隨著全球工業(yè)化進程飛速發(fā)展,CO2等溫室氣體的排放日趨嚴重。這些氣體在大氣中的增加必將會多尺度、全方位、多層次導致一系列的環(huán)境問題、經(jīng)濟問題以及社會問題。采用新型的清潔能源-天然氣成為緩解溫室效應(yīng)的一種重要方法,降低天然氣中CO2含量,可以提高熱值并降低CO2排放。研究表明,無機膜中的炭膜,因其特殊的結(jié)構(gòu)與性能,可對混合氣體中的CO2和CH4進行有效分離,但氣體在炭膜中分離的機理無法通過實驗直接觀察且尚未明確,所以探究氣體在炭膜中吸附、擴散等過程的機理十分必要。本文以炭膜分離CO2/CH4混合氣體為背景,建立膜孔結(jié)構(gòu)模型,采用Materials Studio軟件及蒙特卡羅方法模擬吸附分離過程、采用Lammps軟件及非平衡分子動力學方法模擬擴散分離過程,研究氣體在炭膜中的吸附及擴散性能,并考察溫度、孔徑以及孔缺陷對CO2/CH4混合氣體分離效果的影響。首先建立與炭膜孔結(jié)構(gòu)相近的無缺陷Z字形孔模型,并驗證了模型的可靠性；其次對模型進行缺陷處理,建立了3種不同缺陷方式的Z字形孔模型。在建立有缺陷、無缺陷模型的基礎(chǔ)上,對CO2、CH4純氣體及混合氣體在不同孔模型中的吸附和擴散過程進行模擬,得到... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 文獻綜述
    1.1 研究背景及意義
    1.2 炭膜及其發(fā)展概況
        1.2.1 炭膜的概念
        1.2.2 炭膜的特性
        1.2.3 炭膜的氣體分離機理
        1.2.4 炭膜的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
    1.3 分子模擬在膜分離氣體中的應(yīng)用
        1.3.1 分子模擬的概念
        1.3.2 分子模擬的分類
        1.3.3 分子模擬在氣體分離中的研究進展
    1.4 分子模擬軟件介紹
        1.4.1 Materials Studio軟件
        1.4.2 Lammps軟件
    1.5 本論文的研究思路及內(nèi)容
2/CH₄過程的模型建立及模擬方法選擇">2 炭膜分離CO₂/CH₄過程的模型建立及模擬方法選擇
    2.1 模擬方法
        2.1.1 Materials Studio軟件模擬吸附過程步驟
        2.1.2 Lammps軟件模擬擴散過程步驟
    2.2 物理模型建立
    2.3 數(shù)學模型建立
        2.3.1 粒子間作用力
        2.3.2 抽樣原則
        2.3.3 經(jīng)典物理方程
        2.3.4 積分算法
        2.3.5 邊界條件及最小映像原則
    2.4 模擬條件及模擬參數(shù)確定
        2.4.1 吸附模擬條件
        2.4.2 擴散模擬條件
        2.4.3 L-J參數(shù)及截斷半徑
    2.5 本章小結(jié)
2/CH₄的模擬">3 無缺陷孔模型炭膜分離CO₂/CH₄的模擬
    3.1 數(shù)據(jù)處理
        3.1.1 軟件輸出的模擬結(jié)果
        3.1.2 軟件輸出數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換
    3.2 模型驗證
    3.3 吸附模擬結(jié)果與討論
2、CH₄純氣體吸附量的影響">        3.3.1 溫度對CO₂、CH₄純氣體吸附量的影響
        3.3.2 溫度對混合氣體吸附分離過程的影響
        3.3.3 膜孔徑對混合氣體吸附分離過程的影響
    3.4 擴散模擬結(jié)果
2、CH₄純氣體擴散系數(shù)的影響">        3.4.1 溫度對CO₂、CH₄純氣體擴散系數(shù)的影響
        3.4.2 溫度對混合氣體擴散分離過程的影響
        3.4.3 膜孔徑對混合氣體擴散分離過程的影響
    3.5 炭膜的吸附-擴散分離選擇性
    3.6 本章小結(jié)
2/CH₄的模擬">4 缺陷孔模型炭膜分離CO₂/CH₄的模擬
    4.1 缺陷孔模型物理模型
    4.2 隨機缺陷膜孔模型模擬結(jié)果
        4.2.1 吸附模擬結(jié)果
        4.2.2 擴散模擬結(jié)果
        4.2.3 吸附-擴散分離選擇性
    4.3 不同類型缺陷模型對比
        4.3.1 吸附模擬結(jié)果
        4.3.2 擴散模擬結(jié)果
        4.3.3 吸附-擴散分離選擇性
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點與展望
參考文獻
附錄 符號說明
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[4]孔狹縫及孔網(wǎng)絡(luò)模型在炭膜氣體分離中的應(yīng)用[D]. 方華東.大連理工大學 2007



本文編號：3118045