甲烷水合物降壓分散數(shù)值模擬研究

【摘要】：天然氣水合物是未來最有潛力的新能源之一,在當今能源緊張污染嚴重的人類生存環(huán)境中。天然氣水合物以其儲量大,其副產(chǎn)物天然氣燃燒清潔而廣受好評。然而天然氣水合物的工業(yè)成熟化的應用還沒有成熟,如何安全開采,有效應用一直是各國科學家待解決的問題。如今,以經(jīng)濟性為特點的降壓法開采開始走入科學家的視線。其對應的數(shù)值模擬方法也廣受關注,對它們的研究具有重大的現(xiàn)實意義。 本文應用黑油模型對天然氣水合物管核建模,模擬其多孔介質(zhì)中分解特性。對其進行敏感性分析,如壓力,溫度,水合物飽和度,模擬其在不同時間中的動態(tài)變化規(guī)律。并且,對天然氣水合物的分解水相進行針對性的研究,討論其對天然氣水合物分解中的流動相(氣和水兩相)的流動,比較其中導熱和對流傳熱的作用。在其流的過程中,本文也創(chuàng)新性地提出,應用達西修正式對氣相流動進行更精確的模擬。 為了水相對天然氣水合物分解的影響特性,研究過程中模型通過改變甲烷水合物在多孔介質(zhì)的核內(nèi)的水相初始飽和度來觀察水相流動特性,并分析所帶來不同產(chǎn)氣速率的原因。模擬結果展示了甲烷水合物分解前沿的變化規(guī)律與水相飽和度在此區(qū)域分布有關系。另一方面,通過比較甲烷氣體飽和度在核內(nèi)隨時間的變化規(guī)律,和水相飽和度隨時間變化率,研究在水合物分解過程中甲烷氣體驅(qū)動水相的流動規(guī)律。 通過數(shù)值模擬,本文主要完成了三方面工作。即：通過甲烷水合物降壓分解過程研究水相敏感性分析；非飽和多孔介質(zhì)中甲烷水合物分解過程中水相流動特性；為了提高模型對甲烷水合物流體流動變化趨勢的準確性,將更適合甲烷水合物低溫高壓環(huán)境的Darcy-Forchheimer修正式代替經(jīng)典的Darcy公式運用于數(shù)值模擬中。 【關鍵詞】：甲烷水合物 降壓 分解 數(shù)值模擬 水相流動 敏感性分析
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：P744.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 天然氣水合物簡介8-10
• 1.1.1 天然氣水合物及其分布8-9
• 1.1.2 天然氣水合物開采方法9-10
• 1.2 各國在天然氣水合物數(shù)值模擬進展10-13
• 1.2.1 美國10
• 1.2.2 日本10-11
• 1.2.3 加拿大11-12
• 1.2.4 俄羅斯12
• 1.2.5 中國12-13
• 1.2.6 各國天然水合物數(shù)值模擬特點小結13
• 1.3 甲烷水合物敏感性分析與流動研究進展13-15
• 1.3.1 甲烷水合物敏感性分析與流動實驗進展13-14
• 1.3.2 甲烷水合物敏感性分析與流動數(shù)值模擬進展14-15
• 1.4 選題背景和研究思路15-18
• 1.4.1 選題背景15
• 1.4.2 研究思路15-16
• 1.4.3 本文研究內(nèi)容和技術路線16-18
• 2 甲烷水合物降壓分解模型的建立和求解18-29
• 2.1 甲烷水合物降壓模型的建立18-23
• 2.1.1 甲烷水合物數(shù)學模型的抽象18-19
• 2.1.2 甲烷水合物描述方程19-23
• 2.2 數(shù)學模型的離散與求解23-26
• 2.2.1 控制方程求解方法23-24
• 2.2.2 關于原程序修改部分及其利弊討論24-26
• 2.3 求解結果與模型的驗證26-28
• 2.4 本章小結28-29
• 3 甲烷水合物分解數(shù)值模擬敏感性分析研究29-33
• 3.1 壓力的敏感性分析29-30
• 3.2 溫度的敏感性分析30-32
• 3.3 本章小結32-33
• 4 水相對甲烷水合物分解影響模擬研究33-45
• 4.1 分解前沿與水相飽和度之間的關系研究33-36
• 4.2 甲烷水合物分解水相流動與傳遞研究36-38
• 4.2.1 水相流動規(guī)律研究36-37
• 4.2.2 氣相流動規(guī)律研究37-38
• 4.3 水相敏感性研究38-42
• 4.4 初始非飽和水相多孔介質(zhì)水合物分解預測42-43
• 4.5 本章小結43-45
• 5 甲烷水合物分解氣相流動數(shù)值模擬研究45-50
• 5.1 Darcy修正式,適用甲烷水合物分解特殊環(huán)境研究45-47
• 5.1.1 Wooding修正方程45
• 5.1.2 Darcy-Forchheimer修正方程45-46
• 5.1.3 Brinkman修正方程46
• 5.1.4 Klinkenberg修正方程46-47
• 5.2 修正式的選取47-48
• 5.3 達西修正式在數(shù)值模擬中的應用方法48-49
• 5.4 本章小結49-50
• 6 結論50-52
• 6.1 主要結論50-51
• 6.2 主要創(chuàng)新點51
• 6.3 建議和展望51-52
• 參考文獻52-58
• 附錄58-61
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況61-62
• 致謝62-63

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