一种新的Lennard-Jones链式流体自扩散系数计算公式

基于Chapman-Enskog流体扩散系数理论,结合一套较新的针对Lennard-Jones链式(LJC)流体的分子动力学模拟数据,提出了一个新的计算LJC流体自扩散系数的半经验公式.新公式引入包含6个拟合参数的两个修正函数,分别对长链分子间排斥势能和吸引势能对分子间摩擦系数的影响进行修正,更加准确地反映出真实流体分子间的相互作用情况.新公式在较广泛的温度、压力范围内对22种LJC流体的自扩散系数进行了预测,预测结果与1081个实验数据点比较的平均绝对偏差为3.41%.     

单壁氮化硼纳米管储氢的理论研究

采用蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的储氢,重点研究了单壁氮化硼纳米管的管径、管长和手性以及压强对其物理吸附储氢的影响.与单壁碳纳米管的物理吸附储氢相比较,氮化硼纳米管的储氢性能明显优于碳纳米管.计算结果显示,在常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的物理吸附储氢量(质量百分数)可以达到美国能源部提出的商业标准.     

碳纳米管阵列储氢的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了常温和不同压强下,氢在不同管径和管间距的单壁碳纳米管阵列(SWCNTA—S ingle-walled Carbon Nanotube Arrays)中的物理吸附过程.重点研究了压强、管径和管间距对SWCNTA(管内和管间隙)物理吸附储氢的影响.发现氢分子主要储存在SWCNTA的管壁附近,适当地增大管径和管间距可有效增加SWCNTA的物理吸附储氢量,使其在常温下具有较高的储氢能力,并给出了相应的理论解释.计算结果表明,在常温和中等压强下,SWCNTA的物理吸附总储氢量(重量百分比)可达4.2%,从而为同等条件下SWCNTA具有较高储氢能力的实验结果提供了直接的理论支持.     

受限Lennard-Jones流体自扩散系数的分子动力学模拟

基于平衡态分子动力学(EMD)方法,建立了受限空间中的Lennard-Jones(LJ)流体自扩散模型.采用径向分布函数对LJ流体微观结构进行了表征,模拟了LJ流体在纳米尺度受限空间中的自扩散系数,并将其与相应的自由空间内LJ流体自扩散系数进行了比较,同时从分子水平分析了温度、密度和受限尺度对自扩散系数的影响.研究结果...     

填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

采用平衡态分子动力学(EMD)模拟方法,计算了填充氩后的(10,10)型和(15,15)型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数.研究了它们随温度的变化情况,并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较,分析在相同温度下,充氩对碳纳米管导热系数的影响.模拟结果发现:在500~1 200 K的温度范围内,(10,10)型碳纳米管和(15,15)型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势,这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似;在相同温度下,这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多.     

用第二音速维里系数确定分子间势能模型参数研究

利用工质的音速与第二维里系数的关系,推导出第二音速维里系数与分子间势能函数的关系式,提出了一种新的拟合分子间势能模型参数方法.并利用此方法,拟合得到了一些简单流体和制冷剂的的方阱、LJ(6,12)及Kihara等势能模型的参数.与传统方法相比,该法拟合势能参数具有更高的精度.     

钾掺杂单壁碳纳米管吸附CO_2气体的Monte Carlo模拟研究

减少化工企业对大气层的二氧化碳(CO_2)排放量以避免温室效应仍然是当前环境保护的重要任务之一.为促进研发储存和分离CO_2的纳米材料,采用巨正则蒙特卡洛(Monte Carlo)方法模拟了温度为300K时一系列压强下CO_2气体在不同类型的钾掺杂单壁碳纳米管中的吸附情况.结果表明:碱金属钾的掺杂可以在一定条件下显著提高碳纳米管对CO_2气体的吸附能力.由等温吸附曲线和吸附热曲线可知,多数情况下钾原子的掺杂量越大、钾原子嵌入管壁越深,则吸附能力越强.然而必须注意,某一压强下钾掺杂碳纳米管对CO_2气体的吸附量不仅受纳米管和气体分子之间的作用力强度的影响,还取决于吸附空间的大小;特定压强下的吸附量是这两种因素综合作用的结果.     

用修正的简化局部密度理论模拟超临界流体系统的吸附特性

清洁能源储存和超临界流体萃取工艺中经常涉及到超临界流体(supercritical fluid,SCF)的吸附现象,然而其理论模型研究并不广泛.局部密度简化(simplified local density,SLD)理论作为工程简化模型,已经成功应用于SCF在活性炭上的吸附.在此介绍了不同学者对SLD模型的状态方程、吸附相体积等方面的改进和发展.SLD模型关联高压过剩吸附量的数据误差较大,已有的研究主要是对状态方程修正.文章采用SLD-ESD方程,通过增加可调参数对吸附相体积修正,计算5种气体在活性炭上的高压吸附数据,结果表明模型能够应用在较宽的压力范围.使用LJ12-6势能模型替代10-4势能模型,关联拟合了超临界流体在活性炭和硅胶上的吸附数据,扩展了SLD理论的应用范围.     

碳纳米管储氢性能及H2分子扩散现象的分子动力学研究

本文采用Brenner及LJ混合势对H2在C纳米管的吸附及H2分子在C纳米管中的扩散性质进行了分子动力学模拟. 通过模拟轨迹的分析,分别计算了C-H之间的径向分布函数、H2分子在单壁C纳米管的均方位移及通过对H2分子的均方位移的分析,计算了不同温度下的H2分子在C纳米管中的扩散系数,分析了温度对扩散系数的影响.     

碳纳米管分子动力学模拟软件的开发

用分子动力学方法研究了碳纳米管的力学性质,开发了相应的模拟软件－分子动力学模拟软件包（Molecular Dynamics Simulator,MDSIM)。计算使用的原子间相互作用模型是Brenner势和改进的嵌入原子法（EAM）多体势,分子间相互作用模型是Lennard-Jones势。MDSIM软件包含碳纳米管分子动力学模拟所需的数据生成、模拟演化、数据处理和数据查看4个模块,具有较好的可移植性和可扩展性,适合对碳纳米管、C60、金刚石和石墨等材料进行分子动力学。MDSIM软件对扶手椅结构的单壁碳纳米管进行了模拟,结果表明其杨氏模量和拉伸强度大大高于传统的材料。     

煤层气注气开采多组分流体扩散模型数值模拟

为了解决低渗透煤层气开发遇到挑战,依据双重介质扩散渗流和多组分吸附平衡理论,建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理．研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压,加速了煤层甲烷的解吸,而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,结果表明注气开采煤层气是提高我国低渗透煤层气产量的有效途径。     

甲烷在石墨烯与活性炭上的吸附平衡

］为研制ANG新型碳基吸附剂,分别选用比表面积为2074 m2·g-1的椰壳活性炭SAC-02和345 m2·g-1的石墨烯,在温度区间263~313 K、压力范围0~6 MPa,依据容积法的原理测试了甲烷在其上的吸附平衡数据,并由吸附等温线和等量吸附热的比较,分析了甲烷在两吸附剂上吸附平衡.结果表明:甲烷在活性炭上的过剩吸附等温线为典型的Ⅰ型,而石墨烯上在压力2 MPa以下为Ⅰ型,2~6 MPa之间吸附量与压力接近线性关系.在273 K和6 MPa时,甲烷在石墨烯上吸附量为4.6 mmol·g-1,活性炭的吸附量为11.2 mmol·g-1;甲烷在石墨烯和活性炭上的等量吸附热分别为14.32 kJ·mol-1~2.66 kJ·mol-1和13.99 kJ·mol-1~17.57 kJ·mol-1,石墨烯表面对甲烷分子作用能强     

流固耦合作用下注气开采煤层气增产规律研究

提高低渗透煤层气产量是我国煤层气开采中急需解决的关键问题,加速煤层甲烷解吸过程的注气增产方法是提高低渗透煤层气产量的有效途径。由于排采降压在孔隙流体压力变化的范围内会引起储层孔隙介质的应力和应变的变化,造成有效渗透率和孔隙度的降低,同时也影响注气和产气的动态参数。研究这些规律,首先建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流的流固耦合模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理。研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压．加速了煤层甲烷的解吸;而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,同时必须重视耦合作用对注气增产造成的不利影响。     

天然气藏中二氧化碳含量的测井定量评价方法

当气层中含有二氧化碳时,由于烃气、非烃气以及束缚水同时存在,导致孔隙流体成分及其测井响应趋于复 杂,尤其是二氧化碳溶于水后形成的附加导电性不强且无明显规律,使得运用电阻率方法对二氧化碳的定性识别和定 量计算变得非常困难。基于孔隙度测井方法,利用甲烷气体和二氧化碳气体对热中子减速以及扩散方面影响的差异, 选取中子长短源距计数率值建立了二氧化碳定量计算模型。同时,考虑到在储层高温高压条件下甲烷和二氧化碳气 体声波和密度测井响应特征,结合已有的孔隙度和饱和度数据,运用基于体积物理模型的最优化方法对各流体成分的 含量进行计算。将两种方法同试油和测试结果进行了对比,均取得了良好的效果,证实了方法的可靠性。     

含乙二醇和盐体系气体水合物相平衡测定与预测

利用可视化高压流体测试装置测定了含乙二醇和盐混合体系中合成天然气（甲烷，乙烷和丙烷的混合物）水合物的形成条件，并结合van der Waals-Platteeuw的理想溶液等温吸附理论，给出了含混合抑制剂（乙二醇和盐）体系气体水合物相平衡计算数学模型。计算结果表明，该模型可较好地预测含混合抑制剂体系的水合物形成条件。     

甲基环己烷气体水合物相平衡数据测定与预测

利用恒温压力搜索法在273.60～290.62K温度范围内测量了甲烷和甲基环己烷体系水合物的形成条件,实验结果表明该体系的水合物(H型)相平衡压力比甲烷体系的水合物(Ⅰ型)相平衡压力低1.0MPa以上.根据Langmuir的等温吸附理论,给出了H型气体水合物相平衡计算数学模型.计算结果表明该模型可较好地预测实验体系水合物(H型)的形成条件.     

压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响

煤层气压裂作业中必然发生压裂液与煤层的相互接触,煤岩微裂隙发育和毛管压力高等特点导致压裂液极易侵入煤层对煤岩孔隙结构造成严重损害,进而改变煤岩对煤层气的吸附能力。选取宁武盆地9号煤和现场用压裂液,采用氮气吸附和扫描电镜(SEM)表征压裂液处理前后煤样孔隙结构,探求不同体系压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响,开展压裂液处理前后煤样的等温吸附实验。结果表明:压裂液处理后煤样孔径分布、比表面积及孔隙分形维数都将发生变化;压裂液体系对煤样孔隙结构的影响程度为瓜胶压裂液活性水压裂液清洁压裂液;压裂液处理后煤样比表面积与孔隙分形维数增量越大,其对甲烷气体吸附能力越强,煤岩孔隙结构的变化会改变甲烷气体的吸附能力。     

页岩中甲烷虚拟饱和蒸汽压的计算方法研究

甲烷在页岩中的吸附属于物理吸附,同时甲烷在页岩储层中呈超临界状态吸附。引入过剩吸附量,对吸附实 验中吸附气量进行修正,并对Dubinin Astakhov（D A）方程进行改进,将改进后方程应用于研究页岩中超临界甲烷的 吸附特征曲线,并对虚拟饱和蒸汽压计算经验公式进行优选。研究结果表明：Dubinin 方法和Reid 方法计算虚拟饱和 蒸汽压偏低,Antoine 方程外推方法和Astakhov 方法计算虚拟饱和蒸汽压偏高;Amankwah 方法是计算虚拟饱和蒸汽 压的最优方法。页岩中超临界甲烷吸附特征曲线与温度无关,且得到具有物理意义参数的吸附特征曲线表达式。     

矿井抽放煤层气中甲烷的变压吸附提浓

变压吸附(PSA)技术提浓矿井抽放煤层气中的甲烷(CH4)对解决煤层气对环境的污染、得到高效能源和化工原料具有重要意义.为此,介绍了以活性炭作吸附剂,PSA提浓抽放煤层气中CH4的国内外研究和应用状况,系统地从理论和实验上探讨了PSA分离煤层气的热力学关系、动力学过程以及PSA操作参数对浓缩CH4效果的影响,并对存在的问题提出了相应的建议.