甲烷水合物降压分散数值模拟研究

【摘要】：天然气水合物是未来最有潜力的新能源之一,在当今能源紧张污染严重的人类生存环境中。天然气水合物以其储量大,其副产物天然气燃烧清洁而广受好评。然而天然气水合物的工业成熟化的应用还没有成熟,如何安全开采,有效应用一直是各国科学家待解决的问题。如今,以经济性为特点的降压法开采开始走入科学家的视线。其对应的数值模拟方法也广受关注,对它们的研究具有重大的现实意义。 本文应用黑油模型对天然气水合物管核建模,模拟其多孔介质中分解特性。对其进行敏感性分析,如压力,温度,水合物饱和度,模拟其在不同时间中的动态变化规律。并且,对天然气水合物的分解水相进行针对性的研究,讨论其对天然气水合物分解中的流动相(气和水两相)的流动,比较其中导热和对流传热的作用。在其流的过程中,本文也创新性地提出,应用达西修正式对气相流动进行更精确的模拟。 为了水相对天然气水合物分解的影响特性,研究过程中模型通过改变甲烷水合物在多孔介质的核内的水相初始饱和度来观察水相流动特性,并分析所带来不同产气速率的原因。模拟结果展示了甲烷水合物分解前沿的变化规律与水相饱和度在此区域分布有关系。另一方面,通过比较甲烷气体饱和度在核内随时间的变化规律,和水相饱和度随时间变化率,研究在水合物分解过程中甲烷气体驱动水相的流动规律。 通过数值模拟,本文主要完成了三方面工作。即：通过甲烷水合物降压分解过程研究水相敏感性分析；非饱和多孔介质中甲烷水合物分解过程中水相流动特性；为了提高模型对甲烷水合物流体流动变化趋势的准确性,将更适合甲烷水合物低温高压环境的Darcy-Forchheimer修正式代替经典的Darcy公式运用于数值模拟中。 【关键词】：甲烷水合物 降压 分解 数值模拟 水相流动 敏感性分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 天然气水合物简介8-10
• 1.1.1 天然气水合物及其分布8-9
• 1.1.2 天然气水合物开采方法9-10
• 1.2 各国在天然气水合物数值模拟进展10-13
• 1.2.1 美国10
• 1.2.2 日本10-11
• 1.2.3 加拿大11-12
• 1.2.4 俄罗斯12
• 1.2.5 中国12-13
• 1.2.6 各国天然水合物数值模拟特点小结13
• 1.3 甲烷水合物敏感性分析与流动研究进展13-15
• 1.3.1 甲烷水合物敏感性分析与流动实验进展13-14
• 1.3.2 甲烷水合物敏感性分析与流动数值模拟进展14-15
• 1.4 选题背景和研究思路15-18
• 1.4.1 选题背景15
• 1.4.2 研究思路15-16
• 1.4.3 本文研究内容和技术路线16-18
• 2 甲烷水合物降压分解模型的建立和求解18-29
• 2.1 甲烷水合物降压模型的建立18-23
• 2.1.1 甲烷水合物数学模型的抽象18-19
• 2.1.2 甲烷水合物描述方程19-23
• 2.2 数学模型的离散与求解23-26
• 2.2.1 控制方程求解方法23-24
• 2.2.2 关于原程序修改部分及其利弊讨论24-26
• 2.3 求解结果与模型的验证26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 甲烷水合物分解数值模拟敏感性分析研究29-33
• 3.1 压力的敏感性分析29-30
• 3.2 温度的敏感性分析30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 水相对甲烷水合物分解影响模拟研究33-45
• 4.1 分解前沿与水相饱和度之间的关系研究33-36
• 4.2 甲烷水合物分解水相流动与传递研究36-38
• 4.2.1 水相流动规律研究36-37
• 4.2.2 气相流动规律研究37-38
• 4.3 水相敏感性研究38-42
• 4.4 初始非饱和水相多孔介质水合物分解预测42-43
• 4.5 本章小结43-45
• 5 甲烷水合物分解气相流动数值模拟研究45-50
• 5.1 Darcy修正式,适用甲烷水合物分解特殊环境研究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 修正式的选取47-48
• 5.3 达西修正式在数值模拟中的应用方法48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 结论50-52
• 6.1 主要结论50-51
• 6.2 主要创新点51
• 6.3 建议和展望51-52
• 参考文献52-58
• 附录58-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

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