二维固定床双组分气体吸附的流动传热传质的数值模拟

本文建立固定床吸附过程中流动传热和传质模型,二氧化碳占20%的二氧化碳氮气双组分气体在吸附剂沸石13X上吸附过程进行了数值模拟,并对结果进行了分析.结果表明吸附过程中的温度变化是显著的,对吸附过程的传质影响巨大.通过改变吸附颗粒的大小和传热性能及改变流动过程,从而改变传热过程对吸附分离的影响是显著的.     

吸气剂在高真空多层绝热LNG槽车内吸附性能研究

为了利用吸附等温线理论模型模拟高真空多层绝热LNG槽车内吸气剂的吸附过程,对在真空技术中常用的等温式进行了分析研究。通过实验获得吸气剂在室温下的吸氢等温线,同时利用实验数据得到考虑分子间作用力的BET模型中的参数值。将模型结果与实验数据进行对比分析,结果表明:考虑分子间作用力的BET模型不能用作高真空多层绝热LNG槽车真空夹层内吸气剂吸附量的计算。利用Temkin和Freundlich等温式分段对实验数据进行拟合,对于1#吸气剂,拟合方程式计算得出的吸附量与实验数据的相对误差仅为2.6%,表明拟合方程能够对吸气剂在室温下的吸氢量进行准确预测。     

非等温非牛顿黏性流体流动问题的修正光滑粒子动力学方法模拟

为准确、有效地模拟非等温非牛顿黏性流体的流动问题,本文基于一种不含核导数计算的核梯度修正格式和不可压缩条件给出了一种改进光滑粒子动力学(SPH)离散格式,它较传统SPH离散格式具有较高精度和较好稳定性.同时,为准确地描述温度场的演化过程,建立了非牛顿黏性的SPH温度离散模型.通过对等温Poiseuille流、喷射流和非等温Couette流、4:1收缩流进行模拟,并与其他数值结果作对比,分别验证了改进SPH方法模拟非牛顿黏性流动问题的可靠性和提出的SPH温度离散模型求解非等温流动问题的有效性和准确性.随后,运用改进SPH方法结合SPH温度离散模型对环形腔和C形腔内非等温非牛顿黏性流体的充模过程进行了试探性模拟研究,分析了数值模拟的收敛性,讨论了不同位置处热流参数对温度和流动的影响.     

水驱油藏中原油极性物质对吸附和润湿性影响的分子模拟

为了研究水驱油藏中原油极性物质的吸附机理及其对油藏表面润湿性的影响,构建以石英为代表的砂岩岩石骨架模型,己烷为代表的非极性物质模型和以甲苯、胶质和沥青质为代表的极性物质模型,运用分子模拟方法研究4种原油组分和水分子在砂岩油藏表面竞争吸附过程和润湿状态。结果表明：水与4种原油组分在石英矿物表面竞争吸附时,原油中的非极性物质会比极性物质更加容易脱附。极性物质会随着时间的变化逐渐吸附在矿物表面,非极性的物质会随着时间变化逐渐远离矿物表面。吸附过程中静电力起吸附作用,范德华力起排斥作用。最后结合润湿性实验结果,从机理上解释了不同原油组成对润湿性的影响,即原油组分中极性物质含量越高,胶质沥青质含量越大,岩石表面油湿性越大,且水驱过程中润湿性向亲水方向变化越难。结论对提升水驱油藏采收率影响因素的认识有重要意义。     

氢气在炭狭缝微孔内吸附的预测

通过边界的平均场近似,推导二平板狭缝孔格子理论Ono-Kondo吸附等温方程。利用格子模型特性和微观物理学理论,计算氢分子在石墨平面的最大吸附容量。比较由氢分子在石墨平面二典型聚集状态标定的Ono-Kondo方程,并用预测精度较高的方程计算了与文献相同条件下的吸附等温线。在比较了计算结果、试验结果和GCMC分子模拟结果后,对Ono-Kondo吸附等温方程的特点、理论基础作了分析,指出了方程的适用范围。     

页岩气在粗糙纳米孔中吸附和输运的分子模拟

从微观上理解固气表面的吸附和注气驱替原理,有助于完善页岩气开采理论.本文通过运用蒙特卡洛和分子动力学方法,模拟了甲烷在粗糙壁面结构孔隙中的吸附和流动行为.研究结果显示粗糙结构对甲烷的吸附量有显著影响,压力小于20 MPa时,粗糙模型中的吸附量更大.注气驱替时,粗糙模型中二氧化碳的突破时间和甲烷的采收率,相比光滑壁面模型明显增加.这是由于粗糙结构模型的页岩壁面表面积更大,在低压下气体吸附能力更强.矩形粗糙结构页岩模型的选择吸附性强于三角粗糙结构模型和光滑模型.研究阐明了甲烷吸附和驱替的微观机理,为提高页岩气采收率提供了指导.     

PEMFC的两种三维两相非等温数值计算的对比

采用两相非等温模型,分别针对具有27条流道的全电池和典型单元的稳态工作过程进行了三维数值模拟,并着重对比和分析了2种模型液态水饱和度、相变源项和温度的计算结果.发现在相同计算工况和计算条件下,目前文献中广为采用典型单元模型和全电池模型的模拟结果无论是变化趋势还是变化幅度均存在很大差异,如典型单元模型中液态水饱和度远低于全电池模型的情形.这些差别主要是由于两种模型边界条件的设置所引起的.因此即使在相同的计算条件下目前文献中广为采用的典型单元模型和全电池模型所模拟出的PEMFC过程并不是同一过程.     

吸附制冷间歇运行及起动的数值模拟

本文对吸附制冷系统中吸附器内的非均匀的温度场和非均匀的吸附浓度场之间的相互作用关系,以及吸附器在工作暂停时段以及重新启动后吸附器内的工作状况进行了数值模拟,并分析了在不同时刻系统暂停对系统运行循环的影响。结果表明,由于正常运行时,吸附剂内温度场和浓度场都存在很大的梯度,因此,停机过程中,吸附剂内仍然持续着温度和浓度的迁移过程,再重新启动后,其循环的特征参数已与停机时有一定区别,区别大小与循环中的停机时刻以及停机时间长短有关。     

页岩气在Ⅱ型干酪根有机质中吸附的分子模拟

有机质是页岩气吸附的重要场所,室内实验描述干酪根有机质的物理和结构性质和研究页岩气在其中的吸附非常困难.分子模拟软件根据干酪根的实验分析数据构建干酪根有机质模型能在分子水平上研究气体的吸附状态.通过构建三维的Ⅱ型干酪根模型,运用巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)来研究页岩气在干酪根分子模型中的吸附,分析了干酪根类型、温度、气体组成对气体吸附的影响和吸附剂模型对CH_4,C_2H_6的选择吸附性.运用分子动力学(MD)方法分析了页岩气在干酪根模型中吸附的结构性质.结果表明:相比于Ⅱ-C,Ⅱ-D型干酪根模型有更大的吸附量;温度升高,吸附量减小;在多组份气体吸附中随着压力的上升C_2H_6吸附量呈现了先增大后减小,最后趋于稳定的现象;干酪根模型对C_2H_6具有优先吸附的性质;干酪根模型中S原子与气体分子之间的相互作用最强,H原子与气体分子之间的相互作用距离最小.     

吸附制冷用复合吸附剂的吸附热

本文推导出由一条吸附等温线和同一吸附质的汽化潜热,计算吸附热的简化模型。对水和乙醇在自制复合吸附剂、13X分子筛、硅胶和活性炭上的吸附热进行了计算;对吸附热与吸附量的关系进行了关联,给出了拟合方程。结果表明:在相同的吸附量条件下,水在复合吸附剂上的积分吸附热比在13X分子筛上低11％～17％;乙醇在复合吸附剂上的积分吸附热较在活性炭上低23％～27％。该研究为吸附制冷系统结构设计提供了计算吸附热的简便算法。