【摘要】：近些年來人們在太空探索中發(fā)現(xiàn)水合物存在的跡象,同時水合物可在太空中作為相變儲能介質(zhì)及淡水資源。天然氣水合物具有分布廣、儲量大、高熱值等優(yōu)點,已受到各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。在水合物技術(shù)開發(fā)應(yīng)用前,探明水合物的基礎(chǔ)力學(xué)性質(zhì)、變形破壞機(jī)制以及它們與沉積物的相互作用機(jī)理等具有重要的理論意義和實用價值。然而由于水合物穩(wěn)定存在的環(huán)境極為苛刻,導(dǎo)致準(zhǔn)確測試其力學(xué)性能存在一定困難,水合物微觀構(gòu)型變形破壞機(jī)制尚不明確。采用常規(guī)試驗手段和理論分析方法研究水合物的力學(xué)性能及微觀變形破壞機(jī)理存在一定局限性。本文采用分子動力學(xué)模擬方法,研究了sI型甲烷水合物的微觀構(gòu)型和力學(xué)性能。通過對弛豫穩(wěn)定的sI型甲烷水合物系統(tǒng)進(jìn)行拉伸或壓縮變形,探究水合物力學(xué)特性和微觀變形機(jī)理,為水合物的技術(shù)運用和工程開采提供一定參考數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。首先參考文獻(xiàn)數(shù)據(jù),構(gòu)建完整的sI型甲烷水合物晶體元胞,并在此基礎(chǔ)上研究模型尺寸效應(yīng)對水合物力學(xué)性能和微結(jié)構(gòu)的影響。通過對不同尺寸甲烷水合物體系進(jìn)行拉伸和壓縮變形,分析其微觀構(gòu)型變化過程和應(yīng)力應(yīng)變曲線,發(fā)現(xiàn)甲烷水合物具有脆性材料的性質(zhì)。在一定尺度下,體系最大應(yīng)力存在尺度效應(yīng)。然后,研究了缺陷對水合物微觀構(gòu)型和力學(xué)性能的影響。通過對完整水合物結(jié)構(gòu)刪除一定粒子,得到含有缺陷的水合物結(jié)構(gòu)。將含缺陷的水合物模型穩(wěn)定弛豫后,進(jìn)行拉伸變形測試,研究微觀構(gòu)型的演化,發(fā)現(xiàn)體系保持脆性材料的力學(xué)性能。統(tǒng)計分析不同體系的應(yīng)力應(yīng)變曲線,發(fā)現(xiàn)缺陷占總粒子數(shù)9.02%的時候會降低體系的力學(xué)性能,此時的最大應(yīng)力值比完整結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值低,并且發(fā)生脆斷的應(yīng)變較低。而其他缺陷比例低于9.02%的體系的力學(xué)性能比完整模型有一定提升。經(jīng)分析不同結(jié)構(gòu)的有序參數(shù),發(fā)現(xiàn)F4有序參數(shù)能夠有效確定微觀構(gòu)型斷裂應(yīng)變區(qū)間,而F3有序參數(shù)能夠表明模型在拉伸方向的斷裂位置。最后研究了水合物/水/冰混合體系的微觀構(gòu)型和力學(xué)性能,對水合物/水/冰混合體系水合物部分進(jìn)行拉伸變形,研究微觀構(gòu)型的變化,發(fā)現(xiàn)混合體系仍然保持了脆性斷裂,且最大應(yīng)力值低于完整的水合物體系,且水合物/水/冰混合體系發(fā)生斷裂的應(yīng)變比水合物體系要早小。F3和F4有序參數(shù)可以判斷出水合物/水混合物的斷裂位置,以及微觀構(gòu)型水合物/水/冰混合體系界面變化情況。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE31
【圖文】：

碩士學(xué)位論文 速天然氣水合物的分解，分解后將大量釋放甲烷氣體必將加速溫室境[11]。并且由于天然氣水合物的分解將造成水合物沉積層力學(xué)特性低，固體狀態(tài)的天然氣水合物分解為液態(tài)水和天然氣，削弱了沉積性，降低了沉積層的抗剪強(qiáng)度，使其容易破壞，從而誘導(dǎo)更加嚴(yán)重]。所以研究水合物分解破壞相關(guān)力學(xué)性能和微觀構(gòu)型變化對天然氣及綜合利用具有巨大意義。

減壓開采法開采示意圖

三種常見水合物的分子構(gòu)型示意圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2785167