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[期刊论文] 季佳圆 赵伶玲 李偲宇
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:在超临界态CO2封存于深部盐水层过程中,温度、压强等控制条件是影响封存效率和封存量的重要因素.应用分子动力学模拟的方法对343~373 K和6~35 MPa范围内的CO2-NaCl盐水系统进行了界面张力(IFT)及界面特性的研究,分析了IFT随温度及压强的变化关系,并观测到了压力平衡点pplateau;从分子尺度(物质密度、界面过余量、界面水合物密度)分析了IFT随压强、温度的变化,以及pplateau产生的原因.结果表明,pplateau前压强升高或温度降低将导致CO2密度升高,IFT下降,而pplateau后IFT趋于稳定且受温度影响较小;CO2的界面过余量及界面处水合物数量随压强及温度变化,与IFT的变化相反;高压下界面水合物密度的饱和现象可能是pplateau产生的重要原因.
[期刊论文] 季佳圆 赵伶玲 李偲宇
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:应用分子动力学模拟的方法对不同浓度及组分比例的 CO2-NaCl、CO2-CaCl2和 CO2-(NaCl+CaCl2)等 CO2-盐水系统的界面张力进行了研究,从分子层面上分析了不同种类的盐离子对界面张力的影响。结果表明,盐离子的存在会增加CO2-纯水的界面张力,界面张力增量主要由阳离子电荷数导致,其余则由阳离子兰纳-琼斯势参数、原子质量等原子特性参数引起;3种系统的界面张力增量均与离子强度呈线性关系,且其曲线的斜率和盐溶液种类无关,为IFT预测提供理论指导。
[期刊论文] 罗闽 赵伶玲 李偲宇
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CSTPCD 北大核心
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摘要:建立了适用于液态黏性NH4HSO4沉积的积灰模型,对某SCR脱硝改造后的300 MW机组回转式空气预热器蓄热板的积灰过程进行了数值模拟,分析了烟灰颗粒法向碰撞速度和角度、积灰强度、积灰厚度及积灰概率等积灰特性的变化规律.结果表明:在NH4HSO4沉积区,上、下板平均积灰强度分别为普通积灰区的7.3倍和4.5倍,且不同颗粒粒径的积灰概率保持在90%左右,而在普通积灰区均小于35%;上板平均积灰强度约为下板平均积灰强度的2倍;积灰厚度与积灰强度的分布规律一致.
[硕士论文] 李偲宇
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:CO2地质封存是减缓温室气体CO2排放的有效手段,深部盐水层是其最主要的储体之一。在CO2封存过程中,储层岩石表面的润湿特性决定了封存的安全性。当CO2封存失效发生泄漏时,CO2与水在岩石孔隙中形成多相流动。因此,研究储层流体与岩石间的流固界面性质以及孔隙中CO2与水的多相流动特性,对CO2有效封存具有重要意义。
  分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,简称MD模拟)是物理化学过程机理研究的重要工具,可观测到实验难以测得的微观结构及特征,是研究岩石表面微观特征(羟基化程度)对润湿特性影响以及纳米孔隙中多相流动特性的重要方法。
  本文首先利用MD模拟的方法开展了CO2封存条件下(330K、20MPa)岩石表面羟基化程度对岩石润湿特性的影响研究。对CO2气氛中,H2O在不同羟基化程度岩石表面形成的液滴形状进行计算与分析,并以接触角反映润湿特性。结果发现,随着羟基化程度由0%升高至50%,接触角由110.24°降低至14.56°;当羟基化程度由50%升高至75%时,接触角有3.22°的小幅上升;当羟基化程度继续升高至100%时,接触角又有6.06°的小幅降低。通过对分子间受力分析可知,羟基化程度对岩石润湿特性的影响是库仑作用与氢键的共同效果。氢键的作用不仅包括羟基与水分子之间的氢键,岩石表面羟基之间形成氢键也是其组成部分,前者对表面润湿性起促进作用,后者为抑制作用。
  其次,本文开展了330K、20MPa条件下,纳米岩石孔隙内CO2与H2O分布的MD模拟研究,分析了CO2与H2O体相密度、界面分子平均取向角度、界面径向分布等参数的变化规律,探讨了羟基化程度对孔隙内CO2与H2O分布的影响。结果表明,CO2与H2O在孔隙中以体相形式分层存在,仅有极少的CO2溶解于水中;在孔隙中不存在羟基的岩石表面侧,仅有CO2存在;在孔隙中存在羟基的岩石表面侧,H2O在其表面均形成水层,水层厚度受羟基化程度影响,羟基化程度越高,水层越厚;在CO2与H2O的体相中,分子随机分布;在CO2-H2O界面处,CO2倾向于平行排布,H2O偶极矩则倾向于指向于CO2侧;在CO2-岩石界面处,CO2倾向于倾斜排布;在H2O-岩石界面处,羟基化程度为25%的表面附近,H2O偶极矩倾向于指向水侧,其余界面处,水分子均倾向指向于岩石表面侧,且越靠近岩石表面,倾向越明显。
  最后,本文以表面羟基化程度相同的岩石构成纳米孔隙,利用MD模拟的方法研究了压力驱动下,纳米孔隙内H2O单相流动及CO2-H2O多相流动的流动特性。结果表明,孔隙内单相或多相流动时,各流体的平均速度与驱动压力之间均呈一次线性关系,符合达西定律,且相同条件下CO2流动速度比H2O高;H2O单相流动速度沿着孔隙高度方向呈抛物线形式对称分布,靠近岩石壁面处流动速度低,而中心位置处速度高。CO2-H2O多相流动时,CO2与H2O速度分布规律与H2O单相流动相同,距离壁面越近,速度越低;位于孔隙中部的CO2受壁面影响可忽略不计,仅受附近水分子吸引力,符合泊肃叶单相流动定律;位于岩石表面的H2O不仅受岩石壁面吸引作用,还受到中间CO2分子的吸引作用,使得H2O在CO2-H2O界面附近的速度较高。
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