多孔介质中天然气水合物分解过程传热分析

【摘要】：天然气水合物资源储存量大,能量密度高、环境友好。对于其开采目前面临众多技术性及安全性问题。天然气水合物分解是一个吸热过程,热量传递直接影响水合物分解速率和分解进程,对天然气水合物分解过程传热分析对水合物开采的高效性及安全性有重要意义。因此,本文通过数值模拟方法对多孔介质中天然气水合物分解过程传热进行分析。 本文利用一个二维轴对称水合物分解模拟器,对水合物分解时各传热因素的影响进行分析。对控制传热的参数进行分离,分类对含水合物多孔介质中的导热、含水合物多孔介质层与上下盖层之间的导热、含水合物多孔介质中的对流换热以及含水合物多孔介质层的显热等传热因素对多孔介质中甲烷水合物分解进程的影响进行了系统分析,通过对天然气水合物产气以及不同分解时刻压力、温度及水合物饱和度分布等数据进行整理,揭示了多孔介质中天然气水合物降压、注热、以及联合开采传热控制机理。 研究结果表明：1、较高的多孔介质导热,在多孔介质水合物降压分解中有限的促进水合物的分解；在多孔介质水合物注热分解及联合开采初期并不利于多孔介质中水合物分解,但在后期能使迅速分解整个区域内水合物缩短整体反应时间。2、含水合物多孔介质层与上下盖层之间的导热,在没有外界额外热量注入的多孔介质水合物降压分解中是主控因素。3、含水合物多孔介质中的对流换热,对多孔介质水合物降压分解一定的影响；对多孔介质水合物注热分解及联合开采影响甚微。4、多孔介质层的显热的研究分为多孔介质比热容和多孔介质中含水量两方面分析。在多孔介质水合物降压分解中,较高的比热容为含水合物多孔介质提供更多的显热,促进水合物的分解,较多的水反而阻碍了水合物分解及产气；在多孔介质水合物注热分解及联合开采时,较高的多孔介质比热容和水含量贡献了较多的显热但阻碍了热量在多孔介质中传递,进而阻碍了水合物分解。 【关键词】：天然气水合物 分解 导热 对流 显热
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 天然气水合物简介8-9
• 1.2 天然气水合物模拟器介绍9-10
• 1.3 天然气水合物分解过程中传热因素介绍10-12
• 1.4 选题背景和研究思路12-15
• 2 甲烷水合物分解模型的建立和求解15-22
• 2.1 甲烷水合物分解数学模型15-20
• 2.1.1 水合物分解的质量守恒方程16-17
• 2.1.2 水合物分解的能量守恒方程17-18
• 2.1.3 反应动力学方程18-19
• 2.1.4 初始条件设置19-20
• 2.2 甲烷水合物分解敏感性分析20-22
• 2.2.1 能量守恒方程分析20
• 2.2.2 气相与水相相对渗透率方程分析20-21
• 2.2.3 外界环境传入热量分析21
• 2.2.4 含水合物多孔介质中显热变化分析21-22
• 3 多孔介质中甲烷水合物降压分解过程传热因素分析22-43
• 3.1 热变化对多孔介质中甲烷水合物降压分解的影响分析22-29
• 3.2 外部热流变化对多孔介质中甲烷水合物降压分解的影响分析29-31
• 3.3 内部导热变化对多孔介质中甲烷水合物降压分解的影响分析31-37
• 3.4 内部对流变化对多孔介质中甲烷水合物降压分解的影响分析37-41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 多孔介质中甲烷水合物注热分解过程传热因素分析43-57
• 4.1 热变化对多孔介质中甲烷水合物注热分解的影响分析43-49
• 4.2 内部导热变化对多孔介质中甲烷水合物注热分解的影响分析49-55
• 4.3 内部对流变化对多孔介质中甲烷水合物注热分解的影响分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 多孔介质中甲烷水合物联合开采过程传热因素分析57-71
• 5.1 注入温度对多孔介质中甲烷水合物联合开采的影响分析57-58
• 5.2 显热变化对多孔介质中甲烷水合物联合开采的影响分析58-63
• 5.3 内部导热变化对多孔介质中甲烷水合物联合开采的影响分析63-68
• 5.4 内部对流变化对多孔介质中甲烷水合物注热开采的影响分析68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 结论与建议71-74
• 6.1 结论71-72
• 6.2 建议72
• 6.3 创新点72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况78-79
• 致谢79-80

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