天然气水合物颗粒间液桥力的理论研究

天然气水合物聚集堵塞管道是安全输气的一大威胁,而天然气水合物颗粒间的液桥力是决定天然气水合物颗粒聚集与否的主导力。为此,对天然气水合物颗粒间的液桥力进行了相关理论研究,明确了液桥力为静态液桥力和动态黏性力之和,进而分析了接触角、半填充角、颗粒表面间距、颗粒粒径对天然气水合物颗粒间液桥力的影响。结果表明:接触角、半填充角、颗粒表面间距的增加以及天然气水合物颗粒粒径减小都可以有效降低甚至消除天然气水合物颗粒间的液桥力;通过添加表面活性剂增大接触角、添加防聚剂控制天然气水合物颗粒粒径以及增大体系中的水含量来增大半填充角都是降低颗粒间液桥力、防止颗粒聚集的有效手段。同时,还研究了液桥力与液桥破裂能、液桥体积的关系,结论表明:在颗粒表面间距大于液桥临界破裂距离的1/10时,液桥力随液桥体积增大而增大,而液桥破裂能与液桥体积无关。

二维液桥计算模型及湿颗粒材料离散元模拟

本文研究了二维情况两直接相邻颗粒间液体以液桥形式存在时的液桥临界断裂距离及液桥力的计算过程。导出了用颗粒半径、三相接触角和液桥体积表示的二维液桥临界断裂距离拟合公式及两个接触或非接触颗粒间液桥毛细力随液桥体积的变化关系。引入Voronoi胞元计算定义基于参考颗粒介观结构的物质点的平均饱和度。提出了考虑液桥效应的二维湿颗粒离散元模型,并用以模拟不同初始均匀饱和度下湿颗粒集合体中的吸力效应,验证其有效捕捉以应变局部化为特征的破坏模式的能力。