凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2025年8月24日
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标题: 地下燃气储存中的奥斯特瓦尔德熟化
标题: Ostwald Ripening in Underground Gas Storage
摘要: 地下气体储存是气候缓解和能源转型战略的核心,支持长期碳封存和季节性氢气储存。 控制注入气体命运的关键机制是奥斯特瓦尔德熟化,这是多孔介质中被俘气体聚集体之间的曲率驱动质量传递。 虽然在开放系统中熟化过程已被充分理解,但在几何受限的多孔结构中的行为仍缺乏明确描述,尤其是在与地下操作相关的长时间尺度上。 在此,我们介绍了超高分辨率的微流体实验,在定义明确的边界条件下,捕捉了真实、非均质孔隙几何结构中残余氢气在数周内的演化过程。 我们观察到一种明显的两阶段动态:相邻气泡之间的快速局部平衡,随后是由长距离扩散向低化学势边界驱动的缓慢全局消耗。 基于这些见解,我们开发并验证了一个连续体模型,该模型将通过孔隙形态方法提取的微观毛管压力-饱和度(Pc-s)关系与宏观扩散传输耦合。 该模型无需拟合参数即可准确预测气体饱和度的演化,并将不同实验条件下的实验结果统一起来。 将模型扩展到储层尺度,我们估算了CO2和H2在均质砂岩含水层中的平衡时间尺度。 我们发现,在CO2封存中,熟化过程比对流溶解快得多,而在时间尺度上与季节性H2储存操作相当。 这些发现建立了一个定量框架,将孔尺度的异质性与场地尺度的气体再分布联系起来,对地下储存策略的设计和持久性具有重要意义。
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