H型气体水合物稳定性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了晶穴占有和温度变化对H型气体水合物稳定性的影响。通过考察模拟过程中最终构象、径向分布函数等分子微观特征,分析晶穴占有和温度变化对H型水合物晶体结构稳定性的影响。模拟结果表明晶穴填充物对H型水合物晶体结构稳定性具有重要作用,而温度对其稳定性的影响则相对较小。     

H型气体水合物导热系数的分子动力学模拟

气体水合物^[1]是由水和小分子气体形成的非水学计量型笼型晶体。到目前为止,已经发现的气体水合物结构有3种,即Ⅰ型、Ⅱ型和H型,水合物的导热系数是一个很重要的物性参数,人们已对Ⅰ型和Ⅱ型水合物的导热系数进行了较多的实验和理论研究,包括分子模拟研究^[2],由于H型水合物发现较晚,其导热系数无论是实验值还是理论值均未见文献报道,因此本文对H型水合物的导热系数进行了分子动力学模拟。为了给H型气体水合物导热系数的模拟计算提供可靠的热能模型和模拟算法,本文首先对冰体系和空水合物的导热系数进行了分子动力学模拟。     

Ⅰ型甲烷水合物稳定性的分子动力学模拟

利用计算机模拟研究了CH4笼型水合物中的晶穴占有率对甲烷水合物稳定性的影响。模拟结果表明晶穴在部分被占有的情况下,水合物的笼型结构依然能够保持稳定,水合物的势能和压力与晶穴占有率有关,势能随着晶穴占有率的增大而减小,且表现为负值,压力则表现为正值,并且随着占有率的增大而减小,晶体结构被分解的情况除外,通过模拟结果与实验结果的比较,最后推断出最有可能稳定存在的是晶穴被全部占有时的水合物。     

四氢呋喃-甲烷水合物稳定性的分子动力学模拟

目前对水合物稳定性的研究主要以实验为主,水合物的晶穴占有率和客体分子的比例难以人为控制,本文采用分子动力学(MD)模拟方法,在正则系综(NVT)模拟条件下,研究了温度为263.15K、273.15K及晶穴占有率为100%、66.7%、33.3%、0时,客体分子甲烷、四氢呋喃对Ⅱ型水合物稳定性的影响,发现较低的温度、较高的晶穴占有率和适宜的客体分子均有利于保持Ⅱ型水合物晶体结构的稳定;晶穴占有率对晶体稳定性的影响大于客体分子种类对晶体稳定性的影响;在一定范围内温度的变化对于已经处于稳定状态的晶体的稳定性影响不大;提出了提高天然气水合物稳定性、降低储存温度与压力的方法,为水合物法储存运输天然气提供参考。     

CH4+C2H4气体混合物的水合物相平衡

实验考察了CH_4 C_2H_4 THF 水混合体系在一定温度(276.15～282.15K)、压力(2.0～3.0MPa)和THF水溶液浓度(THF摩尔分数60％～12.0％)范围内的气体-水合物相平衡情况。结果表明:富水相中THF的加入大大地阻碍了水合物孔穴中C_2H_4的进入,使得乙烯在气、固两相中的分配发生了逆转,乙烯在气相中被提浓,而无THF存在时乙烯则是在水合物相中得到富集。     

甲烷水合物在纯水中的生成动力学

The kinetic behavior of methane hydrate formation in pure water was investigated.12 sets of experimental data on methane hydrate formation were determined at temperatures ranging from 273.65 to 276.15K and pressures ranging from 4.47 to 8.47MPa.The duration of three stages in methane hydrate formation,known as the dissolution,nucleation and growth periods,that are lacking in open literature,was obtained.The effect of pressure and temperature on the kinetics of methane hydrate formation was also studied.     

烃类水合物导热特性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法 Green-Kubo理论计算了263.15 K、3 MPa,sⅠ乙烷水合物、乙烯水合物的导热,给出密度和热导率值。从主客体分子和晶体结构(致密性、规整程度)对导热的影响等角度研究了烃类水合物(甲烷水合物、乙烷水合物、乙烯水合物)导热的特性。结果显示化学性质相似、分子量相差不大的烃类形成的水合物,其导热具有相似的温度压力依赖关系和晶体结构相关关系。对于sⅠ型水合物,水分子对水合物导热的影响远远超过客体分子对导热的影响。水合物的分子量越大,水合物密度越大,热导率越大。水合物晶体越致密、晶格越规整,热导率越大。     

客体分子数对甲烷水合物导热性能影响的分子动力学模拟

本文通过采用EMD方法Green-Kubo理论计算263.15 K 晶穴占有率0-100% sI甲烷水合物导热系数,研究客体分子数对甲烷水合物导热性能的影响。模拟结果显示,甲烷水合物的低导热性能由主体分子构建的笼型结构决定。而在相同温压条件下,随着客体分子甲烷进入晶胞数目增多,晶穴占有率增大后,密度增大,同时客体分子对声子的散射也增强,二者均导致导热性能增强。     

烃类水合物导热特性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法Green-Kubo理论计算了263.15 K、3 MPa,sⅠ乙烷水合物、乙烯水合物的导热,给出密度和热导率值。从主客体分子和晶体结构（致密性、规整程度）对导热的影响等角度研究了烃类水合物（甲烷水合物、乙烷水合物、乙烯水合物）导热的特性。结果显示化学性质相似、分子量相差不大的烃类形成的水合物,其导热具有相似的温度压力依赖关系和晶体结构相关关系。对于sⅠ型水合物,水分子对水合物导热的影响远远超过客体分子对导热的影响。水合物的分子量越大,水合物密度越大,热导率越大。水合物晶体越致密、晶格越规整,热导率越大。     

气体水合物分解原理的研究

气体水合物作为清洁能源,具有良好的利用前景,而且由于气体水合物资源量大,能量密度高,可作为理想传统化石燃料的替代品,因此受到各国相关领域专家和政府的高度关注。基于此,主要探讨几种典型气体水合物的分解行为,包括甲烷水合物,二氧化碳水合物,氢气水合物,并总结分析不同种类气体水合物的分解原理及实现过程,以期实现天然气水合物的大规模安全开采。     

离子水化的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法在 2 98 1 5K及无限稀释条件下对Li+、Na+、K+、F- 、Cl- 5种单个离子的水化现象进行研究 模拟得到了离子溶液体系一幅清晰的微观物理图像 ,阳离子周围的水分子以氧来靠近阳离子 ,而阴离子周围的水分子则以其中某一个氢来逼近阴离子 提出了一个“水化因子”的新概念来定量地表征离子水化的强弱 ,阳离子水化的强弱顺序为Li+>Na+>K+ 阴离子水化强弱顺序为F- >Cl- 对于水化作用较强的Li+,其虽有第二配位圈 ,但并无水化 离子的Pauling半径大小是决定离子水化强弱的关键因素 ,这些信息将为建立相应的分子热力学模型提供基础     

同核双原子分子流体液汽界面的分子动力学模拟研究

引言流体的界面性质是化工、冶金、材料等工业生产和设计过程中所需的重要基础物性,近年来采用分子模拟方法从微观角度考察流体界面性质的研究日趋活跃。界面体系的分子模拟较为复杂、费时。目前对简单的球形单原子模型流体及其二元混合物液汽界面体系的研究已较为深入,如Holcomb等采用分子动力学（MD）模拟方法较系统地对Lennard-Jones(LJ）流体的液汽界面进行了研究;郭明学和李以圭采用等概率扰动MonteCarlo（MC）模拟方法考察了方阱流体的液汽界面,但对多原子非球形分子模型流体液汽界面体系的研究报道则很少,只有Thompson,Gu…     

液体水的分子动力学模拟

采用ＳＰＣ水模型在２５℃下对水进行了正则系综的分子动力学模拟,考察了液态水的平衡、结构和扩散性质。计算了水的原子对径向分布函数、配位数并同Ｘ射线衍射实验值作了对比,模拟结果与实验值吻合良好。氢键分析表明每个水分子的氢键配位数约为３．６６,氢键键角为１６５°。扩散性质的模拟与实验值的吻合也基本良好。模拟表明ＳＰＣ水模型是一个形式简单又能反映体系本质的位能,本文工作为今后更复杂水溶液体系的模拟打下了良好的基础。     

INFLUENCE OF CHEMICAL ADDITIVES ON GAS HYDRATE FORMATION

One surfactant as sodium dodecyl sulfate (SDS) and one synthesized sample as gas hydrate inhibitor are introduced in this paper. Through experiments we prove sodium dodecyl sulfate can accelerate the formation rate of gas hydrate and the synthesized sample can inhibit the formation and growth.     

外场作用下气体水合物形成分解试验研究

简述了磁场、微波、超声波的基本作用机理,介绍了国内外外场因素对气体水合物形成分解影响研究进展。最后指出开展相应研究的必要,并提出几点建议。     

EFFECT OF MAGNETIZATION OF WATER ON INDUCTION TIME AND GROWTH PERIOD OF NATURAL GAS HYDRATE

The effect of diluted solution's magnetization on induction time and growth period of natural gas hydrate (NGH) has been investigated in quiescent reaction system at pressure of 4.5 MPa and temperature of 274 K with SDS as surfactant, by using volume fixed and pressure falling method. Experimental results show that magnetization will have effect on the induction time of NGH. After magnetization with magnetic field intensity of 0.33 T, the induction time of NGH has been reduced to 47 min (average) from 99 min (average) in which there is no magnetization. On the other hand, the induction time has been prolonged after magnetization of the diluted solution with magnetic field intensity of 0.05 T, 0.11 T, 0.22 T, 0.44 T. Especially with magnetic field intensity of 0.11 T, the induction time had even been prolonged to 431 min (average). The effect of magnetization on the growth period of NGH has not been found at the experimental condition.     

钠蒙脱石水化膨胀和层间结构的分子动力学模拟

运用Cerius^2软件中能量最小化和分子动力（molecular dynamics,MD）模块研究了钠蒙脱石的水化膨胀性能和层间结构特征。计算结果表明：当蒙脱石粘土中的水含量从0增加剑300mg／g时,平衡时蒙脱石的层间距d001值也随之增大,并且和实验数据吻合良好。通过对含有一、二、三层水分子钠蒙脱行的MD模拟可以看出,Na^＋在所有水化物中和四面体电荷位置成内层配位作用,而和八面体电荷位置成外层配位作用的Na^＋只住一层水化物中位置比较固定,在二层和三层水化物中逐渐向层中其它方向扩散。对所有3种水合物自扩散系数的计算结果说明：层间阳离子和水分子的活动性比水溶液中的低。Na-O,O-O和H-O的径向分布函数分析表明层间水分子的结构和水中水分子的结构不同。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON GAS HYDRATE FORMATION IN PRESENCE OF ADDITIVE COMPONENTS

Additives were used to increase gas hydrate formation rate and storage capacity. Experimental tests of methane hydrate formation were carried out in surfactant water solutions in a high-pressure cell. Sodium dodecyl sulfate (SDS) and alkyl polysaccharide glycoside (APG) were used to increase hydrate formation. The effect of SDS on hydrate formation is more pronounced compared APG. Cyclopentane (CP) also improves hydrate formation rates while it cannot increase methane gas storage capacity.     

有机物在超临界CO2中无限稀释扩散系数的分子动力学模拟

根据物质的实验临界常数或与物质最基本分子结构相关的Joback或Lydersen临界常数估算法得到物质的临界常数,结合Lennard-Jones流体的对比状态方程,按照对应态原理得到了38种有机物分子的新的Lennard-Jones位能参数。由这些位能参数结合简单的组合规则,首次对一些高附加值的复杂实用有机物在313.15　K、16MPa的超临界CO