多孔介质内甲烷碳同位素迁移扩散的分子动力学模拟研究

页岩气的储量丰富,但开采难度大,目前对其在复杂纳米级孔结构中的流动状态与性质的研究仍不清晰,特别是其碳同位素在含孔喉纳米孔中的分馏机理尚不明确。因此,文中使用分子动力学模拟方法研究了在353 K和不同压差(10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa和30 MPa)下,甲烷碳同位素分子(^(12)CH_(4)和^(13)CH_(4))在有无孔喉的纳米孔中的分馏特征,分析了孔喉结构对甲烷碳同位素分馏的影响规律。研究结果表明:由于同位素的质量差异和孔喉的受限作用,^(12)CH_(4)的迁移扩散速率大于^(13)CH_(4),并且甲烷碳同位素在含孔喉纳米孔中比在无孔喉纳米孔时的分馏程度更大。

氦气在氢气-空气云团中等温与不等温扩散的分子动力学模拟

氢气作为一种零排放的能源,如何安全高效地使用氢气是目前研究关注的热点。氦气作为一种惰性气体具有很强的扩散能力,使用氦气对氢气-空气云团快速稀释来降低氢气爆燃的风险有很好的应用前景。此次研究利用分子动力学的方法从微观层面模拟了氦气在氢气-空气云团中的等温与不等温扩散。结果表明:在0.1 MPa和100~300 K的条件下,氦气的扩散系数均高于同温度下的氢气-空气云团,反映了氦气具有快速稀释氢气-空气云团的能力。等温扩散时,随着温度升高,氦气的扩散系数增大;不等温扩散时,温差越大,氦气的扩散系数越小。此外,研究发现氦气和氢气-空气云团的扩散系数与温度的关系符合Arrhenius方程。这些机理研究在指导氦气快速稀释氢气-空气云团、保障氢能安全方面具有重要的意义。