文献综述
一.引言
随着全球工业的高速发展，给人们的生活带来了很多便利，同时也导致了一些问题，其中“温室效应”问题越来越引起全球各国科学家以及政府的注意。全球变暖归因于温室气体的过度排放，其主要成分之一是二氧化碳(CO2)。缓解全球变暖的一个有前途的长期解决方案是碳捕获和封存（CCS）技术，目前二氧化碳埋存主要有三种可行方式即地质埋存、海洋埋存、森林和陆地生态埋存，而二氧化碳深盐水层埋存对生态影响很小且预计埋存量大，因此对其研究将会对“全球气候变暖”现象在未来带来巨大改善。混合过程是碳捕获和封存技术成功的关键[1，2]。由于饱和二氧化碳溶液使盐水密度增加引起重力不稳定性，最终引发界面对流现象。通常这种由界面处流体密度差异引发的界面对流称为Rayleigh对流，大量的实验证明Rayleigh对流加速了二氧化碳从界面到含盐含水层的溶解，缩短了储存过程的时间，从而控制了地质储存过程中二氧化碳泄漏的长期风险。因此，评估瑞利对流过程中界面传质的效率是必要的。
二.国内外研究进展
近年来，CO2深层盐水埋存越来越引起来业界的关注，由于这种方法泄露风险小几乎不对生态圈产生影响，而且经预测可以埋存CO2量极大，盐水层分布广具有广阔的前景，所以称为封存CO2的主要选择之一。当注入这些深部地质地层时，密度较低的液体或超临界CO2上升到盐水上方，然后随着时间的推移慢慢溶解在卤水中。CO2在水相中的溶解增加了其密度，导致在密度较低的卤水上形成密度较高的富CO2卤水的局部分层，这可能会在一段时间后引起浮力驱动的对流不稳定。因此，更致密的富含二氧化碳的卤水指形结构下沉到储集层的大部分。这种对流不稳定性是二氧化碳固存的有利过程，因为它加速了二氧化碳在水相中的溶解和混合，减少了在含水层中安全储存二氧化碳所需的时间[3,4,5,6,7]
最近，有研究通过实验和模拟等方式得出结果并报道了模型系统和多孔介质中不同渗透率的对流开始时间和溶解速率。通过改变渗透率，考察了对流起始时间、下落动力学、指形结构波长和溶解速率，结果表明，渗透率对初始对流速度和后期粗化动力学均有显著影响。Hassanzadeh等人[5，8]研究了不同多孔介质性质对对流形成的影响使用二维数值模式进行混合。多孔介质的非均质性导致了储层中溶液的扰动和密度分布，缩短了对流混合的开始时间。基于达西定律和对流扩散模型Ennis et al. [9]深入研究了多孔介质的非均匀性和边界条件对对流混合的影响。他们发现对流混合的形成与密度差的形成时间和速度有关。饱和CO2溶液密度对压力和温度相对不敏感，对流混合主要由多孔介质的Ra数和非均匀性引起。Kneafsey等人 [10]对Hele-Shaw单体的对流混合过程和发展机理进行了数值模拟、定量研究和可视化实验。随着指形结构的生长，其大小和位置受到流场的非均匀性、指形结构诱导的流动和大尺度流动的影响。这里进行的数值模拟在指形结构形成和形成时间尺度方面与那些实验相似，但在指形结构长度和单元尺度对流的可变性方面有所不同。然而，由于实验开始时两种流体是接触的，实验段中的细胞不能很好地控制发生时间。Jerome et al. [11]提出了一种新的流体模拟系统，并对高浓度CO2/盐水的对流行为进行了研究。实验室实验和高分辨率数值模拟结果表明，对流通量与RA4/5成正比。对流通量与下降羽流中径向扩散的比例参数解释了对流通量的非线性关系。给出了多孔介质中高Ra数对流的物理图像。该关系式预测了CO2堆积中CO2的溶解速率，但它只是对对流过程进行了数学上的类比，缺乏实验上的比较。Pau等人 [12]进行了高网格精度的数值模拟，并与前人的研究结果进行了比较；对流混合的初始时间与前人的线性稳定性分析结果一致。他们还发现，随着对流混合的开始，模式顶部的CO2通量在时间和空间上都达到了一个稳定状态，并且与渗透率成正比。然而，有效扩散系数和孔隙率对通量没有影响。三维研究发现，多孔介质的非均匀自由度的增加缩短了对流的初始时间，并增加了二氧化碳在水库中的封存[13，14]。Thibeau等人 [15]基于小尺度模型[16]，研究了垂直网格精度和垂直渗透率对CO2在水溶液中传质速度的影响。但许多实验研究主要集中在低Ra流体体系的早期流动阶段，而对整个溶解过程的研究很少。
从上述文献来看，仍然需要一种可靠的数值研究方法模拟盐水层内co2的浮力驱动流。值得一提的是，在过去的二十年里，格子Boltzmann(LB)方法由于具有物理图像清晰、边界条件易于实现、计算效率高和数值精度高等优点，已经成为研究孔隙尺度上各种流体流动问题的强有力的数值工具[17]。它在模拟单相流[18,19]、多相流[20,21]、溶质运移和分散[22,23]、胶体颗粒运动[24,25]，多组分反应输运[26].值得一提的时chen等人[27]用LBM模拟了在孔隙尺度上简单裂隙多孔介质中密度驱动的自然对流。
三.研究内容
a，采用格子Boltzmann方法模拟纯水和盐水吸收CO2过程Rayleigh对流的临界开始现象、演化规律和结构特征；
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
