天然气水合物分解多物理化学场耦合机理的孔隙尺度研究(精)/清华大学优秀博士学位论文

本书针对天然气水合物 资源开采问题，从孔隙尺度 出发，构建了针对天然气水 合物分解过程多物理化学场 耦合问题的数值模型，开展 了天然气水合物分解过程的 数值模拟研究。利用孔隙尺 度数值模拟，本书分析了天 然气水合物分解过程多物理 化学场控制机制，从热质传 递角度揭示了影响天然气水 合物分解速率的控制因素， 改进了天然气水合物生产预 测的经验模型，推动了水合 物分解过程的尺度升级研究 ，为实现天然气水合物高效 开发提供了理论基础。 本书立足水合物分解过 程中的热质传递规律这一科 学问题，聚焦水合物开采前 沿技术领域，适合从事能源 工程、油藏工程等相关领域 的读者阅读。

杨君宇，2013年9月考入清华大学热能工程系，2017年7月本科毕业并获得工学学士学位；2017年9月免试进入清华大学能源与动力工程系攻读动力工程及工程热物理专业，师从史琳教授，2022年7月获得工学博士学位；2022年9月至今于英国伦敦大学学院机械工程系从事研究工作。

第1章 绪论 1.1 研究背景及意义 1.2 研究现状及分析 1.2.1 天然气水合物分解控制机制研究现状 1.2.2 天然气水合物生产预测模型研究现状 1.2.3 孔隙尺度多场耦合问题数值方法研究现状 1.3 研究内容及方法 第2章 多场耦合格子玻尔兹曼方法的建立与验证 2.1 引论 2.2 天然气水合物分解过程涉及的多物理问题及控制方程 2.3 基于格子玻尔兹曼方法的多场耦合数值模型 2.3.1 多组分多相伪势模型 2.3.2 跨相传质模型及非均相反应边界处理 2.3.3 共轭传热模型 2.3.4 固相演化模型 2.3.5 多场耦合数值计算流程 2.4 多场耦合数值模型的验证 2.4.1 热力学一致性验证及杨-拉普拉斯实验 2.4.2 多相泊肃叶流动数值模拟 2.4.3 方腔内反应传质过程计算 2.4.4 封闭区域内的CO2溶解过程计算 2.4.5 Rayleigh-Bernard自然对流计算 2.5 本章小结 第3章 天然气水合物分解过程传热传质控制机理分析 3.1 引论 3.2 物理模型及计算参数 3.3 计算结果及讨论 3.3.1 水合物分解控制机理分析 3.3.2 孔隙尺度水合物分解实验的数值模拟研究 3.3.3 考虑传质限制作用的修正反应动力学模型 3.4 本章小结 第4章 跨相传质CST-LB模型的建立与验证 4.1 引论 4.2 跨相传质CST-LB数值模型 4.3 CST-LB模型的验证 4.3.1 相界面处的浓度阶跃数值模拟 4.3.2 封闭区域内气体溶解数值模拟 4.3.3 毛细管驱替过程组分输运数值模拟 4.3.4 多孔介质多相传质问题数值模拟 4.4 非均相反应边界格式及改进的润湿边界格式 4.4.1 CST-LB非均相反应边界处理格式 4.4.2 多组分伪势模型润湿性边界格式的改进 4.5 多相体系中非均相反应数值模拟的比较研究 4.5.1 三种伪势模型润湿性边界格式的比较 4.5.2 考虑非均相反应的一维多相传质问题 4.5.3 有液滴覆盖的圆柱体溶解问题 4.5.4 毛细管驱替过程的反应传质问题 4.5.5 多孔介质中的多相溶解问题 4.6 本章小结 第5章 天然气水合物在气水运移过程中的分解规律研究