《天然氣水合物形成和分解過程的多相流數值模擬研究》是依託吉林大學，由辛欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：天然氣水合物形成和分解過程的多相流數值模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：辛欣
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
天然氣水合物是一種新型清潔和後續能源，對緩解人類面臨的能源枯竭危機具有舉足輕重的作用。在有關天然氣水合物的研究中，天然氣水合物的形成機理、賦存特徵、分解機制和開採方法是研究的基礎和核心內容。因此，本項目針對天然氣水合物研究的基礎和核心內容，以吉林大學地下水資源與環境教育部重點實驗室物理模擬為基礎，研究建立描述天然氣水合物形成、分解過程的數學模型，運用TOUGH+HYDRATE軟體進行求解。通過實驗室物理模擬結果與數值模擬結果對比，修改相態描述的狀態方程(EOS)，完善TOUGH+HYDRATE原始碼，構建一套完善的天然氣水合物形成和分解過程多相流數值模擬系統，為設計試開採方案提供準確可靠的可行性分析。本項目的研究內容是我國國民經濟和社會發展中迫切需要解決的關鍵科技問題，具有很好的套用前景。
結題摘要
天然氣水合物(Natural Gas Hydrates，簡稱Gas Hydrates)被認為是近幾十年來所發現的最重要的一種新型清潔和後續能源。天然氣水合物的形成機理、賦存特徵、分解機制和開採方法是該領域研究的基礎和核心內容。然而，天然氣水合物的形成和分解是一個非常複雜的過程，涉及到多相流體流動、相變、物理化學過程等，數值模擬是研究天然氣水合物的重要方法和手段之一。本項目通過歷時三年的研究，檢索和查閱了近十年來有關天然氣水合物實驗室物理模擬和數值模擬的文獻和報告100多篇。總結出目前用於天然氣水合物的數值模擬軟體主要有：TOUGH+HYDRATE(美國)；MH-21 HYDRES(日本)；STOMP-HYD(美國)；CMG–STARS(美國)；Hydrsim(加拿大)。經過軟體對比可知，TOUGH+HYDRATE程式更具天然氣水合物多相流體數值模擬的科學性和可行性。然後，以實驗室物理模擬為基礎，考慮溫度、壓力、孔隙介質、鹽度和天然氣氣體濃度五種因素的影響，建立了天然氣水合物形成、分解過程的多相流數學模擬模型，運用TOUGH+HYDRATE程式求解，分別獲得了低溫傳導、壓力傳導、不同鹽分濃度、不同介質壓力、不同氣體供應速度條件下，溫度、壓力、水合物飽和度等主要要素隨時間變化的規律以及不同時刻的空間分布特徵。根據實驗室模擬的物理和熱動力學實驗結果與數值模擬結果對比，修改了相態描述的狀態方程(EOS)，即考慮了粒徑對相態平衡的影響，構建出一套更完善的天然氣水合物形成和分解過程多相流數值模擬系統。運用修改後的程式，進行了實際場地尺度的計算，即墨西哥灣天然氣水合物試開採數值模擬計算，通過與已有文獻計算結果進行對比，獲得較好的擬合效果，驗證了TOUGH+HYDRATE程式的實用性和可靠性。本項目的研究成果完善了天然氣水合物形成和分解過程多相流數值模擬系統，豐富了我國天然氣水合物基礎研究與核心內容研究的理論和方法。在本項目的資助下，目前已發表學術論文2篇，其中EI收錄期刊論文1篇，中文核心期刊論文1篇。另外還有5篇論文正在審稿之中，其中4篇為SCI收錄期刊，1篇為EI收錄期刊。尚有部分成果正在撰寫總結之中。共培養研究生4人，包括2名博士生，2名碩士生。本項目按計畫圓滿完成了項目申請書和計畫書中的研究任務。
