超临界压力CO2在深部咸水层中运移规律研究

本文以深部咸水层二氧化碳地质封存为背景,针对超临界压力二氧化碳和水在岩心中的驱替过程和运移规律进行了可视化研究。本文主要通过实验方法,利用核磁共振设备,得到了岩心的孔隙率、岩心中超临界压力二氧化碳-水相对渗透率随饱和度变化曲线及不同时刻岩心中水的分布特征等。研究表明,用核磁测量得到的岩心孔隙率具有很高精确度,利用核磁共振得到横向弛豫时间T₂图谱,可以有效分析有效孔隙率和可流动流体所占比例。通过观察不同注入比例时的切层图像,发现在注入比例为CO₂:H₂O=3:1（体积比）时在入口处出现了较显著的浮升力作用。     

CO2地质封存中突破压力梯度的孔隙尺度数值模拟

以CO2捕集与封存为研究背景,开展了二氧化碳盐水层封存条件下超临界二氧化碳在多孔结构中的流动规律研究.通过基于孔隙尺度的数值模拟方法,研究了超临界CO2注入储层多孔结构时突破压力梯度和流动时间以及CO2饱和度的关系,分析了压力、温度、颗粒直径、接触角和表面张力系数对突破压力梯度的影响规律.研究表明,对于孔隙率以及颗粒分...     

CO＿2地质封存中重力对气水两相流动特性影响研究

CO₂地质封存技术是缓解温室气体排放的一种有效手段,亚岩心尺度CO₂-水在多孔介质内的流动实验对阐明CO₂地质封存中的残余捕集过程的封存潜力预测具有重要意义。本文利用高压微流控芯片在毛细管数为2.37×10^-5条件下进行了CO₂驱替纯水的实验,以研究重力对气水两相流动的影响。实时采集到了两相在非均质孔隙内的分布形态和流动特点,进一步的对CO₂饱和度进行了量化和评估了CO₂的封存容量,阐明了重力对CO₂残余捕集过程的影响。     

吸潮多孔材料单侧受热下湿分输运过程数值模拟

多孔材料常用于飞行器舱室表面结构,而其暴露在空气中时容易吸附湿分。对低含湿材料舱室,在外侧受热情况下,材料内部湿分会发生相变形成蒸汽向舱室内腔输运,从而影响舱室内部电子仪器的正常工作。本文通过开展基于多相混合物模型的数值模拟研究,研究了单侧受热情况下吸潮多孔材料内部的湿分输运过程,揭示了低含湿多孔材料内部的湿分输运机理及影响因素,并预测内侧非受热表面的进水量。计算结果表明,材料孔隙率及孔隙尺寸对进水量影响较小,而渗透率影响显著。较低的渗透率使得向非受热表面输运并冷凝的蒸汽量增加,最终致使进入舱内的蒸汽量增加。本文讨论了多孔材料特性对单侧受热过程湿分输运的影响机理,为减小吸潮影响的材料改进方向提供了依据。     

煤层中封存CO2的流-固-热耦合数值模拟研究

为了研究CO_2煤层封存过程中注气量和煤层渗透率的变化规律,分析不同煤层特征参数对注气效率的影响,利用岩石力学、渗流力学、传热学相关理论,基于煤体双重孔隙结构特征,建立CO_2煤层封存的流-固-热耦合模型,进行CO_2煤层封存数值模拟。结果表明:CO_2注入煤层的速率遵循着"初始阶段迅速减小,随后基本稳定"的规律,注入速率的大小与煤层初始压力、初始温度成反比,与初始渗透率成正比;在煤层注入CO_2的过程中,由于气体压力升高、温度降低引起的收缩应变大于吸附应变,在注气压力增高区内煤体基质系统和裂隙系统的渗透率不断增大,且裂隙渗透率受注气影响更明显。     

基于二氧化碳封存的超临界两相流动的数值研究

格子Boltzmann方法(LBM)在计算复杂结构物理模型时具有独特优势并在模拟两相流动过程中能够高效清晰捕捉相界面。本文介绍了基于Shan-Chen多相模型的格子Boltzmann方法的理论成果以及基于二氧化碳封存的超临界两相流的模拟研究。结果表明,Shan-Chen模型在模拟两相流时符合Laplace定律,且两相层流时的速度分布和相渗曲线均与理论值吻合。二氧化碳封存过程中,较大的注入速率在提高二氧化碳残余俘获量的同时会降低其化学俘获量。     

美国国家能源技术实验室:利用激光永久封存二氧化碳

美国能源部国家能源技术实验室正因利用激光的力量对电厂燃烧化石燃料产生的二氧化碳安全永久的地下封存进行监测而吸引私营企业的关注并获得创新奖。二氧化碳是种温室气体,同时也是因燃烧煤炭、石油及天然气而产生的副产品。分离出大气中的二氧化碳以减少其对全球气候变化影响的呼吁愈来愈多。一旦捕集到电厂所产生的二氧化碳,其就可通过管道输送至地下地质岩层用于永久封存。     

不同温度下丝网过滤器的渗透率试验研究

为了研究丝网型过滤器在不同温度下的阻力特性,对一种褶皱型不锈钢丝网过滤器进行了低温和常温下的渗透率试验研究.流动工质分别采用纯净的液氮和二氧化碳气体,测试两种温度下工质流经过滤器试验台的压降,从而利用总流伯努利方程以及层流下的达西公式计算两种工况下的渗透率.试验结果表明,85 K时的渗透率比283 K时低2个数量级,这主要是由于低温下不锈钢丝网发生冷缩,改变了流道结构并降低了孔隙率,从而导致渗透率降低且压降升高.     

Ca(OH)2/CaO热化学储能过程中变孔隙率影响的多物理场耦合数值模拟研究

基于Ca(OH)₂/CaO的热化学储能体系在实验中均表现出孔隙结构的显著变化，而该现象在已有的大多数数值模拟研究中并未被考虑。本文针对该现象建立了变孔隙率反应动力学模型及非稳态“流动–传热–化学反应”耦合模型，并基于此对直接、间接传热式固定床反应器中Ca(OH)₂/CaO的定/变孔隙率脱水反应过程特征参数(反应渗透率、压力、温度、反应速率及转化率等)变化进行了对比模拟研究。结果表明：定孔隙率模型与变孔隙率模型之间有明显的差异，且变孔隙率模型更能体现实际反应过程的特征。以初始孔隙率为0.8的工况为例，定孔隙率假设在直接传热式反应器中的转化速率比变孔隙率模型快19.8%，而在间接传热式反应器中转化速率比变孔隙率慢6.1%。说明以往研究中使用的定孔隙率假设高估了直接传热式反应器的性能，而低估了间接传热式反应器的性能。     

组合式吸液芯内液汽相变过程的数值模拟

本文对高温热管吸液芯多孔介质内金属钠液的液汽相变过程进行了模拟研究,并采用流体体积分数模型和传质模型对此过程进行了数值分析.研究表明孔隙率和渗透率越大的组合式吸液芯多孔介质,热量在液态金属中的传递速率越快,进而可以增加高温热管的传热量,提高传热效率;但是孔隙率和渗透率越大,组合式吸液芯多孔介质加热壁面的温度分布越不均匀,产生沸腾传热极限的可能性亦越大.     

纳米颗粒吸附岩心表面的强疏水特征

通过将疏水的纳米颗粒吸附在岩心微通道壁面,可以形成具有类荷叶表面的双重微结构表面,从而在注水开发的过程中在岩心微通道壁面产生水流滑移,达到降低注水压力、增加注水量的目的.研究纳米颗粒吸附岩心切片表面的强疏水特征对纳米颗粒吸附法减阻技术具有重要的意义.本文简要叙述了荷叶、蚊子腿以及水黾腿的超疏水特征;介绍了制备具有亚微米、纳米双重微结构的强疏水表面的纳米颗粒吸附法;给出了规则排列时纳米颗粒吸附岩心切片表面的强疏水特征的物理机制,根据真实的纳米颗粒吸附岩心切片,给出了接触角的范围,计算结果与实验数据一致.岩心流动实验结果表明,经纳米颗粒分散液处理后,岩心的平均水相渗透率提高94%.     

基于相场法的多孔介质三相相对渗透率的研究

本文基于相场模型研究了多孔介质内的三相流动过程,得到了三相相对渗透率曲线。通过模拟研究了润湿性、黏性比和毛细数对三相相对渗透率的影响。研究结果表明：润湿性对相对渗透率的影响很小;非润湿性流体的相对渗透率随黏性比的增加而增加,中性流体和润湿性流体的相对渗透率随黏性比的增加而降低;非润湿性流体的相对渗透率随毛细数的增加而减小,润湿性流体的相对渗透率随毛细数的增加而增加,中性流体的相对渗透率不随毛细数单调变化。     

一种基于工业CT图像的岩心孔隙率计算方法

针对目前基于工业CT图像的岩心孔隙计算中都采用局部自定义区域数据的问题,提出了一种基于岩心图像全部数据的孔隙率计算方法。其中,岩心目标的准确提取是该方法的关键。研究了图像中岩心目标与周边噪音的结构和位置关系,并以此为依据提出了一种工业CT图像的岩心目标提取算法。然后以CT图像中的岩心目标为数据源,通过目标内的孔隙像素与目标像素之比来计算单张图像的岩心孔隙率。而针对岩心的序列CT图像,则通过计算每张图像的孔隙率均值来获得该岩心的孔隙率。最后,以一岩心样本的CT序列图像为例,说明所提方法的准确性和有效性。     

多孔介质中含溶解反应的互溶驱替过程格子Boltzmann研究

采用格子Boltzmann方法研究了孔隙尺度下多孔介质内含流固溶解反应的互溶驱替过程,重点研究了被驱替流体与驱替流体黏性差异较大的情况下,溶解反应引起的多孔介质内部结构变化对驱替过程的影响;定量分析了不同达姆科勒数及佩克莱数下多孔介质孔隙率和驱替过程驱替效率随时间的演变.研究结果表明:达姆科勒数较大时,溶解反应的发生会在多孔介质内部生成虫洞,导致一部分被驱替流体不能被波及,驱替流体沿虫洞离开多孔介质,造成驱替效率的减少.在此基础上,随着达姆科勒数的增大,孔隙率变化越大,生成的虫洞越宽,最终驱替效率变大,但仍小于无溶解反应时的驱替效率;随着佩克莱数的增大,指进增长速度越快,孔隙率变化越小,驱替效率越小.     

聚氨酯/硫化银纳米复合材料的合成及荧光传感性能

通过生物矿化合成了聚氨酯/Ag2S纳米复合薄膜．通过傅里叶变换红外光谱研究、扫描量热法(DSC)、扫描电镜等方法研究了硫化银纳米粒子对复合薄膜物理性质的影响．用DSC 测定了复合材料的热 稳定性．通过对纳米复合材料荧光性能的研究发现薄膜对Ni(II)的存在非常敏感,少量Ni(II)离子的存在使得荧光光谱强度迅速增加．可以预测此复合薄膜可被开发成水溶液中Ni(II)的传感器．     

胶原/磷酸钙生物矿化的紫外吸收动力学研究

用紫外分光光度法研究了胶原生物矿化的机理。通过对反应液做定时波长扫描 ,获得一组包含重要过程信息的光谱曲线和动力学曲线。首次发现阶梯形的动力学曲线上出现一个波谷 ,磷酸钙 (磷酸氢钙 )初始浓度增大时 ,波谷增大 ,位置提前。结合波谷前后样品的X射线衍射谱分析 ,指出 :胶原生物矿化过程中 ,相继发生凝胶化和相分离。载钙胶原分子通过新生成的磷酸氢钙进行“点对点”交联 ,在交联网格中磷酸氢钙发生相分离 ,从而产生波谷现象。用该机理解释了胶原矿化中各种紫外吸收的光谱现象。     

微流燃料电池空气阴极物质传输孔隙尺度模拟

采用格子Boltzmann方法研究了微流燃料电池空气阴极多孔扩散层内多组分物质传输特性。随机重构了扩散层,获得渗透率及有效扩散系数。建立了耦合边界电化学反应的二维模型,研究了过电位、孔隙率对氧气、水蒸气浓度分布及局部反应速率的影响。结果表明,常用的Bruggeman经验关联式会高估氧气有效扩散系数;扩散层孔隙结构对物质传输有重要影响,孔隙率减小使得传质阻力增大,导致局部氧气浓度降低,局部反应速率降低,而水蒸气浓度增大,当孔隙率从0.83降至0.7,催化界面平均氧气浓度从8.472降至8.466 mol·m^-3。     

考虑动力学扩散作用的煤系气储层渗透率模型

为了预测煤系气开采过程中储层渗透率的演化规律,考虑气体在基质中的动力学扩散作用,基于储层的应力-应变本构关系和渗透率-孔隙率的立方关系,提出了储层的有效应力-渗透率模型,分别建立了储层在常体积和单轴应变条件下的渗透率解析模型。利用现场和实验室测试的渗透率数据,探讨了两种模型的有效性。结果表明,与常体积条件下的渗透率模型和C-M模型相比,单轴应变条件下的渗透率模型能够较好地拟合现场和实验室的渗透率数据,建立渗透率模型须考虑气体在基质中的动力学扩散作用。研究了模型参数对渗透率的影响,结果表明模型参数对渗透率的演化规律以及反弹压力有显著的影响。     

喷水温度对内燃兰金循环燃烧过程影响的试验研究

内燃兰金循环发动机采用氧气代替空气作为助燃剂,规避了氮排放物,可以以较低成本通过冷凝过程分离废气中的水蒸气和二氧化碳,随后对二氧化碳进行回收,实现了采用化石燃料的超低排放循环.本文利用自主开发的内燃兰金循环发动机试验台架对喷水温度对燃烧过程的影响进行了试验研究。研究结果表明,在燃烧过程中喷入循环水可控制燃烧速率,使最大爆发压力后移。相同的喷水脉宽及喷射压力下,高喷水温度时发动机的IMEP显著高于低温喷水工况,较高的喷水温度可增加上止点附近进入缸内的焓值,故可通过提高喷水温度增加IMEP,进而提高循环热效率。     

多孔介质孔隙率对SOFC阳极管道化学/电化学反应与传递过程影响

固体氧化物燃料电池复合阳极管道由多孔层、燃料气体通道以及固体平板组成。在多孔层内部,存在着传热、多组分对流/扩散等多种传递过程,它们与CH_4的重整反应,CO、H_2的电化学反应耦合在一起,既受到设计参数,如孔隙率等的影响,同时对电池性能以及稳定性产生重要影响。编制了三维模拟程序,对阳极复合管道的化学反应以及气体流动、传热过程等进行了研究。研究结果显示,随着孔隙率的增大,在多孔层的较深区域内,重整与变换反应速度明显增加,受它的影响,H_2浓度与多孔层温度也相应提高。因此,在一定范围内提高多孔介质的孔隙率对阳极的各种传递过程与化学/电化学反应具有积极影响。