术进步的关键。本文针对上述科学问题开展了孔隙尺度下甲烷水合物分解微观特性数值研究,探究了微孔隙内甲烷水合物降压分解的微观特性和机理,提出了模型中考虑相间传热和微尺度效应的必要性,明晰了结冰和融冰效应对水合物分解的具体影响以及三者之间的相互作用,揭示了传质限制效应对水合物分解微观机理的主导作用以及传质限制效应、结冰效应、融冰效应、水合物分解效应四者之间的耦合关系。主要工作如下:首先,基于甲烷水合物的基本属性和现有分解模型调研结果的综合对比,提出并验证了包括固态甲烷水合物相、气态甲烷相、液态水相、固态冰相和甲烷... 

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 天然气水合物基本属性
        1.2.1 理化性质及组成结构
        1.2.2 天然气水合物的形成及分布
        1.2.3 天然气水合物沉积层的分类和开采方法
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 实验研究
        1.3.2 模拟研究
    1.4 当前研究存在的主要问题
    1.5 本文的主要研究内容及技术路线
2 微孔隙内甲烷水合物分解基础理论
    2.1 引言
    2.2 微孔隙内甲烷水合物降压分解数理模型的建立及求解
        2.2.1 物理模型
        2.2.2 数学模型
    2.3 模型验证
    2.4 本章小结
3 微孔隙内甲烷水合物降压分解过程中的微尺度效应
    3.1 引言
    3.2 微孔隙内无冰相时甲烷水合物降压分解的微尺度效应
        3.2.1 物理模型
        3.2.2 模型假设及模拟条件和参数
        3.2.3 微尺度效应作用下水合物分解的基本过程及其对水合物分解的影响
    3.3 微孔隙内冰-水合物共存时甲烷水合物降压分解的微尺度效应
        3.3.1 物理模型
        3.3.2 模拟条件和参数
        3.3.3 冰-水合物共存条件下微尺度效应对水合物分解的影响
    3.4 本章小结
4 局部微孔隙内甲烷水合物降压分解过程中的结冰和融冰效应
    4.1 引言
    4.2 局部微孔隙内甲烷水合物降压分解的结冰和融冰效应
        4.2.1 物理模型
        4.2.2 模拟条件及模型参数
        4.2.3 计算结果及分析
    4.3 本章小结
5 局部微孔隙内甲烷水合物降压分解过程中的传质限制效应
    5.1 引言
    5.2 模型的改进及验证
    5.3 局部微孔隙内无冰相时甲烷水合物降压分解的传质限制效应
        5.3.1 物理模型
        5.3.2 模型假设
        5.3.3 传质限制效应作用下水合物分解的基本过程及其对水合物分解的影响
    5.4 局部微孔隙内冰-水合物共存时甲烷水合物降压分解的传质限制效应
        5.4.1 物理模型
        5.4.2 模拟条件和模型参数
        5.4.3 冰-水合物共存条件下传质限制效应对水合物分解的影响
    5.5 无冰相与有冰相时传质限制效应的综合分析
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]CO2乳化液强化置换水合物中CH4的作用研究进展[J]. 张伟,王赵,李文强,李文雍,贺端威.  天然气化工（C1化学与化工）. 2009(01)



本文编号：3728401