驱替过程中反应流体析出及溶解现象的数值研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:njsnw
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
反应流体的输运过程广泛存在于自然界与工业应用中,如二氧化碳地质封存、油藏增产、环境污染物处理以及燃料电池等。由于孔隙结构复杂,且流体输运、溶质传输及化学反应之间互相耦合,因此多孔介质内反应流体的输运行为非常复杂。本文从孔隙尺度出发,基于格子Boltzmann方法研究多孔介质内反应流体的混合析出过程以及流-固反应导致的溶解现象,详细分析化学反应对界面组分分布特征的影响以及溶解产物对溶解过程的影响,为实际工程应用提供技术指导及理论依据。论文的主要工作包括:首先采用分层模块化的设计方法,开发了多孔介质中反应流体输运的并行计算程序。通过模拟顶盖驱动方腔流及方解石颗粒的溶解过程,验证了并行计算程序的可靠性,并对计算程序进行了测试,结果表明计算程序具有较好的并行效率。其次基于反应流体输运的并行计算程序,模拟研究了多孔介质内的反应流体粘性指进析出过程,分析了反应速率、成核速率以及聚集速率的影响。结果表明,化学产物、固相组分主要集中在指进界面处,且浓度分布受到反应速率和Peclet数的影响。另外,研究结果表明多孔介质结构会对流体输运过程产生明显影响。最后研究了多孔介质中反应流体驱替过程中的溶解模式。重点分析了五种不同的溶解模式:致密溶解、锥形溶解、优势虫洞、分枝虫洞以及均匀溶解。此外,产物粘性变化会导致溶解模式改变,即分枝虫洞与优势虫洞之间的转变。
其他文献
空调系统作为人们生产生活场所的重要设施,由故障造成的能源效率及舒适度下降甚至设备损坏等重大问题成为了设备厂商和相关研究人员关注的热点。目前的空调系统故障检测与诊断策略在知识驱动与数据驱动的结合以及实际环境中复杂工况下的鲁棒性提升等方面的研究仍十分欠缺,对此,本研究以多联机空调系统为研究对象,在对其典型故障数据分析的基础上进行了以下研究。在故障诊断策略优化方面,考虑模型的可解释性及不完全信息下模型的
学位
为实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,碳捕集、利用和封存技术至关重要。作为一种重要的CO2利用技术,CO2电化学还原具有反应条件温和等优点,因而具有广阔的应用前景。离子液体作为一种新型电解质,在CO2电还原过程中表现出优越的催化活性从而受到了广泛关注,然而其对电极界面微观结构的影响规律仍不明确。基于此,本文利用分子动力学模拟方法研究了含有离子液体、CO2和水的电解液和碳电极组成的系统,系统性分析了阴
学位
液滴与倾斜表面的撞击现象广泛存在于自然界与日常生活中。然而,该过程非常复杂,由于实验手段及测量方法的限制,许多运动行为的机理尚不明确,特别是在倾斜疏水表面上的研究较为欠缺。因此,本文结合数值模拟和理论分析对该现象展开研究,主要研究内容如下:(1)本文首先利用开源程序Open FOAM对研究内容建立数值模型,并使用已发表的实验结果对数值模型进行了验证,证实了数值模型的准确性。(2)利用该数值模型研究
学位
在二氧化碳驱油过程中,充分理解地层孔隙内剩余油团的形成机理和分布规律对提高非常规油藏的原油采收率具有重要意义。地层孔隙由许多孔喉结构组成,对其中的微观流动机理研究面临巨大挑战。离散统一气体动理学格式(Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,DUGKS)具有数值稳定性好和网格灵活性高等优势,适用于处理孔喉结构内的两相流动问题。但由于DUGKS发展时间尚短,其关于两相流
学位
燃煤过程是重要的人为铅排放源,煤中铅经历挥发释放、化学反应和物理冷凝等过程转移至燃煤产物中。受限于燃烧过程铅的实时采样和在线分析手段,燃煤过程中铅的迁移转化机理尚不明晰,产物中铅与细颗粒物间的分布关联特性的认识缺乏,严重制约了燃煤电厂铅的排放控制。基于此,本文构建了复杂灰样中铅形态解析方法。针对Pb Cl2、Pb SO4、Pb O、Pb CO3和硅铝酸盐结合态铅在Na2S2O3、CH3COONH4
学位
超级电容器具有充放电时间短、循环寿命长等优势,在储能领域中正受到越来越多的重视。为了提高超级电容器的储能性能,电极与电解质材料的选择与匹配至关重要。二维过渡金属碳/氮化物(MXene)电极与水溶液电解质的匹配能给超级电容器带来优异的储能特性,然而二维材料中离子输运的微观机理尚不完全清楚。本论文利用恒电压分子动力学模拟,通过特征层间距算法的设计和离子分布及输运规律的分析,研究了MXene电极-水溶液
学位
污泥是污水处理过程伴生的高含水富磷有机固体废弃物,兼具高效处置和磷回收的双重需求。为解决污泥固液分离及自持焚烧困难的瓶颈问题,本课题组前期研发了碳基骨架辅助热水解技术,显著改善了产物脱水性能,同时实现了衍生燃料的高效清洁焚烧。基于此,本文以磷回收为目标,重点探究两个科学问题:(1)污泥热水解及焚烧过程中,磷的总量分布及形态转化机制尚不明确;(2)各阶段固体产物中磷的酸、碱浸出特性及回收效率有待系统
学位
燃煤烟气中释放的汞和NOx会对生态系统造成严重威胁,而目前电厂中使用的催化剂大部分抗性较弱,易受烟气中各种组分影响,且难以对二者联合脱除,因此有必要研发能适应复杂烟气环境、高效稳定的协同脱除催化剂。本文使用金属氧/硫化物对活性炭(Activated carbon)进行改性,并结合实验和表征手段对其脱硝和脱汞性能及作用机理进行分析。本文首先制备了CuSx/AC作为脱汞吸附剂,研究了不同实验条件下Hg
学位
页岩气作为一种清洁、高效的绿色燃料能源,是我国天然气领域增储生产的主力资源。页岩储层内纳米孔隙发育,储层气体不再满足连续性介质假设,达西定律不再适用。在地下页岩储层模拟研究中,传统的理论数值方法难以较好的表征微观分子尺寸效应,而分子动力学模拟方法考虑分子大小以及分子之间相互作用力,成为探究微纳尺度流体运移机理的有效工具。本文基于分子动力学模拟方法,对比了纳米孔中页岩气的驱动方法,探究了地层温度、压
学位
2018年,基于Allam循环的高压富氧燃烧透平发电技术被《麻省理工科技评论》评为全球十大突破性技术。作为常见且排放强度最低的化石能源,天然气的高压富氧燃烧特性及机理的研究对其燃烧器的研发有着重要的指导价值。本文使用激波管测量了O2/CO2和O2/N2气氛下的天然气着火延迟时间。实验压力为2和10 atm,温度为1280~1645 K,当量比为0.5、1.0和2.0。实验结果表明,相同工况下,天然
学位