地下盐穴氢气储存、装卸过程的热液动力泄漏罐模型及库存分析

摘要整理

本文将氢气热力学性质和行为纳入质量、动量和能量守恒方程，以确定地下盐穴储氢设施中氢气储量的状态条件，并耦合装卸井的进出流过程。地下盐穴储氢设施被视为具有可渗透导热壁的泄漏罐，允许热传递和气体泄漏通过层间地层、以及氢气装卸过程中热应力变化产生的裂缝和断裂。通过求解在给定初始和边界条件下的微分方程组构成的动态热液动力数学模型，可以确定装卸、储存和卸载过程中温度、压力、流量和氢气积累/耗尽随时间的变化规律，从而实现地下盐穴储氢的有效库存分析。本文提供了相关热力学关系、重要的理论基础和数学表述，为开发大规模模拟器奠定基础，该模拟器可应用于地下大型盐穴氢气储存过程的设计、优化、控制、管理和库存分析。建立了盐穴储氢微观平衡方程、周围多孔盐岩地层宏观平衡方程、盐穴控制体积平均宏观平衡方程，以及盐穴气体与盐岩地层间的热传递和气体泄漏模型。通过结合时间和径向距离变量为单一复合变量，将传输方程转化为简化形式。采用实用的氢气状态方程和欧拉法进行数值求解，应用于圆柱形细长盐穴的简化模型。数值结果表明：氢气卸载过程中温度和压力因气体膨胀而下降，装载过程中则相反。

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