不排水条件下可燃冰分解对海底边坡稳定性的影响

近年来,可燃冰受到学界的广泛关注:一方面,可燃冰可以作为潜在的新型能源;另一方面,海底边坡中可燃冰的分解是引发海底地质灾害的重要原因.可燃冰分解将产生大量甲烷气体,当含可燃冰土层位于两个透水性较差的土层中间时,孔隙水和气体将无法与外界发生交换,可燃冰的分解过程可以看作不排水(气)过程.此时,沉积物中孔压升高,有效应力减小,抗剪强度下降,当含可燃冰土层位于边坡坡底附近时,边坡将更易沿可燃冰土层发生滑动破坏.因此,可燃冰分解将对海底边坡的不排水开挖造成不利影响.本文基于理想气体状态方程和摩尔库伦模型,提出了一种在任意应力状态下可燃冰分解的数值模拟方法,并在有限差分软件FLAC3D中实现该方法,进而从土单元层面将数值模拟结果和理论推导结果进行了对比,两者基本吻合.最后,本文利用该方法分析了可燃冰分解对海底边坡稳定性的影响,模拟了可燃冰不分解条件下直接进行不排水开挖、以及可燃冰分解后再进行不排水开挖.模拟结果显示,可燃冰分解会导致海底边坡在不排水开挖时发生失稳.     

可燃冰在蒸汽动力系统优化中经济性研究

可燃冰是21世纪公认的新型清洁能源．由于可燃冰开采成本较高,其在各行业的购买单价可能会较高．所以,可燃冰的经济性研究是有必要的．针对某炼油厂工程项目,分别以煤、燃料油、天然气和可燃冰为燃料,以全周期总花费最少为目标,研究了蒸汽动力系统的多周期最优化调度问题．运用改进差分进化算法对其进行优化求解,数值结果表明：如果可燃冰的单价处于(0,3 900］$/t,可用可燃冰代替煤、燃料油和天然气作为燃料;如果可燃冰的单价处于(3 900,4 550］ $/t,可用可燃冰代替煤、燃料油作为燃料;如果可燃冰的单价处于(4 550,5 400］$/t,可用可燃冰代替燃料油作为燃料;如果可燃冰的单价高于5 400 $/t,用其作为燃料不符合经济性原则,不能代替传统能源作为燃料．     

浅析可燃冰的研究现状与发展前景

可燃冰是近些年来世界各国相继发现的一大新型能源。因其优越的燃烧性能和清洁燃烧产物。所以被称作“属于未来的能源”。本文首先阐述了可燃冰形成和发现过程,并分析总结目前国内外对可燃冰的研究现状,在此基础上分析了可燃冰的应用对环境产生的利与弊,说明对可燃冰的研究开发对未来能源储备具有重要意义。     

未来能源:可燃冰

天然气水合物是水和天然气(主要成分为甲烷,因此也常称为“甲烷水合物”)在中高压和低温条件下混合时产生的品体物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧,故又称之为“可燃冰”或者“气冰”、“固体瓦斯”。它在自然界分布非常广泛,海底以下0-1500米深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有可能存在,世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。这种看起来像冰霜的物质叫“可燃冰”,在常温常压下它会分解成水与甲     

浅谈“未来能源”可燃冰开采研究现状

可燃冰作为一种新型的清洁替代能源,同等单位下所蕴含的能量远高于煤炭石油等能源,并且燃烧时对环境的污染极小,所以开发应用的潜力巨大。论文对可燃冰的概况、世界及我国的储量及分布、可燃冰的开发现状及开采方法等方面作了分析,并提出了可燃冰开采面临的现实问题,说明了未来的重点研究方向。随着开采技术的不断发展进步以及对开采环境修复问题的不断改善,将促使可燃冰的商业化大规模开采成为现实。     

全球可燃冰可用1000年 中国试采技术领跑世界

<正>此次我国连续稳定试开采可燃冰成功,表明我国在可燃冰的勘探、开发、利用上,走在了世界前列。国土资源部中国地质调查局18日宣布,中国首次海域天然气水合物可燃冰试开采成功,成为全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。中国管辖海域蕴藏着丰富的可燃冰资源,据测算,总量达几百亿吨油当量,远景资源量与海域     

考虑气水两相流固耦合下可燃冰降压分解对井壁稳定性影响

海域可燃冰常赋存于低温高压深水浅层松散沉积物中,起胶结和骨架支撑作用;可燃冰分解相变,引起储层渗透率改变,直接影响气水两相流体的渗流特征与热质传递,制约可燃冰的持续分解;同时可燃冰的分解会降低含可燃冰沉积物储层的抗剪强度和承载力,降低井壁稳定性。考虑可燃冰分解相变、传热传质和气水两相渗流过程,基于流固耦合渗流理论,建立描述含相态变化的可燃冰降压开采热-流-固(T-H-M)耦合模型,对可燃冰储层降压开采气水两相流动规律、孔隙度和渗透率等物性参数演化规律进行描述,并对井壁稳定性进行研究。结果表明：随着可燃冰的分解,甲烷气体饱和度较水饱和度明显增大,井周气体饱和度明显高于水饱和度;储层发生塑性屈服后,塑性区内渗透率和有效孔隙度显著增大,而弹性模量和黏聚力大幅度减小;开采时间越长,生产压差越大,储层塑性屈服区域越大,井壁稳定性越差。     

南海可燃冰开采环境安全评价与数据采集监测方案

为建立南海某海域可燃冰开采阶段环境风险因素安全评价体系以及数据采集监测方案,通过借鉴传统石油天然气钻采环境风险因素辨识管控体系架构,结合南海某海域可燃冰试采特点,运用FMECA风险分析方法,研究了可燃冰开采阶段的环境风险安全评估体系框架,同时设计并建立了数据采集监测方案。结果表明,安全评价体系与数据采集监测方案具有科学性、合理性,对可燃冰未来商业化安全钻采具有工程借鉴和实用价值。     

人与自然

中国东沙群岛发现可燃冰发育区中国科学家最近在南海东沙群岛西南部海域新发现了潜在的可燃冰发育区,有可能成为中国未来可燃冰开采的首选区。可燃冰是天然气水合物的俗称,是近20年来在海洋和冻土带发现的新型洁净能源,可以作为传统能源如石油、碳等的替代品。据估算,世界上可燃冰所含有机碳的总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的2倍。中国从1999年起才开始对可燃冰开展实质性的调查和研究,近年已在南海北部陆坡、南沙海槽和东海陆坡等3处发现可燃冰存在的证据。据中科院南海海洋研究所透露,该所的一些科技人员最近在对南海北部陆坡作…     

可燃冰——替代化石燃料的清洁能源?

 2014年2月初,中国南海可燃冰研究通过验收,建立起中国南海天然气水合物基础研究系统理论。中国在可燃冰钻探开发领域又向前迈进一步。可燃冰最早发现于英国科学家戴维的实验室,距今已有200多年历史。虽然这种可以燃烧的“冰”一度被认为是可以替代化石燃料的清洁能源,但由于开采困难,可燃冰一直难以被启用。近二三十年,石油能源的过度消耗以及环境污染的加剧,使得许多国家逐渐重视清洁的替代能源,可燃冰就是其中之一。但可燃冰能否替代化石能源成为未来能源利用的“ 主角”,科学界一直争议不断。     

油气场站隔离防护动火作业三场耦合数值模拟研究

隔离防护系统是油气场所进行动火维修作业的一种重要隔离防护手段,针对该系统排除作业过程产生的可燃性气体和焊接作业所产生焊烟的能力进行了大量工况数值模拟,分析了其可燃性气体、焊烟和温度分布规律,总结了各因素对系统通风性能的影响,得到了不同工况条件下的可燃性气体允许泄漏量、系统供风量、允许工作温度与工作时间等动火作业参数。结果表明,采用隔离防护系统进行动火作业能有效排除作业产生的可燃气体、焊烟与余热,保证作业人员的安全与健康。     

20L近球形密闭罐内可燃气体流动和火焰传播的数值模拟

采用流体动力学计算软件-FLUENT数值模拟20 L近球形密闭罐进气流场,并分析进气位置、进气速度对进气流场的影响。结果表明:进气流速越大,密闭容器内的压强和气体湍流强度越大;当进气口直径与容器高度比值较小时,罐内压强、速度、湍流强度的最大值都位于进气口的轴线上,轴线左右两边的气体在不同时刻呈相同或相近的流态。模拟了可燃气体爆炸后火焰在罐内的传播过程,得到火焰以点火源为中心,以褶皱球形面向四周扩张,最后对模拟监测的压力值和实验压力传感器采集到的压力值进行比较。直观再现了20 L近球形密闭罐进气时气体扰动状况和近球形密闭罐中心点火的火焰传播过程。     

Antarctic ice sheet GLIMMER model test and its simplified model on 2-dimensional ice flow

The three-dimensional finite difference thermodynamic coupled model on Antarctic ice sheet, GLIMMER model, is described. An idealized ice sheet numerical test was conducted under the EISMINT-1 benchmark, and the characteristic curves of ice sheets under steady-state was obtained. Based on this, this model was simplified from a 3-dimensional one to 2-dimensional one. Improvement of the difference method and coordinate system was proposed. Evolution of the 2-dimensional ice flow was simulated under coupled temperature field conditions. The results showed that the characteristic curves deriving from the conservation of the mass, momentum and energy agree with the results of ice sheet profile simulated with GLIMMER model and with the theoretical results. The application prospect of the simplified 2-dimensional ice flow model to simulate the relation of age-depth-accumulation rate in Dome A region was discussed.     

Antarctic ice sheet GLIMMER model test and its simplified model on 2-dimensional ice flow

The 3-dimensional finite difference thermodynamic coupled model on Antarctic ice sheet, GLIMMER model, is described. An idealized ice sheet numerical test was conducted under the EISMINT-1 benchmark, and the characteristic curves of ice sheets under steady state were obtained. Based on this, this model was simplified from a 3-dimensional one to 2-dimensional one. Improvement of the difference method and coordinate system was proposed. Evolution of the 2-dimensional ice flow was simulated under coupled temperature field conditions. The results showed that the characteristic curves deriving from the conservation of the mass, momentum and energy agree with the results of ice sheet profile simulated with GLIMMER model and with the theoretical results. The application prospect of the simplified 2-dimensional ice flow model to simulate the relation of age-depth-accumulation in Dome A region was discussed.     

2008年初贵州电线积冰厚度的模拟研究—基于天气研究和预报（WRF）模式耦合电线积冰预报系统

电线积冰事故对国民经济危害巨大,急需电线积冰厚度的预报产品。利用耦合了欧洲导线覆冰预报系统的WRF模式,在考虑了覆冰融化的基础上,对2008年1~2月贵州省凝冻天气期间的电线覆冰厚度进行了模拟研究,研究结果表明：WRF模式模拟的气象要素与观测值较为接近,可用模拟的气象场对贵州省导线覆冰进行模拟;模拟站点覆冰厚度的时间变化特征与观测结果非常接近,区域覆冰厚度的时空变化可分为4个阶段：覆冰初步形成期、持续期、加重期及融化期。对比观测站点的覆冰记录,模拟基本重现2008年1~2月贵州省导线覆冰的变化过程;模拟的区域覆冰极值厚度分布也与观测值的相关系数达到0.6,通过了0.01的信度检验。总的来说,该系统能对覆冰的发生、发展及进程进行较为准确的预报,对输电线路上的冰冻灾害防治具有重要意义。     

基于SPH方法的渤海海冰动力学数值模拟

简要介绍了光滑质点流体动力学 (smoothed particle hydrodynamics,简称SPH) 方法的基本原理,并将此方法应用到渤海海冰动力学数值模拟中. 在对海冰动力学方程和粘弹塑性本构方程进行SPH处理的基础上,对渤海海冰的动力演化过程进行了48 h的数值模拟,得到了海冰厚度、密集度、速度和主应力的演化过程及分布规律,同时对模拟的海冰厚度等值线分布与卫星遥感图像进行了对比分析. 数值模拟结果表明,SPH能够精确地模拟海冰分布规律以及冰缘线的位置,具有很高的计算精度和稳定性,是一种有效的海冰动力学数值模拟方法.     

多段翼型绕流数值分析对比及结冰影响研究

飞机结冰是影响飞机飞行安全的重要因素之一,研究结冰对多段翼型的气动特性影响具有重要意义.应用多块结构化网格生成方法,采用两种不同的方法求解雷诺平均N-S方程分别对多段翼型绕流流场进行数值对比分析,然后选用一种较合适的方法进一步针对三种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体冰型,分析不同形状的冰型对多段翼型绕流流场及气动特性的影响.     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

欧拉两相流法在翼型积冰中的应用

应用欧拉两相流理论对各种结冰气象条件下翼型积冰进行了数值模拟,采用格心型有限体积方法求解N-S方程来获得翼型的流场.对4°攻角下NACA0012翼型前缘的霜冰,明冰,混合冰进行了预测,最后将计算的结果和文献中实验数据进行对比,结果吻合良好,说明该方法是有效的.同时对积冰翼型的气动特性进行了分析,并比较了不同冰形对升、阻力的影响,计算结果显示明冰对气动特性的破坏最大.