地下储氢指进数值模拟

当前，全球能源生产结构正从以化石能源为主向以可再生能源为主转变，实现碳中和目标的首要任务是大规模推广和应用可再生能源，因此地下储氢技术正受到越来越多的关注。氢气具扩散性高，密度小和粘度小等独特的物理特性，可能会引发气液不稳定驱替。研究表明，垫气可以一定程度上减轻地下储氢中指进现象，补救效果取决于垫气的成分和体积分数。本研究拟采用Fluent软来研究微观尺度中垫气对指进的影响，使用欧拉多流体VOF模型模拟微流控芯片中混合气体-水驱替，准确捕捉气液界面。选用氮气作为缓冲气体体，体积分数从 0%到 70%，与氢气混合注微流控模型。进一步探究注入速率、流体粘度等流体参数对指进模式的影响。结果显示，粘性指进和毛细管指进是两种主要的指进类型，分别由粘性力和毛细力主导。粘性指进总是沿着流动方向前进，而毛细管指进则倾向于向任何方向扩展，甚至可能逆向侵入。利用图像分析模拟结果的不同指进模式，具体的几何指标包括特征面积、分形维数、平均角度和角度焓，用以描述指进模式的形状并预测其类型。结果表明，垫气的注入显著提高了饱和度，并且垫气的浓度对多孔介质中的指进行为有重要影响。